西門子PLC高級應(yīng)用實例精解

前言

隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，以可編程序控制器、變頻器和計算機通信等技術(shù)為主體的新型電氣控制系統(tǒng)已經(jīng)逐漸取代傳統(tǒng)的繼電器電氣控制系統(tǒng)，并廣泛應(yīng)用于各行業(yè)。由于西門子PLC具有卓越的性能，因此在工控市場占有非常大的份額，應(yīng)用十分廣泛。但相當多的讀者反映：在學(xué)會了西門子PLC的入門知識之后，對于PLC的通信、PLC在過程控制中的應(yīng)用和PLC在運動控制中的應(yīng)用等“高級”技術(shù)還是無從下手，感覺很難。為此，我們在總結(jié)長期的教學(xué)經(jīng)驗和工程實踐的基礎(chǔ)上，聯(lián)合相關(guān)企業(yè)人員，共同編寫了本書，以期幫助廣大讀者更好地掌握相關(guān)知識。本書與其他相關(guān)書籍相比，具有以下特點。（1）用實例引導(dǎo)讀者學(xué)習(xí)。本書內(nèi)容全部用精選的實例進行講解。例如，用實例說明現(xiàn)場總線通信實現(xiàn)的全過程。（2）所有的實例都包含軟硬件的配置方案圖、接線圖和程序。為確保程序的正確性，書中程序均在PLC上運行通過。（3）對于比較復(fù)雜的實例，為便于讀者學(xué)習(xí)，在本書所附配套資源中配有錄像。如工業(yè)以太網(wǎng)通信的硬件組態(tài)較復(fù)雜，便配有組態(tài)過程的錄像和程序源代碼。（4）本書實例容易進行工程移植。全書共分六章。第1、3、4章由無錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院的向曉漢編寫；第2章由無錫小天鵝公司的李潤海和無錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院的向曉漢共同編寫；第5章由無錫雷華科技有限公司的陸彬編寫；第6章由無錫邦正自動化技術(shù)公司的晁廣安和無錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院的鄭貞平編寫。本書由向曉漢任主編，陸彬任副主編。陸金榮高級工程師任主審。在編寫過程中，無錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院機電教研室的教師對本書提出了許多寶貴的意見和建議，在此深表感謝！由于編者水平有限，缺點和錯誤在所難免，敬請讀者批評指正。

內(nèi)容概要

本書通過實例傘面講解兩門子S7－200/S7－1200/S7－300
PLC的高級應(yīng)用。內(nèi)容包括梯形圖的編程方法、PLC在過程控制中應(yīng)用、PLC在運動控制中的應(yīng)用、PLC的通信及其通信模塊的應(yīng)用、PLC在變頻器調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用、S7－200/S7－1200/S7－300
PLC的程序下載方法、PLC軟件仿真和
PLC故障診斷。書中實例都用工程實際的開發(fā)過程詳細介紹，便于讀者模仿學(xué)習(xí)。每個實例都有詳細的軟件、硬件配置清單，并配有接線圖和程序。
本書所附配套資源中有重點實例源程序和操作過程視頻文件。
 本書既可供PLC工程技術(shù)人員閱讀，也可供高校教師和學(xué)生參考。

書籍目錄

前言
第1章 梯形圖的編程方法 1
 1.1 功能圖 1
 1.1.1 功能圖的畫法 1
 1.1.2 梯形圖編程的原則 4
 1.2 邏輯控制的梯形圖編程方法 6
 1.2.1 經(jīng)驗設(shè)計法 7
 1.2.2 流程圖設(shè)計法 8
第2章 PLC在過程控制中的應(yīng)用 14
 2.1 PID控制簡介 14
 2.2 利用PID指令編寫電爐的溫度控制程序 16
 2.2.1 利用S7-200PLC進行電爐的溫度控制 16
 2.2.2 利用S7-300PLC進行電爐的溫度控制 25
 2.3 利用FM355S閉環(huán)控制模塊對電爐進行溫度控制 31
 2.4 利用PID指令編寫水箱的水位控制程序 40
第3章 PLC在運動控制中的應(yīng)用 44
 3.1 PLC在步進電動機控制中的應(yīng)用 44
 3.1.1 直接使用PLC的高速輸出點控制步進電動機 44
 3.1.2 使用定位模塊控制步進電動機 66
 3.2 PLC在伺服控制中的應(yīng)用 75
 3.2.1 直接使用PLC的高速輸出點控制伺服系統(tǒng) 75
 3.2.2 使用現(xiàn)場總線控制伺服系統(tǒng) 79
第4章 PLC的通信及其通信模塊的應(yīng)用 90
 4.1 通信基礎(chǔ)知識 90
 4.2 PPI通信 94
 4.2.1 PPI協(xié)議 94
 4.2.2 兩臺S7-200PLC之間的PPI通信 97
 4.2.3 多臺S7-200PLC之間的PPI通信 103
 4.3 自由口通信 108
 4.3.1 自由口通信簡介 108
 4.3.2 S7-200PLC之間的自由口通信 110
 4.3.3 智能設(shè)備與S7-200PLC之間的自由口通信
116
 4.4 PLC的PRIFOIBUS現(xiàn)場總線通信 119
 4.4.1 PRIFOIBUS現(xiàn)場總線概述 119
 4.4.2 S7-200PLC與S7-300PLC間的現(xiàn)場總線通信
125
 4.4.3 S7-300PLC與S7-300PLC間的現(xiàn)場總線通信
137
 4.4.4 多臺S7-300PLC間的現(xiàn)場總線通信 148
 4.4.5 S7-300PLC與智能模塊間的現(xiàn)場總線通信
162
 4.5 MPI通信 169
 4.5.1 MPI通信簡介 169
 4.5.2 S7-200PLC與S7-300PLC間的MPI通信
170
 4.5.3 S7-300PLC與S7-300PLC間的MPI通信
177
 4.5.4 S7-300/400PLC與S7-400PLC間的MPI通信
187
 4.6 工業(yè)以太網(wǎng)通信 191
 4.6.1 以太網(wǎng)通信簡介 191
 4.6.2 工業(yè)以太網(wǎng)通信簡介 192
 4.6.3 S7-200PLC間的以太網(wǎng)通信 193
 4.6.4 S7-200PLC與S7-300PLC間的以太網(wǎng)通信
206
 4.6.5 S7-300PLC間的以太網(wǎng)通信 214
 4.6.6 S7-1200PLC間的以太網(wǎng)通信 231
 4.6.7 S7-200PLC與S7-1200PLC間的以太網(wǎng)通信
238
 4.6.8 S7-300PLC與S7-1200PLC間的以太網(wǎng)通信
244
 4.7 Modbus通信 250
 4.7.1 Modbus基本知識 250
 4.7.2 S7-200PLC間的Modbus通信 251
 4.7.3 S7-200PLC與S7-1200PLC間的Modbus通信
256
第5章 PLC在變頻器調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用 261
 5.1 西門子M440變頻器使用簡介 261
 5.1.1 認識變頻器 261
 5.1.2 西門子M440變頻器使用簡介 263
 5.2 變頻器多段調(diào)速 267
 5.3 變頻器模擬量調(diào)速 271
 5.3.1 模擬量模塊簡介 271
 5.3.2 電流信號調(diào)速（利用S7-200PLC） 273
 5.3.3 電壓信號調(diào)速（利用S7-300PLC） 275
 5.4 變頻器的通信調(diào)速 278
 5.4.1 MM440變頻器通信的基本知識 278
 5.4.2 S7-200PLC與MM440變頻器的USS通信調(diào)速
281
 5.4.3 S7-300PLC與MM440變頻器的現(xiàn)場總線通信調(diào)速
285
 5.4.4
S7-300PLC通過PROFIBUS現(xiàn)場總線修改MM440變頻器的參數(shù) 291
 5.5 綜合應(yīng)用 296
第6章 西門子PLC的其他應(yīng)用技術(shù) 318
 6.1 程序的下載方法 318
 6.1.1 S7-200PLC的程序下載方法 318
 6.1.2 S7-300PLC的程序下載方法 335
 6.2 西門子PLC的故障診斷 343
 6.2.1 S7-300PLC使用狀態(tài)和用出錯LED進行診斷
343
 6.2.2 使用STEP7的軟件診斷功能進行硬件診斷 344
 6.2.3 外部故障的排除方法 355
 6.3 高速計數(shù)器的應(yīng)用 358
 6.3.1 高速計數(shù)器簡介 358
 6.3.2 高速計數(shù)器在轉(zhuǎn)速測量中的應(yīng)用 361
 6.4 仿真軟件的應(yīng)用 363
 6.4.1 S7-200PLC的仿真軟件的使用 364
 6.4.2 S7-300PLC的仿真軟件的使用 365
參考文獻 369

章節(jié)摘錄

插圖：4.閉環(huán)控制系統(tǒng)特點控制系統(tǒng)一般包括開環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)。開環(huán)控制系統(tǒng)（Open-loop Control System）是指被控對象的輸出（被控制量）對控制器（controller）的輸出沒有影響，在這種控制系統(tǒng)中，不依賴將被控制量反送回來以形成任何閉環(huán)回路。閉環(huán)控制系統(tǒng)（Closed-loop Control System）的特點是系統(tǒng)被控對象的輸出（被控制量）會反送回來影響控制器的輸出，形成一個或多個閉環(huán)。閉環(huán)控制系統(tǒng)有正反饋和負反饋，若反饋信號與系統(tǒng)給定值信號相反，則稱為負反饋（Negative Feedback）；若極性相同，則稱為正反饋。一般閉環(huán)控制系統(tǒng)均采用負反饋，又稱負反饋控制系統(tǒng)?？梢?，閉環(huán)控制系統(tǒng)性能遠優(yōu)于開環(huán)控制系統(tǒng)。5.PID控制器的參數(shù)整定PID控制器的參數(shù)整定是控制系統(tǒng)設(shè)計的核心內(nèi)容。它是根據(jù)被控過程的特性，確定PID控制器的比例系數(shù)、積分時間和微分時間的大小。PID控制器參數(shù)整定的方法很多，概括起來有如下兩大類：一是理論計算整定法。它主要依據(jù)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，經(jīng)過理論計算確定控制器參數(shù)。這種方法所得到的計算數(shù)據(jù)未必可以直接使用，還必須通過工程實際進行調(diào)整和修改。二是工程整定法。它主要依賴于工程經(jīng)驗，直接在控制系統(tǒng)的試驗中進行，且方法簡單、易于掌握，在工程實際中被廣泛采用。PID控制器參數(shù)的工程整定方法，主要有臨界比例法、反應(yīng)曲線法和衰減法。這三種方法各有其特點，其共同點都是通過試驗，然后按照工程經(jīng)驗公式對控制器參數(shù)進行整定。但無論采用哪一種方法所得到的控制器參數(shù)，都需要在實際運行中進行最后的調(diào)整與完善?，F(xiàn)在一般采用的是臨界比例法。利用該方法進行PID控制器參數(shù)的整定步驟如下：1）首先預(yù)選擇一個足夠短的采樣周期讓系統(tǒng)工作。2）僅加入比例控制環(huán)節(jié)，直到系統(tǒng)對輸入的階躍響應(yīng)出現(xiàn)臨界振蕩，記下這時的比例放大系數(shù)和臨界振蕩周期。3）在一定的控制度下通過公式計算得到PID控制器的參數(shù)。

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