西门子模块6ES7221-1BH22-0XA8产品描述

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1、分析被控对象并提出控制要求
详细分析被控对象的工艺过程及工作特点，了解被控对象机、电、液之间的配合，提出被控对象对PLC控制系统的控制要求，确定控制方案，拟定设计任务书。
2、确定输入／输出设备
根据系统的控制要求，确定系统所需的全部输入设备（如：按纽、位置开关、转换开关及各种传感器等）和输出设备（如：接触器、电磁阀、信号指示灯及其它执行器等），从而确定与PLC有关的输入/输出设备，以确定PLC的I/O点数。
3、选择PLC
PLC选择包括对PLC的机型、容量、I/O模块、电源等的选择，详见本章二节。
4、分配I/O点并设计PLC外围硬件线路
1.分配I/O点
画出PLC的I/O点与输入／输出设备的连接图或对应关系表，该部分也可在２步中进行。
2.设计PLC外围硬件线路
画出系统其它部分的电气线路图，包括主电路和未进入可编程控制器的控制电路等。
由PLC的I/O连接图和PLC外围电气线路图组成系统的电气原理图。到此为止系统的硬件电气线路已经确定。
5、程序设计
1.程序设计
根据系统的控制要求，采用合适的设计方法来设计PLC程序。程序要以满足系统控制要求为主线，逐一编写实现各控制功能或各子任务的程序，逐步完善系统的功能。除此之外，程序通常还应包括以下内容：
1）初始化程序。
       在PLC上电后，一般都要做一些初始化的操作，为启动作必要的准备，避免系统发生误动作。初始化程序的主要内容有：对某些数据区、计数器等进行清零，对某些数据区所需数据进行恢复，对某些继电器进行置位或复位，对某些初始状态进行显示等等。
2）检测、故障诊断和显示等程序。这些程序相对立，一般在程序设计基本完成时再添加。
3）保护和连锁程序。
       保护和连锁是程序中不可缺少的部分，认真加以考虑。它可以避免由于非法操作而引起的控制逻辑混乱。
2.程序模拟调试
程序模拟调试的基本思想是，以方便的形式模拟产生现场实际状态，为程序的运行创造必要的环境条件。根据产生现场信号的方式不同，模拟调试有硬件模拟法和软件模拟法两种形式。
1）硬件模拟法是使用一些硬件设备（如用另一台PLC或一些输入器件等）模拟产生现场的信号，并将这些信号以硬接线的方式连到PLC系统的输入端，其时效性较强。
2）软件模拟法是在PLC中另外编写一套模拟程序，模拟提供现场信号，其简单易行，但时效性不易保证。模拟调试过程中，可采用分段调试的方法，并利用编程器的监控功能。
6、硬件实施
硬件实施方面主要是进行控制柜（台）等硬件的设计及现场施工。主要内容有：
1)设计控制柜和操作台等部分的电器布置图及安装接线图。
2)设计系统各部分之间的电气互连图。
3)根据施工图纸进行现场接线，并进行详细检查。
由于程序设计与硬件实施可同时进行，因此PLC控制系统的设计周期可大大缩短。
7、联机调试
联机调试是将通过模拟调试的程序进一步进行在线统调。联机调试过程应循序渐进，从PLC只连接输入设备、再连接输出设备、再接上实际负载等逐步进行调试。如不符合要求，则对硬件和程序作调整。通常只需修改部份程序即可。
全部调试完毕后，交付试运行。经过一段时间运行，如果工作正常、程序不需要修改，应将程序固化到EPROM中，以防程序丢失。
8、整理和编写技术文件
技术文件包括设计说明书、硬件原理图、安装接线图、电气元件明细表、PLC程序以及使用说明书

 1．实训目的

    1)进一步熟悉编程软件的使用方法及I/O端口连接方法。

    2)验证并掌握基本逻辑指令、定时器、计数器的功能、编程格式。

    3)掌握基本逻辑指令、定时器、计数器的使用方法及简单应用。

    2．实训内容

    1)利用增减计数器编写I0.0为增计数输入端、I0.1为减计数输入端、I0.2为复位脉冲输入的程序。要求计数器设定值为10时，点亮Q1.1。

    提示：参照例3-9程序。

    2)逻辑输入启动长延时定时控制器。

    由“I0.0与I0.1逻辑与”或“I0.2与10.3逻辑与”或“I0.4与I0.5逻辑与”控制实/现长延时定时功能，由Q1.0延时输出，I0.7控制复位。

   3)交通信号灯控制。交通信号灯动作如表3-4所示。根据题意编写交通灯控制系统梯形图，并确定编程元件。

表3-4 交通信号灯动作

 3．实训设备及元器件

 1) S7-200 PLC实验工作台或PLC装置、可扩展模块若干个。

 2)安装有STEP7 -Micro/WIN编程软件的计算机。

 3) PC/PPI+通信电缆线。

 4)常开、常闭开关若干个，红、绿、黄指示灯各2个，导线等器件。

 4．实训操作步骤

 1)将PC/PPI+通信电缆线与计算机连接。

 2)启动编程软件，编辑相应实训内容的梯形图程序。

 3)编译、保存、下载梯形图程序到S7 -200 PLC中。

 4)启动PLC，观察运行结果，发现运行错误或需要修改程序时重复上面的过程。

 下面给出实训内容2）的提示及参考程序。

 使用计数器和定时器结合起来可实现较长延时定时。通过改变定时器设定值和计数器计数值可控制长延时时间。参考程序如图3-62所示。

    图3-62 逻辑输入启动长延时定时控制梯形图程序

    下面给出实训内容3）的提示及参考程序。

    1)交通信号灯控制系统元件分配可参考表3-5。

    2)根据表3-5，连接PLC外部控制开关和东西南北信号灯。

3)交通信号灯控制系统梯形图程序如图3-63所示（仅供参考）。

表3-5 交通信号灯控制系统元件分配

图3-63交通信号灯控制系统梯形图程序

 思考

    1)如果要求南北路上车辆的通行时间为45 s，东西路上的车辆通行时间为30 s，黄色信号灯被点亮的时间为5s，则梯形图程序该如何修改？

    2)如果要求可以用按钮强制使南北路上车辆通行或东西路上车辆通行，梯形图程序又该如何修改？

    5．注意事项

    1)正确选用定时器的分辨率和设定值。

    2)注意电源性、电压值是否符合所使用PLC输入、输出电路及指示灯的要求。

    6．实训操作报告

    1)整理出运行调试后的梯形图程序。

    2)写出该程序的调试步骤和观察结果。

信息技术渗入PLC是为了适应工厂控制系统和企业信息管理系统日益结合的发展趋势；适应在控制层面让不同的PLC之间，让PLC与DCS、SA等系统之间，能有效而足够快地交换数据的市场要求。它主要表现在：

1） 让以bbbbbbs操作系统的PC机嵌入PLC系统。

2） 创建开放的网络环境。如推出能挂100M的高速以太网的Web服务器模块（三菱电机小Q系列的QJ71WS96，横河电机FA-M3系列的F3WBM1-0T-S01），模块内的软件捆绑了目前常用的TCP/IP、UDP/IP等传输层和网络层的规约，以及HTTP、FTP、SMTP、POP3等应用层的规约，使PLC可直接进入因特网，成为不折不扣的基于Web的PLC；也可使日本产的PLC挂上以德国Siemens公司为主导的工业以太网ProfiNet。在这次系统控制展览会上，我们就见到日本Profibus组织（JPO）的展台上展出的通过多种方式挂ProfiNet的日本PLC，富士电机的MICREX-SX系列PLC、横河电机的FA-M3系列PLC都是直接经由其以太网模块挂ProfiNet的，三菱电机的小Q系列PLC则是通过其RS 232C的模块和****的RS 232C/以太网协议转换器（JNVE1型）挂ProfiNet的。

3） 支持OPC中间件。如竹菱电机提供的DeviceXPlorer OPC Server可为三菱电机的MELSEC系列PLC、横河电机的FA-M3系列PLC、OMRON的SYSMAC系列PLC，以及丰田工机的TOYOPUC系列PLC提供软件接口，与作为OPC客户的应用程序相互通信。

STEP 7- Micro/WIN提供了PID Wizard（PID指令向导），可以帮助用户方便地生成一个闭环控制过程的PID算法。用户只要在向导的指导下填写相应的参数，就可以方便快捷地完成PID运算的自动编程。用户只需在应用程序中调用PID向导生成的子程序，就可以完成PID控制任务。向导多允许配置8个PID回路。

    PID向导既可以生成模拟量输出的PID控制算法，也支持开关量输出（如控制加热棒）；即支持连续自动调节，也支持手动参与控制，并能实现手动到自动的无扰切换。除此之外，它还支持PID反作用调节。

    PID功能块只接受0.0～1.0之间的实数（实际上就是百分比）作为反馈、给定与控制输出的有效数值，如果是直接使用PID功能块编程，保证数据在这个范围之内，否则会出错。其他如增益、采样时间、积分时间和微分时间都是实数。但PID向导已经把外围实际的物理量与PID功能块需要的输入输出数据之间进行了转换，不再需要用户自己编程进行输入／输出的转换与标准化处理。

    建议使用PID向导对PID编程，以简化编程及避免不必要的错误。

    1．PID向导的使用

    PID向导可以指导用户在几分钟内地生成一个PID控制程序，方法是单击Micro/WIN导航栏“Tools”中的“指令向导”图标或在命令菜单中选择“Tools”>“InstructionWizard”，然后在指令向导窗口中选择PID向导进入配置。PID向导的使用步骤如下：

    步：定义需要配置的PID回路号。

    二步：设定PID回路参数，如图6-17所示。

图6-17 设定PID回路参数

    (1)定义回路设定值（SP，即给定）的高低限的范围与过程变量范围相对应。在低限(Low Range)和高限(High Range)输入域中输入实数，默认值为0.0和100.0，表示给定值的大小占过程反馈量程的百分比，也可以用实际的工程单位量程表示。

    (2)增益(Gain)：即比例常数。

    (3)积分时间(Inregral Time)：如果不想要积分作用，可以把积分时间设为无穷大。

    (4)微分时间(Derivative Tin，e)：如果不想要微分回路，可把微分时间设为0。

    (5)采样时间(Sample Time)：是PID控制回路对反馈采样和重新计算输出值的时间间隔。

    在一般的控制系统中，经常只用到PI调节，这时需要把微分参数设为零。

    三步：设定PID回路输入输出参数，如图6-18所示。

    (1)输入类型。

    图6-18 设定PID输入输出参数

    单性( Unipolar)：即输入的信号为正，如0～10V或0～20mA等。

    双性( Bipolar)：输入信号在正负的范围内变化，如输入信号为±10、±5V等时选用。

    20%偏移(Offset)：如果输入为4～20mA则选单性及此项，向导会自动进行转换。

    (2)设定过程反馈值的量程范围。

    单性输入：缺省值为0～32000。

    双性输入：缺省值为-32000～+32000。

    20%偏移：如果选中20%偏移，则输入取值范围固定为6400～32000。

    (3)输出类型(Output Type)，可以选择模拟量输出或数字量输出。模拟量输出用来控制一些需要模拟量控制的设备，如比例阀和变频器等；数字量输出实际上是控制输出点的通、断状态按照一定的占空比变化，可以控制固态继电器（加热棒）等。

    (4)选择模拟量后需设定回路输出的类型，可以选择：

    单性输出：可为0～10V或0～20mA等。

    双性输出：可为±10V或±5V等。

    20%偏移：如果选中20%偏移，使输出为4～20mA。

    (5)选择模拟量后需设定回路输出变量值的范围，可以选择：

    单性输出：缺省值为0～32000。

    双性输出：缺笤值为-32000～+32000。

    20%偏移：如果选中20%偏移，则输出取值范围为6400～32000。

    如果选择了开关量输出，需要设定输出占空比控制的周期。

    四步：设定回路报警选项（也可不选）。

    五步：PID运算数据存储区。

    PID向导需要一个120字节的数据存储区(V区)，如图6-19所示，要注意在程序的其他地方不要重复使用这些地址。

    六步：向导所生成的PID子程序名和中断程序名（可默认的或者自己定义）及添加手动模式，如图6-20所示。

图6-19 设定PID运算数据存储区参数

图6-20 设定子程序及中断程序名称

    七步：生成PID子程序、中断程序及符号表等。

    PID向导使用了SMB34定时中断，在实现其他的编程任务时，不能再使用此中断，否则会引起PID运行错误。

在完成向导配置后，只要在程序中调用向导所生成的PIDx_INIT即可，如图6-21所示。它包括：①反馈过程变量值地址；②设定值（可以是实数也可以是设定值变量的地址）；③手／自动控制转换；④手动输出值；⑤控制输出。

图6-21 调用PID向导生成的子程序

    只能使用SM0.0作的条件调用PIDx_INIT，否则会造成PID控制功能不运行。

    2．PID向导符号表

    完成PID向导配置后，会自动生成一个PID向导符号表，在这个符号表中可以找到P（比例）、I（积分）、D（微分）等参数的地址。利用这些参数地址用户可以方便地在Micro/WIN中使用程序、状态表或从HMI上修改PID参数值进行编程调试