第7章 S7-300和S7-400 PLC系統(tǒng)配置與編程

,單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二層,第三層,第四層,第五層,*,*,*,電氣控制與,PLC,應(yīng)用,（第,七,章）,主 編：陳建明,副主編：巫付專 朱曉東 熊軍華,第7章,S7-300,和,S7-400 PLC,系統(tǒng)配置與編程,熟悉,S7-300/400,系統(tǒng)的結(jié)構(gòu),了解,S7-300,與,S7-400 PLC,的各種模塊的功能和特點,掌握,STEP 7,編程軟件的基本知識和使用方法,學(xué)習(xí)目標(biāo)：,教學(xué)內(nèi)容：,7.1,S7-300 PLC,和,S7-400 PLC,的系統(tǒng)配置,7.2,S7-300,和,S7-400,的指令系統(tǒng),7.3,S7-300,和,S7-400,應(yīng)用系統(tǒng)的編程,第7章,S7-300,和,S7-400 PLC,系統(tǒng)配置與編程,7.1,S7-300 PLC,和,S7-400 PLC,的系統(tǒng)配置,返回,S7-300 PLC，,它的組成部件主要有以下幾個部分：,7.1.1,S7-300 PLC,的基本組成,中央處理單元（,CPU）；,負載電源模塊（,PS）；,信號模塊（,SM）；,功能模塊（,FM）；,通信處理器（,CP）；,接口模塊（,IM）；,導(dǎo)軌（,RACK）,及其它外部設(shè)備。,7.1.2 特點,S7-300 PLC,的結(jié)構(gòu)及功能,S7-300 PLC,的結(jié)構(gòu)及總線連接器,如下圖所示：,返回,7.1.2 特點,S7-300 PLC,的結(jié)構(gòu)及功能,S7-300 PLC,具有以下特點：,循環(huán)周期短，處理速度高；,指令集功能強大，可用于復(fù)雜功能；,人機界面（,HMI）,被集成在,S7-300,操作系統(tǒng)內(nèi)，因此人機對話的編程要求大大減少；,CPU,的智能化診斷系統(tǒng)連續(xù)不斷的監(jiān)控系統(tǒng)的運行；,系統(tǒng)允許設(shè)置多種級別的保護口令，可有效防止用戶程序在未經(jīng)允許的情況下被復(fù)制或修改。,7.1.3,S7-300,的系統(tǒng)配置,S7-300 PLC,由各種模塊和導(dǎo)軌組成機架：,中央機架（,CR）；,中央機架必須安裝有,CPU,模塊，,S7-300 PLC,需要提供,DC 24 V,直流工作電源，可以選用電源模塊，也可以通過外部,DC 24 V,電源供電。,擴展機架（,ER）。,中央機架與擴展機架之間的連接，需要接口模塊的參與。接口模塊總是成對使用的，在中央機架和擴展機架上各需安裝一塊接口模塊。,返回,7.1.4,S7-300,的,CPU,模塊,存儲器：,裝載存儲器（,load memory,）；,工作存儲器,(,work memory)；,系統(tǒng)存儲器（,system memory,）；,存儲器卡,MMC（Micro Memory Card）。,返回,7.1.4,S7-300,的,CPU,模塊,S7-300,有多種不同型號的,CPU,模塊，這些,CPU,按性能等級劃分，幾乎涵蓋了各種應(yīng)用范圍。從目前的情況來看，大體有4個系列：,標(biāo)準型,CPU,系列,；,集成型,CPU,系列,；,緊湊型,CPU,系列,；,故障安全型,CPU,系列,。,7.1.5,S7-300,的數(shù)字量模塊,S7-300,的數(shù)字量模塊基本為三大類：,SM321,數(shù)字量輸入模塊；,SM322,數(shù)字量輸出模塊；,SM323,數(shù)字量輸入/輸出模塊,。,返回,7.1.6,S7-300,的模擬量模塊,S7-300,的模擬量輸入/輸出模塊包括：,SM 331,模擬量輸入（,AI）,系列；,SM 332,模擬量輸出（,AO）,系列；,SM 334,模擬量輸入/輸出（,AI/AO）,系列,。,返回,7.1.7,S7-300,的電源模塊,（,PS）,PS 307,電源模塊有2,A、5A 10A,三種規(guī)格，將輸入的單相交流電壓（120/230,V，50/60Hz）,轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷?4,V,提供給,S7-300 PLC,使用，同時也可作為負載電源，通過,I/O,模塊向使用24,VDC,的負載（如傳感器、執(zhí)行機構(gòu)等）供電。,PS 307,電源模塊的輸入與輸出之間有可靠的隔離。如果正常輸出額定電壓24,V，,面板上的綠色,LED,等點亮；如果輸出電路過載，,LED,燈閃爍，輸出電壓下降；如果輸出短路，則輸出電壓為零，,LED,燈滅，短路故障解除后自動恢復(fù)。,返回,7.1.8,S7-300,的,I/O,編址,數(shù)字量,I/O,地址的確定：,S7-300,的數(shù)字,I/O,地址由地址標(biāo)識符、地址的字節(jié)部分和位部分組成，地址標(biāo)識符,I,表示輸入，,Q,表示輸出，例如,I0.7,是一個輸入數(shù)字量的地址，表示,0,號字節(jié)的第,7,位。,S7-300,對各個,I/O,點的編址是依據(jù)其所屬模塊的安裝位置決定的，依據(jù)規(guī)定，各種信號模塊應(yīng)安裝在4號至11號槽位。因此，,CPU,從4號槽位開始為,I/O,模塊分配地址，每個槽位所占用的,I/O,地址是系統(tǒng)默認的，以字節(jié)為單位。,返回,7.1.8,S7-300,的,I/O,編址,模擬量,I/O,地址的確定：,S7-300,對各個機架上槽位的模擬,I/O,默認地址。在,SM,區(qū)（411號槽位）的每個槽位上，,CPU,為每個模擬量模塊分配了16個字節(jié)的地址，允許最多8路模擬,I/O，,每個模擬量,I/O,的地址都是用1個字來表示的。實際使用時是根據(jù)具體的模塊來確定實際的地址范圍的，例如0號機架的4號槽位，如果安裝的是兩通道模擬輸入,I/O，,則實際用到的地址是,IW256、IW258。,7.1.9,S7-400,系統(tǒng)簡介,S7-400,是具有中高性能的,PLC,，,采用模塊化無風(fēng)扇設(shè)計，擴展能力和通訊能力很強，適用于對高可靠性要求很高的大型復(fù)雜的控制系統(tǒng)。,S7-400,系統(tǒng)由以下組件組成：背板、電源模塊（,PS）、S7-400 CPU、,信號模塊（,SM）、,通訊處理器（,CP）、,功能模塊（,FM）,等。,S7-400,對模塊數(shù)量限制的上限遠遠大于,S7-300，,因而有極強的擴展能力。信號模塊的更換可以熱插拔，而不必暫停生產(chǎn)。,返回,7.2,S7-300,和,S7-400,的指令系統(tǒng),S7-300,和,S7-400 PLC,具有350多條指令，其中包括,STEP 5,指令和集成在,S7 CPU,中的系統(tǒng)功能和功能塊，這些系統(tǒng)中集成的標(biāo)準塊可以在,STEP 7,編程軟件中被用戶程序調(diào)用。以下主要介紹,S7-300,和,S7-400,指令系統(tǒng)的一些基本概念和,STEP 7,的基本指令。,返回,7.2.1,基本概念,編程語言。在標(biāo)準的,STEP 7,軟件包中配備的編程語言有三種：梯形圖語言（,LAD）、,語句表（,STL）、,功能塊圖（,FBD）。,數(shù)據(jù)類型。,S7-300/400 PLC,的,數(shù)據(jù)類型有三種：基本數(shù)據(jù)類型；復(fù)合數(shù)據(jù)類型；參數(shù)類型。,存儲器區(qū)域及功能。,S7-300/400 PLC,的,存儲器區(qū)域包括：輸入映像寄存器區(qū)（,I）；,輸出映像寄存器區(qū)（,Q）；,位存儲器（,M）；,外設(shè),I/O,區(qū)（,PI/PQ）；,定時器（,T）,存儲區(qū)；計數(shù)器（,C）,存儲區(qū)；數(shù)據(jù)塊（,DB）；,背景數(shù)據(jù)塊（,DI）；,本地數(shù)據(jù)（,L）。,返回,7.2.1,基本概念,尋址方式。操作數(shù)是指令操作或運算的對象，指令取得操作數(shù)的方式稱為尋址方式，,S7-300/400,有4種尋址方式：立即尋址、直接尋址、存儲器間接尋址、寄存器間接尋址。,狀態(tài)字寄存器如下圖所示：,7.2.2 基本指令,限于篇幅，本小節(jié)主要介紹位邏輯指令、定時器、計數(shù)器等基本指令：,位邏輯指令：用于二進制的邏輯計算，只有1和0兩種狀態(tài)，1相當(dāng)于編程元件線圈通電，0相當(dāng)于斷電。,定時器指令：,STEP 7,中的定時器指令可用線圈表示，也可用方框表示。共有5類：脈沖定時器（,SP）、,延時脈沖定時器（,SE）、,延時接通定時器（,SD）、,保持型延時接通定時器（,SS）、,延時斷開定時器（,SF）。,返回,7.2.2 基本指令,計數(shù)器指令：計數(shù)器指令分加計數(shù)器、減計數(shù)器、加減計數(shù)器三種，也可以用方框表示或者線圈表示。線圈分設(shè)定初值線圈、加計數(shù)器線圈、減計數(shù)器線圈。計數(shù)器的初值用,BCD,碼格式表示，計數(shù)范圍是0999。如,C#100,表示計數(shù)器初值為十進制的100。,其它指令：,S7-300/400,還有算術(shù)運算指令（整數(shù)運算、浮點運算）、比較指令、移位循環(huán)指令、數(shù)據(jù)塊指令等等。,7.3,S7-300,和,S7-400,應(yīng)用系統(tǒng)的編程,7.3.1,STEP 7,軟件包,STEP 7,軟件包可運行在,Windows 95/98/2000/NT,下，為適應(yīng)不同的應(yīng)用對象，可選擇不同的版本，其中的,STEP 7,標(biāo)準軟件包可用于對,SIMATIC S7-300/400、SIMATIC M7-300/400、SIMATIC C7,等系統(tǒng)的編程和開發(fā)。,返回,7.3.1,STEP 7,軟件包,STEP 7,標(biāo)準軟件包的組成如下圖所示：,返回,7.3.2 應(yīng)用系統(tǒng)的程序結(jié)構(gòu),結(jié)構(gòu)化的用戶程序如下圖所示：,返回,7.3.3 組織塊功能,組織塊,OBx,（x:1、10122），,是操作系統(tǒng)和用戶程序的接口，類似于微機匯編語言中的“中斷向量表”，每一個組織塊都對應(yīng)一個驅(qū)動事件，例如,OB30,對應(yīng)的是循環(huán)中斷，循環(huán)時間可在,STEP 7,中設(shè)定。當(dāng)驅(qū)動事件的條件滿足時，操作系統(tǒng)調(diào)用相應(yīng)的組織塊，執(zhí)行該組織塊中的用戶程序，執(zhí)行完畢返回，繼續(xù)執(zhí)行原程序。因此每一個組織塊都相當(dāng)于一個中斷處理程序的入口指針，用戶可以根據(jù)控制系統(tǒng)的要求，在相應(yīng)的組織塊中編寫自己的應(yīng)用程序，有些組織塊需要在,STEP 7,中進行相應(yīng)的參數(shù)設(shè)置，用以規(guī)定驅(qū)動事件需要滿足的具體條件和具體的響應(yīng)組織塊。,返回,7.3.4 循環(huán)程序的處理過程,PLC,用戶程序的處理過程均為循環(huán)處理過程，其具體過程可以描述為以下幾個步驟：,系統(tǒng)上電或由,STOP,模式轉(zhuǎn)到,RUN,模式時，,CPU,執(zhí)行啟動操作,；,啟動循環(huán)時間監(jiān)控,；,執(zhí)行組織塊,OB1，,掃描用戶程序,；,將過程輸出映像存儲區(qū)的內(nèi)容傳遞給輸出模塊，執(zhí)行輸出控制動作。完畢后轉(zhuǎn)第2步重新開始循環(huán)掃描。,返回,7.3.5 編程的基本方法和步驟,創(chuàng)建項目和硬件組態(tài)。激活,SIMATIG,管理器（,SIMATIG Manager），,在新建項目窗口輸入新項目名稱。,符號編輯。點擊,symbols,圖標(biāo)，進入符號編輯器，可以對全局變量命名，這樣做的目的是增加程序的可讀性。,用戶程序編程：主程序,OB1,的編程；編制功能,FC。,程序下載與調(diào)試。通過硬件接口（例如多點接口,MPI）,將計算機和,PLC,連接起來，就可以將程序下載給,CPU,進行在線調(diào)試。,返回,第七章習(xí)題與思考題,S7-300 PLC,最大可以擴展幾個機架？每個機架最多可以安裝幾個,I/O,模塊？,說明裝載存儲器、工作存儲器、系統(tǒng)存儲器以及微存儲器卡的作用。,什么是線性編程？什么是結(jié)構(gòu)化編程？,功能,SFC、,功能塊,FB、,系統(tǒng)功能塊,SFB,彼此之間的區(qū)別。,說明組織塊的作用。,返回,