點擊此處結束放映電子教案《西門子S7-1500PLC技術及應用》第5章

S7-1500PLC

的通信及應用點擊此處結束放映《西門子S7-1500PLC技術及應用》

S7-1500PLC通信基礎5.1I-Device智能設備5.2S7-1500PLC與驅動器的PROFINET通信

5.3S7-1500PLCMHI5.4《西門子S7-1500PLC技術及應用》點擊此處結束放映S7-1500PLC通信應用

5.5

S7-1500PLC通信基礎5.1點擊此處結束放映《西門子S7-1500PLC技術及應用》點擊此處結束放映

工業現場的通信主要發生在PLC與PLC之間、PLC與計算機之間。基于工藝、實時性以及安全的原因，一個中大型自動化項目通常由若干個相對獨立的PLC組成，PLC之間往往需要傳遞一些聯鎖信號，同時HMI也需要通過網絡控制PLC的運行并采集過程信號歸檔，這些都需要通過PLC的通信功能實現。在PLC與計算機構成的系統中，計算機主要完成數據處理、修改參數、圖像顯示、打印報表、文字處理、系統管理、編制PLC程序、工作狀態監視、遠程診斷等任務。沒有PLC通信，就不可能完成諸如控制設備和整個生產線、監視最新運輸系統或管理配電等復雜任務。沒有強大的通信解決方案，企業的數字化轉型也是不可能的。

《西門子S7-1500PLC技術及應用》5.1.1通信與網絡結構點擊此處結束放映

西門子工業通信網絡統稱SIMATICNET，它提供了各種開放的、應用于不同通信要求及安裝環境的通信系統。為滿足通信數據量及通信實時性的要求，SIMATICNET提供了四種不同的通信網絡，IndustrialEthernet（工業以太網）、PROFIBUS(ProcessFieldBus，現場總線技術）、InstabusEIB（EuropeanInstallationBus，電氣安裝總線）和AS-Interface（Actuator-Sensorinterface，執行器﹣傳感器接口），對應的通信數據量由大到小，實時性由弱到強。

（1）工業以太網（IndustrialEthernet）

IndustrialEthernet是依據IEEE802.3標準建立的單元級和管理級的控制網絡，傳輸數據量大，數據終端的傳輸速率為100Mbit/s，主干網絡的傳輸速率可達1000Mbit/s。《西門子S7-1500PLC技術及應用》點擊此處結束放映（2）現場總線（PROFIBUS）

PROFIBUS作為國際現場總線標準IEC61158的組成部分（TYPEⅢ）和國家機械制造業標準JB/T10308.3-2001，具有標準化的設計和開放的結構，以令牌方式進行主-主或主-從通信。PROFIBUS可傳輸中等數據量，在通信協議中只有PROFIBUS-DP（主-從通信）具有實時性。（3）電氣安裝總線（InstabusEIB）

InstabusEIB應用于樓宇自動化，可以采集亮度進行百葉窗控制、溫度測量及門控等操作，通過DP/EIB網關，可以將數據傳送到PLC或HMI中。（4）執行器﹣傳感器接口（AS-Interface）

AS-Interface通過總線電纜連接底層的執行器和傳感器，并將信號傳輸至控制器，傳輸數據量小，適合位信號的傳輸，每個從站通常最多帶有8個位信號，主站輪詢31個從站的時間固定為5ms，適合實時性的通信控制。《西門子S7-1500PLC技術及應用》5.1.2從PROFIBUS到PROFINET點擊此處結束放映《西門子S7-1500PLC技術及應用》

西門子公司推出PROFINET，PROFINET以PROFIBUS和INTERBUS為基礎，將工廠自動化和企業信息管理層IT技術有機地融為一體，同時又完全保留了PROFIBUS現有的開放性，它意味著目前全世界80%的總線應用可以成功向下一代以太網現場總線自然過渡。PROFINET可以完全滿足現場實時性的要求，目前已經大規模應用于各行業中。

每一個S7-1500CPU都集成了PROFINET接口，可以實現通信網絡的一網到底，即從上到下都可以使用同一種網絡，便于網絡的安裝、調試和維護（一網到底不等于從上到下在一個網絡上，建議控制網絡與監控網絡使用不同的子網，從而控制網絡風險）。點擊此處結束放映《西門子S7-1500PLC技術及應用》

PROFINET和PROFIBUS的對比如下：1.PROFINET對比PROFIBUS的優點（1）為了繼承PROFIBUS的使用方式，在TIA博途軟件配置上基本相同。（2）實時性強，站點最短更新時間可以達到250μs（基于2.2版本），并且各個站點的更新時間可以單獨設置。（3）一個控制器可以連接多達512個站點（例如S7-1518CPU)。（4）控制器可以同時作為I0控制器（相當于PROFIBUS主站）和IO設備（相當于PROFIBUS從站）。（5）基于以太網，支持靈活的拓撲，如星型、樹型、環型和混合型等。點擊此處結束放映《西門子S7-1500PLC技術及應用》（6）可以使用無線網絡進行通信。（7）集成Web功能，可以查看網絡拓撲的診斷信息。（8）診斷方便。（9）通信數據量大。（10）沒有終端電阻的限制。2.PROFINET對比PROFIBUS的弱點及應對方法（1）兩個相鄰站點不能超過100m，超過100m，則需要在2站點間加上一個交換機作為中繼器。如果距離較長，考慮到成本可以使用光纖。點擊此處結束放映《西門子S7-1500PLC技術及應用》技術指標PROFIBUSPROFINET通信方式RS-485Ethernet（以太網）傳輸速率12Mb/s100Mb~1Gb/s用戶數據244Bytes1440Bytes地址空間126不受限制傳輸模式主/從生產者/消費者無線網絡可能實現IEEE802.11，15.1運動軸數32>150表5-1為PROFINET與

PROFIBUS的技術指標對比（2）中間站點不能掉電，否則后面的網絡不能通信，使用環網可以解決這個問題。（3）對于原有項目，如不想改動PROFIBUS網絡，可以使用IE/PBlink網關進行不同網絡間的轉換。

表5-1為PROFINET與

PROFIBUS的技術指標對比。點擊此處結束放映《西門子S7-1500PLC技術及應用》5.1.3S7-1500PLC支持的以太網通信服務

S7-1500PLC的各系列CPU具有集成的以太網接口（X1、X2、X3，最多三個接口）,通信模塊CM1542-1和通信處理器CP1543-1均可作為以太網通信的硬件接口，將以太網接口支持的通信服務可按實時通信和非實時通信進行劃分，不同以太網接口支持的通信服務見表5-1。其中CPU1515、CPU1516、CPU1517帶有兩個以太網接口，CPU1518帶有三個太網接口，第二、第三個以太網接口主要為了安全的目的進行網絡的劃分，避免管理層網絡故障影響控制層網絡。點擊此處結束放映《西門子S7-1500PLC技術及應用》

S7-1500PLC之間的非實時通信有兩種：OUC（OpenUserCommunication）和S7通信，實時通信只有PROFINETIO。表5-2中，I-Device是將CPU作為一個智能設備來進行實時通信的。不同的通信服務適用不同的現場應用。以太網接口實時通信非實時通信PROFINET

IO控制器I-DeviceOUCS7通信Web服務器CPU集成的接口X1√√√√√CPU集成的接口X2××√√√CPU集成的接口X3××√√√CM1542-1√×√√√CP1543-1××√√√表

5-2

不同以太網接口支持的通信服務點擊此處結束放映《西門子S7-1500PLC技術及應用》1.

OUC

OUC（開放式用戶通信）適用于S7-1500/300/400PLC之間、S7系列PLC與S5系列PLC之間及PLC與PC或第三方設備之間進行通信。OUC有下列通信連接：（1）

ISOTransport：

支持第四層開放的數據通信，主要用于

SIMATICS7-1500/300/400PLC與SIMATICS5系列PLC的工業以太網通信，使用MAC地址，不支持網絡路由，基于面向消息的數據傳輸，發送的長度可以是動態的，接收區必須大于發送區，最大通信字節數為64KB。

（2）

ISO-on-TCP：應用RFC1006通信協議將ISO映射到TCP協議上實現網絡路由，最大通信字節數為64KB。點擊此處結束放映《西門子S7-1500PLC技術及應用》（3）TCP/IP：支持TCP/IP協議開放的數據通信，用于連接SIMATICS7系列PLC、計算機及非西門子設備，最大通信字節數為64KB。（4）UDP：支持簡單的數據傳輸，數據無須確認，最大通信字節數為1472B。不同接口支持OUC通信連接的類型見表5-3所示。接口類型連接類型ISOISO-on-TCPTCP/IPUDPCPU集成的接口X1×√√√CPU集成的接口X2×√√√CPU集成的接口X3×√√√CM1542-1×√√√CP1543-1√√√√表5-3

SIMATICS7-1500系統以太網接口支持OUC通信連接的類型點擊此處結束放映《西門子S7-1500PLC技術及應用》2.S7通信適用于S7-1500/1200/300/400PLC之間及其與觸摸屏、計算機和編程器之間的通信。早期S7通信主要用于S7-400PLC之間的通信，由于通信連接資源的限制，推薦使用S5兼容通信，也就是OUC。隨著通信資源的大幅增加和PN接口的支持，S7通信在S7-1500/1200/300/400PLC之間的應用越來越廣泛。S7-1500PLC的所有以太網接口都支持S7通信。S7通信使用ISO/OSI網絡模型的第七層通信協議，可以直接在用戶程序中發送和接收狀態信息。S7-1500PLC的S7通信有三組通信函數，分別是PUT/GET、USEND/URCV和BSENDBRCV。這些通信函數適用于不同的應用中。點擊此處結束放映《西門子S7-1500PLC技術及應用》（1）PUT/GET：可以用于單方編程，一個PLC作為服務器，另一個PLC作為客戶端，客戶端可以對服務器進行讀／寫操作，在服務器側不需要編寫通信程序。（2）USEND/URCV：用于雙方編程的通信方式，一方發送數據，另一方接收數據，通信方式為異步方式。（3）BSEND/BRCV：用于雙方編程的通信方式，一方發送數據，另一方接收數據，通信方式為同步方式，發送方將數據發送到接收方的接收緩沖區，接收方調用接收函數，將數據復制到已經組態的接收區才認為發送成功。BSEND/BRCV可以進行大數據量通信，最大可以達到64KB。點擊此處結束放映《西門子S7-1500PLC技術及應用》3.PROFINETIOPROFINETIO主要用于模塊化、分布式的控制，通過以太網直接連接現場設備（IODevices)。PROFINETIO通信采用全雙工點到點方式，一個IO控制器（IOController）最多可以與512個IO設備進行點到點通信，按設定的更新時間，雙方對等發送數據。一個IO設備的被控對象只能被一個IO控制器控制。在共享IO設備模式下，一個IO站點上不同的I/O模塊，甚至同一個I/O模塊的通道都可以最多被4個IO控制器共享，但是輸出模塊只被一個IO控制器控制，其他IO控制器可以共享信號狀態信息。由于訪問機制為點到點方式，因此S7-1500PLC集成的以太網接口既可以作為IO控制器連接現場IO設備，又可同時作為IO設備被上一級IO控制器控制（對于一個IO控制器而言只是多連接了一個站點），此功能被稱為智能設備（I-Device）功能。點擊此處結束放映《西門子S7-1500PLC技術及應用》PROFINET與PROFIBUS的通信方式相似，見表5-4。表5-4

PROFINET與PROFIBUS通信方式PROFINETPROFIBUS解釋IOsystemDPmastersystem網絡系統IO控制器DP主站控制器與DP主站IOsupervisorPG/PC2類主站調試與診斷工業以太網PROFIBUS網絡結構HMIHMI監控與操作IO設備DP從站分布的現場部件被分配到IO控制器PROFINETIO具有下列特點：（1）現場設備（IO-Devices）通過GSD文件的方式集成到博途中，GSD文件以XML格式存在。（2）為了保護原有投資，PROFINETIO控制器可以通過IE/PBLINK連接PROFIBUS-DP從站。點擊此處結束放映《西門子S7-1500PLC技術及應用》PROFINETIO提供三種執行水平：（1）非實時數據傳輸（NRT）：用于項目的監控和非實時要求的數據傳輸，例如項目的診斷，典型通信時間大約為100ms。（2）實時通信（RT）：用于要求實時通信的過程數據，通過提高實時數據的優先級和優化數據堆棧（ISO/OSI模型的第一層和第二層），使用標準網絡元件可以執行高性能的數據傳輸，典型通信時間為1~10ms。（3）等時實時（IRT）：等時實時可確保數據在相等的時間間隔內傳輸，例如多軸同步操作。普通交換機不支持等時實時通信。等時實時的典型通信時間為0.25~1ms，每次傳輸的時間偏差小于1μs。點擊此處結束放映《西門子S7-1500PLC技術及應用》支持IRT的交換機數據通道分為標準通道和IRT通道。標準通道用于NRT和RT的數據通信。IRT通道專用于IRT的數據通信。網絡上的其他通信不會影響IRT過程數據的通信。PROFINETIO實時通信的OSI/ISO模型如圖5-1所示。圖5-1

PROFINETIO實時通信的OSI/ISO模型IT服務PROFINET應用HTTPSNMPDHCP組態、診斷及HDMI訪問過程數據TCP/UDP

實時

IP以太網RTIRT實時性點擊此處結束放映《西門子S7-1500PLC技術及應用》5.1.4S7-1500PLCPROFINET設備名稱

IO控制器對IO設備進行尋址前，IO設備必須有一個設備名稱。對于PROFINET設備，其名稱比復雜的IP地址更容易管理。

IO控制器和IO設備都具有設備名稱，如圖5-2所示，激活“自動生成PROFINET設備名稱”選項時，將自動從設備（CPU、CP、IM）組態的名稱中獲取設備名稱。圖5-2

激活“自動生成PROFINET設備名稱”選項點擊此處結束放映《西門子S7-1500PLC技術及應用》

PROFINET設備名稱包含設備名稱（例如CPU)、接口名稱（僅帶有多個PROFINET接口時）及IO系統的名稱。

可以通過在模塊的常規屬性中修改相應的CPU、CP或IM名稱，間接修改PROFINET設備名稱。例如，PROFINET設備名稱顯示在可訪問設備的列表中，如果要單獨設置PROFINET設備名稱而不使用模塊名稱，則需禁用"自動生成PROFINET設備名稱"選項。在PROFINET設備名稱中會產生一個"轉換名稱"，該名稱是實際裝載到設備上的設備名稱。

只有當PROFINET設備名稱不符合IEC61158-6-10規則時才會進行轉換，不能直接修改。I-Device智能設備5.2《西門子S7-1500PLC技術及應用》點擊此處結束放映

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通過電動機啟停控制案例的分析與實施說明在同一項目中I-Device功能的實現。電機啟停控制案例：S7-1500PLC的CPU1511-1PN與S7-1200PLC的CPU1214CAC/DC/RLY通過PROFINET通信。其中CPU1214C作為I-Device智能設備與CPU1511-1PN進行通信。功能要求：

（1）S7-1500PLC：共有兩臺電機、兩個按鈕，其中SB1為啟動按鈕、SB2為停止按鈕，均為常開型按鈕。當按下啟動按鈕后，電機1立即啟動，電機2延時5s后啟動。當按下停止按鈕后，兩臺電機均停止。將兩臺電機的狀態字節傳輸到S7-1200PLC中，同時輸出由S7-1200PLC傳輸過來的選擇開關的狀態值。

（2）S7-1200PLC：把S7-1500PLC傳輸過來的狀態字節在Q0.0~Q0.7上顯示，將本機選擇開關I0.0的位狀態值送入S7-1500PLC。

《西門子S7-1500PLC技術及應用》5.2.1在相同項目中配置I-Device點擊此處結束放映《西門子S7-1500PLC技術及應用》

項目實施具體過程如下：

（1）創建一個新項目，插入CPU1511-1PN作為IO控制器，CPU1214C作為I-Device智能設備，如圖5-3所示。

確保兩個CPU的以太網接口在同一頻段，單擊PLC_2的“屬性”，在“操作模式”選項中使能“IO設備”，并將其分配給IO控制器，如圖5-4所示（注意：CPU1214C早期型號不具有該功能，應選新型模塊），在“傳輸區域”選項中可以更改地址和傳輸區方向箭頭。

指定IO控制器后，在“操作模式”選項中出現“智能設備通信”欄，單擊可配置通信傳輸區，雙擊“新增”，可增加一個傳輸區，并在其中定義通信雙方的通信地址區：使用Q區作為數據發送區；使用I區作為數據接收區，單擊箭頭可以更改數據傳輸的方向。圖5-5為創建的兩個傳輸區，通信長度都是1個字節。《西門子S7-1500PLC技術及應用》點擊此處結束放映圖5-3

創建一個新項目圖5-4設置操作模式指定IO控制器設定雙向傳輸區使能“IO設備”《西門子S7-1500PLC技術及應用》點擊此處結束放映圖5-6IO控制器的地址總覽單擊可更改傳輸方向圖5-5設置操作模式創建的兩個傳輸區（2）圖5-6為IO控制器的地址總覽。將配置數據分別下載到兩個CPU中，他們之間的PROFINET通信將自動建立。其中，IO控制器（CPU1511-1PN）使用QB20發送數據到I-Device（CPU1214C）的IB2；I-Device使用QB2發送數據到IO控制器IB5。本實例中，CPU1214C即作為上一級IO控制器的IO設備，同時有作為下一級IO設備的IO控制器，使用非常靈活和方便。《西門子S7-1500PLC技術及應用》點擊此處結束放映（3）對兩個PLC分別編程，通信部分不用編程，這也是I-Device的優點。圖5-7是CPU1511-1PN的主程序。程序段1和程序段2是電機1的啟動和停止控制。程序段3是電機啟動后，延時定時器TON5s后動作。程序段4是輸出QB0字節值到I-Device的IB2中。程序段5是從I5.0中接收I-Device發送的位信號。圖5-8是CPU1214C的主程序。程序段1從IB2中接收IO控制器的字節信號并輸出到QB0。.程序段2將選擇開關I0.0狀態值送到IO控制器的I5.0中。《西門子S7-1500PLC技術及應用》點擊此處結束放映圖5-7

CPU1511-1PN的主程序圖5-8

CPU1214C的主程序點擊此處結束放映《西門子S7-1500PLC技術及應用》5.2.2在不同項目中配置I-Device

在上述電動機啟停控制案例的基礎上增加一個要求，即兩個PLC的文件必須配置在不同的項目中。項目實施具體過程如下：

（1）創建另一個新項目，插入CPU1511-1PN作為IO控制器，CPU1214C作為I-Device智能設備，如圖5-9所示。圖中CPU1214C與CPU1511-1PN未進行通信鏈接。圖5-9

創建另一個新項目點擊此處結束放映《西門子S7-1500PLC技術及應用》

在項目樹中選擇“PLC

2”→“組態”選項，在PLC2的屬性界面中的“以太網地址”選項中使能“在設備中直接設定IP地址”，勾選“在設備中直接設定PROFINET設備名稱”選項。圖5-10設置IP地址點擊此處結束放映《西門子S7-1500PLC技術及應用》

在PLC2的屬性界面中的“操作模式”選項中使能“IO設備”，在“已分配的IO控制器”選項中選擇“未分配”，在“傳輸區域”中定義通信雙方的通信地址區，如圖5-11所示。其中，“IO控制器中的地址”欄為空白，不可添加具體地址。圖5-11設置操作模式點擊此處結束放映《西門子S7-1500PLC技術及應用》

創建傳輸區后，在項目樹中選擇“PLC

2”，點擊工具欄中的“編譯”按鈕對PLC

2的硬件配置進行編譯，如圖5-12所示。只有正確地編譯該硬件配置，系統才能生成可下載的該常規站描述文件（GSD），編譯結果如圖5-13所示，其中警告錯誤可忽略。圖5-13硬件配置編譯結果圖5-12硬件配置編譯過程點擊此處結束放映《西門子S7-1500PLC技術及應用》

正確完成上述操作后，在PLC2的“智能設備通信”選項的最后部分可以查看“導出常規站描述文件（GSD）”欄，如圖5-14所示，單擊“導出”按鈕，生成一個GSD文件，文件中包含用于IO通信的配置信息，如圖5-15所示。圖5-15GSD文件描述圖5-14“導出常規站描述文件（GSD）”欄GSD文件全稱GeneralStationDescription（通用站描述文件）。PROFIBUS總線的GSD文件和PROFINET實時以太網的GSD文件描述方式不同，PROFINET的GSD文件采用XML語言描述，后綴名為xml。按照約定，PROFINETI/O設備的GSD文件文件名以“GSDML”開頭。點擊此處結束放映《西門子S7-1500PLC技術及應用》

（2）創建另一個新項目用于IO控制器，插入CPU1511-1PN，設置以太網接口的IP地址，使其與IO設備處于相同的網段，導入GSD文件，安裝GSD文件的相關內容，如圖5-16所示。安裝過程如圖5-17所示。圖5-16

選擇導入GSD文件圖5-17

GSD文件安裝過程點擊此處結束放映《西門子S7-1500PLC技術及應用》

打開右邊的硬件目錄，如圖5-18所示，選擇“Otherfielddevice（其他以太網設備）”→“PROFINETIO”→“PLCs&CPs”→“SIEMENSAG”→“CPU1214CAC/DC/Rly”→“PLC_2”，將安裝的I-Device站點PLC_2拖放到網路視圖中，并連接PROFINETIO端口。圖5-18將安裝的I-Device站點PLC_2拖放到網路視圖中點擊此處結束放映《西門子S7-1500PLC技術及應用》

當IO控制器與IO設備的端口相連接后，在設備視圖中可以看到I-Device的數據傳輸區，如圖5-19所示。由于I-Device的設備名稱不能自動分配，所以配置后的IO設備名稱必須與（1）中創建項目時定義的設備名稱相同。

（3）連機調試。將配置數據分別下載到對應的CPU，它們之間的PROFINETIO通信將自動建立。一旦有一個設備出現故障，則故障紅色標注就會出現，并在“診斷緩沖區”出現“硬件組件的用戶數據錯誤”提示。圖5-19

I-Device的數據傳輸區

S7-1500PLC與驅動器的PROFINET通信5.3《西門子S7-1500PLC技術及應用》點擊此處結束放映點擊此處結束放映《西門子S7-1500PLC技術及應用》5.3.1G120變頻器的速度控制

通過S7-1500PLC的PROFINET控制G120變頻器實現速度控制案例的分析與實施，說明項目中變頻控制功能的實現。速度控制案例：S7-1500PLC的CPU1511-1PN經由PROFINET控制G120變頻器實現變頻速度控制。項目實施具體過程如下：

（1）在西門子官網中下載到G120變頻器的GSD文件，并導入博圖，如圖5-20所示。在網絡視圖中添加G120變頻器（本案例選用SINAMICSG120CU250S-2PNVectorV4.7），如圖5-21所示。連接網絡如圖5-22所示。G120變頻器的常規設置如圖5-23所示。G120變頻器的IP地址及PROFINET設備名稱設置如圖5-24所示。《西門子S7-1500PLC技術及應用》圖5-20

導入G120的GSD文件圖5-21添加G120模塊圖5-22

連接PROFINETIO端口圖5-23

G120常規選項《西門子S7-1500PLC技術及應用》

G120變頻器概覽如圖5-25所示。在眾多報文協議中選擇“標準報文1，PZD2/2”，如圖5-26所示。G120變頻器完成組態以后，其I/O地址就是IB4~IB7和QB4~Q7B，根據如圖5-27所示的G120標準報文，控制字1對應的地址為QW4，狀態字1對應的地址為IW4，轉速設定值（16位）對應的地址為QW6，轉速實際值（16位）對應的地址為IW6。圖5-24

項置G120變頻器的IP地址及PROFINET設備名稱《西門子S7-1500PLC技術及應用》圖5-25

SINAMICCU250S-2PNVectorV4.7圖5-26

添加“標準報文1，PZD-2/2”圖5-27

G120標準報文格式《西門子S7-1500PLC技術及應用》

（2）選擇“庫”如圖5-28所示。之前應該打開全局庫，從西門子官網上，下載下來的全局庫是一個壓縮包，壓縮包里是一個“已壓縮的庫文件”，文件類型后綴是.zal。因此，打開全局庫時文件類型應選擇“已壓縮的庫”，自然就可以打開了。

在主程序OB1中將DriverLib_S7_1200_1500中的SINA_SPEED（FB285）功能塊拖到編程網絡中，應為是FB，所以需要調用DB，如圖5-29所示。圖5-28

拖入SINA_SPEED指令圖5-29

調用SINA_SPEED_DB點擊此處結束放映《西門子S7-1500PLC技術及應用》

圖5-30為SINA_SPEED（FB285）功能塊，SINA_SPEED（FB285）功能塊的主要參數說明如下：EnableAxis：Bool型，電動機使能，為1時運行。AckError：Bool型，錯誤復位。SpeedSp：Real型，變頻器的速度。RefSpeed：Real型，變頻器的參考速度，是一個基準值，也就是設置了一個最快的速度參考值。如果RefSpeed設置為1500，SpeedSp設置為1500，就是50HZ的頻率，RefSpeed設置為1000，SpeedSp設置為1000，也是50HZ的頻率。ConfigAxis：Word型，是一個配置參數，有一些參數主要用來控制正/反轉，一般16#003F為正轉，16#0C7F為反轉。ConfigAxis每一位的控制說明見表5-5。點擊此處結束放映《西門子S7-1500PLC技術及應用》位序號默認值含義位01OFF2停機方式位11OFF3停機方式位21驅動使能位31使能/禁止斜坡函數發生器使能位41繼續/凍結斜坡函數發生器使能位51速度設定值使能位60打開抱閘位70速度設定值反向位80電動電位計升速位90電動電位計降速位10~15——表5-5

ConfigAxis每一位的控制說明圖5-30

SINA_SPEED（FB285）功能塊《西門子S7-1500PLC技術及應用》

HWIDSTW與HWIDZSW：用來確定與哪個變頻器通信，需要在PLC變量中查找。首先在系統常量中找到對應變頻器后綴為“標準報文1_PZD-2_2”，如圖5-31所述，然后將其直接拖到程序中，即270，如圖5-32所示。

AxisEnabled：Bool型，驅動已使能，正常使能開啟，電動機開始運行后，值變為1。

Kockout：Bool型，驅動處于禁止接通狀態。

ActVelocity：Bool型，實際速度（rpm）。

Error：Bool型，1=存在錯誤，說明由異常。

Status：Int型，16#7002，沒有錯誤，功能塊正在執行；16#8401，驅動錯誤；16#8402，驅動禁止啟動；16#8600，DPRD_DAT錯誤；16#8601，DPWR_DAT錯誤。

Diagid：Word型，通信錯誤，在執行SFB調用時發生錯誤。

圖5-33為完成或的SINA_SPEED（FB285）功能塊。

（3）G120變頻器還需要修改相應的報文參數，即P0922PROFIdriver

PZD報文選項“標準報文1，PZD-2/2”。《西門子S7-1500PLC技術及應用》圖5-33

完成后的SINA_SPEED（FB285）功能塊圖5-32

將標準報文PLC變量拖到程序中圖5-31

系統常量中的標準報文PLC變量點擊此處結束放映《西門子S7-1500PLC技術及應用》

通過S7-1500PLC的PROFINET控制V90伺服驅動器實現速度控制案例的分析與實施，說明項目中伺服控制功能的實現。速度控制案例：S7-1500PLC的CPU1511-1PN經由PROFINET控制V90伺服驅動器實現伺服驅動控制。項目實施具體過程如下：

（1）在西門子官網中下載到V90伺服驅動器的GSD文件，并導入博圖，如圖5-34所示。在網絡視圖中添加V90設備（本實例選用SINAMICSV90PNV1.0），建立V90與S7-1500的網絡連接，如圖5-35所示。5.3.2V90伺服驅動器的速度控制點擊此處結束放映《西門子S7-1500PLC技術及應用》圖5-34導入V90GSD文件圖5-35建立V90與S7-1500的網絡連接《西門子S7-1500PLC技術及應用》

分別設置設置S7-1500和V90伺服驅動器的IP地址，確保兩者IP地址在同一個頻段內，如圖5-36所示。在“設備概覽”中設置控制報文為“標準報文1，PZD-2/2”，如圖5-37所示。圖5-36設置IP地址圖5-37設置“標準報文1，PZD-2/2”點擊此處結束放映《西門子S7-1500PLC技術及應用》

（2）在主程序OB1中將DriverLib_S7_1200_1500中的SINA_SPEED（FB285）功能塊拖到編程網絡中，如圖5-38所示，各參數具體含義參考G120變頻器控制案例所述，唯一不同是HWIDSTW值和HWIDZSW值不同，需要修改為“SINAMICS-V90-PN-驅動_1-標準報文1_PZD_2_2”，即271。圖5-38

SINA_SPEED（FB285）功能塊的伺服驅動控制點擊此處結束放映《西門子S7-1500PLC技術及應用》

（3）表5-6為V90伺服驅動器p0922參數說明。報文最大PZD數描述接收字發送字標準報文122p0922=1標準報文244p0922=2標準報文359p0922=3標準報文599p0922=5西門子報文102610p0922=102西門子報文1051010p0922=105表5-6

ConfigAxis每一位的控制說明S7-1500PLC與HMI5.4《西門子S7-1500PLC技術及應用》點擊此處結束放映點擊此處結束放映《西門子S7-1500PLC技術及應用》5.4.1精簡系列面板

1.人機界面

從廣義上說，人機界面（HumanMachineInterface，HMI）泛指計算機（包括PLC）與操作人員交換信息的設備。在控制領域，人機界面一般特指用于操作人員與控制系統之間進行對話和相互作用的專用設備。

人機界面可以在惡劣的工業環境中長時間連續運行，是PLC的最佳搭檔。人機界面可以用字符、圖形和動畫動態地顯示現場數據和狀態，操作人員可以通過人機界面來控制現場的被控對象。此外，人機界面還有報警、用戶管理、數據記錄、趨勢圖、配方管理、顯示和打印報表、通信等功能。點擊此處結束放映《西門子S7-1500PLC技術及應用》

2.觸摸屏

觸摸屏（TouchScreen）是一種可接收觸頭等輸入訊號的感應式液晶顯示裝置，人機界面的發展方向，用戶可以在觸摸屏的屏幕上生成滿足自己要求的觸摸式按鍵。觸摸屏是一種交互輸入設備，用戶只需用手指或光筆觸摸屏的某位置即可控制計算機的運行。因此，觸摸屏技術具有操作簡單，使用靈活的特點。

3.人機界面的工作原理

首先需要用計算機上運行的組態軟件對人機界面組態。使用組態軟件可以很容易地生成滿足用戶要求的人機界面的畫面，用文字或圖形動態地顯示PLC中位變量的狀態和數字量的數值。用各種輸入方式，將操作人員的位變量命令和數字設定值傳送到PLC。畫面的生成是可視化的，組態軟件的使用方便，簡單易學。點擊此處結束放映《西門子S7-1500PLC技術及應用》

2.觸摸屏

觸摸屏（TouchScreen）是一種可接收觸頭等輸入訊號的感應式液晶顯示裝置，人機界面的發展方向，用戶可以在觸摸屏的屏幕上生成滿足自己要求的觸摸式按鍵。觸摸屏是一種交互輸入設備，用戶只需用手指或光筆觸摸屏的某位置即可控制計算機的運行。因此，觸摸屏技術具有操作簡單，使用靈活的特點。

3.人機界面的工作原理

首先需要用計算機上運行的組態軟件對人機界面組態。使用組態軟件可以很容易地生成滿足用戶要求的人機界面的畫面，用文字或圖形動態地顯示PLC中位變量的狀態和數字量的數值。用各種輸入方式，將操作人員的位變量命令和數字設定值傳送到PLC。畫面的生成是可視化的，組態軟件的使用方便，簡單易學。點擊此處結束放映《西門子S7-1500PLC技術及應用》

組態結束后將畫面和組態信息編譯成人機界面可以執行的文件。編譯成功后，將可執行文件下載到人機界面的存儲器中。在控制系統運行時，人機界面和PLC之間通過通信來交換信息，從而實現人機界面的各種功能。只需要對通信參數進行簡單的組態，就可以實現人機界面與PLC的通信。

4.精簡系列面板

精簡系列面板是與S7-1200/1500等配套的觸摸屏，它具有基本的功能，適用于簡單應用，具有很高的性能價格比，有功能可以定義的按鍵。

第二代精簡系列面板有3in、4in、6in、7in、9in、10in、12in和15in的高分辨率64K色寬屏顯示器，如圖5-39示，支持垂直安裝，用TIA博途V13或更高版本組態。它有一個RS-422/RS-485接口或RJ45以太網接口，還有一個USB2.0接口。精簡系列面板的觸摸屏操作直觀方便，具有報警、配方管理、趨勢圖、用戶管理等功能防護等級為IP65，可以在惡劣的工業環境中使用。《西門子S7-1500PLC技術及應用》5.4.2精簡系列面板的畫面組態

1.畫面組態的準備工作

（1）添加HMI設備

在項目視圖中生成一個名為“PLC-HMI”的新項目。雙擊項目樹中的“添加新設備”，單擊打開的對話框中的“控制器”按鈕，如圖5-39所示，圖5-39添加HMI設備生成名頭“PLC_1”的PLC站點，CPU為CPU1512C。再次雙擊“添加新設備”，單擊“HMI”按鈕，HMI中可以選擇SIMATIC精簡系列面板、SIMATIC精智面板、SIMATIC移動式面板、HMISIPLUS，單擊每個左側小三角出現下屬內容，選中4in的第二代精簡系列面板KTP400Basic。單擊“確定”按鈕，生成名為“HMI_1”的面板。《西門子S7-1500PLC技術及應用》

（2）組態連接

組態連接有兩種方法，在圖5-39中，第一種，勾選啟動設備向導，點擊確定會自動跳轉到HMI組態流程中，如圖5-40所示，第一步為PLC連接，點擊選擇PLC下的瀏覽按鈕，會自動出現我們所添加的PLCCPU1512C，點擊右下角√自動。連接。之后可一直點擊下一步進行其他設置，最后點擊完成即可。點擊左側設備和網絡查看連接狀態，打開視圖中“連接”選項卡，可以看到生成的HMI連接的詳細信息，如圖5-41所示。圖5-40PLC連接自動向導《西門子S7-1500PLC技術及應用》

第二種，未勾選啟動設備向導，點擊確定會跳過向導流程，生成生成名為“HMI_1”的面板。單擊設備和網絡，打開網絡視圖，此時PLC與HMI還沒有網絡連接，如圖5-42所示。單擊工具欄上的“連接”按鈕，它右邊的下拉式列表顯示連接類型為“HMI連接”。單擊選中PLC中的以太網接口(綠色小方框)，按住鼠標左鍵，移動鼠標，拖出一條淺藍色直線。將它拖到HMI的以太網接口，松開鼠標左鍵，生成與5-41圖中一樣的“HMI連接_1”。圖5-41設備與網絡圖5-42PLC-HMI未連接點擊此處結束放映《西門子S7-1500PLC技術及應用》

（3）打開畫面

生成HMI設備后，在“畫面”文件夾中自動生成一個名為“畫面_1”的畫面，鼠標移動到“畫面_1”上右鍵選擇重命名，將它的名稱改為“根畫面”。雙擊打開該畫面，如圖5-43，可以點擊工作區下面紅框內（1處）的“100%”右邊的三角打開下拉式列表，來改變畫面的顯示比例，也可以用該按鈕右邊的滑塊快速設置畫面的顯示比例。單擊選中工作區中的畫面后，再選中藍色線框（2處）中的屬性——屬性——常規，可以用巡視窗口設置畫面的名稱、背景色、網格顏色、編號等參數。通過單擊背景色下拉式列表兒的鍵，用出現的顏色列表兒設置畫面的背景色。

鼠標移至黃色線框（3處）時單擊右鍵，有大圖標、顯示描述兩個選項。未勾選大圖標，以文字介紹體現，勾選大圖標以圖標形式體現；未勾選顯示描述，只顯示圖標無圖標描述，勾選顯示描述，在圖標下面有顯示描述。圖5-43中，為勾選了大圖標、顯示描述。點擊此處結束放映《西門子S7-1500PLC技術及應用》圖5-43

畫面顯示界面點擊此處結束放映《西門子S7-1500PLC技術及應用》

2.組態指示燈與按鈕

（1）生成和組態指示燈

指示燈用來顯示Bool變量“電動機”的狀態。點擊工具箱中“基本對象”窗格中的“圓”（如圖5-44中紅框1處）拖拽到畫面上希望的位置松開，指示燈放置到位。單擊選中生成的圓，選中畫面下面的“屬性——屬性——外觀”（如圖5-44中藍框2處），通過設置圓的邊框為默認的黑色，樣式為實心，寬度為3個像素點(與指示燈的大小有關)，背景色為深綠色，填充圖案為實心（如圖5-44中黃框3處）。

一般在畫面上可以通過鼠標改變元件的位置和大小，將鼠標光標放在按鈕上，會變為十字箭頭圖形，按住鼠標左鍵并移動鼠標，將選中的對象拖到希望的位置，松開左鍵，對象被放在該位置。單擊按鈕，可將選中的對象沿水平方向或垂直方向放大或縮小。可以用類似的方法移動和縮放窗口。同時，也可以通過“屬性——屬性——布局”，通過數字輸入對圓的位置和大小進行微調。點擊此處結束放映《西門子S7-1500PLC技術及應用》圖5-44

組態指示燈的外觀和布局屬性點擊此處結束放映《西門子S7-1500PLC技術及應用》

打開“屬性—動畫—顯示”文件夾，雙擊其中的“添加新動畫”，再雙擊現的“添加動面”對話框中的“外觀”，選中圖5-45左邊窗口中現的“外觀”，在右邊窗口組態外觀的動畫功能。設置圓連接的PLC的變量為位變量“電動機”，其“范圍”值為0和1時，圓的背景色分別為深綠色和灰色，對應于指示燈的熄滅和點亮。圖5-45組態指示燈的動畫功能點擊此處結束放映《西門子S7-1500PLC技術及應用》

（2）生成和組態按鈕

畫面上的按鈕的功能比接在PLC輸入端的物理按鈕的功能強大得多，用來將各種操作命發送給PLC，通過PLC的用戶程序來控制生產過程。將工具箱的“元素”窗格中的“按鈕拖拽到畫面上，用鼠標調節按鈕的位置和大小。

單擊選中放置好的按鈕，選中巡視窗口的“屬性—屬性—常規”，如圖5-46所示，用單選框選中“模式”域和“標簽”域的“文本”，輸入按未按下時顯示的文本為“起動”。圖5-46組態按鈕的常規屬性點擊此處結束放映《西門子S7-1500PLC技術及應用》

如果勾選了復選框“按鈕‘按下’時顯示的文本”，可以分別設置未按下時和按下時顯示的文本。未勾選該復選框時，按下和未按下時按鈕上的文本相同。選中巡視窗口的“屬性—屬性—外觀”，設置背景色為淺灰色，填充圖案為實心，“文本”的顏色為黑色。

選中巡視窗口的“屬性>屬性>布局”，如圖5-47所示，可以用“位置和大小”區域的輸入框微調按鈕的位置和大小。如果勾選了復選框“使對象適合內容”，將根據按鈕上的文本的字數、字體大小和文字邊距自動調整按鈕的大小。圖5-47組態按鈕的布局點擊此處結束放映《西門子S7-1500PLC技術及應用》

選中巡視窗口的“屬性—屬性—文本格式”，如圖5-48所示，單擊“字體”下拉列表框右邊的按鈕，可以用打開的對話框定義以像素點(px)為單位的文字的大小。字體為宋體，不能更改。字形有粗體、正常、斜體、粗斜體四種，還可以設置下劃線、刪除線、按垂直方向讀取等附加效果。設置對齊方式為水平居中，垂直方向在中間。圖5-48組態按鈕的文本格式點擊此處結束放映《西門子S7-1500PLC技術及應用》

（3）設置按鈕的事件功能

選中巡視窗口的“屬性——事件——釋放”，如圖5-49所示，單擊視圖右邊窗口的表格最上面一行，再單擊它的右側出現的按鍵（在單擊之前它是隱藏的），在出現的“系統函數”列表中選擇“編輯位”文件夾中的函數“復位位”。圖5-49組態按鈕釋放時執行的系統函數點擊此處結束放映《西門子S7-1500PLC技術及應用》

直接點擊表中第2行右側隱藏的按鈕，選中該按鈕下面出現的小對話框左邊窗口中PLC的默認變量表，雙擊選中右邊窗口該表中的變量“啟動按鈕”，如圖5-50所示。在HMI運行時釋放該按鈕，將變量“啟動按鈕”復位為0狀態。選中巡視窗口的“屬性>事件>按下”，用同樣的方法設置在HMI運行時按下該按鈕，執行系統函數“置位位”，將PLC的變量“啟動按鈕”置位為1狀態。該按鈕具有點動按鈕的功能，按下按鈕時變量“啟動按鈕”被置位，釋放按鈕時它被復位。

選中組態好的按鈕，執行復制和粘貼操作。放置好新生成的按鈕后選中它，設置其文本為“停止”，按下該按鈕時將變量“停止按鈕”置位，放開該按鈕時將它復位。點擊此處結束放映《西門子S7-1500PLC技術及應用》圖5-50

組態按鈕釋放時操作的變量點擊此處結束放映《西門子S7-1500PLC技術及應用》

3.組態文本域與I/O域

（1）生成與組態文本域

將工具箱中的“文本域”（圖標為字母A）拖拽到畫面上，默認的文本為“Text”。單擊選中生成的文本域，選中巡視窗口的“屬性>屬性>常規”，在右邊窗口的“文本”輸入框中輸入“當前值”，如圖5-51所示。可以在圖中設置字體大小和“使對象適合內容”，也可以分別在“文本格式”和“布局”屬性中設置它們。圖5-51組態文本域的常規屬性點擊此處結束放映《西門子S7-1500PLC技術及應用》

“外觀”屬性與圖5-44類似，設置其背景、填充圖案方式、文本顏色、邊框寬度、邊框樣式、邊框顏色等。

“布局”屬性中可以設置文本位置和大小、四周邊距等，如圖5-52所示。

“文本格式”屬性與圖5-48的圖相同，設置字形格式、字體大小，對齊方式。

“閃爍”屬性，默認設置為禁用閃爍，下拉菜單可選擇是否啟用。

設置畫面中上的文本域，執行復制和粘貼操作。放置好新生成的文本域后選中它，設置其文本為“預設值”，并設置其屬性。圖5-52組態文本域的布局屬性《西門子S7-1500PLC技術及應用》

（2）生成與組態IO域

1)輸出域：用于顯示PLC中變量的數值。

2)輸入域：用于操作員鍵入數字或字母，并用指定的PLC的變量保存它們的值。

3)輸入/輸出域：同時具有輸入域和輸出域的功能，操作員用它來修改PLC中變量的數值，并將修改后PLC中的數值顯示出來。

將工具箱中元素的“IO域”（圖標為

）拖拽到畫面上，選中生成的I/O域。選中巡視窗口的“屬性>屬性>常規”，如圖5-53所示，用“模式”下拉列表設置IO域為輸出域，連接的過程變量為“當前值”。可以設置該變量的顯示格式、移動小數點位數、格式樣式等。點擊此處結束放映《西門子S7-1500PLC技術及應用》

在I/O域的“外觀”屬性中，可以設置背景顏色、填充圖案、文本顏色、文本單位、邊框寬度、邊框樣式、邊框顏色、背景色等。

在I/O域的“布局”屬性中，與圖5-52文本域的相同。文本格式與圖5-48相同。圖5-53組態I/O域的常規屬性點擊此處結束放映《西門子S7-1500PLC技術及應用》

4.精簡系列面板的仿真

PLC與HMI應用非常廣泛，但價格較高，教學過程中沒有條件實現設備仿真，在沒有HMI設備的情況下，可以用WINCC系統對HMI設計進行仿真。WINCC（WindowsControlCenter），即視窗控制中心，是第一個使用32位技術的過程監視系統，是西門子公司（SIMENS）實現PLC與上位機之間的通訊及上位機監控畫面的制作的組態軟件。

選中項目視圖中“HMI”項目，執行菜單命令“在線——仿真——使用變量器仿真”，打開變量器，可以模擬畫面的切換和數據的輸入過程，可以通過仿真器來改變輸出域顯示的變量的數值或指示燈顯示的位變量的狀態，或者用仿真器讀取來自輸入域的變量的數值和按鈕控制的位變量的狀態。點擊此處結束放映《西門子S7-1500PLC技術及應用》

示例：在博途軟件中，編程簡單的梯形圖程序（電動機啟停控制），I0.0為啟動按鈕，I0.1為停止按鈕，Q0.0為電動機接觸器，見圖5-54。搭建HMI項目，并設置啟動按鈕、停止按鈕、電動機指示燈等相關屬性，并于PLC變量連接，指示燈在電動機運行時為綠燈，電動機停止時為紅燈，見圖5-55。選中項目視圖中“HMI”項目，執行菜單命令“在線——仿真——使用變量器仿真”，WINCC自動運行兩個界面，見圖5-56，左邊為HMI操作界面，可對按鈕按下、釋放操作，同時指示燈會根據程序執行變化，右邊為變量監控表，可實時查看變量變化的數字量結果。點擊此處結束放映《西門子S7-1500PLC技術及應用》圖5-56電動機啟停控制仿真運行結果圖5-55電動機啟停控制HMI界面圖5-54電動機啟停控制程序

《西門子S7-1500PLC技術及應用》點擊此處結束放映S7-1500PLC通信應用5.5

點擊此處結束放映《西門子S7-1500PLC技術及應用》5.5.1硬件配置的編譯應用案例介紹S7-1500PLC與南京華太SMARTLINK設備的PROFINET通信。西門子主導的PROFINET總線是由PROFIBUS國際組織推出的新一代工業以太網自動化總線標準，S7-1500PLC借助該總線可以將工廠自動化和企業信息管理層IT技術有機地融為一體，借助PROFINET控制器、PROFINET設備可以組成多類型的控制系統。南京華泰推出的SMARTLINK設備，包含PROFINET工業以太網適配器通信模塊FR8210及各種可應用于PROFINET的智能遠程IO設備。智能遠程IO設備掛到在適配器下，每個適配器下的智能遠程IO設備可多達32個，站點與站點之間的距離不超過200m，單局域網絡理論站點數可達256個，通信速率為100Mb/s，可以滿足各類中大型項目的硬件配置需求。

第三方設備通信案例：以FR8210（PROFINET適配器）、FR1118（數字量輸入模塊）和FR2118（數字量輸出模塊）作為第三方設備，通過PROFINET實現與S7-1500PLC的通信。點擊此處結束放映《西門子S7-1500PLC技術及應用》項目實施具體過程如下：（1）按照FR8210使用手冊正確連接系統電源和公共端電源，圖5-57和圖5-58分別為FR8210的外觀結構和電氣接線圖。在南京華太自動化技術有限公司官網中下載FR8210的GSD文件，文件名為“GSDML-V2.3-HDC-FR8210_v1.1.0-20191016.xml”，并導入博圖，如圖5-59所示，在硬件目錄更新后會出現如圖5-60所示的FR8210硬件選項。《西門子S7-1500PLC技術及應用》圖5-59下載GSD文件并導入項目圖5-57FR8210的外觀結構圖5-58FR8210的電氣接線圖圖5-60FR8210硬件選項《西門子S7-1500PLC技術及應用》（2）在新建項目中，選擇“Otherfielddevices（其他現場設備）”→“PROFINETIO”→“I/O”→“HDC”→“SmartLinkIO”→“FR8210”，將其托入網絡視圖中，單擊FR8210上的“未分配”選擇“PLC-1.PROFINET接口_1”，如圖5-61所示。圖5-62是完成后的PROFINET設備和網絡。圖5-62

完成后的

PROFINET設備和網絡圖5-61選擇“PLC-1.PROFINET接口_1”點擊此處結束放映《西門子S7-1500PLC技術及應用》（3）設備組態如圖5-63所示，鼠標選中HDC右鍵→單擊“設備組態”→“硬件目錄”，找到模塊FR1118、FR2118后雙擊，即可在設備概覽中看到添加的模塊，如圖5-64所示。（4）如果FR8210是第一次使用，則需要手動操作為分配PROFINET設備名。（5）硬件配置下載成功后，將FR8210斷電后重新上電，位于PROFINET適配器模塊前面板的指示燈，SYS以1HZ的頻率閃爍，RUN常亮，SF、BF熄滅。表5-7為FR8210模塊指示燈狀態說明。點擊此處結束放映《西門子S7-1500PLC技術及應用》圖5-63設備組態圖5-64添加FR1118、FR2118模塊點擊此處結束放映《西門子S7-1500PLC技術及應用》編號指示燈顏色狀態含義1PWR，系統電源指示燈綠色亮電源正常滅系統電源未接或電源故障2SYS，系統指示燈綠色以1HZ的頻率閃爍掃描正常以3~5HZ的頻率閃爍掃描從站時，部分或全部從站丟失3RUN，運行指示燈綠色亮從站處于運行狀態滅從站未運行4SF，故障診斷指示燈紅色亮PROFINET診斷存在滅PROFINET診斷存在5BF，通信鏈接故障指示燈紅色亮沒有可用的連接狀態閃爍連接狀態良好；沒有通信連接PROFINETIO-Controller滅PROFINETIO-Controller有一個活躍的溝通連接到這個ROFINETIO設備表5-7

FR8210指示燈狀態含義

點擊此處結束放映休息一下《西門子S7-1500PLC技術及應用》本章結束點擊此處結束放映電子教案《西門子S7-1500PLC技術及應用》第6章S7-1500PLC的工藝指令應用點擊此處結束放映《西門子S7-1500PLC技術及應用》

PID控制的功能與編程6.1高速計數模塊的功能與編程6.2《西門子S7-1500PLC技術及應用》點擊此處結束放映運動控制的功能與編程6.3

PID控制的功能與編程6.1點擊此處結束放映《西門子S7-1500PLC技術及應用》6.1.1PID控制概述點擊此處結束放映《西門子S7-1500PLC技術及應用》如圖所示自動控制系統，包含輸入量、控制器、擾動量、被控對象、檢測單元等。控制器通過輸入值和反饋值的偏差，控制執行機構，從而對被控對象進行自動調節。控制器類型多種多樣，PID控制器在目前的工業控制系統中廣泛使用。6.1.1PID控制概述點擊此處結束放映《西門子S7-1500PLC技術及應用》在過程控制中，按偏差的比例（P）、積分（I）和微分（D）進行控制的PID控器是應用最廣泛的一種自動控制方式。P是比例，是輸入偏差乘以一個系數。I是積分，是對輸入偏差在時間上進行積分運算。D是微分，是對輸入偏差進行微分運算。6.1.1PID控制概述點擊此處結束放映《西門子S7-1500PLC技術及應用》在連續控制系統中，模擬PID的控制規律為：由于PLC只能處理離散數字量，須將模擬量微分方程轉化為離散的差分方程。離散化后的差分方程為：6.1.1PID控制概述點擊此處結束放映《西門子S7-1500PLC技術及應用》離散化后的差分方程為：用作PLC編程計算時，將上式表述為遞推關系并化簡為：6.1.2PID控制器點擊此處結束放映《西門子S7-1500PLC技術及應用》S7-1500PLC的PID控制系統由控制器、傳感器、控制元件和被控對象組成。S7-1500PLC的PID控制器通過在TIA博圖程序中調用PID工藝指令和組態工藝對象實現PID控制功能。CompactPID指令集包括PID_Compact、PID_3Step和PID_Temp指令；6.1.2PID控制器點擊此處結束放映《西門子S7-1500PLC技術及應用》PID_Compact指令提供一個能工作在手動或自動模式下，具有集成優化功能的PID連續控制器，支持模擬量和脈寬輸出。PID_3Step指令可對具有閥門自調節的PID控制器或具有積分行為的執行器進行組態，可組態帶位置反饋的三步步進控制器、不帶位置反饋的三步步進控制器、具有模擬量輸出值的閥門控制器。PID_Temp指令提供了一種可對溫度過程進行集成調節的PID控制器，可用于純加熱或加熱/制冷應用。6.1.3PID_Compact指令的PID控制示例點擊此處結束放映《西門子S7-1500PLC技術及應用》舉例：控制電爐的爐溫在一定范圍。工作原理：設定電爐溫度后，CPU1511-1PN經過PID運算后由自帶的模擬量輸出模塊輸出電壓信號到控制板，控制板根據該電壓信號（弱電）的大小控制電熱絲的加熱電壓（強電）；溫度傳感器檢測電爐內溫度，溫度信號經控制板處理后輸入到模擬量輸入模塊，再進入CPU1511-1PN參與PID運算，如此循環。整個系統的硬件配置如圖6-2所示，編寫控制程序。6.1.3PID_Compact指令的PID控制示例點擊此處結束放映《西門子S7-1500PLC技術及應用》舉例：控制電爐的爐溫在一定范圍。圖6-2PID控制示例硬件配置點擊此處結束放映《西門子S7-1500PLC技術及應用》1.硬件配置S7-1500PLC的硬件配置如圖所示，需進行硬件組態。點擊此處結束放映《西門子S7-1500PLC技術及應用》1.硬件配置AI模塊組態如圖所示：0通道參數設置為手動；測量電壓，范圍為+/-10V；點擊此處結束放映《西門子S7-1500PLC技術及應用》1.硬件配置AQ模塊組態如圖所示：0通道參數設置為手動；輸出電壓，范圍為0--10V；點擊此處結束放映《西門子S7-1500PLC技術及應用》2.添加工藝對象在S7-1500PLC中添加工藝對象的方法有多種，用戶可直接在現有的PLC項目樹中單擊“工藝對象”--“新增對象”，如圖所示。點擊此處結束放映《西門子S7-1500PLC技術及應用》2.添加工藝對象新增對象窗口如圖所示，對象類型選擇“PID”中的“PID_Compact”，會出現PIDCompact[FB1130]選項。工藝對象的數據塊DB編號自動選擇為1，也可手動添加。點擊此處結束放映《西門子S7-1500PLC技術及應用》3.PID_Compact工藝對象組態可在PLC項目樹中查看新添加的PID_Compact工藝對象，出現“組態”和“調試”兩個功能。點擊此處結束放映《西門子S7-1500PLC技術及應用》3.PID_Compact工藝對象組態選擇“組態”后會出現組態窗口，包含“基本設置”、“過程值設置”和“高級設置”。點擊此處結束放映《西門子S7-1500PLC技術及應用》（1）基本設置本例中將單位為“℃”的“溫度”作為控制器類型。設定過程值為Input_PER（模擬量），Output_PER作為PID_Compact控制器的輸出。點擊此處結束放映《西門子S7-1500PLC技術及應用》（2）過程值設置過程值限值。點擊此處結束放映《西門子S7-1500PLC技術及應用》（2）過程值設置在過程值標定中設置模擬量輸入的下限和上限（0.0——480.0），對應模擬量通道的下限和上限（0——27648）。點擊此處結束放映《西門子S7-1500PLC技術及應用》（3）高級設置高級設置中的“過程值監視”組態窗口，可組態過程值的警告上限和下限。點擊此處結束放映《西門子S7-1500PLC技術及應用》（3）高級設置PWM限值組態窗口如圖6-13所示，可以組態PID_Compact控制器脈沖輸出Output_PWM的最短接通時間和最短關閉時間。點擊此處結束放映《西門子S7-1500PLC技術及應用》（3）高級設置輸出值限值組態窗口，以百分比的形式組態輸出值的限值，無論在手動模式還是自動模式，輸出值都不會超過該限值。點擊此處結束放映《西門子S7-1500PLC技術及應用》（3）高級設置PID參數組態窗口，可以手動輸入適用于受控系統的PID參數，也可通過控制器自動調節得出PID參數。點擊此處結束放映《西門子S7-1500PLC技術及應用》3.PID_Compact工藝對象組態右鍵單擊項目樹中的PID_Compact_1[DB1]，打開的DB編輯器，可進入背景數據塊參數表，其輸入/輸出參數如圖所示。點擊此處結束放映《西門子S7-1500PLC技術及應用》4.PID_Compact指令調用在程序中添加循環中斷OB（OB30），設定循環時間為100ms。點擊此處結束放映《西門子S7-1500PLC技術及應用》4.PID_Compact指令調用在循環中斷OB30中調用PID_Compact指令，選擇已配置為PID工藝對象的數據塊DB1作為其背景數據塊。點擊此處結束放映《西門子S7-1500PLC技術及應用》5.PID調試項目下載到PLC后，就可以對PID控制器進行優化調試。優化調試分為預調節和精確調節兩種模式，調試時如果直接進行精確調節，會先進性預調節再進行精確調節。點擊此處結束放映《西門子S7-1500PLC技術及應用》（1）預先調節預調節功能可確定對輸出值跳變的過程響應，并搜索拐點。根據受控系統的最大上升速率與死區時間計算PID參數。可在執行預調節和精確調節時獲得最佳PID參數。過程值越穩定，PID參數就越容易計算，結果的精度也會越高。點擊此處結束放映《西門子S7-1500PLC技術及應用》（2）精確調節如果預調節后的過程值震蕩且不穩定，可通過精確調節使過程值出現恒定受限的振蕩。PID控制器將以過程值振蕩的幅度和頻率為操作點來調節PID參數，所有PID參數都根據結果重新計算。精確調節得出的PID參數通常比預調節得出的PID參數具有更好的主控和擾動特性，但調節時間長。結合執行預調節和精確調節，可獲得最佳PID參數。6.2高速計數模塊的功能與編程點擊此處結束放映《西門子S7-1500PLC技術及應用》6.2.1概述S7-1500PLC的高速計數模塊（TMCount）可分為兩種型號：TMCount1×24V模塊，可安裝在ET200SPCPU主機架或ET200SP的分布式IO站；TMCount2×24V模塊，可安裝在S7-1500主機架或ET200MP的分布式IO站。點擊此處結束放映《西門子S7-1500PLC技術及應用》6.2.1概述

TMCount2×24V模塊可以連接兩路24V編碼器，每個通道提供三個數字量輸入信號和兩個數字量輸出信號。點擊此處結束放映《西門子S7-1500PLC技術及應用》6.2.2TMCount2×24V模塊的計數功能實現示例：一臺電動機與含方向信號的24V增量型編碼器（推挽型，分辨率1024）同軸安裝，編碼器與TMCount2×24V模塊連接后，用于測量電動機的實時轉速。點擊此處結束放映《西門子S7-1500PLC技術及應用》1.硬件配置在PLC項目視圖，添加TMCount2×24V模塊，該模塊位于硬件目錄“工藝模塊”——“計數”下。點擊此處結束放映《西門子S7-1500PLC技術及應用》1.硬件配置在TM模塊