《工業(yè)控制系統(tǒng)信息安全技術(shù)與實踐》課件 CH3-可編程邏輯控制器PLC

第3章可編程邏輯控制器PLC可編程邏輯控制器

可編程邏輯控制器（ProgrammableLogicalController）簡稱PLC，是一種以微處理器為基礎(chǔ)，綜合了現(xiàn)代計算機技術(shù)、自動控制技術(shù)和通信技術(shù)發(fā)展起來的一種通用的工業(yè)自動控制裝置。目錄CONTENTS3.1PLC相關(guān)原理3.2開放的自動化技術(shù)3.3本章實訓01PLC相關(guān)原理1）開關(guān)量邏輯控制2）工業(yè)過程控制3）運動控制4）數(shù)據(jù)處理5）通信及聯(lián)網(wǎng)PLC的應(yīng)用領(lǐng)域

(2)編程容易(4)輸入/輸出功能模塊齊全(6)運行速度快(1)可靠性高(3)組態(tài)靈活(5)安裝方便PLC功能特點存儲器輸出單元電源多種外部設(shè)備輸入單元中央處理單元(CPU)PLC基本結(jié)構(gòu)PLC電源用于將交流電轉(zhuǎn)換成PLC內(nèi)部所需的直流電，目前大部分PLC采用開關(guān)式穩(wěn)壓電源供電。1、電源中央處理器是PLC的控制中樞，也是PLC的核心部件，其性能決定了PLC的性能。中央處理器由控制器、運算器和寄存器組成，這些電路都集中在一塊芯片上，通過地址總線、控制總線與存儲器的輸入/輸出接口電路相連。中央處理器的作用是處理和運行用戶程序，進行邏輯和數(shù)學運算，控制整個系統(tǒng)使之協(xié)調(diào)。2、中央處理單元存儲器是具有記憶功能的半導(dǎo)體電路，它的作用是存放系統(tǒng)程序、用戶程序、邏輯變量和其他一些信息。其中系統(tǒng)程序是控制PLC實現(xiàn)各種功能的程序，由PLC生產(chǎn)廠家編寫，并固化到只讀存儲器(ROM)中，用戶不能訪問。3、存儲器輸入、輸出單元是PLC與被控設(shè)備相連的輸入輸出接口。4、輸入輸出單元輸入單元是PLC與被控設(shè)備相連的輸入接口，是信號進入PLC的橋梁，它的作用是接收主令元件、檢測元件傳來的信號。輸入的類型有直流輸入、交流輸入、交直流輸入。5、輸入單元輸出單元也是PLC與被控設(shè)備之間的連接部件，它的作用是把PLC的輸出信號傳送給被控設(shè)備，即將中央處理器送出的弱電信號轉(zhuǎn)換成電平信號，驅(qū)動被控設(shè)備的執(zhí)行元件。輸出的類型有繼電器輸出、晶體管輸出、晶閘門輸出。6、輸出單元02開放的自動化技術(shù)IEC61131-3編程語言簡介1993年，國際電工委員會（InternationalElectrotechnicalCommission，簡稱IEC）發(fā)布了用于工業(yè)控制領(lǐng)域——可編程邏輯控制器（PLC）的國際標準，命名為：IEC61131。IEC61131-3是IEC61131標準的第三部分，該部分明確了PLC的編程語言、語法、程序結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)類型、指令、函數(shù)等關(guān)于編程的方方面面，為PLC編程提出了明確的、可操作的指導(dǎo)。1.程序組織單元POU在模塊化程序設(shè)計環(huán)境下，程序組織單元POU（ProgramOrganizationUnit）是用戶程序中最小的、獨立的軟件單元。它相當于傳統(tǒng)編程系統(tǒng)中的塊（Blocks），POU之間可以帶參數(shù)或不帶參數(shù)地相互調(diào)用。在IEC61131-3中定義了三種類型的POU：1）FUN（函數(shù)）2）FB（功能塊）3）PROG（程序）2.簡單語言元素PLC程序是由一定數(shù)量的基本語言元素（最小單元）組成的，把它們組合在一起形成“說明”或“語句”。1）分界符2）關(guān)鍵字3）直接量4）標識符3.數(shù)據(jù)類型IEC61131-3定義了PLC編程中最常用的數(shù)據(jù)類型，并允許用戶自己定義導(dǎo)出的數(shù)據(jù)類型。1）基本數(shù)據(jù)類型（1）BOOL值（2）浮點數(shù)據(jù)類型（3）整型數(shù)據(jù)類型（4）時間數(shù)據(jù)類型（5）日期和時間數(shù)據(jù)類型（6）字符串數(shù)據(jù)類型2）用戶自定義數(shù)據(jù)類型（1）結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)類型（2）枚舉類型（3）數(shù)組類型（4）指針類型4.變量在編制POU之前，必須對變量進行定義和聲明，使用變量的地方不同，所使用的變量也會有區(qū)別。1）輸入變量2）輸出變量3）輸入/輸出變量4）全局變量5）局部變量6）存取通徑變量5.標準函數(shù)IEC61131-3中定義了典型的PLC函數(shù)，它們的名字作為關(guān)鍵字保留。1）數(shù)據(jù)類型轉(zhuǎn)換函數(shù)2）數(shù)值和算術(shù)函數(shù)3）位組函數(shù)4）選擇函數(shù)5）比較函數(shù)6）字符串函數(shù)6.IEC61131-3編程語言可分為文本類語言和圖形類語言兩大類。（1）指令表（IL）（2）結(jié)構(gòu)化文本ST（3）梯形圖LD（4）功能塊圖（FBD）（5）順序功能圖（SFC）數(shù)PLCnext技術(shù)簡介PLCnext是PhoenixContact最新推出的自動化平臺，涵蓋新型PLC控制器產(chǎn)品、PROFICLOUD服務(wù)、PLCnextStore等產(chǎn)品與服務(wù)，是IT迅猛發(fā)展時代背景下的新型自動化解決方案。PLCnext總體架構(gòu)分為五大部分： 1）硬件與操作系統(tǒng) 2）中間件 3）PLCnext核心組件 4）內(nèi)部用戶組件 5）外部用戶組件菲尼克斯AXCF2152PLC

硬件介紹AXCF2152適用于AxiolineI/O系統(tǒng)，快速、堅固并且易于使用。該控制器性能卓越且便于操作，專為惡劣的工業(yè)環(huán)境設(shè)計。優(yōu)勢雙核處理器（2個ARMA9800MHz），可支持更快的運算速度和更多的任務(wù)數(shù)量（最多可以支持32個任務(wù)）。最小掃描時間可到一毫秒。PROFINET支持支持多種協(xié)議，例如：http、https、FTP、OPCUA、SNTP、SNMP、SMTP、SQL、MySQL、DCP等連接至PROFICLOUD，連接至PLCnextStore可并排安裝多達63個AXIOI/O模塊2個以太網(wǎng)接口，共用一個MAC地址抗電磁干擾性能增強Linux操作系統(tǒng)支持高級語言：編程符合IEC61131-3標準，C++、C#、Java菲尼克斯AXCF2152PLC

硬件介紹訂貨號和型號MAC地址復(fù)位按鈕SD卡（2G/8G）：擴展PLC的存儲空間。存儲更多更大的程序；備件更換時不需要下載新的程序；應(yīng)對大容量的數(shù)據(jù)程序，避免頻繁讀存取PLC內(nèi)存導(dǎo)致其損壞。掃描二維碼可進菲尼克斯社區(qū)獲取資料。菲尼克斯AXCF2152PLC

軟件介紹AXCF2152控制器所使用的軟件是PLCnextEngineer，它是由菲尼克斯公司所開發(fā)的，用于菲尼克斯電氣自動化控制器的工程軟件平臺，PLCnextEngineer符合IEC61131-3，并可利用插件擴展其功能性。菲尼克斯AXCF2152PLC

軟件介紹PLCnextEngineer界面主要由以下四個區(qū)域構(gòu)成。（1）實例區(qū)（系統(tǒng)）：包括控制器調(diào)試系統(tǒng)所需的所有元素以及要執(zhí)行的所有元素（2）類型區(qū)（組件）：包括理論上可用于系統(tǒng)調(diào)試和編程的所有元素（3）編輯區(qū)：用于編輯實例和類型（4）消息窗口+附加功能：顯示編譯期間檢測到的警告和錯誤，并提供其他功能，如邏輯分析，斷點控制和監(jiān)視窗口菲尼克斯AXCF2152PLC

軟件介紹菲尼克斯AXCF2152PLC

軟件介紹03本章實訓本章實訓

本章實訓主要是通過實驗室配備的菲尼克斯電氣公司的PLC、AIO/DIO模塊、PROFINET交換機、安全路由器和防火墻MGUARD等設(shè)備，構(gòu)建小型工業(yè)控制系統(tǒng)，使學生了解利用PLC進行程序開發(fā)的方法，實現(xiàn)簡單的工業(yè)控制。本章設(shè)計了設(shè)置PLC的IP地址、開發(fā)PLC跑馬燈程序、實現(xiàn)“與”門邏輯、實現(xiàn)電壓轉(zhuǎn)換和PLC程序的復(fù)位共五個實訓任務(wù)。目錄CONTENTS實訓一：設(shè)置PLC的IP地址實訓二：PLC跑馬燈程序?qū)嵱柸簲?shù)字量—實現(xiàn)“與”門邏輯實訓四：模擬量—實現(xiàn)電壓轉(zhuǎn)換實訓五：PLC程序的復(fù)位實訓一：設(shè)置PLC的IP地址實訓一：設(shè)置PLC的IP地址網(wǎng)絡(luò)連接：PC1直接與PLC相連接，或通過SW進行連接實訓一：設(shè)置PLC的IP地址實訓步驟：步驟1：打開軟件PLCnextEngineer，新建一個工程實訓一：設(shè)置PLC的IP地址實訓步驟：步驟2：在右側(cè)搜索框中輸入2152，在彈出的下拉框中選擇“AXCF2152Rev.>=00/2020.6.0”

，并拖動到左側(cè)的Project上。實訓一：設(shè)置PLC的IP地址實訓步驟：步驟3：雙擊Project，再點擊Settings，設(shè)置IP范圍。雙擊“axc-f-2152”，可手工設(shè)置想為PLC分配的IP地址。實訓一：設(shè)置PLC的IP地址實訓步驟：步驟4：點擊Project，然后點擊OnlineDevices出現(xiàn)此頁面，將下拉列表選成以太網(wǎng)（更改PC機IP的以太網(wǎng)）。實訓一：設(shè)置PLC的IP地址實訓步驟：步驟5：點擊下拉列表右邊的圖標，看是否掃描到PLC，并選擇合適的PLC。實訓二：PLC跑馬燈程序?qū)嵱柖篜LC跑馬燈程序網(wǎng)絡(luò)連接：PC1直接與PLC相連接，或通過SW進行連接實訓二：PLC跑馬燈程序?qū)嵱柌襟E：步驟1：打開軟件PLCnextEngineer，新建一個工程實訓二：PLC跑馬燈程序?qū)嵱柌襟E：步驟2：在右側(cè)搜索框中輸入2152，在彈出的下拉框中選擇“AXCF2152Rev.>=00/2019.0.0”

，并拖動到右側(cè)的Project上。實訓二：PLC跑馬燈程序?qū)嵱柌襟E：步驟3：在搜索框中輸入DI16，將Axikcontrol標簽下的Devices的Digitalinputandoutput下的AXLFDI16/1DO16/12H拖到左側(cè)的AxiolineF下。實訓二：PLC跑馬燈程序?qū)嵱柌襟E：步驟4：在搜索框中輸入AI2，在右上角的搜索框中輸入ai2并將Axikcontrol標簽下的Devices的Analoginputandoutput(1of1)下的AXLFAI2AO21HRev.>=02/1.00拖到左側(cè)的AxiolineF下（注意：添加的輸入輸出模塊順序應(yīng)與實物擺放順序一致，di16在ai2上）。實訓二：PLC跑馬燈程序?qū)嵱柌襟E：步驟5：雙擊選擇PLC，點擊DataList，在全局變量Default中創(chuàng)建新的變量：DO16，必須先將DO16變量類型改為WORD，并在過程數(shù)據(jù)調(diào)控ProcessDataItem中選擇DO16。實訓二：PLC跑馬燈程序?qū)嵱柌襟E：步驟6：在右側(cè)選擇Programming，右鍵選擇Programs，點擊AddProgram，建立一個新的程序項目，名字自擬，如Main。實訓二：PLC跑馬燈程序?qū)嵱柌襟E：步驟7：雙擊Main打開程序，選擇第二種編程方式（AddLDCodeWorksheet）進行代碼開發(fā)實訓二：PLC跑馬燈程序?qū)嵱柌襟E：步驟8：點擊Code，添加程序段，分別添加程序，輸入ROL建立模塊，輸入DO16（與ROL的IN口連接），ROL（在N處輸入數(shù)字1），ROL后接另一個DO16實訓二：PLC跑馬燈程序?qū)嵱柌襟E：步驟9：此時，

DO16是紅色的，程序會報錯，這是因為DO16與當前程序里沒有關(guān)聯(lián)。有兩種方法可將DO16關(guān)聯(lián)為全局變量：1.點擊DO16，選擇上面的第二個選項；2.點擊Variables，在Default組下添加DO16。實訓二：PLC跑馬燈程序?qū)嵱柌襟E：步驟10：添加程序DO16，添加EQ模塊（上接口接DO16，下接口輸出數(shù)字0），添加SEL模塊（G接口接EQ后面，在IN1輸入數(shù)字1），添加DO16（與SEL的IN0相連接），添加DO16接入SEL后端。實訓二：PLC跑馬燈程序?qū)嵱柌襟E：步驟11：雙擊PLCnext標簽，在ESM1條目下添加新任務(wù)，Task_1S，將后面Interval（間隔時間）和Watchdog（看門狗時間，<=任務(wù)周期）數(shù)值都改為1000，在Task_1S條目下再添加新任務(wù)Main,并在后面ProgramType將任務(wù)Main添加進去。實訓二：PLC跑馬燈程序?qū)嵱柌襟E：步驟12：雙擊Project，在下拉框中選擇以太網(wǎng)，點擊搜索，點擊NameofStation(Online),選擇如圖1.0所示選項，進行PLC與計算機的通訊。如果通訊成功，Status框下方會顯示對勾，說明通訊成功，可以進行程序的下載。實訓二：PLC跑馬燈程序?qū)嵱柌襟E：步驟13：右鍵點擊axc-2152-1:AXCF2152，點擊WriteandStartProject，進行程序的下載。實訓二：PLC跑馬燈程序?qū)嵱柌襟E：步驟14：如果能順利連接上PLC，則會出現(xiàn)以下界面，輸入用戶名admin，密碼在PLC的面板上。如果無法正常連接，請確認IP地址是否配置好。實訓三：實現(xiàn)“與”門邏輯實訓三：數(shù)字量-實現(xiàn)“與”門邏輯網(wǎng)絡(luò)連接：PC1直接與PLC相連接，或通過SW進行連接實訓三：數(shù)字量-實現(xiàn)“與”門邏輯實訓步驟：步驟1：打開軟件PLCnextEngineer，新建一個工程實訓三：數(shù)字量-實現(xiàn)“與”門邏輯實訓步驟：步驟2：在右側(cè)搜索框中輸入2152，在彈出的下拉框中選擇“AXCF2152Rev.>=00/2019.0.0”

，并拖動到右側(cè)的Project上。實訓三：數(shù)字量-實現(xiàn)“與”門邏輯實訓步驟：步驟3：在搜索框中輸入DI16，將Axikcontrol標簽下的Devices的Digitalinputandoutput下的AXLFDI16/1DO16/12H拖到左側(cè)的AxiolineF下。實訓三：數(shù)字量-實現(xiàn)“與”門邏輯實訓步驟：步驟4：在搜索框中輸入AI2，在右上角的搜索框中輸入ai2并將Axikcontrol標簽下的Devices的Analoginputandoutput(1of1)下的AXLFAI2AO21HRev.>=02/1.00拖到左側(cè)的AxiolineF下（注意：添加的輸入輸出模塊順序應(yīng)與實物擺放順序一致，di16在ai2上）。實訓三：數(shù)字量-實現(xiàn)“與”門邏輯實訓步驟：步驟5：雙擊左側(cè)的PLC，在DataList下的Default添加兩個變量：GloballBool、GlobalBoolOut實訓三：數(shù)字量-實現(xiàn)“與”門邏輯實訓步驟：步驟7：在PLC的DataList標簽下完成GlobalBool的過程數(shù)據(jù)項設(shè)置（點擊ProcessDataItem下的空白欄，下列dio-1/IN00——dio-1/IN15隨便選擇）實訓三：數(shù)字量-實現(xiàn)“與”門邏輯實訓步驟：步驟9：在PLC的DataList標簽下完成GlobalBoolOut的過程數(shù)據(jù)項設(shè)置（點擊ProcessDataItem下的空白欄，下列dio-1/OUT00——dio-1/OUT15隨便選擇）實訓三：數(shù)字量-實現(xiàn)“與”門邏輯實訓步驟：步驟11：在右側(cè)選擇Programming，右鍵選擇Programs，點擊AddProgram，建立一個新的程序項目，名字自擬，如Main。實訓三：數(shù)字量-實現(xiàn)“與”門邏輯實訓步驟：步驟12：雙擊Main，打開程序，選擇第二種編程方式（AddLDCodeWorksheet）進行代碼開發(fā)實訓三：數(shù)字量-實現(xiàn)“與”門邏輯實訓步驟：步驟13：在Main標簽下的Variables下的Default中添加一個變量LocalBool實訓三：數(shù)字量-實現(xiàn)“與”門邏輯實訓步驟：步驟14：在Main下的Code中的空白地方構(gòu)建如圖的框架，分別單擊GlobalBool、GlobalBoolOut上方出現(xiàn)3個VAR，點擊第二個VAR(全局模式)實訓三：數(shù)字量-實現(xiàn)“與”門邏輯實訓步驟：步驟15：雙擊左側(cè)的PLCnext（2），在TasksandEvends的ESM1中添加一個任務(wù)，名為Task_20ms，將滾動條往右滑，將Interval改為20、將Watchdog改為20，在Task_20ms下建一個Main，在ProgramType下勾選Main(注意：在做這步以前先配置好IP)實訓三：數(shù)字量-實現(xiàn)“與”門邏輯實訓步驟：步驟16：雙擊Project下面的axc-f2152-1:AXCF2152，點Cockpit，將程序?qū)懭氲絇LC。實訓三：數(shù)字量-實現(xiàn)“與”門邏輯實訓步驟：步驟17：輸入用戶名和密碼登錄。登錄成功后下方就會有數(shù)值條在變化，有燈再閃。實訓三：數(shù)字量-實現(xiàn)“與”門邏輯實訓步驟：步驟18：在PLCnext（2）標簽下的ESM1(1)下的Task_20ms(1)中雙擊Main:Main，在Variables標簽中，可更改輸入?yún)?shù)的值（在功能塊中也能更改），可點擊進入Code標簽，觀察結(jié)果。實訓四：模擬量-電壓轉(zhuǎn)換實訓四：模擬量——電壓轉(zhuǎn)換0-30000為1-10v實訓步驟：可以在實訓三的基礎(chǔ)上繼續(xù)下面步驟步驟1：雙擊左側(cè)的aio-1:AXLFAI2AO21H，設(shè)置輸入通道的值為“0V-10V”實訓三：數(shù)字量-實現(xiàn)“與”門邏輯實訓步驟：步驟6：在PLC的DataList標簽下添加一個全局變量GlobalWord，并將GlobalWord的類型（Type）改為WORD實訓三：數(shù)字量-實現(xiàn)“與”門邏輯實訓步驟：步驟8：完成GlobalWord的過程數(shù)據(jù)項設(shè)置（點擊ProcessDataItem下的空白欄，下列aio-1/IN01——aio-1/IN02隨便選擇）實訓四：模擬量——電壓轉(zhuǎn)換0-30000為1-10v實訓步驟：步驟2：Programming→Local→Functions&FunctionBlocks下，新建一個功能塊Analog_1，雙擊打開此功能塊，選擇第一種編譯方法（AddSTCodeWorksheet）實訓四：模擬量——電壓轉(zhuǎn)換0-30000為1-10v實訓步驟：步驟3：輸入計算電壓的公式：Output:=(t