1、工程师培训资料工程师培训资料 标题：S7-1200PLC的项目实际应用（高端培训）（高端培训） 培训人：xx一、项目简介 本项目是我公司为XXXX有限公司36米连续式退火炉增加天然气燃烧系统。退火炉的总功率900104Kcal/h，原炉体两侧各有5台每小时燃烧1800Nm3/h的双蓄热式高炉煤气烧嘴，各有2台每小时燃烧1500Nm3/h的双蓄热式高炉煤气烧嘴，各有2台小型保温烧嘴。退火炉加热段温度为95010，在退火炉尾部排烟，排烟温度约为650。现需要增加天然气燃烧系统，由于天然气系统为临时或者暂时用燃料，因此设计制作应本着简单、安全、投资低的原则。现在炉体加热段两侧各加装4台天然气燃烧器，
2、天然气燃烧器位于两个高炉煤气烧嘴之间，每台燃烧器功100104Kcal/h。 二、控制系统功能概述 1、以炉内温度为目标，自动完成燃料比例调节和鼓风风量比例调节（利用鼓风风门调节机构调节）。退火炉原有四个温度测点，新增的8台天然气燃烧器分为4个控制区域分别控制，每个区域可实现单独控温实现比例调节； 2、每台燃烧器独立点火，独立探火； 3、控制系统具有可靠的点火程序和熄火保护程序，每次点火前进行吹扫，吹扫时间至少为3分钟，熄火停炉后进行后吹扫，后吹扫时间至少为2分钟； 4、控制系统具有燃气压力高、低报警保护，炉内温度高报警及保护，鼓风机、引风机等连锁保护功能。三、PLC模块选型 根据控制系统的技
3、术要求计算出所需的控制点数为： 数字量输入点数（DI）：27个 数字量输出点数（DO）：66个 模拟量输入点数（AI）：20个 模拟量输出点数（AO）：0个 由于本项目和其他项目相比控制点数较多，我们常用的西门子S7-200 SMART系列PLC虽然能够实现控制要求，但是已达到了可扩展的极限，不利于以后的扩展升级,所以我们选择了和西门子S7-300相比具有较高性价比的西门子S7-1200系列PLC。三、PLC模块选型 下面是下面是PLC模块的选型模块的选型以上选型包含数字量输入以上选型包含数字量输入点数（点数（DIDI）3030个，数字输出点数个，数字输出点数(DO)74(DO)74个，个，模
4、拟量输入点数模拟量输入点数(AI)24(AI)24个个, ,可以满足本项目要求且有足够的余量。可以满足本项目要求且有足够的余量。名称名称规格型号规格型号数量数量备注备注西门子CPUCPU 1214C DC/DC/DC 114DI,10DO数字量输入输出模块SM1223 DI16*24VDC/DQ16*24VDC116DI,16DO数字量输出模块SM1222 DQ16*24VDC316DO模拟量输入模块SM1231 AI8*13位38AI四、西门子S7-1200系类PLC介绍 西门子S7-1200系列PLC的产品定位是低端小型PLC,是介于S7-200CN和S7-300之间的一款产品。S7-12
5、00设计紧凑，组态灵活且具有功能强大的指令集，这些特点的组合使它成为控制各种应用的完美解决方案。 S7-1200的硬件组成包括：控制器即CPU，信号板，信号模块，通讯模块，附件如电源、存储卡等；四、西门子S7-1200系类PLC介绍 S7-1200的功能与特点： S7-1200CPU最多可添加三个通信模块，支持多种通信协议； S7-1200CPU集成了PROFINET接口，可用于与编程设备、 HMI及CPU之间的通信； S7-1200CPU带有多大6个高速计数器用于计数和测量； S7-1200CPU集成2个高速脉冲输出用于运动控制； S7-1200CPU中提供了多达16个带自动调节功能的PID
6、控制回路，用于简单的闭环过程控制； S7-1200CPU支持SIMATIC存储卡，通过不同的设置可用作编程卡，传送卡和硬件更新卡三种功能； S7-1200CPU最多可扩展8个信号模块，以支持更多数字量和模拟量输入/输出信号连接。 五、S7-1200软件编程 工程软件平台TIA博途 TIA博途是一款集成了 SIMATIC STEP 7、SIMATIC WinCC和SINAMICS StartDrive 的工程技术软件平台。通过SIMATIC STEP 7 可以对SIMATIC S7-1200和SIMATIC HMI精简系列面板进行高效组态。除了支持编程以外， SIMATIC STEP 7 还为硬
7、件和网络配置、诊断等提供通用的项目组态框架。下面是打开博图的画面五、S7-1200软件编程1、新建项目在桌面中双击“TIA Portal V14”图标启动软件，在 Portal 视图中，单击“创建新项目”，并输入项目名称，路径和作者等信息，然后点击“创建”即可生成新项目，如图所示2、硬件组态 下面介绍在项目视图中如何进行项目硬件组态。进入项目视图，在左侧的项目树中，双击“添加新设备”，随即弹出添加新设备对话框，在该对话框中选择与实际系统完全匹配的设备即可。如图所示 在添加完成新设备后，与该新设备匹配的机架也会随之生成。所有通信模块都要配置在S7-1200 CPU左侧，而所有信号模块都要配置在
8、CPU的右侧，在CPU本体上可以配置一个扩展板。 步骤： 单击打开设备视图； 打开硬件目录； 选择要配置的模板； 拖拽到机架上相应的槽位；3、编辑程序 3.1 用户程序组成 S7-1200PLC可在程序块中添加组织块（OB）、功能（FC）、功能块（FB）和数据块（DB）。l 组织块（OB） 组织块为程序提供结构，是操作系统和用户程序之间的接口，OB是由事件驱动的；l 功能（FC） 是不含存储区的代码块,常用于对一组输入值执行特定运算；l 功能块（FB) 是使用背景数据块保存其参数和静态数据的代码块;l 数据块（DB） 在用户程序中创建数据块 (DB) 以存储代码块的数据。 用户程序中的所有程序
9、块都可访问全局 DB 中的数据，而背景 DB 仅存储特定功能块 (FB) 的数据。 3.2 用户程序结构类型 可根据实际应用要求，选择线性结构或模块化结构用于创建用户程序：线性程序 按顺序逐条执行用于自动化任务的所有指令。 通常，线性程序将所有程序指令都放入用于循环执行程序的OB(OB1) 中。模块化程序 调用可执行特定任务的特定代码块。 要创建模块化结构，需要将复杂的自动化任务划分为与过程的工艺功能相对应的更小的次级任务。 每个代码块都为每个次级任务提供程序段。 通过从另一个块中调用其中一个代码块来构建程序。本项目中采用模块化结构。 3.3 在程序块中添加块用户可继续根据自动化任务设计用户程
10、序。用户可以在程序块中添加：组织块（OB） 、功能 （FC）、带背景数据的功能块（FB） 、数据块 （DB）。点击左侧的项目树中的“添加新块”即可打开添加新块的窗口，如下图所示： 3.4 S7-1200PLC 编程的指令S7-1200PLC指令包括基本指令、扩展指令和工艺指令。基本指令主要包括位逻辑运算、定时器、移动、比较、数学函数等；扩展指令包括时间日期和时钟、中断、脉冲、诊断等；工艺指令包括高速计数器、PID控制和运动控制。下面就结合本项目介绍一下常用的指令：3.4.1 标定和标准化指令 通过这两个指令可以对模拟量输入信号进行处理，把输入的电流信号转换为实际显示的 工程值。来自模拟量输入模
11、块的4-20mA电流信号对应的数值范围5530-27648，假如模拟量输入代表温度，其中模拟量输入值 5530表示 0，27648 表示500，要将模拟值转换为对应的工程单位，应将输入标准化为 0.0 到 1.0 之间的值，然后再将其标定为 0.0到 500.0 之间的值。 3.4.2定时器指令 使用定时器指令可创建编程的时间延时。用户程序中可以使用的定时器数仅受 CPU 存储器容量限制。 每个定时器均使用 16 字节的 IEC_Timer 数据类型的 DB 结构来存储功能框或线圈指令顶部指定的定时器数据。 STEP 7 会在插入指令时自动创建该 DB。这是和S7-200和S7-300都不同的
12、地方。 注：S7-1200的IEC定时器没有定时器号（即没有T0、T37这种带定时器号的定时器)。 S7-1200包含四种定时器：生成脉冲定时器（TP） 、 接通延时（TON）、关断延时定时器（TOF） 、时间累加器（TONR）。下面对我们常用的接通延时定时器进行说明： IN从“0”变为“1”，定时器启动； 当ET=PT时，Q立即输出“1”，ET立即停止计时并保持； 在任意时刻，只要IN变为“0”，ET立即停止计时并回到0，Q输出“0”。 PT输入时间以毫秒为单位输入S7-1200定时器创建有以下几种方法： A.功能框指令直接拖入块中，自动生成定时器的背景数据块，该块位于“系统块程序资源”中。
13、见下图 B、功能框指令直接拖入FB块中，生成多重背景，参见下图，这种方法定时器的参数会存储在对应FB的背景数据块中。 C、功能框指令直接拖入FB、FC块中，生成参数实例， 这种方法需要在调用FC是为定时器分配存储地址。 3.4.3 PID控制指令 PID功能 PID功能用于对闭环过程进行控制。PID控制适用于温度，压力，流量等物理量，是工业现场中应用最为广泛的一种控制方式，其原理是，对被控对象设定一个给定值，然后将实际值测量出来，并与给定值比较，将其差值送入PID控制器，PID控制器按照一定的运算规律，计算出结果，即为输出值，送到执行器进行调节，其中的P,I,D指的是比例，积分，微分，是一种闭
14、环控制算法。通过这些参数，可以使被控对象追随给定值变化并使系统达到稳定，自动消除各种干扰对控制过程的影响。 S7-1200CPU PID控制器结构 PID控制器功能主要依靠三部分实现，循环 中断块，PID指令块，工艺对象背景数据块。 用户在调用PID指令块时需要定义其背景数 据块，而此背景数据块需要在工艺对象中 添加，称为工艺对象背景数据块。PID指令 块与其相对应的的工艺对象背景数据块组合 使用，形成完整的PID控制器。 添加PID控制的步骤： 第一步，在程序块中添加循环中断组织块（OB30），见下图 第二步，在循环中断组织块中调用PID指令时， STEP 7 会自动为指令创建工艺对象和背景
15、数据块。 背景数据块包含PID 指令要使用的所有参数。 每个 PID 指令必须具有自身的唯一背景数据块才能正确工作。方法：在指令树中找到PID_Compact指令拖到程序段中，会弹出如下图所示的对话框，然后点击确定。 PID常用参数说明参数参数类型类型数据类型数据类型说明说明SetpointINRealPID 控制器在自动模式下的设定值,也就是目标值InputINReal用户程序的变量用作过程值的源，即工程值作为过程变量的反馈值Input_PERINWord模拟量输入用作过程值的源，即模拟量输入值作为过程变量的反馈值ManualEnableINBool启用或禁用手动操作模式。值为1时激活手动操
16、作模式，为0时启用Mode分配的工作模式。ManualValueINReal手动模式下的PID输出值，即手动给定值OutputOUTRealREAL 格式的输出值Output_PEROUTWord模拟量输出值 第三步，组态PID控制器，PID组态编辑器可点击 图标打开。 使用 PID 控制器前，需要对其进行组态设置，分为基本设置、过程值设置、高级设置三部分。界面如下图基本设置控制器类型a、控制器类型为设定值、过程值和扰动变量选择物理量和测量单位。b、反转控制逻辑，如果未选择该选项，则 PID 回路处于直接作用模式，在输入值小于设定值时，PID回路的输出会增大；如果选择了该选项，则在输入值大于设
17、定值时，PID 回路的输出会增大。c、选择CPU重启后的工作模式。 基本设置定义 Input/Output 参数 定义 PID 过程值和输出值的内容和数据类型：输入，为过程值选择 Input 或Input_PER 参数（用于模拟量）；输出，为输出值选择 Output 参数或 Output_PER 参数（用于模拟量）。模拟量可直接进入模拟量输入输出模块。 过程值设置过程值的限制和标定：限制，输入的过程值必须在限制的范围内，如果过程值低于下限或高出上限，则 PID 回路进入未激活模式，并将输出值设置为 0；标定，要使用 Input_PER，必须对模拟量输入的过程值进行标定。 当输入的模拟量为4-2
18、0mA电流信号时，模拟量 的下限值为5530.0对应0.0%，上限27648.0对应 应100.0%。 高级设置输出值限制，在“输出值的限值”窗口中，以百分比形式组态输出值的限值。 无论是在手动模式还是自动模式下，都不要超过输出值的限值。 高级设置-手动输入 PID 参数：在 PID 组态界面可以修改 PID 参数，通过组态界面修改参数需要重新下载组态并重启 PLC。 第四部，为PID功能块相关参数分配地址以方便在触摸屏操作和在程序的其他位置引用。 a、目标值（ Setpoint ），本项目中的控器类型 组态为的是,目标值的取值范围是0.0- 100.0。 b、输入过程值，本项目组态的是 In
19、put_PER ，过程值输入直接就是模拟量输入的地址。 c、手动模式启用（ ManualEnable ）通过PLC内 部布尔型变量激活。 d、手动模式的输出值（ ManualValue ）由存储 在全局数据块中的变量设置，取值范围是0.0 -100.0。 e、PID输出值（ Output ），本项目组态为REAL 类型的输出格式，范围是0.0-100.0，存储在 全局数据块中便于 其他程序块调用。 六、调试 软件编程的工作完成后，下一步的工作就是调试，这部分我主要给大家介绍以下程序的下载和监视。S7-1200的CPU本体上集成了PROFINET通信口，通过这个通信口可以实现CPU与编程设备的通
20、信。 （1）下载的操作步骤： a、在项目树中，选中需要下载的项目文件夹，然后执行菜单命令在线下载到设备或直接点击工具栏上的图标下载到设备，如图所示 b、在弹出的扩展的下载到设备对话框中，设置PG/PC接口类型，其PG/PC接口下拉选项中选择编程设备的网卡，勾选显示所有兼容的设备复选框，点击开始搜索，如图所示。 c、搜索到可访问的设备后，选择要下载的PLC，当网络上有多个S7-1200PLC时，通过闪烁LED来确认下载对象，点击下载按钮，如图所示 d、如果编程设备的IP地址和组态的PLC不在一个网段，需要给编程设备添加一个与PLC同网段的IP。在弹出的对话框中分别点击是和确定，如图所示。 e、项
21、目数据必须一致。如果项目没有被编译，在下载前会自动被编译。在下载预览对话框，会显示要执行的下载信息和动作要求。 f、如果需要下载修改过的硬件组态且CPU处于运行模式时，需要把CPU转为停止模式，如图所示 g、下载后启动CPU，点击完成。如图所示 （2）在线监视：要监视CPU的变量数据和程序状态，编程设备和 CPU 之间必须存在在线连接。 要与组态的 CPU 建立在线连接，请单击“项目导航”树中的CPU，并在“项目”视图中单击“转到在线模式” 按钮： 如果这是该 CPU 首次转到在 线模式，则必须从“转到在线 模式” 对话框中选择 PG/PC 接口的类型以及特定的 PG/PC 接口，然后才能在与该接口中 发现的 CPU建立在线连接。 在线模式的界面如下图，打开要监视的程序块点击 图标即可监视程序状态。 结束语 通过这个项目使我对西门子S7-1200系列PLC和西门子TIA博图工程软件技术平台有了初步的了解，为以后在项目中广泛应用打下了基础。随着现代科学技术的不断发展和进步，工业自动化产品也在不断的升级和更新换代，我们只有通过学习和使用新的技术和产品才能使我们的产品适应市场的需求，满足用户的需求。 20192019年年x x月月
