《PLC应用技术》课件-任务5 S7-1200 控制电动机起保停运行

可编程控制器技术项目化教程（西门子S7-1200PLC机型）任务5S7-1200控制电动机起保停运行

项目二S7-1200的工作原理与程序调试学习目标1.掌握博图软件建立项目步骤2.掌握程序下载和上传的方法3.掌握变量表的使用方法4.掌握程序调试的方法5.掌握S7-1200的程序结构和块的分类6.掌握数据块的使用方法7.通过小组合作，制定电动机起保停的控制方案，培养团队协作精神8.根据任务要求和工作规范，完成电动机起保停的调试与运行9.通过项目结果的检查验收，解决电动机起保停调试与运行过程中的问题，注重过程性评价，注重安全、环保意识的养成，注重综合素养的提升任务5S7-1200控制电动机起保停运行任务书图5-1是电动机起保停电气控制原理图。按下启动按钮SB2，交流接触器线圈KM得电，三相异步电动机主电路KM主触点闭合，电动机接入三相电，电动机启动运行；松开启动按钮SB2，由于KM辅助触点接通，KM线圈保持得电，电动机继续运行；按下停止按钮SB1，KM线圈失电，主电路KM主触点断开，电动机绕组失电，电动机停止运行。按照表5-1的I/O分配地址，使用S7-1200PLC实现控制电动机的起保停。图5-1电动机起保停控制电气控制原理图

表5-1S7-1200控制电动机起保停运行I/O分配表输入输出SB1I0.0KMQ0.0SB2I0.1

任务5S7-1200控制电动机起保停运行1.变量表的使用知识准备（1）在PLC变量表中声明变量在项目视图的项目树下，打开项目下面“PLC1文件夹”，再打来“PLC变量”文件夹，双击打开“默认变量表”。在默认变量表的第一行第一列，双击“变量名”，输入变量“stop”，按回车键确认，在数据类型列，选择该变量的数据类型“bool”型，在地址列中，输入地址“I0.0”，在注释列中，根据需要添加注释，比如添加注释“电动机M1的停止按钮”。这样我们就完成了对STOP变量的声明。按照同样的方法，声明start变量和motor1变量。如图5-2所示。（2）在程序编辑器中选用和显示变量①选用变量。在项目树下打开PLC1下的程序块文件夹，双击“main”主程序块，打开程序编辑器，在程序段1中拖放触点和线圈指令，编写电动机起保停控制程序。双击常开触点上面的地址，在出现的输入框中，点击旁边的地址域，就会出现已定义的PLC变量的下拉列表，从中选择start，按照同样的方法，对所有指令完成操作数的输入。如图5-3所示。1.变量表的使用②显示变量在工具栏中点击启动或禁用绝对/符号命令“”可以切换显示绝对或符号地址，也可以点击“”进行选择显示绝对地址或显示符号地址或符号和绝对地址同时显示。如果选择符号和绝对值，则程序中同时显示符号地址和绝对地址；如果选择符号，则程序中只显示符号地址；如果选择绝对，则程序中只显示绝对地址。如图5-4所示。1.变量表的使用（3）在程序编辑器中定义和更改PLC变量①修改变量选中常开触点start,单击鼠标右键，选择“重命名变量”，在弹出的对话框中，将名称列的start改为start_1,单击“更改按钮”，完成变量名的更改，同理，对其余变量进行修改。也可以修改变量连接的地址。1.变量表的使用②升降序显示变量单击变量表某一列表头，该单元出现向上的三角形，各变量按第一个字母从A到Z升序排列。再单击一次该单元，三角形的方向向下，各变量按地址降序排列。可以根据变量的名称、数据类型和地址来排列变量。③快速生成变量用鼠标右键单击某个变量，可以进行插入行，添加行，或删除操作。也可以批量添加变量，单击某个变量行的任意一列，则该单元右下角出现小的正方形，将光标放到该单元右下角的小正方形上，光标变为深蓝色的小十字。按住鼠标左键不放，向下拖动鼠标，在空白行生成新的变量，符号名称自动编号，对应地址也自动递增。用这种方法可以快速生成多个同类型的变量。（4）设置变量的保持型功能单击工具栏上的保持型按钮“”，可以用打开的对话框设置M区从MB0开始的具有保持性功能的字节数，如果设置为10，表示从MB0开始的连续10个字节具有断电保持功能。1.变量表的使用（5）全局变量与局部变量PLC变量表中的变量可以用于整个PLC中所有的代码块，在所有的代码块中具有相同的意义和唯一的名称，被称为为全局变量。在程序中，全局变量被自动添加双引号,例如“start”。局部变量只能在它被定义的块中使用，同一变量名称可以在不同的块中分别使用一次，可以在块的接口区定义块的输入/输出参数和临时数据，以及FB的静态数据。在程序中，局部变量被自动添加#号，例如#启动按钮。（6）变量表的监视可以通过点击工具栏的全部监视按钮“”监视变量表中各个变量的状态，但不能修改变量的状态。监视必须在PLC通信正常的情况下进行。S7-1200PLC一般都有两个通信端口，一个是RS485通信端口，一个是以太网通信端口。目前都是采用以太网通信端口进行程序的下载和上传。2.项目的下载与上传（1）以太网设备的地址①MAC地址别称局域网地址、以太网地址、是用来确认网络设备位置的位址。是以太网接口设备的物理地址，用于在网络中唯一标示。一台设备若有一或多个以太网端口，则每个端口都会有一个唯一的MAC地址。通常由设备生产厂家将MAC地址写入EEPROM或闪存芯片中，在网络底层的物理传输过程中，通过MAC地址来识别发送和接收数据的主机。MAC地址是48位二进制数，分为6个字节，一般用十六进制数表示，例如这台PLC的MAC地址是28-63-36-9A-85-DD。前三个字节是网络硬件制造商的编号，它由IEEE(国际电气与电子工程师协会）分配，后3个字节是该制造商生产的某个网络产品的序列号，MAC地址就像我们的身份证号码，具有全球唯一性。②IP地址全称为网际协议地址，是一种在Internet上的给主机编址的方式。它是IP协议提供的一种统一的地址格式，常见的IP地址分为IPv4与IPv6两大类，它为互联网上的每一个网络和每一台主机分配一个逻辑地址，以此来屏蔽物理地址的差异。IP地址由32位（4B）二进制数组成，在控制系统中一般使用固定的IP地址。CPU默认的IP地址为192.168.0.1。S7-1200PLC一般都有两个通信端口，一个是RS485通信端口，一个是以太网通信端口。目前都是采用以太网通信端口进行程序的下载和上传。2.项目的下载与上传（1）以太网设备的地址（2）组态CPU的PROFINET接口用网线连接CPU的以太网端口与运行STEP7的计算机来实现以太网通信，可以执行项目的下载，上传，监控和故障诊断等任务。一对一的通信不需要交换机，两台以上设备通信需要通过交换机进行。设置CPU的PROFINET接口，需要在设备视图下，双击CPU的以太网端口。打开该接口的巡视视图，选中左边的“以太网网址”，设置相应的IP地址为192.168.0.2。设置的地址在下载后才能起作用。（3）设置计算机网卡的IP地址如果操作系统是window7,用以太网电缆连接计算机与PLC，打开“网络与共享中心”，选择更改适配器设置，双击本地连接，打开“本地连接状态”对话框。单击其中的“属性”按钮，在“本地连接属性”对话框中双击“此连接使用下列项目”列表框中的“Internet协议版本4（TCP/IPv4）”，打开“Internet协议版本4（TCP/IPv4）属性”对话框。用单选框选中“使用下面的IP地址”，键入PLC以太网接口默认的子网地址192.168.0（应与CPU的子网地址相同），IP地址的第4个字节是子网内设备的地址，可以取0～255中的某个值，但是不能与子网中其他设备的IP地址重叠。单击“子网掩码”输入框，自动出现默认的子网掩码255.255.255.0。一般不用设置网关的IP地址。设置结束后，单击对话框中的“确定”按钮。2.项目的下载与上传（4）下载项目做好上述准备工作后，接通PLC的电源。选中项目树中的PLC_1，单击工具栏上的下载按钮，出现“扩展的下载到设备”对话框。设置PG/PC接口类型和接口后，可以执行下载。2.项目的下载与上传（5）上传设备作为新站做好计算机与PLC通信的准备工作后，生成一个新项目“motor2”，点击“创建”，选中项目树中的项目名称，执行菜单命令“在线”→“将设备作为新站上传（硬件和软件）”，出现“将设备上传至PG/PC”对话框。用“PG/PC接口”下拉式列表选择实际使用的网卡。单击“开始搜索”按钮，经过一定的时间后，在“所选接口的可访问节点”列表中，出现连接的CPU和它的IP地址。选中可访问节点列表中的CPU，单击对话框下面的“从设备上传”按钮，上传成功后，可以获得CPU完整的硬件配置和用户程序。2.项目的下载与上传（1）仿真软件调试①S7-1200/S7-1500的仿真软件介绍仿真调试适用于固件版本为V4.0及以上，仿真软件安装S7-PLCSIM为V13SP1及以上。仿真软件调试不支持计数、PID和运动控制工艺模块，不支持PID和运动控制工艺对象。如果正确安装了PLCSIM仿真软件，则工具栏上的开始仿真按钮“”呈现亮色。3.用户程序的调试②下载程序至仿真选中项目树中的PLC_1，单击工具栏上的开始仿真按钮“”，出现启动仿真的对话框，点击“确定。则启动S7-PLCSIM，会出现S7-PLCSIM的精简视图。出现“启动仿真将禁用所有其他的在线接口”对话框，点击确认即可。单击下载按钮，出现“扩展的下载到设备”对话框，设置PG/PC接口的类型为“plcsims7-1200/s7-1500”,如果是V15以上版本，则选择“PLCSIM”即可。单击“开始搜索”按钮，“目标子网中的兼容设备”列表中显示出搜索到的仿真CPU的以太网接口的IP地址。单击“下载”按钮，出现“下载预览”对话框，编译组态成功后，勾选“全部覆盖”复选框，单击“下载”按钮，将程序下载到仿真PLC。下载结束后，出现“下载结束”对话框。勾选其中的“全部启动”复选框，单击“完成”按钮，仿真PLC被切换到RUN模式，RUN指示灯亮。3.用户程序的调试③生成仿真表单击精简视图右下角的切换到项目视图按钮“”，则将PLCSIM切换到项目视图。双击项目树的“SIM表”文件夹的“SIM表1”，打开该仿真表。在“地址”列输入IB0和QB0。单击表格的空白行“名称”列隐藏的按钮，将IB0中的8个位I0.0-I0.7显示出来，可以用一行来显示Q0.0～Q0.7的状态。④用仿真表调试程序两次单击I0.1对应的小方框，方框中出现勾又消失，I0.1变为1后又变为0，模拟按下和放开起动按钮。由于程序的作用，Q0.0变为TRUE，对应的小方框中出现勾，表示电动机启动。点击I0.0的小方框，模拟停止按钮按下，Q0.0失电，电动机停止。3.用户程序的调试（2）程序状态功能调试程序①启动程序状态监视将程序下载到PLC，与PLC建立好在线连接后，打开需要监视的代码块，单击程序编辑器工具栏上的“启用/禁用监视”按钮，启动程序状态监控。如果在线程序与离线程序不一致，项目树中的项目、站点、程序块和有问题的代码块的右边会出现表示故障的符号。需要重新下载有问题的块，使在线、离线的块一致，项目树对象右边均出现绿色的表示正常的符号后，才能启动程序状态功能。进入在线模式后，程序编辑器最上面的标题栏变为橙黄色。3.用户程序的调试（2）程序状态功能调试程序②程序状态的显示启动程序状态监视后，梯形图左侧垂直的“电源”线和与它连接的水平线均为连续的绿线，表示有能流从“电源”线流出。有能流流过的处于闭合状态的触点、指令方框、线圈和“导线”均用连续的绿色线表示。用蓝色虚线表示没有能流。用灰色连续线表示状态未知或程序没有执行，黑色表示没有连接。如图5-14所示。3.用户程序的调试（2）程序状态功能调试程序③在程序状态修改变量的值用鼠标右键单击程序状态中的某个Bool变量，执行命令“修改”→“修改为1”或“修改”→“修改为0”；对于其他数据类型的变量，执行命令“修改”→“修改操作数”。执行命令“修改”→“显示格式”，可以修改变量的显示格式。不能修改过程映像输入（I）的值。如果被修改的变量同时受到程序的控制，则程序控制的作用优先。使用程序状态功能调试程序，可以在程序编辑器中形象直观地监视梯形图程序的执行情况，触点和线圈的状态一目了然。但程序状态功能只能在屏幕上显示一小块程序，调试较大的程序时，往往不能同时看到与某一程序功能有关的全部变量的状态。解决这样的问题，可以采用第二种程序在线调试方法——用监控表监控的方法来调试程序。3.用户程序的调试(3)监控表调试程序使用监控表调试程序可以在工作区同时监视、修改和强制用户感兴趣的全部变量。监控表可以赋值或显示的变量包括过程映像输入寄存器I和过程映像输出寄存器Q，外设输入I:P，外设输出Q:P，位存储区M和数据块DB内的存储单元。①监控表的功能可以监视变量，在计算机上显示用户程序或CPU中变量的当前值；可以修改变量，将固定值分配给用户程序或CPU中的变量；可以对外设输出赋值，允许在STOP模式下将固定值赋给CPU的外设输出点，这一功能可以用于硬件调试时检查接线正确与否。②生成监控表打开项目树中PLC的“监控与强制表”文件夹，双击其中的“添加新监控表”，生成一个新的监控表。③在监控表中输入变量可以在监控表中输入变量的名称或地址；也可以将PLC变量表中的变量名称复制到监控表；也可以在名称列点击“地址域”将变量表中的变量添加到监控表中。可以用“显示格式”列的下拉式列表设置显示格式。3.用户程序的调试(3)监控表调试程序④监视变量与CPU建立在线连接后，单击工具栏上的全部监视按钮“”，启动或关闭监视功能，将在“监视值”列连续显示变量的动态实际值。单击工具栏上的立即一次性监视所有变量按钮“”，即使没有启动监视，将立即读取一次变量值，并在监控表中显示。位变量为TRUE时，监视值列的方形指示灯为绿色。反之为灰色。⑤修改变量单击显示/隐藏所有修改列“”按钮，会出现隐藏的“修改值”列。在出现的“修改值”列输入变量新的值，并勾选要修改的变量的复选框。单击工具栏上的立即一次性修改所有选定值按钮“”，复选框打勾的“修改值”被立即送入指定的地址。⑥在STOP模式下改变外设输出的状态在调试设备时，用此功能检查设备的接线是否正确。以Q0.0为例，在操作步骤如下：首先在监控表中输入Q0.0:P；然后将CPU切换到STOP模式；再单击监控表工具栏上的显示/隐藏扩展模式列按钮“”，显示扩展模式列，出现与“触发”器有关的两列。单击监控表工具栏上的“”按钮，启动监视功能；单击工具栏上的启用外设输出按钮“”，出现“启用外围设备输出”对话框，单击“是”按钮确认，如图5-16所示。3.用户程序的调试⑥在STOP模式下改变外设输出的状态在调试设备时，用此功能检查设备的接线是否正确。以Q0.0为例，在操作步骤如下：首先在监控表中输入Q0.0:P；然后将CPU切换到STOP模式；再单击监控表工具栏上的显示/隐藏扩展模式列按钮“”，显示扩展模式列，出现与“触发”器有关的两列。单击监控表工具栏上的“”按钮，启动监视功能；单击工具栏上的启用外设输出按钮“”，出现“启用外围设备输出”对话框，单击“是”按钮确认，如图5-16所示。用鼠标右键单击Q0.0:P所在的行，执行出现的快捷菜单中的“修改”——“修改为1”或“修改为0”命令，CPU上Q0.0对应的状态指示灯亮或灭，监控表中Q0.0:P的修改值变成TRUE或FALSE。CPU切换到RUN模式后，工具栏上的启用外设输出按钮“

”变成灰色，该功能被禁止，Q0.0受用户程序的控制。如果有输入点或输出点被强制，则不能使用这一功能。为了在STOP模式下允许外设输出，应取消强制功能。3.用户程序的调试（4）用强制表调试程序①强制的概念用强制表给用户程序中的单个变量指定固定值，这功能称之为强制（force)。强制是在与CPU在线连接时进行，使用强制功能时，不正确的操作可能会危及人员的生命或健康，造成设备或整个工厂的损失，所以在使用强制功能时，一定要谨慎操作。S7-1200系列PLC只能强制外设输入和外设输出，例如强制I0.0:P和Q0.0:P等。不能强制指定给HSC、PWM和PTO的I/O点。可以通过强制I/O点来模拟物理条件，例如用来模拟输入信号的变化。强制功能不能仿真。②输入要强制的变量双击打开项目树中的强制表，输入I0.0、I0.1和Q0.0，它们被自动添加“:P”。只有在扩展模式才能监视外设输入的强制监视值。单击工具栏上的显示/隐藏扩展模式列按钮“”，切换到扩展模式。将CPU切换到RUN模式。

③强制输入选中强制表中的I0.1，点击鼠标右键，出现快捷菜单命令，选中“强制”，选择强制为1，出现对话框，单击“是”按钮确认将I0.1:P强制为TRUE。4.块概述与组织块的应用（1）程序中的块①块的概念在S7-1200的程序设计中，通常将复杂的自动化任务划分为对应于生产过程的技术功能的子任务，每个子任务对应于一个称为“块”的子程序，通过块与块之间的相互调用来组织程序。这样的程序易于修改、查错和调试。块结构显著地增加了PLC程序的组织透明性、可理解性和易维护性。②块的分类S7-1200为用户提供了不同类型的块来执行自动化系统中的任务。主要有组织块OB，功能块FB，功能FC，数据块DB。数据块又分为背景数据块与全局数据块。OB、FB、FC统称为代码块。如表5-2所示。表5-2程序中的块块简要描述组织块(OB)操作系统与用户程序的接口，决定用户程序的结构功能块(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，没有专用的背景数据块背景数据块(DB)用于保存FB的输入变量、输出变量和静态变量，其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4.块概述与组织块的应用（③块的调用在块调用中，调用者可以是各种代码块，被调用的块是OB之外的代码块。调用功能块FB时需要为它指定一个背景数据块DB。被调用的块应该是已经存在的块，即应先创建被调用的块及其背景数据块。被调用的代码块可以嵌套调用别的代码块。从程序循环OB或启动OB开始，嵌套深度为16；从中断OB开始，嵌套深度为6。（2）组织块①组织块概念组织块(OrganizationBlock，OB)是操作系统与用户程序的接口，可以通过组织块的编程来控制PLC的动作。组织块由操作系统调用，用组织块可以创建在特定时间执行的程序以及影响特定事件的程序，用于控制循环扫描和中断程序的执行、PLC的启动和错误处理等。组织块的程序是用户编写的。②组织块分类按照组织块控制操作的不同，S7-1200共有13种组织块。主要有程序循环组织块、启动组织块、延时中断组织块、循环中断组织块、硬件中断组织块、时间错误中断组织块、诊断错误中断组织块，以及其他中断组织块等。每个组织块必须有唯一的OB编号，200之前的某些编号是保留的，其他OB的编号应大于等于200。没有可以调用OB的指令，S7-1200CPU具有基于事件的特性，只有发生了某些特定事件，相应的OB才会被执行。③组织块的优先级组织块共分为三个优先等级组。每个组织块都有自己的优先级。高优先级的组织块会中断低优先级的组织块，相同优先级的组织块不会对自己产生中断，会按照优先级增加到队列中，然后按照优先级由高到低顺序执行。4.块概述与组织块的应用（3）最常用的组织块组织块有很多，今天主要学习在后续学习过程中最常用的两种组织块：程序循环组织块与启动组织块。①程序循环组织块OB1OB1是用户程序中的主程序，CPU循环执行操作系统程序，在每一次循环中，操作系统调用一次OB1。因此OB1中的程序也是循环执行的。允许有多个程序循环OB，默认的是OB1，其他程序循环OB的编号应大于等于200。OB1的优先等级是1，是最低的优先等级。任何其他类别的事件都可以中断OB1的程序执行。循环组织块在每个扫描周期不停的执行，直到另外的组织块对它产生中断。②启动组织块当CPU的工作模式从STOP切换到RUN时，执行一次启动(Startup)组织块，来初始化程序循环OB中的某些变量。执行完启动组织块后，开始执行程序循环OB。可以有多个启动组织块，默认的为OB100，其他启动OB的编号应大于等于200。在项目视图，项目树中，打开“”程序块文件夹，双击“添加新块”。选择“组织块”，出现组织块的类型，选中“startup”，则自动添加一个编号为100的启动组织块，也可以选择手动修改启动组织块的编号。5.数据块的应用数据块(Datablock，DB)是用于存放执行代码块时所需的数据的数据区。数据块是S7-1200内存结构中的重要部分，数据块的正确使用能提高编程效率。（1）数据块的分类数据块有两种类型：全局数据块和背景数据块。全局(Global)数据块：用于存储全局数据。存储供所有的代码块使用的数据，所有的OB、FB和FC都可以访问。全局数据块只包含静态变量，用户可以在声明表中编辑定义要包含的变量。背景数据块：用于存储只供某个FB使用的数据。是特定分配给FB的私有存储区，仅限特定的FB访问。背景数据块的结构完全取决于指定功能块的接口声明。准确包含接口声明中的参数和静态变量。用户不能自行编辑修改背景数据块的结构。S7-1200CPU中，除了一般的FB使用背景数据块外，还有专为定时器指令和计数器指令使用的背景数据块。5.数据块的应用（2）数据块的“优化的块访问”属性用户在编辑生成数据块后，通过数据块的属性设置，可以指定是否启用“优化的块访问”选项。此特性在数据块生成后无法更改。当用户不启用“优化的块访问”时，S7-1200CPU将采用传统的使用绝对地址存储方式，不同数据类型的数据被定义在一起时，他们之间可能存在被浪费的地址空间，当用户启用“优化的块访问”时，S7-1200CPU将优化存储，变量之间即使类型不同，也不会出现空隙，减少地址空间。启用“优化的块访问”时，用户只能采用符号方式访问其中的数据。符号方式访问时，需要指明数据块的符号名称，以及定义的变量名称。不启用“优化的块访问”时，用户可以采用符号或绝对地址两种方式访问其中的数据。绝对地址访问时，需要指明数据块的编号，以及变量在数据块中的绝对地址。比如图DB6.DBX0.0，DB6.DBW2，DB6.DBX4.0，DB6.DBD6。DBX用于位变量，DBW用于字变量，DBD用于双字或实数变量，DBB用于字节变量。5.数据块的应用（3）数据块的保持性设置当全局数据块不启用“优化的块访问”时，保持性设置对该数据块的所有变量都有效，无法单独指定各个变量的保持性。当启动“优化的块访问”时，可以为各个变量单独指定其保持性。背景数据块的“优化的块访问”选项，和保持性是否可编辑，完全取决于指定功能块的“优化的块访问”选项设置。如果指定功能块不启用“优化的块访问”选项，则背景数据块保持性设置可编辑，并且对该数据块的所有变量都有效。如果指定功能块启用