工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備數(shù)據(jù)采集 課件 第十四課時 采集西門子PLC數(shù)據(jù)1

第十四課時

采集西門子PLC數(shù)據(jù)（1）工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備數(shù)據(jù)采集（初級）講師：XXX202X.XX.XX學習完前兩個章節(jié)實訓(xùn)項目，我們已經(jīng)充分了解并學會采集簡單元器件傳感器的數(shù)據(jù)，今天我們開始入門較為復(fù)雜的西門子PLC。與振動傳感器相比，我們采集數(shù)據(jù)的個數(shù)從單一變?yōu)閮蓚€，再變?yōu)楝F(xiàn)在的多個。西門子PLC是德國西門子（SIEMENS）公司生產(chǎn)的可編程控制器，在我國的冶金、化工、印刷生產(chǎn)線等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。西門子公司的PLC產(chǎn)品包括S7-200、S7-1200、S7-300、S7-400、S7-1500等。西門子S7系列PLC體積小、速度快、標準化，具有網(wǎng)絡(luò)通信能力，功能更強，可靠性高。S7系列PLC產(chǎn)品可分為微型PLC（如S7-200），小規(guī)模性能要求的PLC（如S7-300）和中、高性能要求的PLC（如S7-400）等。西門子PLC的概念01西門子PLC的設(shè)備信息02CONTENTS目錄西門子PLC的數(shù)據(jù)信息03學習目標素質(zhì)目標：1.

養(yǎng)成科學嚴謹?shù)墓ぷ鲬B(tài)度；2.

體驗工作的成就感，樹立熱愛勞動意識。知識目標：1.

理解設(shè)備信息收集的基本概念和方法；2.

理解采集對象數(shù)據(jù)信息的基本概念；3.

了解工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)選型涉及的其他信息。能力目標：1.

能夠準確收集設(shè)備信息；2.

能夠準確收集采集對象的數(shù)據(jù)信息；3.

能夠準確收集其他相關(guān)信息；4.

能夠結(jié)合設(shè)備信息和數(shù)據(jù)信息選擇合適的工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)。1西門子PLC的概念PartOne1.1西門子PLC定義概念學習在本任務(wù)中，我們依然要遵循之前的相關(guān)實訓(xùn)要求和規(guī)律，收集準確、全面的信息，綜合考慮多種因素，在眾多型號的工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)中選擇最合適的一款。PLC是一種專門為在工業(yè)設(shè)備中的應(yīng)用而設(shè)計的用于數(shù)字運算的電子操作系統(tǒng)。PLC通過可編程的存儲裝置，進行程序存儲，并執(zhí)行算術(shù)操作、計數(shù)、定時、順序控制、邏輯運算等面向終端用戶的指令，再進行模擬的、數(shù)字的輸出和輸入，對各種生產(chǎn)過程和機械進行控制。圖

各類西門子PLC1.2西門子PLC的功能作用及其應(yīng)用場景開關(guān)量邏輯控制（最廣泛）替代了以往的繼電器電路控制，從而實現(xiàn)邏輯順序控制；能用于單機設(shè)備的控制，亦可用于群機控制及自動化工廠流水線。應(yīng)用場景如：組合機床、磨床、包裝生產(chǎn)線流水線等。01數(shù)據(jù)處理現(xiàn)在的PLC可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析及處理，比如數(shù)學運算、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、排序、查表及位操作等。數(shù)據(jù)處理常用于大型的控制系統(tǒng)上。應(yīng)用場景：柔性造紙、輕紡、食品工業(yè)等部分大型控制系統(tǒng)。02運動控制PLC專用的運動控制模塊，可驅(qū)動步進電機或伺服電機做直線運動或圓周運動。國內(nèi)外各主要PLC廠家產(chǎn)品幾乎都具有運動控制的功能。運動控制應(yīng)用場景如：機械、機床、電梯等。03過程控制作為工業(yè)級控制計算機，PLC能編制各式各樣的控制算法程序，來對溫度、壓力、流量等模擬量完成閉環(huán)控制。PID調(diào)節(jié)在閉環(huán)控制系統(tǒng)中是用得比較多的調(diào)節(jié)方法，在大中型的PLC上一般都有PID模塊，現(xiàn)在許多小型的PLC也配備有此功能的模塊。應(yīng)用場景如：冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等。04模擬量控制05在工業(yè)生產(chǎn)的過程中，有許多會連續(xù)變化的量，比如溫度、壓力、流量、液位和速度等。PLC廠家通常都會生產(chǎn)配套的A/D和D/A轉(zhuǎn)換模塊。1.2西門子PLC主要類型概念學習本任務(wù)采用的西門子PLC型號為S7-1200（CPU1211C），外觀如下圖，標識了西門子S7-1200通信接口的位置。1.可以從三個角度對可編程序控制器進行分類：（1）根據(jù)PLC的控制規(guī)模大小可以分為大型機、中型機和小型機。（2）根據(jù)PLC的性能高低可分為高檔機、中檔機和低檔機。（3）根據(jù)PLC的結(jié)構(gòu)分類可分為整體式、組合式、疊裝式。2.

本任務(wù)中所使用的西門子PLC圖西門子PLCS7-1200（CPU1211C）1.3西門子PLC應(yīng)用場景（1）供熱鍋爐控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)作為工業(yè)級控制計算機，PLC能編制各式各樣的控制算法程序，來對溫度、壓力、流量等模擬量完成閉環(huán)控制。PID調(diào)節(jié)在閉環(huán)控制系統(tǒng)中是用得比較多的調(diào)節(jié)方法，在大中型的PLC上一般都有PID模塊，現(xiàn)在許多小型的PLC也配備有此功能的模塊。過程控制應(yīng)用場景如：冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等。本系統(tǒng)使用西門子PLCS7-1200（CPU1211）作為控制器進行控制，主要是對燃煤鍋爐進行控制，包括風機、給煤機的開關(guān)，根據(jù)液位變化對進出水口閥門的控制；根據(jù)鍋爐內(nèi)溫度變化進行自動控制；利用PLC中所帶有的PID調(diào)節(jié)器進行調(diào)節(jié)，以控制鍋爐內(nèi)的溫度，再利用遠程傳輸?shù)墓δ?，可以在用戶處裝上溫度傳感器，將其溫度轉(zhuǎn)成標準信號傳到PLC主機上，觀測到的溫度根據(jù)需要進行調(diào)節(jié)，提高或降低鍋爐的溫度，直接控制傳到用戶的溫度。在鍋爐內(nèi)裝有壓力傳感器，如果壓力過高，可能會降低鍋爐的壽命，甚至發(fā)生危險，所以一定要控制壓力，當壓力超過一定的數(shù)值時需報警，并迅速進行處理，降低鍋爐內(nèi)的壓力，以免發(fā)生危險。PLC通過檢測溫度、水位、壓力、流量和氣體中的含氧量等信息結(jié)合系統(tǒng)自身算法，輸出控制信號控制燃燒機、真空泵、給媒機、電磁閥等輸出設(shè)備。智能網(wǎng)關(guān)通過采集PLC的數(shù)據(jù)形成統(tǒng)一格式化的數(shù)據(jù)報文，上傳上位機監(jiān)控圖

供熱鍋爐控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，以實時顯示系統(tǒng)的運行狀態(tài)。供熱鍋爐控制系統(tǒng)框架如下圖所示。(2)控制方案控制參數(shù)：供熱系統(tǒng)鍋爐出水口溫度、爐內(nèi)溫度、鍋爐水位、鍋爐壓力、出水口和進水口的流量、氣體中含氧量。控制內(nèi)容：燃燒機開關(guān)、真空泵開關(guān)、電磁閥開關(guān)、給煤機開關(guān)、報警。1.3西門子PLC應(yīng)用場景系統(tǒng)根據(jù)鍋爐內(nèi)水溫高、低控制燃燒機大、小火。自動調(diào)節(jié)鍋爐內(nèi)的水位。根據(jù)出水管內(nèi)的流量大小也可來控制出水口電磁閥的開關(guān)。當流量過大時，關(guān)小電磁閥，自動調(diào)節(jié)流量。故障報警：鍋爐內(nèi)溫度高、水位低、水位高、鍋爐內(nèi)壓力高、出水管內(nèi)的流量高、出水管內(nèi)的流量低、燃燒機故障等。以上所控制的內(nèi)容根據(jù)現(xiàn)場的實際情況設(shè)定溫度值、壓力值、液位值、流量值以及爐內(nèi)空氣的含氧量的百分比。圖

供熱鍋爐控制系統(tǒng)流程圖

供熱鍋爐控制系統(tǒng)框架2西門子PLC的設(shè)備信息PartTwo2.1設(shè)備的基本信息

根據(jù)第3章任務(wù)中的內(nèi)容，我們了解到：收集設(shè)備的信息，首先要對設(shè)備有基本的了解，包括設(shè)備類型、設(shè)備名稱、生產(chǎn)廠家、設(shè)備型號、設(shè)備數(shù)量等，并據(jù)此來查閱準確的設(shè)備資料（如產(chǎn)品手冊、說明書等），縮小工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)的選型范圍，進而確定工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)的具體型號。如在本任務(wù)中，需收集的信息內(nèi)容也是一樣的。我們將要收集的設(shè)備基本信息如下表所示：表

設(shè)備基本信息收集表設(shè)備類型設(shè)備名稱生產(chǎn)廠家設(shè)備型號設(shè)備數(shù)量備注PLCPLC西門子S7-1200（CPU1211C）1知識鏈接2.2設(shè)備的技術(shù)參數(shù)信息S7-1200的技術(shù)性能指標如下表：CPU特征CPU1211CCPU1212CCPU1214C三CPUDC/DC/DC，AC/DC/RLY，DC/DC/RLY集成的工作存儲區(qū)/KB252550集成的裝載存儲/MB112集成的保持存儲區(qū)/KB222內(nèi)存卡件可選SIMATIC記憶卡集成的數(shù)字量I/O點數(shù)8輸入/4輸入8輸入/6輸入14輸入/10輸入集成的模擬量I/O點數(shù)2輸入過程映像區(qū)大小1024B輸入/1024B輸出信號擴展板最多1個信號擴展模塊不含最多2個最多8個最大本地數(shù)字量I/O點數(shù)1482284最大本地模擬量I/O點數(shù)31551高速計數(shù)器/個346-單相3（100kHz）3（100kHz）1（30kHz）3（100kHz）1（30kHz）-單相3（100kHz）-正交相3（80kHz）3（80kHz）1（30kHz）3（80kHz）1（30kHz）-正交相3（80kHz）2.2設(shè)備的技術(shù)參數(shù)信息脈沖輸出/個2（100kHz，直流輸出）/2（1Hz，繼電器輸出）脈沖捕捉輸入/個6814時間繼電器/循環(huán)中斷在全部的4個中有一個達到ms精度邊沿中斷/個6（上升沿）/6（下降沿）8（上升沿）/8（下降沿）12（上升沿）/12（下降沿）精確的實時時鐘/（√月）±60實時時鐘保持時間40℃環(huán)境下，典型的10天/最小6天，免費維護超級電容布爾量運算執(zhí)行速度/（μs/指令）0.1動態(tài)字符運算速度/（μs/指令）12真正的數(shù)學運算速度/（μs/指令）18端口數(shù)1個類型RJ-45接口數(shù)據(jù)傳輸率（Mbit/s）10/100擴展通信模塊最多3個根據(jù)工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)選擇過程中需要的參數(shù)，需重點收集的設(shè)備參數(shù)信息如下表所示：序號設(shè)備參數(shù)技術(shù)指標1端口1個RJ-45網(wǎng)口2通信協(xié)議S7通信協(xié)議（1）通信協(xié)議：S7通信協(xié)議。（2）接線方式：RJ-45網(wǎng)線。3西門子PLC的數(shù)據(jù)信息PartThree3.1西門子PLC的數(shù)據(jù)信息1）一個塊即為一個記錄；2）一個塊包含若干個邏輯記錄；3）一個邏輯記錄占有幾個塊。PLC的DB塊分全局數(shù)據(jù)庫和背景數(shù)據(jù)庫（常配FB塊使用），做個簡單的比喻，I/O地址是貨物，DB塊是貨架，I/O地址經(jīng)過一些列的加工（計算或邏輯）后放進貨架里面。I/O地址分模擬量輸入PIW/輸出PQW，數(shù)字量輸入I/輸出Q，同樣的DB地址分模擬量DB1.DBW10整數(shù)或DB1.DBD10實數(shù)，數(shù)字量DB1.DBX10.0（1或0）。概念學習（1）全局數(shù)據(jù)塊存儲供所有的代碼塊使用的數(shù)據(jù)，所有的OB（組織塊）、FB（函數(shù)塊）和FC（函數(shù)）都可以訪問它們；（2）背景數(shù)據(jù)塊存儲的數(shù)據(jù)供特定的FB（函數(shù)塊）使用。背景數(shù)據(jù)塊中保存的是對應(yīng)的FB的輸入、輸出參數(shù)和局部靜態(tài)變量。FB的臨時數(shù)據(jù)（Temp）不是用背景數(shù)據(jù)塊保存的。按照數(shù)據(jù)塊與數(shù)據(jù)的邏輯記錄（邏輯上有聯(lián)系，在存儲器上占有一組鄰接單元的數(shù)據(jù)單位）之間的對應(yīng)關(guān)系有3種方式：1.

DB（數(shù)據(jù)塊）指數(shù)據(jù)塊是用于存放執(zhí)行代碼塊時所需的數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)區(qū)，有兩種類型的數(shù)據(jù)塊：3.1西門子PLC的數(shù)據(jù)信息以使系統(tǒng)能按一定的順序工作。所以，有時也稱其為順序控制。3.

模擬量模擬量是指一些連續(xù)變化的物理量，如電壓、電流、壓力、速度、流量等。4.

脈沖量脈沖量是其取值總是不斷的在0（低電平）和1（高電平）之間交替變化的數(shù)字量。每秒鐘脈沖交替變化的次數(shù)稱為頻率。概念學習（接上）I/O地址分模擬量輸入PIW/輸出PQW，數(shù)字量輸入I/輸出Q，同樣的DB地址分模擬量DB1.DBW10整數(shù)或DB1.DBD10實數(shù)，數(shù)字量DB1.DBX10.0（1或0）。2.

開關(guān)量開關(guān)量也稱邏輯量，指僅有兩個取值，0或1、ON或OFF。它是最常用的控制，對它進行控制是PLC的優(yōu)勢，也是PLC最基本的應(yīng)用。

開關(guān)量控制的目的是，根據(jù)開關(guān)量的當前輸入組合與歷史的輸入順序，使PLC產(chǎn)生相應(yīng)的開關(guān)量輸出，2.2工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)選型涉及的其他信息知識鏈接當設(shè)備信息和數(shù)據(jù)信息已收集妥當之后，我們還需要關(guān)注更多的信息，以最終達成工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)選型的任務(wù)目標。根據(jù)以上任務(wù)內(nèi)容整理——采集帶有西門子PLC設(shè)備數(shù)據(jù)評估報告。班級：姓名：小組：學號：名稱內(nèi)容備注采集PLC數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)存儲位置PLC數(shù)據(jù)端口PLC數(shù)據(jù)輸出方式數(shù)據(jù)采集連接方式選型網(wǎng)關(guān)智能網(wǎng)關(guān)型號智能網(wǎng)關(guān)采集接口采集數(shù)據(jù)上傳協(xié)議總結(jié)一、填空題1.

PLC中文譯為

。2.

西門子S7系列產(chǎn)品根據(jù)PLC的控制規(guī)模大?。嚎梢苑譃?/p>

、

和

。其中大型機有

、S7-400等型號；中型機有

等型號；小型機有

等型號。3.

西門子S7系列PLC

、速度快、

，具有