西门子S7-1200 PLC 综合教程

本教程将分为以下几个核心部分,建议您按照顺序循序渐进地学习：

1. 第一部分：入门基础 - 认识S7-1200
2. 第二部分：软件安装与项目创建
3. 第三部分：硬件组态与符号编程
4. 第四部分：核心编程语言 - LAD (梯形图)
5. 第五部分：指令系统详解
6. 第六部分：项目实践 - 经典案例
7. 第七部分：进阶功能与拓展
8. 第八部分：学习资源与建议

第一部分：入门基础 - 认识S7-1200

1 什么是PLC？

PLC（Programmable Logic Controller，可编程逻辑控制器）是一种专为工业环境设计的数字运算操作电子系统，它采用一种可编程的存储器，在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式或模拟式的输入/输出,控制各种类型的机械设备或生产过程。

2 为什么选择西门子S7-1200？

• 性能强大：集成了标准CPU、PROFINET网络接口、高速计数、脉冲输出、PID控制等功能。
• 紧凑设计：模块化结构，体积小巧,节省控制柜空间。
• 易于使用：使用TIA Portal（博途）软件进行统一编程，界面直观,上手快。
• 功能全面：支持多种编程语言（LAD, FBD, STL, SCL）,适用于复杂的控制任务。
• 性价比高：在中小型自动化项目中,提供了极高的性价比。

3 S7-1200 系统组成

一个典型的S7-1200系统包括：

• CPU：中央处理器，负责执行程序和处理数据，不同型号的CPU在性能、I/O点数、通信能力上有所不同（如CPU 1214C, 1215C, 1217C等）。
• 信号板：可选的小型I/O模块，直接插在CPU前面，用于扩展少量数字量或模拟量I/O。
• 数字量I/O模块：用于开关量信号的输入（如按钮、传感器）和输出（如继电器、指示灯）。
• 模拟量I/O模块：用于连续变化的物理量（如温度、压力、流量）的采集和控制。
• 通信模块：用于扩展通信接口，如RS485/232等。
• 导轨：用于安装所有模块。

第二部分：软件安装与项目创建

1 安装TIA Portal (博途)

TIA Portal是西门子全集成自动化平台的软件，是S7-1200的编程、配置和监控平台。

1. 下载：从西门子官网下载最新版的TIA Portal（例如V16或V17/V18），通常会分为两个版本：
   • PLCSIM Advanced：用于高级仿真（推荐）。
   • S7-PLCSIM：用于基础仿真。
2. 安装：按照向导进行安装。注意：安装时最好关闭杀毒软件,并使用管理员权限。
3. 授权：安装完成后，软件会自动识别并使用免费授权（通常限制在几个项目或一定点数内）,满足学习需求。

2 创建第一个项目

1. 打开TIA Portal，点击“创建新项目”。
2. 在弹出的窗口中，为你的项目命名（My_First_Project），选择项目存储路径，并选择使用的编程语言（通常选择“LAD/FBD/SCL”组合）。
3. 点击“创建”后,你将看到一个空的项目树。

第三部分：硬件组态与符号编程

1 硬件组态

硬件组态就是在软件中模拟你的物理PLC硬件配置。

1. 在项目树中，双击“设备配置”。
2. 在右侧的“硬件目录”中，找到你的CPU型号（6ES7 214-1AG40-0XB0），将其拖拽到视图中的“导轨”上。
3. 根据你的实际硬件，依次添加数字量输入/输出模块、模拟量模块等,并将它们拖拽到CPU的右侧。
4. 组态完成后，点击“编译”按钮，如果编译成功,说明你的硬件配置没有问题。

2 符号编程

使用符号（如“电机启动”代替“I0.0”）可以使程序更易读、更易维护。

1. 在项目树中，双击“符号”表。
2. 在表格中，你可以添加符号名称、绝对地址（如I0.0）、数据类型和注释。
   • 示例：
     • 符号名称：Start_Button
     • 地址：%I0.0
     • 数据类型：Bool
     • 注释：电机启动按钮
3. 在后续的编程中，你就可以直接使用Start_Button这个符号名，而不是地址I0.0。

第四部分：核心编程语言 - LAD (梯形图)

LAD是最接近继电器电路图的编程语言,非常适合初学者。

1 LAD基本元素

• 触点：代表输入条件。
  • 常开触点：，对应物理输入点为ON时,触点闭合。
  • 常闭触点：，对应物理输入点为OFF时,触点闭合。
• 线圈：代表输出结果。

  普通输出线圈。

• 方框：代表功能指令，如定时器、计数器、数学运算等。

2 程序组织块

程序是在“程序块”中编写的。

1. 在项目树中，右键点击“程序块” -> “添加新块” -> “组织块”。
2. 选择 OB1（主循环组织块）,这是PLC循环执行的程序主体。
3. 双击OB1打开编程视图。

3 编写第一个程序：启停控制

这是一个最经典的例子：用一个按钮启动电机,另一个按钮停止。

• 硬件：
  • I0.0：启动按钮（常开）
  • I0.1：停止按钮（常闭）
  • Q0.0：电机输出线圈
• LAD程序：

  // 网络1: 启停控制
  I0.0    |----| | (Start_Button)   Q0.0
  I0.1    |----|/| (Stop_Button)    (Motor)
  M0.0    |----| | (Motor_Memory)   // 使用内部位作为自锁
  Q0.0    |----| | (Motor)          |

  • 工作原理：
    1. 当按下启动按钮I0.0时，电流流过M0.0线圈和Q0.0线圈,电机启动。
    2. M0.0的常开触点闭合，形成“自锁”电路，即使松开启动按钮，电流也能通过M0.0的触点继续流过线圈,保持电机运行。
    3. 当按下停止按钮I0.1时，其常闭触点断开，整个回路被切断,电机停止运行。

第五部分：指令系统详解

1 定时器指令

S7-1200提供了多种定时器，最常用的是接通延时定时器。

• 指令方框：TON
• 参数：
  • IN：启动输入。
  • PT：预设时间（T#10S 表示10秒）。
  • ET：当前已用时间。
  • Q：定时器状态。
• 示例：按下按钮I0.0，10秒后点亮灯Q0.0。

  I0.0    |----(TON T1, PT:=T#10S)|
                                    Q0.0

2 计数器指令

• 加计数器：CTU
  • CU：加计数输入。
  • PV：预设计数值。
  • Q：计数器状态。
• 示例：每按下一次I0.0，计数器C1加1，当计数值达到5时，Q0.0输出。

  I0.0    |----(CTU C1, PV:=5)|
                                 Q0.0

3 比较指令

用于比较两个数据的大小。

• 指令：, >, <, >=, <=, <>
• 示例：如果模拟量输入IW64的值大于50.0，则输出Q0.0。

  "AI_Value"    |----| > 50.0 |----( ) Q0.0

4 移动指令

用于将一个数据复制到另一个地址。

• 指令：MOVE
• 示例：将常数100移动到MW10。

  100     |----(MOVE)----> MW10

第六部分：项目实践 - 经典案例

案例1：电机正反转控制

• 需求：实现电机的正转、反转和停止控制，并设置互锁,防止正转和反转同时接通。

• 硬件：

  • I0.0：正转启动按钮
  • I0.1：反转启动按钮
  • I0.2：停止按钮
  • Q0.0：正转接触器
  • Q0.1：反转接触器

• LAD程序：

  // 网络1: 正转控制
  I0.0    |----| | (Forward_Start)   Q0.0
  I0.2    |----|/| (Stop_Button)    (Forward_Contact)
  Q0.1    |----|/| (Reverse_Contact) // 反转互锁
  Q0.0    |----| | (Forward_Contact) // 自锁
  // 网络2: 反转控制
  I0.1    |----| | (Reverse_Start)   Q0.1
  I0.2    |----|/| (Stop_Button)    (Reverse_Contact)
  Q0.0    |----|/| (Forward_Contact) // 正转互锁
  Q0.1    |----| | (Reverse_Contact) // 自锁

案例2：水箱水位控制

• 需求：通过一个模拟液位传感器监控水箱水位，当水位低于20%时，启动水泵；当水位高于80%时,停止水泵。
• 硬件：
  • IW64：模拟量输入（来自液位传感器，0-27648对应0-100%）
  • Q0.0：水泵输出
• 程序逻辑：
  1. 将IW64的值转换为百分比（AI_Value）。
  2. 比较AI_Value与20和80。
  3. 当AI_Value < 20时，启动水泵Q0.0。
  4. 当AI_Value > 80时，停止水泵Q0.0。

第七部分：进阶功能与拓展

1 通信功能

• PROFINET：S7-1200自带的PROFINET接口是核心通信方式，可以用于：
  • HMI通信：与西门子精智系列触摸屏进行数据交换。
  • PLC-PLC通信：与其他S7-1200或S7-1500 PLC进行数据交换。
  • 与第三方设备通信：支持标准PROFINET协议的设备。
• MODBUS RTU/TCP：通过通信模块或CPU固件支持，可以方便地与变频器、仪表等第三方设备通信。

2 运动控制

S7-1200集成了运动控制功能，可以控制步进电机和伺服电机，实现定位、速度控制等。

3 PID控制

S7-1200内置了强大的PID控制功能块，可以轻松实现温度、压力、流量等闭环控制。

4 触摸屏组态

使用TIA Portal中的“WinCC Advanced”工具，可以创建与PLC通信的人机界面，实现数据显示、参数设置、手动操作等功能。

第八部分：学习资源与建议

1 官方资源

• 西门子官方支持网站：提供产品手册、技术支持、下载等。
• TIA Portal 帮助文档：软件内置的F1帮助是最好的老师,内容详尽。
• 西门子官方培训课程：线上或线下,系统化学习。

2 视频教程

• Bilibili (B站)：搜索“西门子S7-1200教程”，有大量国内优秀的免费视频教程,从入门到精通。
• YouTube：搜索 "Siemens S7-1200 Tutorial",有许多高质量的英文教程。

3 学习建议

1. 动手实践：理论学习后，一定要亲自动手编程、仿真、下载。“纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行”。
2. 从简单到复杂：不要一开始就挑战复杂项目，从单个电机控制、定时器、计数器开始,逐步组合。
3. 多看多问：遇到问题，先查阅手册，再尝试搜索，在相关的技术论坛（如“工控人家”、“中国工控网”）或社区提问。
4. 建立符号化编程习惯：从一开始就使用符号表,这会让你受益匪浅。
5. 善用仿真：在没有硬件的情况下，使用PLCSIM进行仿真,可以大大提高学习和测试效率。

祝您学习顺利，早日成为S7-1200编程高手！