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2021/1/4,1,热烈欢迎,参加PLC技术培训班的全体学员,北京精诚智合教学科技有限公司,2021/1/4,2,第1讲－可编程控制器的基本原理第2讲－STEP7编程软件第3讲－PLC指令系统介绍上机练习第4讲－IEC61131-3编程语言标准第5讲－现场总线上机练习第6讲－WinCC组态软件,培训计划,2021/1/4,3,技术培训班（第1讲）PLC概况和基本原理,陈忠华教授E-mailchenzhoa-,2021/1/4,4,SIEMENS公司S7PLC标准工具软件STEP7介绍,2021/1/4,5,S7PLC的STEP7编程软件介绍,这一讲通过以西门子公司的STEP7编程语言为例，来介绍实际PLC应用的编程语言，在第4讲中将介绍PLC编程语言的国际标准，即IEC61131-3标准。STEP7编程软件是用来对西门子公司的系列PLC产品，包括S7300系列、S7400系列、M7系列以及基于PC的PLC等产品，进行编程、调试、监视的软件。为了组态PLC硬件配置或开始编写S7用户程序，首先必须在PC计算机中安装STEP7软件如果使用的是编程器，则STEP7软件已经预装在编程器内。在STEP7CD光盘的Readme.wri文件中，有关于安装STEP7对PC计算机的软件和硬件配置要求。将STEP7的CD光盘插入PC机的光驱中，安装程序能自动执行，按照屏幕上的提示操作，可一步一步完成STEP7软件的安装。完成STEP7的安装后，要重新启动计算机，在PC的Windows桌面上会出现一个SIMATICManager的小图标。,2021/1/4,6,,应用STEP7软件，能在一个“项目”project内建立起S7用户程序。可编程序控制器是由电源模板、CPU以及输入/输出模板I/O模板组成。可编程逻辑控制器PLC通过S7程序，监视和控制被控对象。在S7程序内通过地址，对I/O模板进行寻址。图3.1所示为PLC控制被控对象的过程，图3.2所示为STEP-7软件的应用过程。,S7PLC和STEP7编程软件应用示意图,2021/1/4,7,S7PLC和STEP7编程软件应用示意图,2021/1/4,8,,,应用STEP7的基本步骤,2021/1/4,9,有两个选择项，如果要解决的自动化任务比较复杂，编写的程序量比较大，涉及的输入、输出点数多，建议采用选择项1，即先对PLC的硬件进行组态，然后编写用户程序，这样做的优点是通过STEP7对所有输入、输出点的绝对地址先进行了定义和分配，在以后的程序编写过程中就不会混淆，另外，在组态过程中还可以改变模板的参数和属性，例如，对模拟量输入模板，在组态过程中，可以确定它是电压输入信号（0-10V，＋/-10V）还是电流输入信号（4-20mA），对一个多CPU项目，在组态过程中，可以确定各个CPU的MPI地址。对于比较简单的项目，涉及的输入、输出点数不多，也可以采用选择项2的步骤。,应用STEP7软件于PLC实现自动化任务的过程,2021/1/4,10,启动STEP7时将激活SIMATICmanagerSIMATIC管理器的中央窗口。一般默认设置是启动STEP7WizardSTEP7向导，在“向导”帮助下建立一个STEP7项目，STEP7项目的结构按一定的次序安排数据和程序并被保存。项目内的数据是以对象的形式按分层结构保存。SIMATIC站和CPU包含硬件的组态和参数数据。S7程序是由所有的方块组成，这些方块包含控制对象的程序。下面介绍SIMATIC管理器的项目结构。,启动SIMATIC管理器SIMATICManager,2021/1/4,11,STEP7编程语言的主窗口界面,打开“项目”窗口，左边页面显示项目结构,右边页面显示左边页面所选文件夹中的对象和其他文件夹图所示。,2021/1/4,12,SIMATIC管理器窗口的菜单项,打开SIMATIC管理器的窗口能见到以下菜单项File打开、组织和打印“项目”project。Edit复制、粘贴、删除、全选、对象属性等。Insert插入程序单元。PLC下载程序和监视硬件。View选择“在线/离线”和编程语言。Options用户定义。Window设置窗口显示。Help帮助信息。,2021/1/4,13,建立一个项目和SIMATIC站后，就可以对PLC进行硬件组态了。下面介绍S7PLC中央机架模板的组态过程。打开“项目”中的“站”，在窗口的右边页面出现“硬件”图标和所建项目中选择的CPU图标，如下面的图所示。双击“硬件”图标,“硬件”组态窗口自动打开，在组态窗口的右边面会显示硬件组态单元库目录菜单。,应用STEP7对PLC进行硬件组态,2021/1/4,14,选择目录菜单中的某一项，例如SIMATIC300，在其下拉菜单中再选择RACK-300，双击RACK-300下面的图标，这时在窗口左边页面上就会出现0UL机架带槽位的rack表。为了在0UL的1号槽位上放置PS307电源模板，导航目录菜单，找到PS3075A6ES7307-1EA00-0AA0，用鼠标拖至0UL机架的1号槽位上。为了在0UL的2号槽位上放置CPU模板，导航目录菜单，打开CPU-300项，在其下拉菜单中找到CPU314C-2DP6ES7314-6CF01-0AB0，用鼠标将其拖至0UL机架上的2号槽位，由于CPU314C-2DP占用2个槽位，从第4个槽位开始，可以组态配置其他的I/O模板。,应用STEP7对PLC进行硬件组态,2021/1/4,15,用同样的方法，在4号槽位上配置了32点的直流输入模板（6ES7312-1BL00-0AA0），在5号槽位上配置了32点的直流输出模板（6ES7322-1BLL00-0AA0）。下面的图表示了用上面的方法组态完成后的STEP7硬件组态界面，从图上还能看到所选模板的订货号，I/O模板组态定义的绝对地址以及分配给CPU模板的MPI地址。以上完成了硬件中央机架的模板组态。,应用STEP7对PLC进行硬件组态,2021/1/4,16,STEP7主窗口右边页面上的硬件组态图标,2021/1/4,17,STEP7硬件组态界面,2021/1/4,18,S7PLC分布式I/O模板的组态,,2021/1/4,19,S7PLC分布式I/O模板的组态,在常用配置的自动化系统中，中央可编程控制器的I/O模板与传感器、执行机构之间需要大量的连接电缆，这不仅增加了安装的工作量，也增加了安装费用和发生故障的机率。应用分布式I/O，将I/O模板就近放置于传感器和执行机构附近，在可编程控制器和I/O模板及现场器件之间用现场总线Profibus-DP连接，就可克服中央I/O模板的上述缺点。,2021/1/4,20,S7PLC分布式I/O模板的组态,分布式I/O模板的硬件组态与中央机架模板的硬件组态类似，从导航窗口右边页面的目录菜单，选择分布式I/O模板单元，对它们进行硬件组态和属性定义。下图表示了S7PLC的分布式I/O结构举例和通过Profibus-DP网络进行连接。下面用图解说明，怎样建立一个新的项目来组态分布式I/O系统。,2021/1/4,21,建立一个新的项目来组态分布式I/O系统,2021/1/4,22,建立一个新的项目来组态分布式I/O系统,2021/1/4,23,组态建立一个站,2021/1/4,24,组态建立一个站,,,2021/1/4,25,组态DP主站和分布式I/O,上面用图解说明怎样组态一个可以配置分布式I/O的站，到目前为止，所描述的步骤和中央机架的组态步骤是类似的，得到的组态界面也类似。下面一些图的画面进一步说明，怎样将分布式I/O单元，组态到上述已经建立起来的站中，并设置或修改他们的属性参数。,2021/1/4,26,组态DP主站和分布式I/O,,2021/1/4,27,组态DP主站和分布式I/O,2021/1/4,28,组态分布式I/OET200M,2021/1/4,29,组态分布式I/OET200M,2021/1/4,30,组态分布式I/OET200M,前面用图解方法，说明怎样在主站上组态一个分布式I/O的从站，这种从站是模块化结构的，从站是由Profibus-DP通信模板IM153-2和若干块标准的I/O模板例如，图上的DI32xDC24V组成。,2021/1/4,31,在组态过程中改变节点和I/O的地址,2021/1/4,32,在组态过程中改变节点和I/O的地址,2021/1/4,33,在组态过程中改变节点和I/O的地址,如果用户有需要改变已经组态完成的I/O模板的地址，上面的图解说明了这一改变的过程和步骤。,2021/1/4,34,应用符号地址编程,在对PLC进行硬件组态时，事先定义其输入和输出的绝对地址。因为，这些地址是直接指定，亦即绝对地址。也可以选择用任意符号名来替代绝对地址。为了应用符号地址进行编程，需要建立一个符号表，对在以后的程序中将要用到的所有绝对地址，在符号表中给他们每一个分配一个符号名，同时定义它们的数据类型。例如，对于输入I1.2，其符号名为PE_Failure，表示汽油发动机有故障。这一符号名，适用于整个程序，因此，称为全局变量。使用符号地址进行编程，使得所编的S7程序，可读性强。,2021/1/4,35,PLC及其输入/输出的绝对地址,2021/1/4,36,建立编程用的符号地址表,2021/1/4,37,建立编程用的符号地址表,2021/1/4,38,在STEP7程序中建立符号地址表举例,,2021/1/4,39,在STEP7程序中建立符号地址表举例,在完成对PLC进行硬件组态之后，开始编写用户程序之前，需要做的一件工作是建立编程用的符号地址表。前面用图解的方式，说明建立符号地址表的步骤，上图是为项目GettingStarted所编写的符号地址表。一般而言，每一个S7程序只建立一个符号地址表，这与在编程中使用哪一种编程语言进行编程无关系。所有可以打印的字母（例如特殊字母、空格），在符号表中都允许使用。在符号表中会自动加入的数据类型，取决于由CPU所处理的信号类型。下表给出在STEP7中使用的各种数据类型。,2021/1/4,40,在S7程序中使用的数据类型,2021/1/4,41,在组织方块OB1中建立程序,根据所选择使用的编程语言，右面分别介绍用梯形图（LAD）、语句表（STL）和功能块图（FBD）来编写OB1程序。,2021/1/4,42,在组织方块OB1中建立程序,在STEP7中，OB1是由CPU执行的主循环程序，CPU一行一行地读并且执行程序命令，当CPU返回到第一程序行时，它就精确地完成了一个循环周期。此过程所需要的时间就是扫描周期时间。在用STEP7建立S7程序时，可以选择3种标准编程语言中的一种，即梯形图逻辑语言LAD、语句表STL或者功能块图FBD。,2021/1/4,43,在组织方块OB1中建立程序,梯形图逻辑LAD适合于熟悉继电器逻辑的电气工程师，语句表STL适合于熟悉计算机编程语言的工程师，功能块图FBD对习惯于使用逻辑图设计的工程师更为合适。前面的图是分别使用这3种编程语言的示例。为了打开OB1方块，在工具条上单击打开图标，在出现的对话框中选择项目GettingStarted，单击OK确认。为了选择用某一种编程语言来对OB1进行编程，单击打开对话框中的Browse按钮，在出现的路径菜单（SIEMENSSTEP7EXAMPLES）中，选择打开以下的项目样板,2021/1/4,44,在组织方块OB1中建立程序,Zen01_01_STEP7_STL_1-9，Zen01_03_STEP7_FBD_1-9或者Zen01_05_STEP7_LAD_1-9在图3.16的中间部分，显示了这3个样板项目。对选中的样板，例如Zen01_05_STEP7_LAD_1-9，采用导航的方法，一直到出现符号表Symbols，用“拖拉”的方法，将符号表复制到项目GettingStarted的S7程序文件夹中，然后关闭项目Zen01_05_STEP7_LAD_1-9的窗口。用“拖拉”方法是指，用鼠标选中目标并按住鼠标左键，拖动目标到所选择的位置，释放鼠标左键，完成复制。,2021/1/4,45,,选择打开以下的项目样板,,2021/1/4,46,,复制符号地址表和打开OB1程序组织方块,,,2021/1/4,47,S7程序的编程窗口（以梯形图逻辑的编程为例）,在GettingStarted项目的右边窗口，双击OB1，从而打开了用LDA（或STL/FBD）来编写OB1程序的编程窗口。图3.17表示这一窗口的各个部分。,2021/1/4,48,用梯形图逻辑编写一个串联电路程序示例,2021/1/4,49,用梯形图逻辑编写一个串联电路程序示例,2021/1/4,50,用梯形图逻辑编写一个串联电路程序示例,2021/1/4,51,用梯形图逻辑编写一个并联电路程序示例,2021/1/4,52,用梯形图逻辑编写一个并联电路程序示例,2021/1/4,53,用梯形图逻辑编写SR单元（存储置位、复位）程序示例,前面用图解的方法示例说明，怎样用梯形图逻辑语言来编写一个串联电路和并联电路的程序。右图进一步说明怎样编写一个存储置位、复位电路。,2021/1/4,54,用梯形图逻辑编写SR单元（存储置位、复位）程序示例,,2021/1/4,55,梯形图逻辑编程中的绝对地址和符号地址,,前面分别表示用梯形图逻辑编程语言LAD编写的串联电路、并联电路和SR触发器的程序网络段。下面将用语句表语言STL和功能块图语言FBD来编写同样的电路程序。,2021/1/4,56,用语句表语言完成“与”（AND）指令语句程序示例,,2021/1/4,57,用语句表语言完成“与”（AND）指令语句程序示例,,2021/1/4,58,用语句表语言编写“或”指令和“存储置位/复位”指令程序示例,,2021/1/4,59,用语句表语言编写“或”指令和“存储置位/复位”指令程序示例,,2021/1/4,60,用语句表语言编写“或”指令和“存储置位/复位”指令程序示例,,在用语句表语言编程的过程中，如果出现红色符号，这表明在已经建立的符号表中没有该符号，或者存在语法错误。在编程过程中，也可以直接从符号表中插入符号名。单击.符号，然后单击菜单命令Insert→Symbol，通过下拉表的滚动条，找到相应的符号名，选择这一符号名，即可自动地替代.地址。在前面的图中，网络段1的说明是当两个输入点“Key_1”和“Key_2”都激活时（即，都是信号状态“1”＝24V），则“Green_Light”激活。亦即，为了使“绿灯”接通，必须两个输入同时为“1“状态。,2021/1/4,61,用语句表语言编写“或”指令和“存储置位/复位”指令程序示例,,网络段2的说明是当两个输入点“Key_3”和“Key_4”中有一个激活时（即，有一个是信号状态“1”＝24V），则输出“Red_Light”激活。亦即，为了使“红灯”接通，只须两个输入中有一个为“1“状态。网络段3的说明是当输入“Automatic_On”激活时，由于S指令的作用，输出“Automatic_Mode”被激活，且一直保持激活状态，即使输入“Automatic_On”又变成非激活状态，对输出也没有影响。,2021/1/4,62,用语句表语言编写“或”指令和“存储置位/复位”指令程序示例,当输入“Manual_On”激活时，R指令起作用，输出“Automatic_Mode”复位到非激活状态，且一直保持非激活状态，即使输入“Manual_On”又变成非激活状态，对输出也没有影响。输出的状态是由S（Set）和R（Reset）操作来决定的。如果两个输入同时被激活，则首先是置位功能，随后是复位功能被处理，由于主程序（OB1）是顺序执行，因此一个OB1周期结束时的结果使输出处于复位状态，在这种情况下，称复位优先。,2021/1/4,63,在用语句表编程中的绝对地址和符号地址,,2021/1/4,64,PLC的用功能块图编写“与”（AND）逻辑功能程序示例工作原理,,2021/1/4,65,用功能块图编写“与”（AND）逻辑功能程序示例,,2021/1/4,66,用功能块图编写“或”OR）逻辑功能程序示例,,2021/1/4,67,用功能块图编写SR功能（存储置位/位）程序示例,,2021/1/4,68,功能块图编程中的绝对地址和符号地址,,2021/1/4,69,用功能块和数据块建立一个程序,,在程序结构中功能块（FB）在组织块的下面，它包含一部分程序，能够被OB1调用很多次，所有功能块的形式参数和静态数据保存在一个分开的数据块（DB）中，这一数据块专门分配给功能块，称为背景数据块。,2021/1/4,70,建立一个开放的功能块（FB）,,2021/1/4,71,建立一个开放的功能块（FB）,,2021/1/4,72,建立一个开放的功能块（FB）,,上图用图解说明怎样在LAD/STL/FBD窗口中，建立一个功能块程序（FB1，符号名为Engine，参看前面的符号地址表），在这里选择与编程OB1相同的编程语言LAD。单击Help→Contents之后，在ProgrammingBlocks和CreatingBlockandLibraries（“编程方块”和“建立方块和库”）项下，能找到更多的信息。,2021/1/4,73,在功能块编程中建立变量登记表,,在编写功能块之前，首先要建立变量登记表，下图用图解说明变量登记表的建立和相关的属性。,2021/1/4,74,在功能块编程中建立变量登记表,2021/1/4,75,编程用于发动机（engine）启动/停止的功能块FB1,,2021/1/4,76,编程用于发动机（engine）启动/停止的功能块FB1,,2021/1/4,77,编程用于发动机（engine）启动/停止的功能块FB1,,上图用图解介绍怎样来编写一个功能块，例如要用两个不同的背景数据块，通过一个功能块，控制和监视“汽油引擎”和“柴油引擎”。所有的“引擎指标”信号，将作为参数块从组织方块传送到功能块，为此必须将输入和输出参数列在“变量登记表”（Variabledeclarationtable）内登记“输入和输出”。在前面的章节中已经介绍了如何编写一个串联电路、并联电路和一个存储功能的程序，这些在编程功能块时都很有用。,2021/1/4,78,在FB1功能块中插入一段速度监视网络段,,2021/1/4,79,在FB1功能块中插入一段速度监视网络段,,下面对功能块FB1作一些说明。1.“发动机”（engine）何时将“启动”或“停止”当变量＃Switch_On具有1状态，同时变量Automatic_Mode具有0状态，“发动机”将启动。如果“发动机”采用自动方式，Automatic_Mode＝1,则这一功能是不允许的。当变量＃Switch_Off具有1状态或者当变量＃Fault具有0状态，“发动机”将停止（故障＃Fault是0激活信号，在正常时＃Fault的状态为1，在发生故障时＃Fault的状态为0）。,2021/1/4,80,在FB1功能块中插入一段速度监视网络段,2.怎样用比较器来监视“发动机”的速度比较器将变量Actual_Speed（实际速度）和变量＃Setpoint_Speed（设定点速度）进行比较，而且将结果分配给变量＃Setpoint_Speed_Reached（达到设定点速度），在大于、等于时，＃Setpoint_Speed_Reached的状态变为1。,2021/1/4,81,在FB1功能块中插入一段速度监视网络段,单击Help→Contents之后，在ProgrammingBlocks和CreatingLogicBlock（“编程方块”和“建立逻辑方块”）和EditingtheVariableDeclaration和EditingLADInstruction（“编辑变量登记表”和“编辑梯形图指令”）项下，能找到更多的信息。上面已经编写了功能块FB1engine，并在变量登记表中特别定义了与engine相关的参数。为了以后在OB1组织方块中能够调用功能块，必须生成相应的数据块，称为背景数据块，分配给功能块。,2021/1/4,82,生成功能块（FB）的背景数据块及使用实际参数替代形式参数改变实际值,下面通过控制和监视汽油发动机或柴油发动机来举例说明，由于这两种发动机的设定速度不同，因此分别把它们存储在不同的背景数据块中，其具体的值（Setpoint_Speed）是不同的，而控制和监视这两种发动机的功能块相同，类似地，不同的其他参数，分别存放在不同的背景数据块中。由于对功能块只需集中编写一次，这样就减少了所涉及的编程工作量。下面说明怎样在一个项目下建立属于功能块（FB）的背景数据块（InstanceDB）。,2021/1/4,83,生成功能块（FB）的背景数据块及使用实际参数替代形式参数改变实际值,打开SIMATIC管理器中的GettingStarted项目，用导航的方式找到Block，用鼠标右键单击右半窗口，在弹出菜单上单击DataBlock，插入一个数据块。在数据块属性对话框中，输入数据块名称DB1，同时在旁边标签的下拉菜单中选择InstanceDB，赋予功能块名字FB1，单击OK按钮，确认在属性窗口中显示的所有设置。这样就完成了在Gettingstart项目，加入DB1数据块的工作。,2021/1/4,84,生成功能块（FB）的背景数据块及使用实际参数替代形式参数改变实际值,2021/1/4,85,生成功能块（FB）的背景数据块及使用实际参数替代形式参数改变实际值,双击DB1，打开这一方块，出现左面所示的对话窗口，单击Yes按钮确认，分配参数到背景数据块。对于汽油发动机，在背景数据块DB1设定速度项的实际值列中，写入1500。即定义了这一发动机的最大速度。单击存盘图标，保存DB1并关闭编程窗口,2021/1/4,86,生成功能块（FB）的背景数据块及使用实际参数替代形式参数改变实际值,用建立DB1相同的方法，建立另一个用于FB1的背景数据块DB2，适用于柴油发动机，在背景数据块DB2设定速度项的实际值列中，输入1200，保存DB2，并关闭编程窗口。下一步就是在OB1中编写一个调用功能块FB1的程序。,
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