5S7-300详解

一、PLC的基础理论1、S7-300概述2、S7-300的CPU模块3、S7-300安装S7-300概述S7-300是德国西门子公司生产的可编程序控制器(PLC)系列产品之一。其模块化结构、易于实现分布式的配置以及性价比高、电磁兼容性强、抗震动冲击性能好，使其在广泛的工业控制领域中，成为一种既经济又切合实际的解决方案。一、特性•针对低性能要求的模块化中小控制系统•可配不同档次的CPU•可选择不同类型的扩展模块•可以扩展多达32个模块•模块内集成背板总线•网络连接-多点接口(MPI),-PROFIBUS或-工业以太网•通过编程器PG访问所有的模块•无插槽限制•借助于“HWConfig”工具可以进行组态和设置参数二、特点•循环周期短、处理速度高•指令集功能强大（包含350多条指令），可用于复杂功能•产品设计紧凑，可用于空间有限的场合•模块化结构，设计更加灵活•有不同性能档次的CPU模块可供选用•功能模块和I/O模块可选择•有可在露天恶劣条件下使用的模块类型PLC的工作过程•PLC采用循环执行用户程序的方式。OB1是用于循环处理的组织块（主程序），它可以调用别的逻辑块，或被中断程序（组织块）中断。•在起动完成后，不断地循环调用OB1，在OB1中可以调用其它逻辑块(FB,SFB,FC或SFC)。•循环程序处理过程可以被某些事件中断。••在循环程序处理过程中，CPU并不直接访问I/O模块中的输入地址区和输出地址区，而是访问CPU内部的输入/输出过程映像区（在CPU的系统存储区）•举例说明三、编程工具使用STEP7软件对S7-300进行编程。STEP7包含了自动化项目从项目的启动、实施到测试以及服务每一个阶段所需的全部功能。STEP7中的编程语言1、顺序功能图2、梯形图3、语句表4、功能块图5、结构文本四、S7-300PLC1、导轨（Rail）S7-300的模块机架（起物理支撑作用，无背板总线）2、电源模块（PS）将市电电压（AC120/230V）转换为DC24V，为CPU和24V直流负载电路（信号模块、传感器、执行器等）提供直流电源。输出电流有2A、5A、10A三种●正常：绿色LED灯亮●过载：绿色LED灯闪●短路：绿色LED灯暗（电压跌落，短路消失后自动恢复）●电压波动范围：5%五、S7－300系统的组成部件3、CPU模块各种CPU有不同的性能，例如有的CPU集成有数字量和模拟量输入/输出点，有的CPU集成有PROFIBUS－DP等通信接口。CPU前面板上有状态故障指示灯、模式开关、24V电源端子、电池盒与存储器模块盒（有的CPU没有）。•4、信号模块（SM）•数字量输入模块：24VDC，120/230VAC数字量输出模块：24VDC，继电器模拟量输入模块：电压，电流，电阻，热电偶模拟量输出模块：电压，电流5、功能模块(FM)•功能模块主要用于对时间要求苛刻、存储器容量要求较大的过程信号处理任务。-计数：计数器模块-定位：快速/慢速进给驱动位置控制模块、电子凸轮控制器模块、步进电动机定位模块、伺服电动机定位模块等-闭环控制：闭环控制模块-工业标识系统：接口模块、称重模块、位置输入模块、超声波位置解码器等。6、接口模块(IM)接口模块用于多机架配置时连接主机架（CR）和扩展机架（ER）。S7－300通过分布式的主机架和3个扩展机架，最多可以配置32个信号模块、功能模块和通信处理器。连接：IMS360发送、IMR361接收；对于双层组态，常用硬连线的IM365接口模块距离：采用IM365、两层机架，电缆最大长度可达1米；采用IM360/361、多层机架，机架之间电缆最大长度10米7、通讯处理器(CP)扩展中央处理单元的通讯任务，提供以下的连网能力：-点到点连接-PROFIBUS-工业以太网8、附件总线连接器和前连接器S7-300CPU模块•模式选择器MRES=模块复位功能•STOP=停止模式：程序不执行•RUN=程序执行，编程器只读操作•RUN-P=程序执行，编程器读写操作•状态指示器SF=组错误：CPU内部错误或带诊断功能模块错误•(LED)•BATF=电池故障：电池不足或不存在•DC5V=内部5VDC电压指示•FRCE=FORCE：指示至少有一个输入或输出被强制•RUN=当CPU启动时闪烁，在运行模式下常亮•STOP=在停止模式下常亮有存储器复位请求时慢速闪烁正在执行存储器复位时快速闪烁由于存储器卡插入需要存储器复位时慢速闪烁•存储器卡为存储器卡提供一个插槽。当发生断电时利用存储器卡可以不需要电池就可以保存程序。•电池盒在前盖下有一个装锂电池的空间，当出现断电时锂电池用来保存RAM中的内容。•MPI连接用MPI接口连接到编程设备或其它设备•DP接口分布式I/O直接连接到CPU的接口。•1、CPU的运行模式•CPU有四种工作模式：STOP（停机）、STARTIP（启动）、RUN（运行）、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。STOP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，程序被终止。RUN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。HOLD模式：在起动和RUN模式执行程序时遇到调试用断点、用户程序的执行被挂起（暂停），定时器被冻结。STARTUP模式：启动模式，可以用钥匙开关或编程软件启动CPU。如果钥匙开关在RUN或RNU－P位置，通电时自动进入启动模式。•2、CPU的模式选择开关•有的CPU的模式选择开关是一种钥匙开关，操作时需要插入钥匙，用来设置CPU当前的运行方式。钥匙拔出后，就不能改变操作方式。这样可以防止未经授权的人员非法删除或改写用户程序。RUN-P：运行-编程状态（可读写存储器），在此位置不可以拔出钥匙开关。RUN：运行状态（只可读存储器），不可以修改用户程序，在此位置可以取出钥匙开关。STOP：停止运行状态（可修改程序），在此位置可以取出钥匙开关。MRES：清存储器，此位置钥匙开关不能保持，松手时开关将自动返回STOP位置。•MRES：将钥匙开关从STOP状态扳到MRES位置，可复位存储器，使CPU回到初始状态。工作存储器、RAM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0，包括有保持功能的数据。如果有快闪存储器卡，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区。•存储卡被取掉或插入时，CPU发出系统复位请求，STOPLED以0.5Hz的频率闪动。此时应将模式选择开关扳到MRES位置，执行复位操作。•3、微存储器卡•FlashEPROM微存储卡（MMC）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的操作系统保存在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。MMC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。•如果在写访问过程中拆下SIMATIC微存储卡，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。•4、通信接口•所有的CPU模块都有一个多点接口MPI，有的CPU模块一个一MPI和一个PROFIBUS－DP接口，有的CPU模块有一个MPI/DP接口和一个DP接口。•MPI用于PLC与其他西门子PLC、PG/PC（编程器或个人计算机）、OP（操作员接口）通过MPI网络的通信。•PROFIBUS－DP用于与其他西门子带DP接口的PLC、PG/PC、OP和其他DP主站和从站通信。传输速率最高12Mbit/s。PLC使用以下几种物理存储器：1、随机存取存储器（RAM）用户可以用编程装置将用户程序读出或写入RAM，电源中断后信息将丢失。RAM的工作速度高，价格便宜，改写方便，在中断PLC的外部电源后，右用锂电池保存RAM中的用户程序和某些数据，需要更换锂电池时，由PLC发出信号，通知用户。现在部分PLC仍用RAM来储存用户程序。2、只读存储器（ROM）ROM的内容就发出，不能写入。电源消失后仍能保存储存的内容，ROM一般用来存放PLC的系统程序。3、快闪存储器和EEPROM快闪存储器（FlashEPROM）简称为FEPROM；可电擦除可编程的只读存储器的简称为EEPROM。它们兼有ROM和RAM的特点，只是写入信息的时间较长，它们用来存放用户程序和需要长期保存的重要数据。S7-300的电流耗量和功率损耗S7-300模块使用的电源由S7-300背板总线提供，一些模块还需从外部负载电源供电。在组建S7-300应用系统时，考虑每块模块的电流耗量和功率损耗是非常必要的，表1列出了在24V直流负载电源情况下，各种S7-300模块的电流耗量、功率损耗以及从24V负载电源吸取的电流。表2列出了在120/230VAC负载电源下，模块的电流耗量和功率损耗。表1：S7-300模块的电流耗量和功率损耗(24VDC负载电源)模块从S7-300背板总线吸取的电流(最大值)从24V负载电源吸取的电流(不带负载运行)功率损耗(正常运行)CPU312IFM0.8A0.8A9WCPU3131.2A1A8WCPU3141.2A1A8W接口模块IM360350mA—2W接口模块IM3610.8A0.5A5W接口模块IM3651.2A—0.5W数字量输入模块SM32116×24VDC25mA1mA3.5W模块从背板吸取电流(最大值)从电源吸取的电流(不带负载运行)功率损耗(正常运行)仿真模块SM37416×I/O80mA—0.35W继电器输出模块SM3228×24VDC/0.5A40mA75mA2.2W数字量输出模块SM32216×24VDC/0.5A70mA100mA4.9W数字量输出模块SM3228×24VDC/2A40mA55mA6.8W模拟量输入模块SM3318×12位60mA200mA1.3W模拟量输入模块SM3312×12位60mA200mA1.3W模拟量输出模块SM3324×12位60mA240mA3W模拟量输出模块SM3322×12位60mA240mA3W模拟量I/O模块SM3344入/2出×8位40mA100mA2.6W表2：S7-300模块的电流耗量和功率损耗(120/230VAC负载电源)模块从S7-300背板总线吸取的电流(最大值)功率损耗(正常运行)SM321，数字量输入8×120/230VAC22mA4.8WSM321，数字量输入16×120VAC3mA4.0WSM322，数字量输入8×120/230VAC200mA9.0WSM322，数字量输入8×120VAC200mA9.0W一个实际的S7-300PLC系统，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、各种智能模块等总消耗功率之和，并且要留有30％左右的裕量。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。例如，一个S7-300PLC系统由下面的模块组成：1块中央处理单元CPU3142块数字量输入模块SM321，16×24Vl块继电器输出模块SM322，8×230VACl块数字量输出模块SM322，16×24VDCl块模拟量输入模块SM331，8×12位2块模拟量输出模块SM332，4×12位各模块从S7-300背板总线吸取的电流＝2×25＋40＋70＋60＋2×60＝340mA各模块从24V负载电源吸取的电流＝1000＋2×1＋75＋100＋200＋2×240＝1857mA各模块的功率损耗＝8＋2×3.5＋2.2＋4.9＋1.3＋2×3＝29.4W从上面计算可知，信号模块从S7-300背板总线吸取的总电流是340mA，没有超过CPU314提供的1.2A电流。各模块从24V电源吸取的总电流约为1.857A，虽没有超过2A，