S7-1200 PLC應(yīng)用技術(shù)項目化教程 課上任務(wù)匯 周海君 項目1-8 PLC控制系統(tǒng)認(rèn)知 -水塔水位變頻控制

項目一PLC控制系統(tǒng)認(rèn)知在以S7-1200PLC為核心的控制系統(tǒng)中，I/O部分用以接收信號或輸出信號，便于與PLC進(jìn)行人機(jī)對話。輸入的有條碼讀入器、傳感器、模擬量的電位器等；輸出的有打印機(jī)、編程器、監(jiān)控器等。隨著技術(shù)的進(jìn)步，這種設(shè)備將更加豐富。PLC控制系統(tǒng)是在傳統(tǒng)順序控制器的基礎(chǔ)上，引入了微電子技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)、自動控制技術(shù)和通訊技術(shù)而形成的一代新型工業(yè)控制系統(tǒng)。其主要用于實現(xiàn)替代繼電器執(zhí)行邏輯，計時計數(shù)等順序控制功能，建立柔性的遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)，PLC具有通用性強、使用方便、適應(yīng)面廣、可靠性高、抗干擾能力強、編程簡單等特點。隨著計算機(jī)工業(yè)控制技術(shù)的不斷發(fā)展，監(jiān)控技術(shù)日趨完善，PLC在生產(chǎn)過程控制中的地位越來越重要，PLC具有性價比高可靠性高的特點，使其成為自動化工程的核心設(shè)備，在工業(yè)控制系統(tǒng)中為各式各樣的自動化設(shè)備提供非?？煽康目刂茟?yīng)用，PLC替代了大量的繼電器，并能通過組態(tài)軟件與工業(yè)以太網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)，成套設(shè)備和觸摸屏結(jié)合，完成特定自動化生產(chǎn)，簡化操作，在提高生產(chǎn)率的同時降低了員工的勞動強度。任務(wù)1PLC認(rèn)知PLC定義：PLC是ProgrammableLogicController的簡稱，即可編程邏輯控制器。國際電工委員會（IEC）于1985年對可編程控制器作了如下定義：可編程序控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)、專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計。它采用可編程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)、和算術(shù)運算等操作的指令，并通過數(shù)字、模擬的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。PLC基本結(jié)構(gòu)：PLC種類繁多，但其基本結(jié)構(gòu)和工作原理相同。PLC的功能結(jié)構(gòu)由中央處理器（CPU）、存儲器、輸入接口/輸出接口、通信接口、擴(kuò)展接口和電源部件等部分組成，如圖所示。PLC工作原理：PLC是一種存儲程序的控制器。用戶根據(jù)某一對象的具體控制要求，編制好控制程序后，用編程器將程序輸入到PLC（或用計算機(jī)下載到PLC）的用戶程序存儲器中寄存。PLC的控制功能就是通過運行用戶程序來實現(xiàn)的。PLC品牌：國外品牌國外PLC產(chǎn)品可按地域分成三大流派：一個是美國產(chǎn)品，一個是歐洲產(chǎn)品，另一個是日本產(chǎn)品。國產(chǎn)品牌我國自主品牌的PLC生產(chǎn)廠家有三十余家，但是在市場中所占份額較少。主要生產(chǎn)廠家有臺灣的臺達(dá)集團(tuán)、永宏電動機(jī)股份有限公司、豐煒科技企業(yè)股份有限公司和大陸的北京和利時集團(tuán)、無錫信捷電氣股份有限公司、北京安控科技股份有限公司、臺安科技（無錫）有限公司、黃石市科威自控有限公司、上海正航電子科技有限公司等。

任務(wù)2S7-1200PLC硬件認(rèn)識CPU模塊：CPU模塊是S71200PLC系統(tǒng)中最核心的成員。S71200PLC的CPU有五類：CPU1211C、CPU1212C、CPU1214C、CPU1215C和CPU1217C，每類CPU模塊又細(xì)分三種規(guī)格：DC/DC/DC、DC/DC/RLY和AC/DC/RLY。CPU的工作模式CPU有以下三種工作模式：STOP模式、STARTUP模式和RUN模式。CPU前面的狀態(tài)LED指示當(dāng)前工作模式。信號板：信號板（SignalBoard）為西門子S7-1200PLC所特有的，各種CPU的正面都可以安裝一塊具有數(shù)字量或模擬量I/O的SB，不會增加安裝的空間?？蔀镃PU提供附加的I/O點或增加需要的功能，例如數(shù)字量輸出信號板可使繼電器輸出的CPU具有高速輸出的功能。信號模塊：信號模塊（SM）是CPU與控制設(shè)備之間的接口，數(shù)字量輸入/數(shù)字量輸出（DI/DO）模塊和模擬量輸入/模擬量輸出（AI/AO）模塊統(tǒng)稱為信號模塊。用于擴(kuò)展西門子S7-1200PLC的輸入和輸出點數(shù)，可以使CPU增加附加功能，連接在CPU模塊的右側(cè)。通信模塊（CM）：S7-1200具有非常強大的通信功能，提供下列的通信選項：I-Device（智能設(shè)備）、PROFINET、PROFIBUS、遠(yuǎn)距離控制通信、點對點（PtP）通信、USS通訊，ModbusRTU、AS-i和I/OlinkMASTER。通信模塊規(guī)格較為齊全。

任務(wù)3TIAPortal初識1．安裝TIA博途軟件的軟硬件條件（1）硬件要求TIA博途軟件對計算機(jī)系統(tǒng)的硬件要求比較高，計算機(jī)最好配置固態(tài)硬盤（SSD）。（2）操作系統(tǒng)要求專業(yè)版、企業(yè)版或者旗艦版的操作系統(tǒng)是TIA博途軟件的必備條件，不支持家庭版操作系統(tǒng)。推薦64位的Windows7SP1或Windows8.1，以及某些Windows服務(wù)器，不支持WindowsXP。2．安裝TIA博途軟件的注意事項1）無論是Windows7還是Windows8.1系統(tǒng)的家庭（HOME）版，都不能安裝西門子的TIA博途軟件。2）安裝TIA博途軟件時，最好關(guān)閉監(jiān)控和殺毒軟件。3）安裝TIA博途軟件時，軟件的存放目錄中不能有漢字，否則，將彈出錯誤信息，表明目錄中有不能識別的字符。例如將軟件存放在“C：/軟件/STEP7”目錄中就不能安裝。4）在安裝TIA博途軟件的過程中出現(xiàn)提示“請重新啟動Windows”字樣，這可能是360安全軟件作用的結(jié)果，重啟電腦有時是可行的方案，有時計算機(jī)會重復(fù)提示重啟電腦，在這種情況下解決方案如下：在Windows的菜單命令下，單擊“開始”按鈕，在“搜索程序和文件”對話框中輸入“regedit”，打開注冊表編輯器。選中注冊表中“HKEY_LOCAL_MACHINE\System\CueerentControlset\Control”中的“Sessionmanager”，刪除右側(cè)窗口中的“PendingFileRenameOperations”選項。重新安裝，就不會出現(xiàn)重啟計算機(jī)的提示了。5）允許在同一臺計算機(jī)的同一個操作系統(tǒng)中安裝STEP7V5.5、STEP7V12和STEP7V13，早期的STEP7V5.5和STEP7V5.4不能安裝在同一個操作系統(tǒng)中。3．安裝TIA博途軟件安裝軟件的前提是計算機(jī)的操作系統(tǒng)和硬件符合安裝TIA博途軟件的條件。當(dāng)滿足安裝條件時，首先要關(guān)閉正在運行的其他所有程序，然后將TIA博途軟件光盤插入計算機(jī)的光驅(qū)中，安裝程序會自動啟動，如安裝程序沒有自動啟動，則雙擊光盤安裝盤中的可執(zhí)行文件“Start.exe”，手動啟動。4．安裝仿真軟件仿真軟件可以提供無硬件的程序調(diào)試環(huán)境，對于初學(xué)者大大提高了學(xué)習(xí)效率。仿真軟件功能對S7-1200硬件和博途軟件的要求如下：固件版本為V4.0及以上，軟件版本為V13SP1及以上。5．卸載TIA博途軟件卸載TIA博途軟件和卸載其他軟件類似，具體操作過程如下：1）打開控制面板的“程序和功能”界面。打開控制面板，雙擊打開“程序和功能”界面。單擊“卸載”按鈕，彈出初始化界面，需要一定時間。2）卸載語言。初始化界面完成后，選擇“安裝語言”，單擊“下一步”按鈕，彈出“選擇要卸載的軟件”的界面。3）選擇要卸載的軟件。選擇要卸載的軟件，單擊“下一步”按鈕，彈出卸載預(yù)覽界面，單擊“卸載”按鈕，卸載開始進(jìn)行，直到完成后，重新啟動計算機(jī)即可。6.TIA博途軟件使用入門（1）軟件的視圖（2）項目的創(chuàng)建、打開和關(guān)閉項目二電動機(jī)起?？刂苽鹘y(tǒng)的繼電器-接觸器控制系統(tǒng)，根據(jù)控制要求采用硬件接線方式接入繼電器、定時器和計數(shù)器。但是，這種方法在全部接線完成之前，操作者不能測試控制元件；而且由于每個元件動作頻率高造成使用壽命都很短，所以經(jīng)常需要維修。所以，維修或升級都需要花費大量的時間和精力，將大大影響生產(chǎn)效率。這也是PLC控制系統(tǒng)誕生的意義所在。本項目實現(xiàn)如何用PLC實現(xiàn)電機(jī)起?？刂?。根據(jù)控制要求設(shè)計自動控制系統(tǒng)。任務(wù)1單臺電動機(jī)起?？刂葡到y(tǒng)設(shè)計與調(diào)試學(xué)習(xí)位邏輯運算指令控制要求：用S7-1200PLC實現(xiàn)三相異步電動機(jī)的直接起動控制，即按下起動按鈕SB2，電動機(jī)M起動運轉(zhuǎn)，按下停止按鈕SB1，電動機(jī)M停止運轉(zhuǎn)。進(jìn)行控制系統(tǒng)設(shè)計：設(shè)備清單、I/O設(shè)置、繪制接線圖、硬件接線、程序設(shè)計、系統(tǒng)調(diào)試

任務(wù)2多臺電動機(jī)聯(lián)鎖控制系統(tǒng)設(shè)計與調(diào)試學(xué)習(xí)PLC的數(shù)據(jù)尋址方式、存儲器分類控制要求：在生產(chǎn)實踐中，由多臺電動機(jī)拖動的設(shè)備，常需要電動機(jī)按先后順序工作。例如機(jī)床中要求潤滑電動機(jī)啟動后，主軸電動機(jī)才能啟動，下圖為兩臺電動機(jī)順序啟動控制電路。其中，M1為潤滑電動機(jī)，M2為主軸電動機(jī)。M1和M2各由熱繼電器FR1、FR2進(jìn)行保護(hù)，接觸器KMl控制潤滑電動機(jī)Ml的起動、停止；KM2控制主軸電動機(jī)M2的起動、停止，KM1、KM2經(jīng)熔斷器FU和開關(guān)Q與電源連接。進(jìn)行控制系統(tǒng)設(shè)計：設(shè)備清單、I/O設(shè)置、繪制接線圖、硬件接線、程序設(shè)計、系統(tǒng)調(diào)試。項目三交通信號燈控制本項目完成如何用PLC實現(xiàn)多種交通燈控制。根據(jù)控制要求設(shè)計自動控制系統(tǒng)。任務(wù)1交通燈雙向控制系統(tǒng)設(shè)計與調(diào)試學(xué)習(xí)定時器指令：TON、TOF、TONR、TP控制要求：某十字路口交通信號燈系統(tǒng)控制要求：1）按下啟動按鈕，十字路口交通燈按表3-3所示規(guī)律開始運行，并周而復(fù)始的循環(huán)動作；2）按下停止按鈕，所有信號燈熄滅。具體要求見表3-4。表3-3交通燈運行規(guī)律南北方向交通燈變化綠綠綠黃紅紅紅紅紅紅東西方向交通燈變化紅紅紅紅紅綠綠綠黃紅表3-4十字路口交通燈具體要求南北信號綠燈黃燈紅燈時間3s1s6s東西信號紅燈綠燈黃燈紅燈時間5s3s1s1s進(jìn)行控制系統(tǒng)設(shè)計：設(shè)備清單、I/O設(shè)置、繪制接線圖、硬件接線、程序設(shè)計、系統(tǒng)調(diào)試

任務(wù)2交通燈手/自動控制系統(tǒng)設(shè)計與調(diào)試學(xué)習(xí)置位、復(fù)位指令控制要求：某十字路口交通信號燈系統(tǒng)在實現(xiàn)任務(wù)1的功能要求上，增加如下功能需求：1）增加一個南北方向強制放行的按鈕，當(dāng)按下此按鈕時，南北方向變成綠燈，東西方向強制變成紅燈；2）南北方向綠燈亮10s后，紅綠燈恢復(fù)正常，重新計時循環(huán)。同理，東西方向也可設(shè)置強制放行按鈕，工作過程如上。進(jìn)行控制系統(tǒng)設(shè)計：設(shè)備清單、I/O設(shè)置、繪制接線圖、硬件接線、程序設(shè)計、系統(tǒng)調(diào)試。項目四天塔之光控制本項目完成如何用PLC實現(xiàn)天塔各種燈光的控制。根據(jù)控制要求設(shè)計自動控制系統(tǒng)。任務(wù)1發(fā)射型燈光控制系統(tǒng)設(shè)計與調(diào)試學(xué)習(xí)移位指令：右移指令SHR（ShiftLogicalRight）和左移指令SHL（ShiftLogicalLeft）。控制要求：1）按下啟動按鈕SB1，L1亮1s后熄滅，接著L2，L3，L4，L5亮，1s后熄滅，接著L6，L7，L8，L9亮，1s后熄滅，接著L1又亮1s后熄滅，……如此循環(huán)下去。時序圖如圖4-5所示。2）按下停止按鈕SB2，所有燈熄滅。進(jìn)行控制系統(tǒng)設(shè)計：設(shè)備清單、I/O設(shè)置、繪制接線圖、硬件接線、程序設(shè)計、系統(tǒng)調(diào)試

任務(wù)2流水型燈光控制系統(tǒng)設(shè)計與調(diào)試學(xué)習(xí)循環(huán)移位指令：循環(huán)右移指令ROR（RotateRight）和循環(huán)左移指令ROL（RotateLeft）?？刂埔螅?）按下啟動按鈕SB1，L1亮1s后熄滅，接著L2亮1s后熄滅，接著L3亮1s后熄滅，……，接著L9亮，延時5s后反向點亮，即L8亮1s后熄滅，L7亮1s后熄滅，……，回到L1亮也延時5s后熄滅，接著L2亮1s后熄滅，……如此循環(huán)下去。2）按下停止按鈕SB2，所有燈熄滅。進(jìn)行控制系統(tǒng)設(shè)計：設(shè)備清單、I/O設(shè)置、繪制接線圖、硬件接線、程序設(shè)計、系統(tǒng)調(diào)試。

任務(wù)3多模式燈光控制系統(tǒng)設(shè)計與調(diào)試學(xué)習(xí)計數(shù)器指令：加計數(shù)器（CTU）、減計數(shù)器（CTD）、加減計數(shù)器（CTUD）?？刂埔螅?）按下啟動按鈕SB1，L1亮1s后熄滅，接著L2亮1s后熄滅，接著L3亮1s后熄滅，……，接著L9亮，延時5s后反向點亮，即L8亮1s后熄滅，L7亮1s后熄滅，……，回到L1亮也延時5s后熄滅，接著L2亮1s后熄滅，……如此循環(huán)下去。2）按下停止按鈕SB2，所有燈熄滅。進(jìn)行控制系統(tǒng)設(shè)計：設(shè)備清單、I/O設(shè)置、繪制接線圖、硬件接線、程序設(shè)計、系統(tǒng)調(diào)試。項目五自動售貨機(jī)控制本項目完成如何用PLC實現(xiàn)自動售貨機(jī)的控制。根據(jù)控制要求設(shè)計自動控制系統(tǒng)。任務(wù)1投幣售貨自動顯示控制系統(tǒng)設(shè)計與調(diào)試學(xué)習(xí)移動指令：MOVE?？刂埔螅耗匙詣邮圬洐C(jī)投幣售貨顯示系統(tǒng)控制要求：1）按下貨物按鈕，按表5-3所示顯示貨物金額；2）按下投幣按鈕，顯示投幣個數(shù)；3）按下退幣按鈕，顯示清零。表5-3貨物單價金額貨物名稱可樂純水牛奶酸奶貨物單價2.5元1.5元3.0元3.5元進(jìn)行控制系統(tǒng)設(shè)計：設(shè)備清單、I/O設(shè)置、繪制接線圖、硬件接線、程序設(shè)計、系統(tǒng)調(diào)試

任務(wù)2單物品自動售貨控制系統(tǒng)設(shè)計與調(diào)試學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)函數(shù)指令：ADD、SUB、MUL、DIV、INC、DEC分別是加、減、乘、除、遞增、遞減指令。控制要求：某自動售貨機(jī)控制系統(tǒng)要求如下：1）按下投幣口按鈕1角、5角、1元，數(shù)碼顯示投幣金額為01、05、10；2）顯示金額減去所買貨物金額后，數(shù)碼顯示余額，可以一次多買，直到金額不足，燈L1亮提示當(dāng)前余額不足；3）當(dāng)投幣余額不足時，如果繼續(xù)投幣則可連續(xù)購買；4）投幣金額超過十元，數(shù)碼顯示低兩位，但可以繼續(xù)購物；5）購物4s后，如果沒有再操作，則取物口燈亮，有余額則退幣口燈亮；6）如不買貨物，按退幣鈕，則退出全部金額、數(shù)碼顯示為零，退幣口燈亮。進(jìn)行控制系統(tǒng)設(shè)計：設(shè)備清單、I/O設(shè)置、繪制接線圖、硬件接線、程序設(shè)計、系統(tǒng)調(diào)試。

任務(wù)3全自動售貨機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計與調(diào)試學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)函數(shù)指令：包含加法（ADD）、減法（SUB）、乘法（MUL）、除法（DIV）算數(shù)運算指令，還包括計算平方（SQR）、平方根（SQRT）等復(fù)雜的函數(shù)運算指令控制要求：某自動售貨機(jī)控制系統(tǒng)要求如下：1）通過投幣口投幣，可識別1元、5元、10元、20元、50元人民幣，數(shù)碼顯示投幣金額為01、05、10、20、50；投幣金額最大為99元；2）錢幣輸入采用按鈕復(fù)用的方式，需要投幣鍵與“+”或“-”三個按鈕配合使用的；“+”或“-”選擇幣值，投幣鍵確認(rèn)投幣。（按鈕復(fù)用輸入方式在手持設(shè)備的操作經(jīng)常被采用，如變頻器的控制面板）3）所售貨物名稱及貨物金額如表5-13所示。購買貨物后顯示金額減去所買貨物金額，數(shù)碼顯示余額，可以一次多買，直到金額不足，燈L1亮提示當(dāng)前余額不足；4）當(dāng)投幣余額不足時，如果繼續(xù)投幣則可連續(xù)購買；5）購物4s后，如果沒有再操作，則取物口燈亮，有余額則退幣口燈亮；6）不再購買貨物后按退幣鈕，則可以退出全部余額。退回金額從大面值貨幣開始清退，逐一遞減。每0.5秒退還一張錢幣，退幣口燈亮一次作為提示，直至余額到零為止。表5-13貨物單價金額貨物名稱薯片餅干巧克力干果貨物單價8元10元12元15元進(jìn)行控制系統(tǒng)設(shè)計：設(shè)備清單、I/O設(shè)置、繪制接線圖、硬件接線、程序