电气控制与PLC调试实验指导书.

自动化13级
《电气控制与PLC实训》内容与要求
第一部分S7-200的自动化通信网络
一、通信网络介绍
可编程序控制器与计算机可以直接或通过通信处理单元、通信转接器相连构成网络，以实现信息的交换，并可构成“集中管理、分散控制”的分布式控制系统，满足工厂自动化(FA)系统发展的需要。

各可编程序控制器或远程I/O模块按功能各自放置在生产现场进行分散控制，然后用网络连接起来，构成集中管理的分布式网络系统。

网络产品的总称，它包含了三个主要的层次。

1．工业以太网
它是基与国际标准IEEE802.3的开放式网络。

以太网可实现管理-控制网络的一体化，可集成到因特网，为全球联网提供了条件。

网络规模可达1024站，距离可达.5km(电气网络)或200km(光纤网络)。

工业以太网将控制网络集成到信息技术(IT)中，可与使用TCP/IP协议的计算机传输数据，可使用E-mail和Web技术，用户可在工业以太网的Socket接口上编制自己的协议，可在网络中的任何一点进行设备启动和故障检查，冗余网络可构成冗余系统。

西门子可提供以太网通信模块或通信处理器，远程访问路由器可在广域网连接的两个以太网之间实现远程通信。

2．现场总线PROFIBUS
它是用于车间级和现场级的国际标准，传输速率最在为12Mbps，响应时间的典型值为1ms，使用屏蔽双绞线电缆(最长9.6km)或光缆(最长90km)，最多可接127个从站。

PROFIBUS由3个系列组成：PROFIBUS-DP、PROFIBUS-PA 和PROFIBUS-FMS。

PROFIBUS-DP特别适用于可编程序控制器与现场级分散的远程I/O设备之间的快速数据交换通信，即插即用。

使用编程软件STEP 7-Micro/WIN 32或SIMATIC NET软件，可对网络设备组态或设置参数，可启动或测试网络中的节点。

西门子的S7系列可编程序控制器有的配备有集成的PROFIBUS-DP接口，也可以通过接口模块或通信处理器连接到PROFIBUS-DP。

可将多条PROFIBUS-DP线路通过集成的接口或接口模块连接到一个可编程序控制器。

3．AS-i接口
AS-i是传感器和执行器通信的国际标准(EN50295)，响应时间小于5ms，使用未屏蔽的双绞线，由总线提供电源，最长通信距离为30m，最多接62个从站。

1.S7—-200的通信方式与通信参数的设置
（1）S7-200的通信方式
S7-200的通信功能强，有多种通信方式可供用户选择。

在运行Windows或Windows NT操作系统的个人计算机(PC)上安装了STET 7-Micro/WIN 32编程软后，PC可作为通信中的主站。

1）单主站方式
单主站与一个或多个从站相连，STEP 7-Micro/WIN32每次和一个S7-200 CPU通信,但是它可以访问网络上的所有CPU。

2）多主站方式
通信网络中有多个主站，一个或多个从站。

带CP通信卡的计算机和文本显示器TD200、操作面板OP15是主站，S7-200 CPU可以是从站或主站。

（2）S7-200通信的硬件选择
表1给出了可供用户选择的STEP 7-Micro/WIN 32支持的通信硬件和波特率。

除此之外，S7-200还可以通过EM277 PROFIBUS-DP模块连接到PROFIBUS-DP现场总线网络，各通信卡提供一个与PROFIBUS网络相连的RS-485通信口。

表2给出了S7-200与PROFIBUS通信模块EM227的性能。

EM277 PROFIBUS-DP 模块
（3）网络部件
1）通信口
S7-200 CPU上的通信口是与RS-485兼容的9针D型连接器，符合欧洲标准EN 50170。

表3给出了通信口的引脚分配。

表3
2）网络连接器
利用西门子提供的两种网络连接器可以把多个设备很容易的连到网络中。

两种连接器都有两组螺钉端子，可以连接网络的输入和输出。

一种连接器仅提供连接到CPU的接口，而另一种连接器增加了一个编程接口。

两种网络连接器还有网络偏置和终端偏置的选择开关，该开关在ON位置时的内部接线图，在OFF位置时未接终端电阻。

接在网络端部的连接器上的开关应放在ON位置。

带有编程器接口的连接器可以把SIMATIC编程器或操作员面板接到网络中，而不用改动现有的网络连接。

编程器接口的连接器把CPU来的信号传到编程器接口，这个连接器对于连接从CPU获取电源的设备(例如操作员面板TD200或OP3)很有用。

（4）使用PC/PPI电缆通信
使用PC/PPI电缆可实现S7-200CPU与RS-232标准兼容的设备的通信。

有两种不同型号的PC/PPI电缆：
1)带RS-232口的隔离型PC/PPI电缆，用5个DIP开关设置波特率和其他配置项。

通信的波特率用PC/PPI电缆盒上的DIP开关来设置。

2)带RS-232口的非隔离型PC/PPI电缆，用4个DIP开关设置波特率，这种电缆已经被隔离型PC/PPI电缆取代。

当数据从RS-232传送到RS-485口时，PC/PPI电缆是发送模式。

当数据从RS-485传送到RS-232口时，PC/PPI电缆是接收模式。

检测到RS-232的发送线有字符时，电缆立即从接收模式切换到发送模式。

RS-232发送线处于闲置的时间超过电缆切换时间时，电缆又切换到接收模式。

这个时间与电缆上的DIP开关设置的波特率有关
（5）开关PC/PPI电缆的5号DIP设为0时，RS-232口为数据通信设备(DCE)模式，设置为1时，为数据终端设备(DTE)模式。

表4是PC/PPI电缆各个引脚的定义。

表
注：调制解调器需要一个阴到阳的9针到25针的转换。

2．在编程软件中安装与删除通信接口
在STEP 7-Micro/WIN 32中选择菜单命令“检视→通信”或单击浏览栏中的通信图标，可进入设置通信的对话框。

在对话框中双击PC/PPI电缆的图标，出现“设置PG/PC接口(Set PG/PC Interface)”对话框。

按“Select(选择)”按钮，出现“安装/删除”窗口，可用它来安装或删除通信硬件。

对话框的左侧是可供选择的通信硬件，右侧是已经安装好的通信硬件。

1）通信硬件的安装
从左边的选择列表框中选择要安装的硬件型号，窗口下部显示出对选择的硬件的描述。

单击“Install(安装)”按钮，选择的硬件将出现在右边的“Installed(已安装)”列表框。

安装完后按“Close(关闭)”按钮，回到“设置PG/PC接口”对话框。

2）通信硬件的删除
在“安装/删除”窗口中右边的已安装列表框中选择硬件，单击“Uninstall(删除)”按钮，选择的硬件被删除。

3）Windows NT用户的特殊硬件安装信息
在Windows NT操作系统安装硬件模块与在Windows 95上安装略有不同。

Windows 95自动地设置系统资源，而Windows NT只提供默认值，它们与硬件配置可能不匹配，但可以很容易地修变这些参数，以便与要求的系统设置匹配。

安装完硬件后，在已安装列表栏中选择它，单击“Resource(资源)”按钮，出现资源对话框，该框允许修改实际安装的硬件的系统设置值。

如果该按钮呈灰色，说明不需修改参数。

此时可能需要参考硬件手册，根据硬件设置决定对话框中列举的各个参数的设置值。

为了正确建立通信，可能需要试几个不同的中断。

如果在Windows NT中使用PC/PPI电缆，网络中不允许有其他主站。

3．计算机使用的通信接口参数的设置
打开“设置PG/PC接口”对话框，“Micro/WIN”应出现在“Access Point of the Application(应用的访问接点)”列表框中。

PC/PPI电缆只能选用PPI协议：选择好通信协议后，单击“设置PG/PC接口”对话框中的“属性(Properties)”按钮，然后在弹出的窗口中设置通信参数。

PC/PPI电缆的PPI参数设置：如果使用PC/PPI电缆，在“设置PG/PC接口”对话框中单
击“属性”按钮，就会出现PC/PPI电缆(PPI)的属性窗口。

进行通信时，STEP 7-Micro/WIN 32的默认设置为多主站PPI协议。

此协议允许STEP 7-Micro/WIN 32与其他主站(TD 200与操作员面板)在网络中共为主站。

选中PG/PC接口中PC/PPI电缆属性对话框中的“多主站网络(Multiple Master Netword)”，即可启动此模块，未选择时为单主站协议。

4．S7-200的网络通信协议
S7-200支持多种通信协议，如点对点接口(PPI)、多点接口(MPI)和PROFIBUS。

它们都是基于字符的异步通信协议，带有起始位、8位数据、偶校验和1个停止位。

通信帧由起始和结束字符、源和目的站地址、帧长度和数据完整性校验和组成。

只要波特率相同，三个协议可以在网络中同时运行，不会相互影响。

协议支持一个网络上的127个地址(0～126)，网络上最多可有32个主站，网络上各设备的地址不能重复。

运行STEP 7-Micro/WIN 32的计算机的默认地址为0，操作员面板的默认地址为1，可编程控制器的默认地址为2。

（1）点对点接口协议(PPI)
PPI(Point-to-Point)是主/从协议，网络上的S7-200 CPU均为从站，其他CPU、SIMATIC编程器或TD200为主站。

如果在用户程序中允许PPI主站模式，一些S7-200 CPU在RUN模式下可以作主站，它们可以用网络读(NETR)和网络写(NETW)指令读写其他CPU中的数据。

S7-200 CPU作PPI主站时，还可以作为从站响应来自其他主站的通信申请。

PPI没有限制可以有多少个主站与一个从站通信，但是在网络中最多只能有32个主站。

（2）多点接口协议(MPI)
MPI是集成在西门子公司的可编程序控制器、操作员界面和编程器上的集成通信接口，用于建立小型的通信网络。

最多可接32个节点，典型数据长度为64字节，最大距离100m。

MPI(Multi-Point)可以是主/主协议或主/从协议。

S7-300 CPU作为网络主站，使用主/主协议。

对S7-200 CPU建立主/从连接，因为S7-200 CPU是从站。

MPI在两个相互通信的设备之间建立连接，一个连接可能是两个设备之间的非公用连接，另一个主站不能干涉两个设备之间已经建立的连接。

主站可以短时间建立连接，或使连接长期断开。

每个S7-200 CPU支持四个连接，每个EM277模块支持6个连接。

它们保留两个连接，其中一个给SIMA TIC编程器或计算机，另一个给操作员面板。

保留的连接不
能被其他类型的主站(如CPU)使用
S7-200与计算机之间的MPI通信，S7-200要与计算机之间进行MPI通信，计算机内必须安装有CP561网卡。

二、调试内容（见教材）
第二部分顺序控制编程实验—机械手动作的模拟
在S24 S7-200模拟实验挂箱（四）完成本实验。

一、实验目的
用数据移位指令来实现机械手动作的模拟。

二、控制要求
图中为一个将工件由A处传送到B处的机械手，上升/下降和左移/右移的执行用双线圈二位电磁阀推动气缸完成。

当某个电磁阀线圈通电，就一直保持现有的机械动作，例如一旦下降的电磁阀线圈通电，机械手下降，即使线圈再断电，仍保持现有的下降动作状态，直到相反方向的线圈通电为止。

另外，夹紧/放松由单线圈二位电磁阀推动气缸完成，线圈通电执行夹紧动作，线圈断电时执行放松动作。

设备装有上、下限位和左、右限位开关，它的工作过程如图所示，有八个动作，即为：
三、机械手动作的模拟实验面板图：
此面板中的启动、停止用动断按钮来实现，限位开关用钮子开关来模拟，电磁阀和原位指示灯用发光二极管来模拟。

四、输入/输出接线列表
五、工作过程分析：
当机械手处于原位时，上升限位开关I0.2、左限位开关I0.4均处于接通（“1”状态），移
位寄存器数据输入端接通，使M10.0置“1”，Q0.5线圈接通，原位指示灯亮。

按下启动按钮，SB1置“1”，产生移位信号，M10.0的“1”态移至M101，下降阀输出继电器I0.0接通，执行下降动作，由于上升限位开关U0.2断开，M10.0置“0”，原位指示灯灭。

当下降到位时，下限位开关SQ1接通，产生移位信号，M10.0的“0”态移位到M10.1，下降阀Q0.0断开，机械手停止下降，M10.1的“1”态移到M10.2，M20.0线圈接通，M20.0动合触点闭合，夹紧电磁阀Q0.1接通，执行夹紧动作，同时启动定时器T37，延时1.7秒。

机械手夹紧工件后，T0动合触点接通，产生移位信号，使M10.3置“1”，“0”态移位至M102.，上升电磁阀YQ0.2接通，I0.1断开，执行上升动作。

由于使用S指令，M20.0线圈具有自保持功能，Q0.1保持接通，机械手继续夹紧工件。

当上升到位时，上限位开关I0.2接通，产生移位信号，“0”态移位至M10.3，Q0.2线圈断开，不再上升，同时移位信号使M10.4置“1”，Q0.4断开，右移阀继电器Q0.3接通，执行右移动作。

待移至右限位开关动作位置，I0.3动合触点接通，产生移位信号，使M10.3的“0”态移位到M10.4，Q0.3线圈断开，停止右移，同时M10.4的“1”态已移到M10.5，Q0.0线圈再次接通，执行下降动作。

当下降到使I0.1动合触点接通位置，产生移位信号，“0”态移至M10.5，“1”态移至M10.6，Q0.0线圈断开，停止下降，R指令使M20.0复位，Q0.1线圈断开，机械手松开工件；同时T38启动延时1.5秒，T1动合触点接通，产生移位信号，使M10.6变为“0”态，M10.7为“1”态，Q0.2线圈再度接通，I0.1断开，机械手又上升，行至上限位置，I0.2触点接通，M10.7变为“0”态，M11.2为“1”态，I0.2线圈断开，停止上升，Y004线圈接通，X003断开，左移。

到达左限位开关位置，X004触点接通，M11.2变为“0”态，M11.3为“1”态，移位寄存器全部复位，Q0.4线圈断开，机械手回到原位，由于I0.2、I0.4均接通，M10.0又被置“1”，完成一个工作周期。

再次按下启动按钮，将重复上述动作。

六、设计梯形图程序并调试
第三部分触摸屏组态控制实验
一、组态实验界面
在WinCC下组态下面界面。

界面一
在本界面下，可以进入不同的实验界面和实验有关的介绍和帮助界面。

界面二
本界面是系统参数的设定界面，只有管理员级别的使用者方能凭密码进入，在此界面下，使用者可以调节触摸屏画面的对比度、系统的日期、时间等参数。

并可设定密码用于对使用者的限制。

界面三
本界面是实验一基本指令的编程练习的界面，在进行实验时，可参考本实验的帮助文档
界面四
本界面是实验二LED数码显示实验的界面，在进行实验时，可参考本实验的帮助文档界面五
本界面是触摸屏控制电机调速实验的界面，在进行实验时，可参考本实验的帮助文档
界面六
本界面是实验三温度PID控制实验的界面，在进行实验时，可参考本实验的帮助文档
界面七
此界面是PLC的测试界面。

用于PLC的质量测试，测试前应使PLC主机处于STOP状态，测试完毕后应使.Q0.0~~Q1.1处于关闭状态（指示灯灭）。

在此界面中，X0~~X17为输入指示灯，可以监控输入的状态；I0.0~~I1.5为手动测试区，当使用者触动任意按钮时，PLC相对应的输出Q指示灯就会发光。

模拟量测试可以以数字量的形式监视实验中的模拟量模块的输入和输出情况。

二、基于触摸屏的机械手动作的模拟控制（学生自行设计）
1、PLC程序（见第二部分）
2、创建WinCC flexible 的项目
3、组态连接
4、画面的生成与组态
5、变量的组态
6、由触摸屏控制机械手的动作
注：1、实训开始时间为：上午8.30；下午2.30
2、实训结束后的下一周交实训报告并答辩。