《工控組態(tài)技術及應用》課件模塊一

模塊一工控組態(tài)基礎知識

項目一MCGS工控組態(tài)軟件概述項目二西門子S7-200PLC簡介項目三三菱FX系列PLC簡介項目四西門子S7-300PLC簡介

項目一MCGS工控組態(tài)軟件概述

一、學習目標

1.知識目標

(1)掌握MCGS工控組態(tài)軟件的系統(tǒng)構成。

(2)掌握MCGS工控組態(tài)軟件的功能特點。

(3)掌握組建工程的一般過程。

(4)掌握MCGS工控組態(tài)軟件的安裝。

2.能力目標

(1)初步具備組建MCGS工程的思路。

(2)初步具備安裝MCGS軟件的能力。二、要求學生必備的知識與技能

1.必備知識

(1)計算機操作基本知識。

(2)控制系統(tǒng)基本知識。

2.必備技能

(1)熟練的計算機操作技能。

(2)熟練的軟件安裝技能。三、相關知識

1．計算機控制系統(tǒng)概述

計算機控制系統(tǒng)由工業(yè)控制機和生產過程兩大部分組成。其中，工業(yè)控制機是指按生產過程控制的特點和要求而設計的計算機(一般是微機或單片機)，它包括硬件和軟件兩部分。生產過程包括被控對象及測量變送、執(zhí)行機構、電氣開關等裝置。計算機控制系統(tǒng)按其應用特點、控制功能和系統(tǒng)結構可分為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、直接數(shù)字控制系統(tǒng)、計算機監(jiān)督控制系統(tǒng)、分級控制系統(tǒng)、集散控制系統(tǒng)及現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)。

2.計算機控制系統(tǒng)的組成

1)基本概念

在計算機控制系統(tǒng)中，由于工業(yè)控制機輸入和輸出的是數(shù)字信號，而現(xiàn)場采集到的信號或送到執(zhí)行機構的信號大部分是模擬信號，因此，與常規(guī)的按偏差控制的閉環(huán)負反饋系統(tǒng)相比，計算機控制系統(tǒng)需要有模/數(shù)(A/D)轉換和數(shù)/模(D/A)轉換這兩個環(huán)節(jié)。計算機閉環(huán)控制系統(tǒng)結構框圖如圖1-1-1所示。圖1-1-1計算機閉環(huán)控制系統(tǒng)結構框圖計算機把通過測量元件、變送單元和A/D轉換器送來的數(shù)字信號，直接反饋到輸入端與設定值進行比較，然后根據(jù)要求按偏差進行運算，所得數(shù)字量輸出信號經D/A轉換器送到執(zhí)行機構，對被控對象進行控制，使被控變量穩(wěn)定在設定值上。這種系統(tǒng)稱為閉環(huán)控制系統(tǒng)。計算機控制系統(tǒng)的工作原理可歸納為以下三個步驟：

(1)實時數(shù)據(jù)采集：對測量變送裝置輸出的信號經A/D轉換后進行處理。

(2)實時控制決策：對被控變量的測量值進行分析、運算和處理，并按預定的控制規(guī)律進行運算。

(3)實時控制輸出：實時地輸出運算后的控制信號，經D/A轉換后驅動執(zhí)行機構，完成控制任務。

上述過程不斷重復，使被控變量穩(wěn)定在設定值上。在計算機控制系統(tǒng)中，生產過程和計算機直接連接并受計算機控制的方式稱為在線方式或聯(lián)機方式；生產過程不和計算機相連且不受計算機控制，而是靠人進行聯(lián)系并進行相應操作的方式稱為離線方式或脫機方式。所謂實時，是指信號的輸入、計算和輸出都在一定的時間范圍內完成，也就是說計算機對輸入的信息，以足夠快的速度進行控制，超出了這個時間，就失去了控制的時機，控制也就失去了意義。實時的概念不能脫離具體過程，一個在線的系統(tǒng)不一定是一個實時系統(tǒng)，但一個實時控制系統(tǒng)必定是在線系統(tǒng)。

2)硬件系統(tǒng)

計算機控制系統(tǒng)由工業(yè)控制機和生產過程兩大部分組成。其組成框圖如圖1-1-2所示。圖1-1-2計算機控制系統(tǒng)的組成框圖計算機控制系統(tǒng)中的工業(yè)控制機硬件是指計算機本身及外圍設備，包括計算機、過程輸入/輸出接口、人機接口、外部存儲器等。

計算機是計算機控制系統(tǒng)的核心，其核心部件是CPU。CPU通過人機接口和過程輸入/輸出接口，接收指令和工業(yè)對象的信息，向系統(tǒng)各部分發(fā)送命令和數(shù)據(jù)，完成巡回檢測、數(shù)據(jù)處理、控制計算、邏輯判斷等工作。過程輸入接口將從被控對象采集的模擬量或數(shù)字量信號轉換為計算機能夠接收的數(shù)字量，過程輸出接口把計算機的處理結果轉換成可以對被控對象進行控制的信號。

人機接口包括操作臺、顯示器、鍵盤、打印機、記錄儀等，它們是操作人員和計算機進行信息交換的工具。

3)軟件系統(tǒng)

系統(tǒng)軟件一般由計算機廠家提供，是專門用來使用和管理計算機的程序，包括操作系統(tǒng)、監(jiān)控管理程序、語言處理程序和故障診斷程序等。

應用軟件是用戶根據(jù)要解決的實際問題而編寫的各種程序。在計算機控制系統(tǒng)中，每個被控對象或控制任務都有相應的控制程序，以滿足相應的控制要求。

3.計算機控制系統(tǒng)的常用類型

計算機控制系統(tǒng)種類繁多，命名方法也各有不同。根據(jù)應用特點、控制功能和系統(tǒng)結構，計算機控制系統(tǒng)主要分為六種類型：數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、直接數(shù)字控制系統(tǒng)、計算機監(jiān)督控制系統(tǒng)、分級控制系統(tǒng)、集散控制系統(tǒng)及現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)。

1)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，計算機只承擔數(shù)據(jù)的采集和處理工作，不直接參與控制。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)對生產過程的各種工藝變量進行巡回檢測、處理、記錄以及對變量采取超限報警等，同時對這些變量進行累計分析和實時分析，得出各種趨勢分析，為操作人員提供參考，如圖1-1-3所示。圖1-1-3計算機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)結構圖

2)直接數(shù)字控制系統(tǒng)

直接數(shù)字控制(DirectDigitalControl，DDC)系統(tǒng)的構成如圖1-1-4所示。計算機通過過程輸入通道對控制對象的變量做巡回檢測，根據(jù)測得的變量，按照一定的控制規(guī)律進行運算，計算機運算的結果經過過程輸出通道，作用到控制對象，使被控變量符合性能指標要求。圖1-1-4直接數(shù)字控制系統(tǒng)結構圖直接數(shù)字控制系統(tǒng)與模擬系統(tǒng)的不同之處是：在模擬系統(tǒng)中，信號的傳送不需要數(shù)字化，而數(shù)字系統(tǒng)中由于采用了計算機，在信號傳送到計算機之前必須經模/數(shù)(A/D)轉換將模擬信號轉換為數(shù)字信號才能被計算機接收，計算機的控制信號必須經數(shù)/模(D/A)轉換后才能驅動執(zhí)行機構。另外，由于是用程序進行控制運算，其控制方式比常規(guī)控制系統(tǒng)靈活且經濟。采用計算機代替模擬儀表控制，只要改變程序就可以對控制對象進行控制，因此計算機可以控制幾百個回路，并可以對上下限進行監(jiān)視和報警。此外，因為計算機有較強的計算能力，所以控制方法的改變很方便，只要改變程序就可以實現(xiàn)。就一般的模擬控制而言，要改變控制方法就必須改變硬件，這不是輕而易舉的事。由于DDC系統(tǒng)中的計算機直接承擔控制任務，所以要求實時性好、可靠性高和適應性強。為了充分發(fā)揮計算機的利用率，一臺計算機通常要控制多個回路，那就要求合理地設計應用軟件，使之不失時機地完成所有功能。工業(yè)生產現(xiàn)場環(huán)境惡劣，干擾頻繁，直接威脅著計算機的可靠運行，因此必須采取抗干擾措施。

3)計算機監(jiān)督控制系統(tǒng)

計算機監(jiān)督控制(SupervisoryComputerControl，SCC)系統(tǒng)的結構如圖1-1-5所示。SCC系統(tǒng)是一種兩級微型計算機控制系統(tǒng)，其中DDC級微機完成生產過程的直接數(shù)字控制；SCC級微機則根據(jù)生產過程的工況和已定的數(shù)學模型，進行優(yōu)化分析計算，產生最優(yōu)化設定值，送給DDC級執(zhí)行。SCC級微機承擔著高級控制與管理任務，要求數(shù)據(jù)處理能力強、存儲容量大等，因此一般采用較高檔的微機。圖1-1-5計算機監(jiān)督控制系統(tǒng)結構圖

把圖1-1-5計算機監(jiān)督控制系統(tǒng)的DDC級計算機用數(shù)字控制儀器代替，再配以輸入采樣器、A/D轉換器和D/A轉換器、輸出掃描器，便是SCC加數(shù)字控制器的SCC系統(tǒng)。當SCC級計算機出現(xiàn)故障時，由數(shù)字控制器獨立完成控制任務，比較安全可靠。

4)分級控制系統(tǒng)

生產過程中既存在控制問題，也存在大量的管理問題。過去，由于計算機價格高，復雜的生產過程控制系統(tǒng)往往采取集中控制方式，以便充分利用計算機。這種控制方式由于任務過于集中，一旦計算機出現(xiàn)故障，即造成系統(tǒng)崩潰?，F(xiàn)在，微機價格低廉而且功能日臻完善，由若干臺微處理器或微機分別承擔部分控制任務，代替了集中控制的計算機。這種系統(tǒng)的特點是分散了控制功能，用多臺計算機分別來實現(xiàn)不同的控制功能，管理上則采用集中管理的方式。由于計算機控制和管理的范圍縮小了，其應用靈活、方便，可靠性得以提高。圖1-1-6所示為一個四級的計算機分級控制系統(tǒng)。圖1-1-6四級的計算機分級控制系統(tǒng)結構圖

(1)裝置控制級(DDC級)：對生產過程進行直接控制，如進行PID控制或前饋控制，使所控制的生產過程在最優(yōu)工作狀況下工作。

(2)車間監(jiān)督級(SCC級)：根據(jù)廠級計算機下達的命令和通過裝置控制級獲得的生產過程數(shù)據(jù)，進行最優(yōu)化控制，并擔負著車間內各工段間的協(xié)調控制和對DDC計算機進行監(jiān)督的任務。

(3)工廠集中控制級：可根據(jù)上級下達的任務和本廠情況，制訂生產計劃、安排本廠工作、進行人員調配及各車間的協(xié)調，并及時將SCC級和DDC級的情況向上級報告。

(4)企業(yè)管理級：制訂長期發(fā)展規(guī)劃、生產計劃、銷售計劃，下達命令至各工廠，并接受各工廠、各部門發(fā)回的信息，實現(xiàn)整個企業(yè)的總調度。

5)集散控制系統(tǒng)

集散控制系統(tǒng)以微機為核心，把過程控制裝置、數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)、顯示操作裝置、輸入輸出通道、控制儀表等有機地結合起來，構成分布式結構。這種系統(tǒng)實現(xiàn)了地理上和功能上的分散控制，又通過通信系統(tǒng)把各個分散的信息集中起來，進行集中的監(jiān)視和操作，實現(xiàn)了高級復雜規(guī)律的控制。其結構如圖1-1-7所示。圖1-1-7集散控制系統(tǒng)結構圖集散控制系統(tǒng)是一種典型的分級分布式控制結構。監(jiān)控計算機通過協(xié)調各控制站的工作，達到過程的動態(tài)最優(yōu)化?？刂普緞t完成過程的現(xiàn)場控制任務。操作臺是人機接口裝置，完成操作、顯示和監(jiān)視任務。數(shù)據(jù)采集站用來采集非控制過程信息。集散控制系統(tǒng)既有計算機控制系統(tǒng)控制算法先進、精度高、響應速度快的優(yōu)點，又有儀表控制系統(tǒng)安全可靠、維護方便的優(yōu)點。

6)現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)

現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)(FieldbusControlSystem，F(xiàn)CS)是新一代分布式控制結構，如圖1-1-8所示。該系統(tǒng)改進了集散控制系統(tǒng)成本高、各廠商產品的通信標準不統(tǒng)一而造成的不能互連的弱點，采用工作站-現(xiàn)場總線智能儀表的兩層結構模式，完成了DCS中三層結構模式的功能，降低了成本，提高了可靠性。國際標準統(tǒng)一后，它可實現(xiàn)真正的開放式互連體系結構。圖1-1-8現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)結構圖近年來，由于現(xiàn)場總線的發(fā)展，智能傳感器和執(zhí)行器也向數(shù)字化方向發(fā)展，用數(shù)字信號取代4mA～20mA電流信號，為現(xiàn)場總線的應用奠定了基礎?，F(xiàn)場總線是連接工業(yè)現(xiàn)場儀表和控制裝置之間的全數(shù)字化、雙向、多站點的串行通信網(wǎng)絡?，F(xiàn)場總線被稱為21世紀的工業(yè)控制網(wǎng)絡標準。由于計算機科學的飛速發(fā)展，計算機的存儲能力、運算能力都得到更進一步的發(fā)展，能夠解決一般模擬控制系統(tǒng)解決不了的難題，達到一般控制系統(tǒng)達不到的優(yōu)異的性能指標。在計算機控制算法方面，實現(xiàn)了最優(yōu)控制、自適應、自學習和自組織系統(tǒng)以及智能控制等先進的控制方法，為提高復雜控制系統(tǒng)的控制質量，有效地克服隨機擾動，提供了有力的工具。四、理實一體化教學任務

理實一體化教學任務見表1-1-1。五、理實一體化教學步驟

1.MCGS工控組態(tài)軟件的系統(tǒng)構成

(1)?MCGS工控組態(tài)軟件的整體結構。?MCGS工控組態(tài)軟件(以下簡稱MCGS)由“MCGS組態(tài)環(huán)境”和“MCGS運行環(huán)境”兩個系統(tǒng)組成，如圖1-1-9所示。兩部分互相獨立，又緊密相關。圖1-1-9MCGS工控組態(tài)軟件的整體結構

MCGS組態(tài)環(huán)境是生成用戶應用系統(tǒng)的工作環(huán)境，用戶在MCGS組態(tài)環(huán)境中完成動畫設計、設備連接、編寫控制流程、編制工程、打印報表等全部組態(tài)工作后，生成擴展名為?.mcg的工程文件，又稱為組態(tài)結果數(shù)據(jù)庫。MCGS運行環(huán)境是用戶應用系統(tǒng)的運行環(huán)境，在運行環(huán)境中完成對工程的控制工作。

(2)?MCGS工程的五大部分。MCGS工程由主控窗口、設備窗口、用戶窗口、實時數(shù)據(jù)庫和運行策略五部分構成，如圖1-1-10所示。圖1-1-10MCGS工程的五大部分①主控窗口。主控窗口是工程的主窗口或主框架。在主控窗口中可以放置一個設備窗口和多個用戶窗口，主控窗口負責調度和管理這些窗口的打開或關閉。主控窗口主要的組態(tài)操作包括定義工程的名稱、編制工程菜單、設計封面圖形、確定自動啟動的窗口、設定動畫刷新周期、指定數(shù)據(jù)庫存盤文件名稱及存盤時間等。②設備窗口。設備窗口是連接和驅動外部設備的工作環(huán)境。在本窗口內可配置數(shù)據(jù)采集與控制輸出設備、注冊設備驅動程序、定義連接與驅動設備用的數(shù)據(jù)變量。

③用戶窗口。本窗口主要用于設置工程中人機交互的界面，如生成各種動畫顯示畫面、報警輸出、數(shù)據(jù)與曲線圖表等。④實時數(shù)據(jù)庫。實時數(shù)據(jù)庫是工程各個部分的數(shù)據(jù)交換與處理中心，它將MCGS工程的各個部分連接成有機的整體。在本窗口內可定義不同類型和名稱的變量，作為數(shù)據(jù)采集、處理、輸出控制、動畫連接及設備驅動的對象。

⑤運行策略。本窗口主要完成工程運行流程的控制，包括編寫控制程序(if…then腳本程序)、選用各種功能構件，如數(shù)據(jù)提取、歷史曲線、定時器、配方操作、多媒體輸出等。

2.?MCGS工控組態(tài)軟件的功能特點

(1)概念簡單，易于理解和使用。普通工程人員經過短時間的培訓就能正確掌握并快速完成多數(shù)簡單工程項目的監(jiān)控程序設計和運行操作。

(2)功能齊全，便于方案設計。MCGS為解決工程監(jiān)控問題提供了豐富多樣的手段，從設備驅動到數(shù)據(jù)處理、報警處理、流程控制、動畫顯示、報表輸出、曲線顯示等各個環(huán)節(jié)，均有豐富的功能組件和常用圖形庫供選用。

(3)具備實時性與并行處理能力。MCGS充分利用了Windows操作平臺的多任務、按優(yōu)先級分時操作的功能，使PC廣泛應用于工程測控領域的設想成為可能。

(4)建立實時數(shù)據(jù)庫，便于用戶分步組態(tài)，保證系統(tǒng)安全可靠運行。在MCGS組態(tài)軟件中，實時數(shù)據(jù)庫是整個系統(tǒng)的核心。實時數(shù)據(jù)庫是一個數(shù)據(jù)處理中心，是系統(tǒng)各個部分及其各種功能性構件的公用數(shù)據(jù)區(qū)。各個部件獨立地向實時數(shù)據(jù)庫輸入和輸出數(shù)據(jù)，并完成自己的差錯控制。

(5)“面向窗口”的設計方法，增加了可視性和可操作性。以窗口為單位，構造用戶運行系統(tǒng)的圖形界面，使得MCGS的組態(tài)工作既簡單直觀又靈活多變。

(6)豐富的“動畫組態(tài)”功能，可快速構造各種復雜生動的動態(tài)畫面。利用大小變化、顏色改變、明暗閃爍、移動翻轉等多種手段，能增強畫面的動態(tài)顯示效果。

(7)引入了“運行策略”的概念。用戶可以選用系統(tǒng)提供的各種條件和功能的“策略構件”，用圖形化的方法構造多分支的應用程序，實現(xiàn)自由、精確地控制運行流程，按照設定的條件和順序，操作外部設備、控制窗口的打開或關閉、與實時數(shù)據(jù)庫進行數(shù)據(jù)交換。同時，也可以由用戶創(chuàng)建新的策略構件，擴展系統(tǒng)的功能。

3.組建工程的一般過程

(1)工程項目系統(tǒng)分析。分析工程項目的系統(tǒng)構成、技術要求和工藝流程，弄清系統(tǒng)的控制流程和測控對象的特征，明確監(jiān)控要求和動畫顯示方式；分析工程中的數(shù)據(jù)采集通道及輸出通道與軟件中實時數(shù)據(jù)庫變量的對應關系，分清哪些變量是需要利用I/O通道與外部設備進行連接的，哪些變量是軟件內部用來傳遞數(shù)據(jù)及動畫顯示的。

(2)工程立項搭建框架。工程立項需創(chuàng)建新工程，主要內容包括定義工程名稱、封面窗口名稱和啟動窗口(封面窗口退出后接著顯示的窗口)名稱，指定存盤數(shù)據(jù)庫文件的名稱以及存盤數(shù)據(jù)庫，設定動畫刷新的周期。經過此步操作后，即在MCGS組態(tài)環(huán)境中建立了由五部分組成的工程結構框架。封面窗口和啟動窗口也可等到建立了用戶窗口后再行

建立。

(3)設計菜單基本體系。為了對系統(tǒng)運行的狀態(tài)及工作流程進行有效的調度和控制，通常要在主控窗口內編制菜單。編制菜單分為兩步，第一步是搭建菜單的框架，第二步是對各級菜單命令進行功能組態(tài)。在組態(tài)過程中，可根據(jù)實際需要，隨時對菜單的內容進行增加或刪除，不斷完善工程的

菜單。

(4)制作動畫顯示畫面。動畫制作分為靜態(tài)圖形設計和動態(tài)屬性設置兩個過程，前一過程類似于“畫畫”，用戶通過MCGS組態(tài)軟件中提供的基本圖形元素及動畫構件庫，在用戶窗口內“組合”成各種復雜的畫面；后一過程則設置圖形的動畫屬性，與實時數(shù)據(jù)庫中定義的變量建立相關鏈接，作為動畫圖形的驅動源。

(5)編寫控制流程程序。在“運行策略”窗口內，從策略構件箱中選擇所需功能的策略構件，構成各種功能模塊(稱為策略塊)，由這些模塊實現(xiàn)各種人機交互操作。MCGS還為用戶提供了編程用的功能構件(稱之為“腳本程序”功能構件)，通過簡單的編程語言編寫工程控制程序。

(6)完善菜單按鈕功能。該功能包括對菜單命令、監(jiān)控器件、操作按鈕的功能組態(tài)；實現(xiàn)歷史數(shù)據(jù)、實時數(shù)據(jù)、各種曲線、數(shù)據(jù)報表、報警信息輸出等功能；建立工程安全機制等。

(7)編寫程序調試工程。利用調試程序產生的模擬數(shù)據(jù)，可以檢查動畫顯示和控制流程是否正確。

(8)連接設備驅動程序。選定與設備相匹配的設備構件，連接設備通道，確定數(shù)據(jù)變量的處理方式，完成設備屬性的設置。此步操作在設備窗口內進行。

(9)工程完工綜合測試。最后測試工程各部分的工作情況，完成整個工程的組態(tài)工作，實施工程交接。

4.?MCGS軟件的安裝

(1)?MCGS的系統(tǒng)硬件要求。

CPU：使用相當于Intel公司的Pentium233或以上級別的CPU。

內存：當使用Windows9X操作系統(tǒng)時，內存應在32MB以上；當選用WindowsNT操作系統(tǒng)時，系統(tǒng)內存應在64MB以上；當選用Windows2000操作系統(tǒng)時，系統(tǒng)內存應在128MB以上。顯卡：與Windows系統(tǒng)兼容，含有1?MB以上的顯示內存，可工作于800×600分辨率、65535色模式下。

硬盤：MCGS通用版組態(tài)軟件占用的硬盤空間約為

80MB。

(2)?MCGS軟件的安裝。

①插入光盤后會自動彈出MCGS安裝程序窗口，或運行光盤中的AutoRun.exe文件彈出MCGS安裝界面，如圖

1-1-11所示。圖1-1-11MCGS安裝界面②在安裝界面中選擇“安裝MCGS組態(tài)軟件通用版”，啟動安裝程序開始安裝。

③在彈出的窗口中單擊“下一步”按鈕，隨后安裝程序提示指定安裝目錄，用戶不指定時，系統(tǒng)缺省安裝到D:\MCGS目錄下，如圖1-1-12所示。

圖1-1-12缺省安裝界面④單擊“瀏覽”按鈕，彈出如圖1-1-13所示的界面，在此界面中選擇安裝路徑。

⑤單擊“確定”按鈕開始安裝，安裝過程大約要持續(xù)數(shù)分鐘。

⑥MCGS系統(tǒng)文件安裝完成后，安裝程序要建立和安裝數(shù)據(jù)庫引擎，這一過程可能持續(xù)幾分鐘，請耐心等待。圖1-1-13選擇安裝路徑⑦安裝過程完成后，在彈出的對話框中(如圖1-1-14所示)選擇“完成”，在其后彈出的對話框中選擇“是，我現(xiàn)在要重新啟動計算機”，然后單擊“結束”按鈕，操作系統(tǒng)重新啟動，安裝完成。圖1-1-14安裝完成界面⑧安裝完成后，Windows操作系統(tǒng)的桌面上添加了如圖1-1-15所示的兩個圖標，分別用于啟動MCGS組態(tài)環(huán)境和運行環(huán)境。同時，Windows開始菜單中也添加了相應的MCGS程序組，如圖1-1-16所示。圖1-1-15MCGS桌面圖標圖1-1-16MCGS開始菜單六、實操考核

項目考核采用步進式考核方式，考核內容如表1-1-2

所示。七、注意事項

(1)安裝MCGS軟件時一定要注意安裝MCGS通用版。

(2)安裝MCGS軟件時一定要注意安裝路徑。

(3)?MCGS軟件安裝結束后，一定要重新啟動計算機，MCGS軟件才能正常使用。八、思考題

(1)?MCGS工控組態(tài)軟件由哪幾部分構成？

(2)組建MCGS工程的步驟有哪些？

(3)?MCGS工控組態(tài)軟件安裝的硬件要求有哪些？項目二西門子S7-200PLC簡介

一、學習目標

1.知識目標

(1)掌握西門子PID指令的使用方法。

(2)掌握西門子S7-200PLC系統(tǒng)的組成。

(3)掌握西門子編程元件的使用方法。

(4)掌握西門子存儲器的相關知識。

(5)掌握西門子PLC與計算機的連接方法。

2.能力目標

(1)初步具備用PLC搭建PID控制系統(tǒng)的能力。

(2)初步具備STEP7軟件的安裝能力。

(3)初步具備編程軟件的使用能力。

(4)初步具備PLC程序的下載能力。

(5)初步具備PLC工程的調試能力。二、要求學生必備的知識與技能

1.必備知識

(1)?PLC基本指令知識。

(2)控制系統(tǒng)基本知識。

(3)存儲器基本知識。

2.必備技能

(1)熟練的計算機操作技能。

(2)熟練的軟件安裝技能。三、理實一體化教學任務

理實一體化教學任務見表1-2-1。四、理實一體化教學步驟

1.?S7-200PLC的CPU類型

(1)?CPU221：集成6輸入/4輸出共10個數(shù)字量I/O點，無I/O擴展能力。它包括6KB程序和數(shù)據(jù)存儲空間，4個獨立的30kHz高速計數(shù)器，2路獨立的20kHz高速脈沖輸出，1個RS-485通信/編程口，具有PPI通信協(xié)議、MPI通信協(xié)議和自由方式通信能力。

(2)?CPU222：集成8輸入/6輸出共14個數(shù)字量I/O點，可連接2個擴展模塊。它包括6KB程序和數(shù)據(jù)存儲空間，4個獨立的30kHz高速計數(shù)器，2路獨立的20kHz高速脈沖輸出，1個RS-485通信/編程口，具有PPI通信協(xié)議、MPI通信協(xié)議和自由方式通信能力。

(3)?CPU224：集成14輸入/10輸出共24個數(shù)字量I/O點，可連接7個擴展模塊，最大擴展至168路數(shù)字量I/O點或35路模擬量I/O點。它包括13KB程序和數(shù)據(jù)存儲空間，6個獨立的30kHz高速計數(shù)器，2路獨立的20MHz高速脈沖輸出，具有PID控制器，1個RS-485通信/編程口，以及PPI通信協(xié)議、MPI通信協(xié)議和自由方式通信能力。其I/O端子排可很容易地整體拆卸。

(4)?CPU226：集成24輸入/16輸出共40個數(shù)字量I/O點，可連接7個擴展模塊，最大擴展至248路數(shù)字量I/O點或35路模擬量I/O點。它包括13KB程序和數(shù)據(jù)存儲空間，6個獨立的30kHz高速計數(shù)器，2路獨立的20kHz高速脈沖輸出，具有PID控制器，2個RS-485通信/編程口，以及PPI通信協(xié)議、MPI通信協(xié)議和自由方式通信能力。其I/O端子排可很容易地整體拆卸。

2.?S7-200系列PLC的編程軟元件

(1)輸入繼電器(I)。輸入繼電器是專設的輸入過程映像寄存器，用來接收外部傳感器或開關元件發(fā)來的信號。圖

1-2-1所示為輸入繼電器的等效電路圖，當外部按鈕驅動時，其線圈接通，常開、常閉觸點的狀態(tài)發(fā)生相應變化，輸入繼電器不能由程序驅動。圖1-2-1輸入繼電器的等效電路圖

(2)輸出繼電器(Q)。輸出繼電器是專設的輸出過程映像寄存器，其外部輸出觸點接到輸出端子上，以控制外部負載。輸出繼電器的外部輸出執(zhí)行器件有繼電器、晶體管和晶閘管3種。圖1-2-2為輸出繼電器的等效電路圖，當輸出繼電器接通時，它所連接的外部電路被接通，同時輸出繼電器的常開、常閉觸點動作，可在程序中使用。圖1-2-2輸出繼電器的等效電路圖

(3)內部標志位(M)。內部標志位存儲中間操作信息，它們不直接驅動外部負載，只起中間狀態(tài)的暫存作用，類似于中間繼電器，在S7-200系列PLC中稱為內部標志位，一般以位為單位使用。

(4)特殊標志位(SM)。特殊標志位為用戶提供一些特殊的控制功能及系統(tǒng)信息，用戶對操作的一些特殊要求也通過SM通知系統(tǒng)。特殊標志位分為只讀區(qū)和可讀可寫區(qū)兩部分。在只讀區(qū)特殊標志位，用戶只能利用其觸點，例如：

SM0.0—RUN監(jiān)控，PLC在RUN狀態(tài)時，SM0.0總為1。

SM0.1—初始化脈沖，PLC由STOP轉為RUN時，SM0.1接通一個掃描周期。

SM0.2—當RAM中保存的數(shù)據(jù)丟失時，SM0.2接通一個掃描周期。

SM0.3—當PLC上電進入RUN時，SM0.3接通一個掃描周期。

SM0.4—分脈沖，占空比為50%，周期為lmin的脈沖串。

SM0.5—秒脈沖，占空比為50%，周期為ls的脈沖串。

SM0.6—掃描脈沖，一個掃描周期為ON，下一個掃描周期為OFF，交替循環(huán)。

SM0.7—指示CPU上MODE開關的位置，0=TERM，1=RUN，通常用來在RUN狀態(tài)下啟動自由口通信方式。可讀可寫特殊標志位用于特殊控制功能，如用于自由口設置的SMB30，用于定時中斷時間設置的SMB34/SMB35，用于高速計數(shù)器設置的SMB36～SMB65，用于脈沖串輸出控制的SMB66～SMB85等。

(5)定時器(T)。PLC中的定時器作用相當于時間繼電器，定時器的設定值由程序賦值。每個定時器有一個16位的當前值寄存器及一個狀態(tài)位。定時器的計時過程采用時間脈沖計數(shù)的方式，其分辨率有1ms、10ms、100ms三種。

(6)計數(shù)器(C)。計數(shù)器的結構與定時器基本一樣，其設定值在程序中賦值。它有一個16位的當前值寄存器及一個狀態(tài)位計數(shù)器，用來計算從輸入端子或內部元件送來的脈沖數(shù)，有加計數(shù)器、減計數(shù)器及加減計數(shù)器三種類型。由于計數(shù)器的計數(shù)頻率受掃描周期的限制，當需要對高頻信號計數(shù)時可以用高速計數(shù)器(HSC)。

(7)高速計數(shù)器(HSC)。高速計數(shù)器用于對頻率高于掃描周期的外接信號進行計數(shù)，高速計數(shù)器使用主機上的專用端子接收這些高速信號，其數(shù)據(jù)為32位有符號的高速計數(shù)器的當前值。

(8)變量寄存器(V)。變量存儲區(qū)存儲具有較大容量的變量寄存器，用于存儲程序執(zhí)行過程中控制邏輯的中間結果，或用來保存與工序或任務相關的其他數(shù)據(jù)。

(9)累加器(AC)。S7-200系列PLC提供4個32位累加器(AC0～AC3)，累加器常用作數(shù)據(jù)處理的執(zhí)行器件。

(10)局部存儲器(L)。局部存儲器與變量寄存器相似，只不過變量寄存器是全局有效的，而局部存儲器是局部有效的。局部存儲器常用來作臨時數(shù)據(jù)的存儲器或者為子程序傳遞函數(shù)。

(11)狀態(tài)元件(S)。狀態(tài)元件是使用順控繼電器指令的重要元件，通常與順序控制指令LSCR、SCRT、SCRE結合使用，實現(xiàn)順控流程，即SFC(SequentialFunctionChart)編程。

(12)模擬量輸入/輸出(AIW/AQW)。模擬量經A/D、D/A轉換，在PLC外為模擬量，在PLC內為數(shù)字量。模擬量輸入/輸出元件AIW/AQW為模擬量輸入/輸出的專用存儲單元。

3.PID指令

S7-200PLC的PID指令引用一個包含回路參數(shù)的回路表。此表起初的長度為36個字節(jié)，在增加了PID自動調諧后，回路表擴展到80個字節(jié)?；芈繁淼闹饕止?jié)如表1-2-2所示。

4.西門子S7-200PLC系統(tǒng)組成

S7-200PLC控制器硬件系統(tǒng)由四部分組成：CPU模塊、擴展模塊、PC/PPI電纜和計算機。其系統(tǒng)連接如圖1-2-3

所示。圖1-2-3西門子S7-200PLC系統(tǒng)連接圖

5.存儲器介紹

若要存取CPU中的一個字節(jié)、字或雙字的數(shù)據(jù)，則需要給出存儲器標識符、數(shù)據(jù)大小和起始字節(jié)地址，如VB100表示尋址變量存儲器的字節(jié)100，VD100表示尋址變量存儲器的起始地址為100的雙字。

(1)可以按位、字節(jié)、字和雙字來存取的存儲器有輸入過程映像寄存器(I)、輸出過程映像寄存器(Q)、變量存儲區(qū)(V)、位存儲區(qū)(M)、特殊存儲器(SM)、局部存儲器(L)、順控存儲器(S)等。

(2)其他特殊的存儲方式。①模擬量輸入AI(AIW0～AIW30)、模擬量輸出AQ(AQW0～AQW30)，必須按字存取，而且首地址必須用偶數(shù)字節(jié)地址。

②定時器存儲區(qū)(T)、計數(shù)器存儲區(qū)(C)，用位或字的

指令讀取。用位指令時讀定時器位，用字指令時讀定時器

當前值。③累加器AC(AC0～AC3)，可以按字節(jié)、字、雙字

存取。

④高速計數(shù)器HSC(HSC0～HSC5)，只讀，雙字尋址。

⑤S7-200的浮點數(shù)由32位單精度表示，精確到小數(shù)點后六位。

6.?PC/PPI電纜

將PC/PPI電纜連接RS-232(PC)的一端到計算機上，另外一端連接到PLC的編程口上，將提供PLC與計算機之間的通信。PC/PPI電纜線長5米，帶內置RS-232C/RS-485連接器，用于CPU22X與PC或其他設備之間的連接，例如打印機、條碼閱讀器。

7.STEP7軟件的安裝

(1)打開安裝包，運行SETUP.EXE文件，在彈出的安裝界面中選擇“英語”，如圖1-2-4所示。

圖1-2-4STEP7安裝界面

(2)單擊“確定”按鈕，在彈出的窗口中選擇“下一步”，彈出如圖1-2-5所示的窗口。

圖1-2-5STEP7安裝協(xié)議界面

(3)單擊“Yes”按鈕，在彈出的窗口中選擇“下一步”，彈出如圖1-2-6所示的窗口。圖1-2-6接口選擇界面

(4)選擇“PC/PPIcable(PPI)”，單擊“OK”按鈕，彈出如圖1-2-7所示的窗口。圖1-2-7安裝完成界面

(5)選擇“Yes，Iwanttorestartmycomputernow.”，單擊“Finish”按鈕，STEP7軟件即安裝結束。

8.編程軟件的使用

(1)打開V4.0STEP7MicroWINSP3西門子PLC編程軟件，如圖1-2-8所示。圖1-2-8西門子PLC編程軟件界面

(2)選擇“文件”→“新建”菜單項，彈出如圖1-2-9所示的窗口。圖1-2-9新建文件界面

(3)如圖1-2-10所示，選擇程序設計語言。圖1-2-10選擇程序設計語言

(4)選擇相應的元件，如圖1-2-11所示，如選擇常開

觸點。圖1-2-11插入元件

(5)雙擊常開觸點，彈出如圖1-2-12所示的窗口，在網(wǎng)絡1中添加常開觸點。圖1-2-12梯形圖程序編輯界面

(6)單擊上圖方框中的“？？.？”，修改元件的名稱，如圖1-2-13所示。圖1-2-13修改元件名稱

(7)根據(jù)以上步驟，輸入所有的元件。

(8)選擇“PLC”→“全部編譯”菜單項，如圖1-2-14所示。圖1-2-14程序編譯界面

(9)編譯后的結果如圖1-2-15所示。如有錯誤，則需反復修改。圖1-2-15編譯結果

9.程序的下載

(1)選擇“文件”→“下載”菜單項，彈出如圖1-2-16所示的窗口。

(2)如果此時PLC在運行狀態(tài)，會提示“是否轉換到STOP狀態(tài)”，選擇“是”。

(3)下載完成后，將系統(tǒng)切換回RUN模式，PLC自動開始運行程序。圖1-2-16STEP7文件下載界面

10.工程調試

1)調試模式

(1)選擇“調試”→“開始程序狀態(tài)監(jiān)控”菜單項，則顯示如圖1-2-17所示。程序變?yōu)樗{色表示能流通過，各個參數(shù)都在程序中實時顯示。圖1-2-17程序狀態(tài)監(jiān)控

(2)在操作欄中選擇狀態(tài)表，然后選擇“調試/開始狀態(tài)表監(jiān)控”菜單項，則顯示如圖1-2-18所示。圖1-2-18狀態(tài)表調試狀態(tài)

2)強制

(1)在聯(lián)機模式下，可以強制變量。

(2)在狀態(tài)表窗口選中變量最右邊的新值欄輸入一個新值，再選擇“調試”→“強制”菜單項，被強制的值前會出現(xiàn)一個鎖，如圖1-2-19所示。

(3)當PLC運行時，對變量進行強制要特別謹慎，因為強制變量意味著用強制的變量值執(zhí)行PLC程序。

(4)選擇“調試”→“取消強制”菜單項，可以取消強制。圖1-2-19強制變量五、實操考核

項目考核采用步進式考核方式，考核內容見表1-2-3。

六、注意事項

(1)注意PID指令各個參數(shù)的地址。

(2)安裝STEP7軟件時注意安裝路徑。

(3)在PLC下安裝程序時要將PLC置于STOP狀態(tài)。七、系統(tǒng)調試

(1)?STEP7軟件的安裝調試。STEP7軟件安裝后，試運行STEP7軟件，看是否能進入正常的編程界面。

(2)?PLC程序的下載調試。PLC程序下載后，將PLC置于運行狀態(tài)，觀察PLC是否能實現(xiàn)正常的控制功能。八、思考題

(1)什么是PID控制？

(2)如何用PID指令實現(xiàn)模擬量的控制？

(3)現(xiàn)場變送器的信號如何送到PID模塊？

項目三三菱FX系列PLC簡介

一、學習目標

1.知識目標

(1)掌握三菱FX2N系列PLC的基本構成。

(2)掌握三菱FX2N系列PLC的編程軟元件。

(3)掌握三菱FX2N系列PLC的系統(tǒng)組成。

(4)掌握三菱編程軟件GXDeveloper的安裝方法。

(5)掌握三菱PLC與計算機的連接方法。

2.能力目標

(1)初步具備三菱編程軟件GXDeveloper的安裝能力。

(2)初步具備三菱FX2N系列PLC的編程能力。

(3)初步具備三菱PLC程序的下載能力。

(4)初步具備三菱PLC工程的調試能力。二、要求學生必備的知識與技能

1.必備知識

(1)三菱PLC基本指令知識。

(2)控制系統(tǒng)基本知識。

(3)存儲器基本知識。

2.必備技能

(1)熟練的計算機操作技能。

(2)熟練的軟件安裝技能。三、理實一體化教學任務

理實一體化教學任務見表1-3-1。四、理實一體化教學步驟

1.三菱FX2N系列PLC基本構成

FX2N系列PLC可以應用在大多數(shù)單機控制或簡單的網(wǎng)絡控制中，F(xiàn)X2N系列PLC由基本單元(見表1-3-2)、擴展單元(見表1-3-3)和擴展模塊組成。

(1)基本單元(M)：內有CPU、存儲器、電源和一定量的輸入/輸出接口，為必用裝置。

(2)擴展單元(E)：要增加I/O點數(shù)時使用的裝置。

(3)擴展模塊：用于擴展一些特殊用途的功能，還可以以8位為單位增加I/O點數(shù)，或只增加輸入點數(shù)或輸出點數(shù)。

擴展模塊與擴展單元的區(qū)別在于擴展模塊自身不帶電源。

2.三菱FX系列PLC的編程軟元件

PLC的編程軟元件即存儲器單元，每個單元都有唯一的地址。為方便不同的編程功能需要，存儲器單元作了分區(qū)，因而有不同類型的編程軟元件。

1)輸入繼電器(X)

輸入繼電器的外部輸入端接收外部的開關輸入信號，內部與輸入端連接的輸入繼電器是光電隔離的電子繼電器，它們的編號與接線端子編號一致，線圈的吸合或釋放只取決于PLC外部觸點的狀態(tài)。內部有常開、常閉兩種狀態(tài)的觸點供編程使用，且使用次數(shù)不限。各基本單元都是八進制輸入的地址，輸入為X000～X007、X010～X017和X020～X027等。

2)輸出繼電器(Y)

輸出繼電器向外部負載輸出信號。輸出繼電器的線圈由程序控制，外部輸出主觸點接到PLC的輸出端子上供外部負載使用，其余的常開、常閉觸點供內部程序使用。輸出繼電器的常開、常閉觸點使用次數(shù)不限。輸出電路的時間常數(shù)是固定的。各基本單元都是八進制輸出的地址，輸出為Y000～Y007、Y010～Y017和Y020～Y027等。

3)輔助繼電器(M)

PLC內部有許多輔助繼電器，見表1-3-4。

4)定時器(T)

定時器在PLC中的作用相當于一個時間繼電器，有—個設定值寄存器(一個字長)、一個當前值寄存器(一個字長)以及無限個觸點(一個位)。對于每個定時器，這三個量使用同一個地址編號名稱，但使用場合不一樣，其所指也不一樣。定時器的分類見表1-3-5。

(1)由于FX2N系列PLC是16位的，所以計數(shù)值范圍為1～32767。

●?100ms定時器(T0～T199)：共200點，其中T192～T199為子程序和中斷服務程序專用定時器；對100ms時鐘累積計數(shù)，啟動后每過100ms計數(shù)內容加1。

●?10ms定時器(T200～T245)：共46點，對10ms時鐘累積計數(shù)。

(2)積算定時器。積算定時器具有計數(shù)累積的功能。在定時過程中，如果斷電或定時器線圈斷開，積算定時器就保持當前的計數(shù)值，通電或定時器線圈接通后繼續(xù)累積，即其當前值具有保持功能，只有將積算定時器復位才會使當前值變?yōu)??！?1ms積算定時器(T246～T249)：共4點，對1ms時鐘脈沖進行累積計數(shù)，定時范圍為0.001s～32.767s。

●?100ms積算定時器(T250～T255)：共6點，對100ms時鐘脈沖進行累積計數(shù)，定時范圍為0.1s～3276.7s。

5)計數(shù)器(C)

FX2N系列計數(shù)器主要分為16位增計數(shù)器和32位增/減計數(shù)器，其特點見表1-3-6。兩種計數(shù)器又分為多種，計數(shù)器的分類見表1-3-7。

(1)內部計數(shù)器。內部計數(shù)器在執(zhí)行掃描操作時對內部信號進行計數(shù)。

●?16位增計數(shù)器(C0～C199)：共200點，其中C0～C99為通用型，C100～C199為斷電保持型，即斷電后能保持當前值，等到通電后能繼續(xù)計數(shù)?！?32位增/減計數(shù)器(C200～C234)：C200～C219為

通用型；C200～C234為斷電保持型，由特殊輔助繼電器M8200～M8234設定。C200～C234是增/減計數(shù)，當其對應的特殊輔助繼電器設置為ON時為減計數(shù)，設置為OFF時為增計數(shù)。

(2)高速計數(shù)器(C235～C255)。高速計數(shù)器與內部計數(shù)器相比，具有輸入頻率高且有斷電保持功能，通過參數(shù)設定也可變成非斷電保持。在FX2N型PLC中適合作高速計數(shù)輸入的端口為X0～X7，輸入端口不能重復使用。高速計數(shù)器可分為以下幾類：●?單相輸入高速計數(shù)器(C235～C245)：其觸點動作與32位增/減計數(shù)器相同，可進行增/減計數(shù)。

●?雙相輸入高速計數(shù)器(C246～C250)：這類高速計數(shù)器具有兩個輸入端，一個為增計數(shù)輸入，一個為減計數(shù)輸入，可利用M8246～M8250來設置對應的計數(shù)器的動作?！?AB相雙相高速計數(shù)器(C251～C255)：A相和B相信號決定計數(shù)器是增計數(shù)還是減計數(shù)。當A相為ON，若B相由OFF→ON時，則為增計數(shù)方式；當A相為ON，若B相由ON→OFF時，則為減計數(shù)方式。

6)數(shù)據(jù)寄存器(D/V/Z)

(1)通用數(shù)據(jù)寄存器(D0～D199)：當M8033為ON時，D0～D199有斷電保護功能，反之無斷電保護功能，在這種情況下，PLC由RUN→STOP或停電時，數(shù)據(jù)全部清零。

(2)斷電保持數(shù)據(jù)寄存器(D200～D7999)：其中D200～D511有斷電保持功能，通過設置外部設備的參數(shù)來改變通用數(shù)據(jù)寄存器與有斷電保持功能數(shù)據(jù)寄存器的分配；D490～D509供通信用；D512～D7999的斷電保持功能不能用軟件改變，但可用指令清除它們的內容。根據(jù)參數(shù)設定，將D1000以上作為文件寄存器。

(3)特殊數(shù)據(jù)寄存器(D8000～D8255)：特殊數(shù)據(jù)寄存器用來監(jiān)控PLC的運行狀態(tài)；未加定義的特殊數(shù)據(jù)寄存器，用戶不能使用。

(4)變址寄存器(V/Z)：FX2N系列PLC有V0～V7和Z0～Z7共16個變址寄存器，它們都是16位的寄存器。

7)文件寄存器(D)

(1)文件寄存器是數(shù)據(jù)寄存器的一部分，為了方便使用，D1000以后數(shù)據(jù)寄存器是普通的保持寄存器，通過參數(shù)設定作為最大數(shù)為7000點的文件寄存器使用。

(2)通過參數(shù)設定，可指定1～14個塊，每個塊有500個文件寄存器。將D1000以后的一部分設定為文件寄存器時，其余的作為通用保持寄存器使用。

8)狀態(tài)繼電器(S)

狀態(tài)繼電器主要用于編寫順序控制程序，一般與步進

控制指令配合使用。常用的狀態(tài)繼電器為S0～S9。歸零狀態(tài)繼電器為S10～S19，供返回起始點使用。通用狀態(tài)繼電器為S20～S499，這類繼電器不具有斷電保護功能。斷電保持狀態(tài)繼電器為S500～S899，斷電時帶鋰電池的RAM或EEPROM保持功能。報警用繼電器為S900～S999，使用ANS或ANR指令時具有故障輸出功能。變量存儲區(qū)存儲具有較大容量的變量寄存器，用于存儲程序執(zhí)行過程中控制邏輯的中間結果，或用來保存與工序或任務相關的其他數(shù)據(jù)。

3.三菱FX2N系列PLC系統(tǒng)組成

FX2N系列PLC控制器硬件系統(tǒng)由四部分組成：CPU

模塊、擴展模塊、PC/PPI電纜和計算機。其系統(tǒng)連接如圖

1-3-1所示。計算機與PLC之間通過RS-232/RS-485通信電纜連接，將通信電纜RS-232的一端連接到計算機上，另外一端連接到PLC的編程口上。圖1-3-1三菱FX2N系列PLC系統(tǒng)連接圖

4.三菱編程軟件的安裝

(1)打開安裝包中的EnvMEL文件夾，運行SETUP.EXE文件，進入安裝界面。在彈出界面中單擊“下一個”按鈕，如圖1-3-2所示，直至完成安裝。圖1-3-2EnvMEL安裝界面

(2)在安裝包根目錄下運行SETUP.EXE文件，彈出如圖1-3-3所示的界面。圖1-3-3EnvMEL安裝選擇界面

(3)單擊“確定”按鈕，在彈出的窗口中單擊“下一步”按鈕，彈出如圖1-3-4所示的界面。圖1-3-4EnvMEL安裝注冊信息界面

(4)單擊“是”按鈕，彈出如圖1-3-5所示的界面。

(5)單擊“下一個”按鈕，直至安裝結束。圖1-3-5EnvMEL安裝產品序列號界面

5.編程軟件的使用

(1)打開GXDeveloper三菱PLC編程軟件，如圖1-3-6

所示。圖1-3-6GXDeveloper三菱PLC編程界面

(2)選擇“工程”→“創(chuàng)建新工程”菜單項，彈出如圖1-3-7所示的界面。圖1-3-7創(chuàng)建GXDeveloper新工程

(3)單擊“瀏覽”按鈕，彈出如圖1-3-8所示的界面。圖1-3-8創(chuàng)建GXDeveloper新工程選擇界面

(4)單擊“是”按鈕，彈出如圖1-3-9所示的界面。圖1-3-9選擇工程路徑及工程名

(5)輸入工程名和工程保存路徑，選擇新建文件，進入程序編輯界面，如圖1-3-10所示。圖1-3-10GXDeveloper程序編輯窗口

(6)如圖1-3-11所示，改變程序類型。圖1-3-11改變GXDeveloper程序類型

(7)選中“改變程序類型”項，彈出如圖1-3-12所示的界面。圖1-3-12選擇GXDeveloper程序類型

(8)選擇“梯形圖”，單擊“確定”按鈕。

(9)單擊工具欄中的元件，如選擇常開觸點，彈出如圖1-3-13所示的界面。圖1-3-13選擇常開觸點

(10)程序編輯結束后，對程序進行編譯，如圖1-3-14

所示。圖1-3-14程序編譯

6.工程的下載

(1)選擇“工程”→“打開工程”菜單項，如圖1-3-15所示。圖1-3-15打開GXDeveloper工程

(2)在彈出的窗口中選擇要下載的工程，如圖1-3-16所示。圖1-3-16選擇要下載的GXDeveloper工程

(3)單擊“打開”按鈕，彈出如圖1-3-17所示的界面。圖1-3-17打開要下載的GXDeveloper工程

(4)選擇“在線”→“PLC寫入”菜單項，如圖1-3-18所示。圖1-3-18進入下載工程選項

(5)彈出的窗口如圖1-3-19所示。圖1-3-19下載工程選項

(6)選擇“程序”中的MAIN項，單擊“執(zhí)行”按鈕，彈出如圖1-3-20所示的界面。

圖1-3-20執(zhí)行下載工程

(7)單擊“是”按鈕，彈出如圖1-3-21所示的界面。

圖1-3-21遠程PLC操作選項

(8)單擊“是”按鈕，彈出如圖1-3-22所示的界面。

圖1-3-22下載工程進度(9)寫入完畢，彈出如圖1-3-23所示的界面。

圖1-3-23下載工程完畢選項

(10)單擊“是”按鈕，PLC進入運行狀態(tài)。

7.工程調試

1)硬件調試

硬件調試主要測試PLC控制系統(tǒng)的接線是否正確，PLC控制器及其模塊是否正常工作。當整個系統(tǒng)接線完畢后，調試人員要根據(jù)接線圖仔細檢查，看是否出現(xiàn)了接線錯誤，特別是電源，要警惕電源線短路的情況。如果電源線短路，則會燒壞系統(tǒng)元器件，甚至燒壞PLC。如果接線正確，則打開電源，查看PLC系統(tǒng)的運行情況，一般情況下報錯指示燈亮，表明系統(tǒng)有錯誤，要確定是硬件錯誤還是軟件錯誤，分別排除。

2)?PLC程序調試

(1)程序的模擬調試。將設計好的程序寫入PLC后，先逐條仔細檢查，并改正寫入時出現(xiàn)的語法錯誤。用戶程序一般先在實驗室模擬調試，實際的輸入信號用開關和按鈕來模擬，各輸出量的通斷狀態(tài)用PLC上的發(fā)光二極管來顯示。

(2)現(xiàn)場調試。模擬調試結束后，將PLC安裝在控制現(xiàn)場進行聯(lián)機總調試，在調試過程中將暴露出系統(tǒng)中可能存在的傳感器、執(zhí)行器等方面的問題，應對出現(xiàn)的問題及時解決。如果調試達不到指標要求，則對相應硬件和軟件部分作相應的調整，通常只需要修改程序就可能解決問題。五、實操考核

項目考核采用步進式考核方式，考核內容見表1-3-8。

六、注意事項

(1)用三菱編程軟件設計PLC程序時注意程序的輸入

方法。

(2)安裝三菱編程軟件時注意安裝路徑。

(3)給PLC下載程序時，要將PLC置于STOP狀態(tài)。七、系統(tǒng)調試

(1)三菱編程軟件GXDeveloper的安裝調試。安裝三菱編程軟件GXDeveloper后，運行GXDeveloper軟件，看是否能進入正常的編程界面。

(2)?PLC程序的下載調試。程序下載后，將PLC置于運行狀態(tài)，觀察PLC能否實現(xiàn)正常的控制功能。八、思考題

(1)用GXDeveloper編程軟件下載程序時，數(shù)據(jù)傳輸采用串行傳輸還是并行傳輸？

(2)如果PLC程序有錯誤，程序能正常下載嗎？

(3)為什么程序在下載之前要進行變換？項目四西門子S7-300PLC簡介

一、學習目標

1.知識目標

(1)掌握西門子S7-300PLC的工作原理。

(2)掌握模擬量輸入模塊/輸出模塊的特性。

(3)掌握PID模塊的原理及相關知識。

(4)掌握西門子S7-300PLC編程語言及技巧。

(5)掌握西門子S7-300PLC系統(tǒng)的硬件接線。

(6)掌握西門子S7-300PLC系統(tǒng)的設備連接方法。

(7)掌握S7-300PLC編程軟件的安裝方法。

(8)掌握S7-300PLC編程軟件的使用技能。

2.能力目標

(1)初步具備西門子S7-300PLC系統(tǒng)的設計能力。

(2)增強獨立分析、綜合開發(fā)研究、解決具體問題的

能力。

(3)初步具備西門子S7-300PLC系統(tǒng)的應用能力。

(4)初步具備對西門子S7-300PLC系統(tǒng)中PID模塊的應用能力。

(5)初步具備西門子S7-300PLC系統(tǒng)的調試能力。二、要求學生必備的知識與技能

1.必備知識

(1)計算機控制基本知識。

(2)計算機直接數(shù)字控制系統(tǒng)基本知識。

(3)西門子S7-300PLC系統(tǒng)基本知識。

(4)西門子S7-300PLC指令系統(tǒng)基本知識。

(5)?I/O信號處理基本知識。

(6)檢測儀表及調節(jié)儀表的基本知識。

(7)?PID控制原理。

(8)?PLC梯形圖和語句表編程的基本知識。

2.必備技能

(1)熟練的計算機操作技能。

(2)簡單過程控制系統(tǒng)的分析能力。

(3)?S7-300PLC系統(tǒng)的搭建能力。

(4)?S7-300PLCPID模塊的應用能力。

(5)儀表信號類型的辨識能力。

(6)?S7-300PLC簡單程序的編程技能。三、理實一體化教學任務

理實一體化教學任務見表1-4-1。四、理實一體化教學步驟

1.西門子S7-300PLC基本知識

1)西門子S7-300PLC的組成

西門子S7-300系列PLC是模塊化結構，可進行模塊組合和擴展。其系統(tǒng)構成如圖1-4-1所示，主要由電源模塊(PS)、中央處理單元模塊(CPU)、接口模塊(IM)、信號模塊(SM)、功能模塊(FM)等部分組成。它通過MPI網(wǎng)絡接口直接與編程器(PG)、操作員面板(OP)和其他PLC相連。圖1-4-1S7-300系列PLC系統(tǒng)構成框圖

2)?S7-300的擴展能力

S7-300是模塊化的組合結構，根據(jù)應用對象的不同，可選用不同型號和不同數(shù)量的模塊，并可以將這些模塊安裝在同一機架(導軌)或多個機架上。與CPU312IFM和CPU313配套的模塊只能安裝在一個機架上。

S7-300的CPU模塊(簡稱CPU)都有一個編程用的RS-485接口，有的有PROFIBUS-DP接口或MPI串行通信接口，可以建立一個MPI(多點接口)網(wǎng)絡或DP網(wǎng)絡。

CPU314/315/315-2DP最多可擴展4個機架，IM360/

IM361接口模塊將S7-300背板總線從一個機架連接到下一個機架，如圖1-4-2所示。圖1-4-2S7-300機架和槽位圖

3)?S7-300模塊地址的確定

根據(jù)機架上模塊的類型，地址可以為輸入(I)或輸出(O)。數(shù)字I/O模塊每個槽劃分為4B(等于32個I/O點)。模擬I/O模塊每個槽劃分為16B(8個模擬量通道)，每個模擬量輸入通道或輸出通道的地址總是一個字地址。表1-4-2為S7-300信號模塊的起始地址。

0機架的第一個信號模塊槽(4號槽)的地址為0.0～3.7，一個16點的輸入模塊只占用地址0.0～1.7，地址2.0～3.7未用。數(shù)字量模塊中的輸入點和輸出點的地址由字節(jié)部分和位部分組成。例如：

2.?S7-300PLC存儲區(qū)

S7-300PLC存儲區(qū)示意圖如圖1-4-3所示。

(1)系統(tǒng)存儲區(qū)：RAM類型，用于存放操作數(shù)據(jù)(I/O、位存儲、定時器、計數(shù)器等)。

(2)工作存儲區(qū)：物理上占用CPU模塊中的部分RAM，其存儲內容是CPU運行時所執(zhí)行的用戶程序單元(邏輯塊和數(shù)據(jù)塊)的復制件。

(3)裝載存儲區(qū)：物理上是CPU模塊中的部分RAM，加上內置的EEPROM或選用的可拆卸FEPROM卡，用于存放用戶程序。

CPU程序所能訪問的存儲區(qū)為系統(tǒng)存儲區(qū)的全部、工作存儲區(qū)中的數(shù)據(jù)塊(DB)和臨時本地數(shù)據(jù)存儲區(qū)以及外設I/O存儲區(qū)(P)等，其功能見表1-4-3。圖1-4-3S7-300PLC存儲區(qū)示意圖

3.?S7-300系列PLC模塊性能簡介

1)?CPU模塊概述

表1-4-4中列出了目前工業(yè)中應用較多的幾種中央處理單元(CPU)的主要特性，包括存儲器容量、指令執(zhí)行時間、最大I/O點數(shù)、各類編程元件(位存儲器、計數(shù)器、定時器、可調用塊)數(shù)量等。

CPU315程序存儲器容量大，I/O配置規(guī)模大。CPU315/

CPU315-2DP具有48KB/64KB的程序存儲器容量，內置80/96KB的裝載存儲器(RAM)，可用存儲卡擴充裝載存儲器，最大容量為512KB，指令執(zhí)行速度為300ns/二進制指令，最大可擴展1024/2048點數(shù)字量或128/256個模擬量通道。

CPU312和CPU313相對低端，內部系統(tǒng)時鐘為軟件時鐘，主要依靠CPU內部周期性的定時器中斷(TimerInterrupt)來構建時鐘系統(tǒng)。如果系統(tǒng)運行了太多的進程，它就需要較長的時間來執(zhí)行定時器中斷程序，并且軟件時鐘會漏掉一些中斷，而且軟件時鐘不配置后備電池不能長久保持，因此軟件時鐘不總是精確的。

CPU模塊的方式選擇和狀態(tài)指示：S7-300系列的CPU312IFM/313/314/314IFM/315/315-2DP/316-2DP/318-2DP模塊的方式選擇開關都一樣，有以下四種工作方式，

通過可卸的專用鑰匙來控制選擇。圖1-4-4為CPU模塊面板布置示意圖。圖1-4-4CPU模塊面板布置示意圖

(1)?RUN-P：可編程運行方式。CPU掃描用戶程序，既可以用編程裝置從CPU中讀出，也可以由編程裝置裝入CPU中。用編程裝置可監(jiān)控程序的運行。在此位置鑰匙不能拔出。

(2)?RUN：運行方式。CPU掃描用戶程序，可以用編程裝置讀出并監(jiān)控PLCCPU中的程序，但不能改變裝載存儲器中的程序。在此位置可以拔出鑰匙，以防止程序在正常運行時被改變操作方式。

(3)?STOP：停止方式。CPU不掃描用戶程序，可以通過編程裝置從CPU中讀出，也可以下載程序到CPU。在此位置可以拔出鑰匙。

(4)?MRES：該位置瞬間接通，用以清除CPU的存儲器。

2)數(shù)字量模塊

(1)數(shù)字量輸入模塊SM321。數(shù)字量輸入模塊將現(xiàn)場過程單元送來的數(shù)字信號電平轉換成S7-300內部信號電平。數(shù)字量輸入模塊有直流輸入方式和交流輸入方式。輸入信號進入模塊后，一般都經過光電隔離和濾波，然后才送至輸入緩沖器等待CPU采樣。采樣時，信號經過背板總線進入到輸入映像區(qū)。數(shù)字量輸入模塊SM321有四種型號的模塊可供選擇，即直流16點輸入模塊、直流32點輸入模塊、交流16點輸入模塊、交流8點輸入模塊。圖1-4-5(a)、(b)所示為直流32點輸入和交流16點輸入對應的端子連接及電氣原理圖。圖1-4-5數(shù)字量輸入模塊SM321端子連接及電氣原理圖(1)圖1-4-5數(shù)字量輸入模塊SM321端子連接及電氣原理圖(２)

(2)數(shù)字量輸出模塊SM322。數(shù)字量輸出模塊SM322將S7-300內部信號電平轉換成過程單元所要求的外部信號電平，可直接用于驅動電磁閥、接觸器、小型電動機、燈和電動機等。從響應速度上看，晶體管響應最快，繼電器響應最慢；從安全隔離效果及應用靈活性角度來看，以繼電器觸點輸出型最佳。表1-4-5給出了數(shù)字量輸出模塊SM322的技術特性。

(3)數(shù)字量I/O模塊SM323。SM323模塊有兩種類型，一種帶有8個共地輸入端和8個共地輸出端，另一種帶有16個共地輸入端和16個共地輸出端，兩種類型的特性相同。I/O額定負載電壓為24VDC，輸入電壓“1”信號電平為11V～30V，“0”信號電平為－3V～+5V，I/O通過光耦與背板總線隔離。在額定輸入電壓下，輸入延遲為1.2ms～4.8ms。輸出具有電子短路保護功能。

3)模擬量模塊

S7-300的CPU用16位的二進制補碼表示模擬量值，其中最高位為符號位S；“0”表示正值，“1”表示負值；被測值的精度可以調整，取決于模擬量模塊的性能和它的設定參數(shù)；對于精度小于15位的模擬量值，低字節(jié)中冪項低的位不用。

S7-300模擬量輸入模塊可以直接輸入電壓、電流、電阻、熱電偶等信號，模擬量輸出模塊可以輸出0～10V、1V～5V、－10V～10V、0～20mA、4mA～20mA，－20mA～20mA等模擬信號。

(1)模擬量輸入模塊SM331。模擬量輸入(簡稱模入

(AI))模塊SM331目前有三種規(guī)格型號，即8AI×12位模塊、2AI×12位模塊和8AI×16位模塊。

SM331主要由A/D轉換部件、模擬切換開關、補償電路、恒流源、光電隔離部件、邏輯電路等組成。

A/D轉換部件是模塊的核心，其轉換原理采用積分方法，被測模擬量的精度是所設定的積分時間的正函數(shù)，也即積分時間越長，被測值的精度越高。SM331可選四擋積分時間，即2.5ms、16.7ms、20ms和100ms，相對應的以位表示的精度為8、12、12和14。輸入模塊SM331與電壓型傳感器的連接如圖1-4-6所示。圖1-4-6輸入模塊SM331與電壓型傳感器的連接輸入模塊SM331與2線電流變送器的連接如圖1-4-7所示，與4線電流變送器的連接如圖1-4-8所示。4線電流變送器應有單獨的電源。圖1-4-7輸入模塊SM331與2線電流變送器的連接圖1-4-8輸入模塊SM331與4線電流變送器的連接熱電阻(如Pt100)與輸入模塊的4線連接回路示意圖如圖1-4-9所示。通過端IC+和IC－將恒定電流送到電阻型溫度計或電阻，通過M+

和M－端子測得在電阻型溫度計或電阻上產生的電壓，4線回路可以獲得很高的測量精度。如果接成2線或3線回路，則必須在M+和IC+之間以及在M－和IC－?之間插入跨接線，不過這將降低測量結果的精度。圖1-4-9熱電阻(如Pt100)與輸入模塊的4線連接回路示意圖

(2)模擬量輸出模塊SM332。模擬量輸出(簡稱模出

(AO))模塊SM332目前有三種規(guī)格型號，即4AO×12位模塊、2AO×12位模塊和4AO×16位模塊，分別為4通道的12位模擬量輸出模塊、2通道的12位模擬量輸出模塊和4通道的16位模擬量輸出模塊。

SM332與負載/執(zhí)行裝置的連接：SM332可以輸出電壓，也可以輸出電流。在輸出電壓時，可以采用2線回路和4線回路兩種方式與負載相連。采用4線回路能獲得比較高的輸出精度，如圖1-4-10所示。圖1-4-10SM332模擬輸出模塊電壓的4線連接回路示意圖

(3)模擬量I/O模塊SM334。模擬量I/O模塊SM334有兩種規(guī)格，一種是有4模入/2模出的模擬量模塊，其輸入、輸出精度為8位；另一種也是有4模入/2模出的模擬量模塊，其輸入、輸出精度為12位。SM334模塊輸入測量范圍為0～10