ytp企业自动化控制装置应用技术实践报告

1、YanCheng Institute of Technology 实践报告课程名称 企业自动化控制装置应用技术专业自动化学生姓名 杨天鹏班级 自动化121学号1210603106 完成日期 20151018盐城工学院电气学院盐城工学院电气学院实践任务书 姓 名：杨天鹏 院 （系）：电气学院 专 业：自动化 班 号：自动化121 任务起至日期： 2015年 10月 5日至 2015 年 10月 18日 同组设计者及分工：杨天鹏1、任意两种控制器的对比（应用范围、主要厂家、优缺点、发展方向等）；2、西门子S7-300系列PLC间的通信（MPI、DP、以太网），详细步骤、PLC程序、相关截图。（每人

2、只写一种通信方式，按学号分） 签字：_ _ 年 月 日 目 录实践内容及进度安排1一嵌入式系统21.1 嵌入式系统的介绍21.2 嵌入式系统的应用领域21.3 嵌入式系统的主要厂家31.4 嵌入式系统的优缺点41.5 嵌入式系统的发展前景5二PLC（可编程控制器）52.1 PLC的介绍52.2 PLC的应用领域62.3 PLC的主要厂家72.4 PLC的优缺点82.5 PLC的发展前景9三西门子S7-300系列PLC间的MPI通信113.1 西门子S7-300之间的MPI通信的详细步骤113.2 PLC的程序图15四心得体会18参考文献19 实践内容及进度安排日期实践内容10月9日企业参观主题

3、自动化测试技术10月10日指导老师授课辅小荣、杨晓冬10月11日企业指导老师授课吴慎飞、孙莹10月12日10月16日项目实践西门子S7-300间PLC的通信第1天：STEP7软件熟悉第2天：S7-300PLC的硬件组成第3天：硬件组态、程序编辑、上传、下载第4天：程序监视、通信程序第5天：项目联调、测试和优化10月1710月18日实践报告撰写一嵌入式系统1.1 嵌入式系统的介绍嵌入式系统（Embedded system），是一种“完全嵌入受控器件内部，为特定应用而设计的专用计算机系统”，根据英国电气工程师协会（ U.K. Institution of Electrical Engineer）的

4、定义，嵌入式系统为控制、监视或辅助设备、机器或用于工厂运作的设备。与个人计算机这样的通用计算机系统不同，嵌入式系统通常执行的是带有特定要求的预先定义的任务。由于嵌入式系统只针对一项特殊的任务，设计人员能够对它进行优化，减小尺寸降低成本。嵌入式系统通常进行大量生产，所以单个的成本节约，能够随着产量进行成百上千的放大。嵌入式系统是用来控制或者监视机器、装置、工厂等大规模设备的系统。国内普遍认同的嵌入式系统定义为：以应用为中心，以计算机技术为基础，软硬件可裁剪，适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗等严格要求的专用计算机系统。通常，嵌入式系统是一个控制程序存储在ROM中的嵌入式处理器控制板。事

5、实上，所有带有数字接口的设备，如手表、微波炉、录像机、汽车等，都使用嵌入式系统，有些嵌入式系统还包含操作系统，但大多数嵌入式系统都是由单个程序实现整个控制逻辑。嵌入式系统的核心是由一个或几个预先编程好以用来执行少数几项任务的微处理器或者单片机组成。与通用计算机能够运行用户选择的软件不同，嵌入式系统上的软件通常是暂时不变的；所以经常称为“固件”。1.2 嵌入式系统的应用领域1.工业控制：基于嵌入式芯片的工业自动化设备将获得长足的发展，目前已经有大量的8、16、32 位嵌入式微控制器在应用中，网络化是提高生产效率和产品质量、减少人力资源主要途径，如工业过程控制、数字机床、电力系统、电网安全、电网设

6、备监测、石油化工系统。就传统的工业控制产品而言，低端型采用的往往是位单片机。但是随着技术的发展，32位、64位的处理器逐渐成为工业控制设备的核心，在未来几年内必将获得长足的发展。2.交通管理：在车辆导航、流量控制、信息监测与汽车服务方面，嵌入式系统技术已经获得了广泛的应用，内嵌GPS模块，GSM模块的移动定位终端已经在各种运输行业获得了成功的使用。目前GPS设备已经从尖端产品进入了普通百姓的家庭，只需要几千元，就可以随时随地找到你的位置。 3.信息家电：这将称为嵌入式系统最大的应用领域，冰箱、空调等的网络化、智能化将引领人们的生活步入一个崭新的空间。即使你不在家里，也可以通过电话线、网络进行远

7、程控制。在这些设备中，嵌入式系统将大有用武之地。4.家庭智能管理系统：水、电、煤气表的远程自动抄表，安全防火、防盗系统，其中嵌有的专用控制芯片将代替传统的人工检查，并实现更高，更准确和更安全的性能。目前在服务领域，如远程点菜器等已经体现了嵌入式系统的优势。5.POS网络及电子商务：公共交通无接触智能卡(Contactless Smartcard, CSC)发行系统，公共电话卡发行系统，自动售货机，各种智能ATM终端将全面走入人们的生活，到时手持一卡就可以行遍天下。6.环境工程与自然：水文资料实时监测，防洪体系及水土质量监测、堤坝安全，地震监测网，实时气象信息网，水源和空气污染监测。在很多环境恶

8、劣，地况复杂的地区，嵌入式系统将实现无人监测。7.机器人：嵌入式芯片的发展将使机器人在微型化，高智能方面优势更加明显，同时会大幅度降低机器人的价格，使其在工业领域和服务领域获得更广泛的应用。这些应用中，可以着重于在控制方面的应用。就远程家电控制而言，除了开发出支持TCP/IP的嵌入式系统之外，家电产品控制协议也需要制订和统一，这需要家电生产厂家来做。同样的道理，所有基于网络的远程控制器件都需要与嵌入式系统之间实现接口，然后再由嵌入式系统来控制并通过网络实现控制。所以，开发和探讨嵌入式系统有着十分重要的意义。1.3 嵌入式系统的主要厂家1.深圳市鹏控电子有限公司公司主营产品：工控机;采集卡;模块

9、;PAC;嵌入式系统;工业以太网;现场总线;端子板;人机界面;工业电源;2.阿尔泰科技有限公司公司主营产品：数据采集板卡;运动控制卡;分布式采集模块;无线采集模块;3.浙江汇智科技有限公司公司主营产品：系统集成;智能化;综合布线;网络;楼层智能化;工程自动化控制;4.北京优嵌科技发展有限公司公司主营产品：控制系统;自动化产品开发;5.北京恒兴科技有限公司公司主营产品：工控机;pc104;采集模块采集卡;6.杭州立宇泰电子有限公司(网络市场部)公司主营产品：ARM;开发板;液晶屏;2410;44B0;2440;Liunx;WinCE;7.深圳市三基科技发展有限公司公司主营产品：液晶屏;驱动方案;

10、ARM开发板;TCON方案;驱动套件;8.广州市贝莱特科技有限公司公司主营产品：工控机;工业以太网;多串口设备;工业现场采集板卡;远程测控模块;PAC等;9.邯郸市清华华康电力电子有限公司公司主营产品：变电装置自动化;继电保护;智能控制;1.4 嵌入式系统的优缺点嵌入式操作系统的优点：1.可裁剪性。支持开放性和可伸缩性的体系结构。2.强实时性。EOS实时性一般较强，可用于各种设备控制中。3.统一的接口。提供设备统一的驱动接口。4.操作方便、简单、提供友好的图形GUI和图形界面，追求易学易用。提供强大的网络功能，支持TCP/IP协议及其他协议，提供TCP/UDP/IP/PPP协议支持及统一的MA

11、C访问层接口，为各种移动计算设备预留接口。5.强稳定性，弱交互性。嵌入式系统一旦开始运行就不需要用户过多的干预、这就要负责系统管理的EOS具有较强的稳定性。嵌入式操作系统的用户接口一般不提供操作命令，它通过系统的调用命令向用户程序提供服务。6.固化代码。在嵌入式系统中，嵌入式操作系统和应用软件被固化在嵌入式系统计算机的ROM中。7.更好的硬件适应性，也就是良好的移植性。8. 嵌入式微处理器和嵌入式操作系统为特征的嵌入式计算平台使计算进入 了后PC时代。嵌入式系统的小体积、高可靠能够满足实现野战和恶劣环境下的便携虚拟仪器的需要。基于嵌入式计算平台，设计虚拟仪器系统成为构建测试系统的新思路。嵌入式

12、操作系统的优点3.与通用型计算机系统相比，嵌入式系统功耗低、可靠性高；功能强大、性能价格比高；实时性强，支持多任务；占用空间小，效率高；面向特定应用，可根据需要灵活定制。 嵌入式系统的缺点：1.系统资源有限2.内核小，处理能力有限，实现的功能有限3.软件对硬件的依赖性高，软件的可移植性差4.对操作系统的可靠性要求较高。5.对开发人员的专业性要求较高。1.5 嵌入式系统的发展前景随着信息化，智能化，网络化的发展，嵌入式系统技术也将获得广阔的发展空间。嵌入式技术全面展开，目前已成为通信和消费类产品的共同发展方向。在通信领域，数字技术正在全面取代模拟技术。在广播电视领域，由模拟电视向数字电视转变，

13、DVB（数字电视广播）技术已在推广。数字音频广播（DAB）也已进入商品化试播阶段。而软件、集成电路和新型元器件在产业发展中的作用日益重要。所有上述产品中，都离不开嵌入式系统技术。机顶盒手写文字输入、语音拨号上网、收发电子邮件以及彩色图形、图像都应用嵌入式系统已取得初步成效。二PLC（可编程控制器）2.1 PLC的介绍可编程控制器是60年代末在美国首先出现的，当时叫可编程逻辑控制器PLC（Programmable Logic Controller），目的是用来取代继电器。以执行逻辑判断、计时、计数等顺序控制功能。提出PLC概念的是美国通用汽车公司。PLC的基本设计思想是把计算机功能完善、灵活、通

14、用等优点和继电器控制系统的简单易懂、操作方便、价格便宜等优点结合起来，控制器的硬件是标准的、通用的。根据实际应用对象，将控制内容编成软件写入控制器的用户程序存储器内,使控制器和被控对象连接方便。 70年代中期以后，PLC已广泛地使用微处理器作为中央处理器，输入输出模块和外围电路也都采用了中、大规模甚至超大规模的集成电路，这时的PLC已不再是仅有逻辑(Logic)判断功能，还同时具有数据处理、PID调节和数据通信功能。国际电工委员会(IEC)颁布的可编程控制器标准草案中对可编程控制器作了如下的定义：可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用了可编程序的存储器，用

15、来在其内部存储执行逻辑运算，顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式和模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关外围设备，易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩充其功能的设计。2.2 PLC的应用领域目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，使用情况大致可归纳为如下几类。1.开关量的逻辑控制:这是PLC最基本、最广泛的应用领域，它取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及自动化流水线。如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、

16、包装生产线、电镀流水线等。2.模拟量控制:在工业生产过程当中，有许多连续变化的量，如温度、压力、流量、液位和速度等都是模拟量。为了使可编程控制器处理模拟量，必须实现模拟量（Analog）和数字量（Digital）之间的A/D转换及D/A转换。PLC厂家都生产配套的A/D和D/A转换模块，使可编程控制器用于模拟量控制。3.运动控制:PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制。从控制机构配置来说，早期直接用于开关量I/O模块连接位置传感器和执行机构，现在一般使用专用的运动控制模块。如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。世界上各主要PLC厂家的产品几乎都有运动控制功能，广泛用于各种机械、机

17、床、机器人、电梯等场合。4.过程控制:过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。作为工业控制计算机，PLC能编制各种各样的控制算法程序，完成闭环控制。PID调节是一般闭环控制系统中用得较多的调节方法。大中型PLC都有PID模块，目前许多小型PLC也具有此功能模块。PID处理一般是运行专用的PID子程序。过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。5.数据处理:现代PLC具有数学运算（含矩阵运算、函数运算、逻辑运算）、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。这些数据可以与存储在存储器中的参考值比较，完成一定的控制操作，也可以利用通信

18、功能传送到别的智能装置，或将它们打印制表。数据处理一般用于大型控制系统，如无人控制的柔性制造系统；也可用于过程控制系统，如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。6.通信及联网:PLC通信含PLC间的通信及PLC与其它智能设备间的通信。随着计算机控制的发展，工厂自动化网络发展得很快，各PLC厂商都十分重视PLC的通信功能，纷纷推出各自的网络系统。新近生产的PLC都具有通信接口，通信非常方便。2.3 PLC的主要厂家1.德国西门子公司：它有SS系列的产品。有SS95U、100U、115U、135U及155U。 135U、155U为大型机，控制点数可达6000多点，模拟量可达300多路。最近还推

19、出S7系列机，有S7-200（小型）、S7-300（中型）及 S7-400机（大型）。性能比S5大有提高。2.日本OMRON公司：它有CPM1A型机，P型机，H型机，CQM1、CVM、CV型机，Ha型、F型机等，大、中、小、微均有，特别在中、小、微方面更具特长，在中国及世界市场，都占有相当的份额。3.美国GE公司、日本FANAC合资的GEFANAC的9070机也是很吸引人的。据介绍。它具有25个特点。诸如，用软设定代硬设定，结构 化编程，多种编程语言，等等。它有914、781782、771772、731732等多种型号。另外，还有中型机9030系列，其型号有 344、331、 323、321多

20、种；还有9020系列小型机，型号为211。4.美国莫迪康公司（施奈德）的984机也是很有名的。其中E984785可安31个远程站点，总控制规模可达63535点。小的为紧凑型的，如984-120，控制点数为256点，在最大与最小之间，共20多个型号。5.美国AB（AlienBradley）公司创建于1903年，在世界各地有20多个附属机构，10多个生产基地。可编程控制器也是它的重要产品。它的 PLC5系列是很有名的，其下有PLC5/10，PLC5/11，PLC5/250多种型号。另外，它也有微型PLC，SLC500即为其中一种。有三种配置，20、30及40I/O配置选择，I/O点数分别为12/8

21、、18/12及24/16三种。6.日本三菱公司的PLC也是较早推到我国来的。其小型机FI前期在国内用得很多，后又推出FXZ机，性能有很大提高。它的中、大型机为A系列。AIS、AZC、A3A等。7日本日立公司也生产PLC，其E系列为箱体式的。基本箱体有E-20、E-28、E40、E64。其I/O点数分别为12/8、16/12、24/16及40/24。另外，还有扩展箱体，规格与主箱体相同其EM系列为模块式的，可在16160之间组合。8.日本东芝公司也生产PLC，其EX小型机及EXPLUS小型机在国内也用得很多。它的编程语言是梯形图，其专用的编程器用梯形图语言编程。另外，还有EX100系列模块式PL

22、C，点数较多，也是用梯形图语言编程。9.日本松下公司也生产PLC。FPI系列为小型机，结构也是箱体式的，尺寸紧凑。FP3为模块式的，控制规模也较大，工作速度也很快，执行基本指令仅0l微秒。10日本富士公司也有PLC。其NB系列为箱体式的，小型机。NS系列为模块式。11.美国IPM公司的IP1612系列机，由于自带模拟量控制功能，自带通讯口，集成度又非常之高，虽点数不多，仅16入，12出，但性价比还适合于系统不大，但又有模拟量需控制的场合。新出的lP3416机，I/O点数扩大到34入、12出，而且还自带一个简易小编程器，性能又有改进。12.国内PLC厂家规模多不大。最有影响的算是无锡的华光。、它

23、也生产多种型号与规格的PLC，如SU、SG等，发展也很快，在价格上很有优势。相信会在世界PLC之林中一定有其位置的。2.4 PLC的优缺点PLC的优点：1.可靠性高，抗干扰能力强。高可靠性是电气控制设备的关键性能。PLC由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。例如三菱公司生产的F系列PLC平均无故障时间高达30万小时。一些使用冗余CPU的PLC的平均无故障工作时间则更长。从PLC的机外电路来说，使用PLC构成控制系统，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC带有

24、硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。在应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除PLC以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。这样，整个系统具有极高的可靠性也就不奇怪了。2.配套齐全，功能完善，适用性强。PLC发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。可以用于各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外，现代PLC大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。近年来PLC的功能单元大量涌现，使PLC渗透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中。加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。3.易

25、学易用，深受工程技术人员欢迎。PLC作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，只用PLC的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。4.系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造。PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。这很适合多品种、小批量的生产场合。5.体

26、积小，重量轻，能耗低。以超小型PLC为例，新近出产的品种底部尺寸小于100mm，重量小于150g，功耗仅数瓦。由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备。PLC的缺点：PLC价格昂贵并且PLC的体系结构是封闭的，各PLC厂家的硬件体系互不兼容， 编程语言及指令系统也各异，当用户选择了一种PLC产品后，必须选择与其相应的控制规程，并且学习特定的编程语言。2.5 PLC的发展前景PLC发展至今已有近40年的历史，随着半导体技术、计算机技术和通信技术的发展，工业控制领域已有翻天覆地的变化，PLC亦一样，随着PLC应用领域日益扩大，PLC技术及其产品结构都在不断改进，功能日益强大，性

27、价比越来越高。1.PLC微型化发展：PLC的功能正越来越丰富，而体积则越来越小。比如三菱的FX-IS系列PLC，最小的机种，体积仅为 60×90×75mm，相当于一个继电器，但却具有高速计数、斜坡、交替输出及16位四则运算等能力，还具有可调电位器时间设定功能。PLC已不再是早期那种只能进行开关量逻辑运算的产品了，而是具有越来越强的模拟量处理能力，以及其他过去只有在计算机上才能具有的高级处理能力，如浮点数运算、PID调节、温度控制、精确定位、步进驱动、报表统计等。从这种意义上说，PLC系统与DCS(集散控制系统)的差别越来越小了，用PLC同样可以构成一个过程控制系统。2.PL

28、C网络技术化发展：PLC网络控制是当前控制系统和PLC技术发展的潮流。PLC与PLC之间的联网通信、PLC与上位计算机的联网通信已得到广泛应用。目前，PLC制造商都在发展自己专用的通信模块和通信软件以加强PLC的联网能力。各PLC制造商之间也在协商指定通用的通信标准，以构成更大的网络系统。PLC已成为集散控制系统（DCS）不可缺少的组成部分。3.向模块化、智能化发展：为满足工业自动化各种控制系统的需要，近年来，PLC厂家先后开发了不少新器件和模块，如智能I/O模块、温度控制模块和专门用于检测PLC外部故障的专用智能模块等，这些模块的开发和应用不仅增强了功能，扩展了PLC的应用范围，还提高了系统

29、的可靠性。4.PLC操作向简易化方向发展：目前PLC推广的难度之一就是复杂的编程使得用户望而却步，而且不同厂商PLC所有编程的语言也不尽相同，用户往往需要掌握更多种编程语言，难度较大。PID控制、网络通信、高速计数器、位置控制、数据记录、配方和文本显示器等编程和应用也是PLC程序设计中的难点，用普通的方法对它们编程时，需要熟悉有关的特殊存储器的意义，在编程时对它们赋值，运行时通过访问它们来实现对应的功能。这些程序往往还与中断有关，编程的过程既繁琐又容易出错，阻碍了PLC的进一步推广应用。PLC的发展必然朝着操作简化对复杂任务的编程，在这一点上西门子就充当了先行者，西门子S7-200的编程软件设

30、计了大量的编程向导，只需要在对话框中输入一些参数，就可以自动生成包括中断程序在内的用户程序，大大方便了用户的使用。5.编程语言和编程工具的多样化和标准化：多种编程语言的并存、互补与发展是PLC软件进步的一种趋势。 PLC厂家在使硬件及编程工具换代频繁、丰富多样、功能提高的同时，日益向MAP(制造自动化协议)靠拢，使PLC的基本部件，包括输入输出模块、通信协议、编程语言和编程工具等方面的技术规范化和标准化。三西门子S7-300系列PLC间的MPI通信3.1 西门子S7-300之间的MPI通信的详细步骤1.在一个项目下插入2个PLC300（一主一从）。图1.1 PLC300的设置2.打开主站PLC

31、的硬件设置。双击CPU-MPI属性-新建窗口-波特率187.5、站地址2图1.2 主站PLC的硬件设置3.打开从站PLC的硬件设置。双击CPU-MPI属性-新建窗口-波特率187.5、站地址3 图1.3 从站PLC的硬件设置4.硬件设置都完成后回到“项目管理器”界面，点击“组态网络”。图1.4 项目管理器界面5.点击“MPI”线，右键-定义全局数据。图1.5 定义全局数据界面6.选中第一个框架，右键插入CPU。图1.6 插入CPU7.选择要插入的CPU。图1.7 选择CPU8.选中如下图所示，建立主站发送区。图1.8 建立主站发送区9.选中如下图所示，建立从站接受区。图1.9 建立从站接受区然

32、后依次设置主站的接受发送区和从站的发送区。表示含义：第一行：CPU315-2DP（ZHU）的MW0作为发送区，CPU315-2DP（CONG）的QW4作为接受区。第二行：CPU315-2DP（ZHU）的QW4作为接受区，CPU315-2DP (CONG)的MW10作为发送区。图1.10 设置接受区和发送区10.点击“编译”。图1.11 编译界面11.回到“组态网络”界面下点击“保存编译”。3.2 PLC的程序图1.首先在SIMATIC 300（1）的CPU下插入OB35，把发送的程序写入OB35中。图2.1 插入OB35对话框2.双击OB35进入程序编写界面，点击“Libraries”-“Standard Library”-“System Function Blocks”,选择SFC65“X_SEND”后见图2.2。图2.3中当REQ的值等于“TRUE”后就把M20.0开始的5个字节发送出去。图2.2 双击OB35进入发送站的程序编辑界面3.发送的程序编号后，接下来在SIMATIC 300（2）的CPU的OB1里编写接受程序。同样双击O