西门子PLC教案.doc
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西门子PLC简明教程
西门子硬件简介:
西门子PLC硬件产品主要分为三个系列:
S7-200,S7-300,S7-400。
我厂维护的西门子系统主要是400和300系列结合使用,如下图(一二制氢):
4000
PROFIBUS-DP
300电源
400电源
CPU
背板
300
上图中,H系列属于冗余CPU,当一个CPU运行时,另一个热备,当当前运行的CPU出现问题时,热备的CPU马上起动。
西门子软件简介:
西门子软件包括几个种类,如上位机组态编程(WINCC)、下位机组态编程(STEP7)、网络(NET)和冗余软件协议(HSYSTEM)等。
WINCC:
对操作画面进行组态,可以用高级语言进行开发编程,而且有数据库接口可以对底层数据库进行操作。
STEP7:
对下位机进行编程,对现场可控设备按照逻辑进行控制。
包括多种语言包,可以根据需要进行语言的选择。
NET:
它是WINCC运行中和下位机进行通讯的必须软件。
HSYSTEM等软件包:
根据现场需要选择的系统必须的软件包。
西门子PLC应用:
西门子PLC和其他自动化产品一样,它的应用主要分为三部分:
1、硬件组网。
2、STEP7编程。
3、WINCC编程。
1、硬件组网。
硬件组网是根据现场需要定制的硬件产品组成的网络架购。
以一制氢为例进行说明。
一制氢硬件组成如下:
CPU1CPU2
操作站1
操作站2
交换机
ET200M
PROFIBUS-DP
ET200M
ET200M
上图中,系统网络设计根据工艺需要决定,由于制氢工艺复杂,要求系统稳定性非常高,所以本系统采用冗余结构。
首先介绍硬件组网。
打开simaticmanager,如下图:
点击新建(如下图):
输入程序名;
右键点击程序名(如下图),选择SIMATICHSTATION;
这样,槽架就加入到程序中。
然后单点击SIMATICHStation
(1),在右侧双击Hardware,出现下图:
右侧窗口是可用于组态的各种硬件,仍然以一制氢为例,一制氢采用的是冗余架构,因此,点击RACK-400,用鼠标拖拽UR2-H(冗余槽架),放入两个;
然后根据设备表往槽架里依次放入所需的硬件(如下图),然后根据需要添入profibus地址,地址从1开始,只要不从复,则可以依次向下排;
(PROFIBUS-DP地址配置)
硬件配置完成后,编译一下,点击(SAVEANDCOMPILE),如果没有错误,可以进行下装。
然后进行下一步,进行网络配置:
点击
上图中,station1和station2是操作站,其中,CP1613是工业以太网卡,图中用绿色表示,必须分配地址;粉色是profibus网线;红色是MPI总线。
根据工程的设计来使用那种总线。
网络配置结束后,编译保存,没有错误的话就可以下装了。
这样我们就已经告诉PLC的CPU网络的配置。
至此,基本配置就完成了,我们可以根据工艺进行编程
2、STEP7编程
打开simaticmanager;
点击BLOCK,右侧出现块的列表;
其中,OB块:
组织块,进行整个程序流程的调控,相当于主程序;
FC块:
功能块,根据程序进行逻辑控制,相当于子程序;
DB块:
数据块,进行数据的存储,它是动态的数据存储库表;
首先,看看OB块。
仍然以一制氢为例,看看程序的结构,双击OB1;(如下图)
大家可以看到,第一句话就是对数据块的处理。
ANALOG是DB2的别名,他是在建DB2的时候起的别名,当然你也可以不用别名,但数据块多的时候就很容易混淆,你很难记住那个块是用来干什么的。
上图中,DRY、PSA、ALARM等是子程序(FC),可见OB1调用了FC功能块,也就是子程序,通常来说OB1和软件中的主程序一样,主要进行的是子程序调用和程序的初始化。
其它的OB块也很重要,比如各种错误的标示、中断等。
(见下表)
TypeofInterrupt
OrganizationBlock
PriorityClass(Default)
Seealso
Mainprogramscan
OB1
1
OrganizationBlockforCyclicProgramProcessing(OB1)
Time-of-dayinterrupts
OB10toOB17
2
Time-of-DayInterruptOrganizationBlocks(OB10toOB17)
Time-delayinterrupts
OB20
OB21
OB22
OB23
3
4
5
6
Time-DelayInterruptOrganizationBlocks(OB20toOB23)
Cyclicinterrupts
OB30
OB31
OB32
OB33
OB34
OB35
OB36
OB37
OB38
7
8
9
10
11
12
13
14
15
CyclicInterruptOrganizationBlocks(OB30toOB38)
Hardwareinterrupts
OB40
OB41
OB42
OB43
OB44
OB45
OB46
OB47
16
17
18
19
20
21
22
23
HardwareInterruptOrganizationBlocks(OB40toOB47)
DPV1interrupts
OB55
OB56
OB57
2
2
2.
ProgrammingDPV1Devices
Multicomputinginterrupt
OB60Multicomputing
25
Multicomputing-SynchronousOperationofSeveralCPUs
Clockedinterrupt
OB61
OB62
OB63
OB64
25
ConfiguringShortandEqual-LengthProcessReactionTimesonPROFIBUS-DP
Redundancyerrors
OB70I/ORedundancyError(onlyinHsystems)
OB72CPURedundancyError(onlyinHsystems)
25
28
"ErrorHandlingOrganizationBlocks(OB70toOB87/OB121toOB122)"
Asynchronouserrors
OB80TimeError
OB81PowerSupplyError
OB82DiagnosticInterrupt
OB83Insert/RemoveModuleInterrupt
OB84CPUHardwareFault
OB85ProgramCycleError
OB86RackFailure
OB87CommunicationError
25
(or28iftheasynchronouserrorOBexistsinthestartupprogram)
ErrorHandlingOrganizationBlocks(OB70toOB87/OB121toOB122)
Backgroundcycle
OB90
291)
BackgroundOrganizationBlock(OB90)
Startup
OB100Restart
(Warmstart)
OB101HotRestart
OB102ColdRestart
27
27
27
StartupOrganizationBlocks(OB100/OB101/OB102)
Synchronouserrors
OB121ProgrammingError
OB122AccessError
PriorityoftheOBthatcausedtheerror
ErrorHandlingOrganizationBlocks(OB70toOB87/OB121toOB122)
更详细的内容可以参看STEP7帮助文档。
再谈谈FC块。
双击FC11,可以看到它是一个模拟量处理模块,并没有指定谁来完成什么工作,你可以根据自己的喜好来决定哪个功能块完成什么功能。
然后由主程序调用。
(如下图)
这个块中,主要就是你想完成的现场的工艺控制和采集了,程序中无论模拟量还是数字量都有它的地址决定,地址在它的硬件配置时决定,可以在HARDWARE中看到(如下图):
仍以一制氢为例,第一个扩展槽架的PROFIBUS地址是3,从下图中可以看到“(3)IM153-2”
指的就是第一个槽架的配置,从图中可以看到都是DO模板,地址范围是Q0.0~Q9.7,每个模板16位,即0.0~1.7为第一个模板,2.0~3.7为第二个,以此类推,第五个就是、8.0~9.7。
这是开关量输出模板;
点击第二个扩展槽架可以看到如下图;
图中可以看到,模板都是AI模板,即模拟量输入模板,地址为:
PIW512开始,占两字节,即PIW512、PIW514一直到PIW638。
同理,DI和AO与此相同,如下图,地址分别为I0.0开始和PQW512开始;
当然,地址的写法不同的STEP7版本也不尽相同,需要参考相关手册。
好了,程序的编制就根据工艺来决定,工艺不同程序自然不同,这里就不一一介绍了。
但说明一下模拟量的处理原则,首先是转换成双整型,然后是实型,最后进行量程标定,然后写入DB块中(如下图),用来进行WINCC访问和其他程序调用。
DB块的结构如下,很明显可以看到功位号和地址的对应关系:
至于程序中的具体的功能块详细说明,可以参看STEP7的帮助文档(如下图)
这样STEP7程序就编制完成了,点击SAVEANDCOMPILE,没有错误?
恭喜,赶快进行下装吧:
),如果没有程序逻辑和硬件的错误,CPU的状态灯就不会有红色的。
这样,我们就完成了三分之二的工作了,还剩三分之一?
LET’SGO!
3、WINCC编程
打开WINCC(如下图)。
首先对WINCC作一大概介绍:
WinCC-人机界面
WinCC是适用于各个行业和各种技术的系统,用于在生产和过程自动化环境中实现可视化和过程控制任务。
它提供了适用于工业的图形显示、消息、归档以及报表的功能模板。
高性能的过程耦合、快速的画面更新、以及可靠的数据使其具有高度的实用性。
除了这些系统功能外,WinCC还提供了开放的界面用于用户解决方案。
这使得将WinCC集成入复杂、广泛的自动控制解决方案成为可能。
可以集成通过ODBC和SQL方式的归档数据访问,以及通过OLE2.0和ActiveX控件的对象和文档的链接。
这些机制使WinCC成为Windows世界中性能卓越、善于沟通的伙伴。
WinCC基于32位操作系统WindowsNT。
WindowsNT具有预安排多任务处理的特性,它能确保对过程事件作出快速响应并且能防止数据丢失。
WindowsNT同样提供了安全方面的功能。
WinCC软件本身是一个利用最新的面向对象的软件编程技术开发而成的32位应用程序。
从Windows的“开始”菜单中启动WinCC将会打开WinCC资源管理器。
通过WinCC资源管理器可以访问各种不同的编辑器,这些编辑器执行有关HMI系统的专门的任务。
WinCC的编辑器
图形编辑器
图形编辑器是一种用于创建过程画面的向量作图程序。
通过对象和样式选项板中提供的众多图形对象,即使复杂的过程画面也可实现。
可以通过动作编程将动态特性添加给各个图形对象。
向导提供了自动生成的动态支持并将他们链接到对象。
也可以在库中存储自己的图形对象。
报警记录
报警记录为结果的采集和归档提供了显示和控制选项。
可以选择消息块、消息等级、消息类型、消息显示以及报表。
系统向导和组态对话框在组态期间提供相应的支持。
要在运行系统中显示消息,可使用图形编辑器的对象选项板中的报警控件。
变量记录
变量记录从运行过程采集数据,并且为显示和归档做准备。
可以自由地选择归档、采集和归档定时器的数据格式。
过程值的显示通过WinCC在线趋势和表格控件来完成,它们将数据显示在趋势或表格窗体中。
报表编辑器
报表编辑器是集成的报表系统,用于以可选布局的用户报表或项目文档形式将消息、操作、归档内容和当前或归档的数据根据时间或事件触发编制成文档。
提供了舒适的带工具和图形选项板的用户界面,同时支持各种报表类型。
具有多种标准的系统布局和打印作业。
全局脚本
全局脚本是C函数和动作的通称,根据类型不同可在给定的项目或所有项目中使用。
脚本用于组态对象的动作。
使用系统内部的C编译器处理这些脚本。
在过程处于执行状态时,全局脚本动作在运行系统中执行。
一个触发可以开始这些动作的执行。
文本库
在文本库中,可以通过各种模块编辑在运行系统中使用的文本。
在文本库中为组态的文本定义外语输出文本。
它们随后以所选择的运行系统语言输出。
用户管理器
用户管理器用于分配和控制用户对组态和运行系统各编辑器的访问权限。
对WinCC功能的访问权在建立用户时分别分配给各个用户。
至多可分配999个不同的授权。
用户授权可以在系统运行时分配。
交叉索引
交叉索引用于定位和显示所有使用对象(例如变量、画面和功能)的位置。
使用“链接”功能可以改变变量名称而不会导致组态不一致。
WinCC基本选项
客户机服务器
使用客户机-服务器功能,WinCC可以用来操作多个同时与连网的自动化系统互连的操作和监控站。
理论上,至多64个客户机可以集成在单一项目中。
冗余
WinCC冗余功能使得可以同时操作两台并行连接的服务器,以便它们可以相互监控。
如果一台失败,另一台接管整个系统的控制。
在服务器恢复继续服务后,全部消息和过程归档就复制到先前不能服务的服务器上。
用户归档
WinCC用户归档是可以由用户组态的数据库系统。
使用该系统,可将来自于各技术过程的数据连续不断地存储在服务器PC上,并在运行系统中在线显示。
而且,用于所连接控件的配方和设定值分配可存储在用户归档中,并在必要时传送给控件。
WinCC过程控制选项
存储
存储功能支持从硬盘驱动器到长期数据载体的数据自动交换,以及从硬盘驱动器上删除数据。
画面树管理器
画面树管理器用于管理系统名称、子系统名称、函数名称和图形编辑器画面的体系。
时间同步
时间同步功能用于具有SINECL2/L2R总线系统的系统。
这里,一个WinCC操作站用作激活的时间主站,控制所有其它操作站和在当前时间与系统总线相连的自动化系统的同步。
这样可使整个系统的消息按时间顺序进行协调。
设备状态监控
设备状态监控用于持续监控各系统(操作站和自动化系统),并且在运行系统中将结果作为屏幕显示可视化,自动触发蜂鸣器组件并生成自动化系统消息。
基本数据
基本数据用于通过向导组态基本的WinCC数据。
拆分画面向导
拆分画面向导是拆分画面管理器的组件。
用来组态、初始化当前WinCC项目的监控器和画面设置。
在创建一个项目之后,由于其它应用程序(运行系统、组显示等)要访问这些数据,所以应立刻执行此初始化。
报警记录向导
报警记录向导用于组态和初始化自动化系统消息的消息窗口、消息、消息等级与系统,以及当前WinCC项目的蜂鸣器信号装置。
WinCC与PLC之间的通讯
WinCC与各种PLC之间的通讯可以使用下列连接。
与SIMATICS5连接的通讯类型:
□通过可编程接口的串行连接(AS511协议)
□通过3964R的串行连接(RK512协议)
□以太网第4层(通过数据处理块)
□以太网TF(科技功能)
□S5PMC以太网(PMC通讯) 选项
□S5PMCProfibus(PMC通讯) 选项
□S5ProfibusFDL 选项
与SIMATICS7连接的通讯类型
□MPI接口(S7协议)
□PROFIBUS(S7协议)
□工业以太网(S7协议)
□TCP/IP
□插槽PLC
□S7PMCPROFIBUS(PMC通讯)
混合操作SIMATICS5/S7
SIMATICS5和SIMATICS7PLC可以并行连接于同一个网络,并与WinCC交换数据。
此时,SIMATICS7通常只使用S7协议。
与其它PLC通讯
□与制造商无关 ProfibusFMS/DP 选项
□AEGModicon Modbus串行 选项
□AllenBradley DF1串行 选项
DataHighway 选项
DataHighway+ 选项
Highway485 选项
□GEFanuc SNP/SNPX协议 选项
安装WinCC后,会在Windows“开始”菜单的“SIMATIC”下添加几个程序链接。
视窗控制中心
单击“视窗控制中心”条目启动WinCC资源管理器。
自动启动
自动启动功能用于在操作系统启动时立即自动激活指定的项目。
WinCC信息系统
WinCC信息系统包含许多关于WinCC的重要文档。
通道诊断
WinCC“通道诊断”提供了所组态的通道及其与PLC连接的状态概述。
WinCC-项目复制器
WinCC项目复制器可用于复制已完成的项目。
与WinCC冗余选项结合后,项目复制器可以用来创建功能完全相同的项目。
注意:
关于WinCC-项目复制器的附加信息可以在冗余手册中找到。
WinCC-项目切换器
WinCC项目切换器用于在两台冗余服务器间切换客户机的项目。
如果一台服务器出现故障,就会自动切换到冗余伙伴服务器。
由于项目被伙伴服务器接管,因此客户机不受服务器故障的影响。
注意:
V4.02的WinCC项目切换器的组态不能应用于V5.0。
在V5.0中,项目切换器必须重新组态。
关于WinCC-项目切换器的附加信息可以在冗余手册中找到。
WinCCScope
在诊断WinCC时,WinCCScope可以提供支持。
WinCCScope基于Internet技术。
需用Internet浏览器,如IE或Netscape,来启动“CCDiagAgent”诊断程序。
同时必须安装TCP/IP协议。
添加到Windows资源管理器的条目
安装WinCC后,会将下列条目添加到Windows资源管理器的“文件”->“新建”下。
条目 描述
WinCC文档 在选择的文件夹中创建名为“NewWinCC-Document.MCP”的文件。
WinCC图形文档 在选择的文件夹中创建名为“NewWinCC.Graphics.Document.pdl”的文件。
WinCC交叉索引文档 在选择的文件夹中创建名为“NewWinCCCrossRefDocument.xfc”的文件。
对WINCC的介绍就这样。
仍然以一制氢为例,程序编制过程如下:
变量
首先,制定程序中用到的变量,变量分两种,内存变量和过程变量;内存变量就是画面中用到进行颜色和画面切换时用到的变量和下位机无关;过程变量是和下位机相关的变量。
建立内存变量如下,先点击变量管理器下的内部变量,可以看到变量组和变量,点击右键,选择新建变量组或变量,变量组是用来划分变量的容器,没有实在意义,只是便于区分而已。
下图就是新建内存变量,它只是一个二进制变量,只有0、1两种状态。
只是在画面里使用,进行逻辑运算的;
新建过程变量。
点击变量管理器,在右窗口右键点击鼠标,选择添加新的驱动程序,然后选择SIMATICS7ProtocolSuite.CHN,这个就是西门子的驱动程序(如下图)
点击打开;这样右窗口就添加上通讯协议了。
选中它(如下图)
由于一制氢选用的方案是冗余的,所以,我们选用NAMEDCONNECTIONS,在右侧窗口点击新建驱动程序连接(如下)
点击属性,出现如下窗口;
其中,应用程序名称和连接名称都是STEP7组态结束后自动产生的。
点击确定。
在新建连接下再根据需要建立变量组,如下图;
变量组下面建立变量,变量的地址是根据STEP7中使用的物理地址决定的;
比如是MB、DB、AB、MW等,也就是说,你使用的是内存块、数据块、内存快还是内存字,只要WINCC和STEP7对应上就可以了。
变量就定义完了,下面是画画面了。
点击图形编辑器,在右侧新建画面,双击打开它;
如下图,可以在上面进行工艺图的定制了:
进行显示和控制,有了变量就再也不是什么难事,这里就不一一介绍详细的菜单功能了可以察看帮助文档。
需要提及的一点是C语言脚本,在一个对象接受鼠标动作时,往往用C来实现,如下图:
双击动作,如下图,可以进行脚本的编写;
脚本的语法和标准的C语言一样,大家不用担心。
下一项介绍,趋势曲线。
在制作曲线前,需要归档。
归档就是对变量进行数据库的字段进行定义,当趋势曲线查阅数据时,能够实现数据的记录和查询;右键点击变量纪录,选择打开(如下图)
右键点击归档,选择归档向导,依次点击下一步(如下)
点击选择;
从中选择这次归档要选用的变量,点击确定。
然后就是对归档后的变量进行采集时间等参数的设定。
比如,采集类型、周期等参数。
详细的参数设定就不一一介绍了,可以参考WINCC帮助文档。
归档结束后,就可以制作趋势曲线了。
如下图
- 配套讲稿:
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