《工控組態(tài)技術(shù)及應(yīng)用》課件模塊一

模塊一工控組態(tài)基礎(chǔ)知識(shí)

項(xiàng)目一MCGS工控組態(tài)軟件概述項(xiàng)目二西門子S7-200PLC簡(jiǎn)介項(xiàng)目三三菱FX系列PLC簡(jiǎn)介項(xiàng)目四西門子S7-300PLC簡(jiǎn)介

項(xiàng)目一MCGS工控組態(tài)軟件概述

一、學(xué)習(xí)目標(biāo)

1.知識(shí)目標(biāo)

(1)掌握MCGS工控組態(tài)軟件的系統(tǒng)構(gòu)成。

(2)掌握MCGS工控組態(tài)軟件的功能特點(diǎn)。

(3)掌握組建工程的一般過程。

(4)掌握MCGS工控組態(tài)軟件的安裝。

2.能力目標(biāo)

(1)初步具備組建MCGS工程的思路。

(2)初步具備安裝MCGS軟件的能力。二、要求學(xué)生必備的知識(shí)與技能

1.必備知識(shí)

(1)計(jì)算機(jī)操作基本知識(shí)。

(2)控制系統(tǒng)基本知識(shí)。

2.必備技能

(1)熟練的計(jì)算機(jī)操作技能。

(2)熟練的軟件安裝技能。三、相關(guān)知識(shí)

1．計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)概述

計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)由工業(yè)控制機(jī)和生產(chǎn)過程兩大部分組成。其中，工業(yè)控制機(jī)是指按生產(chǎn)過程控制的特點(diǎn)和要求而設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)(一般是微機(jī)或單片機(jī))，它包括硬件和軟件兩部分。生產(chǎn)過程包括被控對(duì)象及測(cè)量變送、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、電氣開關(guān)等裝置。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)按其應(yīng)用特點(diǎn)、控制功能和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)可分為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、直接數(shù)字控制系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)監(jiān)督控制系統(tǒng)、分級(jí)控制系統(tǒng)、集散控制系統(tǒng)及現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)。

2.計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的組成

1)基本概念

在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，由于工業(yè)控制機(jī)輸入和輸出的是數(shù)字信號(hào)，而現(xiàn)場(chǎng)采集到的信號(hào)或送到執(zhí)行機(jī)構(gòu)的信號(hào)大部分是模擬信號(hào)，因此，與常規(guī)的按偏差控制的閉環(huán)負(fù)反饋系統(tǒng)相比，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)需要有模/數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換和數(shù)/模(D/A)轉(zhuǎn)換這兩個(gè)環(huán)節(jié)。計(jì)算機(jī)閉環(huán)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1-1-1所示。圖1-1-1計(jì)算機(jī)閉環(huán)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖計(jì)算機(jī)把通過測(cè)量元件、變送單元和A/D轉(zhuǎn)換器送來的數(shù)字信號(hào)，直接反饋到輸入端與設(shè)定值進(jìn)行比較，然后根據(jù)要求按偏差進(jìn)行運(yùn)算，所得數(shù)字量輸出信號(hào)經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換器送到執(zhí)行機(jī)構(gòu)，對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行控制，使被控變量穩(wěn)定在設(shè)定值上。這種系統(tǒng)稱為閉環(huán)控制系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的工作原理可歸納為以下三個(gè)步驟：

(1)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集：對(duì)測(cè)量變送裝置輸出的信號(hào)經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后進(jìn)行處理。

(2)實(shí)時(shí)控制決策：對(duì)被控變量的測(cè)量值進(jìn)行分析、運(yùn)算和處理，并按預(yù)定的控制規(guī)律進(jìn)行運(yùn)算。

(3)實(shí)時(shí)控制輸出：實(shí)時(shí)地輸出運(yùn)算后的控制信號(hào)，經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換后驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，完成控制任務(wù)。

上述過程不斷重復(fù)，使被控變量穩(wěn)定在設(shè)定值上。在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，生產(chǎn)過程和計(jì)算機(jī)直接連接并受計(jì)算機(jī)控制的方式稱為在線方式或聯(lián)機(jī)方式；生產(chǎn)過程不和計(jì)算機(jī)相連且不受計(jì)算機(jī)控制，而是靠人進(jìn)行聯(lián)系并進(jìn)行相應(yīng)操作的方式稱為離線方式或脫機(jī)方式。所謂實(shí)時(shí)，是指信號(hào)的輸入、計(jì)算和輸出都在一定的時(shí)間范圍內(nèi)完成，也就是說計(jì)算機(jī)對(duì)輸入的信息，以足夠快的速度進(jìn)行控制，超出了這個(gè)時(shí)間，就失去了控制的時(shí)機(jī)，控制也就失去了意義。實(shí)時(shí)的概念不能脫離具體過程，一個(gè)在線的系統(tǒng)不一定是一個(gè)實(shí)時(shí)系統(tǒng)，但一個(gè)實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)必定是在線系統(tǒng)。

2)硬件系統(tǒng)

計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)由工業(yè)控制機(jī)和生產(chǎn)過程兩大部分組成。其組成框圖如圖1-1-2所示。圖1-1-2計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的組成框圖計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中的工業(yè)控制機(jī)硬件是指計(jì)算機(jī)本身及外圍設(shè)備，包括計(jì)算機(jī)、過程輸入/輸出接口、人機(jī)接口、外部存儲(chǔ)器等。

計(jì)算機(jī)是計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的核心，其核心部件是CPU。CPU通過人機(jī)接口和過程輸入/輸出接口，接收指令和工業(yè)對(duì)象的信息，向系統(tǒng)各部分發(fā)送命令和數(shù)據(jù)，完成巡回檢測(cè)、數(shù)據(jù)處理、控制計(jì)算、邏輯判斷等工作。過程輸入接口將從被控對(duì)象采集的模擬量或數(shù)字量信號(hào)轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)能夠接收的數(shù)字量，過程輸出接口把計(jì)算機(jī)的處理結(jié)果轉(zhuǎn)換成可以對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行控制的信號(hào)。

人機(jī)接口包括操作臺(tái)、顯示器、鍵盤、打印機(jī)、記錄儀等，它們是操作人員和計(jì)算機(jī)進(jìn)行信息交換的工具。

3)軟件系統(tǒng)

系統(tǒng)軟件一般由計(jì)算機(jī)廠家提供，是專門用來使用和管理計(jì)算機(jī)的程序，包括操作系統(tǒng)、監(jiān)控管理程序、語言處理程序和故障診斷程序等。

應(yīng)用軟件是用戶根據(jù)要解決的實(shí)際問題而編寫的各種程序。在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，每個(gè)被控對(duì)象或控制任務(wù)都有相應(yīng)的控制程序，以滿足相應(yīng)的控制要求。

3.計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的常用類型

計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)種類繁多，命名方法也各有不同。根據(jù)應(yīng)用特點(diǎn)、控制功能和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)主要分為六種類型：數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、直接數(shù)字控制系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)監(jiān)督控制系統(tǒng)、分級(jí)控制系統(tǒng)、集散控制系統(tǒng)及現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)。

1)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，計(jì)算機(jī)只承擔(dān)數(shù)據(jù)的采集和處理工作，不直接參與控制。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)對(duì)生產(chǎn)過程的各種工藝變量進(jìn)行巡回檢測(cè)、處理、記錄以及對(duì)變量采取超限報(bào)警等，同時(shí)對(duì)這些變量進(jìn)行累計(jì)分析和實(shí)時(shí)分析，得出各種趨勢(shì)分析，為操作人員提供參考，如圖1-1-3所示。圖1-1-3計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2)直接數(shù)字控制系統(tǒng)

直接數(shù)字控制(DirectDigitalControl，DDC)系統(tǒng)的構(gòu)成如圖1-1-4所示。計(jì)算機(jī)通過過程輸入通道對(duì)控制對(duì)象的變量做巡回檢測(cè)，根據(jù)測(cè)得的變量，按照一定的控制規(guī)律進(jìn)行運(yùn)算，計(jì)算機(jī)運(yùn)算的結(jié)果經(jīng)過過程輸出通道，作用到控制對(duì)象，使被控變量符合性能指標(biāo)要求。圖1-1-4直接數(shù)字控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖直接數(shù)字控制系統(tǒng)與模擬系統(tǒng)的不同之處是：在模擬系統(tǒng)中，信號(hào)的傳送不需要數(shù)字化，而數(shù)字系統(tǒng)中由于采用了計(jì)算機(jī)，在信號(hào)傳送到計(jì)算機(jī)之前必須經(jīng)模/數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)才能被計(jì)算機(jī)接收，計(jì)算機(jī)的控制信號(hào)必須經(jīng)數(shù)/模(D/A)轉(zhuǎn)換后才能驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。另外，由于是用程序進(jìn)行控制運(yùn)算，其控制方式比常規(guī)控制系統(tǒng)靈活且經(jīng)濟(jì)。采用計(jì)算機(jī)代替模擬儀表控制，只要改變程序就可以對(duì)控制對(duì)象進(jìn)行控制，因此計(jì)算機(jī)可以控制幾百個(gè)回路，并可以對(duì)上下限進(jìn)行監(jiān)視和報(bào)警。此外，因?yàn)橛?jì)算機(jī)有較強(qiáng)的計(jì)算能力，所以控制方法的改變很方便，只要改變程序就可以實(shí)現(xiàn)。就一般的模擬控制而言，要改變控制方法就必須改變硬件，這不是輕而易舉的事。由于DDC系統(tǒng)中的計(jì)算機(jī)直接承擔(dān)控制任務(wù)，所以要求實(shí)時(shí)性好、可靠性高和適應(yīng)性強(qiáng)。為了充分發(fā)揮計(jì)算機(jī)的利用率，一臺(tái)計(jì)算機(jī)通常要控制多個(gè)回路，那就要求合理地設(shè)計(jì)應(yīng)用軟件，使之不失時(shí)機(jī)地完成所有功能。工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境惡劣，干擾頻繁，直接威脅著計(jì)算機(jī)的可靠運(yùn)行，因此必須采取抗干擾措施。

3)計(jì)算機(jī)監(jiān)督控制系統(tǒng)

計(jì)算機(jī)監(jiān)督控制(SupervisoryComputerControl，SCC)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1-1-5所示。SCC系統(tǒng)是一種兩級(jí)微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，其中DDC級(jí)微機(jī)完成生產(chǎn)過程的直接數(shù)字控制；SCC級(jí)微機(jī)則根據(jù)生產(chǎn)過程的工況和已定的數(shù)學(xué)模型，進(jìn)行優(yōu)化分析計(jì)算，產(chǎn)生最優(yōu)化設(shè)定值，送給DDC級(jí)執(zhí)行。SCC級(jí)微機(jī)承擔(dān)著高級(jí)控制與管理任務(wù)，要求數(shù)據(jù)處理能力強(qiáng)、存儲(chǔ)容量大等，因此一般采用較高檔的微機(jī)。圖1-1-5計(jì)算機(jī)監(jiān)督控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

把圖1-1-5計(jì)算機(jī)監(jiān)督控制系統(tǒng)的DDC級(jí)計(jì)算機(jī)用數(shù)字控制儀器代替，再配以輸入采樣器、A/D轉(zhuǎn)換器和D/A轉(zhuǎn)換器、輸出掃描器，便是SCC加數(shù)字控制器的SCC系統(tǒng)。當(dāng)SCC級(jí)計(jì)算機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，由數(shù)字控制器獨(dú)立完成控制任務(wù)，比較安全可靠。

4)分級(jí)控制系統(tǒng)

生產(chǎn)過程中既存在控制問題，也存在大量的管理問題。過去，由于計(jì)算機(jī)價(jià)格高，復(fù)雜的生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)往往采取集中控制方式，以便充分利用計(jì)算機(jī)。這種控制方式由于任務(wù)過于集中，一旦計(jì)算機(jī)出現(xiàn)故障，即造成系統(tǒng)崩潰。現(xiàn)在，微機(jī)價(jià)格低廉而且功能日臻完善，由若干臺(tái)微處理器或微機(jī)分別承擔(dān)部分控制任務(wù)，代替了集中控制的計(jì)算機(jī)。這種系統(tǒng)的特點(diǎn)是分散了控制功能，用多臺(tái)計(jì)算機(jī)分別來實(shí)現(xiàn)不同的控制功能，管理上則采用集中管理的方式。由于計(jì)算機(jī)控制和管理的范圍縮小了，其應(yīng)用靈活、方便，可靠性得以提高。圖1-1-6所示為一個(gè)四級(jí)的計(jì)算機(jī)分級(jí)控制系統(tǒng)。圖1-1-6四級(jí)的計(jì)算機(jī)分級(jí)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

(1)裝置控制級(jí)(DDC級(jí))：對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行直接控制，如進(jìn)行PID控制或前饋控制，使所控制的生產(chǎn)過程在最優(yōu)工作狀況下工作。

(2)車間監(jiān)督級(jí)(SCC級(jí))：根據(jù)廠級(jí)計(jì)算機(jī)下達(dá)的命令和通過裝置控制級(jí)獲得的生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)，進(jìn)行最優(yōu)化控制，并擔(dān)負(fù)著車間內(nèi)各工段間的協(xié)調(diào)控制和對(duì)DDC計(jì)算機(jī)進(jìn)行監(jiān)督的任務(wù)。

(3)工廠集中控制級(jí)：可根據(jù)上級(jí)下達(dá)的任務(wù)和本廠情況，制訂生產(chǎn)計(jì)劃、安排本廠工作、進(jìn)行人員調(diào)配及各車間的協(xié)調(diào)，并及時(shí)將SCC級(jí)和DDC級(jí)的情況向上級(jí)報(bào)告。

(4)企業(yè)管理級(jí)：制訂長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃、生產(chǎn)計(jì)劃、銷售計(jì)劃，下達(dá)命令至各工廠，并接受各工廠、各部門發(fā)回的信息，實(shí)現(xiàn)整個(gè)企業(yè)的總調(diào)度。

5)集散控制系統(tǒng)

集散控制系統(tǒng)以微機(jī)為核心，把過程控制裝置、數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)、顯示操作裝置、輸入輸出通道、控制儀表等有機(jī)地結(jié)合起來，構(gòu)成分布式結(jié)構(gòu)。這種系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了地理上和功能上的分散控制，又通過通信系統(tǒng)把各個(gè)分散的信息集中起來，進(jìn)行集中的監(jiān)視和操作，實(shí)現(xiàn)了高級(jí)復(fù)雜規(guī)律的控制。其結(jié)構(gòu)如圖1-1-7所示。圖1-1-7集散控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖集散控制系統(tǒng)是一種典型的分級(jí)分布式控制結(jié)構(gòu)。監(jiān)控計(jì)算機(jī)通過協(xié)調(diào)各控制站的工作，達(dá)到過程的動(dòng)態(tài)最優(yōu)化?？刂普緞t完成過程的現(xiàn)場(chǎng)控制任務(wù)。操作臺(tái)是人機(jī)接口裝置，完成操作、顯示和監(jiān)視任務(wù)。數(shù)據(jù)采集站用來采集非控制過程信息。集散控制系統(tǒng)既有計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)控制算法先進(jìn)、精度高、響應(yīng)速度快的優(yōu)點(diǎn)，又有儀表控制系統(tǒng)安全可靠、維護(hù)方便的優(yōu)點(diǎn)。

6)現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)

現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)(FieldbusControlSystem，F(xiàn)CS)是新一代分布式控制結(jié)構(gòu)，如圖1-1-8所示。該系統(tǒng)改進(jìn)了集散控制系統(tǒng)成本高、各廠商產(chǎn)品的通信標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一而造成的不能互連的弱點(diǎn)，采用工作站-現(xiàn)場(chǎng)總線智能儀表的兩層結(jié)構(gòu)模式，完成了DCS中三層結(jié)構(gòu)模式的功能，降低了成本，提高了可靠性。國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一后，它可實(shí)現(xiàn)真正的開放式互連體系結(jié)構(gòu)。圖1-1-8現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖近年來，由于現(xiàn)場(chǎng)總線的發(fā)展，智能傳感器和執(zhí)行器也向數(shù)字化方向發(fā)展，用數(shù)字信號(hào)取代4mA～20mA電流信號(hào)，為現(xiàn)場(chǎng)總線的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。現(xiàn)場(chǎng)總線是連接工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)儀表和控制裝置之間的全數(shù)字化、雙向、多站點(diǎn)的串行通信網(wǎng)絡(luò)。現(xiàn)場(chǎng)總線被稱為21世紀(jì)的工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)。由于計(jì)算機(jī)科學(xué)的飛速發(fā)展，計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)能力、運(yùn)算能力都得到更進(jìn)一步的發(fā)展，能夠解決一般模擬控制系統(tǒng)解決不了的難題，達(dá)到一般控制系統(tǒng)達(dá)不到的優(yōu)異的性能指標(biāo)。在計(jì)算機(jī)控制算法方面，實(shí)現(xiàn)了最優(yōu)控制、自適應(yīng)、自學(xué)習(xí)和自組織系統(tǒng)以及智能控制等先進(jìn)的控制方法，為提高復(fù)雜控制系統(tǒng)的控制質(zhì)量，有效地克服隨機(jī)擾動(dòng)，提供了有力的工具。四、理實(shí)一體化教學(xué)任務(wù)

理實(shí)一體化教學(xué)任務(wù)見表1-1-1。五、理實(shí)一體化教學(xué)步驟

1.MCGS工控組態(tài)軟件的系統(tǒng)構(gòu)成

(1)?MCGS工控組態(tài)軟件的整體結(jié)構(gòu)。?MCGS工控組態(tài)軟件(以下簡(jiǎn)稱MCGS)由“MCGS組態(tài)環(huán)境”和“MCGS運(yùn)行環(huán)境”兩個(gè)系統(tǒng)組成，如圖1-1-9所示。兩部分互相獨(dú)立，又緊密相關(guān)。圖1-1-9MCGS工控組態(tài)軟件的整體結(jié)構(gòu)

MCGS組態(tài)環(huán)境是生成用戶應(yīng)用系統(tǒng)的工作環(huán)境，用戶在MCGS組態(tài)環(huán)境中完成動(dòng)畫設(shè)計(jì)、設(shè)備連接、編寫控制流程、編制工程、打印報(bào)表等全部組態(tài)工作后，生成擴(kuò)展名為?.mcg的工程文件，又稱為組態(tài)結(jié)果數(shù)據(jù)庫。MCGS運(yùn)行環(huán)境是用戶應(yīng)用系統(tǒng)的運(yùn)行環(huán)境，在運(yùn)行環(huán)境中完成對(duì)工程的控制工作。

(2)?MCGS工程的五大部分。MCGS工程由主控窗口、設(shè)備窗口、用戶窗口、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫和運(yùn)行策略五部分構(gòu)成，如圖1-1-10所示。圖1-1-10MCGS工程的五大部分①主控窗口。主控窗口是工程的主窗口或主框架。在主控窗口中可以放置一個(gè)設(shè)備窗口和多個(gè)用戶窗口，主控窗口負(fù)責(zé)調(diào)度和管理這些窗口的打開或關(guān)閉。主控窗口主要的組態(tài)操作包括定義工程的名稱、編制工程菜單、設(shè)計(jì)封面圖形、確定自動(dòng)啟動(dòng)的窗口、設(shè)定動(dòng)畫刷新周期、指定數(shù)據(jù)庫存盤文件名稱及存盤時(shí)間等。②設(shè)備窗口。設(shè)備窗口是連接和驅(qū)動(dòng)外部設(shè)備的工作環(huán)境。在本窗口內(nèi)可配置數(shù)據(jù)采集與控制輸出設(shè)備、注冊(cè)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序、定義連接與驅(qū)動(dòng)設(shè)備用的數(shù)據(jù)變量。

③用戶窗口。本窗口主要用于設(shè)置工程中人機(jī)交互的界面，如生成各種動(dòng)畫顯示畫面、報(bào)警輸出、數(shù)據(jù)與曲線圖表等。④實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫是工程各個(gè)部分的數(shù)據(jù)交換與處理中心，它將MCGS工程的各個(gè)部分連接成有機(jī)的整體。在本窗口內(nèi)可定義不同類型和名稱的變量，作為數(shù)據(jù)采集、處理、輸出控制、動(dòng)畫連接及設(shè)備驅(qū)動(dòng)的對(duì)象。

⑤運(yùn)行策略。本窗口主要完成工程運(yùn)行流程的控制，包括編寫控制程序(if…then腳本程序)、選用各種功能構(gòu)件，如數(shù)據(jù)提取、歷史曲線、定時(shí)器、配方操作、多媒體輸出等。

2.?MCGS工控組態(tài)軟件的功能特點(diǎn)

(1)概念簡(jiǎn)單，易于理解和使用。普通工程人員經(jīng)過短時(shí)間的培訓(xùn)就能正確掌握并快速完成多數(shù)簡(jiǎn)單工程項(xiàng)目的監(jiān)控程序設(shè)計(jì)和運(yùn)行操作。

(2)功能齊全，便于方案設(shè)計(jì)。MCGS為解決工程監(jiān)控問題提供了豐富多樣的手段，從設(shè)備驅(qū)動(dòng)到數(shù)據(jù)處理、報(bào)警處理、流程控制、動(dòng)畫顯示、報(bào)表輸出、曲線顯示等各個(gè)環(huán)節(jié)，均有豐富的功能組件和常用圖形庫供選用。

(3)具備實(shí)時(shí)性與并行處理能力。MCGS充分利用了Windows操作平臺(tái)的多任務(wù)、按優(yōu)先級(jí)分時(shí)操作的功能，使PC廣泛應(yīng)用于工程測(cè)控領(lǐng)域的設(shè)想成為可能。

(4)建立實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫，便于用戶分步組態(tài)，保證系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行。在MCGS組態(tài)軟件中，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫是整個(gè)系統(tǒng)的核心。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫是一個(gè)數(shù)據(jù)處理中心，是系統(tǒng)各個(gè)部分及其各種功能性構(gòu)件的公用數(shù)據(jù)區(qū)。各個(gè)部件獨(dú)立地向?qū)崟r(shí)數(shù)據(jù)庫輸入和輸出數(shù)據(jù)，并完成自己的差錯(cuò)控制。

(5)“面向窗口”的設(shè)計(jì)方法，增加了可視性和可操作性。以窗口為單位，構(gòu)造用戶運(yùn)行系統(tǒng)的圖形界面，使得MCGS的組態(tài)工作既簡(jiǎn)單直觀又靈活多變。

(6)豐富的“動(dòng)畫組態(tài)”功能，可快速構(gòu)造各種復(fù)雜生動(dòng)的動(dòng)態(tài)畫面。利用大小變化、顏色改變、明暗閃爍、移動(dòng)翻轉(zhuǎn)等多種手段，能增強(qiáng)畫面的動(dòng)態(tài)顯示效果。

(7)引入了“運(yùn)行策略”的概念。用戶可以選用系統(tǒng)提供的各種條件和功能的“策略構(gòu)件”，用圖形化的方法構(gòu)造多分支的應(yīng)用程序，實(shí)現(xiàn)自由、精確地控制運(yùn)行流程，按照設(shè)定的條件和順序，操作外部設(shè)備、控制窗口的打開或關(guān)閉、與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。同時(shí)，也可以由用戶創(chuàng)建新的策略構(gòu)件，擴(kuò)展系統(tǒng)的功能。

3.組建工程的一般過程

(1)工程項(xiàng)目系統(tǒng)分析。分析工程項(xiàng)目的系統(tǒng)構(gòu)成、技術(shù)要求和工藝流程，弄清系統(tǒng)的控制流程和測(cè)控對(duì)象的特征，明確監(jiān)控要求和動(dòng)畫顯示方式；分析工程中的數(shù)據(jù)采集通道及輸出通道與軟件中實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫變量的對(duì)應(yīng)關(guān)系，分清哪些變量是需要利用I/O通道與外部設(shè)備進(jìn)行連接的，哪些變量是軟件內(nèi)部用來傳遞數(shù)據(jù)及動(dòng)畫顯示的。

(2)工程立項(xiàng)搭建框架。工程立項(xiàng)需創(chuàng)建新工程，主要內(nèi)容包括定義工程名稱、封面窗口名稱和啟動(dòng)窗口(封面窗口退出后接著顯示的窗口)名稱，指定存盤數(shù)據(jù)庫文件的名稱以及存盤數(shù)據(jù)庫，設(shè)定動(dòng)畫刷新的周期。經(jīng)過此步操作后，即在MCGS組態(tài)環(huán)境中建立了由五部分組成的工程結(jié)構(gòu)框架。封面窗口和啟動(dòng)窗口也可等到建立了用戶窗口后再行

建立。

(3)設(shè)計(jì)菜單基本體系。為了對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行的狀態(tài)及工作流程進(jìn)行有效的調(diào)度和控制，通常要在主控窗口內(nèi)編制菜單。編制菜單分為兩步，第一步是搭建菜單的框架，第二步是對(duì)各級(jí)菜單命令進(jìn)行功能組態(tài)。在組態(tài)過程中，可根據(jù)實(shí)際需要，隨時(shí)對(duì)菜單的內(nèi)容進(jìn)行增加或刪除，不斷完善工程的

菜單。

(4)制作動(dòng)畫顯示畫面。動(dòng)畫制作分為靜態(tài)圖形設(shè)計(jì)和動(dòng)態(tài)屬性設(shè)置兩個(gè)過程，前一過程類似于“畫畫”，用戶通過MCGS組態(tài)軟件中提供的基本圖形元素及動(dòng)畫構(gòu)件庫，在用戶窗口內(nèi)“組合”成各種復(fù)雜的畫面；后一過程則設(shè)置圖形的動(dòng)畫屬性，與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫中定義的變量建立相關(guān)鏈接，作為動(dòng)畫圖形的驅(qū)動(dòng)源。

(5)編寫控制流程程序。在“運(yùn)行策略”窗口內(nèi)，從策略構(gòu)件箱中選擇所需功能的策略構(gòu)件，構(gòu)成各種功能模塊(稱為策略塊)，由這些模塊實(shí)現(xiàn)各種人機(jī)交互操作。MCGS還為用戶提供了編程用的功能構(gòu)件(稱之為“腳本程序”功能構(gòu)件)，通過簡(jiǎn)單的編程語言編寫工程控制程序。

(6)完善菜單按鈕功能。該功能包括對(duì)菜單命令、監(jiān)控器件、操作按鈕的功能組態(tài)；實(shí)現(xiàn)歷史數(shù)據(jù)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、各種曲線、數(shù)據(jù)報(bào)表、報(bào)警信息輸出等功能；建立工程安全機(jī)制等。

(7)編寫程序調(diào)試工程。利用調(diào)試程序產(chǎn)生的模擬數(shù)據(jù)，可以檢查動(dòng)畫顯示和控制流程是否正確。

(8)連接設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序。選定與設(shè)備相匹配的設(shè)備構(gòu)件，連接設(shè)備通道，確定數(shù)據(jù)變量的處理方式，完成設(shè)備屬性的設(shè)置。此步操作在設(shè)備窗口內(nèi)進(jìn)行。

(9)工程完工綜合測(cè)試。最后測(cè)試工程各部分的工作情況，完成整個(gè)工程的組態(tài)工作，實(shí)施工程交接。

4.?MCGS軟件的安裝

(1)?MCGS的系統(tǒng)硬件要求。

CPU：使用相當(dāng)于Intel公司的Pentium233或以上級(jí)別的CPU。

內(nèi)存：當(dāng)使用Windows9X操作系統(tǒng)時(shí)，內(nèi)存應(yīng)在32MB以上；當(dāng)選用WindowsNT操作系統(tǒng)時(shí)，系統(tǒng)內(nèi)存應(yīng)在64MB以上；當(dāng)選用Windows2000操作系統(tǒng)時(shí)，系統(tǒng)內(nèi)存應(yīng)在128MB以上。顯卡：與Windows系統(tǒng)兼容，含有1?MB以上的顯示內(nèi)存，可工作于800×600分辨率、65535色模式下。

硬盤：MCGS通用版組態(tài)軟件占用的硬盤空間約為

80MB。

(2)?MCGS軟件的安裝。

①插入光盤后會(huì)自動(dòng)彈出MCGS安裝程序窗口，或運(yùn)行光盤中的AutoRun.exe文件彈出MCGS安裝界面，如圖

1-1-11所示。圖1-1-11MCGS安裝界面②在安裝界面中選擇“安裝MCGS組態(tài)軟件通用版”，啟動(dòng)安裝程序開始安裝。

③在彈出的窗口中單擊“下一步”按鈕，隨后安裝程序提示指定安裝目錄，用戶不指定時(shí)，系統(tǒng)缺省安裝到D:\MCGS目錄下，如圖1-1-12所示。

圖1-1-12缺省安裝界面④單擊“瀏覽”按鈕，彈出如圖1-1-13所示的界面，在此界面中選擇安裝路徑。

⑤單擊“確定”按鈕開始安裝，安裝過程大約要持續(xù)數(shù)分鐘。

⑥MCGS系統(tǒng)文件安裝完成后，安裝程序要建立和安裝數(shù)據(jù)庫引擎，這一過程可能持續(xù)幾分鐘，請(qǐng)耐心等待。圖1-1-13選擇安裝路徑⑦安裝過程完成后，在彈出的對(duì)話框中(如圖1-1-14所示)選擇“完成”，在其后彈出的對(duì)話框中選擇“是，我現(xiàn)在要重新啟動(dòng)計(jì)算機(jī)”，然后單擊“結(jié)束”按鈕，操作系統(tǒng)重新啟動(dòng)，安裝完成。圖1-1-14安裝完成界面⑧安裝完成后，Windows操作系統(tǒng)的桌面上添加了如圖1-1-15所示的兩個(gè)圖標(biāo)，分別用于啟動(dòng)MCGS組態(tài)環(huán)境和運(yùn)行環(huán)境。同時(shí)，Windows開始菜單中也添加了相應(yīng)的MCGS程序組，如圖1-1-16所示。圖1-1-15MCGS桌面圖標(biāo)圖1-1-16MCGS開始菜單六、實(shí)操考核

項(xiàng)目考核采用步進(jìn)式考核方式，考核內(nèi)容如表1-1-2

所示。七、注意事項(xiàng)

(1)安裝MCGS軟件時(shí)一定要注意安裝MCGS通用版。

(2)安裝MCGS軟件時(shí)一定要注意安裝路徑。

(3)?MCGS軟件安裝結(jié)束后，一定要重新啟動(dòng)計(jì)算機(jī)，MCGS軟件才能正常使用。八、思考題

(1)?MCGS工控組態(tài)軟件由哪幾部分構(gòu)成？

(2)組建MCGS工程的步驟有哪些？

(3)?MCGS工控組態(tài)軟件安裝的硬件要求有哪些？項(xiàng)目二西門子S7-200PLC簡(jiǎn)介

一、學(xué)習(xí)目標(biāo)

1.知識(shí)目標(biāo)

(1)掌握西門子PID指令的使用方法。

(2)掌握西門子S7-200PLC系統(tǒng)的組成。

(3)掌握西門子編程元件的使用方法。

(4)掌握西門子存儲(chǔ)器的相關(guān)知識(shí)。

(5)掌握西門子PLC與計(jì)算機(jī)的連接方法。

2.能力目標(biāo)

(1)初步具備用PLC搭建PID控制系統(tǒng)的能力。

(2)初步具備STEP7軟件的安裝能力。

(3)初步具備編程軟件的使用能力。

(4)初步具備PLC程序的下載能力。

(5)初步具備PLC工程的調(diào)試能力。二、要求學(xué)生必備的知識(shí)與技能

1.必備知識(shí)

(1)?PLC基本指令知識(shí)。

(2)控制系統(tǒng)基本知識(shí)。

(3)存儲(chǔ)器基本知識(shí)。

2.必備技能

(1)熟練的計(jì)算機(jī)操作技能。

(2)熟練的軟件安裝技能。三、理實(shí)一體化教學(xué)任務(wù)

理實(shí)一體化教學(xué)任務(wù)見表1-2-1。四、理實(shí)一體化教學(xué)步驟

1.?S7-200PLC的CPU類型

(1)?CPU221：集成6輸入/4輸出共10個(gè)數(shù)字量I/O點(diǎn)，無I/O擴(kuò)展能力。它包括6KB程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間，4個(gè)獨(dú)立的30kHz高速計(jì)數(shù)器，2路獨(dú)立的20kHz高速脈沖輸出，1個(gè)RS-485通信/編程口，具有PPI通信協(xié)議、MPI通信協(xié)議和自由方式通信能力。

(2)?CPU222：集成8輸入/6輸出共14個(gè)數(shù)字量I/O點(diǎn)，可連接2個(gè)擴(kuò)展模塊。它包括6KB程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間，4個(gè)獨(dú)立的30kHz高速計(jì)數(shù)器，2路獨(dú)立的20kHz高速脈沖輸出，1個(gè)RS-485通信/編程口，具有PPI通信協(xié)議、MPI通信協(xié)議和自由方式通信能力。

(3)?CPU224：集成14輸入/10輸出共24個(gè)數(shù)字量I/O點(diǎn)，可連接7個(gè)擴(kuò)展模塊，最大擴(kuò)展至168路數(shù)字量I/O點(diǎn)或35路模擬量I/O點(diǎn)。它包括13KB程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間，6個(gè)獨(dú)立的30kHz高速計(jì)數(shù)器，2路獨(dú)立的20MHz高速脈沖輸出，具有PID控制器，1個(gè)RS-485通信/編程口，以及PPI通信協(xié)議、MPI通信協(xié)議和自由方式通信能力。其I/O端子排可很容易地整體拆卸。

(4)?CPU226：集成24輸入/16輸出共40個(gè)數(shù)字量I/O點(diǎn)，可連接7個(gè)擴(kuò)展模塊，最大擴(kuò)展至248路數(shù)字量I/O點(diǎn)或35路模擬量I/O點(diǎn)。它包括13KB程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間，6個(gè)獨(dú)立的30kHz高速計(jì)數(shù)器，2路獨(dú)立的20kHz高速脈沖輸出，具有PID控制器，2個(gè)RS-485通信/編程口，以及PPI通信協(xié)議、MPI通信協(xié)議和自由方式通信能力。其I/O端子排可很容易地整體拆卸。

2.?S7-200系列PLC的編程軟元件

(1)輸入繼電器(I)。輸入繼電器是專設(shè)的輸入過程映像寄存器，用來接收外部傳感器或開關(guān)元件發(fā)來的信號(hào)。圖

1-2-1所示為輸入繼電器的等效電路圖，當(dāng)外部按鈕驅(qū)動(dòng)時(shí)，其線圈接通，常開、常閉觸點(diǎn)的狀態(tài)發(fā)生相應(yīng)變化，輸入繼電器不能由程序驅(qū)動(dòng)。圖1-2-1輸入繼電器的等效電路圖

(2)輸出繼電器(Q)。輸出繼電器是專設(shè)的輸出過程映像寄存器，其外部輸出觸點(diǎn)接到輸出端子上，以控制外部負(fù)載。輸出繼電器的外部輸出執(zhí)行器件有繼電器、晶體管和晶閘管3種。圖1-2-2為輸出繼電器的等效電路圖，當(dāng)輸出繼電器接通時(shí)，它所連接的外部電路被接通，同時(shí)輸出繼電器的常開、常閉觸點(diǎn)動(dòng)作，可在程序中使用。圖1-2-2輸出繼電器的等效電路圖

(3)內(nèi)部標(biāo)志位(M)。內(nèi)部標(biāo)志位存儲(chǔ)中間操作信息，它們不直接驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載，只起中間狀態(tài)的暫存作用，類似于中間繼電器，在S7-200系列PLC中稱為內(nèi)部標(biāo)志位，一般以位為單位使用。

(4)特殊標(biāo)志位(SM)。特殊標(biāo)志位為用戶提供一些特殊的控制功能及系統(tǒng)信息，用戶對(duì)操作的一些特殊要求也通過SM通知系統(tǒng)。特殊標(biāo)志位分為只讀區(qū)和可讀可寫區(qū)兩部分。在只讀區(qū)特殊標(biāo)志位，用戶只能利用其觸點(diǎn)，例如：

SM0.0—RUN監(jiān)控，PLC在RUN狀態(tài)時(shí)，SM0.0總為1。

SM0.1—初始化脈沖，PLC由STOP轉(zhuǎn)為RUN時(shí)，SM0.1接通一個(gè)掃描周期。

SM0.2—當(dāng)RAM中保存的數(shù)據(jù)丟失時(shí)，SM0.2接通一個(gè)掃描周期。

SM0.3—當(dāng)PLC上電進(jìn)入RUN時(shí)，SM0.3接通一個(gè)掃描周期。

SM0.4—分脈沖，占空比為50%，周期為lmin的脈沖串。

SM0.5—秒脈沖，占空比為50%，周期為ls的脈沖串。

SM0.6—掃描脈沖，一個(gè)掃描周期為ON，下一個(gè)掃描周期為OFF，交替循環(huán)。

SM0.7—指示CPU上MODE開關(guān)的位置，0=TERM，1=RUN，通常用來在RUN狀態(tài)下啟動(dòng)自由口通信方式。可讀可寫特殊標(biāo)志位用于特殊控制功能，如用于自由口設(shè)置的SMB30，用于定時(shí)中斷時(shí)間設(shè)置的SMB34/SMB35，用于高速計(jì)數(shù)器設(shè)置的SMB36～SMB65，用于脈沖串輸出控制的SMB66～SMB85等。

(5)定時(shí)器(T)。PLC中的定時(shí)器作用相當(dāng)于時(shí)間繼電器，定時(shí)器的設(shè)定值由程序賦值。每個(gè)定時(shí)器有一個(gè)16位的當(dāng)前值寄存器及一個(gè)狀態(tài)位。定時(shí)器的計(jì)時(shí)過程采用時(shí)間脈沖計(jì)數(shù)的方式，其分辨率有1ms、10ms、100ms三種。

(6)計(jì)數(shù)器(C)。計(jì)數(shù)器的結(jié)構(gòu)與定時(shí)器基本一樣，其設(shè)定值在程序中賦值。它有一個(gè)16位的當(dāng)前值寄存器及一個(gè)狀態(tài)位計(jì)數(shù)器，用來計(jì)算從輸入端子或內(nèi)部元件送來的脈沖數(shù)，有加計(jì)數(shù)器、減計(jì)數(shù)器及加減計(jì)數(shù)器三種類型。由于計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)頻率受掃描周期的限制，當(dāng)需要對(duì)高頻信號(hào)計(jì)數(shù)時(shí)可以用高速計(jì)數(shù)器(HSC)。

(7)高速計(jì)數(shù)器(HSC)。高速計(jì)數(shù)器用于對(duì)頻率高于掃描周期的外接信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，高速計(jì)數(shù)器使用主機(jī)上的專用端子接收這些高速信號(hào)，其數(shù)據(jù)為32位有符號(hào)的高速計(jì)數(shù)器的當(dāng)前值。

(8)變量寄存器(V)。變量存儲(chǔ)區(qū)存儲(chǔ)具有較大容量的變量寄存器，用于存儲(chǔ)程序執(zhí)行過程中控制邏輯的中間結(jié)果，或用來保存與工序或任務(wù)相關(guān)的其他數(shù)據(jù)。

(9)累加器(AC)。S7-200系列PLC提供4個(gè)32位累加器(AC0～AC3)，累加器常用作數(shù)據(jù)處理的執(zhí)行器件。

(10)局部存儲(chǔ)器(L)。局部存儲(chǔ)器與變量寄存器相似，只不過變量寄存器是全局有效的，而局部存儲(chǔ)器是局部有效的。局部存儲(chǔ)器常用來作臨時(shí)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)器或者為子程序傳遞函數(shù)。

(11)狀態(tài)元件(S)。狀態(tài)元件是使用順控繼電器指令的重要元件，通常與順序控制指令LSCR、SCRT、SCRE結(jié)合使用，實(shí)現(xiàn)順控流程，即SFC(SequentialFunctionChart)編程。

(12)模擬量輸入/輸出(AIW/AQW)。模擬量經(jīng)A/D、D/A轉(zhuǎn)換，在PLC外為模擬量，在PLC內(nèi)為數(shù)字量。模擬量輸入/輸出元件AIW/AQW為模擬量輸入/輸出的專用存儲(chǔ)單元。

3.PID指令

S7-200PLC的PID指令引用一個(gè)包含回路參數(shù)的回路表。此表起初的長(zhǎng)度為36個(gè)字節(jié)，在增加了PID自動(dòng)調(diào)諧后，回路表擴(kuò)展到80個(gè)字節(jié)。回路表的主要字節(jié)如表1-2-2所示。

4.西門子S7-200PLC系統(tǒng)組成

S7-200PLC控制器硬件系統(tǒng)由四部分組成：CPU模塊、擴(kuò)展模塊、PC/PPI電纜和計(jì)算機(jī)。其系統(tǒng)連接如圖1-2-3

所示。圖1-2-3西門子S7-200PLC系統(tǒng)連接圖

5.存儲(chǔ)器介紹

若要存取CPU中的一個(gè)字節(jié)、字或雙字的數(shù)據(jù)，則需要給出存儲(chǔ)器標(biāo)識(shí)符、數(shù)據(jù)大小和起始字節(jié)地址，如VB100表示尋址變量存儲(chǔ)器的字節(jié)100，VD100表示尋址變量存儲(chǔ)器的起始地址為100的雙字。

(1)可以按位、字節(jié)、字和雙字來存取的存儲(chǔ)器有輸入過程映像寄存器(I)、輸出過程映像寄存器(Q)、變量存儲(chǔ)區(qū)(V)、位存儲(chǔ)區(qū)(M)、特殊存儲(chǔ)器(SM)、局部存儲(chǔ)器(L)、順控存儲(chǔ)器(S)等。

(2)其他特殊的存儲(chǔ)方式。①模擬量輸入AI(AIW0～AIW30)、模擬量輸出AQ(AQW0～AQW30)，必須按字存取，而且首地址必須用偶數(shù)字節(jié)地址。

②定時(shí)器存儲(chǔ)區(qū)(T)、計(jì)數(shù)器存儲(chǔ)區(qū)(C)，用位或字的

指令讀取。用位指令時(shí)讀定時(shí)器位，用字指令時(shí)讀定時(shí)器

當(dāng)前值。③累加器AC(AC0～AC3)，可以按字節(jié)、字、雙字

存取。

④高速計(jì)數(shù)器HSC(HSC0～HSC5)，只讀，雙字尋址。

⑤S7-200的浮點(diǎn)數(shù)由32位單精度表示，精確到小數(shù)點(diǎn)后六位。

6.?PC/PPI電纜

將PC/PPI電纜連接RS-232(PC)的一端到計(jì)算機(jī)上，另外一端連接到PLC的編程口上，將提供PLC與計(jì)算機(jī)之間的通信。PC/PPI電纜線長(zhǎng)5米，帶內(nèi)置RS-232C/RS-485連接器，用于CPU22X與PC或其他設(shè)備之間的連接，例如打印機(jī)、條碼閱讀器。

7.STEP7軟件的安裝

(1)打開安裝包，運(yùn)行SETUP.EXE文件，在彈出的安裝界面中選擇“英語”，如圖1-2-4所示。

圖1-2-4STEP7安裝界面

(2)單擊“確定”按鈕，在彈出的窗口中選擇“下一步”，彈出如圖1-2-5所示的窗口。

圖1-2-5STEP7安裝協(xié)議界面

(3)單擊“Yes”按鈕，在彈出的窗口中選擇“下一步”，彈出如圖1-2-6所示的窗口。圖1-2-6接口選擇界面

(4)選擇“PC/PPIcable(PPI)”，單擊“OK”按鈕，彈出如圖1-2-7所示的窗口。圖1-2-7安裝完成界面

(5)選擇“Yes，Iwanttorestartmycomputernow.”，單擊“Finish”按鈕，STEP7軟件即安裝結(jié)束。

8.編程軟件的使用

(1)打開V4.0STEP7MicroWINSP3西門子PLC編程軟件，如圖1-2-8所示。圖1-2-8西門子PLC編程軟件界面

(2)選擇“文件”→“新建”菜單項(xiàng)，彈出如圖1-2-9所示的窗口。圖1-2-9新建文件界面

(3)如圖1-2-10所示，選擇程序設(shè)計(jì)語言。圖1-2-10選擇程序設(shè)計(jì)語言

(4)選擇相應(yīng)的元件，如圖1-2-11所示，如選擇常開

觸點(diǎn)。圖1-2-11插入元件

(5)雙擊常開觸點(diǎn)，彈出如圖1-2-12所示的窗口，在網(wǎng)絡(luò)1中添加常開觸點(diǎn)。圖1-2-12梯形圖程序編輯界面

(6)單擊上圖方框中的“？？.？”，修改元件的名稱，如圖1-2-13所示。圖1-2-13修改元件名稱

(7)根據(jù)以上步驟，輸入所有的元件。

(8)選擇“PLC”→“全部編譯”菜單項(xiàng)，如圖1-2-14所示。圖1-2-14程序編譯界面

(9)編譯后的結(jié)果如圖1-2-15所示。如有錯(cuò)誤，則需反復(fù)修改。圖1-2-15編譯結(jié)果

9.程序的下載

(1)選擇“文件”→“下載”菜單項(xiàng)，彈出如圖1-2-16所示的窗口。

(2)如果此時(shí)PLC在運(yùn)行狀態(tài)，會(huì)提示“是否轉(zhuǎn)換到STOP狀態(tài)”，選擇“是”。

(3)下載完成后，將系統(tǒng)切換回RUN模式，PLC自動(dòng)開始運(yùn)行程序。圖1-2-16STEP7文件下載界面

10.工程調(diào)試

1)調(diào)試模式

(1)選擇“調(diào)試”→“開始程序狀態(tài)監(jiān)控”菜單項(xiàng)，則顯示如圖1-2-17所示。程序變?yōu)樗{(lán)色表示能流通過，各個(gè)參數(shù)都在程序中實(shí)時(shí)顯示。圖1-2-17程序狀態(tài)監(jiān)控

(2)在操作欄中選擇狀態(tài)表，然后選擇“調(diào)試/開始狀態(tài)表監(jiān)控”菜單項(xiàng)，則顯示如圖1-2-18所示。圖1-2-18狀態(tài)表調(diào)試狀態(tài)

2)強(qiáng)制

(1)在聯(lián)機(jī)模式下，可以強(qiáng)制變量。

(2)在狀態(tài)表窗口選中變量最右邊的新值欄輸入一個(gè)新值，再選擇“調(diào)試”→“強(qiáng)制”菜單項(xiàng)，被強(qiáng)制的值前會(huì)出現(xiàn)一個(gè)鎖，如圖1-2-19所示。

(3)當(dāng)PLC運(yùn)行時(shí)，對(duì)變量進(jìn)行強(qiáng)制要特別謹(jǐn)慎，因?yàn)閺?qiáng)制變量意味著用強(qiáng)制的變量值執(zhí)行PLC程序。

(4)選擇“調(diào)試”→“取消強(qiáng)制”菜單項(xiàng)，可以取消強(qiáng)制。圖1-2-19強(qiáng)制變量五、實(shí)操考核

項(xiàng)目考核采用步進(jìn)式考核方式，考核內(nèi)容見表1-2-3。

六、注意事項(xiàng)

(1)注意PID指令各個(gè)參數(shù)的地址。

(2)安裝STEP7軟件時(shí)注意安裝路徑。

(3)在PLC下安裝程序時(shí)要將PLC置于STOP狀態(tài)。七、系統(tǒng)調(diào)試

(1)?STEP7軟件的安裝調(diào)試。STEP7軟件安裝后，試運(yùn)行STEP7軟件，看是否能進(jìn)入正常的編程界面。

(2)?PLC程序的下載調(diào)試。PLC程序下載后，將PLC置于運(yùn)行狀態(tài)，觀察PLC是否能實(shí)現(xiàn)正常的控制功能。八、思考題

(1)什么是PID控制？

(2)如何用PID指令實(shí)現(xiàn)模擬量的控制？

(3)現(xiàn)場(chǎng)變送器的信號(hào)如何送到PID模塊？

項(xiàng)目三三菱FX系列PLC簡(jiǎn)介

一、學(xué)習(xí)目標(biāo)

1.知識(shí)目標(biāo)

(1)掌握三菱FX2N系列PLC的基本構(gòu)成。

(2)掌握三菱FX2N系列PLC的編程軟元件。

(3)掌握三菱FX2N系列PLC的系統(tǒng)組成。

(4)掌握三菱編程軟件GXDeveloper的安裝方法。

(5)掌握三菱PLC與計(jì)算機(jī)的連接方法。

2.能力目標(biāo)

(1)初步具備三菱編程軟件GXDeveloper的安裝能力。

(2)初步具備三菱FX2N系列PLC的編程能力。

(3)初步具備三菱PLC程序的下載能力。

(4)初步具備三菱PLC工程的調(diào)試能力。二、要求學(xué)生必備的知識(shí)與技能

1.必備知識(shí)

(1)三菱PLC基本指令知識(shí)。

(2)控制系統(tǒng)基本知識(shí)。

(3)存儲(chǔ)器基本知識(shí)。

2.必備技能

(1)熟練的計(jì)算機(jī)操作技能。

(2)熟練的軟件安裝技能。三、理實(shí)一體化教學(xué)任務(wù)

理實(shí)一體化教學(xué)任務(wù)見表1-3-1。四、理實(shí)一體化教學(xué)步驟

1.三菱FX2N系列PLC基本構(gòu)成

FX2N系列PLC可以應(yīng)用在大多數(shù)單機(jī)控制或簡(jiǎn)單的網(wǎng)絡(luò)控制中，F(xiàn)X2N系列PLC由基本單元(見表1-3-2)、擴(kuò)展單元(見表1-3-3)和擴(kuò)展模塊組成。

(1)基本單元(M)：內(nèi)有CPU、存儲(chǔ)器、電源和一定量的輸入/輸出接口，為必用裝置。

(2)擴(kuò)展單元(E)：要增加I/O點(diǎn)數(shù)時(shí)使用的裝置。

(3)擴(kuò)展模塊：用于擴(kuò)展一些特殊用途的功能，還可以以8位為單位增加I/O點(diǎn)數(shù)，或只增加輸入點(diǎn)數(shù)或輸出點(diǎn)數(shù)。

擴(kuò)展模塊與擴(kuò)展單元的區(qū)別在于擴(kuò)展模塊自身不帶電源。

2.三菱FX系列PLC的編程軟元件

PLC的編程軟元件即存儲(chǔ)器單元，每個(gè)單元都有唯一的地址。為方便不同的編程功能需要，存儲(chǔ)器單元作了分區(qū)，因而有不同類型的編程軟元件。

1)輸入繼電器(X)

輸入繼電器的外部輸入端接收外部的開關(guān)輸入信號(hào)，內(nèi)部與輸入端連接的輸入繼電器是光電隔離的電子繼電器，它們的編號(hào)與接線端子編號(hào)一致，線圈的吸合或釋放只取決于PLC外部觸點(diǎn)的狀態(tài)。內(nèi)部有常開、常閉兩種狀態(tài)的觸點(diǎn)供編程使用，且使用次數(shù)不限。各基本單元都是八進(jìn)制輸入的地址，輸入為X000～X007、X010～X017和X020～X027等。

2)輸出繼電器(Y)

輸出繼電器向外部負(fù)載輸出信號(hào)。輸出繼電器的線圈由程序控制，外部輸出主觸點(diǎn)接到PLC的輸出端子上供外部負(fù)載使用，其余的常開、常閉觸點(diǎn)供內(nèi)部程序使用。輸出繼電器的常開、常閉觸點(diǎn)使用次數(shù)不限。輸出電路的時(shí)間常數(shù)是固定的。各基本單元都是八進(jìn)制輸出的地址，輸出為Y000～Y007、Y010～Y017和Y020～Y027等。

3)輔助繼電器(M)

PLC內(nèi)部有許多輔助繼電器，見表1-3-4。

4)定時(shí)器(T)

定時(shí)器在PLC中的作用相當(dāng)于一個(gè)時(shí)間繼電器，有—個(gè)設(shè)定值寄存器(一個(gè)字長(zhǎng))、一個(gè)當(dāng)前值寄存器(一個(gè)字長(zhǎng))以及無限個(gè)觸點(diǎn)(一個(gè)位)。對(duì)于每個(gè)定時(shí)器，這三個(gè)量使用同一個(gè)地址編號(hào)名稱，但使用場(chǎng)合不一樣，其所指也不一樣。定時(shí)器的分類見表1-3-5。

(1)由于FX2N系列PLC是16位的，所以計(jì)數(shù)值范圍為1～32767。

●?100ms定時(shí)器(T0～T199)：共200點(diǎn)，其中T192～T199為子程序和中斷服務(wù)程序?qū)Ｓ枚〞r(shí)器；對(duì)100ms時(shí)鐘累積計(jì)數(shù)，啟動(dòng)后每過100ms計(jì)數(shù)內(nèi)容加1。

●?10ms定時(shí)器(T200～T245)：共46點(diǎn)，對(duì)10ms時(shí)鐘累積計(jì)數(shù)。

(2)積算定時(shí)器。積算定時(shí)器具有計(jì)數(shù)累積的功能。在定時(shí)過程中，如果斷電或定時(shí)器線圈斷開，積算定時(shí)器就保持當(dāng)前的計(jì)數(shù)值，通電或定時(shí)器線圈接通后繼續(xù)累積，即其當(dāng)前值具有保持功能，只有將積算定時(shí)器復(fù)位才會(huì)使當(dāng)前值變?yōu)??！?1ms積算定時(shí)器(T246～T249)：共4點(diǎn)，對(duì)1ms時(shí)鐘脈沖進(jìn)行累積計(jì)數(shù)，定時(shí)范圍為0.001s～32.767s。

●?100ms積算定時(shí)器(T250～T255)：共6點(diǎn)，對(duì)100ms時(shí)鐘脈沖進(jìn)行累積計(jì)數(shù)，定時(shí)范圍為0.1s～3276.7s。

5)計(jì)數(shù)器(C)

FX2N系列計(jì)數(shù)器主要分為16位增計(jì)數(shù)器和32位增/減計(jì)數(shù)器，其特點(diǎn)見表1-3-6。兩種計(jì)數(shù)器又分為多種，計(jì)數(shù)器的分類見表1-3-7。

(1)內(nèi)部計(jì)數(shù)器。內(nèi)部計(jì)數(shù)器在執(zhí)行掃描操作時(shí)對(duì)內(nèi)部信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)。

●?16位增計(jì)數(shù)器(C0～C199)：共200點(diǎn)，其中C0～C99為通用型，C100～C199為斷電保持型，即斷電后能保持當(dāng)前值，等到通電后能繼續(xù)計(jì)數(shù)?！?32位增/減計(jì)數(shù)器(C200～C234)：C200～C219為

通用型；C200～C234為斷電保持型，由特殊輔助繼電器M8200～M8234設(shè)定。C200～C234是增/減計(jì)數(shù)，當(dāng)其對(duì)應(yīng)的特殊輔助繼電器設(shè)置為ON時(shí)為減計(jì)數(shù)，設(shè)置為OFF時(shí)為增計(jì)數(shù)。

(2)高速計(jì)數(shù)器(C235～C255)。高速計(jì)數(shù)器與內(nèi)部計(jì)數(shù)器相比，具有輸入頻率高且有斷電保持功能，通過參數(shù)設(shè)定也可變成非斷電保持。在FX2N型PLC中適合作高速計(jì)數(shù)輸入的端口為X0～X7，輸入端口不能重復(fù)使用。高速計(jì)數(shù)器可分為以下幾類：●?單相輸入高速計(jì)數(shù)器(C235～C245)：其觸點(diǎn)動(dòng)作與32位增/減計(jì)數(shù)器相同，可進(jìn)行增/減計(jì)數(shù)。

●?雙相輸入高速計(jì)數(shù)器(C246～C250)：這類高速計(jì)數(shù)器具有兩個(gè)輸入端，一個(gè)為增計(jì)數(shù)輸入，一個(gè)為減計(jì)數(shù)輸入，可利用M8246～M8250來設(shè)置對(duì)應(yīng)的計(jì)數(shù)器的動(dòng)作。●?AB相雙相高速計(jì)數(shù)器(C251～C255)：A相和B相信號(hào)決定計(jì)數(shù)器是增計(jì)數(shù)還是減計(jì)數(shù)。當(dāng)A相為ON，若B相由OFF→ON時(shí)，則為增計(jì)數(shù)方式；當(dāng)A相為ON，若B相由ON→OFF時(shí)，則為減計(jì)數(shù)方式。

6)數(shù)據(jù)寄存器(D/V/Z)

(1)通用數(shù)據(jù)寄存器(D0～D199)：當(dāng)M8033為ON時(shí)，D0～D199有斷電保護(hù)功能，反之無斷電保護(hù)功能，在這種情況下，PLC由RUN→STOP或停電時(shí)，數(shù)據(jù)全部清零。

(2)斷電保持?jǐn)?shù)據(jù)寄存器(D200～D7999)：其中D200～D511有斷電保持功能，通過設(shè)置外部設(shè)備的參數(shù)來改變通用數(shù)據(jù)寄存器與有斷電保持功能數(shù)據(jù)寄存器的分配；D490～D509供通信用；D512～D7999的斷電保持功能不能用軟件改變，但可用指令清除它們的內(nèi)容。根據(jù)參數(shù)設(shè)定，將D1000以上作為文件寄存器。

(3)特殊數(shù)據(jù)寄存器(D8000～D8255)：特殊數(shù)據(jù)寄存器用來監(jiān)控PLC的運(yùn)行狀態(tài)；未加定義的特殊數(shù)據(jù)寄存器，用戶不能使用。

(4)變址寄存器(V/Z)：FX2N系列PLC有V0～V7和Z0～Z7共16個(gè)變址寄存器，它們都是16位的寄存器。

7)文件寄存器(D)

(1)文件寄存器是數(shù)據(jù)寄存器的一部分，為了方便使用，D1000以后數(shù)據(jù)寄存器是普通的保持寄存器，通過參數(shù)設(shè)定作為最大數(shù)為7000點(diǎn)的文件寄存器使用。

(2)通過參數(shù)設(shè)定，可指定1～14個(gè)塊，每個(gè)塊有500個(gè)文件寄存器。將D1000以后的一部分設(shè)定為文件寄存器時(shí)，其余的作為通用保持寄存器使用。

8)狀態(tài)繼電器(S)

狀態(tài)繼電器主要用于編寫順序控制程序，一般與步進(jìn)

控制指令配合使用。常用的狀態(tài)繼電器為S0～S9。歸零狀態(tài)繼電器為S10～S19，供返回起始點(diǎn)使用。通用狀態(tài)繼電器為S20～S499，這類繼電器不具有斷電保護(hù)功能。斷電保持狀態(tài)繼電器為S500～S899，斷電時(shí)帶鋰電池的RAM或EEPROM保持功能。報(bào)警用繼電器為S900～S999，使用ANS或ANR指令時(shí)具有故障輸出功能。變量存儲(chǔ)區(qū)存儲(chǔ)具有較大容量的變量寄存器，用于存儲(chǔ)程序執(zhí)行過程中控制邏輯的中間結(jié)果，或用來保存與工序或任務(wù)相關(guān)的其他數(shù)據(jù)。

3.三菱FX2N系列PLC系統(tǒng)組成

FX2N系列PLC控制器硬件系統(tǒng)由四部分組成：CPU

模塊、擴(kuò)展模塊、PC/PPI電纜和計(jì)算機(jī)。其系統(tǒng)連接如圖

1-3-1所示。計(jì)算機(jī)與PLC之間通過RS-232/RS-485通信電纜連接，將通信電纜RS-232的一端連接到計(jì)算機(jī)上，另外一端連接到PLC的編程口上。圖1-3-1三菱FX2N系列PLC系統(tǒng)連接圖

4.三菱編程軟件的安裝

(1)打開安裝包中的EnvMEL文件夾，運(yùn)行SETUP.EXE文件，進(jìn)入安裝界面。在彈出界面中單擊“下一個(gè)”按鈕，如圖1-3-2所示，直至完成安裝。圖1-3-2EnvMEL安裝界面

(2)在安裝包根目錄下運(yùn)行SETUP.EXE文件，彈出如圖1-3-3所示的界面。圖1-3-3EnvMEL安裝選擇界面

(3)單擊“確定”按鈕，在彈出的窗口中單擊“下一步”按鈕，彈出如圖1-3-4所示的界面。圖1-3-4EnvMEL安裝注冊(cè)信息界面

(4)單擊“是”按鈕，彈出如圖1-3-5所示的界面。

(5)單擊“下一個(gè)”按鈕，直至安裝結(jié)束。圖1-3-5EnvMEL安裝產(chǎn)品序列號(hào)界面

5.編程軟件的使用

(1)打開GXDeveloper三菱PLC編程軟件，如圖1-3-6

所示。圖1-3-6GXDeveloper三菱PLC編程界面

(2)選擇“工程”→“創(chuàng)建新工程”菜單項(xiàng)，彈出如圖1-3-7所示的界面。圖1-3-7創(chuàng)建GXDeveloper新工程

(3)單擊“瀏覽”按鈕，彈出如圖1-3-8所示的界面。圖1-3-8創(chuàng)建GXDeveloper新工程選擇界面

(4)單擊“是”按鈕，彈出如圖1-3-9所示的界面。圖1-3-9選擇工程路徑及工程名

(5)輸入工程名和工程保存路徑，選擇新建文件，進(jìn)入程序編輯界面，如圖1-3-10所示。圖1-3-10GXDeveloper程序編輯窗口

(6)如圖1-3-11所示，改變程序類型。圖1-3-11改變GXDeveloper程序類型

(7)選中“改變程序類型”項(xiàng)，彈出如圖1-3-12所示的界面。圖1-3-12選擇GXDeveloper程序類型

(8)選擇“梯形圖”，單擊“確定”按鈕。

(9)單擊工具欄中的元件，如選擇常開觸點(diǎn)，彈出如圖1-3-13所示的界面。圖1-3-13選擇常開觸點(diǎn)

(10)程序編輯結(jié)束后，對(duì)程序進(jìn)行編譯，如圖1-3-14

所示。圖1-3-14程序編譯

6.工程的下載

(1)選擇“工程”→“打開工程”菜單項(xiàng)，如圖1-3-15所示。圖1-3-15打開GXDeveloper工程

(2)在彈出的窗口中選擇要下載的工程，如圖1-3-16所示。圖1-3-16選擇要下載的GXDeveloper工程

(3)單擊“打開”按鈕，彈出如圖1-3-17所示的界面。圖1-3-17打開要下載的GXDeveloper工程

(4)選擇“在線”→“PLC寫入”菜單項(xiàng)，如圖1-3-18所示。圖1-3-18進(jìn)入下載工程選項(xiàng)

(5)彈出的窗口如圖1-3-19所示。圖1-3-19下載工程選項(xiàng)

(6)選擇“程序”中的MAIN項(xiàng)，單擊“執(zhí)行”按鈕，彈出如圖1-3-20所示的界面。

圖1-3-20執(zhí)行下載工程

(7)單擊“是”按鈕，彈出如圖1-3-21所示的界面。

圖1-3-21遠(yuǎn)程PLC操作選項(xiàng)

(8)單擊“是”按鈕，彈出如圖1-3-22所示的界面。

圖1-3-22下載工程進(jìn)度(9)寫入完畢，彈出如圖1-3-23所示的界面。

圖1-3-23下載工程完畢選項(xiàng)

(10)單擊“是”按鈕，PLC進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)。

7.工程調(diào)試

1)硬件調(diào)試

硬件調(diào)試主要測(cè)試PLC控制系統(tǒng)的接線是否正確，PLC控制器及其模塊是否正常工作。當(dāng)整個(gè)系統(tǒng)接線完畢后，調(diào)試人員要根據(jù)接線圖仔細(xì)檢查，看是否出現(xiàn)了接線錯(cuò)誤，特別是電源，要警惕電源線短路的情況。如果電源線短路，則會(huì)燒壞系統(tǒng)元器件，甚至燒壞PLC。如果接線正確，則打開電源，查看PLC系統(tǒng)的運(yùn)行情況，一般情況下報(bào)錯(cuò)指示燈亮，表明系統(tǒng)有錯(cuò)誤，要確定是硬件錯(cuò)誤還是軟件錯(cuò)誤，分別排除。

2)?PLC程序調(diào)試

(1)程序的模擬調(diào)試。將設(shè)計(jì)好的程序?qū)懭隤LC后，先逐條仔細(xì)檢查，并改正寫入時(shí)出現(xiàn)的語法錯(cuò)誤。用戶程序一般先在實(shí)驗(yàn)室模擬調(diào)試，實(shí)際的輸入信號(hào)用開關(guān)和按鈕來模擬，各輸出量的通斷狀態(tài)用PLC上的發(fā)光二極管來顯示。

(2)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試。模擬調(diào)試結(jié)束后，將PLC安裝在控制現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行聯(lián)機(jī)總調(diào)試，在調(diào)試過程中將暴露出系統(tǒng)中可能存在的傳感器、執(zhí)行器等方面的問題，應(yīng)對(duì)出現(xiàn)的問題及時(shí)解決。如果調(diào)試達(dá)不到指標(biāo)要求，則對(duì)相應(yīng)硬件和軟件部分作相應(yīng)的調(diào)整，通常只需要修改程序就可能解決問題。五、實(shí)操考核

項(xiàng)目考核采用步進(jìn)式考核方式，考核內(nèi)容見表1-3-8。

六、注意事項(xiàng)

(1)用三菱編程軟件設(shè)計(jì)PLC程序時(shí)注意程序的輸入

方法。

(2)安裝三菱編程軟件時(shí)注意安裝路徑。

(3)給PLC下載程序時(shí)，要將PLC置于STOP狀態(tài)。七、系統(tǒng)調(diào)試

(1)三菱編程軟件GXDeveloper的安裝調(diào)試。安裝三菱編程軟件GXDeveloper后，運(yùn)行GXDeveloper軟件，看是否能進(jìn)入正常的編程界面。

(2)?PLC程序的下載調(diào)試。程序下載后，將PLC置于運(yùn)行狀態(tài)，觀察PLC能否實(shí)現(xiàn)正常的控制功能。八、思考題

(1)用GXDeveloper編程軟件下載程序時(shí)，數(shù)據(jù)傳輸采用串行傳輸還是并行傳輸？

(2)如果PLC程序有錯(cuò)誤，程序能正常下載嗎？

(3)為什么程序在下載之前要進(jìn)行變換？項(xiàng)目四西門子S7-300PLC簡(jiǎn)介

一、學(xué)習(xí)目標(biāo)

1.知識(shí)目標(biāo)

(1)掌握西門子S7-300PLC的工作原理。

(2)掌握模擬量輸入模塊/輸出模塊的特性。

(3)掌握PID模塊的原理及相關(guān)知識(shí)。

(4)掌握西門子S7-300PLC編程語言及技巧。

(5)掌握西門子S7-300PLC系統(tǒng)的硬件接線。

(6)掌握西門子S7-300PLC系統(tǒng)的設(shè)備連接方法。

(7)掌握S7-300PLC編程軟件的安裝方法。

(8)掌握S7-300PLC編程軟件的使用技能。

2.能力目標(biāo)

(1)初步具備西門子S7-300PLC系統(tǒng)的設(shè)計(jì)能力。

(2)增強(qiáng)獨(dú)立分析、綜合開發(fā)研究、解決具體問題的

能力。

(3)初步具備西門子S7-300PLC系統(tǒng)的應(yīng)用能力。

(4)初步具備對(duì)西門子S7-300PLC系統(tǒng)中PID模塊的應(yīng)用能力。

(5)初步具備西門子S7-300PLC系統(tǒng)的調(diào)試能力。二、要求學(xué)生必備的知識(shí)與技能

1.必備知識(shí)

(1)計(jì)算機(jī)控制基本知識(shí)。

(2)計(jì)算機(jī)直接數(shù)字控制系統(tǒng)基本知識(shí)。

(3)西門子S7-300PLC系統(tǒng)基本知識(shí)。

(4)西門子S7-300PLC指令系統(tǒng)基本知識(shí)。

(5)?I/O信號(hào)處理基本知識(shí)。

(6)檢測(cè)儀表及調(diào)節(jié)儀表的基本知識(shí)。

(7)?PID控制原理。

(8)?PLC梯形圖和語句表編程的基本知識(shí)。

2.必備技能

(1)熟練的計(jì)算機(jī)操作技能。

(2)簡(jiǎn)單過程控制系統(tǒng)的分析能力。

(3)?S7-300PLC系統(tǒng)的搭建能力。

(4)?S7-300PLCPID模塊的應(yīng)用能力。

(5)儀表信號(hào)類型的辨識(shí)能力。

(6)?S7-300PLC簡(jiǎn)單程序的編程技能。三、理實(shí)一體化教學(xué)任務(wù)

理實(shí)一體化教學(xué)任務(wù)見表1-4-1。四、理實(shí)一體化教學(xué)步驟

1.西門子S7-300PLC基本知識(shí)

1)西門子S7-300PLC的組成

西門子S7-300系列PLC是模塊化結(jié)構(gòu)，可進(jìn)行模塊組合和擴(kuò)展。其系統(tǒng)構(gòu)成如圖1-4-1所示，主要由電源模塊(PS)、中央處理單元模塊(CPU)、接口模塊(IM)、信號(hào)模塊(SM)、功能模塊(FM)等部分組成。它通過MPI網(wǎng)絡(luò)接口直接與編程器(PG)、操作員面板(OP)和其他PLC相連。圖1-4-1S7-300系列PLC系統(tǒng)構(gòu)成框圖

2)?S7-300的擴(kuò)展能力

S7-300是模塊化的組合結(jié)構(gòu)，根據(jù)應(yīng)用對(duì)象的不同，可選用不同型號(hào)和不同數(shù)量的模塊，并可以將這些模塊安裝在同一機(jī)架(導(dǎo)軌)或多個(gè)機(jī)架上。與CPU312IFM和CPU313配套的模塊只能安裝在一個(gè)機(jī)架上。

S7-300的CPU模塊(簡(jiǎn)稱CPU)都有一個(gè)編程用的RS-485接口，有的有PROFIBUS-DP接口或MPI串行通信接口，可以建立一個(gè)MPI(多點(diǎn)接口)網(wǎng)絡(luò)或DP網(wǎng)絡(luò)。

CPU314/315/315-2DP最多可擴(kuò)展4個(gè)機(jī)架，IM360/

IM361接口模塊將S7-300背板總線從一個(gè)機(jī)架連接到下一個(gè)機(jī)架，如圖1-4-2所示。圖1-4-2S7-300機(jī)架和槽位圖

3)?S7-300模塊地址的確定

根據(jù)機(jī)架上模塊的類型，地址可以為輸入(I)或輸出(O)。數(shù)字I/O模塊每個(gè)槽劃分為4B(等于32個(gè)I/O點(diǎn))。模擬I/O模塊每個(gè)槽劃分為16B(8個(gè)模擬量通道)，每個(gè)模擬量輸入通道或輸出通道的地址總是一個(gè)字地址。表1-4-2為S7-300信號(hào)模塊的起始地址。

0機(jī)架的第一個(gè)信號(hào)模塊槽(4號(hào)槽)的地址為0.0～3.7，一個(gè)16點(diǎn)的輸入模塊只占用地址0.0～1.7，地址2.0～3.7未用。數(shù)字量模塊中的輸入點(diǎn)和輸出點(diǎn)的地址由字節(jié)部分和位部分組成。例如：

2.?S7-300PLC存儲(chǔ)區(qū)

S7-300PLC存儲(chǔ)區(qū)示意圖如圖1-4-3所示。

(1)系統(tǒng)存儲(chǔ)區(qū)：RAM類型，用于存放操作數(shù)據(jù)(I/O、位存儲(chǔ)、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器等)。

(2)工作存儲(chǔ)區(qū)：物理上占用CPU模塊中的部分RAM，其存儲(chǔ)內(nèi)容是CPU運(yùn)行時(shí)所執(zhí)行的用戶程序單元(邏輯塊和數(shù)據(jù)塊)的復(fù)制件。

(3)裝載存儲(chǔ)區(qū)：物理上是CPU模塊中的部分RAM，加上內(nèi)置的EEPROM或選用的可拆卸FEPROM卡，用于存放用戶程序。

CPU程序所能訪問的存儲(chǔ)區(qū)為系統(tǒng)存儲(chǔ)區(qū)的全部、工作存儲(chǔ)區(qū)中的數(shù)據(jù)塊(DB)和臨時(shí)本地?cái)?shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)以及外設(shè)I/O存儲(chǔ)區(qū)(P)等，其功能見表1-4-3。圖1-4-3S7-300PLC存儲(chǔ)區(qū)示意圖

3.?S7-300系列PLC模塊性能簡(jiǎn)介

1)?CPU模塊概述

表1-4-4中列出了目前工業(yè)中應(yīng)用較多的幾種中央處理單元(CPU)的主要特性，包括存儲(chǔ)器容量、指令執(zhí)行時(shí)間、最大I/O點(diǎn)數(shù)、各類編程元件(位存儲(chǔ)器、計(jì)數(shù)器、定時(shí)器、可調(diào)用塊)數(shù)量等。

CPU315程序存儲(chǔ)器容量大，I/O配置規(guī)模大。CPU315/

CPU315-2DP具有48KB/64KB的程序存儲(chǔ)器容量，內(nèi)置80/96KB的裝載存儲(chǔ)器(RAM)，可用存儲(chǔ)卡擴(kuò)充裝載存儲(chǔ)器，最大容量為512KB，指令執(zhí)行速度為300ns/二進(jìn)制指令，最大可擴(kuò)展1024/2048點(diǎn)數(shù)字量或128/256個(gè)模擬量通道。

CPU312和CPU313相對(duì)低端，內(nèi)部系統(tǒng)時(shí)鐘為軟件時(shí)鐘，主要依靠CPU內(nèi)部周期性的定時(shí)器中斷(TimerInterrupt)來構(gòu)建時(shí)鐘系統(tǒng)。如果系統(tǒng)運(yùn)行了太多的進(jìn)程，它就需要較長(zhǎng)的時(shí)間來執(zhí)行定時(shí)器中斷程序，并且軟件時(shí)鐘會(huì)漏掉一些中斷，而且軟件時(shí)鐘不配置后備電池不能長(zhǎng)久保持，因此軟件時(shí)鐘不總是精確的。

CPU模塊的方式選擇和狀態(tài)指示：S7-300系列的CPU312IFM/313/314/314IFM/315/315-2DP/316-2DP/318-2DP模塊的方式選擇開關(guān)都一樣，有以下四種工作方式，

通過可卸的專用鑰匙來控制選擇。圖1-4-4為CPU模塊面板布置示意圖。圖1-4-4CPU模塊面板布置示意圖

(1)?RUN-P：可編程運(yùn)行方式。CPU掃描用戶程序，既可以用編程裝置從CPU中讀出，也可以由編程裝置裝入CPU中。用編程裝置可監(jiān)控程序的運(yùn)行。在此位置鑰匙不能拔出。

(2)?RUN：運(yùn)行方式。CPU掃描用戶程序，可以用編程裝置讀出并監(jiān)控PLCCPU中的程序，但不能改變裝載存儲(chǔ)器中的程序。在此位置可以拔出鑰匙，以防止程序在正常運(yùn)行時(shí)被改變操作方式。

(3)?STOP：停止方式。CPU不掃描用戶程序，可以通過編程裝置從CPU中讀出，也可以下載程序到CPU。在此位置可以拔出鑰匙。

(4)?MRES：該位置瞬間接通，用以清除CPU的存儲(chǔ)器。

2)數(shù)字量模塊

(1)數(shù)字量輸入模塊SM321。數(shù)字量輸入模塊將現(xiàn)場(chǎng)過程單元送來的數(shù)字信號(hào)電平轉(zhuǎn)換成S7-300內(nèi)部信號(hào)電平。數(shù)字量輸入模塊有直流輸入方式和交流輸入方式。輸入信號(hào)進(jìn)入模塊后，一般都經(jīng)過光電隔離和濾波，然后才送至輸入緩沖器等待CPU采樣。采樣時(shí)，信號(hào)經(jīng)過背板總線進(jìn)入到輸入映像區(qū)。數(shù)字量輸入模塊SM321有四種型號(hào)的模塊可供選擇，即直流16點(diǎn)輸入模塊、直流32點(diǎn)輸入模塊、交流16點(diǎn)輸入模塊、交流8點(diǎn)輸入模塊。圖1-4-5(a)、(b)所示為直流32點(diǎn)輸入和交流16點(diǎn)輸入對(duì)應(yīng)的端子連接及電氣原理圖。圖1-4-5數(shù)字量輸入模塊SM321端子連接及電氣原理圖(1)圖1-4-5數(shù)字量輸入模塊SM321端子連接及電氣原理圖(２)

(2)數(shù)字量輸出模塊SM322。數(shù)字量輸出模塊SM322將S7-300內(nèi)部信號(hào)電平轉(zhuǎn)換成過程單元所要求的外部信號(hào)電平，可直接用于驅(qū)動(dòng)電磁閥、接觸器、小型電動(dòng)機(jī)、燈和電動(dòng)機(jī)等。從響應(yīng)速度上看，晶體管響應(yīng)最快，繼電器響應(yīng)最慢；從安全隔離效果及應(yīng)用靈活性角度來看，以繼電器觸點(diǎn)輸出型最佳。表1-4-5給出了數(shù)字量輸出模塊SM322的技術(shù)特性。

(3)數(shù)字量I/O模塊SM323。SM323模塊有兩種類型，一種帶有8個(gè)共地輸入端和8個(gè)共地輸出端，另一種帶有16個(gè)共地輸入端和16個(gè)共地輸出端，兩種類型的特性相同。I/O額定負(fù)載電壓為24VDC，輸入電壓“1”信號(hào)電平為11V～30V，“0”信號(hào)電平為－3V～+5V，I/O通過光耦與背板總線隔離。在額定輸入電壓下，輸入延遲為1.2ms～4.8ms。輸出具有電子短路保護(hù)功能。

3)模擬量模塊

S7-300的CPU用16位的二進(jìn)制補(bǔ)碼表示模擬量值，其中最高位為符號(hào)位S；“0”表示正值，“1”表示負(fù)值；被測(cè)值的精度可以調(diào)整，取決于模擬量模塊的性能和它的設(shè)定參數(shù)；對(duì)于精度小于15位的模擬量值，低字節(jié)中冪項(xiàng)低的位不用。

S7-300模擬量輸入模塊可以直接輸入電壓、電流、電阻、熱電偶等信號(hào)，模擬量輸出模塊可以輸出0～10V、1V～5V、－10V～10V、0～20mA、4mA～20mA，－20mA～20mA等模擬信號(hào)。

(1)模擬量輸入模塊SM331。模擬量輸入(簡(jiǎn)稱模入

(AI))模塊SM331目前有三種規(guī)格型號(hào)，即8AI×12位模塊、2AI×12位模塊和8AI×16位模塊。

SM331主要由A/D轉(zhuǎn)換部件、模擬切換開關(guān)、補(bǔ)償電路、恒流源、光電隔離部件、邏輯電路等組成。

A/D轉(zhuǎn)換部件是模塊的核心，其轉(zhuǎn)換原理采用積分方法，被測(cè)模擬量的精度是所設(shè)定的積分時(shí)間的正函數(shù)，也即積分時(shí)間越長(zhǎng)，被測(cè)值的精度越高。SM331可選四擋積分時(shí)間，即2.5ms、16.7ms、20ms和100ms，相對(duì)應(yīng)的以位表示的精度為8、12、12和14。輸入模塊SM331與電壓型傳感器的連接如圖1-4-6所示。圖1-4-6輸入模塊SM331與電壓型傳感器的連接輸入模塊SM331與2線電流變送器的連接如圖1-4-7所示，與4線電流變送器的連接如圖1-4-8所示。4線電流變送器應(yīng)有單獨(dú)的電源。圖1-4-7輸入模塊SM331與2線電流變送器的連接圖1-4-8輸入模塊SM331與4線電流變送器的連接熱電阻(如Pt100)與輸入模塊的4線連接回路示意圖如圖1-4-9所示。通過端IC+和IC－將恒定電流送到電阻型溫度計(jì)或電阻，通過M+

和M－端子測(cè)得在電阻型溫度計(jì)或電阻上產(chǎn)生的電壓，4線回路可以獲得很高的測(cè)量精度。如果接成2線或3線回路，則必須在M+和IC+之間以及在M－和IC－?之間插入跨接線，不過這將降低測(cè)量結(jié)果的精度。圖1-4-9熱電阻(如Pt100)與輸入模塊的4線連接回路示意圖

(2)模擬量輸出模塊SM332。模擬量輸出(簡(jiǎn)稱模出

(AO))模塊SM332目前有三種規(guī)格型號(hào)，即4AO×12位模塊、2AO×12位模塊和4AO×16位模塊，分別為4通道的12位模擬量輸出模塊、2通道的12位模擬量輸出模塊和4通道的16位模擬量輸出模塊。

SM332與負(fù)載/執(zhí)行裝置的連接：SM332可以輸出電壓，也可以輸出電流。在輸出電壓時(shí)，可以采用2線回路和4線回路兩種方式與負(fù)載相連。采用4線回路能獲得比較高的輸出精度，如圖1-4-10所示。圖1-4-10SM332模擬輸出模塊電壓的4線連接回路示意圖

(3)模擬量I/O模塊SM334。模擬量I/O模塊SM334有兩種規(guī)格，一種是有4模入/2模出的模擬量模塊，其輸入、輸出精度為8位；另一種也是有4模入/2模出的模擬量模塊，其輸入、輸出精度為12位。SM334模塊輸入測(cè)量范圍為0～10