《PLC应用技术（西门子S7-1200）（第二版）》 课件 （袁勇） 项目1、2 S7-1200PLC简介、博途软件的使用

项目一

S7-1200PLC简介一学习目标（1）掌握S7-1200PLC的基本结构和工作原理。（2）掌握S7-1200PLC的硬件和编程语言。（3）掌握S7-1200PLC的程序结构和数据类型。2024/10/221.1S7-1200PLC简介PLC（ProgrammableLogicController）控制系统，即可编程逻辑控制器，是专为工业生产和控制而设计的一种数字运算操作的电子装置，并采用可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数与数据处理等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出端口控制各种类型的机电设备或生产过程，是工业控制的核心部分。1.1S7-1200PLC简介

一个工业现场比较常见的PLC控制系统的示意图如图1-1所示。该控制系统主要分为三部分：上位机，控制系统和执行装置。

上位机（PC机）一般安置在工业现场的监控室或者调度室，用于生产管理与调度人员随时监控现场设备的状态，对现场设备进行控制，保证生产有序进行；

控制系统一般安置在现场电控柜里，其中，左边SMART700/1000为触摸屏，用于现场操作人员控制现场设备的运行，监控现场设备运行状态。右边的PLC用于对现场设备进行控制，记录现场运行数据，将现场设备运行状态传送至上位机等功能；

执行装置。PLC下方两台电动机为执行装置，负责执行PLC发出的指令，完成现场生产过程。2024/10/221.2S7-1200PLC的基本结构与工作原理

SIMATICS7-1200是西门子公司的一款紧凑型、模块化的PLC，可完成简单与高级逻辑控制、触摸屏(HMI)网络通信等任务。对于需要网络通信功能和单屏或多屏HMI的自动化系统，易于设计和实施。具有支持小型运动控制系统、过程控制系统的高级应用功能。

1200系列PLC的CPU将微处理器、集成电源、输入和输出电路、内置PROFINET、高速运动控制I/O以及板载模拟量输入组合到一个设计紧凑的外壳中来形成功能强大的控制器。2024/10/221.2S7-1200PLC的基本结构与工作原理S7-1200系列CPU有五种不同型号的模块，分别为CPU1211C、CPU1212C、CPU1214C、CPU1215C和CPU1217C。每一种模块都可以进行扩展，以满足用户系统需要。用户可以在任何型号的CPU前方加入一个信号板，用来扩展数字量或模拟量I/O，同时不影响控制器的实际大小，也可将信号模块连接至CPU的右侧以进一步扩展数字量或模拟量I/O的容量。2024/10/221.2S7-1200PLC的基本结构与工作原理特征CPU1211CCPU1212CCPU1212FCCPU1214CCPU1214FCCPU1215CCPU1215FCCPU1217C标准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用户存储器工作50KB75KB100KB100KB125KB125KB150KB150KB负载1MB2MB

4MB

保持性10KB本地集成I/O数字量6个输入8个输入14个输入4个输出6个输出10个输出模拟量2路输入2路输入/2路输出过程映像大小1024字节输入（I）和1024字节输出（Q）位存储器（M）4096个字节8192个字节2024/10/221.3S7-1200PLC的硬件组成（1）CPU模块图1-2CPU1211CDC/DC/RLY下面以CPU1211CDC/DC/RLY型号的CPU为例讲解CPU模块的组成与功能：①电源接口②存储卡插槽（上保护盖下面）③可拆卸用户接线端子④板载I/O状态指示LED⑤PROFINET连接端口（CPU的底部）2024/10/22

该CPU提供一个PROFINET端口用于与其他模块进行PROFINET网络通信。还可以使用附加模块通过PROFIBUS、RS485、RS232、GPRS、IEC等协议进行网络通信。电源接口用于给CPU提供24V直流电，存储卡可以作为CPU的预装载存储区，用户项目文件仅存储在卡中，CPU中没有项目文件，离开存储卡将无法运行；忘记密码时，清除CPU内部项目文件和密码；存储卡还可以用于更新S7-1200CPU的固件版本（只限24M卡）。接线端子用于PLC与外部设备进行数字或模拟通讯；PROFINET连接端口用于PLC与外部设备以及编程计算机进行总线通讯。1.3S7-1200PLC的硬件组成2024/10/22（2）信号模块

信号模块又称为SM模块（SignalModule），包括数字量输入模块（DI）、输出模块(DO)和模拟量输入模块（AI）、输出模块（AO）。输入模块用于采集和接收输入信号，数字量输入模块（DI）用于接收开关、按钮、限位开关、光电开关、继电器等过来的数字量输入信号；模拟量输入模块（AI）用于接收电位器，温度传感器，测速发电机，压力传感器等提供连续变化的模拟量信号。输出模块用于控制外部设备。数字量输出模块（DO）用于控制接触器、继电器、指示灯、电磁阀等数字量控制外设；模拟量输出模块（AO）可用于控制变频器、压力阀等模拟量控制的外设。1.3S7-1200PLC的硬件组成2024/10/22（3）通信模块

通信模块（CB）安装在CPU模块的左边，最多可以添加三块通信模块，可以使用点对点通信模块、RPOFIBUS模块、AS-i接口模块和IO-Link模块等。

通信模块；②CPU；③信号板；④信号模块。1.3S7-1200PLC的硬件组成2024/10/22（4）CPU接线图以1214C系列CPU为例（1214CDC/DC/DC）

其中，24VDC传感器电源输出要获得更好的抗噪声效果，即使未使用传感器电源，也可将“M”连接到机壳接地。对于漏型输入，将“-”连接到“M”（如图所示）。对于源型输入，将“+”连接到“M”1.3S7-1200PLC的硬件组成2024/10/22（5）PLC的工作过程1)CPU的工作模式CPU有3种工作模式：RUN（运行）、STOP（停机）和STARTUP（启动）。CPU面板上的状态LED用来显示当前的控制模式，可以用编程软件改变CPU的工作模式。STOP模式下，CPU只处理通信请求和进行自诊断，不执行用户程序，不更新过程映像。上电后CPU进入STARTUP（启动）模式，进行上电诊断和系统初始化，如果检查到错误，将禁止CPU进入RUN模式，保持在STOP模式，指示灯会变成红色，且闪烁。1.3S7-1200PLC的硬件组成2024/10/22（5）PLC的工作过程2)工作模式的切换1200系列CPU模块上没有切换工作模式的选择开关，只能用STEP7变成软件在线工具中的CPU操作面板，如图1-5中右上角所示。或者工具栏上的

和按钮，来切换RUN或者STOP工作模式，也可在用户程序中用STP指令让CPU进入STOP模式。1.3S7-1200PLC的硬件组成2024/10/221.3S7-1200PLC的硬件组成2024/10/22（5）PLC的工作过程3)冷启动与暖启动

下载了用户程序的程序块和硬件组态后，下一次切换到RUN模式时，CPU会执行冷启动。冷启动时复位输入，初始化输出，复位存储器，即清除工作存储器、非保持性存储区和保持性存储区的数据，并将装载存储器的内容复制到工作存储器。存储器复位不会清除诊断缓冲区，也不会清除永久保存的IP地址。

1.3S7-1200PLC的硬件组成冷启动之后，在下一次下载程序之前的STOP到RUN模式的切换均为暖启动。暖启动时，所有费保持性的系统数据和用户数据被初始化，不会清除保持性存储区的数据。2024/10/221.4S7-1200的编程语言（1）梯形图梯形图和继电器的电气图比较类似，具有直观易懂的优点，很容易被熟悉继电器控制的电气工作者掌握，适合数字量逻辑控制，梯形图也被称为电路或者程序。梯形图由触点、线圈和用方框表示的指令框组成。触点表示输入条件，如外部按钮、开关和内部的中间变量条件等。线圈通常表示逻辑运算的结果，常用于控制外部负载和内部中间变量。指令框用于表示定时器、计数器、数学运算或运动控制等指令。

程序段1就是一段典型的电动机自锁启动程序，I0.0是启动按钮，按下后，Q0.0控制电机启动，同时Q0.0的常开点闭合，等启动按钮I0.0松开后，能保持电路是通的，让电机继续运行，达到自锁的目的。I0.1是停止按钮，按下后，Q0.0断开。2024/10/22（2）功能块图功能块图（FBD）使用类似于数字电路的图形逻辑符号来表示控制逻辑，有数字电路基础的人比较容易掌握，使用这种方式编程的人不多。在刚才编写的程序段1中，用鼠标右键点击“MAIN(OB1)”，找到“切换编程语言”，选择“FBD”1.4S7-1200的编程语言2024/10/22（2）功能块图在功能块图中，用类似与门（符号“&”）、或门（符号“>=1”）的方框表示逻辑运算关系，方框左边为逻辑运算的输入变量，右边为输出变量，输出端的小圆圈表示“非”运算，信号的方向也是从左到右。指令框用来表示一些复杂的功能，例如数学运算等。1.4S7-1200的编程语言2024/10/22（3）SCL语言SCL（StructuredControlLanguage，结构化控制语言）是一种基于PASCAL的高级编程语言。SCL除了包含PLC的典型元素（例如输入、输出、定时器等）外，还包含高级编程语言中的表达式、运算符和赋值运算。SCL提供了简便的指令进行程序控制如创建程序分支、循环或跳转。SCL主要适用于以下领域：数据处理、过程优化、数学运算和统计任务等。1.4S7-1200的编程语言2024/10/221.5程序结构（1）模块化编程块简要说明组织块（OB）操作系统与用户程序的接口，决定程序的结构功能块（FB）用户编写的包含经常使用的功能的子程序，有专用的背景数据块功能（FC）用户编写的包含经常使用的功能的子程序，无专用的背景数据块背景数据块(DB）用于保存FB的输如输出参数和静态变量，数据在编译时自动生成全局数据块(DB）存储用户数据的数据区域，供所有的代码块共享

模块化编程将复杂的任务分成较小的子任务，每个子任务对应一个称为“块”的子程序，可以通过块与块之间的相互调用来组织程序。这样的程序易于调试、查错和修改，增加了PLC程序的组织性、逻辑性和可维护性。2024/10/22（2）组织块组织块（OrganizationBlock,OB）是操作系统与用户程序的接口，由操作系统调用，用于控制扫描循环和中断程序的执行、PLC的启动和错误处理等。其中的程序由用户编写。每个组织块必须有唯一的编号，123号之前的一些编号是保留的，其他OB的编号应大于等于123。OB块不能互相调用，也不能被FC和FB块调用，只有启动事件（如周期性中断事件或诊断中断事件）可以启动OB块的执行。OB1是用户程序中的主程序，在每一次循环中，操作系统程序调用一次OB1，因此OB1中的程序时循环执行的。一个PLC程序中允许有多个程序循环，默认的块是OB1，其他的循环程序OB的编号必须大于等于123。1.5程序结构2024/10/221.5程序结构（2）组织块当CPU的工作模式从STOP切换到RUN时，执行一次启动（STARTUP）组织块，初始化程序循环OB块中的某些变量。执行完启动OB后，开始执行程序循环OB，可以有多个启动OB，默认的为OB100，其他启动OB编号应大于等于123。

中断处理用来实现对特殊内部事件或外部事件的快速响应。如果出现中断事件，由于OB1的中断优先级最低，操作系统在执行完当前程序的当前指令后，立即响应中断，CPU将暂停正在执行的程序块，启动调用一个分配给该事件的组织块（中断程序）来处理中断事件，执行完中断组织块后，返回被中断的程序断点处继续执行原来的程序。2024/10/221.5程序结构（3）功能（函数）功能（Function，FC）是用户编写的子程序，包含完成特定任务的代码和参数。FC和块有与调用它的块共享的输入输出参数，执行完FC和FB后，返回调用它的代码块。

可以在程序的不同位置多次调用同一个FC或FB块，这样可以简化重复执行的任务编程。FC没有固定的存储区，执行结束后，其临时变量中的数据也就丢失了。2024/10/221.5程序结构（3）功能块

功能块（FunctionBlock,FB）是用户编写的子程序。调用FB时，需要指定背景数据块，后者是功能块专用的存储区。CPU执行FB中的程序，将块的输入输出参数和局部静态变量保存在背景数据块中，以便在后面的扫描周期访问它们。FB的典型应用是执行不能再一个扫描周期完成的操作。在调用FB时，会自动打开对应的背景数据块，数据块中的变量可以供其他代码块使用。2024/10/221.5程序结构（5）数据块数据块（DataBlock，DB）是用于存放执行代码块时所需数据的数据区，与代码块不同，数据块没有指令，STEP7按照数据生成的顺序自动为数据块中的变量分配地址。背景数据块存储的数据供特定的FB使用，保存的是对应的FB的输入、输出参数和局部静态变量。FB的临时数据不是用背景数据块保存的。全局数据块存储供所有代码块使用的数据，所有的OB、FB和FC都可以访问。2024/10/221.6系统存储区（1）PLC选择的物理存储器1）只读存储器（ROM）。只读存储器只能读出，不能写入，是非易失性存储器，电源中断也不会造成数据的丢失，一般用来存放PLC的操作系统。2）随机存储器（RAM）。CPU可以从存储器读出数据或者向存储器写入数据，是易失性存储器，电源中断后，存储器的数据丢失。3）快闪存储器（FLASHEPROM）和电擦除存储器（EEPROM），是非易失性存储器，用来存放用户程序和断电时需要保护的重要数据。2024/10/221.6系统存储区（2）装载存储器

装载存储器用于非易失性的存储用户程序、数据和组态信息，能够在断电后继续保持，该存储区位于存储卡（如果有）或者CPU中。项目被下载到CPU后，首先存储在装在存储区中。2024/10/221.6系统存储区（3）工作存储器

工作存储器是易失性存储器，用于在执行用户程序时存储用户项目的某些内容。CPU会将一些项目内容从装载存储区复制到工作存储区中，该存储区在断电后丢失，在回复供电时由CPU恢复。2024/10/221.6系统存储区（4）断电保持存储器

保持存储器用于在断电时存储所选用户存储单元的值。断电发生时，CPU留出了足够的缓冲时间来保存几个有限的指定单元的值。这些被保持的值会在下次供电时恢复。暖启动后，断电保持存储器中的数据保持不变，冷启动时断电保持存储器的值会被清除。2024/10/221.6系统存储区（5）存储卡

可选的SIMATIC存储卡可用作存储用户程序的替代存储器，或用于传送程序。如果使用存储卡，CPU将运行存储卡中的程序，而不是自身存储器中的程序。CPU仅支持预先已格式化的存储卡。存储卡保护开关要离开“LOCK”位置，关掉写保护功能。存储卡可将项目复制到多个CPU中，传送卡将存储的项目从卡中复制到CPU的存储器后必须取出存储卡。存储卡作为程序卡使用时，可以替代CPU存储器，所有CPU功能都由该程序卡进行控制，插入程序卡会擦出CPU内部装载存储器的所有内容（包括用户程序和任何强制I/O），然后CPU会执行程序卡中的用户程序，程序卡必须保留在CPU中，如果取出，CPU必须切换到STOP模式。项目二

TIA博途软件的使用一学习目标（4）掌握程序仿真方法。（1）掌握博途软件的基本用法。（2）熟悉软件的界面。（3）掌握程序编写及下载方法。2024/10/22二知识讲座STEP7是TIAPortal中的编程和组态软件。除了包括STEP7外，TIAPortal中还包括设计和执行运行过程可视化的WinCC，以及WinCC以及STEP7的在线帮助。软件提供了一个用户友好的环境，供用户开发、编辑和监视控制应用所需的逻辑，其中包括用于管理和组态项目中所有设备（例如控制器和HMI等设备）的工具。为了帮助用户查找需要的信息，STEP7提供了内容丰富的在线帮助系统。STEP7提供了标准编程语言，用于方便高效地开发适合用户具体应用的控制程序。2024/10/222.1TIA博途软件的界面安装好软件后，打开桌面上的“TIAPORTALV16”图标。可以看到软件开始画面。①不同任务的门户②所选门户的任务③所选操作的选择面板④切换到项目视图软件打开后主要分为4个区域，功能分别如下：2024/10/22切换到项目视图后，可以看到软件界面主要分为7个区域①菜单和工具栏②项目浏览器③工作区④任务卡⑤巡视窗口⑥切换到门户视图⑦编辑器栏2.1TIA博途软件的界面2024/10/22【应用举例2.1】

单按钮控制指示灯亮灭。2.2TIA博途软件的使用输入信号为按钮SB1，连接PLC的数字量信号输入端I0.0输出信号为指示灯HL1，连接PLC的数字量输出端Q0.0当按下按钮SB1时，指示灯HL1亮，松开按钮时，指示灯HL1灭2024/10/222.3TIAPORTAL软件的使用（1）创建新项目

双击桌面TIA博途软件图标→进入博途初始界面，点击“创建新项目”→在“项目名称”框输入新建项目名称→在“路径”处选择项目保存路径→点击“创建”，如右图所示。点击“打开项目视图”进入TIA博途项目视图界面，如下图所示。2024/10/222.3TIAPORTAL软件的使用2024/10/22（2）添加CPU在项目视图界面，点击“添加新设备”→“控制器”选择→“SIMATICS7-1200”→“CPU”→“CPU1214CDC/DC/RLY”。CPU版本需跟实物一致。CPU型号：1214CDC/DC/RLY,订货号为：6ES7214-1HG40-0XB0。2.3TIAPORTAL软件的使用2024/10/22（3）修改CPU属性单击“PLC_1[CPU1214DC/DC/RLY]”下拉按钮→双击“设备组态”选项→在“设备视图”窗口的工作区域双击PLC_1，在弹出的巡视窗口中依次选择“属性”→“常规”→“PROFINET接口[X1]”→“以太网地址”选项，修改以太网IP地址，默认地址为：192.168.0.1。2.3TIAPORTAL软件的使用2024/10/22（4）添加变量2.3TIAPORTAL软件的使用选择“PLC变量双击“默认变量表”添加变量I0.0和Q0.02024/10/222.3TIAPORTAL软件的使用（5）程序编写在“项目树”窗口中，选择“PLC_1[CPU1214DC/DC/RLY]”双击“Main[OB1]”，进入程序编辑器点击“程序块”文件夹2024/10/222.3TIAPORTAL软件的使用第一步：拖放指令（5）程序编写在编写程序时，只需将所需指令从“指令”窗格中拖入相应程序段即可。本例在“指令”窗格中“位逻辑运算”文件夹中的常开触点拖入程序段1中，同样的方法将赋值线圈也拖入程序段1中，此时“程序段1”前面会出现符号，这表示该程序段处于语法错误状态2024/10/22（5）程序编写2.3TIAPORTAL软件的使用第二步：指令变量输入指令变量输入通常有两种方法。方法一：双击常开触点上的“

”，在弹出的界面中输入固定地址变量“I0.0”。2024/10/22（5）程序编写第二步：指令变量输入方法二：使用变量表快速输入触点地址，双击双击常开触点上,然后点击

图标，在打开的变量表中选择“SB1”。2.3TIAPORTAL软件的使用2024/10/22（6）程序下载2.3TIAPORTAL软件的使用第一步：程序编译在将程序下载到PLC之前，需要先对所编写的程序进行编译。点击工具栏中编译图标依次选择菜单栏中的“编辑”→选择“编译”选项，对程序进行编译2024/10/22（6）程序下载2.3TIAPORTAL软件的使用第二步：程序下载工具栏中“下载到设备”图标

弹出“扩展的下载到设备”界面，“PG/PC接口”选择与计算机网卡一致的型号点击“开始搜索”“选择目标设备”选中与组态设备一致的PLC2024/10/22第三步：在软件同步界面，选择“在不同的情况下继续”。（6）程序下载2.3TIAPORTAL软件的使用2024/10/22（6）程序下载2.3TIAPORTAL软件的使用第四步：装载程序在“下载预览”界面，选择“全部停止”。点击“装载”2024/10/22（6）程序下载2.3TIAPORTAL软件的使用第五步：启动模块在“下载结果”界面，选择“启动模块”。点击“完成”。2024/10/22（7）运行与调试2.3TIAPORTAL软件的使用点击程序块，进入Main[OB1]界面，点击“启用/禁止监控”

图标启用监控。按下外部按钮SB1，I0.0闭合，线圈Q0.0得电，指示灯HL1亮。梯形图中的绿色实线表示接通，蓝色虚线表示断开。2024/10/22（7）运行与调试2.3

仿真软件S7-PLCSIMV16的使用

【应用举例2.2】电机启-保-停程序设计与仿真调试2024/10/22（1）创建新项目2.3

仿真软件S7-PLCSIMV16的使用添加CPU：1214CDC/DC/RLY，订货号：6ES7214-1HG40-0XB02024/10/22（2）修改以太网IP地址2.3

仿真软件S7-PLCSIMV16的使用按照应用举例2.1的方法修改以太网IP地址为192.168.0.1。（3）新建变量表2024/10/22（4）程序编写与编译。2.3

仿真软件S7-PLCSIMV16的使用2024/10/22（5）启用仿真运行2.3

仿真软件S7-PLCSIMV16的使用第一步：启用仿真设备在弹出的“启用仿真支持”界面中点击“确定”按钮，首先启动仿真PLCSIM，然后进入程序下载阶段

在工具栏中点击“启用仿真”图标在菜单栏中选择“在线”→“仿真”→“启动”2024/10/22（5）启用仿真运行2.3

仿真软件S7-PLCSIMV16的使用第二步：点击“下载预览”界面中的“装载”按钮，进入“下载结果”界面，选择“启动模块”选项，然后点击“完成”。2024/10/22（6）仿真运行与调试2.3

仿真软件S7-PLCSIMV16的使用有两种方法进行程序仿真运行与调试。一种方法是在PLCSIM建立仿真项目进行仿真运