第2章-可编程控制器概述

第2章S7-300可编程控制器的编程基础重点与难点：S7-300可编程序控制器（以下简称S7-300）的系统组成及内部资源、S7-300的编程软件STEP7、S7-300的组态。基本要求：1．掌握S7-300的组成；2．掌握S7-300的内部资源；3．熟悉S7-300的编程软件STEP7；4．理解S7-300的组态。本章内容：1．S7-300的系统组成结构；2．S7-300的编程软件STEP7；3．S7-300的组态。S7-300的编程软件2.2S7-300的组态2.3S7-300的系统组成及内部资源2.1本章小结2.42.1S7-300的系统组成及内部资源SIMATICS7系列PLC是德国西门子公司于1995年陆续推出的性能价格比较高的PLC系统。S7系列PLC是在S5系列基础上研制出来的，SIMATICS7系列包括：微型SIMATICS7-200系列，最小配置为8DI/6DO，可扩展2～7个模块，最大I/O点数为64DI/DO、12AI/4AO；中小型SIMATICS7-300系列（见图2-1），可扩展32个模块；中高档性能的SIMATICS7-400系列，可扩展300多个模块。S7-300是模块化小型PLC系统，能满足中等性能要求的应用。2.1.1硬件系统基本结构S7-300采用模块式结构，由机架和模块组成。S7-300主要组成部分有：导轨（RACK）、电源模板（PS）、中央处理单元（CPU）、信号模板（SM）、模板功能（FM），还可加上接口模板（IM）和通信处理器（CP），如图2-1和图2-2所示。图2-1S7-300的组成1—电源模块（可选）2—后备电池（CPU313以上）3—DC24V连接器4—模式开关5—状态和故障指示灯6—存储器卡（CPU313以上）7—MPI多点接口8—前连接器9—前门图2-2S7-300S7-300采用紧凑的、无槽位限制的模块化组合结构，根据应用对象的不同，可选用不同型号和不同数量的模块，并可以将这些模块安装在同一机架（导轨）或多个机架上。图2-3S7-300的结构S7-300的电源模块通过电源连接器或导线与CPU模块相连，为CPU模块提供DC24V电源。PS307电源模块还有一些端子可以为信号模块提供24V电源。S7-300用背板总线将除电源模块之外的各个模块连接起来。图2-4S7-300的扩展结构（CPU314以上）S7-300主要组件如表2-1所示。部件功能导轨导轨是S7-300的机架电源（PS）电源将电网电压（120/230V）变换为S7-300所需的24VDC工作电压中央处理单元（CPU）中央处理单元用来执行用户程序附件：存储器模块，后备电池接口模块（IM）接口模块是连接两个机架的总线信号模块（SM）（数字量/模拟量）信号模块把不同的过程信号与S7-300相匹配附件：总线连接器，前连接器功能模块（FM）功能模块完成定位、闭环控制等功能通信处理器（CP）通信处理器连接可编程控制器附件：电缆、软件、接口模块表2-1S7-300主要组件1．机架机架是用来安装和固定PLC的各类模块。S7-300的机架是特制的不锈钢或铝制异型板（称为导轨），它的长度有160mm、482mm、530mm、830mm、2000mm五种，可根据实际需要选择。S7-400的机架为各类模块提供支架和电源，并通过背板总线连接各模块。S7-400的机架分为以下4种。（1）通用机架UR1/UR2。（2）中央机架CR2/CR3。（3）扩展机架ER1/ER2。（4）UR2-H机架。2．电源模块（PS）电源模块用于将120V/230VAC电源或24VDC转换为24V和5VDC电源，供CPU、I/O模块、传感器和执行器使用。它与CPU模块和其他信号模块之间通过电缆连接，而不是通过背板总线连接。图2-5PS307电源模块的接线图图2-6PS307电源模块的基本电路图3．中央处理单元模块（CPU）SIMATICS7-300/400提供了多种不同性能的CPU模块，以满足用户不同的要求。S7-300的CPU模块种类有CPU312IFM、CPU313、CPU314、CPU315、CPU315-2DP等。CPU模块除执行用户程序外，还为S7-300背板总线提供5VDC电源，并通过MPI接口与其他中央处理器或编程装置通信。S7-300的编程装置可以是西门子专用的编程器，如PG705、PG720、PG740、PG760等，也可以用通用微机，配以STEP7软件包，与MPI卡和MPI编程电缆构成。S7-400的CPU模块种类有CPU412-1、CPU413-1/413-2DP、CPU414-1/414-2DP、CPU416-1等。S7-400的CPU模块都具有实时时钟功能、测试功能，以及内置两个通信接口等特点。4．接口模块（IM）接口模块用于多机架配置时连接主机架（或称中央机架，CR）和扩展机架（ER）。S7-300的接口模块种类有IM360、IM361、IM365等。S7-400的接口模块种类有IM460/461-0、IM460/461-1、IM460/461-3、IM460/461-4、IM463-2、IM467/IM467FO等。5．信号模块（SM）信号模块是数字量输入/输出模块和模拟量输入/输出模块的总称，它们使不同的过程信号电压或电流与PLC内部的信号电平匹配。S7-300的信号模块种类有：数字量输入模块SM321和数字量输出模块SM322，数字量输入/输出模块SM323、模拟量输入模块SM331、模拟量输出模块SM332、模拟量输入/输出模块SM334和SM335。模拟量输入模块可以输入热电阻、热电偶、4～20mADC和0～10VDC等多种不同类型和不同量程的模拟信号。每个信号模块都配有自编码的螺紧型前连接器，外部过程信号可方便地连在信号模块的前连接器上。S7-400的信号模块种类有：数字量输入模块SM421和数字量输出模块SM422，模拟量输入模块SM431和模拟量输出模块SM432。6．功能模块（FM）功能模块主要用于实时性强、存储计数量较大的过程信号处理任务。S7-300的功能模块有：计数器模块FM350-1/2和CM35、快速/慢速进给驱动位置控制模块FM351、电子凸轮控制器模块FM352、步进电动机定位模块FM353、伺服电动机定位模块FM354、定位和连续路径控制模块FM357-2、步进电动机功率驱动器模块FMSTEPDRIVE、超声波位置解码器模块FM338、闭环控制模块FM355和FM355-2/2C/2S、称重模块SIWAREXU/M和智能位控制模块SINUMERIKFM-NC等。S7-400的功能模块有：计数器模块FM450-1、快速/慢速进给驱动位置控制模块FM451、电子凸轮控制器模块FM452、步进电动机和伺服电动机定位模块FM453、闭环控制模块FM455、应用模块FM458-1DP和S5智能I/O模块等。7．通信处理器模块（CP）通信处理器模块是一种智能模块，它用于PLC之间、PLC与计算机和其他智能设备之间的通信，可以将PLC接入PROFIBUSDP、AS-i和工业以太网，或用于实现点对点通信等。通信处理器可以减轻CPU处理通信的负担，并减少用户对通信的编程工作。S7-300有多种用途的通信处理器模块，如CP340、CP342-5DP、CP343-FMS等，其中既有为装置进行点对点通信设计的模块，也有为PLC上网到西门子的低速现场总线网SINECL2和高速SINECH1网而设计的网络接口模块。常用的通信处理器包括：PROFIBUS-DP处理器、PROFIBUS-FMS处理器和工业以太网处理器。2.1.2CPU模块PLC中的CPU是PLC的核心，起神经中枢的作用。每台PLC至少有一个CPU，它按PLC的系统程序赋予的功能接收并存储用户程序和数据，以扫描的方式采集由现场输入装置送来的状态或数据，并存入指定的寄存器中，同时，诊断电源与PLC内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误等。进入运行后，从用户程序存储器中逐条读取指令，经分析后再按指令规定的任务产生相应的控制信号，去指挥有关的控制电路。与通用计算机一样，PLC中的CPU主要由运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系的数据总线、控制总线及状态总线构成，还有外围芯片、总线接口及有关电路。它确定了进行控制的规模、工作速度、内存容量等。内存主要用于存储程序及数据，是PLC不可缺少的组成单元。CPU的控制器控制CPU的工作，由它读取指令、解释指令并执行指令。CPU模块的外部表现就是它的工作状态的显示、接口及设定或控制开关。S7-300的CPU模块集成了过程控制功能，用于执行用户程序。S7-300有CPU312IFM、CPU313、CPU314、CPU314IFM、CPU315/315-2DP、CPU316-2DP、CPU318-2DP等多种不同的中央处理单元可供选择。S7-300CPU的分类如下。（1）紧凑型CPU（2）标准型CPU（3）户外型CPU（4）高端CPU（5）故障安全型CPU1．CPU模块的性能概述SIMATICS7-300CPU312IFMCPU313CPU314CPU315CPU315-2DP存放程序和数据的RAM，（内置）6KB/典型2K语句1语句=3Byte（典型）12KB/典型4K语句1语句=3Byte（典型）24KB/典型8K语句1语句=3Byte（典型）48KB/典型16K语句1语句=3Byte（典型）48KB/典型16K语句1语句=3Byte（典型）表2-2S7-300的CPU的技术参数续表SIMATICS7-300CPU312IFMCPU313CPU314CPU315CPU315-2DP每1K二进制语句执行时间0.6ms0.6ms0.3ms0.3ms0.3ms位存储器10242048204820482048计数器3264646464定时器64128128128128续表SIMATICS7-300数字量输入/输出（主机）144/16128/0512/01024/01024/0可自由编址模拟量输入/输出（最多）323264128128可自由编址续表SIMATICS7-300操作员接口系统■■■■■通信口MPI接口MPI接口MPI接口MPI接口MPI接口网络SINECL2/L2-DPSINECL2/L2-DPSINECL2/L2-DPSINECL2/L2-DPSINECL2/L2-DP实时时钟——内置内置内置注：■=适用/可用—=不可安装/未安装（1）CPU312IFM模块。（2）CPU313模块。（3）CPU314模块。（4）CPU314IFM模块。（5）CPU315/CPU315-2DP模块。（6）CPU316-2DP模块。2．CPU模块的面板S7-300CPU模块的面板上有状态和故障指示LED、模式选择开关和通信接口等（见图2-7）。大多数CPU还有后备电池盒，存储器卡插座可以插入多达数兆字节的FlashEPROM微存储器卡（简称为MMC），用于断电后程序和数据的保存。图2-7CPU313的面板（1）状态与故障指示灯LED。（2）CPU运行模式的选择。（3）微存储卡（MMC）。（4）电池盒。（5）通信接口。（6）电源接线端子。图2-8S7-300的浮动参考电位3．CPU模块的测试和诊断故障功能S7-300的中央处理单元提供了测试和诊断故障功能，通过编程装置和STEP7软件可以查看这些相应内容。CPU模块的测试功能包括状态变量、强制变量、状态块三种。编程器在程序执行过程中可显示信号状态，可改变与用户程序无关的变量，输出存储器堆栈中的内容。“状态变量”测试功能用于监视用户程序执行过程中所选定的过程变量的数值。“状态块”测试功能与“状态变量”测试功能的作用类似，只是监视的对象不同。“强制变量”测试功能可以给所选定的过程变量强制赋值，强制改变用户程序的执行条件。4．CPU单元的参数设置（1）时钟存储器。图2-9时钟存储器的设置（2）循环中断参数。图2-10循环中断参数设置（3）最长循环时间。图2-11最长循环时间的设置（4）