《PLC應(yīng)用技術(shù)（西門子S7-1200）（第二版）》 課件 項(xiàng)目一 S7-1200PLC簡(jiǎn)介

項(xiàng)目一

S7-1200PLC簡(jiǎn)介一學(xué)習(xí)目標(biāo)（1）掌握S7-1200PLC的基本結(jié)構(gòu)和工作原理。（2）掌握S7-1200PLC的硬件和編程語(yǔ)言。（3）掌握S7-1200PLC的程序結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)類型。2024/10/221.1S7-1200PLC簡(jiǎn)介PLC（ProgrammableLogicController）控制系統(tǒng)，即可編程邏輯控制器，是專為工業(yè)生產(chǎn)和控制而設(shè)計(jì)的一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置，并采用可編程的存儲(chǔ)器，用于其內(nèi)部存儲(chǔ)程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算，順序控制，定時(shí)，計(jì)數(shù)與數(shù)據(jù)處理等面向用戶的指令，并通過(guò)數(shù)字或模擬式輸入/輸出端口控制各種類型的機(jī)電設(shè)備或生產(chǎn)過(guò)程，是工業(yè)控制的核心部分。1.1S7-1200PLC簡(jiǎn)介

一個(gè)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)比較常見(jiàn)的PLC控制系統(tǒng)的示意圖如圖1-1所示。該控制系統(tǒng)主要分為三部分：上位機(jī)，控制系統(tǒng)和執(zhí)行裝置。

上位機(jī)（PC機(jī)）一般安置在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的監(jiān)控室或者調(diào)度室，用于生產(chǎn)管理與調(diào)度人員隨時(shí)監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的狀態(tài)，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行控制，保證生產(chǎn)有序進(jìn)行；

控制系統(tǒng)一般安置在現(xiàn)場(chǎng)電控柜里，其中，左邊SMART700/1000為觸摸屏，用于現(xiàn)場(chǎng)操作人員控制現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的運(yùn)行，監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)。右邊的PLC用于對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行控制，記錄現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)，將現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)傳送至上位機(jī)等功能；

執(zhí)行裝置。PLC下方兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)為執(zhí)行裝置，負(fù)責(zé)執(zhí)行PLC發(fā)出的指令，完成現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)過(guò)程。2024/10/221.2S7-1200PLC的基本結(jié)構(gòu)與工作原理

SIMATICS7-1200是西門子公司的一款緊湊型、模塊化的PLC，可完成簡(jiǎn)單與高級(jí)邏輯控制、觸摸屏(HMI)網(wǎng)絡(luò)通信等任務(wù)。對(duì)于需要網(wǎng)絡(luò)通信功能和單屏或多屏HMI的自動(dòng)化系統(tǒng)，易于設(shè)計(jì)和實(shí)施。具有支持小型運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)、過(guò)程控制系統(tǒng)的高級(jí)應(yīng)用功能。

1200系列PLC的CPU將微處理器、集成電源、輸入和輸出電路、內(nèi)置PROFINET、高速運(yùn)動(dòng)控制I/O以及板載模擬量輸入組合到一個(gè)設(shè)計(jì)緊湊的外殼中來(lái)形成功能強(qiáng)大的控制器。2024/10/221.2S7-1200PLC的基本結(jié)構(gòu)與工作原理S7-1200系列CPU有五種不同型號(hào)的模塊，分別為CPU1211C、CPU1212C、CPU1214C、CPU1215C和CPU1217C。每一種模塊都可以進(jìn)行擴(kuò)展，以滿足用戶系統(tǒng)需要。用戶可以在任何型號(hào)的CPU前方加入一個(gè)信號(hào)板，用來(lái)擴(kuò)展數(shù)字量或模擬量I/O，同時(shí)不影響控制器的實(shí)際大小，也可將信號(hào)模塊連接至CPU的右側(cè)以進(jìn)一步擴(kuò)展數(shù)字量或模擬量I/O的容量。2024/10/221.2S7-1200PLC的基本結(jié)構(gòu)與工作原理特征CPU1211CCPU1212CCPU1212FCCPU1214CCPU1214FCCPU1215CCPU1215FCCPU1217C標(biāo)準(zhǔn)CPUDC/DC/DC,AC/DC/RLY,DC/DC/RLYDC/DC/DC故障安全CPU

DC/DC/DC,DC/DC/RLY

物理尺寸（mm）90×100×75110×100×75130×100×75150×100×75用戶存儲(chǔ)器工作50KB75KB100KB100KB125KB125KB150KB150KB負(fù)載1MB2MB

4MB

保持性10KB本地集成I/O數(shù)字量6個(gè)輸入8個(gè)輸入14個(gè)輸入4個(gè)輸出6個(gè)輸出10個(gè)輸出模擬量2路輸入2路輸入/2路輸出過(guò)程映像大小1024字節(jié)輸入（I）和1024字節(jié)輸出（Q）位存儲(chǔ)器（M）4096個(gè)字節(jié)8192個(gè)字節(jié)2024/10/221.3S7-1200PLC的硬件組成（1）CPU模塊圖1-2CPU1211CDC/DC/RLY下面以CPU1211CDC/DC/RLY型號(hào)的CPU為例講解CPU模塊的組成與功能：①電源接口②存儲(chǔ)卡插槽（上保護(hù)蓋下面）③可拆卸用戶接線端子④板載I/O狀態(tài)指示LED⑤PROFINET連接端口（CPU的底部）2024/10/22

該CPU提供一個(gè)PROFINET端口用于與其他模塊進(jìn)行PROFINET網(wǎng)絡(luò)通信。還可以使用附加模塊通過(guò)PROFIBUS、RS485、RS232、GPRS、IEC等協(xié)議進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信。電源接口用于給CPU提供24V直流電，存儲(chǔ)卡可以作為CPU的預(yù)裝載存儲(chǔ)區(qū)，用戶項(xiàng)目文件僅存儲(chǔ)在卡中，CPU中沒(méi)有項(xiàng)目文件，離開(kāi)存儲(chǔ)卡將無(wú)法運(yùn)行；忘記密碼時(shí)，清除CPU內(nèi)部項(xiàng)目文件和密碼；存儲(chǔ)卡還可以用于更新S7-1200CPU的固件版本（只限24M卡）。接線端子用于PLC與外部設(shè)備進(jìn)行數(shù)字或模擬通訊；PROFINET連接端口用于PLC與外部設(shè)備以及編程計(jì)算機(jī)進(jìn)行總線通訊。1.3S7-1200PLC的硬件組成2024/10/22（2）信號(hào)模塊

信號(hào)模塊又稱為SM模塊（SignalModule），包括數(shù)字量輸入模塊（DI）、輸出模塊(DO)和模擬量輸入模塊（AI）、輸出模塊（AO）。輸入模塊用于采集和接收輸入信號(hào)，數(shù)字量輸入模塊（DI）用于接收開(kāi)關(guān)、按鈕、限位開(kāi)關(guān)、光電開(kāi)關(guān)、繼電器等過(guò)來(lái)的數(shù)字量輸入信號(hào)；模擬量輸入模塊（AI）用于接收電位器，溫度傳感器，測(cè)速發(fā)電機(jī)，壓力傳感器等提供連續(xù)變化的模擬量信號(hào)。輸出模塊用于控制外部設(shè)備。數(shù)字量輸出模塊（DO）用于控制接觸器、繼電器、指示燈、電磁閥等數(shù)字量控制外設(shè)；模擬量輸出模塊（AO）可用于控制變頻器、壓力閥等模擬量控制的外設(shè)。1.3S7-1200PLC的硬件組成2024/10/22（3）通信模塊

通信模塊（CB）安裝在CPU模塊的左邊，最多可以添加三塊通信模塊，可以使用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信模塊、RPOFIBUS模塊、AS-i接口模塊和IO-Link模塊等。

通信模塊；②CPU；③信號(hào)板；④信號(hào)模塊。1.3S7-1200PLC的硬件組成2024/10/22（4）CPU接線圖以1214C系列CPU為例（1214CDC/DC/DC）

其中，24VDC傳感器電源輸出要獲得更好的抗噪聲效果，即使未使用傳感器電源，也可將“M”連接到機(jī)殼接地。對(duì)于漏型輸入，將“-”連接到“M”（如圖所示）。對(duì)于源型輸入，將“+”連接到“M”1.3S7-1200PLC的硬件組成2024/10/22（5）PLC的工作過(guò)程1)CPU的工作模式CPU有3種工作模式：RUN（運(yùn)行）、STOP（停機(jī)）和STARTUP（啟動(dòng)）。CPU面板上的狀態(tài)LED用來(lái)顯示當(dāng)前的控制模式，可以用編程軟件改變CPU的工作模式。STOP模式下，CPU只處理通信請(qǐng)求和進(jìn)行自診斷，不執(zhí)行用戶程序，不更新過(guò)程映像。上電后CPU進(jìn)入STARTUP（啟動(dòng)）模式，進(jìn)行上電診斷和系統(tǒng)初始化，如果檢查到錯(cuò)誤，將禁止CPU進(jìn)入RUN模式，保持在STOP模式，指示燈會(huì)變成紅色，且閃爍。1.3S7-1200PLC的硬件組成2024/10/22（5）PLC的工作過(guò)程2)工作模式的切換1200系列CPU模塊上沒(méi)有切換工作模式的選擇開(kāi)關(guān)，只能用STEP7變成軟件在線工具中的CPU操作面板，如圖1-5中右上角所示?；蛘吖ぞ邫谏系?/p>

和按鈕，來(lái)切換RUN或者STOP工作模式，也可在用戶程序中用STP指令讓CPU進(jìn)入STOP模式。1.3S7-1200PLC的硬件組成2024/10/221.3S7-1200PLC的硬件組成2024/10/22（5）PLC的工作過(guò)程3)冷啟動(dòng)與暖啟動(dòng)

下載了用戶程序的程序塊和硬件組態(tài)后，下一次切換到RUN模式時(shí)，CPU會(huì)執(zhí)行冷啟動(dòng)。冷啟動(dòng)時(shí)復(fù)位輸入，初始化輸出，復(fù)位存儲(chǔ)器，即清除工作存儲(chǔ)器、非保持性存儲(chǔ)區(qū)和保持性存儲(chǔ)區(qū)的數(shù)據(jù)，并將裝載存儲(chǔ)器的內(nèi)容復(fù)制到工作存儲(chǔ)器。存儲(chǔ)器復(fù)位不會(huì)清除診斷緩沖區(qū)，也不會(huì)清除永久保存的IP地址。

1.3S7-1200PLC的硬件組成冷啟動(dòng)之后，在下一次下載程序之前的STOP到RUN模式的切換均為暖啟動(dòng)。暖啟動(dòng)時(shí)，所有費(fèi)保持性的系統(tǒng)數(shù)據(jù)和用戶數(shù)據(jù)被初始化，不會(huì)清除保持性存儲(chǔ)區(qū)的數(shù)據(jù)。2024/10/221.4S7-1200的編程語(yǔ)言（1）梯形圖梯形圖和繼電器的電氣圖比較類似，具有直觀易懂的優(yōu)點(diǎn)，很容易被熟悉繼電器控制的電氣工作者掌握，適合數(shù)字量邏輯控制，梯形圖也被稱為電路或者程序。梯形圖由觸點(diǎn)、線圈和用方框表示的指令框組成。觸點(diǎn)表示輸入條件，如外部按鈕、開(kāi)關(guān)和內(nèi)部的中間變量條件等。線圈通常表示邏輯運(yùn)算的結(jié)果，常用于控制外部負(fù)載和內(nèi)部中間變量。指令框用于表示定時(shí)器、計(jì)數(shù)器、數(shù)學(xué)運(yùn)算或運(yùn)動(dòng)控制等指令。

程序段1就是一段典型的電動(dòng)機(jī)自鎖啟動(dòng)程序，I0.0是啟動(dòng)按鈕，按下后，Q0.0控制電機(jī)啟動(dòng)，同時(shí)Q0.0的常開(kāi)點(diǎn)閉合，等啟動(dòng)按鈕I0.0松開(kāi)后，能保持電路是通的，讓電機(jī)繼續(xù)運(yùn)行，達(dá)到自鎖的目的。I0.1是停止按鈕，按下后，Q0.0斷開(kāi)。2024/10/22（2）功能塊圖功能塊圖（FBD）使用類似于數(shù)字電路的圖形邏輯符號(hào)來(lái)表示控制邏輯，有數(shù)字電路基礎(chǔ)的人比較容易掌握，使用這種方式編程的人不多。在剛才編寫(xiě)的程序段1中，用鼠標(biāo)右鍵點(diǎn)擊“MAIN(OB1)”，找到“切換編程語(yǔ)言”，選擇“FBD”1.4S7-1200的編程語(yǔ)言2024/10/22（2）功能塊圖在功能塊圖中，用類似與門（符號(hào)“&”）、或門（符號(hào)“>=1”）的方框表示邏輯運(yùn)算關(guān)系，方框左邊為邏輯運(yùn)算的輸入變量，右邊為輸出變量，輸出端的小圓圈表示“非”運(yùn)算，信號(hào)的方向也是從左到右。指令框用來(lái)表示一些復(fù)雜的功能，例如數(shù)學(xué)運(yùn)算等。1.4S7-1200的編程語(yǔ)言2024/10/22（3）SCL語(yǔ)言SCL（StructuredControlLanguage，結(jié)構(gòu)化控制語(yǔ)言）是一種基于PASCAL的高級(jí)編程語(yǔ)言。SCL除了包含PLC的典型元素（例如輸入、輸出、定時(shí)器等）外，還包含高級(jí)編程語(yǔ)言中的表達(dá)式、運(yùn)算符和賦值運(yùn)算。SCL提供了簡(jiǎn)便的指令進(jìn)行程序控制如創(chuàng)建程序分支、循環(huán)或跳轉(zhuǎn)。SCL主要適用于以下領(lǐng)域：數(shù)據(jù)處理、過(guò)程優(yōu)化、數(shù)學(xué)運(yùn)算和統(tǒng)計(jì)任務(wù)等。1.4S7-1200的編程語(yǔ)言2024/10/221.5程序結(jié)構(gòu)（1）模塊化編程塊簡(jiǎn)要說(shuō)明組織塊（OB）操作系統(tǒng)與用戶程序的接口，決定程序的結(jié)構(gòu)功能塊（FB）用戶編寫(xiě)的包含經(jīng)常使用的功能的子程序，有專用的背景數(shù)據(jù)塊功能（FC）用戶編寫(xiě)的包含經(jīng)常使用的功能的子程序，無(wú)專用的背景數(shù)據(jù)塊背景數(shù)據(jù)塊(DB）用于保存FB的輸如輸出參數(shù)和靜態(tài)變量，數(shù)據(jù)在編譯時(shí)自動(dòng)生成全局?jǐn)?shù)據(jù)塊(DB）存儲(chǔ)用戶數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)區(qū)域，供所有的代碼塊共享

模塊化編程將復(fù)雜的任務(wù)分成較小的子任務(wù)，每個(gè)子任務(wù)對(duì)應(yīng)一個(gè)稱為“塊”的子程序，可以通過(guò)塊與塊之間的相互調(diào)用來(lái)組織程序。這樣的程序易于調(diào)試、查錯(cuò)和修改，增加了PLC程序的組織性、邏輯性和可維護(hù)性。2024/10/22（2）組織塊組織塊（OrganizationBlock,OB）是操作系統(tǒng)與用戶程序的接口，由操作系統(tǒng)調(diào)用，用于控制掃描循環(huán)和中斷程序的執(zhí)行、PLC的啟動(dòng)和錯(cuò)誤處理等。其中的程序由用戶編寫(xiě)。每個(gè)組織塊必須有唯一的編號(hào)，123號(hào)之前的一些編號(hào)是保留的，其他OB的編號(hào)應(yīng)大于等于123。OB塊不能互相調(diào)用，也不能被FC和FB塊調(diào)用，只有啟動(dòng)事件（如周期性中斷事件或診斷中斷事件）可以啟動(dòng)OB塊的執(zhí)行。OB1是用戶程序中的主程序，在每一次循環(huán)中，操作系統(tǒng)程序調(diào)用一次OB1，因此OB1中的程序時(shí)循環(huán)執(zhí)行的。一個(gè)PLC程序中允許有多個(gè)程序循環(huán)，默認(rèn)的塊是OB1，其他的循環(huán)程序OB的編號(hào)必須大于等于123。1.5程序結(jié)構(gòu)2024/10/221.5程序結(jié)構(gòu)（2）組織塊當(dāng)CPU的工作模式從STOP切換到RUN時(shí)，執(zhí)行一次啟動(dòng)（STARTUP）組織塊，初始化程序循環(huán)OB塊中的某些變量。執(zhí)行完啟動(dòng)OB后，開(kāi)始執(zhí)行程序循環(huán)OB，可以有多個(gè)啟動(dòng)OB，默認(rèn)的為OB100，其他啟動(dòng)OB編號(hào)應(yīng)大于等于123。

中斷處理用來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)特殊內(nèi)部事件或外部事件的快速響應(yīng)。如果出現(xiàn)中斷事件，由于OB1的中斷優(yōu)先級(jí)最低，操作系統(tǒng)在執(zhí)行完當(dāng)前程序的當(dāng)前指令后，立即響應(yīng)中斷，CPU將暫停正在執(zhí)行的程序塊，啟動(dòng)調(diào)用一個(gè)分配給該事件的組織塊（中斷程序）來(lái)處理中斷事件，執(zhí)行完中斷組織塊后，返回被中斷的程序斷點(diǎn)處繼續(xù)執(zhí)行原來(lái)的程序。2024/10/221.5程序結(jié)構(gòu)（3）功能（函數(shù)）功能（Function，F(xiàn)C）是用戶編寫(xiě)的子程序，包含完成特定任務(wù)的代碼和參數(shù)。FC和塊有與調(diào)用它的塊共享的輸入輸出參數(shù)，執(zhí)行完FC和FB后，返回調(diào)用它的代碼塊。

可以在程序的不同位置多次調(diào)用同一個(gè)FC或FB塊，這樣可以簡(jiǎn)化重復(fù)執(zhí)行的任務(wù)編程。FC沒(méi)有固定的存儲(chǔ)區(qū)，執(zhí)行結(jié)束后，其臨時(shí)變量中的數(shù)據(jù)也就丟失了。2024/10/221.5程序結(jié)構(gòu)（3）功能塊

功能塊（FunctionBlock,FB）是用戶編寫(xiě)的子程序。調(diào)用FB時(shí)，需要指定背景數(shù)據(jù)塊，后者是功能塊專用的存儲(chǔ)區(qū)。CPU執(zhí)行FB中的程序，將塊的輸入輸出參數(shù)和局部靜態(tài)變量保存在背景數(shù)據(jù)塊中，以便在后面的掃描周期訪問(wèn)它們。FB的典型應(yīng)用是執(zhí)行不能再一個(gè)掃描周期完成的操作。在調(diào)用FB時(shí)，會(huì)自動(dòng)打開(kāi)對(duì)應(yīng)的背景數(shù)據(jù)塊，數(shù)據(jù)塊中的變量可以供其他代碼塊使用。2024/10/221.5程序結(jié)構(gòu)（5）數(shù)據(jù)塊數(shù)據(jù)塊（DataBlock，DB）是用于存放執(zhí)行代碼塊時(shí)所需數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)區(qū)，與代碼塊不同，數(shù)據(jù)塊沒(méi)有指令，STEP7按照數(shù)據(jù)生成的順序自動(dòng)為數(shù)據(jù)塊中的變量分配地址。背景數(shù)據(jù)塊存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)供特定的FB使用，保存的是對(duì)應(yīng)的FB的輸入、輸出參數(shù)和局部靜態(tài)變量。FB的臨時(shí)數(shù)據(jù)不是用背景數(shù)據(jù)塊保存的。全局?jǐn)?shù)據(jù)塊存儲(chǔ)供所有代碼塊使用的數(shù)據(jù)，所有的OB、FB和FC都可以訪問(wèn)。2024/10/221.6系統(tǒng)存儲(chǔ)區(qū)（1）PLC選擇的物理存儲(chǔ)器1）只讀存儲(chǔ)器（ROM）。只讀存儲(chǔ)器只能讀出，不能寫(xiě)入，是非易失性存儲(chǔ)器，電源中斷也不會(huì)造成數(shù)據(jù)的丟失，一般用來(lái)存放PLC的操作系統(tǒng)。2）隨機(jī)存儲(chǔ)器（RAM）。CPU可以從存儲(chǔ)器讀出數(shù)據(jù)或者向存儲(chǔ)器寫(xiě)入數(shù)據(jù)，是易失性存儲(chǔ)器，電源中斷后，存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)丟失。3）快閃存儲(chǔ)器（FLASHEPROM）和電擦除存儲(chǔ)器（EEPROM），是非易失性存儲(chǔ)器，用來(lái)存放用戶程序和斷電時(shí)需要保護(hù)的重要數(shù)據(jù)。2024/10/221.6系統(tǒng)存儲(chǔ)區(qū)（