《PLC應用技術（西門子S7-1200）（第二版）》 課件 項目一 S7-1200PLC簡介

項目一

S7-1200PLC簡介一學習目標（1）掌握S7-1200PLC的基本結構和工作原理。（2）掌握S7-1200PLC的硬件和編程語言。（3）掌握S7-1200PLC的程序結構和數(shù)據(jù)類型。2024/10/221.1S7-1200PLC簡介PLC（ProgrammableLogicController）控制系統(tǒng)，即可編程邏輯控制器，是專為工業(yè)生產(chǎn)和控制而設計的一種數(shù)字運算操作的電子裝置，并采用可編程的存儲器，用于其內(nèi)部存儲程序，執(zhí)行邏輯運算，順序控制，定時，計數(shù)與數(shù)據(jù)處理等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出端口控制各種類型的機電設備或生產(chǎn)過程，是工業(yè)控制的核心部分。1.1S7-1200PLC簡介

一個工業(yè)現(xiàn)場比較常見的PLC控制系統(tǒng)的示意圖如圖1-1所示。該控制系統(tǒng)主要分為三部分：上位機，控制系統(tǒng)和執(zhí)行裝置。

上位機（PC機）一般安置在工業(yè)現(xiàn)場的監(jiān)控室或者調(diào)度室，用于生產(chǎn)管理與調(diào)度人員隨時監(jiān)控現(xiàn)場設備的狀態(tài)，對現(xiàn)場設備進行控制，保證生產(chǎn)有序進行；

控制系統(tǒng)一般安置在現(xiàn)場電控柜里，其中，左邊SMART700/1000為觸摸屏，用于現(xiàn)場操作人員控制現(xiàn)場設備的運行，監(jiān)控現(xiàn)場設備運行狀態(tài)。右邊的PLC用于對現(xiàn)場設備進行控制，記錄現(xiàn)場運行數(shù)據(jù)，將現(xiàn)場設備運行狀態(tài)傳送至上位機等功能；

執(zhí)行裝置。PLC下方兩臺電動機為執(zhí)行裝置，負責執(zhí)行PLC發(fā)出的指令，完成現(xiàn)場生產(chǎn)過程。2024/10/221.2S7-1200PLC的基本結構與工作原理

SIMATICS7-1200是西門子公司的一款緊湊型、模塊化的PLC，可完成簡單與高級邏輯控制、觸摸屏(HMI)網(wǎng)絡通信等任務。對于需要網(wǎng)絡通信功能和單屏或多屏HMI的自動化系統(tǒng)，易于設計和實施。具有支持小型運動控制系統(tǒng)、過程控制系統(tǒng)的高級應用功能。

1200系列PLC的CPU將微處理器、集成電源、輸入和輸出電路、內(nèi)置PROFINET、高速運動控制I/O以及板載模擬量輸入組合到一個設計緊湊的外殼中來形成功能強大的控制器。2024/10/221.2S7-1200PLC的基本結構與工作原理S7-1200系列CPU有五種不同型號的模塊，分別為CPU1211C、CPU1212C、CPU1214C、CPU1215C和CPU1217C。每一種模塊都可以進行擴展，以滿足用戶系統(tǒng)需要。用戶可以在任何型號的CPU前方加入一個信號板，用來擴展數(shù)字量或模擬量I/O，同時不影響控制器的實際大小，也可將信號模塊連接至CPU的右側(cè)以進一步擴展數(shù)字量或模擬量I/O的容量。2024/10/221.2S7-1200PLC的基本結構與工作原理特征CPU1211CCPU1212CCPU1212FCCPU1214CCPU1214FCCPU1215CCPU1215FCCPU1217C標準CPUDC/DC/DC,AC/DC/RLY,DC/DC/RLYDC/DC/DC故障安全CPU

DC/DC/DC,DC/DC/RLY

物理尺寸（mm）90×100×75110×100×75130×100×75150×100×75用戶存儲器工作50KB75KB100KB100KB125KB125KB150KB150KB負載1MB2MB

4MB

保持性10KB本地集成I/O數(shù)字量6個輸入8個輸入14個輸入4個輸出6個輸出10個輸出模擬量2路輸入2路輸入/2路輸出過程映像大小1024字節(jié)輸入（I）和1024字節(jié)輸出（Q）位存儲器（M）4096個字節(jié)8192個字節(jié)2024/10/221.3S7-1200PLC的硬件組成（1）CPU模塊圖1-2CPU1211CDC/DC/RLY下面以CPU1211CDC/DC/RLY型號的CPU為例講解CPU模塊的組成與功能：①電源接口②存儲卡插槽（上保護蓋下面）③可拆卸用戶接線端子④板載I/O狀態(tài)指示LED⑤PROFINET連接端口（CPU的底部）2024/10/22

該CPU提供一個PROFINET端口用于與其他模塊進行PROFINET網(wǎng)絡通信。還可以使用附加模塊通過PROFIBUS、RS485、RS232、GPRS、IEC等協(xié)議進行網(wǎng)絡通信。電源接口用于給CPU提供24V直流電，存儲卡可以作為CPU的預裝載存儲區(qū)，用戶項目文件僅存儲在卡中，CPU中沒有項目文件，離開存儲卡將無法運行；忘記密碼時，清除CPU內(nèi)部項目文件和密碼；存儲卡還可以用于更新S7-1200CPU的固件版本（只限24M卡）。接線端子用于PLC與外部設備進行數(shù)字或模擬通訊；PROFINET連接端口用于PLC與外部設備以及編程計算機進行總線通訊。1.3S7-1200PLC的硬件組成2024/10/22（2）信號模塊

信號模塊又稱為SM模塊（SignalModule），包括數(shù)字量輸入模塊（DI）、輸出模塊(DO)和模擬量輸入模塊（AI）、輸出模塊（AO）。輸入模塊用于采集和接收輸入信號，數(shù)字量輸入模塊（DI）用于接收開關、按鈕、限位開關、光電開關、繼電器等過來的數(shù)字量輸入信號；模擬量輸入模塊（AI）用于接收電位器，溫度傳感器，測速發(fā)電機，壓力傳感器等提供連續(xù)變化的模擬量信號。輸出模塊用于控制外部設備。數(shù)字量輸出模塊（DO）用于控制接觸器、繼電器、指示燈、電磁閥等數(shù)字量控制外設；模擬量輸出模塊（AO）可用于控制變頻器、壓力閥等模擬量控制的外設。1.3S7-1200PLC的硬件組成2024/10/22（3）通信模塊

通信模塊（CB）安裝在CPU模塊的左邊，最多可以添加三塊通信模塊，可以使用點對點通信模塊、RPOFIBUS模塊、AS-i接口模塊和IO-Link模塊等。

通信模塊；②CPU；③信號板；④信號模塊。1.3S7-1200PLC的硬件組成2024/10/22（4）CPU接線圖以1214C系列CPU為例（1214CDC/DC/DC）

其中，24VDC傳感器電源輸出要獲得更好的抗噪聲效果，即使未使用傳感器電源，也可將“M”連接到機殼接地。對于漏型輸入，將“-”連接到“M”（如圖所示）。對于源型輸入，將“+”連接到“M”1.3S7-1200PLC的硬件組成2024/10/22（5）PLC的工作過程1)CPU的工作模式CPU有3種工作模式：RUN（運行）、STOP（停機）和STARTUP（啟動）。CPU面板上的狀態(tài)LED用來顯示當前的控制模式，可以用編程軟件改變CPU的工作模式。STOP模式下，CPU只處理通信請求和進行自診斷，不執(zhí)行用戶程序，不更新過程映像。上電后CPU進入STARTUP（啟動）模式，進行上電診斷和系統(tǒng)初始化，如果檢查到錯誤，將禁止CPU進入RUN模式，保持在STOP模式，指示燈會變成紅色，且閃爍。1.3S7-1200PLC的硬件組成2024/10/22（5）PLC的工作過程2)工作模式的切換1200系列CPU模塊上沒有切換工作模式的選擇開關，只能用STEP7變成軟件在線工具中的CPU操作面板，如圖1-5中右上角所示?；蛘吖ぞ邫谏系?/p>

和按鈕，來切換RUN或者STOP工作模式，也可在用戶程序中用STP指令讓CPU進入STOP模式。1.3S7-1200PLC的硬件組成2024/10/221.3S7-1200PLC的硬件組成2024/10/22（5）PLC的工作過程3)冷啟動與暖啟動

下載了用戶程序的程序塊和硬件組態(tài)后，下一次切換到RUN模式時，CPU會執(zhí)行冷啟動。冷啟動時復位輸入，初始化輸出，復位存儲器，即清除工作存儲器、非保持性存儲區(qū)和保持性存儲區(qū)的數(shù)據(jù)，并將裝載存儲器的內(nèi)容復制到工作存儲器。存儲器復位不會清除診斷緩沖區(qū)，也不會清除永久保存的IP地址。

1.3S7-1200PLC的硬件組成冷啟動之后，在下一次下載程序之前的STOP到RUN模式的切換均為暖啟動。暖啟動時，所有費保持性的系統(tǒng)數(shù)據(jù)和用戶數(shù)據(jù)被初始化，不會清除保持性存儲區(qū)的數(shù)據(jù)。2024/10/221.4S7-1200的編程語言（1）梯形圖梯形圖和繼電器的電氣圖比較類似，具有直觀易懂的優(yōu)點，很容易被熟悉繼電器控制的電氣工作者掌握，適合數(shù)字量邏輯控制，梯形圖也被稱為電路或者程序。梯形圖由觸點、線圈和用方框表示的指令框組成。觸點表示輸入條件，如外部按鈕、開關和內(nèi)部的中間變量條件等。線圈通常表示邏輯運算的結果，常用于控制外部負載和內(nèi)部中間變量。指令框用于表示定時器、計數(shù)器、數(shù)學運算或運動控制等指令。

程序段1就是一段典型的電動機自鎖啟動程序，I0.0是啟動按鈕，按下后，Q0.0控制電機啟動，同時Q0.0的常開點閉合，等啟動按鈕I0.0松開后，能保持電路是通的，讓電機繼續(xù)運行，達到自鎖的目的。I0.1是停止按鈕，按下后，Q0.0斷開。2024/10/22（2）功能塊圖功能塊圖（FBD）使用類似于數(shù)字電路的圖形邏輯符號來表示控制邏輯，有數(shù)字電路基礎的人比較容易掌握，使用這種方式編程的人不多。在剛才編寫的程序段1中，用鼠標右鍵點擊“MAIN(OB1)”，找到“切換編程語言”，選擇“FBD”1.4S7-1200的編程語言2024/10/22（2）功能塊圖在功能塊圖中，用類似與門（符號“&”）、或門（符號“>=1”）的方框表示邏輯運算關系，方框左邊為邏輯運算的輸入變量，右邊為輸出變量，輸出端的小圓圈表示“非”運算，信號的方向也是從左到右。指令框用來表示一些復雜的功能，例如數(shù)學運算等。1.4S7-1200的編程語言2024/10/22（3）SCL語言SCL（StructuredControlLanguage，結構化控制語言）是一種基于PASCAL的高級編程語言。SCL除了包含PLC的典型元素（例如輸入、輸出、定時器等）外，還包含高級編程語言中的表達式、運算符和賦值運算。SCL提供了簡便的指令進行程序控制如創(chuàng)建程序分支、循環(huán)或跳轉(zhuǎn)。SCL主要適用于以下領域：數(shù)據(jù)處理、過程優(yōu)化、數(shù)學運算和統(tǒng)計任務等。1.4S7-1200的編程語言2024/10/221.5程序結構（1）模塊化編程塊簡要說明組織塊（OB）操作系統(tǒng)與用戶程序的接口，決定程序的結構功能塊（FB）用戶編寫的包含經(jīng)常使用的功能的子程序，有專用的背景數(shù)據(jù)塊功能（FC）用戶編寫的包含經(jīng)常使用的功能的子程序，無專用的背景數(shù)據(jù)塊背景數(shù)據(jù)塊(DB）用于保存FB的輸如輸出參數(shù)和靜態(tài)變量，數(shù)據(jù)在編譯時自動生成全局數(shù)據(jù)塊(DB）存儲用戶數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)區(qū)域，供所有的代碼塊共享

模塊化編程將復雜的任務分成較小的子任務，每個子任務對應一個稱為“塊”的子程序，可以通過塊與塊之間的相互調(diào)用來組織程序。這樣的程序易于調(diào)試、查錯和修改，增加了PLC程序的組織性、邏輯性和可維護性。2024/10/22（2）組織塊組織塊（OrganizationBlock,OB）是操作系統(tǒng)與用戶程序的接口，由操作系統(tǒng)調(diào)用，用于控制掃描循環(huán)和中斷程序的執(zhí)行、PLC的啟動和錯誤處理等。其中的程序由用戶編寫。每個組織塊必須有唯一的編號，123號之前的一些編號是保留的，其他OB的編號應大于等于123。OB塊不能互相調(diào)用，也不能被FC和FB塊調(diào)用，只有啟動事件（如周期性中斷事件或診斷中斷事件）可以啟動OB塊的執(zhí)行。OB1是用戶程序中的主程序，在每一次循環(huán)中，操作系統(tǒng)程序調(diào)用一次OB1，因此OB1中的程序時循環(huán)執(zhí)行的。一個PLC程序中允許有多個程序循環(huán)，默認的塊是OB1，其他的循環(huán)程序OB的編號必須大于等于123。1.5程序結構2024/10/221.5程序結構（2）組織塊當CPU的工作模式從STOP切換到RUN時，執(zhí)行一次啟動（STARTUP）組織塊，初始化程序循環(huán)OB塊中的某些變量。執(zhí)行完啟動OB后，開始執(zhí)行程序循環(huán)OB，可以有多個啟動OB，默認的為OB100，其他啟動OB編號應大于等于123。

中斷處理用來實現(xiàn)對特殊內(nèi)部事件或外部事件的快速響應。如果出現(xiàn)中斷事件，由于OB1的中斷優(yōu)先級最低，操作系統(tǒng)在執(zhí)行完當前程序的當前指令后，立即響應中斷，CPU將暫停正在執(zhí)行的程序塊，啟動調(diào)用一個分配給該事件的組織塊（中斷程序）來處理中斷事件，執(zhí)行完中斷組織塊后，返回被中斷的程序斷點處繼續(xù)執(zhí)行原來的程序。2024/10/221.5程序結構（3）功能（函數(shù)）功能（Function，F(xiàn)C）是用戶編寫的子程序，包含完成特定任務的代碼和參數(shù)。FC和塊有與調(diào)用它的塊共享的輸入輸出參數(shù)，執(zhí)行完FC和FB后，返回調(diào)用它的代碼塊。

可以在程序的不同位置多次調(diào)用同一個FC或FB塊，這樣可以簡化重復執(zhí)行的任務編程。FC沒有固定的存儲區(qū)，執(zhí)行結束后，其臨時變量中的數(shù)據(jù)也就丟失了。2024/10/221.5程序結構（3）功能塊

功能塊（FunctionBlock,FB）是用戶編寫的子程序。調(diào)用FB時，需要指定背景數(shù)據(jù)塊，后者是功能塊專用的存儲區(qū)。CPU執(zhí)行FB中的程序，將塊的輸入輸出參數(shù)和局部靜態(tài)變量保存在背景數(shù)據(jù)塊中，以便在后面的掃描周期訪問它們。FB的典型應用是執(zhí)行不能再一個掃描周期完成的操作。在調(diào)用FB時，會自動打開對應的背景數(shù)據(jù)塊，數(shù)據(jù)塊中的變量可以供其他代碼塊使用。2024/10/221.5程序結構（5）數(shù)據(jù)塊數(shù)據(jù)塊（DataBlock，DB）是用于存放執(zhí)行代碼塊時所需數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)區(qū)，與代碼塊不同，數(shù)據(jù)塊沒有指令，STEP7按照數(shù)據(jù)生成的順序自動為數(shù)據(jù)塊中的變量分配地址。背景數(shù)據(jù)塊存儲的數(shù)據(jù)供特定的FB使用，保存的是對應的FB的輸入、輸出參數(shù)和局部靜態(tài)變量。FB的臨時數(shù)據(jù)不是用背景數(shù)據(jù)塊保存的。全局數(shù)據(jù)塊存儲供所有代碼塊使用的數(shù)據(jù)，所有的OB、FB和FC都可以訪問。2024/10/221.6系統(tǒng)存儲區(qū)（1）PLC選擇的物理存儲器1）只讀存儲器（ROM）。只讀存儲器只能讀出，不能寫入，是非易失性存儲器，電源中斷也不會造成數(shù)據(jù)的丟失，一般用來存放PLC的操作系統(tǒng)。2）隨機存儲器（RAM）。CPU可以從存儲器讀出數(shù)據(jù)或者向存儲器寫入數(shù)據(jù)，是易失性存儲器，電源中斷后，存儲器的數(shù)據(jù)丟失。3）快閃存儲器（FLASHEPROM）和電擦除存儲器（EEPROM），是非易失性存儲器，用來存放用戶程序和斷電時需要保護的重要數(shù)據(jù)。2024/10/221.6系統(tǒng)存儲區(qū)（