西門子PLC開發筆記(一):PLC介紹,西門子S1200系列接線、編程、下載和仿真


前言

  西門西PLC、台達觸摸屏、法蘭克機床等等多年以前玩得比較多,改造機床、維修機床、給機床編程等等,沒事還能扯個零件啥的,之前也沒總結過,有時間就重新整理下。
  本章后面以西門1200實物為例,下載一個基本程序。
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PLC

  玩得比較多的就是西門PLC,單個模塊就是3K起,一個24V電源也是3K,不是土豪真心玩不起。國產機床用的比較多的就是三菱PLC、台達觸摸屏這些,技術過硬,主要也是便宜點,兼容性也強。

PLC的發展歷程

  在工業生產過程中,大量的開關量順序控制,它按照邏輯條件進行順序動作,並按照邏輯關系進行連鎖保護動作的控制,及大量離散量的數據采集。傳統上,這些功能是通過氣動或電氣控制系統來實現的。1968年美國GM(通用汽車)公司提出取代繼電氣控制裝置的要求,第二年,美國數字公司研制出了基於集成電路和電子技術的控制裝置,首次采用程序化的手段應用於電氣控制,這就是第一代可編程序控制器,稱Programmable Controller(PC)。
  個人計算機(簡稱PC)發展起來后,為了方便,也為了反映可編程控制器的功能特點,可編程序控制器定名為Programmable Logic Controller(PLC)。
  上世紀80年代至90年代中期,是PLC發展最快的時期,年增長率一直保持為30~40%。在這時期,PLC在處理模擬量能力、數字運算能力、人機接口能力和網絡能力得到大幅度提高,PLC逐漸進入過程控制領域,在某些應用上取代了在過程控制領域處於統治地位的DCS系統。
  PLC具有通用性強、使用方便、適應面廣、可靠性高、抗干擾能力強、編程簡單等特點。PLC在工業自動化控制特別是順序控制中的地位,在可預見的將來,是無法取代的。

PLC的構成

  從結構上分,PLC分為固定式和組合式(模塊式)兩種。固定式PLC包括CPU板、I/O板、顯示面板、內存塊、電源等,這些元素組合成一個不可拆卸的整體。模塊式PLC包括CPU模塊、I/O模塊、內存、電源模塊、底板或機架,這些模塊可以按照一定規則組合配置。

CPU的構成

  CPU是PLC的核心,起神經中樞的作用,每套PLC至少有一個CPU,它按PLC的系統程序賦予的功能接收並存貯用戶程序和數據,用掃描的方式采集由現場輸入裝置送來的狀態或數據,並存入規定的寄存器中,同時,診斷電源和PLC內部電路的工作狀態和編程過程中的語法錯誤等。進入運行后,從用戶程序存貯器中逐條讀取指令,經分析后再按指令規定的任務產生相應的控制信號,去指揮有關的控制電路。
  CPU主要由運算器、控制器、寄存器及實現它們之間聯系的數據、控制及狀態總線構成,CPU單元還包括外圍芯片、總線接口及有關電路。內存主要用於存儲程序及數據,是PLC不可缺少的組成單元。
  在使用者看來,不必要詳細分析CPU的內部電路,但對各部分的工作機制還是應有足夠的理解。CPU的控制器控制CPU工作,由它讀取指令、解釋指令及執行指令。但工作節奏由震盪信號控制。運算器用於進行數字或邏輯運算,在控制器指揮下工作。寄存器參與運算,並存儲運算的中間結果,它也是在控制器指揮下工作。
  CPU速度和內存容量是PLC的重要參數,它們決定着PLC的工作速度,IO數量及軟件容量等,因此限制着控制規模。

I/O模塊

  PLC與電氣回路的接口,是通過輸入輸出部分(I/O)完成的。I/O模塊集成了PLC的I/O電路,其輸入暫存器反映輸入信號狀態,輸出點反映輸出鎖存器狀態。輸入模塊將電信號變換成數字信號進入PLC系統,輸出模塊相反。I/O分為開關量輸入(DI),開關量輸出(DO),模擬量輸入(AI),模擬量輸出(AO)等模塊。
常用的I/O分類如下:

  • 開關量:按電壓水平分,有220VAC、110VAC、24VDC,按隔離方式分,有繼電器隔離和晶體管隔離。
  • 模擬量:按信號類型分,有電流型(4-20mA,0-20mA)、電壓型(0-10V,0-5V,-10-10V)等,按精度分,有12bit,14bit,16bit等。
    除了上述通用IO外,還有特殊IO模塊,如熱電阻、熱電偶、脈沖等模塊。
    按I/O點數確定模塊規格及數量,I/O模塊可多可少,但其最大數受CPU所能管理的基本配置的能力,即受最大的底板或機架槽數限制。

電源模塊

  PLC電源用於為PLC各模塊的集成電路提供工作電源。同時,有的還為輸入電路提供24V的工作電源。電源輸入類型有:交流電源(220VAC或110VAC),直流電源(常用的為24VDC)。

底板或機架

  大多數模塊式PLC使用底板或機架,其作用是:電氣上,實現各模塊間的聯系,使CPU能訪問底板上的所有模塊,機械上,實現各模塊間的連接,使各模塊構成一個整體。

PLC系統的其它設備

  編程設備:編程器是PLC開發應用、監測運行、檢查維護不可缺少的器件,用於編程、對系統作一些設定、監控PLC及PLC所控制的系統的工作狀況,但它不直接參與現場控制運行。小編程器PLC一般有手持型編程器,目前一般由計算機(運行編程軟件)充當編程器。也就是我們系統的上位機。
  人機界面:最簡單的人機界面是指示燈和按鈕,目前液晶屏(或觸摸屏)式的一體式操作員終端應用越來越廣泛,由計算機(運行組態軟件)充當人機界面非常普及。

PLC的通信聯網

  依靠先進的工業網絡技術可以迅速有效地收集、傳送生產和管理數據。因此,網絡在自動化系統集成工程中的重要性越來越顯著,甚至有人提出"網絡就是控制器"的觀點說法。
  PLC具有通信聯網的功能,它使PLC與PLC之間、PLC與上位計算機以及其他智能設備之間能夠交換信息,形成一個統一的整體,實現分散集中控制。多數PLC具有RS-232接口,還有一些內置有支持各自通信協議的接口。PLC的通信現在主要采用通過多點接口(MPI)的數據通訊、PROFIBUS 或工業以太網進行聯網。

 

硬件設備

西門子電源(220VAC轉24VDC)

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西門子S1200

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接線

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  L與N就無所謂,220VAC正負無所謂。
  PLC下有網口,接入到PC機局域網內。

 

S7-1200PLC編程軟件

下載安裝軟件

  編程電腦用普通的網線即可。
  安裝的是:
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  Step7是必選的,其他看着吧,去掉wincc,這是觸摸屏組態的,筆者只是需要連接和編程PLC。

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  時間會突然小於1分鍾,提示重啟,弄了好多次,發現不是正常重啟,要刪除注冊表項:

計算機\HKEY_LOCAL_MACHINE\SYSTEM\CurrentControlSet\Control\Session Manager

  以上項的PendingFileRemameOpeaations鍵值(注意:是重啟后,立馬打開注冊表,安裝程序運行的時候回自己建立,所以一直刷注冊表,等出現了該項,就立馬刪除!!!),通過以上操作,就真正開始安裝了。
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  安裝完成后,如下圖:
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設備連接

  西門子PLC下面有2個網口,將網口連接到PC機同一網段即可。
  經過后面論證,2個網口插哪一個都是一樣的,可能是西門子為了接設備方便,多機串聯,省路由器。

開始運行查找設備

  (注意:雙網口,插左邊的網口掃描)
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  (注意:雙網口,插右邊的網口掃描)
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查看設備並連接設備

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  點擊后發現,PLC沒有設置自己的地址,反倒是把上位機PC的ip地址添加了PLC網段的了(此時,PC以太網設置上面還是顯示自動獲取),如下圖:
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S7-1200項目測試編程

新建項目

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添加設備

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編程

添加DB塊

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下載到設備

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  (注意:開始下載失敗,是因為組態部件問題,需要清空組態,不然顯示組態少了部件,無法正常運行,且error燈一直閃)

 

S7-PLC仿真軟件

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  安裝完成后如下圖,必選現狀STEP 7 V15.
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  接下來,讀者可以自己創仿真項目了。

 

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