1.PLC的控制任务说明三相异步电动机的直接启动控制电路如图1-18所示。控制电路的动作原理如下。松开启动按钮SB2由于接在启动按钮SB2两端的KM动合辅助触头闭合自锁因此控制回路仍保持接通电动机M继续运转。现在要求将控制电路采用西门子S7-1200 PLC进行改造设计合理的硬件连接图并进行软件编程。图1-18 三相异步电动机的直接启动控制电路2.西门子S7-1200 PLC的电气接线由于本书中的所有实例都采用西门子S7-1200 PLC的CPU1214CDC/DC/DC进行接线和编程因此首 先需要了解具体的接线示意图。CPU 1214CDC/DC/DC的电气接线如图1-19所示。从图1-19中可以看出西门子S7-1200 PLC的CPU1214C DC/DC/DC电气接线有以下几个特点①外部传感器可以借用PLC的输入电源24VDC②PLC的输入电源和输出电源可以采用同一个直流电源也可以采用不同的直流电源③24V直流输入既可以采取PNP输入即正电压类型平时为0V导通时为24V也可以采取NPN输入即负电压类型平时为24V导通时为0V。 根据以上特点可以画出【实例1】的PLC原理图如图1-20所示。3.西门子S7-1200 PLC的编程TIA Portal软件可用来帮助用户实施自动化的解决方案。其解决步骤依次为创建项目→配置硬件→设备联网→对PLC进行编程→装载组态数据→使用在线和诊断功能。1创建新项目输入项目名称和存放路径对于【实例1】来说首先要在如图1-21所示的起始视图中创建一个新项目然后输入项目名称如Motor1并单击图符输入存放路径如图1-22所示。图1-19 CPU 1214C DC/DC/DC的电气接线图1-20 电动机直接启动的PLC原理图2新手上路输入项目名称后就会看到“新手上路”界面如图1-23所示。界面中包含创建完整项目所需要的“组态设备”“创建PLC程序”“组态HMI画面”“打开项目视图”等提示。新手可以按照提示一步一步完成也可以直接打开项目视图。这里选择“打开项目视图”。图1-21创建新项目图1-22输入存放路径3切换到项目视图熟悉项目树、设备和网络、硬件目录及信息窗口等切换到项目视图后项目视图总览界面如图1-24所示包括项目树、设备、硬件目录及信息窗口等。4硬件配置初步——添加新设备与西门子的老型号S7-200 PLC不同西门子S7-1200 PLC提供了完整的硬件配置。在项目树中选择“添加新设备”如图1-25所示选择SIMATIC S7-1200并依次单击PLC的CPU类型最终选择【实例1】所选用的6ES7214-1AG40-0XB0。单击确定后就会出现如图1-26所示的完整设备视图。图1-23 “新手上路”界面图1-24 项目视图总览界面图1-25 添加新设备5定义设备属性完成硬件配置如果要完成硬件配置则在选择PLC的CPU类型后还需要添加和定义其他扩展模块及网络等重要信息。对于扩展模块来说只需要从右边的“硬件目录”中拖入相应的扩展模块即可。【实例1】只用到CPU一个模块因此不用再添加其他的扩展模块。在设备视图中单击CPU模块就会出现CPU的属性窗口如图1-27所示。 因为CPU没有预组态的IP地址所以必须手动分配IP地址如图1-28所示在组态CPU的属性时 组态PROFINET接口的IP地址和其他参数。在PROFINET网络中制造商会为每个设备都分配一个唯一 的“介质访问控制”地址MAC地址以进行标识。每个设备也都必须具有一个IP地址。西门子S7-1200 PLC硬件配置的一个特点就是灵活、自由包括寻址的自由。在西门子S7-200PLC中CPU和扩展模块的寻址是固定的而西门子S7-1200 PLC则提供了自由寻址的功能如图1-29所 示。它可以对I/O地址进行起始地址的自由选择如01023均可以。图1-26 完整设备视图图1-27 CPU的属性窗口图1-28 PROFINET接口属性图1-29 I/O地址6打开项目树图1-30为项目树全貌。对于在TIA编程环境下的西门子S7-1200 PLC和人机界面来说其项目树都是 统一的。即使在复杂的工程组态项目中项目树仍然可以保持清晰的结构。用户可以在组态自动化任务 时快速访问相关设备、文件夹或特定的视图。图1-30 项目树全貌7变量定义变量是PLC I/O地址的符号名称。用户创建PLC的变量后TIA Portal软件将变量存储在变量表中。 项目中的所有编辑器如程序编辑器、设备编辑器、可视化编辑器及监视表格编辑器均可访问该变量表。 在项目树中单击“PLC变量”就可以创建【实例1】所需要用到的变量具体使用三个变量分别 为“启动按钮”“停止按钮”和“接触器”如图1-31所示。需要注意的是这里采用的默认数据类型为Bool即布尔量具体的数据类型将在1.4节中进行介绍。图1-31 变量的定义8梯形图的编程TIA Portal软件提供了包含各种程序指令的指令窗口见图1-32共包括收藏夹、基本指令及扩展 指令。同时这些指令按功能分组如常规、位逻辑运算、定时器操作等。图1-32 指令窗口如果用户要创建程序则只需将指令从任务卡中拖动到程序段即可。比如【实例1】先要使用常开触点时从收藏夹中将常开触点直接拉入程序段1即可如图1-33所示。程序段1出现 符号表示该 程序段处于语法错误状态。图1-33 程序段编辑一TIA Portal软件的指令编辑具有可选择性。例如单击功能框指令黄色角以显示指令的下拉列表如 常开、常闭、P触点上升沿、N触点下降沿向下滚动列表并选择常开指令如图1-34所示。图1-34显示指令图1-34显示指令的下拉列表在选择完具体的指令后必须输入具体的变量名最基本的方法是双击第一个常开触点上方的默 认地址.直接输入固定地址变量“%I0.1”这时就会出现如图1-35所示的“停止按钮%I0.1”注释。图1-35 直接输入固定地址变量需要引起注意的是TIA Portal软件默认的是IEC 61131-3标准。其地址用特殊字母序列来指示字母序列的起始用%符号跟随一个范围前缀和一个数据前缀数据类型表示数据长度最后是用数字序列表示存储器的位置。其中范围前缀为I输入、Q输出、M标志内部存储器范围长度前缀为X单个位、B字节8位、W字16位、D双字32位。例如%MD3标志双字3 %I0.0输入位I0.0。除了使用固定地址外还可以使用变量表中定义的变量用户可以快速输入对应触点和线圈地址的PLC变量如图1-36所示具体步骤如下①双击第一个常开触点上方的默认地址.②单击地址右侧的选择器图标 打开变量表中的变量③从下拉列表中为第一个触点选择“停止按钮%I0.1”。图1-36 使用变量表中的变量根据以上规则输入第二个常开触点“%I0.0”并根据梯形图的编辑规律使用图符 打开分支如图1-37所示输入接触器自保触点“%Q0.0”最后使用图符 关闭分支如图1-38所示使用图符 选择输出触点“%Q0.0”。图1-37 程序段编辑二图1-38 程序段编辑三完成以上编辑后就会发现程序段1的 符号不见了。当然将图1-38所示的梯形图与电气控制图1-18相比还有一点疑惑为什么停止按钮%I0.1使用的是常开输入而不是传统继电器控制中的常闭呢 该疑惑的产生主要是从PLC的常开和常闭的定义出发的对于PLC输入来说用户接线的触点类型包括常开或常闭都与编程时的常开触点没有直接关联而是根据程序的逻辑出发的具体内容将在下面的相关项目中进行介绍。9编译与下载将IP地址下载到CPU之前必须先确保计算机的IP地址与PLC的IP地址相匹配。如图1-39a所示在计算机的本地连接属性窗口中选择常规选项的“Internet协议TCP/IP”如将协议地址从自动获得IP地址变为手动设置IP地址为192.168.0.100如图1-39b所示。图1-39 PC连接属性的设置在编辑阶段只是完成了基本编辑语法的输入验证如果需要完成程序的可行性则还必须执行“编译”命令。在一般情况下用户可以直接选择下载命令TIA Portal软件会自动先执行编译命令当然也可以单独选择编译命令如图1-40所示在TIA Portal软件的“编辑”菜单中选择“编译”命令或者使用“CTRLB”快捷键就可获整个程序的编译信息。在编译完成后就可以下载西门子S7-1200 PLC的硬件配置和梯形图软件。下载时可以选择两个命令即“下载到设备”或“扩展的下载到设备”如图1-41所示。这两种下载方式在第一次使用时都会出现如图1-42所示的以太网联网示意不仅可以看到程序中的PLC地址及用于PC连接的PG/PC接口情况这对于多网卡用户来说非常重要还可以看到目标子网中的所有设备。当用户选择指定的设备时单击图符就会看到实际设备会黄灯闪烁以 让用户确定是否该设备需要进行配置和程序下载。图1-40 选择编译命令图1-41 选择“下载到设备”命令图1-42 以太网联网示意10PLC在线与程序调试虽然在下载PLC的程序与配置后就可以将PLC切换到运行状态进行运行但是很多时候用户需要详细了解PLC的实际运行情况在需要程序进行一步一步的调试时就要进入“PLC在线与程序调试”阶段。首先选择转到在线后项目树就会显示黄色的图符其动画过程就是表示在线状 态如图1-43所示。这时可以从项目树的各个选项后面了解各自的情况出现蓝色的和图符表示 为正常否则必须进行诊断或重新下载。 在【实例1】中选择程序块的在线仿真如图1-44所示选择图符即可进入仿真阶段分别为实线表示接通虚线表示断开。从图中可以看到停止按钮%I0.1的常开触点为接通状态这就解释了在编辑阶段为何输入常开而不是常闭的原因了。当启动按钮%I0.0被按下时程序进入自保阶段如图1-45所示。当然PLC的变量还可以进行在线仿真选择即可看到最新的监视值。在项目树中选择“在线访问”即可看到诊断状态、循环时间、存储器、分配IP地址等各种信息。图1-43 项目树的在线阶段图1-44 程序块的在线仿真一图1-45 程序块的在线仿真二