项目1 S7-1200 PLC控制三相异步电动机

PLC的基本构成PLC概念PLC是ProgrammableLogicController的简称，又称可编程逻辑控制器。PLC是以微处理器为核心，作为一种通用的工业自动控制装置，它综合了计算机技术、自动控制技术和通信技术。PLC概念工业自动化离不开PLC，在冶金、能源、化工、交通、电力等领域中有着广泛的应用。国产信捷PLC国产汇川PLC西门子PLCPLC概念PLC具有可靠性高、体积小、功能强、程序设计简单、灵活通用及维护方便等一系列的优点，因而，成为现代工业控制的三大支柱（PLC、机器人和CAD/CAM）之一。通用PLC的内部结构包括电源、CPU、存储器、通讯接口、输入和输出。CPU是PLC的控制中枢，PLC在CPU的控制下有条不紊地协调工作，从而实现对现场的各个设备进行控制。PLC概念PLC配有两种存储器，即系统存储器和用户存储器。1.系统存储器用来存放系统管理程序，用户不能访问和修改这部分存储器的内容。2.用户存储器用来存放编制的应用程序和工作数据状态。存放工作数据状态的用户存储器部分也称为数据存储区，它包括输入/输出数据映像区、定时器/计数器预置数和当前值的数据区及存放中间结果的缓冲区。S7-1200PLC基本构成西门子S7-1200PLC，它设计紧凑、组态灵活且具有功能强大的指令集。该PLC具有通用PLC的组成结构，但又具有自身特色，具体包括CPU、24V/5V电源、包括数字信号和模拟信号在内的输入信号处理回路、输出信号处理回路、ROM/RAM存储区、以太网卡等。西门子S7-1200的外观西门子S7-1200的输入部分在上端、输出部分则在下端。输入部分输出部分西门子S7-1200的位元件在PLC中，一个输入位元件接一个按钮或传感器等检测型号，一个输出位元件接一个接触器等设备，其中输入部分对应的端口编号的形式为Ix.x，而输出部分则对应的端口编号的形式为Qx.x。西门子S7-1200的外观在PLC中，一个输入位元件接一个按钮或传感器等检测型号，一个输出位元件接一个接触器等设备，因此为了匹配不同控制系统所需不同输入输出点数的需要，西门子公司推出了一系列的S7-1200PLC主控模块，并以CPU作为前缀，如CPU1211C、CPU1212C、CPU1212FC、CPU1214C、CPU1214FC、CPU1215C、CPU1215FC、CPU1217C等。这里需要引起注意：单纯的CPU是指计算机通常意义上的中央处理器；CPU模块则特指西门子PLC的主控模块。西门子S7-1200的外观西门子S7-1200CPU模块后缀包括AC/DC/Rly、DC/DC/Rly、DC/DC/DC等三种。现在分别来说明一下，AC为供电电源为交流220V，DC符号在第一位时表示供电电源为直流24V电源、在第二位时表示输入信号为直流24V信号、在第三位时表示输出为固态MOSFET，RLY符号表示继电器输出。西门子S7-1200的应用不同工程应用中正确选择所需的PLC类型PLC梯形图编程基础梯形图编程与位元件PLC最常用的编程语言是梯形图，它是最接近继电器、线圈等电气元件实体的符号编程方法，如

表示常开触点、

表示常闭触点、

表示输出线圈。从自锁电路转化为梯形图的转化示意梯形图编程与位元件元件定义梯形图编程与位元件需要注意的是，停止按钮SB2的接线方式跟梯形图的常开或常闭表达容易产生歧义。当SB2常开触点接入到PLC为时，梯形图中表达式为常闭；当SB2常闭触点接入到PLC为时，梯形图中表达式为常开。常见三种位元件的种类、功能与符号PLC常见的三种位元件是输入位元件、输出位元件和内部辅助位元件，在相关书籍中，也会采用继电器一词来代替位元件，比即输入继电器、输出继电器和内部辅助继电器。常见三种位元件的种类、功能与符号根据IEC61131-3标准，PLC元件用百分数符号“%”开始，随后是位置前缀符号；如果有位（bit）的分级，则用整数表示分级，并用小数点符号“.”分隔。常见三种位元件的种类、功能与符号（1）输入位元件I输入信号包括开关、按钮、传感设备、限位开关、接近传感器、光电传感器、状态传感器、真空开关、温度开关、液位开关、压力开关等，它可以用输入位元件I来表示，即PLC与外部输入点对应的内部存储器储存基本单元。它由外部送来的输入信号驱动，输入为0或1，用程序设计的方法不能改变输入位元件的状态，即不能对输入位元件对应的基本单元改写。例如：%I0.0,%I0.1,…%I0.7,%I1.0,%I1.1,…，元件符号以I表示，顺序以8进制编号。输入位元件的接点（常开或常闭接点）可无限制地多次使用。常见三种位元件的种类、功能与符号（2）输出位元件Q输出设备包括阀门、电机接触器、警报器、中间继电器、指示灯等，它可以用输出位元件Q来表示，即PLC与外部输出点对应的内部存储器储存基本单元，输出为0或1。例如：%Q0.0,%Q0.1,…%Q0.7,%Q1.0,%Q1.1,…，元件符号以Q表示，顺序以8进制编号。输出位元件的接点信号像输入位元件信号一样可无限制地多次使用。常见三种位元件的种类、功能与符号（3）内部辅助位元件M内部辅助位元件M与PLC外部没有直接联系，是PLC内部的一种辅助继电器,其功能与电气控制电路中的中间继电器一样,它也对应着PLC内存的一个基本单元，它可由输入位元件、输出位元件接点以及其它内部装置的接点驱动，其接点也可以无限制地多次使用。例如：%M0.0,%M0.1,…%M0.7,%M1.0,%M1.1,…元件符号以M表示，顺序以8进制编号。字节、字和双字的寻址方式8位二进制数组成1个字节（即Byte），如图a所示的%MB10是由%M10.0到%M10.7共8位的状态构成的，其中第二位字符B是字节Byte的首字母。由2个字节可以构成1个字，即%MW10是由%M11.0到%M10.7共16位的状态构成，其中第二位字符W即字Word的首字母。由2个字构成1个双字，即%MD10是由%M13.0到%M10.7共32位的状态构成，其中第二位字符D是双字DWord的首字母。图a字节、字和双字的寻址方式按照西门子的命名规范，以起始字节的地址作为字、双字的地址，起始字节为最高位的字节，这一点尤其需要注意，因为不同的处理器它的规则不尽相同。图b所示的最高字节是%MB10，因此%MW10=H0102，而不是H0201；同理，%MD10=H01020304，而不是H04030201。图b位逻辑指令位逻辑符号与功能PLC是执行逻辑控制的设备，位逻辑又是基本的逻辑控制。这里讲的位逻辑又称布尔逻辑。每一个布尔量就是指一个假或真状态，通常用0来表示假、1来表示真。位逻辑符号与功能1.“与”逻辑“与”逻辑是指只有两个操作数都是“1”时，结果才是“1”。“与”逻辑操作属于短路操作，即如果第一个操作数能够决定结果，那么就不会对第二个操作数求值；如果第一个操作数是“0”，则无论第二个操作数是什么值，结果都不可能是“1”，相当于短路了右边。2.“或”逻辑“或”逻辑是指如果一个操作数或多个操作数为“1”，则“或”运算符返回布尔值“1”；只有全部操作数为“0”，结果才是“0”。3.“非”逻辑“非”逻辑就是即逻辑取反。4.取反线圈取反线圈是指输出“1”的时候断开，输出为“0”则接通。图所示为输出线圈与取反线圈对比，可以从梯形图看出，两种除了输出刚好相反外，其余相同。从真值表可以看出两者区别。5.“异或”逻辑“异或”逻辑是指如果a、b两个值不相同，则异或结果为“1”；如果a、b两个值相同，异或结果为“0”。异或也叫半加运算，其运算法则相当于不带进位的二进制加法。6.置位与复位在功能上，置位就是使得线圈为1，复位就是使得线圈为0。（R）为复位输出，即输出为“0”；（S）为置位输出，即输出为“1”；RESET_BF为复位域指令，将指定的地址开始的连续若干个地址复位(变为0状态并保持)；SET_BF为置位域指令，将指定的地址开始的连续若干个地址置位(变为1状态并保持)。6.置位与复位S7-1200还提供了两个双稳态触发器，即SR复位优先触发器和RS置位优先触发器，优先级是带后缀“1”，比如R1为复位优先、S1为置位优先。（1）SR触发器的逻辑为：S=0，R=0时，Q保持不变（0或1）；S=0，R=1时，Q=0；S=1，R=0时，Q=1；S=1，R=1时，Q=0。（2）RS触发器的逻辑为：S=0，R=0时，Q保持不变（0或1）；S=0，R=1时，Q=0；S=1，R=0时，Q=1；S=1，R=1时，Q=1。PLC控制三相电动机正反转运行任务实施任务描述用西门子S7-1200CPU1215CDC/DC/DCPLC来控制三相异步电动机的正转和反转

任务要求如下：1.按下按钮A，电动机正转；按下按钮C，则电动机停止运行；按下按钮B，电动机反转，按下按钮C，则同样停止电动机运行。2.要求能实现电动机热继电器保护并进行指示。3.正确绘制PLC控制电气图，并完成线路装接后上电。4.用编程软件进行PLC硬件配置和软件编程，并下载程序到实体PLC，经调试后实现三相电动机的正反转运行。第一步PLC输入输出分配从三相电动机正反转控制电路出发，需要使用停止按钮、正转按钮、反转按钮和热继电器故障信号作为PLC的输入，故障指示灯、正转继电器和反转继电器则作为PLC的输出。第一步PLC输入输出分配在I/O分配表中的按钮等信号加上NC（常闭）、NO（常开），这是因为按钮、热继电器等元件同时具有常闭、常开触点，用户可以根据实际情况来选择。除了紧急情况下，部分元件必须用NC触点，一般情况下的元件输入都可以选择NC和NO两者中的其中一个，这一点在后续任务的输入信号中有所体现，如停止按钮可以接NC点，也可以接NO点，与之相应的程序中的触点也要做相应更改。第二步PLC接线电气原理与实物连接CPU1215CDC/DC/DC的进线电源部分为24VDC，输入部分可以采取公共点1M接0V（即M端子）的漏型接法，输出部分采用24VDC指示灯。由于常用的电动机接触器线圈是交流220V，因此需要要用中间继电器进行信号转换，如图中的正转继电器KA1和反转继电器KA2，分别来控制正转接触器KM1和反转接触器KM2。第二步PLC接线电气原理与实物连接PLC实物连接，需要注意的是SB1停止按钮和热继电器FR接的都是常闭触点。第二步PLC接线电气原理与实物连接接触器KM1和KM2要进行电气互锁，同时要注意接触器的线圈电压为交流220V，它与PLC的联系就是通过中间继电器KA1和KA2来实现正转和反转控制。第三步编程环境下新建PLC项目自西门子公司在2009年发布第一款SIMATICSTEP7V10.5(STEP7Basic)以来，已经发布的版本有V10.5、V11、V12、V13、V14、V15、V16、V17等，支持西门子S7-1200/1500系列PLC。1.创建新项目第三步编程环境下新建PLC项目1.创建新项目选择文件路径，然后点击“创建”按钮。这里会提示当前的版本号为V17，同时可以输入作者和注释。第三步编程环境下新建PLC项目1.创建新项目第三步编程环境下新建PLC项目1.创建新项目选择6ES7215-1AG40-0XB0，并根据选择实际的CPU版本进行选择，如V4.5。需要注意的是，实际任务中用到的CPU版本会比较低，因此需要对版本进行相应选择。第三步编程环境下新建PLC项目1.创建新项目PLC安全设置，包括保护机密的PLC数据、PG/PC和HMI的通讯模式、PLC访问保护等第三步编程环境下新建PLC项目1.创建新项目第三步编程环境下新建PLC项目1.创建新项目菜单栏包含工作所需的命令，符号栏提供了常用命令的按钮使用户可以更快速地访问这些命令。项目树显示整个项目的各种元素，详细视图将显示总览窗口或项目树中所选对象的特定内容。工作区，主要的编程等工作都在这里完成，其中有一条分隔线用于分隔程序界面的各个组件，可使用分隔线上的箭头显示和隐藏用户界面的相邻部分。第三步编程环境下新建PLC项目2.硬件配置第一种是选择“项目树→任务1.1→PLC_1[CPU1215CDC/DC/DC]”后按右键，再选择“属性”；第二种是在设备视图中，点击CPU模块，再按右键选择“属性”。第三步编程环境下新建PLC项目2.硬件配置S7-1200提供了I/O自由地址的功能，它可以对I/O地址进行起始地址的自由选择，如0-1022均可以。第三步编程环境下新建PLC项目3.梯形图编程选择“项目树→任务1.1→PLC_1[CPU1215CDC/DC/DC]→程序块→Main[OB1]”，就是梯形图编程的地方。第三步编程环境下新建PLC项目3.梯形图编程简单编程时，用户要创建程序，只需将

中的图符拖拽入到相应程序段即可；相对复杂编程时，则需要用到图所示的指令窗口，包括基本指令、扩展指令、工艺、通讯和选件包。第三步编程环境下新建PLC项目3.梯形图编程第三步编程环境下新建PLC项目3.梯形图编程完成一个程序段第三步编程环境下新建PLC项目3.梯形图编程选择复制功能第三步编程环境下新建PLC项目4.变量命名第一种是在梯形图编辑环境中直接右键选择“重命名变量”命令进行定义；第二种则是在项目树中进行修改第三步编程环境下新建PLC项目4.变量命名第一种是在梯形图编辑环境中直接右键选择“重命名变量”命令进行定义；第二种则是在项目树中进行修改第三步编程环境下新建PLC项目4.变量命名变量名称命名后，博途项目中的所有编辑器（例如程序编辑器、设备编辑器、可视化编辑器和监视表格编辑器）均可访问这些变量。当然，变量定义也可以在程序编辑前完成，这样PLC编辑的时候，可以直接在<??.?>中进行变量选择，而无需直接输入。排列顺序第三步编程环境下新建PLC项目4.变量命名第四步以太网通讯设置与程序调试1.下载之前的以太网通讯设置直连通过路由器/交换机连接第四步以太网通讯设置与程序调试1.下载之前的以太网通讯设置（1）IP地址每个设备也都必须具有一个Internet协议(IP)地址，且不能重复。该地址使设备可以在更加复杂的路由网络中传送数据。每个IP地址分为四段，每段占8位，并以“.”分开，其十进制格式表示（如PLC设置为192.168.0.1、PC设置为192.168.0.100）。IP地址第1段用于表示网络ID、第2段表示主控ID，第3、4段是用于区分该设备的ID。（2）子网掩码子网是已连接的网络设备的逻辑分组，在局域网中，子网中的节点往往彼此之间的物理位置相对接近。掩码定义子网的边界。子网掩码255.255.255.0通常适用于小型本地网络，意味着此网络中所有IP地址的前3位应该是相同的，该网络中的各个设备由最后一个数来进行标识和区分。第四步以太网通讯设置与程序调试1.下载之前的以太网通讯设置电脑端的IP地址和子网掩码的设置通过“网络和Internet”选项进行设置，完成后可以通过ipconfig命令来确认是否已经成功设置，也可以通过ping指令来确认PC是否与以太网上的其他地址正常通讯，如ping192.168.0.1就是确认在同一网络上是否存在192.168.0.1的以太网设备。第四步以太网通讯设置与程序调试2.编译与下载第四步以太网通讯设置与程序调试2.编译与下载第四步以太网通讯设置与程序调试2.编译与下载对于设置过IP地址的PLC来说，点击“开始搜索”，就会出现有IP地址的PLC。第四步以太网通讯设置与程序调试3.程序调试下载后，PLC会自动切换到运行状态，此时选择图标栏中的

进入程序块的在线监控。用绿色实线表示接通、蓝色虚线表示断开。虚线表示断开第四步以太网通讯设置与程序调试3.程序调试实线表示接通S7-1200定时器定时器应用通用定时器硬件定时器，又称时间继电器，是指当加入（或去掉）输入动作信号后，其输出电路需经过规定的准确时间才产生跳跃式变化（或触头动作）的一种继电器。接通延时关断延时广泛应用在遥控、通讯、自动操控的设备里面，用于精准地操控时间，从而提升产品的精度和性能，但它也有缺点，就是一个定时线路需要一个定时器。传统定时器S7-1200的4种定时器（1）TON：接通延迟定时器，在预设的延时过后输出Q设置为ON，等同于接通延时继电器。（2）TOF：关断延迟定时器，在预设的延时过后输出Q重置为OFF，等同于关断延时继电器。（3）TP：脉冲定时器可生成具有预设宽度时间的脉冲。（4）TONR：保持型接通延迟定时器，输出在预设的延时过后设置为ON。在使用R输入重置经过的时间之前，会跨越多个定时时段一直累加经过的时间。S7-1200的定时器1.TON定时器TON定时器是接通延迟定时器输出Q在预设的延时过后设置为ON。1.TON定时器TON逻辑时序图当参数IN从0跳变为1将启动定时器TON，经过设定的PT时间后，Q输出；当IN从1变为0时，Q停止输出。1.TON定时器PT（预设时间）和ET（经过的时间）值以表示“毫秒时间”的有符号双精度整数形式并存储在存储器中，缺省默认单位为ms。Time数据使用T#标识符，可以用简单时间单元“T#200ms”或复合时间单元“T#2s_200ms（或T#2s200ms）”的形式输入。1.TON定时器要调用TON指令，可以在指令窗口中选择“基本指令→定时器操作→TON接通延时”，并将之拖拽到程序段中。1.TON定时器“调用选项”窗口可以选择自动编号，则会直接生成数据块；也可以选择手动编号，根据用户需要生成DB数据块。需要注意的是，图中所说的单个实例就是数据块。数据块1.TON定时器在项目树的“程序块”中，可以看到自动生成的IEC_Timer_0_DB[DB1]数据块，生成后的TON指令调用如图中所示。根据PLC寻址方式，可以分别用DB1.PT、DB1.ET、DB1.IN和%DB1.Q来读出输入输出值。2.TOF定时器TOF关断延时定时器的参数与TON相同，区别在于IN从1跳变为0后才启动定时器。3.TP脉冲定时器TP脉冲定时器虽然参数格式与TON、TOF一致，但含义跟接通延时和断电延时不同，它是在IN输入从0跳变到1之后，立即输出一个脉冲信号，且持续长度受PT值控制。4.TONR时间累加器TONR指令与TON、TOF、TP相比增加了参数R，就是复位TONR经过的时间。4.TONR时间累加器从TONR逻辑时序图中可以看出：当IN信号不连续输入时，定时器ET的值一直在累计，直到定时时间PT到，ET的值保持为PT值；当R信号ON时，ET的值复位为零。系统和时钟存储器系统和时钟存储器S7-1200除了使用TON等定时器指令之外，还有一种系统和时钟存储器用于用户固定的时间控制。比如每次PLC上电后只出现一次信号、始终为ON或OFF信号、定时周期0.5s或1s脉冲信号等。系统和时钟存储器点击右边窗口的复选框“启用系统存储器字节”和“启用时钟存储器字节”启用启用系统存储器位将MB1设置为系统存储器字节后，该字节的M1.0～M1.3辅助继电器含义可以表示如下：时钟存储器位时钟存储器位是一个周期内0状态和1状态所占的时间各为50%的方波信号，以M0.5为例，其时钟脉冲的周期为1s，如果用它的触点来控制接在某输出点的指示灯，指示灯将以1Hz的频率闪动，亮0.5s、熄灭0.5s。M0.5输出点时钟存储器位含义注意点指定了系统存储器和时钟存储器字节后，这些字节不能再作它用，否则将会使用户程序运行出错，甚至造成设备损坏或人身伤害。需要注意的是：系统和时钟存储器一旦启用后，就必须重新编译硬件配置并进行下载，否则该功能无法使用。PLC控制电动机星三角启动任务实施任务描述星三角降压启动是空压机等大功率电动机负载启动控制方式，现在采用PLC定时器控制替代原先的时间继电器。

任务要求如下：1.按钮A按下时，先闭合星三角电路的主接触器和星型接触器，定时6s后，星型接触器断开、三角形接触器闭合，完成启动过程；按钮B按下时，三个接触器都断开，电动机停止运行。2.热继电器动作时，所有接触器都断开，电动机停止运行，并进行报警指示。3.正确绘制PLC控制电气图，并完成线路改接后上电。4.用编程软件进行PLC硬件配置、包含定时器的梯形图程序编写，并下载程序到实体PLC，经调试后实现星三角启动控制。第一步PLCI/O分配和控制电路接线分析三相电动机的星三角启动过程，可以选择西门子CPU1215CDC/DC/DC，且外接启动按钮、停止按钮、热继电器故障信号等3个输入，并外接指示灯HL1、控制接触器KM1-KM3的中间继电器KA1-KA3等4个输出。第一步PLCI/O分配和控制电路接线PLC电气接线示意第一步PLCI/O分配和控制电路接线这里选择接触器的线圈仍为交流220V，如果为交流380V的话，则更改进线电源L1/N为L1/L2；采用中间继电器KA1到KA3分别来控制接触器KM1到KM3。第二步PLC软件编程步骤按照如下步骤依次进行。1.创建新项目（命名任务1.2）。2.设备组态（选择CPU1215CDC/DC/DC）。3.硬件配置（IP地址设置、启用系统和时钟存储器等）。4.变量定义（包括输入、输出变量）第二步PLC软件编程步骤5.梯形图编程第二步PLC软件编程步骤5.梯形图编程第三步PLC梯形图程序调试将PLC程序下载后，共分2个情况进行监控：如图所示为启动按钮动作后，主接触器和星型接触器为ON，此时定时器开始0-6s计时；第三步PLC梯形图程序调试计时到6s后，三角形接触器为ON，而星型接触器为OFF。计数器应用计数器定义计数是一种最简单基本的运算。计数器就是实现这种运算的逻辑电路，计数器在数字系统中主要是对脉冲的个数进行计数，以实现测量、计数和控制的功能。加计数器(CTU)、减计数器(CTD)和加减计数器(CTUD)等三种计数器有相近的输入输出定义。S7-1200三种计数器计数器指令相关数据类型（1）布尔型数据类型

布尔型数据类型即Bool，该数据类型是“位（bit）”，可被赋予“TRUE”真（即“1”）或“FALSE”假（即“0”），占用1

位存储空间。（2）整型数据类型

整型变量可以是

Byte（字节）、Word（字）、DWord（双字）、SInt（有符号整数）、USInt（有符号字节）、Int（整数）、UInt（无符号整数）、DInt

（双整数）和UDInt（无符号双整数）等。计数器调用选项使用任何一种计数器，都可以将指令拖拽入程序块即可，同时也会随之带来数据块调用选项，如IEC_Counter_0