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1、工程师培训资料 标题 西门子S7 1200PLC的应用培训 高端培训 培训人 xx 内部工程师培训资料 目录 一 项目简介二 控制系统功能概述三 PLC硬件选型四 S7 1200系列PLC介绍五 软件编程六 系统调试 一 项目简介 本项目为36米连续式退火炉增加天然气燃烧系统 退火炉的总功率900 104Kcal 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950 10 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
2、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 天然气燃烧器位于两个高炉煤气烧嘴之间 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
3、功能 三 PLC模块选型 根据控制系统的技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 200SMART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PLC模块的选型以上选型包含数字量输入点数 DI 30个 数字输出点数 DO 74个 模拟量输入点数 AI 24个 可以满足本项目要求且有足够的余量
4、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 1200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
5、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SIMATICSTEP7 SIMATICWinCC和SINAMICSStartDrive的工程技术软件平台 通过SIMATICSTEP7可以对SIMATICS
6、7 1200和SIMATICHMI精简系列面板进行高效组态 除了支持编程以外 SIMATICSTEP7还为硬件和网络配置 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 TIAPortalV14 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
7、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 1200CPU左侧 而所有信号模块都要配置在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 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 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 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 数据块 DB 在用户程序中创建数据
8、块 DB 以存储代码块的数据 用户程序中的所有程序块都可访问全局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
9、任务设计用户程序 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 4S7 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 来自模拟量输入模块的4 20m
10、A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 STEP7会在插入指令时自动创建该DB 这是和S7 200和S7 300都不同的地方 注 S7 1200的IEC定时器没有定时器号 即没有T0
11、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 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F
12、B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 3PID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
13、 1200CPUPID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 STEP7会自动为指令创建工艺对象和背景数据块 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 Com
14、pact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 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
15、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 20mA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
16、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 Input 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与编程设备的通信 1 下载的操作步骤 a 在项目树中 选中需要下
