S7-1200 PLC应用技术项目化教程 课上任务汇 周海君 项目1-8 PLC控制系统认知 -水塔水位变频控制

项目一PLC控制系统认知在以S7-1200PLC为核心的控制系统中，I/O部分用以接收信号或输出信号，便于与PLC进行人机对话。输入的有条码读入器、传感器、模拟量的电位器等；输出的有打印机、编程器、监控器等。随着技术的进步，这种设备将更加丰富。PLC控制系统是在传统顺序控制器的基础上，引入了微电子技术、计算机技术、自动控制技术和通讯技术而形成的一代新型工业控制系统。其主要用于实现替代继电器执行逻辑，计时计数等顺序控制功能，建立柔性的远程控制系统，PLC具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点。随着计算机工业控制技术的不断发展，监控技术日趋完善，PLC在生产过程控制中的地位越来越重要，PLC具有性价比高可靠性高的特点，使其成为自动化工程的核心设备，在工业控制系统中为各式各样的自动化设备提供非常可靠的控制应用，PLC替代了大量的继电器，并能通过组态软件与工业以太网监控系统，成套设备和触摸屏结合，完成特定自动化生产，简化操作，在提高生产率的同时降低了员工的劳动强度。任务1PLC认知PLC定义：PLC是ProgrammableLogicController的简称，即可编程逻辑控制器。国际电工委员会（IEC）于1985年对可编程控制器作了如下定义：可编程序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。它采用可编程序的存储器，用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、模拟的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC基本结构：PLC种类繁多，但其基本结构和工作原理相同。PLC的功能结构由中央处理器（CPU）、存储器、输入接口/输出接口、通信接口、扩展接口和电源部件等部分组成，如图所示。PLC工作原理：PLC是一种存储程序的控制器。用户根据某一对象的具体控制要求，编制好控制程序后，用编程器将程序输入到PLC（或用计算机下载到PLC）的用户程序存储器中寄存。PLC的控制功能就是通过运行用户程序来实现的。PLC品牌：国外品牌国外PLC产品可按地域分成三大流派：一个是美国产品，一个是欧洲产品，另一个是日本产品。国产品牌我国自主品牌的PLC生产厂家有三十余家，但是在市场中所占份额较少。主要生产厂家有台湾的台达集团、永宏电动机股份有限公司、丰炜科技企业股份有限公司和大陆的北京和利时集团、无锡信捷电气股份有限公司、北京安控科技股份有限公司、台安科技（无锡）有限公司、黄石市科威自控有限公司、上海正航电子科技有限公司等。

任务2S7-1200PLC硬件认识CPU模块：CPU模块是S71200PLC系统中最核心的成员。S71200PLC的CPU有五类：CPU1211C、CPU1212C、CPU1214C、CPU1215C和CPU1217C，每类CPU模块又细分三种规格：DC/DC/DC、DC/DC/RLY和AC/DC/RLY。CPU的工作模式CPU有以下三种工作模式：STOP模式、STARTUP模式和RUN模式。CPU前面的状态LED指示当前工作模式。信号板：信号板（SignalBoard）为西门子S7-1200PLC所特有的，各种CPU的正面都可以安装一块具有数字量或模拟量I/O的SB，不会增加安装的空间。可为CPU提供附加的I/O点或增加需要的功能，例如数字量输出信号板可使继电器输出的CPU具有高速输出的功能。信号模块：信号模块（SM）是CPU与控制设备之间的接口，数字量输入/数字量输出（DI/DO）模块和模拟量输入/模拟量输出（AI/AO）模块统称为信号模块。用于扩展西门子S7-1200PLC的输入和输出点数，可以使CPU增加附加功能，连接在CPU模块的右侧。通信模块（CM）：S7-1200具有非常强大的通信功能，提供下列的通信选项：I-Device（智能设备）、PROFINET、PROFIBUS、远距离控制通信、点对点（PtP）通信、USS通讯，ModbusRTU、AS-i和I/OlinkMASTER。通信模块规格较为齐全。

任务3TIAPortal初识1．安装TIA博途软件的软硬件条件（1）硬件要求TIA博途软件对计算机系统的硬件要求比较高，计算机最好配置固态硬盘（SSD）。（2）操作系统要求专业版、企业版或者旗舰版的操作系统是TIA博途软件的必备条件，不支持家庭版操作系统。推荐64位的Windows7SP1或Windows8.1，以及某些Windows服务器，不支持WindowsXP。2．安装TIA博途软件的注意事项1）无论是Windows7还是Windows8.1系统的家庭（HOME）版，都不能安装西门子的TIA博途软件。2）安装TIA博途软件时，最好关闭监控和杀毒软件。3）安装TIA博途软件时，软件的存放目录中不能有汉字，否则，将弹出错误信息，表明目录中有不能识别的字符。例如将软件存放在“C：/软件/STEP7”目录中就不能安装。4）在安装TIA博途软件的过程中出现提示“请重新启动Windows”字样，这可能是360安全软件作用的结果，重启电脑有时是可行的方案，有时计算机会重复提示重启电脑，在这种情况下解决方案如下：在Windows的菜单命令下，单击“开始”按钮，在“搜索程序和文件”对话框中输入“regedit”，打开注册表编辑器。选中注册表中“HKEY_LOCAL_MACHINE\System\CueerentControlset\Control”中的“Sessionmanager”，删除右侧窗口中的“PendingFileRenameOperations”选项。重新安装，就不会出现重启计算机的提示了。5）允许在同一台计算机的同一个操作系统中安装STEP7V5.5、STEP7V12和STEP7V13，早期的STEP7V5.5和STEP7V5.4不能安装在同一个操作系统中。3．安装TIA博途软件安装软件的前提是计算机的操作系统和硬件符合安装TIA博途软件的条件。当满足安装条件时，首先要关闭正在运行的其他所有程序，然后将TIA博途软件光盘插入计算机的光驱中，安装程序会自动启动，如安装程序没有自动启动，则双击光盘安装盘中的可执行文件“Start.exe”，手动启动。4．安装仿真软件仿真软件可以提供无硬件的程序调试环境，对于初学者大大提高了学习效率。仿真软件功能对S7-1200硬件和博途软件的要求如下：固件版本为V4.0及以上，软件版本为V13SP1及以上。5．卸载TIA博途软件卸载TIA博途软件和卸载其他软件类似，具体操作过程如下：1）打开控制面板的“程序和功能”界面。打开控制面板，双击打开“程序和功能”界面。单击“卸载”按钮，弹出初始化界面，需要一定时间。2）卸载语言。初始化界面完成后，选择“安装语言”，单击“下一步”按钮，弹出“选择要卸载的软件”的界面。3）选择要卸载的软件。选择要卸载的软件，单击“下一步”按钮，弹出卸载预览界面，单击“卸载”按钮，卸载开始进行，直到完成后，重新启动计算机即可。6.TIA博途软件使用入门（1）软件的视图（2）项目的创建、打开和关闭项目二电动机起停控制传统的继电器-接触器控制系统，根据控制要求采用硬件接线方式接入继电器、定时器和计数器。但是，这种方法在全部接线完成之前，操作者不能测试控制元件；而且由于每个元件动作频率高造成使用寿命都很短，所以经常需要维修。所以，维修或升级都需要花费大量的时间和精力，将大大影响生产效率。这也是PLC控制系统诞生的意义所在。本项目实现如何用PLC实现电机起停控制。根据控制要求设计自动控制系统。任务1单台电动机起停控制系统设计与调试学习位逻辑运算指令控制要求：用S7-1200PLC实现三相异步电动机的直接起动控制，即按下起动按钮SB2，电动机M起动运转，按下停止按钮SB1，电动机M停止运转。进行控制系统设计：设备清单、I/O设置、绘制接线图、硬件接线、程序设计、系统调试

任务2多台电动机联锁控制系统设计与调试学习PLC的数据寻址方式、存储器分类控制要求：在生产实践中，由多台电动机拖动的设备，常需要电动机按先后顺序工作。例如机床中要求润滑电动机启动后，主轴电动机才能启动，下图为两台电动机顺序启动控制电路。其中，M1为润滑电动机，M2为主轴电动机。M1和M2各由热继电器FR1、FR2进行保护，接触器KMl控制润滑电动机Ml的起动、停止；KM2控制主轴电动机M2的起动、停止，KM1、KM2经熔断器FU和开关Q与电源连接。进行控制系统设计：设备清单、I/O设置、绘制接线图、硬件接线、程序设计、系统调试。项目三交通信号灯控制本项目完成如何用PLC实现多种交通灯控制。根据控制要求设计自动控制系统。任务1交通灯双向控制系统设计与调试学习定时器指令：TON、TOF、TONR、TP控制要求：某十字路口交通信号灯系统控制要求：1）按下启动按钮，十字路口交通灯按表3-3所示规律开始运行，并周而复始的循环动作；2）按下停止按钮，所有信号灯熄灭。具体要求见表3-4。表3-3交通灯运行规律南北方向交通灯变化绿绿绿黄红红红红红红东西方向交通灯变化红红红红红绿绿绿黄红表3-4十字路口交通灯具体要求南北信号绿灯黄灯红灯时间3s1s6s东西信号红灯绿灯黄灯红灯时间5s3s1s1s进行控制系统设计：设备清单、I/O设置、绘制接线图、硬件接线、程序设计、系统调试

任务2交通灯手/自动控制系统设计与调试学习置位、复位指令控制要求：某十字路口交通信号灯系统在实现任务1的功能要求上，增加如下功能需求：1）增加一个南北方向强制放行的按钮，当按下此按钮时，南北方向变成绿灯，东西方向强制变成红灯；2）南北方向绿灯亮10s后，红绿灯恢复正常，重新计时循环。同理，东西方向也可设置强制放行按钮，工作过程如上。进行控制系统设计：设备清单、I/O设置、绘制接线图、硬件接线、程序设计、系统调试。项目四天塔之光控制本项目完成如何用PLC实现天塔各种灯光的控制。根据控制要求设计自动控制系统。任务1发射型灯光控制系统设计与调试学习移位指令：右移指令SHR（ShiftLogicalRight）和左移指令SHL（ShiftLogicalLeft）。控制要求：1）按下启动按钮SB1，L1亮1s后熄灭，接着L2，L3，L4，L5亮，1s后熄灭，接着L6，L7，L8，L9亮，1s后熄灭，接着L1又亮1s后熄灭，……如此循环下去。时序图如图4-5所示。2）按下停止按钮SB2，所有灯熄灭。进行控制系统设计：设备清单、I/O设置、绘制接线图、硬件接线、程序设计、系统调试

任务2流水型灯光控制系统设计与调试学习循环移位指令：循环右移指令ROR（RotateRight）和循环左移指令ROL（RotateLeft）。控制要求：1）按下启动按钮SB1，L1亮1s后熄灭，接着L2亮1s后熄灭，接着L3亮1s后熄灭，……，接着L9亮，延时5s后反向点亮，即L8亮1s后熄灭，L7亮1s后熄灭，……，回到L1亮也延时5s后熄灭，接着L2亮1s后熄灭，……如此循环下去。2）按下停止按钮SB2，所有灯熄灭。进行控制系统设计：设备清单、I/O设置、绘制接线图、硬件接线、程序设计、系统调试。

任务3多模式灯光控制系统设计与调试学习计数器指令：加计数器（CTU）、减计数器（CTD）、加减计数器（CTUD）。控制要求：1）按下启动按钮SB1，L1亮1s后熄灭，接着L2亮1s后熄灭，接着L3亮1s后熄灭，……，接着L9亮，延时5s后反向点亮，即L8亮1s后熄灭，L7亮1s后熄灭，……，回到L1亮也延时5s后熄灭，接着L2亮1s后熄灭，……如此循环下去。2）按下停止按钮SB2，所有灯熄灭。进行控制系统设计：设备清单、I/O设置、绘制接线图、硬件接线、程序设计、系统调试。项目五自动售货机控制本项目完成如何用PLC实现自动售货机的控制。根据控制要求设计自动控制系统。任务1投币售货自动显示控制系统设计与调试学习移动指令：MOVE。控制要求：某自动售货机投币售货显示系统控制要求：1）按下货物按钮，按表5-3所示显示货物金额；2）按下投币按钮，显示投币个数；3）按下退币按钮，显示清零。表5-3货物单价金额货物名称可乐纯水牛奶酸奶货物单价2.5元1.5元3.0元3.5元进行控制系统设计：设备清单、I/O设置、绘制接线图、硬件接线、程序设计、系统调试

任务2单物品自动售货控制系统设计与调试学习数学函数指令：ADD、SUB、MUL、DIV、INC、DEC分别是加、减、乘、除、递增、递减指令。控制要求：某自动售货机控制系统要求如下：1）按下投币口按钮1角、5角、1元，数码显示投币金额为01、05、10；2）显示金额减去所买货物金额后，数码显示余额，可以一次多买，直到金额不足，灯L1亮提示当前余额不足；3）当投币余额不足时，如果继续投币则可连续购买；4）投币金额超过十元，数码显示低两位，但可以继续购物；5）购物4s后，如果没有再操作，则取物口灯亮，有余额则退币口灯亮；6）如不买货物，按退币钮，则退出全部金额、数码显示为零，退币口灯亮。进行控制系统设计：设备清单、I/O设置、绘制接线图、硬件接线、程序设计、系统调试。

任务3全自动售货机控制系统设计与调试学习数学函数指令：包含加法（ADD）、减法（SUB）、乘法（MUL）、除法（DIV）算数运算指令，还包括计算平方（SQR）、平方根（SQRT）等复杂的函数运算指令控制要求：某自动售货机控制系统要求如下：1）通过投币口投币，可识别1元、5元、10元、20元、50元人民币，数码显示投币金额为01、05、10、20、50；投币金额最大为99元；2）钱币输入采用按钮复用的方式，需要投币键与“+”或“-”三个按钮配合使用的；“+”或“-”选择币值，投币键确认投币。（按钮复用输入方式在手持设备的操作经常被采用，如变频器的控制面板）3）所售货物名称及货物金额如表5-13所示。购买货物后显示金额减去所买货物金额，数码显示余额，可以一次多买，直到金额不足，灯L1亮提示当前余额不足；4）当投币余额不足时，如果继续投币则可连续购买；5）购物4s后，如果没有再操作，则取物口灯亮，有余额则退币口灯亮；6）不再购买货物后按退币钮，则可以退出全部余额。退回金额从大面值货币开始清退，逐一递减。每0.5秒退还一张钱币，退币口灯亮一次作为提示，直至余额到零为止。表5-13货物单价金额货物名称薯片饼干巧克力干果货物单价8元10元12元15元进行控制系统设计：设备清单、I/O设置、绘制接线图、硬件接线、程序