综合实训指导手册S71500.docx
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综合实训指导手册S71500
2016年生产实习指导书
（PLC组,内部使用资料）
燕山大学电气工程学院自动化系
2016-8-15
第1章S7-1500实训平台简介
S7-1500实训平台符合“可编程序控制器的编程方法与工程应用”、“可编程控制器及其应用”等课程教学实验大纲的要求，通过S7-1500实训平台的实训，应使学生掌握以下基本技能：
1.对S7-1500的结构有一定的了解；
2.能完成S7-1500各模块的接线；
3.学会使用S7-1500编程软件，掌握一些基本的编程指令；
4.会使用S7-1500数字输入输出模块、模拟输入输出模块，并通过编程实现一些基本功能；
5.通过PROFINRT,实现S7-1500、TP1200、G120变频器之间的通讯，并能通过程序改变异步电动机转速等；
6.学会使用TIA和WINCC将TP1200与S7-1500进行组态，实现基于WINCC的人机界面的设计。
S7-1500实训平台的实训台高80CM，宽为120CM，如下图：
图1.1S7-1500实训平台元件布局图
根据S7-1500实训平台的设计要求，设计的S7-1500实训平台包括实训台，电源部分，S7-1500PLC、TP1200、G120变频器、实训板、三相异步电动机、稳压直流电源等。
具体元件清单如下表：
表1S7-1500实训平台元件清单表
序号
符号名
元件名
1
QF1
4P空气断路器
2
QF2
3P空气断路器
3
QF3
3P空气断路器
4
QF4
2P空气断路器
5
FU1
熔断器
6
FU2
熔断器
7
FU3
熔断器
8
FU4
熔断器
9
KM1
接触器
10
KM2
接触器
11
KM3
接触器
12
KM4
接触器
13
KA1
中间继电器
14
KA2
中间继电器
15
KA3
中间继电器
16
SA1
钥匙开关
17
HL1
指示灯
18
HL2
指示灯
19
HL3
指示灯
20
HL4
指示灯
21
HL5
指示灯
22
HL6
指示灯
23
HL7
指示灯
24
HL8
指示灯
25
SB1
按钮开关
26
SB2
按钮开关
27
SB3
按钮开关
28
SB4
按钮开关
29
SB5
按钮开关
30
SB6
按钮开关
31
SB7
按钮开关
32
SB8
按钮开关
33
HB1
数显模块
34
C
插座
35
PM190W
PLC电源模块
36
1516-3PN/DP
CPU
37
DI
数字量输入模块
38
DQ
数字量输出模块
39
AI
模拟量输入模块
40
DQ
模拟量输出模块
41
TP1200
触摸屏
42
G120
变频器
43
H1
接近开关
44
M1
与G120配套电机
45
M2
三相异步电机
第2章控制回路及主回路
电源电路为整个S7-1500实训平台提供所需电源，其电源回路及主回路的接线图需要学生根据实训挂屏具体接线来绘制。
2.1主回路
图2-1主回路
主回路通过，380V对G120变频器和三相异步电机进行供电。
同时，使用熔断器以防止电路的短路或过载。
2.2控制回路
图2-2控制回路
控制回路通过220V进行供电，其中有三盏指示灯，指示三相电每一相的通断情况，通过PW190W将AC220V转换成DC220V给PLC的CPUh和其他模块供电。
通过一个DC24V电源将AC220V转换成DC24V给TP1200供电。
第3章S7-1500PLC及TP1200简介
3.1S7-1500PLC简介
S7-1500PLC是一种通用型PLC，能适合自动化工程中的各种应用场合，尤其是在生产制造工程中的应用。
S7-1500采用模块化结构、无风扇结构设计，采用DIV标准导轨安装，配置灵活、安装简单、维护容易、扩展方便。
S7-1500采用模块化结构，根据控制要求的不同，可选用不同型号和不同数量的模块，各种模块及人机界面可进行广泛的组合和扩展。
其主要模块：
包括电源模块、CPU模块、数字输入模块、数字输出模块、模拟输入模块、模拟输出模块、功能模块、接口模块等。
一、PS模块（电源模块）
电源模块用来将交流120V/230V电压转为24V直流工作电压，为S7-1500CPU和24V直流负载电路提供电源。
本S7-1500电源模块采用PW190W。
二、CPU模块
S7-1500CPU模块主要用来执行用户程序，同时还为S7-1500背板总线提供5V电源。
本S7-1500CPU模块型号为1516-3PN/DP，属于标准型CPU,包括后备电池、DC24V连接器，模式选择开关，状态及故障指示器、PROFINET。
其中，CPU通过24V连接器与电源模块相连，通过PROFINET完成与TP1200以及S120变频器间的通讯。
PS、CPU接线图如下图所示：
图3-1PS、CPU接线图
三、SM模块（信号模块）
1.DI和DO模块（数字量输入和输出模块）
本实验中S7-1500数字输入模块为DI32x24VDCHF,32点数字输入，分为4个组，每组8个点。
分别接8个按钮、4个接近开关和四个钮子开关，需外部电源才可以完成相应功能。
数字量输出模块为DQ32x24VDC/0.5AHF，32点数字输出。
其中模块自身要由电源模块供电，同时接近开关需要外接电源，采用24V直流稳压电源即可。
根据具体的控制要求，进行相应的编程，可以完成一定的功能。
DI接线图如下图所示：
图3-2DI/DO接线图
2.AI模块（模拟输入模块）
本S7-1500模拟输入模块采用AI8xU/I/RTD/TCST,8通道组，本实验只用了第一组，接了一个电位器，同时还有一个显示器与电位器相连，它们需外部提供5V直流电源该模块配有量程卡，分A、B、C、D，本实验选B即为电压，表示测量的是电压，通过调节电位器，改变模拟输入电压，并显示在显示器上。
图3-3AI接线图
3.AO模块（模拟量输出模块）
本S7-1500模拟输出模块为AQ4xU/IST，该模块具有下列技术特性：
4个模拟量输出、选择电压输出的通道、选择电流输出的通道、精度：
16位（包含符号）、可组态的诊断（每个通道）。
本试验使用了第一通道组，接了一个显示器，并需外部提供5V直流电源通过相应的编程，可以实现通过调节电位器，来改变模拟输出电压，并显示在显示器上的功能。
图3-6AO接线图
3.2TP1200简介
SIMATICHMI精智面板具有较高的功能特性，可实现快速图像构建。
所有规格的面板均具有归档、VB脚本运行、可浏览各种工厂文档（如，PDF或网页文件）等功能。
而另一项创新之举则是实现了系统诊断与SIMATIC控制器的完美交互。
如今，可直接通过精智面板读取相应的诊断信息；而在此之前只能使用编程器进行读取。
SIMATICHMI精智面板可轻松集成到PROFINET和PROFIBUS网络中，还集成有USB接口。
7寸以上的精智面板还配备有一个双端口以太网交换机接口，15寸以上的精智面板则配有一个额外的PROFINET千兆以太网接口。
宽屏显示可增加高达40%的显示空间，可完美显示各种复杂操作画面，而且操作与监控更为清晰明了。
1600万色的高分辨率，可详尽显示所有操作过程，显著优化了面板显示清晰度。
与此同时，170º的超宽视角，也极大确保了最优显示清晰度。
这款显示屏的亮度可全范围调节，因而可根据具体需求进行优化调整。
这一功能对于船舶等应用尤为重要，可大幅降低能源损耗。
图3-7TP1200接口
第4章编程软件简介及指令介绍
4.1TIA简介
TIA是可用于SIMATICS7-1500/1200/400/300站创建可编程逻辑控制程序的软件，可使用梯形逻辑图、功能块图和语句表。
它是SIEMENSSIMATIC工业软件的组成部分。
TIA以其强大的功能和灵活的编程方式广泛应用于工业控制系统，总体说来，它有如下功能特性：
Ø可通过选择SIMATIC工业软件中的软件产品进行扩展
Ø为功能模板和通讯处理器赋参数值
Ø强制和多处理器模式
Ø全局数据通讯
Ø使用通讯功能块的事件驱动数据传送
Ø组态连接
4.2TIA的安装
包含五种语言的TIAV13版本能够在Windows7Professional操作系统上运行。
将TIACD放入PC机的CD-ROM驱动器，安装程序将自动启动，根据安装程序界面的提示即可安装完毕。
如果安装程序没有自动启动，可在CD-ROM的以下路径中找到安装程序〈驱动器〉：
/TIA/Disk1/setup.exe.
一旦安装完成并已重新启动计算机，“TIAPortalV13（SIMATIC管理器）”
的图标将显示在Windows桌面上。
4.3TIA的硬件配置和程序结构
一般来说，要在TIA中完成一个完整自动控制项目的下位机程序设计，要经过设计自动化任务解决方案、生成项目、组态硬件，生成程序、传送程序到CPU并调试等步骤。
从其流程来看，设计自动化任务解决方案是首要的，它是根据实际项目的要求进行设计，本实验对此不做过多地阐述。
下面从生成项目开始，逐步介绍如何完成一个自动化控制项目的下位机程序设计。
（一）生成项目并组态硬件、编程
具体的硬件组态过程可参考课件深入浅出S71500。
注意：
1.PC机和CPU的通讯接口选择：
设置PG/PC接口为RealtekPCIeGBEFamilier；
2.硬件组态ET200SP时，设置的地址须和ET200SP硬件上的地址相同。
（二）程序结构
配置好硬件之后，回到TIA管理器界面窗口，鼠标左键单击窗口左边的“程序”选项，则右边窗口中会出现“OB1”图标，“OB1”是系统的主程序循环块，“OB1”里面可以写程序，也可以不写程序，根据需要确定。
TIA中有很多功能各异的块，分别描述如下：
1、组织块（OganizationBlock,简称OB）。
组织块是操作系统和用户程序间的接口，它被操作系统调用。
组织块控制程序执行的循环和中断、PLC的启动、发送错误报告等。
你可以通过在组织块里编程来控制CPU的动作。
2、功能函数块（FunctionBlock,简称FB）。
功能函数块为TIA系统函数，每一个功能函数块完成一种特定的功能，你可以根据实际需要调用不同的功能函数块。
3、函数（Function,简称FC）。
函数是为了满足用户一种特定的功能需求而由用户自己编写的子程序，函数编写好之后，用户可对它进行调用。
4、数据块（DataBlock,简称DB）。
数据块是用户为了对系统数据进行存储而开辟的数据存储区域。
如果你要加入某种块，可在左边窗口（即出现“OB1”的窗口）空白处双击“添加新块”选项，在其下子菜单中鼠标左键单击你所要的块即可。
添加好了你所要的块之后就是程序编写了，鼠标左键双击你所要编写程序的块即可编写程序了。
还可以给使用的变量和常量定义变量名，在左侧项目数栏中，找到“plc变量”一项，单击展开，然后双击“添加新变量表”创建新变量表。
可以在变量表中定义变量的名称。
程序写好并编译通过之后点击TIA管理器界面窗口中的
图标，下载到CPU中，把CPU置于RUN状态即可运行程序。
（三）编程语言
TIA标准软件包支持三种编程语言：
梯形图LAD，语句表STL和功能块图FBD。
不同的编程语言为具有不同的知识背景的编程人员提供了选择。
LAD：
梯形图和电路图很相似，采用诸如触点和线圈等符号。
这种编程语言适用于对接触器控制电路比较熟悉的技术人员。
STL：
语句表包含了丰富的TIA指令，采用文本编程方式。
熟悉其他编程语言的程序员对这种编程语言比较容易理解。
FBD：
功能块图使用不同的功能“盒”。
盒中的符号表示功能[例如：
&指“与”逻辑操作]。
即使像过程工程师一样"非程序员”也可以使用这种编程语言。
这三种编程语言中，LAD和FBD都是图形化的编程语言，特点是容易理解，易使用，但是灵活性相对较差，STL是更接近程序员的语言，能够实现指针等非常灵活的控制，TIA还支持将符合一定语法规则的STL文本源程序直接导入。
但是STL不够直观，需要记忆大量的编程指令，而且要求对CPU内部的寄存器等结构了解比较深刻。
为了充分发挥不同编程语言的优势，TIA支持这三种语言的混合编程以及之间的转化。
一般来说，LAD和FBD程序都可以通过TIA自动转换成STL程序，但是并非所有的STL语句都可以转换成LAD和FBD。
第5章G120变频器主要参数设置及通讯
第6章HMI组态软件
WINCC是一套完备的组态开发环境，结构复杂，功能强大，是一种面向工业自动化的通用数据采集和监控软件，管理人员在办公室就可以看到生产流程的动态画面，从而更好的调度生产指挥。
建立WINCC与S7-1500PLC间通讯的步骤主要包括；
1.建立一个新的TIA项目
2.建立WINCC站与自动化系统间的物理连接，如通过PROFINET；
3.新增一个S7-1500的对象，设好IP地址。
4.在TIA项目中组态触摸屏的型号，本例中触摸屏型号为：
TP1200。
5.在TP1200触摸屏上设置通信类型，IP地址。
6.在WINCC项目中创建过程画面，编辑画面；
7.下载程序到触摸屏
8.运行工程。
具体工程建立如下所示：
6.1PROFINET概述
PROFINET是新一代基于工业以太网技术的自动化总线标准。
作为一项战略性的技术创新，PROFINET为自动化通信领域提供了一个完整的网络解决方案，囊括了诸如实时以太网、运动控制、分布式自动化、故障安全以及网络安全等。
PROFINET是适用于不同需求的完整解决方案，其功能包括8个主要的模块，依次为实时通信、分布式现场设备、运动控制、分布式自动化、网络安装、IT标准和信息安全、故障安全和过程自动化。
可通过PROFINET连接的设备有：
S7-1500/S7-1200
6.2硬件配置
先用PROFINET通讯线把PC机的PROFINET接口与TP1200的PROFINET接口连接起来，将编好的程序下载进触摸屏，之后断开PC与TP1200的连接。
再将S7-1500的PROFINET接口与TP1200的PROFINET接口连接起来。
硬件连接完成后，剩下的工作就是软件配置了。
6.3新建一个工程
双击“添加新设备”－＞“HMI”－＞“SIMATIC精智面板”－＞“TP1200精智面板”，选中之后单击添加按钮。
出现“HMI设备向导”界面，在向导的PLC选项中，将PLC选定为之前创建的PLC1516-3PN/DP。
如图6-1所示。
在完成其他的几个选项后，单击“完成”按钮。
完成向导。
如图6-2所示。
图6-1HMI设备向导
图6-2HMI设备向导
在完成向导后创建的画面是根画面如图6-3所示。
至此一个新的项目就创建完成了。
图6-3HMI根画面
6.4组态变量
图6-4HMI变量组态界面
双击添加按钮添加HMI变量，将PLC中的变量关联到HMI变量。
如图6-5所示。
图6-5添加HMI变量
如此就完成了HMI的变量组态。
6.5画面组态
在左侧的项目数中找到画面选项，展开后双击”添加新画面”按钮，添加一个新画面，名称为画面_1。
6.5.1组态按钮
在右侧的元素工具栏中选中按钮将其添加到画面上，在按钮的事件界面选中“按下”选项，在其右侧添加函数，选择“编辑位”－＞“按下按键时置位位”，在选择上面变量组态是组态的变量，这样按钮就组态完成了。
如图6-6所示。
图6-6组态按钮
6.5.2输入框组态
在右侧的元素工具栏中选中“IO域”将其添加到画面上，在属性列表的常规一项中，在变量中选择组态好的变量，在类型中选择，输入/输出。
这样输入框就组态完成了。
如图6-7所示。
图6-7组态输入框
6.5.3组态指示灯
在右侧的基本对象工具栏中选中“圆”将其添加到画面上，在其画面一项中选择显示，展开显示后，双击添加新动画。
在弹出的对话框中选择外观，在外观的选项中，将变量选中为上面组态好的变量，“类型”选择为“范围”在下方的范围选择中添加0和1，0的颜色选定为黑色，1的颜色选定为绿色。
这样组态的指示灯为关闭时为黑色，接通时为绿色。
如图6-8所示。
图6-8组态指示灯
6．保存组态画面
点击菜单“文件”->“保存”，保存组态画面。
7、下载
选中在左侧的项目树选中组态的触摸屏，将触摸屏下载到触摸屏中。
即可在触摸屏中进行对PLC
第7章实训项目
实训一熟悉TIA博途编程环境
1.1创建新程序（参考附录一）
一、实验目的：
1.熟悉TIA博途
2.掌握S7-1500的程序创建
3.熟悉TIA博途的界面布局、工具栏按钮和快捷键。
4.熟悉博途的Portal视图和项目视图。
二、实验预习要求
1.安装了TIA博途软件。
2.预习了TIA博途使用说明。
（附录2）
三、实验内容
使用TIA博途新建一个S7-1500的项目，组态各个模块，并将组态的模块下载到cpu中去。
新建变量表并定义变量。
四、实验设备
S7-1500PLC、个人计算机PC、PROFINET通讯线
五、实验步骤
1.新建一个项目。
2.组态硬件。
3.将组态好的项目下载到CPU中去。
1.2常用指令的使用（参考附录2）
一、实验目的
熟悉常用指令的使用。
熟悉梯形图编程。
为之后的实验打好基础。
二、实验预习要求
提前预习S7-1500的编程基础。
三、实验内容
在TIA博途中运用常用的指令进行梯形图编程。
四、实验设备
S7-1500PLC、个人计算机PC、PROFINET通讯线
五、实验步骤
1.先组态好硬件。
2.打开OB1，再去中编写程序。
3.在编写好程序之后，将程序下载到CPU中去。
实训二S7-1500PLC数字量实验
循环灯实验（数字量）
一、实验目的：
1.掌握S7-1500PLC中数字量输入输出模块的基本工作原理。
2.熟悉TIA软件的基本使用方法，学会运用一些基本指令进行编程。
3.根据实验设备，熟悉掌握S7-1500PLC的外围DI、DO设备接线方法。
4.能根据“系统设计要求”进行程序设计和程序调试，养成良好的设计习惯，培养基本的设计能力，学会逐步优化程序算法和积累编程技巧。
二、实验预习要求：
1.熟悉S7-1500PLC上DI、DO模块的主要特性、基本功能及使用方法。
2.熟悉I/O口的地址分配和PLC接线图的绘制。
3.熟悉使用TIA软件进行硬件组态，程序输入，下载，调试。
三、实验内容：
S7-1500PLCDI模块使用两个按钮或接近开关，分别为启动和停止，或一个钮子开关控制启动和停止，DO模块选择三个指示灯，当按下启动按钮，三个指示灯循环点亮，按下停止按钮，则都熄灭。
四、实验设备：
S7-1500PLC、个人计算机PC、PROFINET通讯线。
五、实验步骤（参照第四章相关内容）：
1.S7-1500系统硬件组态；
2.软件编程；
3.程序下载、调试。
实训三控制三相异步电机
一、实验目的：
1.学习用数字量输出控制中间继电器。
2.学习用中间继电器控制接触器。
3.学习三相异步电机的启动、正、反转和停止原理。
二、实验预习要求：
1.学习S7-1500数字量输出模块的接线方法。
2.学习数字量输出的编程方法。
3.了解三相异步电机的启动、停止和正反转。
三、实验内容：
1.通在TIA中编写程序对数字量输出进行编写对苏子量输出的两个点进行控制。
2.用数字量输出的两个点控制两个中间继电器的通断。
从而实现三相异步电机的启动、停止和正反转。
四、实验设备：
S7-1500、中间继电器、接触器、三相异步电机。
五、实验步骤
1.在TIA中编写好程序。
2.将PLC的数字量输出模块、中间继电器、接触器和三相异步电机进行接线。
3.在线监控程序，并观察中间继电器、接触器、三相异步电机的实际状态。
实训四S7-1500与TP1200通讯
一、实验目的：
1.掌握通过PROFINET,实现S7-1500、TP1200之间的通讯；
2.进一步巩固STEP7编程软件和一些基本指令的使用；
3.根据实验设备，熟悉掌握TP1200的按钮、输入框、指示灯和功能键的使用。
二、实验预习要求：
1.熟悉TP1200上按钮、输入框、指示灯和功能键的主要用途、基本功能及使用方法。
2.熟悉S7-1500的I/O口的地址分配和PLC接线图的绘制。
3.熟悉使用TIA和WINCC软件进行硬件组态，程序输入，下载，调试。
三、实验内容：
1.练习TP1200按钮的使用，编程实现：
组态8个按钮，分别控制8个指示灯的亮灭。
2.练习TP1200的输入框使用，编程实现：
调节输入框输入值，改变PLC内的变量的数值。
四、实验设备：
S7-1500PLC、TP1200、个人计算机PC、PROFINET通讯线。
五、实验步骤：
1.S7-1500、TP1200的硬件组态；
2.软件编程；
3.程序下载、调试。
实训五流水灯和交通灯
5.1流水灯
一、实验目的：
1.熟悉TIA的编程软件的使用及数字量输出模块的使用。
2.熟悉PLC的编程逻辑控制。
3.熟悉S7-1500的常用指令。
二、实验预习要求：
1.熟悉S7-1500的编程指令。
2.熟悉数字量输出模块的接线方式。
3.了解指示灯的接线方法。
三、实验内容：
1.在TIA中编写3个数字量输出的流水灯程序。
2.下载程序到PLC中，将PLC与指示灯进行接线。
四、实验设备：
S7-1500、指示灯等
五、实验步骤
1.编写程序。
2.下载程序。
3.接线。
5.2交通灯
一、实验目的：
1.熟悉TIA的编程软件的使用及数字量输出模块的使用。
2.熟悉PLC的编程逻辑控制。
3.熟悉S7-1500的常用指令。
二、实验预习要求：
1.熟悉S7-1500的编程指令。
2.熟悉数字量输出模块的接线方式。
3.了解指示灯的接线方法。
三、实验内容：
1.在TIA中编写3个数字量输出的交通灯程序。
2.下载程序到PLC中，将PLC与指示灯进行接线。
四、实验设备：
S7-1500、指示灯等
实验步骤
1.编写程序。
2.下载程序。
3.接线。
实训六S7-1500与G120变频器的端子通讯实验
一、实验目的：
1.熟悉MM420变频器的参数设置；
2.掌握实现S7-1500、MM420之间的端子控制的方法；
3.掌握MM420通过编程来控制电机的运行。
二、实验预习要求：
1.熟悉MM420参数表，熟悉主要参数代表的意义；
2.熟悉MM420端子的功能，并掌握简单的编程。
三、实验内容：
1.设置变频器参数；
2.实现S7-1500、ET200SP、MM420间的通讯；
3.编程实现：
电机能启动、停止、正转、反转，并能设置电机速度。
四、实验设备：
S7-1500PLC、ET200SP、MM420、异步电机，个人计算机PC、
通讯线。
五、实验步骤（参照第四章及第五章相关内容）：
1.设置MM4
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