基于Step7和Wincc Flexible联合仿真教程.doc
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1、目录0 项目要求:21 项目分析与规划:22 系统IO口分配:23 系统接线原理图:24 系统控制方式规划:25 系统硬件选择与组态36 PLC程序设计197 触摸屏通讯设置、画面设计与变量控制258 项目仿真测试379 现场联机调试420 项目要求:(1)有一台三相交流异步电动机,可以用操作站上的按钮控制,也可以用监控站的触摸屏控制;(2)操作站安装有三个按钮SB1、SB2和SB3,其中按钮SB1可以实现电动机的点动控制,按钮SB2控制电动机的连续运行,按钮SB3用来控制电动机的停止。另外操作站还有一个绿色指示灯HL1,当电动机点动运行时,HL1以1Hz的频率闪烁;当电动机连续运行时,HL1
2、常亮;电动机停止运行时,HL1熄灭。(3)触摸屏上设置有三个按钮,分别显示“点动”、“连续”和“停止”,其作用和操作站按钮SB1、SB2和SB3作用一样。触摸屏上同时有图形和文字显示当前电动机的三种状态(点动运行、连续运行与电机停止)。1 项目分析与规划:在本项目中,需要使用按钮和触摸屏来控制PLC程序,进而控制电动机的运行与停止,而PLC同时要通知触摸屏显示电动机的工作状态,PLC还需要控制指示灯指示电机目前的工作状态,所以项目的控制结构如图2.1所示。2.1 项目控制结构2 系统IO口分配:输入输出符号地址功能特性符号地址功能特性SB1I0.1点动按钮NOKAQ0.0输出驱动SB2I0.2
3、启动按钮NOHL1Q0.1指示灯驱动SB3I0.3停止按钮NO3 系统接线原理图:(略)4 系统控制方式规划:(1)PLC控制程序规划程序作用块类别块名称备注初始化程序组织块OB100主程序组织块OB1触摸屏和PLC交换数据数据块DB1(2)触摸屏画面规划1)只需要一幅画面2)需要放置三个按钮对象,名称分别为“点动”、“连续”和“停止”3)需要用图形来表示电动机的状态,可以采取用三个图形分别表示三种状态,也可以用一个图形不同颜色来表示三种状态,还可以用一个图形不同颜色/不同表现形式表示三种状态,在实例中选择一个图形不同颜色/不同表现形式表示。4)需要用文本来显示电动机的状态,可以用文本的可见性
4、来完成控制效果(电动机点动时,“点动运行”文本可见并闪烁;电动机连续运行时,“连续运行”文本可见;电动机停止时,“电机停止”文本可见)。5)触摸屏需要传送给PLC的变量包括三个按钮,需要使用布尔变量来模拟一个按钮的动作(包括按钮按下和释放);触摸屏需要读取PLC的信息来显示电动机的状态,可以使用布尔变量,也可以使用整数变量(在实例中使用整数变量较为方便),并且图形显示和文本显示可以共用一个变量。5 系统硬件选择与组态在本项目中,选择PLC的类型为CPU314C-2DP,该CPU集成的输入输出点可以满足系统要求。触摸屏的型号为TP177B 6” color PN/DP。(1)新建项目,起名并保存
5、(最好不要包括中文)双击桌面上的“SIMATIC Manager”图标,启动西门子PLC编程软件。第一次使用编程软件,会启动Step 7向导,如果不想使用向导进行硬件组态已经编程应用,请选择“取消”。选择“取消”以后,将进入一个空的项目管理器(SIMATIC Manager)界面。如果以前已经有人使用过Step 7软件,选择“取消”以后将会显示上次打开后没有关闭的项目窗口,你可以点击项目窗口右上角的关闭按钮来关闭它,也可以选择菜单栏中的“文件”“关闭”来关闭该项目。关闭了该项目以后,同样会进入空的项目管理器(SIMATIC Manager)界面。在新的项目管理器(SIMATIC Manager
6、)界面中选择“文件”“新建”或点击“新建项目/库”图标,打开新建项目窗口,输入新项目的名称,注意在该窗口可以看到项目所存储的路径。新项目的名称输入完成后,点击“确定”,将打开新项目的工作界面。此时的新项目工作界面里面只有一个项目名称,以及一个基本的MPI网络。(2)插入SIMATIC 300站站点以及HMI站点等在新项目的工作界面中,选中新项目,从菜单栏中选择“插入”“站点”“2 SIMATIC 300 站点”(或者在项目名称上直接点击右键,选择“插入新对象”,然后选择“SIMATIC 300站点”),将会在该项目中插入一个SIMATIC 300站点。用同样的方法插入一个HMI站点,系统会要求
7、用户选择设备型号,使用的TP177B 6 color PN/DP触摸屏在“Panels”下“170”系列中可以找到。选择确定以后,系统会自动调用WinCC flexible软件,并将HMI设备集成到项目中。如果项目中还有其它的设备,利用这样的方法,可以全部集成到项目中。(3)设置SIMATIC 300站 CPU型号,规划SIMATIC 300站硬件系统将鼠标移到SIMATIC 300站点的图标上,双击,可以打开SIMATIC 300站点的配置窗口。选择硬件图标并双击,将会在一个新窗口中打开SIMATIC 300硬件配置(HW Config)界面。选择右边硬件选项中的SIMATIC 300前面的
8、“+”号,可以展开SIMATIC 300站点的可选项,继续选择其子项RACK-300,点击“+”号展开该子项,双击其中的Rail,为SIMATIC 300站点插入一个底板。在该底板上有11个插槽位置,其中第一个插槽只能插入电源模块。如果使用西门子为SIMATIC硬件提供的专用电源模块,可以选中第一个插槽位置,然后选择SIMATIC选项中的PS-300子项,点击“+”号展开该子项,然后从中选择对应的电源模块并双击,将电源模块插入对应的底板插槽。如果不使用西门子为SIMATIC提供的电源模块,而是使用其它外置电源,请将该模块空置(*如果不知道自己使用的电源模块形式,请空置该插槽)。底板上第二个插槽
9、需要插入CPU模块,选中第二个插槽位置,然后选择SIMATIC选项中的CPU-300子项,点击“+”号展开该子项,然后从中选择对应的CPU模块(*我们使用的CPU模块是CPU-314C-2DP,订货号为6ES7 314-6CG03-0AB0,版本号为V2.6)。双击该模块,会弹出该模块的附加属性设置界面。由于CPU314C-2DP自带有一个PROFIBUS接口,将会打开接口属性设置对话框。如果暂时不利用(或不知道是否利用)该PLC的PROFIBUS接口作为通讯应用,直接点击“确定”即可。将该窗口中的界面分割线进行拖动,可以使各种信息更加直观呈现。新组态的SIMATIC 300站点对硬件自动分配
10、地址,从图中可以看出,默认的输入为124-126(3通道,24点,对应输入为I124.0-I124.7,I125.0-I125.7,I126.0-I126.7),输出为124-125(2通道,16点,对应输出为Q124.0-Q124.7,Q125.0-Q125.7)。如果觉得不习惯,可以自行修改。双击模块中的DI24/DO16行,打开该子模块的属性页,选择其中的“地址”标签,将“系统默认”前面的勾去掉,然后在上面的“开始”输入框中输入自己想要的通道名称(一般习惯从0开始)。输入和输出都修改完毕后,点击“确定”。可以看到,输入和输出的地址变成了0-2和0-1。CPU模块中的AI5/AO2子模块,
11、计数子模块,定位子模块地址都是可以修改的。在本项目中有可能需要输出指示灯HL1以1Hz的频率闪烁,所以需要SIMATIC 300站站点提供1Hz的时钟脉冲。为此,需要为SIMATIC 300站站点组态时钟存储器,方法是双击SIMATIC 300站站点的CPU314C-2DP行,打开CPU属性界面,然后选择“周期/时钟存储器”标签,将下面的时钟存储器勾选,存储器字节写入一个地址。该地址自动选取内部继电器M为时钟存储器区,占用一个字节(8位),提供8种不同频率的时钟脉冲,其时钟频率如表所示。时钟存储字节的位76543210周期持续时间(s)2.01.61.00.80.50.40.20.1频率(Hz
12、)0.50.62511.2522.5510本项目中时钟存储器的存储器字节选择200,以后的1Hz时钟存储器位即为M200.5。基本的硬件组态完成后,选择菜单栏中的“站点”“保存并编译”选项或直接点击“保存和编译”图标,将该硬件组态进行保存(如果弹出来报警对话框选项,直接选择“确定”忽略该报警)即可,然后关闭该窗口。(4)系统网络规划与组态在SIMATIC Manager中选中项目名称,可以看到MPI文字和图标。双击MPI图标,打开“NetPro(网络组态)”窗口。现在网络中有一个MPI网络总线,有两个设备,分别为SIMATIC300和SIMATIC HMI站,但是相互之间没有连接。首先将SIM
13、ATIC 300设备连接到MPI网络上。在此界面上常用有两种方法:将鼠标按住红色方块直接拖动,连接到MPI站点;或者双击红色方块,然后选择MPI,然后点击确定即可。MPI网络连接完成后,如下图所示。双击DP模块下的紫色方块,打开PROFIBUS接口设置窗口。选择新建,打开PROFIBUS子网设置窗口,然后在网络设置标签里面选择合适的通讯速率,连续选择两次确定。完成之后,就将SIMATIC 300设备连接到了PROFIBUS子网上,如图所示。SIMATIC HMI站和SIMATIC 300设备之间需要连结进行控制,可以有很多种方法,最简单和方便的就是通过PROFIBUS子网连接在一起。为了实现这
14、种连接,需要将SIMATIC HMI站的IF 1B接口设置为PROFIBUS子网设备(默认为MPI网络设备)。修改的方法是双击SIMATIC HMI站的设备图标(最左面的蓝色设备块),在接下来的窗口中选择“确定”,即可打开SIMATIC HMI站的硬件配置窗口。双击其中的IF 1B MPI/DP设备(索引4),打开IF 1B MPI/DP设备属性。将接口类型修改为PROFIBUS,并在其属性中选择其通讯的速率与前面的SIMATIC 300站点保持一致,否则会发生通讯错误。然后选择确定,忽视接下来的警告窗口(其实是提醒该设备还有一个端口闲置,是以太网接口,暂时不用)。将回到SIMATIC HMI
15、站的HW Config界面,编译以后存盘并关闭HW Config界面,这样,SIMATIC HMI站的端口已经修改为PROFIBUS工作模式,原来的表示IF 1B端口MPI网络模式的红色方块已经变成了表示PROFIBUS网络模式的紫色方块。用鼠标按下该紫色方块并拖动到PROFIBUS总线上,实现网络组态。保存并编译检查完成后,会出现一个警告。忽略该报警信息,然后存盘关闭网络组态配置窗口。6 PLC程序设计(1)创建SIMATIC 300站符号表(2)创建SIMATIC 300站中的块双击SIMATIC 300设备右面的“块”,可以看到属于该设备的各个块列表(开始该站只包括“系统数据”和主程序“
16、OB1”)。选择菜单里中的“插入”“S7块”(或在右面的窗口空白处点击右键,选择插入新对象),分别插入组织块OB100(需要改名字),数据块DB1。(3)为数据块定义变量在本项目中,SIMATIC 300站站点中规划了数据块的目的是为了方便触摸屏和PLC之间进行信息交换,这种交换需要通过数据块中的变量来实现。通过分析和规划,已经知道触摸屏需要给PLC三个BOOL(布尔)型的变量,分别用来传递“点动”、“连续”和“停止”;而PLC也需要给触摸屏一个INT(整数)型的变量,用来通知触摸屏显示电机不同的状态(当该变量为0时,表示电动机处于停止状态;当该变量为1时,表示电动机处于点动运行状态;当该变量
17、为2时,表示电动机处于连续运行状态)。双击DB1数据块,打开。可以看到DB1数据块里面默认有个整数变量,整数变量需要占用16个位,所以结束地址(END_STRUCT的地址是2.0),尽量不要修改它。用鼠标点击白底输入框“临时占位符变量”,然后回车,将自动插入一个空白输入行。在名称一栏写入自己想要用来控制触摸屏显示的变量名称(例如:START1,不要使用中文),在类型一栏用鼠标右键点击,选择“基本类型”中的“BOOL”(代表布尔变量),初始值为FALSE(即逻辑假,代表常态为0,属于NO类型,常开接点)(也可以不写初始值,系统默认就是FALSE)。按照这个步骤,依次添加“START2”、“STO
18、P”两个BOOL(布尔)变量,还有一个名称叫做“MOTORSTATE”的INT(整数)变量, 注意该数据块中的地址一栏的标识,0.0是系统临时占位符变量,不是用户创建的,用户暂时用不到,可以不关心。地址2.0代表了变量“START1”,今后要用到该变量的时候,其绝对地址为DB1.DBX2.0,其中第一个.前面表示变量所处的数据块名称,后面的DB表示是数据块内变量,X表示是BOOL(布尔)变量,2.0表示地址。类似的,变量“START2”和“STOP”的绝对地址为DB1.DBX2.1和DB1.DBX2.2。其后的4.0代表了变量“MOTORSTATE”,由于其为整数变量,所以该变量的绝对地址为D
19、B1.DBW4。除了现在看到的这两类变量之外,系统中还可能会出现.DBB类型和.DBD类型的变量,分别表示的数据长度为8位和32位。将数据块编写完成后,存盘关闭。(4)对SIMATIC 300站 组织块和功能、功能块进行编程1)初始化程序OB100编程初始化程序OB100主要用来完成程序的初始化,本项目中,系统通电后,PLC热启动(由Stop模式转入Run模式)时,OB100将会并且只会执行一个扫描周期。在此过程中,需要保证两个输出继电器Q0.0(控制KA)和Q0.1(控制HL1)为断开状态,触摸屏显示电动机状态为停止(对应DB1数据块中MOTORSTATE变量为0)。注意其中的DB1.DBW
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