SCE_DE_ _R1201_S7-1200_Analogwerte

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瑭透丁
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1 集成自动化解决方案全集成自动化 (TIA) 博途 (TIA Portal) 模块使用 SIMATIC S 进行模拟值处理第 1 页, 共 34 页

2 SIMATIC S AC/DC/RELAY 6er "TIA Portal" 订货号 :6ES7214-1BE30-4AB3 SIMATIC S DC/DC/DC 6er "TIA Portal" 订货号 :6ES7214-1AE30-4AB3 SIMATIC S7-SW for Training STEP 7 BASIC V11 Upgrade (for S7-1200) 6er "TIA Portal" 订货号 :6ES7822-0AA01-4YE0 第 2 页, 共 34 页

3 页码目录 1. 前言 SIMATIC S 编程简介自动化系统 SIMATIC S 编程软件 STEP 7 Professional V11 (TIA Portal V11) 模拟信号 SIMATIC S 中的数据类型读取 / 输出模拟值模拟数值的标准化示例任务监控液体罐液位编写 SIMATIC S 的液位监控程序第 3 页, 共 34 页

4 1. 前言就内容而言, 模块 SCE_ZH_ 是 PLC 编程基础的一部分, 它是使用 TIA Portal 进行 SIMATIC S 编程的快速入门点 PLC 编程基础知识模块 010, 模块 020 PLC 编程的附加功能模块 030 仿真 SIMIT 模块 150 更多编程语言模块 040 PROFIBUS PROFINET 模块 060 模块 070 AS 接口模块 050 安全系统模块 080 传感器技术模块 110 过程可视化 (HMI) 模块 090 驱动器模块 100 培训目标在模块 SCE_DE_ 中, 读者将学习如何编程实现对模拟值的极限值监控本培训手册中采用的控制器 (PLC) 为 SIMATIC S7-1200, 编程工具为 TIA Portal 模块 SCE-DE 提供了相应基础知识并通过具体示例演示了如何进行操作先决条件为了成功完成模块 SCE_DE_ 的培训, 用户需要具备以下知识 : Windows 的操作知识使用 TIA Portal V11 进行 PLC 编程的基础知识 ( 例如, 模块通过使用 TIA Portal V11 软件编写 SIMATIC S 启动编程 ) 第 4 页, 共 34 页

5 硬件与软件要求 1 PC Pentium 4,1.7 GHz 1 (XP) 2 (Vista) GB RA, 约 2 GB 的可用磁盘存储空间, 操作系统 Windows XP Professional SP3/Windows 7 Professional/Windows 7 Enterprise/Windows 7 Ultimate/Windows 2003 Server R2/Windows Server 2008 Premium SP1 Business SP1 Ultimate SP1 2 STEP7 Professional V11 SP1( 全集成自动化 (TIA) Portal V11) 软件 3 PC 和 CPU 315F-2 PN/DP 之间的以太网连接 4 PLC SIMATIC S7-1200; 例如,CPU 1214C 输入端必须连接至面板. 1 PC 2 STEP7 Professional V11 (TIA Portal) 3 以太网连接 4 S 系列 CPU:CPU1214C 第 5 页, 共 34 页

6 2. SIMATIC S 编程简介 2.1 自动化系统 SIMATIC S 自动化系统 SIMATIC S 是一种模块化的小型控制器系统, 适于中低端应用因系统设计使用多种模块化方式, 因而能够更好地适应各种自动化任务 S7 控制器包含一个电源一个 CPU 以及接收数字信号和模拟信号的输入 / 输出模块如果需要, 可为一些特殊任务 ( 如步进电机控制 ) 增加通信处理器和功能模块可编程逻辑控制器 (PLC) 使用 S7 程序监视和控制机器或过程 ;IO 模块在 S7 程序中通过输入地址 (%I) 进行轮询, 并通过输出地址 (%Q) 进行寻址系统采用 STEP 7 软件进行编程 2.2 编程软件 STEP 7 Professional V11 (TIA Portal V11) STEP 7 Professional V11 (TIA Portal V11) 软件是下列自动化系统的编程工具 - SIMATIC S SIMATIC S SIMATIC S SIMATIC WinAC 借助 STEP 7 Professional V11, 可使用下列功能实现工厂的自动化 : - 对硬件进行组态和参数化 - 定义通信 - 编程 - 采用操作 / 诊断功能进行测试调试和维修 - 文档 - 利用集成的 WinCC Basic 为 SIMATIC 基本型面板实现可视化显示效果 - 利用附加的 WinCC 软件包, 可以为 PC 和其它面板创建可视化显示提供解决方案在线帮助中对上述所有功能进行了详细描述第 6 页, 共 34 页

7 3. 模拟信号相比起数字信号状态高电平 +24V 和低电平 0V 的二进制信号, 一定范围内的模拟信号可呈现出任意数值模拟信号传感器的一个典型示例就是电阻器可调节旋钮位置设置任意阻值, 直至达到最大值下面是控制工程中的一些模拟变量示例 : - 温度 C - 流速 l/min - 速度 r/min - 等等利用传感器, 可以将这些变量转换为电压电流或者电阻信号例如, 如果需要记录速度, 速度范围是 r/min, 则可通过传感器将该值转换为电压范围 V 如果所测量的速度是 865 rpm, 则传感器会输出 V 的电压值 U/min U/min 10V 10V: 1000 U/min = 0,01 V/U/min 365 U/min x 0,01 V/U/min = 3,65 0 V +10V <<U/min = r/min>> 这些电压电流或电阻信号会被传输到模拟量模块, 然后对信号进行数字化处理如果使用 PLC 来处理模拟变量, 那么输入的电压电流以及电阻值都必须转换为数字信息这一转换过程称为模数转换 (A/D 转换 ) 举例来说,3.65V 的电压会被保存为一连串的二进制数字信息用于数字表达的二进制数位越多, 分辨率就越高例如, 如果 V 的电压范围内只有一个数位, 那么只能显示所测量电压是否在 V 或 +5V V 之间而使用两个数位, 测量范围便会划分为 4 个单独的范围, 如 : / / / V 控制工程中通常采用 8 位或 11 位的 A/D 转换器 8 位模数转换器可以提供 256 个独立范围, 而 11 位的分辨率则可达到 2048 个独立范围 0A/0V 20mA/10V 10V: 2048 = 0, Bit es 可检测出偏差 k 鰊 Spannungsunterschiede <5mV nen 的电压 <5mV erkannt werden 第 7 页, 共 34 页

8 4. SIMATIC S 中的数据类型 SIMATIC S 提供多种不同的数据类型, 可表达不同的数据格式下表列出了基本数据类型数据类型大小 ( 位 ) 范围常量输入示例 Bool 1 0 至 1 TRUE FALSE 0 1 Byte 8 16#00 到 16#FF 16#12 16#AB Word 16 16#0000 到 16#FFFF 16#ABCD 16#0001 DWord 32 16# 到 16#FFFFFFFF 16#02468ACE Char 8 16#00 到 16#FF A Sint 至 , -123 Int 至 , -123 Dint 至 USInt 8 0 至 UInt 16 0 至 UDInt 32 0 至 4,294,967, Real 32 +/-1.18 x 至 +/-3.40 x , E E3 LReal 64 +/-2.23 x 至 +/-1.79 x E+40 Time 32 T#-24d_20h_31m_23s_648ms_ 至 T#-24d_20h_31m_23s_647ms 以 ms 至 T#5m_30s 5#-2d T#1d_2h_15m_30x_45ms ms 的形式存储 String 不定 0 到 254 字节字符 ABC 注意 : INT 和 REAL 在模拟值处理中起着非常重要的作用因为所输入的模拟值表示为 INT 格式的整数, 并且由于 INT 存在舍入误差, 所以当需要进一步精确处理时, 只能使用浮点数 REAL 第 8 页, 共 34 页

5. 读取 / 输出模拟值模拟数据在 PLC 内是以字的方式进行读写这些字信息可通过以下操作访问, 例如 %IW 64 模拟输入字 64 %QW 80 模拟输入字 80 每个模拟值 ( 通道 ) 分配一个输入或输出字其格式为 Int, 整数形式输入字和输出字的寻址取决于在设备概览中设置的寻址方式例如 : 在这个例子中, 第一个模拟输入值的地址为 %IW

9 5. 读取 / 输出模拟值模拟数据在 PLC 内是以字的方式进行读写这些字信息可通过以下操作访问, 例如 %IW 64 模拟输入字 64 %QW 80 模拟输入字 80 每个模拟值 ( 通道 ) 分配一个输入或输出字其格式为 Int, 整数形式输入字和输出字的寻址取决于在设备概览中设置的寻址方式例如 : 在这个例子中, 第一个模拟输入值的地址为 %IW 64, 第二个模拟输入值的地址为 %IW 66, 而模拟输出值的地址为 %QW 80 对于模拟输入数值和模拟输出数值, 为在 PLC 中处理而进行的模拟数值转换都是一样的数字化的数值如下所示 : 模拟数值的标称范围在 PLC 中作处理而转换成的数字化数值通常, 在 PLC 中, 这些数字化的数值必须进行相应的进一步处理, 以使其标准化第 9 页, 共 34 页

10 5.1 模拟数值的标准化如果模拟数值需要作为数字化的数值来表示, 通常必须进行标准化处理, 使得处理过程中的数值量对应于物理值 ( 工程量 ) 同样, 仅当输出值标准化之后, 模拟输出值才会输出到 IO 输出字在 STEP7 程序中, 会使用计算操作执行标准化为尽可能精确地执行, 必须将要标准化的值转化为 REAL 数据类型, 以使舍入误差达到最小在下一章中, 我们将会以一个液体罐的液位监控作为例子进行讲解 6. 示例任务监控液体罐液位我们将编写一个液体罐液位监控程序液体罐中的液位会由传感器来测量, 然后转换为 0 至 10V 的电压信号 0V 电压对应的液位是 100 升,10V 电压对应的液位是 1000 升该传感器连接到 SIMATIC S 的模拟输入端现在, 这一输入信号将会通过函数 FC1 当中执行标准化接下来进行以下编程 : 监控并显示允许的最高液位 990 升, 以及监控允许的最低液位 110 升分配列表 : 地址符号数据类型注释 %IW 64 AI_level_tank1 Int 液体罐 Tank1 的模拟输入液位 %Q 0.0 Tank1_max Bool 指示液位 > 990 升 %Q 0.1 Tank1_min Bool 指示液位 < 110 升第 10 页, 共 34 页

11 6.1. 编写 SIMATIC S 的液位监控程序项目的管理和编程均使用全集成自动化 Portal 软件来完成在该软件中, 自动化解决方案的控制系统可视化和网络之类的组件在一个统一界面中进行设置参数化和编程还可使用在线工具对错误进行诊断在以下步骤中, 可为 SIMATIC S 建立一个项目, 并对任务的解决方案进行编程 1. 核心工具为全集成自动化 Portal 这里通过双击调用此软件 ( 全集成自动化 Portal V11) 第 11 页, 共 34 页

12 2. SIMATIC S 的程序可在项目中进行管理在 Portal 视图中设置项目信息 ( Create new project( 创建新项目 ) Tank_Analog Create( 创建 )) 第 12 页, 共 34 页

13 3. 接下来, 建议使用 First Steps ( 新手上路 ) 进行组态首先, 我们需要进入 Configure a device ( 组态设备 ) ( First steps( 新手上路 ) Configure a device( 组态设备 )) 第 13 页, 共 34 页

14 4. 然后, 我们使用项目名称 : controller_tank, 点击 Add new device ( 添加新设备 ) 添加设备要执行该操作, 请从目录中选择订货号相匹配的 CPU1214C ( Add new device( 添加新设备 ) controller_tank CPU1214C 6ES7. Add( 添加 )) 第 14 页, 共 34 页

15 5. 软件自动切换到项目视图, 并显示打开的硬件配置在此, 可从硬件目录 ( 右侧 ) 中添加其它模块并通过拖放操作插入模拟输出信号板 ( Catalog( 目录 ) Signal board( 信号板 ) AO1 x 12Bit 6ES ) 第 15 页, 共 34 页

16 6. 在 Device view ( 设备视图 ) 中, 可检查或复位输入和输出地址在这里可以看到,CPU 的集成模拟输出端地址为 %IW64 至 %IW66, 集成数字输出端的地址为 %Q0.0 至 %Q1.1 信号板上的模拟输出地址为 %QW80 第 16 页, 共 34 页

17 7. 为了可以正常访问到 CPU, 我们需要设置其 IP 地址和子网掩码 ( Properties( 属性 ) General ( 常规 ) PROFINET interface(profinet 接口 ) Ethernet addresses( 以太网地址 ) IP address(ip 地址 ): subnet mask( 子网掩码 ): ) 第 17 页, 共 34 页

8. 由于 S7-1200 的编程并不使用绝对地址而是使用符号名称来寻址, 因此需要在此指定全局 PLC 变量标签这些全局 PLC 变量标签是描述性名称, 并带有对程序中所使用输入和输出的注释随后在编程期间, 可通过此名称来访问全局 PLC 变量这些全局变量可以用于整个程序中的所有块要执行此操作, 请在项目导航中选择

18 8. 由于 S 的编程并不使用绝对地址而是使用符号名称来寻址, 因此需要在此指定全局 PLC 变量标签这些全局 PLC 变量标签是描述性名称, 并带有对程序中所使用输入和输出的注释随后在编程期间, 可通过此名称来访问全局 PLC 变量这些全局变量可以用于整个程序中的所有块要执行此操作, 请在项目导航中选择 controller_tank[cpu1214c DC/DC/DC], 然后选择 PLC tags (PLC 变量 ) 双击打开 PLC tags (PLC 变量 ) 表, 如下图所示, 键入输入和输出的名称 ( controller_tank[cpu1214c DC/DC/DC] PLC tags(plc 变量 ) Default tag table( 默认变量表 )) 第 18 页, 共 34 页

19 9. 要创建函数块 FC1, 请在项目导航中选择 controller_tank[cpu1214c DC/DC/DC], 然后选择 Program blocks ( 程序块 ) 接下来, 双击 Add new block ( 添加新块 ) ( controller_tank[cpu1214c DC/DC/DC] Program blocks( 程序块 ) Add new block( 添加新块 )) 第 19 页, 共 34 页

20 10. 选择 Function(FC) ( 函数 (FC) ) 并分配名称 supervision filling level tank1 指定 FBD ( 函数块图 ) 作为编程语言编号是自动分配的由于随后会通过符号名称来调用此 FC1, 因此编号就不那么重要了单击 OK ( 确定 ) 接受输入 ( Function (FC1)( 函数 (FC1)) supervision filling level tank1 FBD OK( 确定 )) 第 20 页, 共 34 页

21 11. 会自动打开 supervision filling level tank1 [FC1] 块在写入程序之前, 必须先声明此块的接口声明接口时, 将指定在此块中已知的局部变量变量分为两类 : 用于作为块接口在程序中进行调用的块参数类型名称功能可用于输入参数 Input 块读取其值的参数函数函数块和某些类型的组织块输出参数 Output 块写入其值的参数函数和函数块 InOut 参数 InOut 该参数中的数值将在在调用程序块时进行读取, 并在经过处理后再次写入该参数函数和函数块用于存储中间结果的本地数据类型名称功能可用于临时本地数据静态本地数据 Temp Static 用于存储临时性的中间结果的变量临时数据仅可保持一个周期的时间用于在背景数据块中存储静态中间结果的变量静态数据可以保函数块持几个周期, 直到该数据被重写函数函数块和组织块第 21 页, 共 34 页

22 12. 声明局部变量示例中需要用到以下变量输入 : tank_level_ai 液位传感器在此输入模拟值输出 : tank_max 最大值的显示状态会由此写入到输出端 tank_min 最小值的显示状态会由此写入到输出端 Temp: tank_level_real 需要使用此变量来存储中间值 tank_level_norm 此处提供液位值, 该值以浮点格式标准化为 100 至 1000 升的范围本例中, 使用正确的数据类型尤其重要, 否则在下面的程序中, 将无法与所使用的转换函数兼容为做到清晰明了, 应为所有局部变量提供充分的注释说明第 22 页, 共 34 页

23 13. 声明局部变量后, 只能使用变量名称 ( 用 # 号标识 ) 输入程序对于 FBD 示例, 将会如下所示 : 功能块图 (FBD) 程序 : 第 23 页, 共 34 页

24 梯形图 (LAD) 程序 : 第 24 页, 共 34 页

25 14. 接下来, 选择循环处理的块 Main[OB1] 的 Properties ( 属性 ) 块属性不能更改 ( Properties( 属性 ) Main[OB1]) 第 25 页, 共 34 页

26 15. 在属性中, 选择编程 Language ( 语言 ) 功能块图 FBD ( FBD OK( 确定 )) 第 26 页, 共 34 页

27 16. 现在, 需要在程序块 Main [OB1] 中调用块 supervision filling level tank1 [FC1] 否则, 将不会处理该块双击 Main [OB1] 打开该块 ( Main[OB1]) 第 27 页, 共 34 页

28 17. 使用拖放操作, 可将块 supervision filling level tank1 [FC1] 拖至 Main [OB1] 的程序段 1 中不要忘记也要在块 Main [OB1] 中记录程序段 ( supervision filling level_tank1 [FC1]) 第 28 页, 共 34 页

29 18. 下一步, 在 OB1 中将输入变量和输出变量连接至函数 FC1 的接口变量位置单击保存项目 ( AI_LEVEL_TANK1 TANK1_MAX TANK1_MAX ) 第 29 页, 共 34 页

30 19. 要将整个程序下载至 CPU, 首先选中 controller_tank 文件夹, 然后单击符号 Load to device ( 下载到设备 ) ( controller_tank ) 第 30 页, 共 34 页

31 20. 如果之前未指定 PG/PC 接口, 现在会显示一个窗口, 可在其中进行指定 ( PG/PC interface for loading( 用于加载的 PG/PC 接口 ) Load( 加载 )) 第 31 页, 共 34 页

32 21. 然后再次单击 Load ( 加载 ) 下载期间, 将在一个窗口中显示状态 ( Load( 加载 )) 22. 窗口中将显示成功下载现在单击 Finish ( 完成 ) ( Finish( 完成 )) 第 32 页, 共 34 页

33 23. 接下来, 单击符号启动 CPU ( ) 24. 单击 OK ( 确定 ), 确认是否需要启动 CPU ( OK( 确定 )) 第 33 页, 共 34 页

34 25. 单击 Monitoring on/off( 启用 / 禁用监视 ) 图标, 即可在对程序进行测试时, 监视变量的状态 ( supervision filling level tank1[fc1] ) 第 34 页, 共 34 页

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SCE_DE_ _R1201_S7-1200_Analogwerte SCE 培训资料用于集成自动化解决方案全集成自动化 (TIA) Siemens Automation Cooperates with Education 博途 (TIA Portal) 模块 010-050 使用 SIMATIC S7-1200 进行模拟值处理 SCE 培训资料第 1 页, 共 34 页仅用于培训 / 研发机构本资料适用于以下 SCE 教育培训产品 SIMATIC S7-1200