S7-1200PLC控制系統(tǒng)入門課題一12任務(wù)1

S7-1200PLC的安裝與接線任務(wù)2

TIAPortal工程軟件平臺的安裝任務(wù)1S7-1200PLC的安裝與接線3學(xué)習(xí)目標(biāo)1.了解S7-1200PLC的組成。2.掌握S7-1200PLC的安裝方法。3.掌握S7-1200CPU模塊的接線方法。4.了解傳感器的組成、技術(shù)指標(biāo)和接線方式。5.能正確安裝S7-1200PLC硬件，繪制PLC接線圖并完成接線。4任務(wù)引入正確安裝PLC和連接PLC控制線路是程序調(diào)試的前提條件，也是電工職業(yè)的必備技能。某工廠貝肯熊玩具分揀與包裝自動(dòng)生產(chǎn)線生產(chǎn)黃色和藍(lán)色兩種顏色的貝肯熊玩具，每種顏色的貝肯熊身上鑲嵌的飾物又分為鋁質(zhì)和鋼質(zhì)兩種。5該生產(chǎn)線由西門子S7-1200CPU1214C（AC/DC/Rly）型PLC控制，PLC垂直安裝在標(biāo)準(zhǔn)的35mmDIN導(dǎo)軌上，生產(chǎn)現(xiàn)場還裝有對射型光電傳感器CX-411、磁性開關(guān)D-C73、電感傳感器BLJ-18A4-8-z/b1z、電容傳感器E2K-X8ME1、光纖傳感器FX-311B、接近開關(guān)TL-Q5MC1-Z等，用于檢測玩具的位置、顏色、飾物材質(zhì)、包裝狀態(tài)等數(shù)據(jù)。近日該生產(chǎn)線的PLC發(fā)生故障，小張?jiān)诟鼡QPLC時(shí)，發(fā)現(xiàn)拆卸時(shí)所做的導(dǎo)線連接位置標(biāo)識脫落。請你幫助小張更換PLC，繪制PLC的傳感器輸入接線圖，并連接好該部分控制線路。6本任務(wù)包括更換PLC、繪制PLC的傳感器輸入接線圖和按圖接線。1.更換PLC。因PLC垂直安裝在標(biāo)準(zhǔn)DIN導(dǎo)軌上，故按照導(dǎo)軌拆卸和安裝流程來實(shí)施。注意，必須在PLC控制系統(tǒng)斷電的情況下更換PLC。7任務(wù)分析2.繪制PLC接線圖。該生產(chǎn)線共用到6種傳感器，均為數(shù)字量輸出。其中，磁性開關(guān)D-C73為兩線式NPN型傳感器，對射型光電傳感器CX-411、電感傳感器BLJ-18A4-8-z/b1z、電容傳感器E2K-X8ME1、光纖傳感器FX-311B和接近開關(guān)TL-Q5MC1-Z均為三線式NPN型傳感器，因此，PLC應(yīng)采用NPN型接法，即電源正極與PLC的公共端相連，低電平有效，電流從CPU模塊流出，流向傳感器。3.按圖接線。按照PLC的傳感器輸入接線圖進(jìn)行接線，接線應(yīng)規(guī)范，無接地和短路故障。8一、S7-1200PLC的組成S7-1200PLC的硬件組成如圖所示，通信模塊安裝在CPU模塊的左側(cè)，信號模塊安裝在CPU模塊的右側(cè)。S7-1200PLC的硬件組成具有高度的靈活性，用戶可以根據(jù)自身需求確定PLC的結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)擴(kuò)展十分方便。相關(guān)知識910S7-1200PLC的硬件組成111.CPU模塊CPU模塊（見下圖）是S7-1200PLC控制系統(tǒng)的核心，它將微處理器、集成電源、數(shù)字量I/O電路、模擬量I/O電路、PROFINET接口、高速運(yùn)動(dòng)控制功能組合到一個(gè)設(shè)計(jì)緊湊的外殼中，形成了一個(gè)功能強(qiáng)大的整體式小型PLC。微處理器相當(dāng)于人的大腦，它不斷地采集輸入信號，執(zhí)行用戶程序，刷新系統(tǒng)的輸出。S7-1200CPU模塊（1）CPU模塊的型號和技術(shù)規(guī)范S7-1200CPU模塊分為標(biāo)準(zhǔn)型和故障安全型，其中標(biāo)準(zhǔn)型CPU模塊有CPU1211C、CPU1212C、CPU1214C、CPU1215C和CPU1217C五種型號，故障安全型CPU模塊有CPU1212FC、CPU1214FC、CPU1215FC三種型號。12S7-1200CPU模塊的型號格式為：CPU121□☆C

/△△/◎◎其中，□表示S7-1200系列中的具體型號；☆表示是否為故障安全型，有F則為故障安全型，故障安全型CPU模塊不僅具有標(biāo)準(zhǔn)型CPU模塊的所有特點(diǎn)，還集成了安全功能，用于有功能安全要求的應(yīng)用場合；

表示CPU模塊的供電電源類型，AC為交流電源，DC為直流電源；△△表示輸入接口的電源類型，DC為直流電源輸入；◎◎表示輸出接口的類型，DC為晶體管輸出，Rly為繼電器輸出。CPU1211C、CPU1212C、CPU1214C和CPU1215C有DC/DC/DC、DC/DC/Rly、AC/DC/Rly三種類型，CPU1212FC、CPU1214FC和CPU1215FC有DC/DC/DC、DC/DC/Rly兩種類型，CPU1217C只有DC/DC/DC一種類型。13S7-1200CPU模塊的接口技術(shù)數(shù)據(jù)見下表，S7-1200CPU模塊的技術(shù)規(guī)范見下表。14S7-1200CPU模塊的接口技術(shù)數(shù)據(jù)15S7-1200CPU模塊的技術(shù)規(guī)范16S7-1200CPU模塊的技術(shù)規(guī)范17（2）CPU模塊的外形結(jié)構(gòu)如圖所示，S7-1200CPU模塊的外形結(jié)構(gòu)包括電源接口、存儲卡插槽、用戶接線連接器、板載I/O的狀態(tài)LED、PROFINET連接器與通信狀態(tài)LED和CPU運(yùn)行狀態(tài)LED。S7-1200CPU模塊的外形結(jié)構(gòu)1—電源接口2—存儲卡插槽3—用戶接線連接器4—板載I/O的狀態(tài)LED5—PROFINET連接器與通信狀態(tài)LED

6—CPU運(yùn)行狀態(tài)LED181）電源接口。電源接口用于向CPU模塊供電，有交流和直流兩種供電方式。2）存儲卡插槽。存儲卡插槽位于上部保護(hù)蓋的下方，用于安裝SIMATIC存儲卡。3）用戶接線連接器。用戶接線連接器位于保護(hù)蓋的下方。4）板載I/O的狀態(tài)LED。板載I/O的狀態(tài)LED為綠色，用于指示輸入和輸出的邏輯狀態(tài)。5）PROFINET連接器與通信狀態(tài)LED。集成的PROFINET以太網(wǎng)接口位于CPU模塊的底部，用于與編程計(jì)算機(jī)和人機(jī)界面（humanmachineinterface，HMI）的通信，以及PLC之間的通信。196）CPU運(yùn)行狀態(tài)LED。CPU模塊包含RUN/STOP（運(yùn)行/停止）、ERROR（錯(cuò)誤）和MAINT（維護(hù)）三個(gè)CPU運(yùn)行狀態(tài)LED，用于指示CPU的工作狀態(tài)。S7-1200CPU處于不同工作狀態(tài)時(shí)CPU運(yùn)行狀態(tài)LED的亮滅情況見下表。S7-1200CPU處于不同工作狀態(tài)時(shí)CPU運(yùn)行狀態(tài)LED的亮滅情況202.信號板和信號模塊數(shù)字量輸入模塊和數(shù)字量輸出模塊分別簡稱為DI模塊和DQ模塊，模擬量輸入模塊和模擬量輸出模塊分別簡稱為AI模塊和AQ模塊，它們統(tǒng)稱為信號模塊。

信號模塊是聯(lián)系外部現(xiàn)場設(shè)備和CPU的橋梁。輸入模塊用來接收和采集輸入信號，數(shù)字量輸入模塊用來接收來自按鈕、選擇開關(guān)、數(shù)字撥碼開關(guān)、限位開關(guān)、接近開關(guān)、光電開關(guān)、壓力繼電器等的數(shù)字量輸入信號，模擬量輸入模塊用來接收電位器、測速發(fā)電機(jī)和各種變送器提供的連續(xù)變化的電流、電壓信號，或直接接收熱電阻、熱電偶提供的溫度信號。數(shù)字量輸出模塊用來控制接觸器、電磁閥、電磁鐵、指示燈、數(shù)字顯示裝置、報(bào)警裝置等輸出設(shè)備，模擬量輸出模塊用來控制電動(dòng)調(diào)節(jié)閥、變頻器等執(zhí)行器。21（1）信號板信號板可用于只需要少量附加I/O點(diǎn)數(shù)且不增加硬件的安裝空間的情況。安裝時(shí)，首先取下端子蓋板，然后將信號板直接插入S7-1200CPU正面的槽內(nèi)，如圖所示。安裝S7-1200信號板22（2）信號模塊與信號板相比，信號模塊可以為CPU系統(tǒng)擴(kuò)展更多的I/O點(diǎn)數(shù)。S7-1200信號模塊如圖所示，其型號及規(guī)格見下表。S7-1200信號模塊23S7-1200信號模塊的型號及規(guī)格24S7-1200信號模塊的型號及規(guī)格253.通信模塊和通信處理器與通信相關(guān)的模塊包括通信模塊和通信處理器，如圖所示，用于增加CPU的通信接口。4.編程軟件TIA博途是西門子全集成自動(dòng)化軟件平臺。通信模塊和通信處理器a）通信模塊b）通信處理器26二、S7-1200PLC的安裝1.安裝準(zhǔn)則（1）S7-1200PLC可以水平或垂直安裝在面板或標(biāo)準(zhǔn)DIN導(dǎo)軌上?？墒褂肈IN導(dǎo)軌卡夾將PLC固定到DIN導(dǎo)軌上。這些卡夾還能掰到一個(gè)伸出位置以提供PLC面板安裝時(shí)所用螺釘?shù)陌惭b位置，如圖所示。當(dāng)采用垂直安裝方式時(shí)，其允許的最高環(huán)境溫度要比水平安裝方式低10℃，此時(shí)要確保CPU模塊被安裝在最下方。如果要安裝在垂直的DIN導(dǎo)軌上，應(yīng)該使用DIN導(dǎo)軌固定端子。27在DIN導(dǎo)軌或面板上安裝CPU模塊a）DIN導(dǎo)軌安裝b）面板安裝28（2）S7-1200PLC為開放式設(shè)備，必須將其安裝在外殼、控制柜或電控室內(nèi)。只有獲得授權(quán)的人員才能打開外殼、控制柜或進(jìn)入電控室。（3）S7-1200PLC應(yīng)安裝在干燥的環(huán)境中。（4）安裝S7-1200PLC時(shí)，應(yīng)按照適用的電氣和建筑規(guī)范，為其提供合格的機(jī)械強(qiáng)度和可燃性保護(hù)以及穩(wěn)定性防護(hù)。（5）在可能存在導(dǎo)電性污染的區(qū)域安裝S7-1200PLC時(shí)，必須采用具有適當(dāng)防護(hù)等級的外殼對其實(shí)施保護(hù)。29（6）必須將S7-1200PLC與高壓和高電噪聲設(shè)備隔離開。在面板上配置PLC的布局時(shí)，必須考慮發(fā)熱設(shè)備并將PLC布置在控制柜中溫度較低的區(qū)域。另外，還要考慮面板中設(shè)備的布線，避免將低壓信號線和通信電纜與交流動(dòng)力線和高能量快速開關(guān)的直流線布置在同一個(gè)走線槽中。（7）S7-1200PLC采用自然對流冷卻方式，因此要確保其安裝位置的上、下部分與鄰近設(shè)備之間的距離至少為25mm，S7-1200PLC模塊前端與機(jī)柜內(nèi)壁間的距離至少為25mm。規(guī)劃S7-1200PLC系統(tǒng)的布局時(shí)，應(yīng)留出足夠的空隙以方便接線和通信電纜連接。302.功率預(yù)算所有S7-1200CPU模塊都有一個(gè)內(nèi)部電源，用于為CPU、擴(kuò)展模塊（包括信號模塊、通信模塊、信號板、通信板和電池板）以及DC24V傳感器供電。CPU模塊為信號模塊、信號板、通信模塊提供DC5V電源，不同的CPU模塊能夠提供的電源功率是不同的。在硬件選型時(shí)，用戶需要計(jì)算所有擴(kuò)展模塊的功率總和，檢查此數(shù)值是否在CPU模塊提供的功率之內(nèi)，如果超出，則必須更換容量更大的CPU模塊或減少擴(kuò)展模塊的數(shù)量。313.安裝尺寸S7-1200PLC的安裝尺寸示意圖如圖所示，硬件的安裝尺寸見下表。S7-1200PLC的安裝尺寸示意圖32CPU模塊的安裝尺寸33

信號模塊的安裝尺寸34通信模塊的安裝尺寸35S7-1200PLC的安裝方式、方向和間距如圖所示。S7-1200PLC的安裝方式、方向和間距a）側(cè)視圖b）水平安裝c）垂直安裝36三、S7-1200CPU模塊的接線1.CPU1214CAC/DC/Rly模塊的接線CPU1214CAC/DC/Rly模塊的接線如圖所示。CPU1214CAC/DC/Rly模塊的接線圖372.CPU1214CDC/DC/Rly模塊的接線CPU1214CDC/DC/Rly模塊的接線如圖所示。CPU1214CDC/DC/Rly模塊的接線圖383.CPU1214CDC/DC/DC模塊的接線CPU1214CDC/DC/DC模塊的接線如圖所示。CPU1214CDC/DC/DC模塊的接線圖39四、傳感器的組成、技術(shù)指標(biāo)和接線方式1.傳感器的組成傳感器一般由敏感元件、傳感元件和測量轉(zhuǎn)換電路組成，如圖所示。敏感元件直接與被測量接觸，將被測量轉(zhuǎn)換成與其有確定關(guān)系、更易于轉(zhuǎn)換的非電量；傳感元件再將這一非電量轉(zhuǎn)換成電量。由于傳感元件輸出的信號幅度很小，而且混雜有干擾信號，為了方便后續(xù)設(shè)備的處理，要由測量轉(zhuǎn)換電路將信號整理成具有最佳特性的波形，最好能夠線性化，并放大成易于測量、處理的電信號，如電壓、電流、頻率等。傳感器的組成402.傳感器的技術(shù)指標(biāo)磁性開關(guān)D-C73、光電傳感器CX-411、電感傳感器BLJ-18A4-8-z/b1z、電容傳感器E2K-X8ME1、光纖傳感器FX-311B、接近開關(guān)TL-Q5MC1-Z等傳感器的技術(shù)指標(biāo)見下表。

磁性開關(guān)D-C73的技術(shù)指標(biāo)41光電傳感器CX-411的技術(shù)指標(biāo)42電感傳感器BLJ-18A4-8-z/b1z的技術(shù)指標(biāo)

電容傳感器E2K-X8ME1的技術(shù)指標(biāo)43光纖傳感器FX-311B的技術(shù)指標(biāo)44接近開關(guān)TL-Q5MC1-Z的技術(shù)指標(biāo)453.傳感器的接線方式磁性開關(guān)D-C73、光電傳感器CX-411、電感傳感器BLJ-18A4-8-z/b1z、電容傳感器E2K-X8ME1、光纖傳感器FX-311B、接近開關(guān)TL-Q5MC1-Z的接線方式如圖所示。

磁性開關(guān)D-C73的接線圖46光電傳感器CX-411的接線圖47電感傳感器BLJ-18A4-8-z/b1z的接線圖48電容傳感器E2K-X8ME1的接線圖49光纖傳感器FX-311B的接線圖50接近開關(guān)TL-Q5MC1-Z的接線圖任務(wù)2TIAPortal工程軟件平臺的安裝51學(xué)習(xí)目標(biāo)1.了解TIAPortalV16軟件的功能和安裝條件。2.了解TIAPortalV16軟件的安裝注意事項(xiàng)。3.掌握TIAPortalV16軟件的安裝方法。4.了解TIAPortalV16軟件的卸載與修復(fù)方法。5.能正確完成TIAPortalV16軟件的安裝。52任務(wù)引入TIAPortal是德國西門子公司發(fā)布的一款工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域的工程軟件平臺，它提供了一個(gè)集成化的環(huán)境，可以集中管理各種自動(dòng)化工程任務(wù)，包括PLC編程、HMI設(shè)計(jì)、傳感器和執(zhí)行器配置、網(wǎng)絡(luò)設(shè)置等。利用該工程軟件平臺，可快速、直觀地開發(fā)和調(diào)試自動(dòng)化系統(tǒng)。TIAPortal是數(shù)字化企業(yè)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的理想途徑。本任務(wù)的重點(diǎn)是安裝TIAPortalV16工程軟件平臺。53安裝TIAPortalV16軟件，應(yīng)做好以下工作：1.按照TIAPortalV16軟件推薦的計(jì)算機(jī)硬件配置和操作系統(tǒng)要求，做好安裝準(zhǔn)備工作。2.了解TIAPortalV16軟件的安裝注意事項(xiàng)和常見問題，以便應(yīng)對安裝過程中出現(xiàn)的問題。3.按照安裝步驟和方法，安裝TIAPortalV16軟件。54任務(wù)分析一、TIAPortalV16軟件的功能TIAPortal是軟件開發(fā)領(lǐng)域的一個(gè)里程碑，它將所有自動(dòng)化任務(wù)整合在一個(gè)工程設(shè)計(jì)環(huán)境中。TIAPortalV16軟件包括SIMATICSTEP7、SIMATICWinCC、SIMATICWinCCUnified、SINAMICSStartdrive、SIMOTIONSCOUTTIA和SIRIUSSIMOCODEES六個(gè)部分。相關(guān)知識55561.SIMATICSTEP7SIMATICSTEP7軟件用于組態(tài)SIMATIC控制器系列S7-1200、S7-1500、S7-300/400和各種軟件控制器（WinAC）。STEP7包括STEP7Basic（STEP7基本版）和STEP7Professional（STEP7專業(yè)版）兩個(gè)版本，STEP7Basic用于組態(tài)S7-1200，STEP7Profes-sional用于組態(tài)S7-1200、S7-1500、S7-300、S7-400和WinAC。2.SIMATICWinCCSIMATICWinCC用于組態(tài)可視化監(jiān)控系統(tǒng)，支持觸摸屏和PC工作站。573.SIMATICWinCCUnifiedSIMATICWinCCUnified是面向各種平臺提供可視化功能的新型可視化系統(tǒng)。WinCCUnified項(xiàng)目在TIAPortal中統(tǒng)一組態(tài)。4.SINAMICSStartdriveSINAMICSStartdrive調(diào)試軟件用于將SINAMICS驅(qū)動(dòng)集成到自動(dòng)化系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)所有SINAMICS驅(qū)動(dòng)設(shè)備的系統(tǒng)組態(tài)、參數(shù)設(shè)置、調(diào)試和診斷。585.SIMOTIONSCOUTTIASIMOTIONSCOUTTIA工程組態(tài)軟件用于對運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)SIMOTIOND（基于驅(qū)動(dòng)器）、SIMOTIONC（基于PLC）、SIMOTIONP（基于PC）進(jìn)行編程、參數(shù)分配、組態(tài)、測試和調(diào)試。6.SIRIUSSIMOCODEESSIRIUSSIMOCODEES是一款核心軟件，用于對SIMOCODEpro電機(jī)管理和控制裝置進(jìn)行組態(tài)、調(diào)試、操作和診斷。它支持PROFINET、Modbus-TCP和EtherNet/IP等通信協(xié)議。59二、TIAPortalV16軟件的安裝條件1.硬件要求TIAPortalV16軟件對計(jì)算機(jī)的硬件要求較高。用于安裝TIAPortalV16的計(jì)算機(jī)硬件配置推薦見下表。用于安裝TIAPortalV16的計(jì)算機(jī)硬件配置602.軟件要求TIAPortal軟件對計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)要求較高，不支持32位的操作系統(tǒng)。適于安裝TIAPortalV16的操作系統(tǒng)見下表。適于安裝TIAPortalV16的操作系統(tǒng)61適于安裝TIAPortalV16的操作系統(tǒng)62三、TIAPortalV16軟件的安裝注意事項(xiàng)1.同時(shí)安裝TIAPortalV16和其他版本的TIAPortal可以和TIAPortalV16同時(shí)安裝的其他版本的TIAPortal軟件包括TIAPortalV13SP2到V18，TIAPortalV5.6SP1、V5.6SP2，TIAPortalProfessional2017SR1、2017SR2和TIAPortalMicro/WinV4.0SP9。注意：僅TIAPortalV13SP1以后的項(xiàng)目才能升級到TIAPortalV16。632.與SIMATICHMI產(chǎn)品的兼容性可以和TIAPortalV16同時(shí)安裝的SIMATICHMI產(chǎn)品為WinCCflexible2008注意的是，WinCCflexible和WinCC（TIA博途）可以同時(shí)安裝在同一臺計(jì)算機(jī)上。WinCC和WinCCTIAProfessional不能同時(shí)安裝在同一臺計(jì)算機(jī)上。在STEP7V16中使用

“項(xiàng)目>項(xiàng)目移植…”

功能，可將WinCCV7.5以上版本的項(xiàng)目移植到WinCCV16。3.與STEP7項(xiàng)目的兼容性在STEP7V16中使用“項(xiàng)目>項(xiàng)目移植…”

功能，可以將STEP7V5.4SP5以上版本軟件創(chuàng)建的項(xiàng)目移植到STEP7V16。64四、TIAPortalV16軟件的安裝1.安裝TIAPortalV16（1）初始化。打開如圖所示的TIA_Portal_STEP7_Prof_Safety_WINCC_Adv_Unified_V16文件夾，選擇以管理員身份運(yùn)行如圖所示的Start文件，初始化界面如圖所示。安裝軟件存放目錄65可執(zhí)行安裝文件66初始化界面67（2）選擇安裝語言。選中下圖中的

“

安裝語言：中文（H）”

單選按鈕，單擊“下一步（N）”按鈕，彈出需要安裝的組件界面。選擇安裝語言68（3）選擇需要安裝的組件。本例選擇下圖所示的組件，并根據(jù)需要修改安裝路徑。選擇安裝組件69（4）選擇許可條款。如圖所示，勾選相應(yīng)復(fù)選框，同意許可條款，單擊“

下一步（N）”

按鈕。

選擇許可條款70（5）安裝。單擊下圖中的

“安裝（I）”

按鈕，彈出安裝過程界面，如圖所示。安裝完成后，單擊“否，稍后重啟計(jì)算機(jī)（N）”

→

“關(guān)閉（C）”按鈕。

單擊“安裝（I）”按鈕安裝過程界面712.安裝仿