S71200PLC的硬件与硬件组态课件

1、1第 1 章S7-1200 PLC的硬件与硬件组态第1页，共68页。21968年，美国最大的汽车制造商通用汽车公司为了适应生产工艺不断更新的需要，期望找到一种新的方法，尽可能减少重新设计继电控制系统和重新接线的工作，以降低成本、缩短周期，设想把计算机通用、灵活、功能完备等优点和继电控制系统的简单易懂、价格便宜等优点结合起来，制成一种通用控制装置，并把计算机的编程方法和程序输入方式加以简化，用面向控制过程、面向问题的“自然语言”进行编程，使不熟悉计算机的人也能方便地使用。1969年，美国数字设备公司研制出了第一台可编程序逻辑控制器，在通用汽车公司的自动装配线上试用获得了成功。PLC的起源-1第2

2、页，共68页。3于是，美国电器制造商协会将其正式命名为可编程序控制器（Programmable Controller），简称PC。由于它与个人计算机(Personal computer)的简称PC相同，所以人们习惯上仍将其称为PLC。 PLC的起源-2第3页，共68页。41987年2月，国际电工委员会(IEC)对可编程控制器的定义是：可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，是专为在工业环境下的应用而设计的。它采用一类可编程序的存储器，用于其内部存储程序、执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术操作等面向用户的指令，并通过数字式或模拟式输入/输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及

3、其有关外部设备，都按易于与工业控制系统连成一个整体、易于扩充功能的原则设计。PLC的定义第4页，共68页。5PLC的基本结构PLC是以微处理器为基础，综合了计算机技术、自动控制技术和通信技术而发展起来的一种新型、通用的自动控制装置。其硬件组成与微型计算机相似。工业自动控制中使用的可编程控制器的种类很多，不同类型的产品各有特点，但可编程控制器在组成、工作原理及编程方法等许多方面是基本相同的。第5页，共68页。6PLC控制系统示意图第6页，共68页。7PLC的特点 1. 编程方法简单易学2. 功能强，性能价格比高3. 硬件配套齐全，用户使用方便，适应性强4. 可靠性高，抗干扰能力强5. 系统的设计

4、、安装、调试工作量少6. 维修工作量小，维修方便7. 体积小，能耗低第7页，共68页。8PLC的工作原理 扫描过程第8页，共68页。9扫描周期 PLC在RUN工作状态时，执行一次扫描过程所需的时间称为扫描周期，典型值为1100ms。第9页，共68页。10I/O的存取通过I/O映像寄存器，而不是实际I/O，优点：1、程序执行阶段输入固定，执行完后再用输出映像寄存器的值更新输出点，使系统运行稳定；2、用户程序读写I/O映像寄存器比读写I/O点快得多，可以提高程序的执行速度。过程映像寄存器第10页，共68页。11立即I/O的处理在程序执行的过程中使用立即I/O指令可以直接存取I/O点。用立即I/O指

5、令读输入点时，相应的输入过程映像寄存器的值未被更新。用立即I/O指令写输出点时，相应的输出过程映像寄存器的值被更新。第11页，共68页。12S7-1200 PLC (Programmable Logic Controller) 是西门子公司推出的一款PLC，主要面向简单而高精度的自动化任务。S7-1200设计紧凑、组态灵活且具有功能强大的指令集，这些特点的组合使它成为控制各种应用的完美解决方案。 CPU将微处理器、集成电源、输入电路和输出电路组合到一个设计紧凑的外壳中以形成功能强大的PLC。CPU根据用户程序逻辑监视输入并更改输出，用户程序可以包含布尔逻辑、计数、定时、复杂数学运算以及与其它智

6、能设备的通信。1.1 S7-1200 PLC 简介第12页，共68页。131.1 S7-1200 PLC 简介S7-1200 PLC在西门子PLC系列产品中的定位第13页，共68页。141.2 S7-1200 的硬件第14页，共68页。15电源接口可拆卸用户接线连接器（保护盖下面）板载 I/O 的状态LEDPROFINET 连接器（CPU 的底部）1.2 S7-1200 的硬件 CPU模块指示CPU运行状态的LED第15页，共68页。161.2 S7-1200 的硬件 CPU模块技术规范特性CPU1211CCPU1212CCPU1214C本机数字量I/O本机模拟量输入点6I/4O28I/6O2

7、14I/10O2脉冲捕获输入点数6814扩展模块个数-28上升沿/下降沿中断点数6/68/812/12集成/可扩展的工作存储器集成/可扩展的装载存储器25KB/不可扩展1MB/24MB25KB/不可扩展1MB/24MB50KB/不可扩展2MB/24MB高速计数器点数/最高频率3点/100kHz3点/100kHz1点/30kHz3点/100kHz3点/30kHz高速脉冲输出点数/最高频率2点/100kHz(DC/DC/DC型)操作员监控功能无有有传感器电源输出电流/mA300300400外形尺寸/mm901007590100751110075第16页，共68页。17CPU的共性： 集成的24V传

8、感器/负载电源可供传感器和编码器使用，也可以用做输入回路的电源。 集成的2点模拟量输入(010V)，输入电阻100k，10位分辨率。 2点脉冲列输出(PTO)或脉宽调制(PWM)输出，最高频率为100kHz。 有16个参数自整定的PID控制器。 4个时间延迟与循环中断，分辨率为1ms。 可以扩展3块通信模块和一块信号板，CPU可以用信号板扩展一路模拟量输出或高速数字量输入/输出。1.2 S7-1200 的硬件 CPU模块技术规范第17页，共68页。181.2 S7-1200 的硬件 CPU模块技术规范版本电源电压DI输入电压DO输出电压DO输出电流DC/DC/DCDC 24VDC 24VDC

9、24V0.5A,MOSFETDC/DC/RelayDC 24VDC 24VDC 530VAC 5250V2A,DC30W/ AC200WAC/DC/RelayAC 85264VDC 24VDC 530VAC 5250V2A,DC30W/ AC200WCPU的3种版本：第18页，共68页。191.2 S7-1200 的硬件 CPU1214C AC/DC/Relay的外部接线图第19页，共68页。201.2 S7-1200 的硬件 CPU1214C DC/DC/DC的外部接线图第20页，共68页。211.2 S7-1200 的硬件 CPU1214C DC/DC/Relay的外部接线图第21页，共6

10、8页。221.2 S7-1200 的硬件信号板SB (signal board)通过信号板可以给 CPU 增加 I/O。 SB 连接在 CPU 的前端。 具有 4 个数字量 I/O（2 x DC 输入和 2 x DC 输出）的 SB 具有 1 路模拟量输出的 SB 第22页，共68页。231.2 S7-1200 的硬件信号板SB 1221接线图第23页，共68页。241.2 S7-1200 的硬件信号板SB 1222接线图第24页，共68页。251.2 S7-1200 的硬件信号板SB 1223接线图第25页，共68页。261.2 S7-1200 的硬件信号板SB 1232 1x模拟量输出接线

11、图第26页，共68页。271.2 S7-1200 的硬件信号模块 SM (signal module)可以使用信号模块给 CPU 增加附加功能。信号模块连接在 CPU 右侧。 第27页，共68页。281.2 S7-1200 的硬件数字量I/O可以选用8点、16点和32点的数字量输入/输出模块，来满足不同的控制需要。第28页，共68页。291.2 S7-1200 的硬件模拟量I/O在工业控制中，某些输入量(温度、压力、流量、转速等)是模拟量，某些执行机构(例如电动调节阀和变频器等)要求PLC输出模拟量信号，而PLC的CPU只能处理数字量。模拟量I/O模块的任务就是实现A/D和D/A。模拟量首先被

12、传感器和变送器转换为标准量程的电压或电流，例如420mA，15V， 010V，PLC用模拟量输入模块的A/D转换器将它们转换成数字量。带正负号的电流或电压在A/D转换后用二进制补码来表示。模拟量输出模块的D/A转换器将PLC中的数字量转换为模拟电压或电流，再去控制执行机构。A/D和D/A的二进制位数反映了它们的分辨率，位数越多，分辨率越高。第29页，共68页。301.2 S7-1200 的硬件集成的PROFINET接口 1/3S7-1200与编程计算机的通信第30页，共68页。311.2 S7-1200 的硬件集成的PROFINET接口 2/3S7-1200与精简系列面板的通信第31页，共68

13、页。321.2 S7-1200 的硬件集成的PROFINET接口 3/3第32页，共68页。331.2 S7-1200 的硬件通信模块 (Communication module) 1/2有两种通信模块：CM1241 RS232 和CM1241 RS485 CPU 最多支持 3 个通信模块 各 CM 连接在 CPU 的左侧（或连接到另一 CM 的左侧） 第33页，共68页。341.2 S7-1200 的硬件通信模块 (Communication module) 2/2在编程接口模式下利用 CM1241 进行点对点连接第34页，共68页。351.3 编程工具STEP 7 Basic特点第35页，

14、共68页。361.3 编程工具STEP 7 Basic典型的自动化系统 1/2典型的自动化系统包含以下内容： 借助程序来控制过程的PLC； 用来操作和可视化过程的 HMI 设备。第36页，共68页。371.3 编程工具STEP 7 Basic典型的自动化系统 2/2第37页，共68页。381.3 编程工具STEP 7 Basic工程组态系统可以使用 TIA Portal 在同一个工程组态系统中组态 PLC 和可视化。所有数据均存储在一个项目中，STEP 7和WinCC不是单独的程序，而是可以访问公共数据库。所有数据均存储在一个公共的项目文件中。 第38页，共68页。391.3 编程工具STEP

15、 7 Basic数据管理在 TIA Portal 中，所有数据都存储在一个项目中。修改后的应用程序数据（如变量）会在整个项目内(甚至跨越多台设备)自动更新。 第39页，共68页。401.3 编程工具STEP 7 Basic界面总览任务卡详细视图工作区巡视区编辑器栏第40页，共68页。411.3 编程工具STEP 7 Basic创建新项目“项目”“新建”，出现“创建新项目”对话框：第41页，共68页。421.3 编程工具STEP 7 Basic添加新设备双击项目树中的“添加新设备”：第42页，共68页。431.3 编程工具STEP 7 Basic参数设置“选项”“设置”：第43页，共68页。44

16、1.4 硬件组态组态的任务第44页，共68页。451.4 硬件组态添加模块在硬件组态时，需要将I/O模块或通信模块放置到工作区的机架的插槽内：用“拖放”的方法放置硬件对象；用“双击”的方法放置硬件对象。第45页，共68页。461.4 硬件组态过滤器如果激活了硬件目录的过滤器功能，则硬件目录只显示与工作区有关的硬件。例如用设备视图打开PLC的组态画面时，则硬件目录不显示HMI，只显示PLC的模块。第46页，共68页。471.4 硬件组态删除硬件组件第47页，共68页。481.4 硬件组态信号模块和信号板的地址分配 1/3添加了CPU、信号板或信号模块后，他们的I/O地址是自动分配的。选中“设备概

17、览”，可以看到CPU集成的I/O模板、信号板、信号模块的地址。第48页，共68页。491.4 硬件组态信号模块和信号板的地址分配 2/3选中模块，通过巡视窗口的“I/O地址/硬件标识符”，可以修改模块的地址：也可以直接在设备概览中修改：第49页，共68页。501.4 硬件组态信号模块和信号板的地址分配 3/3DI/DO的地址以字节为单位分配，没有用完一个字节，剩余的位也不能作它用。AI/AO的地址以组为单位分配，每一组有两个输入/输出点，每个点(通道)占一个字或两个字节。建议不要修改自动分配的地址。第50页，共68页。511.4 硬件组态数字量输入点的参数设置 1/2选中设备视图中的CPU、信

18、号模块或信号板，然后选中巡视窗口，设置输入端的滤波器时间常数：第51页，共68页。521.4 硬件组态数字量输入点的参数设置 2/2可以激活输入点的上升沿和下降沿中断功能，以及设置产生中断时调用的硬件中断OB：激活输入端的脉冲捕捉(Pulse Catch)功能，即暂时保持窄脉冲的ON状态，直到下一次刷新输入过程映像 第52页，共68页。531.4 硬件组态数字量输出点的参数设置选择在CPU进入STOP时，数字量输出保持最后的值，或使用替换值。 选择“使用替换值”，可以设置替换值：选中复选框表示替换值为1，反之为0 第53页，共68页。541.4 硬件组态模拟量输入点的参数设置积分时间越长，精度

19、越高，快速性越差，干扰抑制频率越低；为了抑制工频干扰，积分时间一般选择20ms 测量种类和范围 滤波用平均值数字滤波来实现，滤波等级越高，模拟值越稳定，但快速性越差 是否启用超出上限值或低于下限值时的诊断功能 第54页，共68页。551.4 硬件组态模拟量输出点的参数设置激活电压输出的短路诊断功能 激活电流输出的断路诊断功能 CPU进入STOP时输出点的值 模拟量输出类型(电压或电流)和范围 第55页，共68页。561.4 硬件组态模拟量如转换后模拟值表示 1/2第56页，共68页。571.4 硬件组态模拟量如转换后模拟值表示 2/2范围双极性单极性十进制十六进制百分比10,5,2.5V十进制

20、十六进制百分比020mA上溢出，断电327677FFFH118.515%11.851V327677FFFH118.515%23.70mA超出范围325117EFFH117.589%11.759V325117EFFH117.589%23.52mA正常范围276486C00H100.000%10V276486C00H100.000%20mA00H0%0V00H0%0mA- 276489400H- 100.00%-10V低于范围-325128100H-117.593%-11.759V下范围，断电-327688000H-118.519-11.851V第57页，共68页。581.4 硬件组态转换举例 1/3在运算时一定要先乘后除，否则会损失原始数据的精度。第58页，共68页。591.4 硬件组态转换举例 2/3第59页，共68页。601.4 硬件组态转换举例 3/3第60页，共68页。611.4 硬件组态设置系统存储器字节与时钟存储器字节1/3第61页，共68页。621.4 硬件组态设置系统存储器字节与时钟存储器字节 2/3将MB1设置为系统存储器字节后，该字节的M1.0M1.3的含义：M1.0（首次循环）：仅在进入RUN模式的首次扫描时为1，以后为0；M1.1（诊断图形已更改）：CPU登录了诊断事件时，在一个扫描周期内为1；M1.2（