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三相电动机直接启动控制电路如图1-5所示。
图1-5 三相电动机直接启动控制电路
控制流程如下。
松开启动按钮SB2，由于连接在启动按钮SB2两端的KM动合辅助触头闭合自锁，因此控制回路仍保持接通，三相电动机M继续运转。
现在要求采用西门子S7-1200 PLC对控制电路进行改造，设计合理的电气接线图，并进行软件编程。
本书中的所有实例都采用西门子S7-1200 PLC的CPU 1214C DC/DC/DC模块进行接线和编程。CPU 1214C DC/DC/DC模块的电气接线图如图1-6所示。
图1-6 CPU 1214C DC/DC/DC模块的电气接线图
由图1-6可知，西门子S7-1200 PLC的CPU 1214C DC/DC/DC模块电气接线图有以下特点：
①外部传感器可以借用PLC的电源供电；
②PLC的输入电源和输出电源可以采用同一个直流电源，也可以采用不同的直流电源；
③24V直流电源输入既可以采用PNP输入，即正电压类型（平时为0V，导通时为24V），也可以采取NPN输入，即负电压类型（平时为24V，导通时为0V）。
根据以上特点，【实例1】的PLC控制电气接线图如图1-7所示。
图1-7【实例1】的PLC控制电气接线图
西门子S7-1200 PLC的编程软件是TIA Portal。其中，TIA是Totally Integrated Automation的缩略语，即全集成自动化；Portal是入口，即开始的地方。TIA Portal被称为博途，寓意全集成自动化的入口。
TIA Portal可帮助用户实施自动化的解决方案，步骤如下。
（1）创建新项目
对于【实例1】来说，首先要在如图1-8所示的起始视图中创建一个新项目，然后输入项目名称，如Motor1，并单击
图符输入存放路径，如图1-9所示。
图1-8 创建新项目
（2）“新手上路”界面
输入项目名称后，就会看到“新手上路”界面，如图1-10所示，包含创建完整项目需要的“组态设备”“创建PLC程序”“组态HMI画面”“打开项目视图”等提示，按照提示一步一步地完成即可，也可以直接打开项目视图。这里选择“打开项目视图”。
图1-9 输入存放路径
图1-10 “新手上路”界面
（3）切换到项目视图
切换到项目视图后，项目视图总览界面如图1-11所示，包括项目树、设备、硬件目录及信息窗口等。
（4）硬件配置初步——添加新设备
与西门子S7-200 PLC不同，西门子S7-1200 PLC提供了完整的硬件配置。在“项目树”界面中选择“添加新设备”，如图1-12所示，选择SIMATIC S7-1200，依次单击CPU的类型，最终选择【实例1】所选用的6ES7 214-1AG40-0XB0。
图1-11 项目视图总览界面
图1-12 “添加新设备”界面
单击“确定”按钮后，就会出现如图1-13所示的完整设备视图界面。
图1-13 完整设备视图界面
（5）定义设备属性，完成硬件配置
如果要完成硬件配置，则在选择CPU的类型后，还需要添加和定义其他扩展模块及网络等。由于【实例1】只用到CPU一个模块，因此不用添加其他的扩展模块。在设备视图中，单击CPU模块，就会出现CPU的属性窗口，如图1-14所示。
图1-14 CPU的属性窗口
因为CPU没有预组态的IP地址，所以必须为其手动分配IP地址，如图1-15所示，组态PROFINET接口的IP地址和其他参数。在PROFINET网络中，制造商会为每个设备都分配一个唯一的“介质访问控制”地址（MAC地址），每个设备也都必须只有一个IP地址。
西门子S7-1200 PLC的硬件配置灵活、自由，包括寻址的自由，可以自由选择I/O的起始地址，如图1-16所示中的地址范围0～1022。
图1-15 PROFINET接口属性
图1-16 自由寻址
（6）“项目树”界面
图1-17为“项目树”界面。对于在TIA编程环境下的西门子S7-1200 PLC和人机界面来说，“项目树”界面都是统一的。通过“项目树”界面，用户可以在组态自动化任务时快速访问相关设备、文件夹或特定的视图。
（7）定义变量
TIA Portal可将定义的变量存储在变量表中，所有的编辑器，如程序编辑器、设备编辑器、可视化编辑器及监视表格编辑器等均可访问变量表。
在“项目树”界面中，单击“PLC变量”就可以定义【实例1】所要用到的变量，具体使用三个变量，分别为“启动按钮”“停止按钮”“接触器”，如图1-18所示。
图1-17 “项目树”界面
图1-18 定义变量
（8）梯形图
TIA Portal提供了各种指令窗口，如图1-19所示，如收藏夹、基本指令及扩展指令等。按功能分组，基本指令可分为常规、位逻辑运算、定时器操作等。
如果用户要创建程序，则只需要将指令从收藏夹中拖到程序段即可。例如【实例1】，先要使用常开触点时，就从收藏夹中将常开触点直接拖到程序段1即可，如图1-20所示，程序段1出现
符号，表示该程序段处于语法错误状态。
TIA Portal的指令编辑具有可选择性。例如，单击功能框指令黄色三角以显示指令的下拉列表，如常开、常闭、P触点（上升沿）、N触点（下降沿），向下滚动列表，选择常开指令，如图1-21所示。
在选择了具体的指令后，必须输入具体的变量名，可以双击第一个常开指令上方的默认地址＜？？.？＞，输入固定地址变量“%I0.1”，出现如图1-22所示的“停止按钮”注释。
图1-19 指令窗口
图1-20 程序段编辑一
图1-21 显示指令的下拉列表
需要注意的是，TIA Portal默认的是IEC 61131-3标准，地址用特殊字母序列指示，字母序列的起始用%符号，跟随一个范围前缀和一个数据类型前缀表示数据长度，最后用数字序列表示存储器的位置。其中，范围前缀为I（输入）、Q（输出）、M（标志，内部存储器范围），长度前缀为X（单个位）、B（字节，8位）、W（字，16位）、D（双字，32位）。
图1-22 “停止按钮”注释
例如：
除了可以使用固定地址变量，还可以使用变量表中的变量，如图1-23所示。
图1-23 使用变量表中的变量
具体步骤如下：
①双击第一个常开指令上方的默认地址＜？？.？＞；
②单击地址右侧的选择器图标
，打开变量表；
③从下拉列表中为第一个常开指令选择“停止按钮”。
根据以上步骤输入第二个常开指令“%I0.0”，并根据梯形图的编辑规律，使用图符
打开分支，如图1-24所示，输入接触器指令“%Q0.0”，使用图符
关闭分支，如图1-25所示，使用图符
选择输出指令“%Q0.0”。
图1-24 程序段编辑二
图1-25 程序段编辑三
完成以上编辑后，就会发现程序段1的
符号不见了。
（9）编译与下载
在将PLC程序下载到CPU之前，必须先确保计算机的IP地址与PLC的IP地址匹配。如图1-26（a）所示，在计算机的“本地连接 属性”界面上，选择“Internet协议（TCP/IP）”，将协议地址从自动获得的IP地址变为设置的IP地址192.168.0.100，如图1-26（b）所示。
图1-26 属性的设置
在编辑阶段只是完成了基本语法的输入验证，如果需要完成程序的可行性，还必须执行“编译”命令。在一般情况下，用户可以直接选择“下载”命令，TIA Portal会自动先执行“编译”命令，当然也可以单独选择“编译”命令，如图1-27所示。在TIA Portal的“编辑”菜单中选择“编译”命令，或者使用“CTRL+B”快捷键，获得整个程序的编译信息。
在完成编译后，就可以下载硬件配置和梯形图了，下载时可以选择两个命令，即“下载到设备”或“扩展的下载到设备”，如图1-28所示。
这两种下载方式在第一次使用时都会出现如图1-29所示的“扩展的下载到设备”界面，不仅可以看到程序中的PLC地址及用于计算机连接的PG/PC接口情况（这对于多网卡用户来说非常重要），还可以看到目标子网中的所有设备。当用户选择了指定的设备后，单击
图符，就会看到实际设备的黄灯闪烁，让用户确定是否该设备需要进行硬件配置和程序下载。
图1-27 选择“编译”命令
图1-28 选择“下载到设备”命令
图1-29 “扩展的下载到设备”界面
（10）PLC在线与程序调试
在“在线”菜单上选择
后，在“项目树”界面上就会有黄色的
图符显示，其动画过程就是表示在线状态，如图1-30所示。这时可以从“项目树”界面上的各个选项后面了解情况，出现蓝色
和
图符表示正常，否则必须进行诊断或重新下载。
在【实例1】中，选择程序块的在线监控，如图1-31所示，选择
图符进入监控阶段，分别为：实线表示接通，虚线表示断开。由图1-31可知，停止按钮%I0.1的常开指令为接通状态，当启动按钮%I0.0被按下时，程序进入自保阶段，如图1-32所示。
PLC的变量也可以进行在线监控，选择
图符即可看到最新的监控值。
图1-30 项目树的在线状态
图1-31 程序块的在线监控一
图1-32 程序块的在线监控二
在“项目树”界面上选择“在线访问”，即可看到诊断状态、循环时间、存储器、分配IP地址等各种信息。
PLC或计算机的RJ45端口外观为8芯母插座，如图1-33（a）所示，以太网线为8芯公插头，如图1-33（b）所示。
图1-33 母插座和公插头
百兆以太网只用4根线来传输数据，另4根线是备份的。以太网线的定义见表1-1。传输的信号为数字信号。双绞线的最大传输距离为100m。
表1-1 以太网线的定义
以太网交换机是基于以太网传输数据的交换机，每个端口都直接与主机连接，并且一般都工作在全双工方式下。
（1）MAC地址
以太网交换机用于连接计算机或其他设备的插口被称为端口。计算机借助网卡通过以太网线连接到以太网交换机的端口上，每个端口都有一个MAC地址，由设备生产厂商固化在设备的EPROM中。MAC地址由IEEE负责分配，且都是全球唯一的。
MAC地址由六组数字组成。每组有两个十六进制数字。这些数字用连字符（-）或冒号（:）分隔，并按传输顺序排列，如01-23-45-67-89-AB或01:23:45:67:89:AB。
（2）IP地址
每个设备都必须有一个Internet协议（IP）地址。该地址使设备可以在复杂的路由网络中传输数据。每个IP地址分为四段，每段占8位，用点分十进制格式表示，如211.154.184.16。IP地址的第一部分表示网络ID（正位于什么网络中），第二部分表示主机ID（对于网络中的每个设备都是唯一的）。
（3）子网掩码
子网是已连接网络设备的逻辑分组。在局域网（LAN）中，子网中节点之间的物理位置相对接近。掩码（子网掩码或网络掩码）用于定义IP子网的边界。子网掩码255.255.255.0通常适用于小型本地网络。这就意味着，网络中所有IP地址的前3个8位位组应该是相同的，每个设备均由最后一个8位位组（8位域）标识。例如，小型本地网络为设备分配子网掩码255.255.255.0和IP地址192.168.2.0到192.168.2.255。