西门子PLC开发笔记（一）：PLC介绍，西门子S1200系列接线、编程、下载和仿真

前言

  西门西PLC、台达触摸屏、法兰克机床等等多年以前玩得比较多，改造机床、维修机床、给机床编程等等，没事还能扯个零件啥的，之前也没总结过，有时间就重新整理下。
  本章后面以西门1200实物为例，下载一个基本程序。
  

 

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  《案例分享：Qt西门子PLC通讯调试和模拟工具(包含PLC上位机通讯，PLC服务器)》

 

PLC

  玩得比较多的就是西门PLC，单个模块就是3K起，一个24V电源也是3K，不是土豪真心玩不起。国产机床用的比较多的就是三菱PLC、台达触摸屏这些，技术过硬，主要也是便宜点，兼容性也强。

PLC的发展历程

  在工业生产过程中，大量的开关量顺序控制，它按照逻辑条件进行顺序动作，并按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制，及大量离散量的数据采集。传统上，这些功能是通过气动或电气控制系统来实现的。1968年美国GM（通用汽车）公司提出取代继电气控制装置的要求，第二年，美国数字公司研制出了基于集成电路和电子技术的控制装置，首次采用程序化的手段应用于电气控制，这就是第一代可编程序控制器，称Programmable Controller（PC）。
  个人计算机（简称PC）发展起来后，为了方便，也为了反映可编程控制器的功能特点，可编程序控制器定名为Programmable Logic Controller（PLC）。
  上世纪80年代至90年代中期，是PLC发展最快的时期，年增长率一直保持为30~40%。在这时期，PLC在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到大幅度提高，PLC逐渐进入过程控制领域，在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的DCS系统。
  PLC具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点。PLC在工业自动化控制特别是顺序控制中的地位，在可预见的将来，是无法取代的。

PLC的构成

  从结构上分，PLC分为固定式和组合式（模块式）两种。固定式PLC包括CPU板、I/O板、显示面板、内存块、电源等，这些元素组合成一个不可拆卸的整体。模块式PLC包括CPU模块、I/O模块、内存、电源模块、底板或机架，这些模块可以按照一定规则组合配置。

CPU的构成

  CPU是PLC的核心，起神经中枢的作用，每套PLC至少有一个CPU，它按PLC的系统程序赋予的功能接收并存贮用户程序和数据，用扫描的方式采集由现场输入装置送来的状态或数据，并存入规定的寄存器中，同时，诊断电源和PLC内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误等。进入运行后，从用户程序存贮器中逐条读取指令，经分析后再按指令规定的任务产生相应的控制信号，去指挥有关的控制电路。
  CPU主要由运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系的数据、控制及状态总线构成，CPU单元还包括外围芯片、总线接口及有关电路。内存主要用于存储程序及数据，是PLC不可缺少的组成单元。
  在使用者看来，不必要详细分析CPU的内部电路，但对各部分的工作机制还是应有足够的理解。CPU的控制器控制CPU工作，由它读取指令、解释指令及执行指令。但工作节奏由震荡信号控制。运算器用于进行数字或逻辑运算，在控制器指挥下工作。寄存器参与运算，并存储运算的中间结果，它也是在控制器指挥下工作。
  CPU速度和内存容量是PLC的重要参数，它们决定着PLC的工作速度，IO数量及软件容量等，因此限制着控制规模。

I/O模块

  PLC与电气回路的接口，是通过输入输出部分（I/O）完成的。I/O模块集成了PLC的I/O电路，其输入暂存器反映输入信号状态，输出点反映输出锁存器状态。输入模块将电信号变换成数字信号进入PLC系统，输出模块相反。I/O分为开关量输入（DI），开关量输出（DO），模拟量输入（AI），模拟量输出（AO）等模块。
常用的I/O分类如下：

• 开关量：按电压水平分，有220VAC、110VAC、24VDC，按隔离方式分，有继电器隔离和晶体管隔离。
• 模拟量：按信号类型分，有电流型（4-20mA,0-20mA）、电压型（0-10V,0-5V,-10-10V）等，按精度分，有12bit,14bit,16bit等。
  除了上述通用IO外，还有特殊IO模块，如热电阻、热电偶、脉冲等模块。
  按I/O点数确定模块规格及数量，I/O模块可多可少，但其最大数受CPU所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或机架槽数限制。

电源模块

  PLC电源用于为PLC各模块的集成电路提供工作电源。同时，有的还为输入电路提供24V的工作电源。电源输入类型有：交流电源（220VAC或110VAC），直流电源（常用的为24VDC）。

底板或机架

  大多数模块式PLC使用底板或机架，其作用是：电气上，实现各模块间的联系，使CPU能访问底板上的所有模块，机械上，实现各模块间的连接，使各模块构成一个整体。

PLC系统的其它设备

  编程设备：编程器是PLC开发应用、监测运行、检查维护不可缺少的器件，用于编程、对系统作一些设定、监控PLC及PLC所控制的系统的工作状况，但它不直接参与现场控制运行。小编程器PLC一般有手持型编程器，目前一般由计算机（运行编程软件）充当编程器。也就是我们系统的上位机。
  人机界面：最简单的人机界面是指示灯和按钮，目前液晶屏（或触摸屏）式的一体式操作员终端应用越来越广泛，由计算机（运行组态软件）充当人机界面非常普及。

PLC的通信联网

  依靠先进的工业网络技术可以迅速有效地收集、传送生产和管理数据。因此，网络在自动化系统集成工程中的重要性越来越显著，甚至有人提出"网络就是控制器"的观点说法。
  PLC具有通信联网的功能，它使PLC与PLC之间、PLC与上位计算机以及其他智能设备之间能够交换信息，形成一个统一的整体，实现分散集中控制。多数PLC具有RS-232接口，还有一些内置有支持各自通信协议的接口。PLC的通信现在主要采用通过多点接口（MPI）的数据通讯、PROFIBUS 或工业以太网进行联网。

 

硬件设备

西门子电源（220VAC转24VDC）

  

西门子S1200

  

接线

  
  L与N就无所谓，220VAC正负无所谓。
  PLC下有网口，接入到PC机局域网内。

 

S7-1200PLC编程软件

下载安装软件

  编程电脑用普通的网线即可。
  安装的是：
  
  Step7是必选的，其他看着吧，去掉wincc，这是触摸屏组态的，笔者只是需要连接和编程PLC。

  
  时间会突然小于1分钟，提示重启，弄了好多次，发现不是正常重启，要删除注册表项：

计算机\HKEY_LOCAL_MACHINE\SYSTEM\CurrentControlSet\Control\Session Manager

  以上项的PendingFileRemameOpeaations键值（注意：是重启后，立马打开注册表，安装程序运行的时候回自己建立，所以一直刷注册表，等出现了该项，就立马删除！！！），通过以上操作，就真正开始安装了。
  
  安装完成后，如下图：
  

设备连接

  西门子PLC下面有2个网口，将网口连接到PC机同一网段即可。
  经过后面论证，2个网口插哪一个都是一样的，可能是西门子为了接设备方便，多机串联，省路由器。

开始运行查找设备

  (注意：双网口，插左边的网口扫描）
   
  (注意：双网口，插右边的网口扫描）
  

查看设备并连接设备

  
  
  点击后发现，PLC没有设置自己的地址，反倒是把上位机PC的ip地址添加了PLC网段的了(此时，PC以太网设置上面还是显示自动获取），如下图：
  
  

 

S7-1200项目测试编程

新建项目

  
  
  

添加设备

  
  
  
  

编程

添加DB块

下载到设备

  
  (注意：开始下载失败，是因为组态部件问题，需要清空组态，不然显示组态少了部件，无法正常运行，且error灯一直闪）

 

S7-PLC仿真软件

  

  
  

  安装完成后如下图，必选现状STEP 7 V15.
  
  接下来，读者可以自己创仿真项目了。

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