西门子PLC入门基础.docx
《西门子PLC入门基础.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《西门子PLC入门基础.docx（18页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
西门子PLC入门基础
西门子PLC入门基础教程
1、PLC基本概念
可编程控制器（ProgrammableController）是计算机家族中的一员，是为工业控制而设计制造的。
早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器（ProgrammableLogicController），简称PLC，它主要用来代替继电器实现逻辑控制。
随着技术的发展，这种装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围，因此，今天这种装置称作可编程控制器，简称PC。
但是为了避免与个人计算机（PersonalComputer）的简称混淆，所以将可编程控制器简称PLC。
2、PLC的基本结构
PLC实质是一种专用于工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同。
A、中央处理器（CPU）
中央处理器（CPU）是PLC的控制中枢。
他按照PLC系统成程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据；检查电源、存储器、I/O以及警戒定时器的状态，并能诊断用户程序中的语法错误。
当PLC投入运行时，首先他以扫描的方式接受现场各输入装置的状态和数据，并分别存入I/O映象区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后，按指令的规定执行逻辑或数字运算的结果送入I/O映象区或数字寄存器内。
等所有的用户程序执行完毕之后，最后将I/O映象区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行，直到停止运行。
为了进一步提高PLC的可靠性，近年来对大型PLC还采用双CPU构成冗余系统，或采用三CPU的表决式系统。
这样即使某个CPU出现故障，整个系统仍能正常运行。
B、存储器
存储系统程序的存储器称为系统存储器。
存储应用软件的存储器称为用户存储器。
{
（一）PLC常用的存储器类型
1.RAM（RandomAssessMemory）
这是一种读/写存储器（随机存储器），其存取速度最快，由锂电池支持。
2.EPROM（ErasableProgrammableReadOnlyMemory）
这是一种可擦除的只读存储器。
在断电情况下，存储器内的所有内容保持不变。
（在紫外线连续照射下可擦除存储器内容）。
3.EEPROM（ElectricalErasableProgrammableReadOnlyMemory）
这是一种电可擦除的只读存储器。
使用编程器就能很容易地对其所存储的内容进行修改。
（二）PLC存储空间的分配
虽然各种PLC的CPU的最大寻址空间各不相同，但是根据PLC的工作原理其存储空间一般包括以下三个区域：
系统程序存储区?
系统RAM存储区（包括I/O映象区和系统软设备等）?
用户程序存储区?
系统程序存储区1.
在系统程序存储区中存放着相当于计算机操作系统的系统程序。
包括监控程序、管理程序、命令解释程序、功能子程序、系统诊断子程序等。
由制造厂商将其固化在EPROM中，用户不能直接存取。
它和硬件一起决定了该PLC的性能。
2.系统RAM存储区
系统RAM存储区包括I/O映象区以及各类软设备，如：
逻辑线圈、数据寄存器、计时器、计数器、变址寄存器、累加器、等存储器。
（1）I/O映象区由于PLC投入运行后，只是在输入采样阶段才依次读入各输入状态和数据，在输出刷新阶段才将输出的状态和数据送至相应的外设。
因此，它需要一定数量的存储单元（RAM）以存放I/O的状态和数据，这些单元称作I/O映象区。
一个开关量I/O占用存储单元中的一个位（bit），一个模拟量I/O占用存储单元中的一个字（16个bit）。
因此整个I/O映象区可看作两个部分组成：
开关量I/O映象区、模拟量I/O映象区。
（2）系统软设备存储区
除了I/O映象区区以外，系统RAM存储区还包括PLC内部各类软设备（逻辑线圈、计时器、计数器、数据寄存器和累加器等）的存储区。
该存储区又分为具有失电保持的存储区域和无失电保持的存储区域，前者在PLC断电时，由内部的锂电池供电，数据不会遗失；后者当PLC断电时，数据被清零。
1）逻辑线圈
与开关输出一样，每个逻辑线圈占用系统RAM存储区中的一个位，但不能直接驱动外设，只供用户在编程中使用，其作用类似于电器控制线路中的继电器。
另外，不同的PLC还提供数量不等的特殊逻辑线圈，具有不同的功能。
2）数据寄存器
与模拟量I/O一样，每个数据寄存器占用系统RAM存储区中的一个字（16
bits）。
另外，PLC还提供数量不等的特殊数据寄存器，具有不同的功能。
3）计时器
4）计数器
3.用户程序存储区
用户程序存储区存放用户编制的用户程序。
不同类型的PLC，其存储容量各不相同。
}
C、电源
PLC的电源在整个系统中起着十分重要的作用。
如果没有一个良好、可靠得电源系统是无法正常工作的，因此PLC的制造商对电源的设计和制造也十分重视。
一般交流电压波动在+10%（+15%）的范围内，可以不采取其它措施而将PLC直接接到交流电网上去。
3、PLC的工作原理
一、扫描技术
当PLC投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。
完成上述三个阶段称作一个扫描周期。
在整个运行期间，PLC的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。
（一）输入采样阶段
在输入采样阶段，PLC以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入I/O映象区中的相应得单元内。
输入采样结束后，转入用户程序执行和输映象区中的I/O出刷新阶段。
在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化，
相应单元的状态和数据也不会改变。
因此，如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。
（二）用户程序执行阶段
在用户程序执行阶段，PLC总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序（梯形图）。
在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统RAM存储区中对应位的状态；或者刷新该输出线圈在I/O映象区中对应位的状态；或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。
即，在用户程序执行过程中，只有输入点在I/O映象区内的状态和数据不会发生变化，而其他输出点和软设备在I/O映象区或系统RAM存储区内的状态和数据都有可能发生变化，而且排在上面的梯形图，其程序执行结果会对排在下面的凡是用到这些线圈或数据的梯形图起作用；相反，排在下面的梯形图，其被刷新的逻辑线圈的状态或数据只能到下一个扫描周期才能对排在其上面的程序起作用。
（三）输出刷新阶段
当扫描用户程序结束，PLC就进入输出刷新阶段。
在此期间，CPU按照I/O影响区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。
这时，才是PLC真正输出。
一般来说，PLC的扫描周期包括自诊断，通讯等，及一个扫描周期等于自诊断、通讯、输入采样、用户程序执行、输出刷新等所有时间的总和。
二．PLC的I/O响应时间
为了增强PLC的抗干扰能力，提高其可靠性，PLC的每个开关量输入端都采用光电隔离技术。
为了能实现继电气控制线路的硬逻辑并行控制，PLC采用了不同与一般微型计算机的运行方式（扫描技术）。
以上两个主要原因，使得PLC得I/O响应比一般微型计算机构成的工业控制系统慢得多，起响应时间至少等于一个扫描周期，一般均大于一个扫描周期甚至更长。
所谓I/O的响应时间指从PLC的某已输入信号变化开始到系统有关输出端信号的改变所需的时间。
其最短的I/O响应时间与最长的I/O响应时间如图所示：
即（n-1）个扫描周期
最短I/O响应时间：
最长I/O响应时间：
SIEMENSPLC在中国的产品，根据规模和性能的大小，主要有S7-200S7-300
和S7-400三种，下面就简单介绍一下该三种产品的一些特性。
S7-200
针对低性能要求的模块化的小控制系统，他最多可有7个模块的扩展能力，在模块中集成背板总线，他的网络连接有RS-485通讯接口和PROFIBUS两种，可以通过编程器PG访问所有模块，带有电源、CPU和I/O的一体化单元设备。
其扩展模块（EM）有以下几种：
数字量输入模块（DI）——24VDC和120/230VAC;数字量输出（DO）——24DC和继电器;模拟量输入模块（AI）——电压、电流、电阻和热电偶；模拟量输出模块——电压和电流。
还有一个比较特殊的模块-通信处理器（CP）——该模块的功能是可以把S7-200作为主站连接到AS-接口（传个设备，这样就可248接口的从站可以控制多大AS-，通过感器和执行器接口）．
以显著的扩展S7-200的输入和输出点数。
CPU设计
有3种手动选择模式：
STOP——停机模式，不执行程序；TERM——运行程序，可以通过编程器进行读/写访问；RUN——运行程序，通过编程器仅能进行读操作。
状态指示灯（LED）：
SF——系统错误（和）CPU内部错误；RUN——运行模式，绿灯;STOP——停机模式，黄灯；DP——分布式I/O（仅对CPU-215）。
存储器卡——用来在没电的情况下不需要电池就可以保存用户程序。
PPI口用来连接变成设备、文本显示器或其他CPU。
S7-300
相比较S7-200，S7-300针对的是中小系统，他的模块可以扩展多大32个模块，背板总线也在模块内集成，他的网络连接已比较成熟和流行，有MPI（多点接口）、PROFIBUS和工业以太网，使通讯和编程变的简单和多选性，并可以借助于HWConfig工具可以进行组态和设置参数。
S7-300的模块稍微多一点，除了信号模块（SM）和200的EM模块同类型之外，它还有接口模块（IM）——用来进行多层组态，把总线从一层传到另一层；占位模块（DM）——为没有设置参数的信号模块保留一个插槽或为以后安装的模块接口保留一个插槽；功能模块（FM）——执行特殊功能，如计数、定位、闭环控制相当对CPU功能的一个扩展或补充；通信处理器（CP）——提供点对点连接、PROFIBUS和工业以太网。
CPU设计
模式选择器有：
MRES=模块复位功能；STOP=停止模式，程序不执行；RUN=程序执行，编程器只读操作；RUN-P=程序执行，编程器可读可写操作。
状态指示器：
SF，BATF=电池故障；DC5V=内部5VDC电压指示；FRCE=表示至少有一个输入或输出比强制；RUN=当CPU启动时闪烁，在运行模式下常亮；STOP=在停止模式下常亮，有存储器复位请求时慢速闪烁，正在执行复位时快速闪烁。
MPI接口用来连接到编程设备或其他设备，DP接口用来直接连接到分布式I/O。
S7-400
同300的区别主要是规模和性能上更强大，启动类型有冷启动（CRST）和热启动（WRST）之分，其他基本一样。
他还有一个外部的电池电源接口，当在线更换电池是可以向RAM提供后备电源。
变成设备
变成设备主要有PG720PG740PG760——可以理解成装有编程软件的手提电脑；也可以用直接安装有STEP7（SIEMENS的编程软件）的PC来完成。
而实现通讯（要编程首先要和PLC的CPU通讯上）的要求主要在于接口：
1、可以在PC上装CP5611卡——上面有MPI口，可以用电缆直接连接。
2、加个PC适配器，把MPI口转换成RS-232口后接到PC上。
3、PLC加CP343卡，使它具有以太网口。
一个工程的建立
项目管理
每个自动化过程都是由许多小的部分和子过程组成，所以工程建立的第一个任务是分解子任务。
而每个子任务定义了自动化系统要完成的硬件和软件要求。
其中硬件包括输入/输出数目和类型，对应模块序号和类型，所有机架号，CPU（人机界面）系统，网络系统。
软件方面主要是程序和项目文HMI型号和容量，
档。
在SIEMENS的S7中，上述工作都在项目管理（SIMATIC管理器），包括必须的硬件（+组态），网络（+组态），所有程序和自动化解决方案的数据管理。
F1在线帮组。
SIMATIC管理器管理STEP7项目，编写STEP7用户程序的工具有梯形图LAD，语句表STL，和功能块图FBD,编程语言。
利用编程器或外部编程器可以把用户程序保存到EPROM卡上。
SIMATIC管理器是一个在线/离线编辑S7对象的图形化用户界面，这些对象包括项目、用户程序、块、硬件站和工具。
此管理器的用户界面中工具条和WINDOWS差不多，就是多了几个PC菜单——显示访问节点、存储器卡、下载、仿真模块。
注：
由于目前主流系统是S7-300.所以下面的操作基本以S7-300为主，而实际过程由于配置的不同可能会有所不同。
STEP7项目结构：
项目中，数据以对象形式存储，暗属性结构组织。
第一级：
包含项目图表，每个项目代表和项目存储有关的一个数据结构。
第二级：
站（如S7-300）用于存放硬件组太和模块参数等信息，站是组态硬件的起点。
S7程序文件夹是编写程序的起点，所有S7系列的软件均放在S7程序文件夹下，它包含程序块文件和源文件夹。
SIMATCI的网络图表（MPI、PROFIBUS/工业以太网）
第三级和其他级：
和上级对象类型有关。
编程器可离线/在线查看项目——OFFLINE:
辩称其硬盘上的内容；
ONLINE：
通过网线从PLC读到的内容。
菜单选项：
在OPTIONS-CUSTOMIZE设置语言、助记符、常用特殊（存储位置、系统信息显示）。
创建一个项目：
FILENEWPROJECT
插入S7程序块：
INSERTS7BLOCK然后可选：
1：
组织块（OB）被操作系统调用，他们是操作系统和用户程序的接口。
2：
功能FC和功能块FB史诗级的用户程序利用他们可以、把复杂的程序分解成小的，已与调试的单元。
3：
数据块存储用户数据。
选择所需要的类型后，会打开一个属性对话框，其中可输入块序号喝药使用的编辑语言，及其他设置。
补充一下：
1、内存总清——MRES=MEMORYRESET,经过MRES的模块相当于一个新模块，所以请务必谨慎。
方法是：
放在MRES足够时间，到STOP指示灯闪2下；弹回到STOP在迅速放到MRES,此时STOP快速闪6下——内存清空，将删除所有用户程序数据，硬件测试和初始化，如果此时装有EPROM卡，把卡内容COPY到内部RAM区。
2、SIEMENS的信号模块（SM）结构设计，接线非常方便，更换末板无需接线（可拔下来）。
固定方式有弹簧和螺钉连接两种。
3、对于软件的授权：
在光盘安装完以后，一定用软盘（权盘）授权，对于从装系统或软件的，一定要先“收回”权到软盘以后，才进行，一边从装以后再次授权，负责只能联系西门子了。
硬件组态和存储器概念
S7-300的存储器概念：
（逻辑块、他保罗建立变成设备上的装在对象装在存储器是一个可编程模块，
数据块和其他信息），他可以是存储器卡或内部集成的RAM。
存储器卡一般有两种，其中，当采用RAM存储器卡时，系统必须配备电池，当采用FlashEPROM存储器卡时，则断电不会丢失，但内部RAM中的数据仍蓄电池保持。
工作存储器仅包含和运行时间使用的程序和数据，RAM工作存储器集成在CPU中，通过后备电池保持。
系统存储器包括过程映像输入和输出表（PII,PIQ），为存储器，定时器，计数器和局部堆栈。
爆出存储器是非挥发RAM，即使没有安装后备电池也可用来保持某些数据，设置CPU参数是要指定爆出的区域。
从上述概念可知，加入我们在线修改程序，被修改的块存放在工作存储器中，当把程序上载到编程器时，就从工作存储器传到编程器。
由于断电会导致RAM数据的丢失，所以假如要安全保存被修改的程序，就不许保存在FEPROM或硬盘上。
硬件组态和参数分配
一些概念：
组态就是指在硬件组态的站窗口中分配机架，块可分布式I/O，可从硬件目录中选择部件；参数组态就是建立可分配参数模块的特性，例如启动特性、保持区等；设定组态就是设定好的硬件组态和参数分配；实际组态指已存在的实际组态和参数分配，一般是在已装配的系统中，从PLC的CPU中读出来的。
组态过程：
启动硬件组态：
新建一个项目（PROJECT），选择该项目，并插入（INSERT）一个站（SIMATIC）,在SIMATIC管理器中选择硬件站（HARDWARE）双击OPEN即可，我们时可以打开硬件目录——VIEW-CATALOG，如果选择标准硬件目录库，他会提供所有的机架、模块和接口模块。
产生硬件组态：
主要选择机架，指定模块如何在机架摆放。
具体是：
1、在硬件目录中打开一个SIMATIC300站的RACK-300（例如是300）,双击或拖到左边窗口，这样在左边的窗口中就出现两个机架表：
上面的部分显示一个简表，下面的部分显示带有定货号、MPI地址和I/O地址的信息。
2、、电源：
双激活拖拉目录中的“PS-300”模块，放到表中的一号槽位上。
3、CPU：
从CPU-300的目录中选择你所配置的CPU。
列入2号槽位。
4、3号槽位：
一般接口模块保留（用多层组态），在实际配置中，如果这个位置要保留以后安装接口模块，在安装时就必须插入一个占位模块。
5、信号模块：
从4号槽位开始最多可以插入八块信号模块（SM卡），包括通讯处理器（CP）和功能模块（FM）。
6、CP卡（通讯处理卡）：
入以太网卡CP-343，PROFIBUSCP-341/342等。
当然我们可以直接用CPU上的MPI口，省钱但速度相对慢点。
分配参数：
按要求对各模块参数进行设置。
双击模块打开属性对话框（Properties）
CPU——属性包括通用属性General（主要提供模块的类型，位置和MPI地址——如果要把几个PLC通过MPI接口组成网络，每个CPU分配不同的MPI地址）；启动项目START.UP（主要选择三中启动方式，HOT——从断电时的语句，也就是程序断电处开始，WARM——从头，也就是程序第一步开始，COLD——冷启动;监视时间包括从模块读准备的信息时间和传递参数到模块的时间；可保存数量RetentiveMemory:
用来指定当出现断电或从STOP到RUN切换时需要保持的存储区域；循环/始终存储器；保护功能（设定钥匙权限和各种级别急口令）；诊断/时钟。
保存下载及上传：
经过上述设置以后，我们就可以保存、编译、一致性检查．
后，把设定组态下载到PLC中。
当然，对实际运行的PLC，我们也可以通过上传（UploadStation）把实际组态度到编程器。
硬件诊断及组态中可能出现的问题：
在SIMATIC管理器中可以用PLC-DiagnoseHardware来获得PLC的诊断状态。
在实际组态过程中最可能出现的问题是以下几点：
1、在PLC-300中，组态中有空位置，此时组态不能编译通过；
2、不正确的CPU（例如：
是CPU315-2DP，不是CPU314）此时组态不能下载；
3、模拟量模块分配到不正确的槽位置，此时CPU会因为参数分配错误进入STOP模式；
4、模拟量模块不正确的测量范围，导致模拟量模块组态错误。
块的编辑
STEP7编程语言：
LAD梯形图/FBD功能快图/STL语句表，更加丰富，更加灵活，但对粗学者比较难以理解，当然某些语言不能用LAD表达。
块编译的启动：
选择所需编程语言，双击打开需编辑的块，如OB1或FC1等。
当采用LAD或FBD编程语言时，可用工具条来插入简单的程序文件，当采用STL，则可用在线帮助得到有关语言的语法和功能——HELP.HelponSTL。
编程器块组成：
声明表：
属于块，为块声明变量和参数；代码区：
包含程序本身；编程元件：
可选打开或关闭，内容依赖于所选择的编程语言，双击插入或拖拉插入。
VIEW菜单：
可切换到另一种语言，并可实现LAD/FBD/STL之间的转换，要知道，LAD/FBD转换成STL的，在语句表中可能不是最有效程序。
而STL转换其他则不一定行，转换不了的仍用语句表示，转换过程绝不会丢失程序。
其他菜单由于篇幅较大，请最好结合教材及软件自己熟悉。
在讨论那调用块之前先介绍以下OB1块——主循环块，绝对不能改名或删除，它是由操作系统循环调用。
所以，当我们编辑好一块以后，如FC1，为了让新块集成在CPU中的循环程序中，必须在OB1中调用。
即在OB1中CALLF1。
子程序（新块FC1）执行的条件有以下三个：
已经下载到PLC中，必须在OB1调用，PLC处于运行状态。
下载到实际的PLC时，我们可以选择所有块或其中的一个或几个，再Download到PLC中。
程序的执行过程：
当PLC得电或从STOP切换到RUN模式，CPU会执行一次全启动（使用OB100）在全启动期间，操作系统消除非保持为存储器、定时器和计数器，删除中断堆栈和快堆栈，复位所有保存的硬件中断，并启动扫描循环监视时间。
CPU的循环操作包括三个主要部分：
CPU检查输入信号的状态并刷新过程影象输入表（PII..）;执行用户程序，也就是OB1中的程序及一些事件（中断等）；把过程输出影象输出表（PIQ）写到输出模块。
上面所提到的PII/PIQ是CPU中特定的存储器，用来保存输入模块/输出模块的信号，在用户程序中检查时，可以保证在一个扫描周期内为同样的信号状态。
程序结构：
上面曾经提到过，一个比较简单的程序，我们可以不用各种子程序块（如FC.FB）,而是直接把整个程序直接写在一个块上（通常是OB1主块上），CPU逐条的处理指令，我们称这种叫线形编程；面对稍微有点复杂的程序，我们可以把它分成几块，每块包含处理一部分任务的程序，在每一块中可以进一步分解、成几个段，可以为相同类型的段生成模块，组织块OB1包含按顺序调用其他对可重复使用的功能装入单个块另外，我们把这种方法叫分块编辑；块的指令，
中，OB1（或其他块）调用这些块并传递相关参数，这种方法叫结构化编程。
用户块（程序块）包括程序代码和用户数据，在结构化程序中，一些快循环调用处理，一些需要时才调用。
程序块共有组织块（OB）、功能块（FB）、功能（FC）、系统功能块（SFB）和系统功能（FC）5种，其中系统块是在CPU操作系统中预先定义好的功能和功能块，这些去不占用用户程序空间。
在下节讨论伪指令前先讨论一下SIEMENS的模块地址：
在不带DP口的S7-300和不组态的S7-400采用固定槽位编址，使用带DP口的S7-300和S7-400，可以分配模块的起始地址。
但要注意，由于CPU存储器复位后，参数和地址会丢失，这就意味着所有地址都回到和槽位有关的地址或是缺省地址。
我们还是以S7-300为例，在S7-300中，机架上的插槽号简化了模块地址，模块的第一个地址模块地址决定。
一般槽1给电源，槽2是CPU，曹3为IM（接口模板）所用，4～11为I/O卡、CP卡和FM卡。
他们固定地址就是为每一个槽位保留4个字节——就是说，槽4（第一块I/O卡），地址为0.0～3.7（供32位），槽5（第二块I/O卡）地址为4.0～7.7，假设敌一卡是DI，那么他们的地址就是I0.0、I0.1、、、I3.7，若第二卡为DO卡，地址为Q4.0、Q4.1、、、、Q7.7，请注意，当使用16通道的DI/DO模块时，每个槽位就会失去两个字节（16位）。
基本逻辑指令
与&（FBD）A（STL）（AND指令）
或>=1（FBD）O（STL）（OR指令）
异或XOR（FBD）X（STL）（XOR指令）
注意：
异或操作是指：
当两个信号中仅有一个满足时，输出状态才是“1”，这个指令不能适用
升级会员 