第一章S7-300PLC硬件和安装

第一篇基础篇PLC(programmablelogicalcontroller)中文名称可编程控制器，今天PLC其应用已经十分的广泛，在工业领域已经是家喻户晓，PLC的厂家、型号和规格同样也层出不穷。对于有志于PLC应用的人员来说如何面对眼花缭乱的产品，是一个大的挑战。如何面对挑战呢，首先选择一个典型的应用广泛的PLC作为学习、研究的对象，本书选择西门子S7-300系列PLC作为对象。其次，了解和学习PLC的基础知识，最后，掌握综合应用PLC解决实际问题的技术和能力。如果遇到其它plc就可以举一反三了。本篇包括前三章，第一章S7-300PLC硬件和安装、第二章step7软件安装和使用、第三章STEP7编程。主要介绍了S7-300PLC的基础知识和基本操作规范和方法，包括硬件的安装和选型规范，包括setp7软件的安装和使用的基本方法，包括各种常用的指令的使用的方法。这部分内容是应用的基础，反映了S7-300PLC区别于其他不同类型PLC的主要特性。本篇更多的是一些知识性、规范性的内容，强调的是记忆、操作规范和方法。第一章S7-300PLC硬件和安装SIMATICS7-300是一种通用型的PLC，能适合自动化工程中的各种应用场合，尤其是在生产制造工程中的应用。模块化、无风扇结构、易于实现分布式的配置以及易于掌握等特点，使得S7-300在各种工业领域中实施各种控制任务时，成为一种既经济又切合实际的解决方案。本章详细介绍各模块结构和安装规范。1.1S7-300PLC硬件简介1.2S7-300PLC电气安装规范1.3实训一：安装一个典型的S7-300PLC硬件系统1.1S7-300PLC硬件简介S7-300（见图1-1）由多种模块部件组成，包括导轨（Rack）、电源模块（PS）、CPU模块、接口模块（IM）、输入输出模块（SM）。各种模块能以不同方式组合在一起，从而可使控制系统设计更加灵活，满足不同的应用需求。图1-1S7-300PLC的基本结构1.1.1电源模块电源模块是构成PLC控制系统的重要组成部分，针对不同系列的CPU，西门子有匹配的电源模块与之对应，用于对PLC内部电路和外部负载供电。1.PS30X系列电源模块有多种S7-300电源模块可为编程控制器供电，也可以向需要24V直流的传感器/执行器供电，比如PS305、PS307。PS305电源模块是直流供电，PS307是交流供电。本节以PS307电源模块为例作详细介绍。图1-2是PS307（2A）的模块示意图。PS307电源模块(2A)具有以下显著特性：（1）输出电流2A。（2）输出电压24VDC，防短路和开路保护。（3）连接单相交流系统(输入电压120/230VAC，50/60Hz)。（4）可靠的隔离特性，符合EN60950标准。（5）可用作负载电源。图1-2PS307电源模块电源模块在非正常工作状态下的反应，可参考表1-1。如果…则…24V直流指示灯输出电流过载I＞3.9A电压跌落，电压自动恢复闪烁3A＜I＜=3.9A（稳态）电压下降，缩短使用寿命输出短路输出电压0V；短路故障排除后，电压自动恢复暗在一次侧过电压可能彻底毁坏—在一次侧欠电压自动切断；欠电压排除后，电压自动恢复暗表1-1电源模块在非正常工作状态下的反应2.S7-300的电流消耗量和功率损耗一个实际的S7-300PLC系统，在确定所有的模块后，要选择合适的电源模块。所选定的电源模块的输出功率必须大于CPU模块、所有I/O模块、各种智能模块的总消耗功率之和，有时甚至还要考虑某些执行单元的功率，并且要留有30％左右的余量。在具体产品设计时，应该仔细研究各个模块的功率参数，最后确定电源模块的型号、规格。当同一电源模块既要为主机单元又要为扩展单元供电时，从主机单元到最远一个扩展单元的线路压降必须小于0.25V。1.1.2CPU模块CPU是PLC系统的运算控制核心。它根据系统程序的要求完成以下任务：接收并存储用户程序和数据，接收现场输入设备的状态和数据，诊断PLC内部电路工作状态和编程过程中的语法错误，完成用户程序规定的运算任务，更新有关标志位的状态和输出状态寄存器的内容，实现输出控制或数据通信等功能。S7-300CPU有20种不同型号，各种CPU按性能等级划分，可以涵盖各种应用范围。S7-300的各款CPU都有非常详尽的性能数据表（具体参数可查阅相关资料），其中最值得关注的CPU性能有以下五方面：I/O扩展能力指令执行速度工作内存容量通讯能力CPU上的集成功能1.操作员控制和显示单元图1-3所示为CPU31xC的控制和显示单元。图1-4所示为CPU31xC打开前面板后的集成数字和模拟I/O。（1）状态和故障显示CPU上安装有6个LED指示灯，显示运行状态和故障。表1-2列出了用于状态和故障显示的发光二极管的含义。图1-3CPU31xC的面板注：①：模拟量输入和模拟量输出；②：8个数字量输入；③8个数字量输出。图1-4CPU31xC的集成数字量I/O模块发光二极管LED含义说明SF(红色)系统错误／故障下列事件引起灯亮：●硬件故障●固件出错●编程出错●参数设置出错●算术运算出错●定时器出错●存储器卡故障(只在CPU313和314上)●电池故障或电源接通时无后备电池(只用于CPU313和314上)●输入／输出的故障或错误(只对外部I/O)用编程装置读出诊断缓冲器中的内容，以确定错误／故障的真正原因BATF(红色，只在CPU313和314上有)电池故障如果电池有下列情况，则灯亮：①失效；②未装入DC5V(绿色)用于CPU和S7-300的5VDC电源如果内部的5V直流电源正常，则灯亮FRCE(黄色)保留专用表1-2用于状态和故障显示LED的含义（2）CPU的运行模式CPU有四种操作模式：STOP（停机）、STARTUP（启动）、RUN（运行）和HOLD（保持）。在所有的模式中，都可以通过MPI接口与其他设备通信。①STOP模式：CPU模块通电后自动进入STOP模式，在该模式不执行用户程序，可以接收全局数据和检查系统。②STARTUP模式：可以用模式选择开关或编程软件启动CPU。如果模式选择开关在RUN或RUN-P位置，通电时自动进入启动模式。③RUN模式：执行用户程序，刷新输入和输出，处理中断和故障信息服务。④HOLD模式：在STARTUP和RUN模式执行程序时遇到调试用的断点，用户程序的执行被挂起（暂停），定时器被冻结。（3）操作模式选择开关可使用模式选择开关设置当前的CPU运行模式。开关有4个位置，其含义如表1-3所列。位置含义说明RUN-P（部分CPU）运行-编程模式CPU不仅执行用户程序，在运行时还可以通过编程软件读出和修改用户程序，以及改变运行方式RUN运行模式CPU执行用户程序，可以通过编程软件读出用户程序，但是不能修改用户程序STOP停止模式CPU不执行用户程序，通过编程软件可以读出和修改用户程序MRES存储器复位模式MERES位置不能保持，在这个位置松手时开关将自动返回STOP位置。将模式选择开关从STOP状态扳到MRES位置，可以复位存储器，使CPU回到初始状态。工作存储器、装载存储器中的用户程序和地址区被清除，全部存储器位、定时器、计数器和数据块均被删除，即复位为零，包括有保持功能的数据。系统参数、CPU和模块的参数被恢复为默认设置，MPI的参数被保留。如果有存储器卡，CPU在复位后将它里面的用户程序和系统参数复制到工作存储器区表1-3模式选择开关的位置含义（4）SIMATIC微存储卡（MMC）插槽FlashEPROM微存储卡用于在断电时保存用户程序和某些数据，它可以扩展CPU的存储器容量，也可以将有些CPU的操作系统包括在MMC中，这对于操作系统的升级是非常方便的。MMC用作装载存储器或便携式保存媒体，它的读写直接在CPU内进行，不需要专用的编程器。由于CPU31xC没有安装集成的装载存储器，在使用CPU时必须插入MMC。CPU与MMC是分开订货的。如图1-5。图1-5MMC卡如果在写访问过程中拆下SIMATIC微存储器卡，卡中的数据会被破坏。在这种情况下，必须将MMC插入CPU中并删除它，或在CPU中格式化存储卡。只有在断电状态或CPU处于“STOP”状态时，才能取下存储卡。2.存储器区域PLC的系统程序相当于个人计算机的操作系统，它使PLC具有基本的智能，能够完成PLC设计者规定的各种工作。系统程序由PLC生产厂家设计并固化在ROM中，用户不能读取。用户程序由用户设计，它使PLC能完成用户要求的特定功能。用户程序存储器的容量以字节为单位，不同的程序对应不同的存储区域。CPU存储器可以分为三个区域，如图1-6。CPU装载存储器(保存在MMC中)工作存储器系统存储区工作存储器系统存储区装载存储器(保存在MMC中)CPU图1-6CPU的存储区（1）装载存储器装载存储器位于SIMATIC微型存储卡（MMC）中。装载存储器的容量与MMC的容量一致。用于保存程序指令块和数据块以及系统数据，也可以将项目的整个组态数据保存在MMC中。（2）工作存储器（RAM）RAM集成在CPU中，不能被扩展。它可用于运行程序指令，并处理用户程序数据。程序只能在RAM和系统存储器中运行。CPU的RAM都具有保持功能。（3）系统存储区RAM系统存储区集成在CPU中，不能被扩展。它包括：①标志位、定时器和计数器的地址区②I/O的过程映像③局域数据3.介绍几种典型CPU模块（1）CPU313：CPU313是标准型CPU。具有更大的程序存储器、低成本的解决方案，适用于对速度要求较高、程序较大的小型应用领域。CPU313内置12KB的RAM，其装载存储器为内置20KB的RAM，可用存储卡扩充装载存储器，最大容量为4MB，指令执行速度为600ns/二进制指令。扩展模块只能装在一个导轨上，最大扩展128点数字量和32路模拟量。CPU313采用的是软件时钟，它给用户提供一个工作时间计时器。该计时器可用来计量CPU或所连接设备的工作时间长度。（2）CPU313C：CPU313C是紧凑型CPU，带集成的数字量和模拟量的输入和输出。无内置装载存储器，操作时必须用MMC卡扩充装载存储器。适用于具有较高要求的系统中。（3）CPU313C-2DP：紧凑型CPU，带集成的数字量输入和输出，以及PROFIBUSDP主站/从站接口。操作时也必须用MMC卡扩充装载存储器。（4）CPU315/CPU315-2DP：CPU315是具有中到大容量程序存储器和大规模I/O配置的CPU。CPU315-2DP是具有中到大容量程序存储器和PROFIBUS-DP主/从接口的CPU，它用于包括分布式及集中式I/O的任务中。CPU315/CPU315-2DP具有48KB/64KB，内置80/96KB的装载存储器(RAM)，可用存储卡扩充装载存储器，最大容量为512KB，指令执行速度为300ns/二进制指令，最大可扩展1024/2048点数字量或128/256个模拟量通道。其他特性与CPU314相同。CPU315-2DP是带现场总线(PROFIBUS)SINECL2-DP接口的CPU模块，其他特性与CPU315模块相同。1.1.3SM模块信号模块（SM）也叫输入/输出模块，是CPU模块与现场输入输出元件和设备连接的桥梁，用户可根据现场输入/输出设备选择各种用途的I/O模块。S7-300的输入/输出模块外部连线接在插入式的前连接器的端子上，前连接器插在前盖后面的凹槽内。不需断开前连接器上的外部连线，就可以迅速的更换模块。信号模块面板上的LED用来显示各数字量输入/输出点的信号状态，模块安装在DIN标准导轨上，通过总线连接器与相邻的模块连接。信号模块和接口模块的尺寸为40mm(宽)x125mm(高)x120mm.(深)。有少量模块的宽度为80mm。1.数字量模块S7-300有多种型号的数字量I/O模块供选择。本节主要介绍数字量输入模块SM321、