PLC编程与应用（西门子）电子教案 项目一 任务2：熟知西门子S7-1200PLC

课题授课教案一、教案头序号：2本次课题项目一任务2：熟知西门子S7-1200PLC授课教师审阅授课时间课时授课班级知识目标1.了解S7-1200PLC的特点。2.了解S7-1200PLC的基本结构。3.了解S7-1200系列中不同型号的适用范围。能力目标1.能熟练操作进行硬件的安装与接线。2.能根据不同情况对S7-1200进行选型。情感目标1.培养善于独立思考、交流沟通的协作能力。2.组织学生搜集PLC选型资料，在学习过程中，培养学生自主探究的精神。3.在小组协作学习过程中，提高学生团队协作精神。4.使学生养成“冬则温，夏则凊。晨则省，昏则定。出必告，反必面。”的良好习惯。教学重点、难点重点1、S7-1200系列PLC通用模块的认知难点1、PLC模块的安装与拆卸教学准备1、西门子S7-1200可编程控制器实训装置，主机模块2、电脑一台（具有PROTALV13软件平台）3、24V直流电源、交流220V电源各一处4、实训连接导线若干5、Profilnet通讯电缆一根

二、教学设计步骤教学内容教师活动学生活动课前检查1、检查学生的劳保服装。2、检查学生的出勤情况并做好记录。3、强调实习安全。督导检查做好记录学生自检互检情景引入德国西门子公司的产品一直伴随着中国自动化的前进之路，那么西门子公司的PLC都有哪些呢？现在最新的PLC又是什么呢？任务资讯知识点1：西门子S7-1200概述西门子可编程控制器是一个完整的产品组合，拥有迷你控制器S7-200CN、S7-1200、S7-300、S7-400、S7-1500、LOGO等。SIMATICS7-1200系列是西门子公司新推出的一款面向离散自动化系统和独立自动化系统的PLC，采用了模块化设计并具有灵活性、可扩展性以及强大的工艺功能。SIMATICS7-1200可应用于OEM机械控制、远程通信、低端的运动/位置控制、建筑自动化设备、非传统非制造业应用等范围。。S7-1200的定位处于原有的S7-200和S7-300之间，是紧凑型自动化产品的新成员。西门子SIMATIC系列产品定位可以参考下图。知识点2：S7-1200PLC硬件模块S7-1200PLC具有多种型号：CPU1211C、CPU1212C、CPU1214C、CPU1215C、CPU1217。不同CPU的型号具有各种各样的特征和功能，来实现不同的应用创建有效的方案。1.CPU模块（1）CPU的主要技术指标CPU的主要技术指标有内存空间、运算速度、内部资源、中断处理、通信方式等，S7-1200现在有5种型号的CPU模块，其特征与功能见下表。表S7-2005种型号CPU模块的特点与功能特性CPU1211CCPU1212CCPU1214CCPU1215CCPU1217C本机数字量I/O点数6入/4出8入/6出14入/10出14入/10出14入/10出本机模拟量I/O点数2入2入2入2入/2出2入/2出工作存储器/装载存储器50KB/1MB75KB/1MB100KB/4MB125KB/4MB150KB/4MB信号模块扩展个数无2888最大本地数字量I/O点数1482284284284高速计数器点数3点5点6点同前6点上升沿/下降沿中断点数6/68/812/1214/1414/14（2）CPU操作模式S7-1200CPU有三种操作模式：STOP模式、STARTUP模式和RUN模式。CPU前面的状态指示灯指示当前操作模式。=1\*GB3①在STOP模式下，CPU不执行任何程序，用户可以下载项目。=2\*GB3②在STARTUP模式下，CPU会执行存在的所有启动逻辑但不处理任何中断事件。=3\*GB3③在RUN模式下，重复执行扫描周期。说明：CPU处于RUN模式下时，无法下载任何项目，只有在CPU处于STOP模式时，才能下载项目。（3）CPU集成的工艺功能S7-1200的CPU集成了强大的高速计数、频率测量、高速脉冲输出、PWM控制、运动控制和PID控制功能。=1\*GB3①高速计数器=2\*GB3②高速输出=3\*GB3③PLCopen运动控制功能块=4\*GB3④PID控制2.CPU面板（1）状态指示灯=1\*GB3①STOP/RUN指示灯=2\*GB3②ERROR指示灯=3\*GB3③MAINT指示灯（2）I/O状态指示灯通过I/O状态指示灯（如图1-2-13所示）的点亮或熄灭用来指示各种输入或输出的状态。（3）PROFINET通信状态指示灯（4）存储卡S7-1200PLC使用的存储卡为SD卡，使用时应注意以下几个问题：=1\*GB3①S7-1200P本身内置存储器，没有存储卡一样可以使用。=2\*GB3②对在正在运行的CPU上插存储卡会造成CPU停机。=3\*GB3③S7-1200CPU只支持由西门子制造商预先格式化过的存储卡。=4\*GB3④如果用Windows格式化程序对存储卡进行格式化操作，该存储卡将无法被CPU识读。3.信号板S7-1200CPU可以根据系统需要进行扩展，各种CPU正面都可以增加一块信号板，信号板为嵌入式安装，可以在不增加空间的情况扩展CPUI/O点，从而提高控制系统的性价比。S7-1200有SB1222、SB1223、SB1231、SB1232等信号板，可与S7-1200系列所有CPU通用。信号板的类型有：①具有4个数字量I/O（2*DC输入和2*DC输出）的信号板②具有1路模拟量输出的信号板。4.信号模块S7-1200可通过附加各种信号模块来扩展其能力，分为模拟量输入模块、模拟量输出模块、模拟量输入/输出模块、数字量输入模块、数字量输出模块、数字量输入/输出模块。每个信号模块上有DIAG指示灯和I/OChannel灯，显示意义见下表1-2-2：表信号模块指示灯说明DIAG（红色/绿色）I/OChannel（红色/绿色）现场侧电源关闭呈红色闪烁呈红色闪烁没有组态或更新在进行中呈绿色闪烁灭模块已组态且没有错误亮（绿色）亮（绿色）I/O错误（启用诊断时）--呈红色闪烁I/O错误（禁用诊断时）--亮（绿色错误状态呈红色闪烁--5.通信模块S7-1200CPU集成了一个PROFINET通信端口，支持传输控制协议（TCP）、ISO-on-TCP（RFC1006）与S7通信，该接口的数据传输速率为10Mbit/s、100Mbit/s，支持电缆交叉自适应，支持最多16个以太网连接，可用于标准的或交叉的以太网，实现快速、简单、灵活的工业通信。S7-1200可以通过TCP通信协议与S7-1200CPU、STEP7Basic编程设备、HMI设备和非西门子设备通信。S7-1200最多可以增加3个通信模块，它们安装在CPU的左边。RS-485和RS-232通信模块为点到点（P2P）串行通信提供连接，其有以下特征：端口经过隔离、支持点对点协议、通过扩展指令和库功能指令进行组态和编程、通过LED显示传送和接收活动，显示诊断LED、有CPU供电，不必外接电源。知识点3：S7-1200PLC的安装安装CPU步骤：1）安装DIN导轨。按照每隔75mm将导轨固定到安装板上。2）确保CPU和所有S7-1200设备都与电源断开。3）将CPU挂到DIN导轨上方。4）拉出CPU下方的DIN导轨卡夹以便能将CPU安装到导轨上。5）向下转动CPU使其在导轨上就位。6）推入卡夹将CPU锁定到导轨上。若要准备拆卸CPU，先断开CPU的电源及I/O连接器、接线或电缆。将CPU和所有相连的通信模块作为一个完整单元拆卸，所有信号模块均保持安装状态。拆卸CPU的步骤：1）确保CPU和所有S7-1200设备都与电源断开。2）将螺丝刀放到信号模块上方的小接头旁。3）向下按使连接器与CPU分离。4）将小接头完全滑到右侧。5）拉出DIN导轨卡夹从导轨上松开CPU。6）向上转动CPU使其脱离导轨，然后从系统中卸下CPU。③安装和拆卸信号模块安装信号模块的步骤：1）确保CPU和所有S7-1200设备都与电源断开。2）卸下CPU右侧的连接器盖，将螺丝刀插入盖上方的插槽中，将其上方的盖轻轻撬出并卸下盖，收好盖以备再次使用。3）将SM挂到DIN导轨上方，装在CPU旁边，拉出下方的DIN导轨卡夹以便将SM安装到导轨上。4）向下转动CPU旁的SM使其就位并推入下方的卡夹将SM锁定到导轨上。伸出总线连接器即为SM建立了机械和电气连接。5）将螺丝刀放到SM上方的小接头旁。将小接头滑到最左侧，使总线连接器伸到CPU中。拆卸信号模块的步骤：1）确保CPU和所有S7-1200设备都与电源断开。2）将I/O连接器和接线从SM上卸下。3）缩回总线连接器。将螺丝刀放到SM上方的小接头旁，向下按使连接器与CPU相分离，将小接头完全滑到右侧。4）拉出下方的DIN导轨卡夹从导轨上松开SM。向上转动SM使其脱离导轨。从系统中卸下SM。如有必要，用盖子盖上CPU的总线连接器以避免污染。④安装和拆卸通信模块通信模块只能连接到CPU左侧，然后将该组件作为一个单元来安装到DIN导轨或面板上。安装通信模块的步骤：1）确保CPU和所有S7-1200设备都与电源断开。2）卸下CPU左侧的总线盖，将螺丝刀插入总线盖上方的插槽中，轻轻撬出上方的盖，卸下总线盖，收好盖以备再次使用。3）将CM或CP连接到CPU上，使CM的总线连接器和接线柱与CPU上的孔对齐，用力将两个单元压在一起直到接线柱卡入到位。4）将CPU和CP安装到DIN导轨或面板上。将CPU和CM作为一个完整单元从DIN导轨或面板上卸下。卸载通信模块的步骤：1）确保CPU和所有S7-1200设备都与电源断开。2）拆除CPU和CM上的I/O连接器和所有接线及电缆。3）对于DIN导轨安装，将CPU和CM上的下部DIN导轨卡夹掰到伸出位置。4）从DIN导轨或面板上卸下CPU和CM。5）用力抓住CPU和CM，并将它们分开。安装信号扩展板步骤：1）确保CPU和所有S7-1200设备都与电源断开。2）卸下CPU上部和下部的端子板盖板。3）将螺丝刀插入CPU上部接线盒盖背面的槽中。4）轻轻将盖直接撬起并从CPU上卸下。5）将模块直接向下放入CPU上部的安装位置中。6）用力将模块压入该位置直到卡入就位。7）重新装上端子板盖子。拆卸信号扩展板步骤：1）确保CPU和所有S7-1200设备都与电源断开。2）卸下CPU上部和下部的端子板盖板。3）用螺丝刀轻轻分离以卸下信号板连接器（如已安装）。4）将螺丝刀插入模块上部的槽中。5）轻轻将模块撬起使其与CPU分离。6）不使用螺丝刀，将模块直接从CPU上部的安装位置中取出。7）将盖板重新装到CPU上。8）重新装上端子板盖子。知识点4：PLC的接线准则1.先决条件在对任何电气设备进行接地或者接线之前，请确保设备的电源已经断开，与此同时还要确保已关闭所有相关设备的电源。确保在对S7-1200和相关设备接线时遵守所有适用的电气规程。根据所有适用的国家和地方标准来安装和操作所有设备。如果在安装或拆卸过程中没有断开S7-1200或相关设备的所有电源，则可能会由于电击或意外设备操作而导致死亡、人员重伤和/或财产损失。务必遵守适当的安全预防措施，确保在尝试安装或拆卸S7-1200或相关设备前断开S7-1200的电源。在规划S7-1200系统的接地和接线时，务必考虑安全问题。电子控制设备（如S7-1200）可能会失灵和导致正在控制或监视的设备出现意外操作，因此，应采取一些独立于S7-1200的安全措施以防止可能的人员受伤或设备损坏。2.绝缘准则S7-1200交流电源和I/O与交流电路的边界经过设计，经验证可以在交流线路电压与低压电路之间实现安全隔离。根据各种适用的标准，这些边界包括双重或加强绝缘，或者基本绝缘加辅助绝缘。跨过这些边界的组件（例如，光耦合器、电容器、变压器和继电器）已通过安全隔离认证。仅采用交流线路电压的电路才与其它电路实现安全隔离。24VDC电路间的隔离边界仅起一定作用，不应依赖于这些边界提供安全性。根据EN61131-2，集成有交流电源的S7-1200的传感器电源输出、通信电路和内部逻辑电路属于SELV（安全超低电压）电路。要维持S7-1200低压电路的安全特性，到通信端口、模拟电路以及所有24VDC额定电源和I/O电路的外部连接必须由合格的电源供电，该电源必须满足各种标准对SELV、PELV、2类限制电压或受限电源的要求。若使用非隔离或单绝缘电源通过交流线路给低压电路供电，可能会导致本来应当可以安全触摸的电路上出现危险电压，例如，通信电路和低压传感器线路。这种意外的高压可能会引起电击而导致死亡、人员重伤和/或财产损失。只应当使用合格的高压转低压整流器作为可安全接触的限压电路的供电电源。3.S7-1200的接地准则将应用设备接地的最佳方式是确保S7-1200和相关设备的所有公共端和接地连接在同一个点接地，该点应该直接连接到系统的大地接地。所有地线应尽可能地短且应使用大线径，例如，2mm2(14AWG)。确定接地点时，应考虑安全接地要求和保护性中断装置的正常运行。4.感性负载的使用准则将对于感性负载应安装抑制电路，以在控制输出断开时限制电压升高。抑制电路可保护输出，防止通过感性负载中断电流时产生的高压瞬变导致其过早损坏。此外，抑制电路还能限制开关感性负载时产生的电噪声。抑制能力差的感性负载产生的高频噪声会中断PLC的运行。配备一个外部抑制电路，使其从电路上跨接在负载两端并且在位置上接近负载，这样对降低电气噪声最有效。（1）控制感性负载在大多数应用中，在直流感性负载两端增加一个二极管(A)就可以了，但如果应用要求更快的关闭时间，则再增加一个稳压二极管(B)。应确保正确选择稳压二极管，以适合输出电路中的电流量。如图1-2-32所示。图1-2-32直流感性负载抑制电路=1\*GB3①1N4001二极管或同等元件=2\*GB3②8.2V稳压二极管（直流输出），36V稳压二极管（继电器输出）=3\*GB3③输出点=4\*GB3④M，24V参考（2）控制交流负载的继电器输出使用继电器输出开关115V、230V交流负载时，在交流负载两端并联一个电阻/电容网络，如图1-2-33。图1-2-33控制交流负载的继电器输出=1\*GB3①关于C值，请参见表格1-2-3=2\*GB3②关于R值，请