西门子S7300及400PLC控制系统

1目录第一节概述…………………………………………………………………………1第二节S7-300/400系列PLC简介…………………………………………………1第三节S7-300/400的编程语言与指令系统……………………………………11第四节STEP7编程软件的使用方法……………………………………………271西门子S7可编程控制器第一节概述一、前言目前，PLC的机型很多，但其基本结构、原理相同，基本功能、指令系统及编程方法类似。因此，本教案从实际应用出发，选择了当今最具特色和符合IEC标准的西门子S7300系列高性能、中小型模块化可编程控制器作为背景机型。S7-300/400属于模块式PLC，主要由机架、CPU模块、信号模块、功能模块、接口模块、通信处理器、电源模块和编程设备组成。输出模块CPU模块输入模块通信接口按钮选择开关限位开关电源通信网络接触器电磁阀指示灯电源~接口模块扩展机架计算机其他设备电源模块其他PLC图1-1PLC控制系统示意图二、西门子PLC的分类1．S7系列：传统意义的PLC产品，S7-200是针对低性能要求的小型PLC。S7-300是模块式中小型PLC，最多可以扩展32个模块。S7-400是大型PLC，可以扩展300多个模块。S7-300/400可以组成MPI、PROFIBUS和工业以太网等。2．M7-300/400：采用与S7-300/400相同的结构，它可以作为CPU或功能模块使用。具有AT兼容计算机的功能，可以用C，C＋＋或CFC等语言来编程。3．C7由S7-300PLC，HMI（人机接口）操作面板、I/O、通信和过程监控系统组成。4．WinAC基于Windows和标准的接口(ActiveX，OPC)，提供软件PLC或插槽PLC。第二节S7-300/400系列PLC简介一、S7-300系列PLC1、系统结构2S7-300的CPU模块（简称为CPU）都有一个编程用的RS-485接口，有的有PROFIBUS-DP接口或PtP串行通信接口，可以建立一个MPI（多点接口）网络或DP网络。3247891561.电源模块2.后备电池3.24VDC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.前盖图2-1S7-300PLC功能最强的CPU的RAM为512KB，最大8192个存储器位，512个定时器和512个计数器，数字量最大65536，模拟量通道最大为4096。有350多条指令。计数器的计数范围为1～999，定时器的定时范围为10ms～9990s。总总总总总DIN总总DIN总总IMSMSMSMSMSMSMCPUPS图2-2S7-300的安装3电源模块CPU模块IMIMIM槽号1234516781910机架0机架1机架2345678910345678910槽号槽号电源模块电源模块中央机架扩展机架扩展机架111111图2-3多机架的S7-300PLC只需要扩展一个机架，可以使用价格便宜的IM365接口模块对。数字量模块从0号机架的4号槽开始，每个槽位分配4个字节的地址，32个I/O点。模拟量模块一个通道占一个字地址。从IB256开始，给每一个模拟量模块分配8个字。（1）．模块诊断功能可以诊断出以下故障：失压，熔断器熔断，看门狗故障，EPROM、RAM故障。模拟量模块共模故障、组态/参数错误、断线、上下溢出。（2）．过程中断数字量输入信号上升沿、下降沿中断，模拟量输入超限，CPU暂停当前程序，处理OB40。[1]状态与故障显示LEDSF（系统出错/故障显示，红色）：CPU硬件故障或软件错误时亮。BATF（电池故障，红色）：电池电压低或没有电池时亮。DC5V（＋5V电源指示，绿色）：5V电源正常时亮。FRCE（强制，黄色）：至少有一个I/O被强制时亮。RUN（运行方式，绿色）：CPU处于RUN状态时亮；重新启动时以2Hz的频率闪亮；HOLD（单步、断点）状态时以0.5Hz的频率闪亮。STOP（停止方式，黄色）：CPU处于STOP，HOLD状态或重新启动时常亮。4BUSF（总线错误，红色）。SFBATFDC5VFRCERANSTOPSFDPBASFRAN-PRANSTOPMRES存储器卡插槽多点接口(MPI)PROFIBUS-DP接口状态与故障LED模式选择器后备电池电源与系统接地端子图2-4CPU318-2的面板[2]模式选择开关（a）RUN-P(运行-编程)位置：运行时还可以读出和修改用户程序，改变运行方式。（b）RUN(运行)位置：CPU执行、读出用户程序，但是不能修改用户程序。（c）STOP（停止）位置：不执行用户程序，可以读出和修改用户程序。（d）MRES（清除存储器）：不能保持。将钥匙开关从STOP状态搬到MRES位置，可复位存储器，使CPU回到初始状态。复位存储器操作：通电后从STOP位置扳到MRES位置，“STOP”LED熄灭1s，亮1s，再熄灭1s后保持亮。放开开关，使它回到STOP位置，然后又回到MRES，“STOP”LED以2Hz的频率至少闪动3s，表示正在执行复位，最后“STOP”LED一直亮。某些CPU模块上有集成I/O。PLC使用的物理存储器：RAM，ROM，快闪存储器（FlashEPROM）和EEPROM。2、S7-300的输入/输出模块输入/输出模块统称为信号模块(SM)。前连接器插在前盖后面的凹槽内。一个编码元件与之啮合，该连接器只能插入同类模块。5两线式接近开关的漏电流小于输入模块允许的静态电流，汇点输入的电流流进输入模块，反之为源输入电路。SM323是S7-300的数字量输入输出模块，8DI/8DO，16DI/16DO。图2-5数字量输入模块背板总线接口MM24V…背板总线接口N…~图2-6数字量输入模块………~负载PLC1LM背板总线接口图2-8数字量输出模块~负载L+M背板总线接口图2-7数字量输出模块M……………………负载1L+背板总线接口图2-9数字量输出模块DC24V1M…M……6表2-11SM331模拟量输入模块的模拟值范围双极性百分比十进制十六进制±5V±10V±20mA上溢出118.515%327677FFFH5.926V11.851V23.70mA超出范围117.589%325117EFFH5.879V11.759V23.52mA正常范围100.000%276486C00H5V10V20mA0%00H0V0V0mA-100.000%-276489400H-5V-10V-20mA低于范围-117.593%-325128100H-5.879V-11.759V-23.52mA下溢出-118.519%-327688000H-5.926V-11.851V-23.70mA范围单极性百分比十进制十六进制0~10V0~20mA4~20mA上溢出118.515%327677FFFH11.852V23.70mA22.96mA超出范围117.589%325117EFFH11.759V23.52mA22.81mA正常范围100.000%276486C00H10V20mA20mA0%00H0V0mA4mA低于范围-17.593%-4864ED00H-3.52mA1.185mA模拟值的精度小于15位，则模拟值左移，左对齐。【例】压力变送器的量程为0～10MPa，输出信号为4～20mA，模拟量输入模块的量程为4～20mA，转换后的数字量为0～27648，设转换后得到的数字为N，试求以kPa为单位的压力值。解：0～10MPa(0～10000kPa)对应于转换后的数字0～27648，转换公式为P=10000N/27648（kPa）注意在运算时一定要先乘后除，否则可能会损失原始数据的精度。ADC逻辑光电隔离内部电源多路开关背板总…CH0CH1CH6CH7图2-10模拟量输入模块线接口L+M24VMANA7图2-11量程卡3、电源模块PS307电源模块将120/230伏交流电压转换为24V直流电压，为S7-300/400、传感器和执行器供电。输出电流有2A、5A或10A3种。电源模块安装在DIN导轨上的插槽1。接地母线RUNRUN-PSTOPMRESML+MML+M1M100nF参考电位图2-13S7-300的浮动参考电位某些大型工厂（例如化工厂和发电厂）为了监视对地的短路电流，可能采用浮动参考电位，可以将M点与接地点之间的短接片去掉。DAC光电隔离内部电源背板总L+M24VCH0图2-12模拟量输出模块CH1线接口QIMANA0+0-SS0QV0MANAQIMANA1+1-SS1QV1MANA电流输出电压输出8二、S7-400系列PLC的硬件组成1系统结构模块的尺寸为25(宽)×290(高)×210(深)mm。图2-14S7—400PLC集中式扩展方式适用于小型配置或一个控制柜中的系统。CC和EU的最大距离为1.5m（带5V电源）或3m（不带5V电源）。分布式扩展适用于分布范围广的场合，CC与最后一个EU的最大距离为100m（S7EU）或600m（S5EU）。用ET200分布式I/O可以进行远程扩展，用于分布范围很广的系统。通过CPU中的PROFIBUS-DP接口，最多连接125个总线节点。使用光缆时CC和最后一个节点的距离为23km。IM6IM5IM4IM3IM2IM1PSCPUIMI/OIMI/OIMI/OIMI/OIMI/OIMI/OCP,FMCP,FM………图2-15S7-400的多机架连接CCEUEU92、S7-400的特点（1）运行速度高，S7416执行一条二进制指令只要0.08s。（2）存储器容量大，例如CPU417-4的RAM可以扩展到16MB，装载存储器（FEPROM或RAM）可以扩展到64MB。（3）I/O扩展功能强，可以扩展21个机架，S7417-4最多可以扩展262144个数字量I/O点和16384个模拟量I/O。（4）有极强的通信能力，集成的MPI能建立最多32个站的简单网络。大多数CPU集成有PROFIBUS-DP主站接口，用来建立高速的分布式系统,通信速率最高12Mbit/s。（7）集成的HMI服务，只需要为HMI服务定义源和目的地址，自动传送信息。3、机架与接口模块（1）通用机架UR1/UR2（2）中央机架，CR2是18槽,一个电源模块和两个CPU模块。CR3是4槽的中央机架，有I/O总线和通信总线。KbusKbusPbusPbusPbus1Pbus2UR1/UR2CR2ER1/ER2图2-16机架与总线（3）扩展机架ER1/ER2ER1和ER2是扩展机架，分别有18槽和9槽，只有I/O总线。（4）UR2-H机架UR2-H机架用于在一个机架上配置一个完整的S7-400H冗余系统，每个均有自己的I/O。两个电源模块和两个冗余CPU模块。4、S7-400的通信功能MPI、PROFIBUS-DP、工业以太网或AS-i现场总线，周期性自动交换I/O模块的数据。或基于事件驱动，由用户程序块调用。5、冗余设计的容错自动化系统S7-400H10S7SoftwareRedundancy（软件冗余性）可选软件在S7-300和S7-400标准系统上运行。生产过程出现故障时，在几秒内切换到替代系统。S7-400H主要器件都是双重的：CPU、电源模块以及连接两个CPU的硬件……使用分为两个区（每个区9个槽）的机架UR2H，或两个独立的UR1/UR2。CPU414-4H或CPU417-4H，一块PS407电源模块。同步子模块用于连接两个CPU，由光缆互连。每个CC上有S7I/O模块，也可以有扩展机架或ET200M分布式I/O。中央功能总是冗余配置的，I/O模块可以是常规配置、切换型配置或冗余配置。可以采用冗余供电的方式。S7-400H可以使用系统总线或点对点通信，支持PROFIBUS或工业以太网的容错通信。6、S7-400H冗余控制PLC的工作原理S7-400H采用“热备用”模式的主动冗余原理，在发生故障时，无扰动地自动切换。两个控制器使用相同的用户程序，接收相同的数据，两个控制器同步地更新内容，任意一个子系统有故障时，