PLC編程與應(yīng)用（西門(mén)子）電子教案 項(xiàng)目一 任務(wù)2：熟知西門(mén)子S7-1200PLC

課題授課教案一、教案頭序號(hào)：2本次課題項(xiàng)目一任務(wù)2：熟知西門(mén)子S7-1200PLC授課教師審閱授課時(shí)間課時(shí)授課班級(jí)知識(shí)目標(biāo)1.了解S7-1200PLC的特點(diǎn)。2.了解S7-1200PLC的基本結(jié)構(gòu)。3.了解S7-1200系列中不同型號(hào)的適用范圍。能力目標(biāo)1.能熟練操作進(jìn)行硬件的安裝與接線。2.能根據(jù)不同情況對(duì)S7-1200進(jìn)行選型。情感目標(biāo)1.培養(yǎng)善于獨(dú)立思考、交流溝通的協(xié)作能力。2.組織學(xué)生搜集PLC選型資料，在學(xué)習(xí)過(guò)程中，培養(yǎng)學(xué)生自主探究的精神。3.在小組協(xié)作學(xué)習(xí)過(guò)程中，提高學(xué)生團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神。4.使學(xué)生養(yǎng)成“冬則溫，夏則凊。晨則省，昏則定。出必告，反必面?！钡牧己昧?xí)慣。教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)重點(diǎn)1、S7-1200系列PLC通用模塊的認(rèn)知難點(diǎn)1、PLC模塊的安裝與拆卸教學(xué)準(zhǔn)備1、西門(mén)子S7-1200可編程控制器實(shí)訓(xùn)裝置，主機(jī)模塊2、電腦一臺(tái)（具有PROTALV13軟件平臺(tái)）3、24V直流電源、交流220V電源各一處4、實(shí)訓(xùn)連接導(dǎo)線若干5、Profilnet通訊電纜一根

二、教學(xué)設(shè)計(jì)步驟教學(xué)內(nèi)容教師活動(dòng)學(xué)生活動(dòng)課前檢查1、檢查學(xué)生的勞保服裝。2、檢查學(xué)生的出勤情況并做好記錄。3、強(qiáng)調(diào)實(shí)習(xí)安全。督導(dǎo)檢查做好記錄學(xué)生自檢互檢情景引入德國(guó)西門(mén)子公司的產(chǎn)品一直伴隨著中國(guó)自動(dòng)化的前進(jìn)之路，那么西門(mén)子公司的PLC都有哪些呢？現(xiàn)在最新的PLC又是什么呢？任務(wù)資訊知識(shí)點(diǎn)1：西門(mén)子S7-1200概述西門(mén)子可編程控制器是一個(gè)完整的產(chǎn)品組合，擁有迷你控制器S7-200CN、S7-1200、S7-300、S7-400、S7-1500、LOGO等。SIMATICS7-1200系列是西門(mén)子公司新推出的一款面向離散自動(dòng)化系統(tǒng)和獨(dú)立自動(dòng)化系統(tǒng)的PLC，采用了模塊化設(shè)計(jì)并具有靈活性、可擴(kuò)展性以及強(qiáng)大的工藝功能。SIMATICS7-1200可應(yīng)用于OEM機(jī)械控制、遠(yuǎn)程通信、低端的運(yùn)動(dòng)/位置控制、建筑自動(dòng)化設(shè)備、非傳統(tǒng)非制造業(yè)應(yīng)用等范圍。。S7-1200的定位處于原有的S7-200和S7-300之間，是緊湊型自動(dòng)化產(chǎn)品的新成員。西門(mén)子SIMATIC系列產(chǎn)品定位可以參考下圖。知識(shí)點(diǎn)2：S7-1200PLC硬件模塊S7-1200PLC具有多種型號(hào)：CPU1211C、CPU1212C、CPU1214C、CPU1215C、CPU1217。不同CPU的型號(hào)具有各種各樣的特征和功能，來(lái)實(shí)現(xiàn)不同的應(yīng)用創(chuàng)建有效的方案。1.CPU模塊（1）CPU的主要技術(shù)指標(biāo)CPU的主要技術(shù)指標(biāo)有內(nèi)存空間、運(yùn)算速度、內(nèi)部資源、中斷處理、通信方式等，S7-1200現(xiàn)在有5種型號(hào)的CPU模塊，其特征與功能見(jiàn)下表。表S7-2005種型號(hào)CPU模塊的特點(diǎn)與功能特性CPU1211CCPU1212CCPU1214CCPU1215CCPU1217C本機(jī)數(shù)字量I/O點(diǎn)數(shù)6入/4出8入/6出14入/10出14入/10出14入/10出本機(jī)模擬量I/O點(diǎn)數(shù)2入2入2入2入/2出2入/2出工作存儲(chǔ)器/裝載存儲(chǔ)器50KB/1MB75KB/1MB100KB/4MB125KB/4MB150KB/4MB信號(hào)模塊擴(kuò)展個(gè)數(shù)無(wú)2888最大本地?cái)?shù)字量I/O點(diǎn)數(shù)1482284284284高速計(jì)數(shù)器點(diǎn)數(shù)3點(diǎn)5點(diǎn)6點(diǎn)同前6點(diǎn)上升沿/下降沿中斷點(diǎn)數(shù)6/68/812/1214/1414/14（2）CPU操作模式S7-1200CPU有三種操作模式：STOP模式、STARTUP模式和RUN模式。CPU前面的狀態(tài)指示燈指示當(dāng)前操作模式。=1\*GB3①在STOP模式下，CPU不執(zhí)行任何程序，用戶可以下載項(xiàng)目。=2\*GB3②在STARTUP模式下，CPU會(huì)執(zhí)行存在的所有啟動(dòng)邏輯但不處理任何中斷事件。=3\*GB3③在RUN模式下，重復(fù)執(zhí)行掃描周期。說(shuō)明：CPU處于RUN模式下時(shí)，無(wú)法下載任何項(xiàng)目，只有在CPU處于STOP模式時(shí)，才能下載項(xiàng)目。（3）CPU集成的工藝功能S7-1200的CPU集成了強(qiáng)大的高速計(jì)數(shù)、頻率測(cè)量、高速脈沖輸出、PWM控制、運(yùn)動(dòng)控制和PID控制功能。=1\*GB3①高速計(jì)數(shù)器=2\*GB3②高速輸出=3\*GB3③PLCopen運(yùn)動(dòng)控制功能塊=4\*GB3④PID控制2.CPU面板（1）狀態(tài)指示燈=1\*GB3①STOP/RUN指示燈=2\*GB3②ERROR指示燈=3\*GB3③MAINT指示燈（2）I/O狀態(tài)指示燈通過(guò)I/O狀態(tài)指示燈（如圖1-2-13所示）的點(diǎn)亮或熄滅用來(lái)指示各種輸入或輸出的狀態(tài)。（3）PROFINET通信狀態(tài)指示燈（4）存儲(chǔ)卡S7-1200PLC使用的存儲(chǔ)卡為SD卡，使用時(shí)應(yīng)注意以下幾個(gè)問(wèn)題：=1\*GB3①S7-1200P本身內(nèi)置存儲(chǔ)器，沒(méi)有存儲(chǔ)卡一樣可以使用。=2\*GB3②對(duì)在正在運(yùn)行的CPU上插存儲(chǔ)卡會(huì)造成CPU停機(jī)。=3\*GB3③S7-1200CPU只支持由西門(mén)子制造商預(yù)先格式化過(guò)的存儲(chǔ)卡。=4\*GB3④如果用Windows格式化程序?qū)Υ鎯?chǔ)卡進(jìn)行格式化操作，該存儲(chǔ)卡將無(wú)法被CPU識(shí)讀。3.信號(hào)板S7-1200CPU可以根據(jù)系統(tǒng)需要進(jìn)行擴(kuò)展，各種CPU正面都可以增加一塊信號(hào)板，信號(hào)板為嵌入式安裝，可以在不增加空間的情況擴(kuò)展CPUI/O點(diǎn)，從而提高控制系統(tǒng)的性價(jià)比。S7-1200有SB1222、SB1223、SB1231、SB1232等信號(hào)板，可與S7-1200系列所有CPU通用。信號(hào)板的類(lèi)型有：①具有4個(gè)數(shù)字量I/O（2*DC輸入和2*DC輸出）的信號(hào)板②具有1路模擬量輸出的信號(hào)板。4.信號(hào)模塊S7-1200可通過(guò)附加各種信號(hào)模塊來(lái)擴(kuò)展其能力，分為模擬量輸入模塊、模擬量輸出模塊、模擬量輸入/輸出模塊、數(shù)字量輸入模塊、數(shù)字量輸出模塊、數(shù)字量輸入/輸出模塊。每個(gè)信號(hào)模塊上有DIAG指示燈和I/OChannel燈，顯示意義見(jiàn)下表1-2-2：表信號(hào)模塊指示燈說(shuō)明DIAG（紅色/綠色）I/OChannel（紅色/綠色）現(xiàn)場(chǎng)側(cè)電源關(guān)閉呈紅色閃爍呈紅色閃爍沒(méi)有組態(tài)或更新在進(jìn)行中呈綠色閃爍滅模塊已組態(tài)且沒(méi)有錯(cuò)誤亮（綠色）亮（綠色）I/O錯(cuò)誤（啟用診斷時(shí)）--呈紅色閃爍I/O錯(cuò)誤（禁用診斷時(shí)）--亮（綠色錯(cuò)誤狀態(tài)呈紅色閃爍--5.通信模塊S7-1200CPU集成了一個(gè)PROFINET通信端口，支持傳輸控制協(xié)議（TCP）、ISO-on-TCP（RFC1006）與S7通信，該接口的數(shù)據(jù)傳輸速率為10Mbit/s、100Mbit/s，支持電纜交叉自適應(yīng)，支持最多16個(gè)以太網(wǎng)連接，可用于標(biāo)準(zhǔn)的或交叉的以太網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)快速、簡(jiǎn)單、靈活的工業(yè)通信。S7-1200可以通過(guò)TCP通信協(xié)議與S7-1200CPU、STEP7Basic編程設(shè)備、HMI設(shè)備和非西門(mén)子設(shè)備通信。S7-1200最多可以增加3個(gè)通信模塊，它們安裝在CPU的左邊。RS-485和RS-232通信模塊為點(diǎn)到點(diǎn)（P2P）串行通信提供連接，其有以下特征：端口經(jīng)過(guò)隔離、支持點(diǎn)對(duì)點(diǎn)協(xié)議、通過(guò)擴(kuò)展指令和庫(kù)功能指令進(jìn)行組態(tài)和編程、通過(guò)LED顯示傳送和接收活動(dòng)，顯示診斷LED、有CPU供電，不必外接電源。知識(shí)點(diǎn)3：S7-1200PLC的安裝安裝CPU步驟：1）安裝DIN導(dǎo)軌。按照每隔75mm將導(dǎo)軌固定到安裝板上。2）確保CPU和所有S7-1200設(shè)備都與電源斷開(kāi)。3）將CPU掛到DIN導(dǎo)軌上方。4）拉出CPU下方的DIN導(dǎo)軌卡夾以便能將CPU安裝到導(dǎo)軌上。5）向下轉(zhuǎn)動(dòng)CPU使其在導(dǎo)軌上就位。6）推入卡夾將CPU鎖定到導(dǎo)軌上。若要準(zhǔn)備拆卸CPU，先斷開(kāi)CPU的電源及I/O連接器、接線或電纜。將CPU和所有相連的通信模塊作為一個(gè)完整單元拆卸，所有信號(hào)模塊均保持安裝狀態(tài)。拆卸CPU的步驟：1）確保CPU和所有S7-1200設(shè)備都與電源斷開(kāi)。2）將螺絲刀放到信號(hào)模塊上方的小接頭旁。3）向下按使連接器與CPU分離。4）將小接頭完全滑到右側(cè)。5）拉出DIN導(dǎo)軌卡夾從導(dǎo)軌上松開(kāi)CPU。6）向上轉(zhuǎn)動(dòng)CPU使其脫離導(dǎo)軌，然后從系統(tǒng)中卸下CPU。③安裝和拆卸信號(hào)模塊安裝信號(hào)模塊的步驟：1）確保CPU和所有S7-1200設(shè)備都與電源斷開(kāi)。2）卸下CPU右側(cè)的連接器蓋，將螺絲刀插入蓋上方的插槽中，將其上方的蓋輕輕撬出并卸下蓋，收好蓋以備再次使用。3）將SM掛到DIN導(dǎo)軌上方，裝在CPU旁邊，拉出下方的DIN導(dǎo)軌卡夾以便將SM安裝到導(dǎo)軌上。4）向下轉(zhuǎn)動(dòng)CPU旁的SM使其就位并推入下方的卡夾將SM鎖定到導(dǎo)軌上。伸出總線連接器即為SM建立了機(jī)械和電氣連接。5）將螺絲刀放到SM上方的小接頭旁。將小接頭滑到最左側(cè)，使總線連接器伸到CPU中。拆卸信號(hào)模塊的步驟：1）確保CPU和所有S7-1200設(shè)備都與電源斷開(kāi)。2）將I/O連接器和接線從SM上卸下。3）縮回總線連接器。將螺絲刀放到SM上方的小接頭旁，向下按使連接器與CPU相分離，將小接頭完全滑到右側(cè)。4）拉出下方的DIN導(dǎo)軌卡夾從導(dǎo)軌上松開(kāi)SM。向上轉(zhuǎn)動(dòng)SM使其脫離導(dǎo)軌。從系統(tǒng)中卸下SM。如有必要，用蓋子蓋上CPU的總線連接器以避免污染。④安裝和拆卸通信模塊通信模塊只能連接到CPU左側(cè)，然后將該組件作為一個(gè)單元來(lái)安裝到DIN導(dǎo)軌或面板上。安裝通信模塊的步驟：1）確保CPU和所有S7-1200設(shè)備都與電源斷開(kāi)。2）卸下CPU左側(cè)的總線蓋，將螺絲刀插入總線蓋上方的插槽中，輕輕撬出上方的蓋，卸下總線蓋，收好蓋以備再次使用。3）將CM或CP連接到CPU上，使CM的總線連接器和接線柱與CPU上的孔對(duì)齊，用力將兩個(gè)單元壓在一起直到接線柱卡入到位。4）將CPU和CP安裝到DIN導(dǎo)軌或面板上。將CPU和CM作為一個(gè)完整單元從DIN導(dǎo)軌或面板上卸下。卸載通信模塊的步驟：1）確保CPU和所有S7-1200設(shè)備都與電源斷開(kāi)。2）拆除CPU和CM上的I/O連接器和所有接線及電纜。3）對(duì)于DIN導(dǎo)軌安裝，將CPU和CM上的下部DIN導(dǎo)軌卡夾掰到伸出位置。4）從DIN導(dǎo)軌或面板上卸下CPU和CM。5）用力抓住CPU和CM，并將它們分開(kāi)。安裝信號(hào)擴(kuò)展板步驟：1）確保CPU和所有S7-1200設(shè)備都與電源斷開(kāi)。2）卸下CPU上部和下部的端子板蓋板。3）將螺絲刀插入CPU上部接線盒蓋背面的槽中。4）輕輕將蓋直接撬起并從CPU上卸下。5）將模塊直接向下放入CPU上部的安裝位置中。6）用力將模塊壓入該位置直到卡入就位。7）重新裝上端子板蓋子。拆卸信號(hào)擴(kuò)展板步驟：1）確保CPU和所有S7-1200設(shè)備都與電源斷開(kāi)。2）卸下CPU上部和下部的端子板蓋板。3）用螺絲刀輕輕分離以卸下信號(hào)板連接器（如已安裝）。4）將螺絲刀插入模塊上部的槽中。5）輕輕將模塊撬起使其與CPU分離。6）不使用螺絲刀，將模塊直接從CPU上部的安裝位置中取出。7）將蓋板重新裝到CPU上。8）重新裝上端子板蓋子。知識(shí)點(diǎn)4：PLC的接線準(zhǔn)則1.先決條件在對(duì)任何電氣設(shè)備進(jìn)行接地或者接線之前，請(qǐng)確保設(shè)備的電源已經(jīng)斷開(kāi)，與此同時(shí)還要確保已關(guān)閉所有相關(guān)設(shè)備的電源。確保在對(duì)S7-1200和相關(guān)設(shè)備接線時(shí)遵守所有適用的電氣規(guī)程。根據(jù)所有適用的國(guó)家和地方標(biāo)準(zhǔn)來(lái)安裝和操作所有設(shè)備。如果在安裝或拆卸過(guò)程中沒(méi)有斷開(kāi)S7-1200或相關(guān)設(shè)備的所有電源，則可能會(huì)由于電擊或意外設(shè)備操作而導(dǎo)致死亡、人員重傷和/或財(cái)產(chǎn)損失。務(wù)必遵守適當(dāng)?shù)陌踩A(yù)防措施，確保在嘗試安裝或拆卸S7-1200或相關(guān)設(shè)備前斷開(kāi)S7-1200的電源。在規(guī)劃S7-1200系統(tǒng)的接地和接線時(shí)，務(wù)必考慮安全問(wèn)題。電子控制設(shè)備（如S7-1200）可能會(huì)失靈和導(dǎo)致正在控制或監(jiān)視的設(shè)備出現(xiàn)意外操作，因此，應(yīng)采取一些獨(dú)立于S7-1200的安全措施以防止可能的人員受傷或設(shè)備損壞。2.絕緣準(zhǔn)則S7-1200交流電源和I/O與交流電路的邊界經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)，經(jīng)驗(yàn)證可以在交流線路電壓與低壓電路之間實(shí)現(xiàn)安全隔離。根據(jù)各種適用的標(biāo)準(zhǔn)，這些邊界包括雙重或加強(qiáng)絕緣，或者基本絕緣加輔助絕緣?？邕^(guò)這些邊界的組件（例如，光耦合器、電容器、變壓器和繼電器）已通過(guò)安全隔離認(rèn)證。僅采用交流線路電壓的電路才與其它電路實(shí)現(xiàn)安全隔離。24VDC電路間的隔離邊界僅起一定作用，不應(yīng)依賴于這些邊界提供安全性。根據(jù)EN61131-2，集成有交流電源的S7-1200的傳感器電源輸出、通信電路和內(nèi)部邏輯電路屬于SELV（安全超低電壓）電路。要維持S7-1200低壓電路的安全特性，到通信端口、模擬電路以及所有24VDC額定電源和I/O電路的外部連接必須由合格的電源供電，該電源必須滿足各種標(biāo)準(zhǔn)對(duì)SELV、PELV、2類(lèi)限制電壓或受限電源的要求。若使用非隔離或單絕緣電源通過(guò)交流線路給低壓電路供電，可能會(huì)導(dǎo)致本來(lái)應(yīng)當(dāng)可以安全觸摸的電路上出現(xiàn)危險(xiǎn)電壓，例如，通信電路和低壓傳感器線路。這種意外的高壓可能會(huì)引起電擊而導(dǎo)致死亡、人員重傷和/或財(cái)產(chǎn)損失。只應(yīng)當(dāng)使用合格的高壓轉(zhuǎn)低壓整流器作為可安全接觸的限壓電路的供電電源。3.S7-1200的接地準(zhǔn)則將應(yīng)用設(shè)備接地的最佳方式是確保S7-1200和相關(guān)設(shè)備的所有公共端和接地連接在同一個(gè)點(diǎn)接地，該點(diǎn)應(yīng)該直接連接到系統(tǒng)的大地接地。所有地線應(yīng)盡可能地短且應(yīng)使用大線徑，例如，2mm2(14AWG)。確定接地點(diǎn)時(shí)，應(yīng)考慮安全接地要求和保護(hù)性中斷裝置的正常運(yùn)行。4.感性負(fù)載的使用準(zhǔn)則將對(duì)于感性負(fù)載應(yīng)安裝抑制電路，以在控制輸出斷開(kāi)時(shí)限制電壓升高。抑制電路可保護(hù)輸出，防止通過(guò)感性負(fù)載中斷電流時(shí)產(chǎn)生的高壓瞬變導(dǎo)致其過(guò)早損壞。此外，抑制電路還能限制開(kāi)關(guān)感性負(fù)載時(shí)產(chǎn)生的電噪聲。抑制能力差的感性負(fù)載產(chǎn)生的高頻噪聲會(huì)中斷PLC的運(yùn)行。配備一個(gè)外部抑制電路，使其從電路上跨接在負(fù)載兩端并且在位置上接近負(fù)載，這樣對(duì)降低電氣噪聲最有效。（1）控制感性負(fù)載在大多數(shù)應(yīng)用中，在直流感性負(fù)載兩端增加一個(gè)二極管(A)就可以了，但如果應(yīng)用要求更快的關(guān)閉時(shí)間，則再增加一個(gè)穩(wěn)壓二極管(B)。應(yīng)確保正確選擇穩(wěn)壓二極管，以適合輸出電路中的電流量。如圖1-2-32所示。圖1-2-32直流感性負(fù)載抑制電路=1\*GB3①1N4001二極管或同等元件=2\*GB3②8.2V穩(wěn)壓二極管（直流輸出），36V穩(wěn)壓二極管（繼電器輸出）=3\*GB3③輸出點(diǎn)=4\*GB3④M，24V參考（2）控制交流負(fù)載的繼電器輸出使用繼電器輸出開(kāi)關(guān)115V、230V交流負(fù)載時(shí)，在交流負(fù)載兩端并聯(lián)一個(gè)電阻/電容網(wǎng)絡(luò)，如圖1-2-33。圖1-2-33控制交流負(fù)載的繼電器輸出=1\*GB3①關(guān)于C值，請(qǐng)參見(jiàn)表格1-2-3=2\*GB3②關(guān)于R值，請(qǐng)