S7 300可编程控制器编程基础ppt课件.ppt

,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STEP 7、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STEP 7； 4理解S7-300的组态。,本章内容： 1S7-300的系统组成结构； 2S7-300的编程软件STEP 7； 3S7-300的组态。,2.1 S7-300的系统组成及内部资源,SIMATIC S7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，SIMATIC S7系列包括：微型SIMATIC S7-200系列，最小配置为8DI/6DO，可扩展27个模块，最大I/O点数为64 DI/DO、12AI/4AO；中小型SIMATIC S7-300系列（见图2-1），可扩展32个模块；中高档性能的SIMATIC S7-400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2-1 S7-300的组成,1电源模块（可选）2后备电池（CPU313以上）3DC 24V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）7MPI多点接口 8前连接器9前门图2-2 S7-300,S7-300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DC 24V电源。PS 307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2-4 S7-300的扩展结构（CPU 314以上）,S7-300主要组件如表2-1所示。,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/230V AC电源或24V DC转换为24V和5V DC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2-5 PS 307电源模块的接线图,图2-6 PS 307电源模块的基本电路图,3中央处理单元模块（CPU） SIMATIC S7-300/400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CPU 312 IFM、CPU 313、CPU 314、CPU 315、CPU 315-2DP等。CPU模块除执行用户程序外，还为S7-300背板总线提供5V DC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STEP 7软件包，与MPI卡和MPI编程电缆构成。,S7-400的CPU模块种类有CPU 412-1、CPU 413-1/413-2 DP、CPU 414-1/414-2 DP、CPU 416-1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IM 360、IM 361、IM 365等。,S7-400的接口模块种类有IM 460/461-0、IM460/461-1、IM 460/461-3、IM 460/461-4、IM 463-2、IM 467/IM 467 FO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SM 321和数字量输出模块SM 322，数字量输入/输出模块SM 323、模拟量输入模块SM 331、模拟量输出模块SM 332、模拟量输入/输出模块SM 334和SM 335。,模拟量输入模块可以输入热电阻、热电偶、420mA DC和010V DC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SM 421和数字量输出模块SM 422，模拟量输入模块SM 431和模拟量输出模块SM 432。,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FM 350-1/2和CM 35、快速/慢速进给驱动位置控制模块FM 351、电子凸轮控制器模块FM 352、步进电动机定位模块FM 353、伺服电动机定位模块FM 354、定位和连续路径控制模块FM 357-2、,步进电动机功率驱动器模块FM STEPDRIVE、超声波位置解码器模块FM 338、闭环控制模块FM 355和FM 355-2/2C/2S、称重模块SIWAREX U/M和智能位控制模块SINUMERIK FM-NC等。,S7-400的功能模块有：计数器模块FM 450-1、快速/慢速进给驱动位置控制模块FM 451、电子凸轮控制器模块FM 452、步进电动机和伺服电动机定位模块FM 453、闭环控制模块FM 455、应用模块FM 458-1DP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PROFIBUS DP、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CP 340、CP 342-5 DP、CP 343-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SINEC L2和高速SINEC H1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。,2.1.2 CPU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CPU 312 IFM、CPU 313、CPU 314、CPU 314 IFM、CPU 315/315-2DP、CPU 316-2DP、CPU 318-2DP等多种不同的中央处理单元可供选择。,S7-300 CPU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CPU,1CPU模块的性能概述,表2-2S7-300的CPU的技术参数,续表,续表,续表,注： = 适用/可用 = 不可安装/未安装,（1）CPU 312 IFM模块。 （2）CPU 313模块。 （3）CPU 314模块。 （4）CPU 314 IFM模块。 （5）CPU 315/CPU315-2DP模块。 （6）CPU 316-2DP模块。,2CPU模块的面板 S7-300 CPU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Flash EPROM微存储器卡（简称为MMC），用于断电后程序和数据的保存。,图2-7 CPU 313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2-8 S7-300的浮动参考电位,3CPU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STEP 7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。,4CPU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）MPI参数。,图2-12 MPI参数的设置,2.1.3 输入/输出模块 输入/输出模块统称为信号模块，包括数字量（或称开关量）输入模块、数字量输出模块、数字量输入/输出模块、模拟量输入模块、模拟量输出模块和模拟量输入/输出模块。,1数字量模块（1）数字量输入模块SM 321。,图2-13 数字量直流输入模块,图2-14 数字量交流输入模块,表2-3数字量输入模块SM 321的技术特性,续表,续表,（2）数字量输出模块SM 322。,图2-15 数字量晶体管输出模块,图2-16 数字量可控硅输出模块,图2-17 数字量继电器输出模块,表2-4数字量输出模块SM 322的技术特性,续表,续表,续表,续表,续表,（3）数字量I/O模块SM 323。 （4）仿真模块SM 374。 （5）占位模块DM 370。,2模拟量模块 生产过程中有大量连续变化的模拟量需要用PLC来测量或控制。,有的是非电量，如：温度、压力、流量、液位、物体的成分（例如气体中的含氧量）、频率等；有的是强电电量，如：发电动机组的电流、电压、有功功率和无功功率、功率因数等。,（1）模拟量值的表示方法。,表2-5模拟量输入模块的模拟量值与模拟量的对应关系,续表,续表,续表,续表,（2）模拟量输入模块SM 331。,图2-18 模拟输入模块,图2-19 输入模块与传感器的连接,图2-20输入模块与2线变送器电流输入的连接,图2-21 输入模块与4线变送器电流输入的连接,图2-22 热电阻（如Ptl00）与输入模块的4线连接回路示意图,（3）模拟量输出模块SM 332。,图2-23 模拟输出模块（与负载连接）,（4）模拟量输入/输出（AI/AO）模块SM334/335。,表2-6SM 334的通道地址,图2-24 PS 307 10 A模块端子接线图,表2-7S7-300模块的电流耗量和功率损耗（24V DC负载电源）,续表,表2-8 S7-300模块的电流耗量和功率损耗（120/230V AC负载电源）,表2-9 S7-300各模块的电流耗量和功率损耗,续表,2.1.4 分布式I/O 西门子公司的ET 200是基于PROFIBUS-DP现场总线的分布式I/O。,PROFIBUS是为全集成自动化定制的开放的现场总线系统，它将现场设备连接到控制装置，并保证在各个部件之间的高速通信，从I/O传送信号到PLC的CPU模块只需ms级的时间。,ET 200可作为PROFIBUS-DP网络系统的从站，由于ET 200只需要很小的空间，能使用体积更小的控制柜。集成的连接器代替了过去繁杂的电缆连接，加快了安装过程，紧凑的结构使成本大幅度降低。,ET 200能在非常严酷的环境（如：酷热、严寒、强压、潮湿或多粉尘）中使用。能提供连接光纤PROFIBUS网络的接口，不需再采用费用昂贵的抗电磁干扰措施。,1ET 200集成的功能 （1）电动机起动器。（2）变频器和阀门控制。（3）智能传感器。,（4）分布式智能。 （5）安全技术。（6）功能模块。,2ET 200的分类（1）ET 200B。 （2）ET 200eco。 （3）ET 200is。 （4）ET 200L。,（5）ET 200M。 （6）ET 200R。 （7）ET 200S。 （8）ET 200X。,2.1.5 内部资源,图2-25 S7-300 CPU的内部资源,1装载存储区 载存储区是一个可编程模块，它包括建立在编程设备上的装载对象（逻辑块、数据块和其他信息）。装载存储区可能是CPU模块中的部分RAM、内置的EEPROM或选用的可拆卸Flash EPROM,2工作存储区 工作存储区占用CPU模块中的部分RAM，它是集成的高速存取的RAM存储器，用于存储CPU运行时所执行的用户程序单元（逻辑块和数据块）的复制件。,为了保证程序执行的快速性和不过多地占用工作存储器，只有与程序执行有关的块被装入工作存储区。,3系统存储区 系统存储区为不能扩展的RAM，是CPU为用户程序提供的存储器组件，被划分为若干个地址区域，分别用于存放不同的操作数据。,例如，输入过程映像、输出过程映像、位存储器、定时器和计数器、块堆栈（B堆栈）、中断堆栈（I堆栈）和诊断缓冲区等。,系统存储区可通过指令在相应的地址区内对数据直接进行寻址。,（1）输入/输出（I/Q）过程映像表。（2）内部存储器标志位（M）存储器区。 （3）定时器（T）存储器区。 （4）计数器（C）存储器区。 （5）数据块。 （6）诊断缓冲区。,4外设I/O存储区与累加器（ACCUx）（1）外设I/O存储区。 （2）累加器（ACCUx）。,5状态字寄存器 状态字（见图2-26）是一个16位的寄存器，用于存储CPU执行指令的状态。状态字中的某些位用于决定某些指令是否执行和以什么样的方式执行，执行指令时可能改变状态字中的某些位，用位逻辑指令和字逻辑指令可以访问和检测它们。,图2-26 状态字的位,（1） 。 （2）RLO。 （3）STA。 （4）OR。 （5）OV。 （6）OS。 （7）CC1和CC0。,表2-10算术运算后的CC1和CC0,表2-11指令执行后的CC1和CC0,（8）BR。 （9）保留。,6系统存储器区域划分及其功能 DB和DI地址寄存器分别用来保存打开的“共享”数据块（DB）和“背景”数据块（DI）的编号。,表2-12存储区及其功能,续表,续表,续表,续表,续表,续表,续表,续表,2.2 S7-300的编程软件,PLC程序既有生产厂家提供的系统程序，又有用户自己开发的应用程序。系统程序提供运行平台，同时，还为PLC程序可靠运行及信息转换进行必要的公共处理；用户程序由用户按控制要求设计。,使用基本的STEP 7软件包便可对S7-300进行编程，并能以简单，用户友好的方式利用S7-300的全部功能。该工程软件还包含自动化项目中所有阶段（从项目组态到调试、测试以及服务）的功能。,STEP 7的用户程序结构简单清晰，即通过一个主程序调用子程序或中断程序，还可以通过数据块进行变量的初始化设置。,用户可以用语句表（STL）、梯形图（LD）和功能块图（FBD）编程，不同的编程语言编制的程序可以相互转换，可以用符号表来定义程序中使用的变量地址对应的符号，例如指定符号“起动按钮”对应于地址I0.0，使程序便于设计和理解。,STEP 7程序结构如图2-27所示。,图2-27 STEP 7程序结构,2.2.1 STEP 7概述 SIMATIC S7-300的软件STEP 7与硬件一样简洁、方便、易用。这种编程软件基于用标准工具STEP 7软件来实现SIMATIC工业软件的功能，并能应用所有新的S7硬件的优势。,（1）按照IEC 11313标准。 （2）相同用户接口的统一。,（3）原有程序和新程序可一起使用。 （4）丰富的软件工具箱。,STEP 7是用于SIMATIC可编程逻辑控制器组态和编程的标准软件包。它是SIMATIC工业软件的组成部分。,图2-28 STEP 7标准软件包,1SIMATIC 管理器,图2-29 SIMATIC管理器,图2-30 SIMATIC管理器,2符号编辑器 使用Symbol Editor（符号编辑器），可以管理所有的共享符号。,它具有以下功能：（1）为过程信号（输入/输出）、位存储和块设定符号名和注释；（2）分类功能；（3）从/向其他的Windows程序导入/导出。,使用这个工具生成的符号表可供其他所有工具使用。因而，一个符号特性的任何变化都能自动被其他工具识别。,3诊断硬件 这些功能可以向用户提供可编程控制器的状态概况。这个概况中可以显示符号，指示模板是否有故障。双击故障模板，可以显示有关故障的详细信息。信息的范围视各个模板而定。,（1）显示关于模板的一般信息（如：定货号、版本、名称）以及模板状态（如：故障）。（2）显示中央I/O和分布式从站的模板信息（如：通道故障）。,（3）显示来自诊断缓存区的报文对于CPU，还可显示以下附加信息： 用户程序处理过程中的故障原因； 显示循环时间（最长的、最短的和最近一次的）。, MPI的通信可能性及负载； 显示性能数据（可能的输入/输出、位存储、计数器、定时器和块的数量）。,4编程语言 在STEP 7中，有几种编程语言可以用来编程。,可以用标准语言梯形图（LAD）、语句表（STL）或功能块图（FBD）创建S7程序。在实际使用时，用户必须决定使用哪种语言。,用于S7-300的编程语言梯形逻辑图、语句表和功能块图都集成在一个标准软件包中。,图2-31 STEP 7三种编程语言,表2-13STEP 7编程语言,续表,2.2.2 STEP 7的程序类型和结构 STEP 7为设计程序提供三种编程方法（见图2-32）。基于这些方法，可以选择最适合程序设计方法。 线性化编程,图2-32 STEP 7的三种编程方法, 模块化编程 结构化编程,2.2.3 STEP 7的数据类型 数据类型决定了以什么方式或格式理解或访问存储区中的数据。,在STEP 7中，数据类型分为以下三大类。 基本数据类型：定义不超过32位的数据 复式数据类型：定义超过32位或由其他数据类型组成的数据 参数类型：定义传给FB块和FC块的参数,其中基本数据类型有确定的位数： 布尔数据类型（BOOL）1位 字节（BYTE）8位 双字（DWORD）32位,2.2.4 STEP 7的指令结构 指令是程序的最小独立单位，用户程序是由若干条顺序排列的指令构成的。,1指令的组成（1）语句指令。 （2）梯形逻辑指令。,2操作数（1）标识符及表示参数。 （2）操作数的表示法。,图2-33以字节单元为基准标记存储器存储单元,3寻址 S7有四种寻址方式：立即寻址、直接寻址、存储器间接寻址和寄存器间接寻址。,（1）立即寻址。 （2）直接寻址 （3）存储器间接寻址。（4）寄存器间接寻址。,位318（范围065535）：被寻址字节的字节编号位02（范围07）：被寻址位的位编号图2-34 存储器间接寻址的指针格式,位31=0表明是区域内寄存器间接寻址；若位=1表明是区域间寄存器间接寻址位24、25和26（r r r）：区域标识位3至18（bbbb bbbb bbbb bbbb）：被寻址位的字节编号（范围065535）位0至2（）：被寻址的位编号（范围07）图2-35 寄存器间接寻址的指针格式,表2-14 地址指针区域标识位含义,2.3 S7-300的组态,组态是指在站窗口中对机架、模块、分布式I/O（DP）机架、以及接口子模块等进行排列。使用组态表表示机架，就像实际的机架一样，可在其中插入特定数目的模块。,在组态表中，STEP 7自动给每个模块分配一个地址。如果站中的CPU可自由寻址（意思是可为模块的每个通道自由分配一个地址，而与其插槽无关），那么，你可改变站中模块的地址。,可将你的组态任意多次复制给其他STEP 7项目，并进行必要的修改，然后将其下载到一个或多个现有的设备中去。,在可编程控制器启动时，CPU将比较STEP 7中创建的预置组态与设备的实际组态。从而可立即识别出它们之间的差异，并报告。,图2-36所示为在组态和显示消息中所涉及的SIMATIC组件概况。,图2-36 SIMATIC组件概况,（1）硬件组态。 （2）通信组态。 （3）系统诊断。,2.3.1 编程元件 STEP 7编程时可以用符号名代替绝对地址，这就是符号地址，使用符号编程可以大大地提高已创建的S7程序的可读性。,每个输入和输出都有一个由硬件配置预定义的绝对地址，该地址是直接指定的，即为绝对地址，该绝对地址可以用您所选择的任何符号名替换。如图2-37所示。,图2-37 S7-300的绝对地址符号表示,表2-15符号表,2.3.2 I/O地址组态 S7-300的槽号是对模块安装位置是一个相对的描述，机架的导轨并不存在物理的槽位。,其中，1号槽保留给电源模块，2号槽保留给中央处理单元，3号槽保留给接口模块，411号槽可自由分配信号模块、功能模块和通信处理器。,对信号模板的寻址，有基于槽定义的模块寻址和用户定义的模块寻址。,表2-16 SIMATIC S7-300 PLC 信号模块地址分配,续表,续表,1槽地址,图2-38 S7-300 PLC槽地址,2开关量模板及编址,图2-39 S7-300 PLC的地址分配（开关量）,4其他功能模板 西门子S7-300 PLC不仅可连接通用I/O模板，还可根据某些特定控制要求选配其他功能模板。,例如，FM 350-1计数器模板、FM351位控模板、FM 352电子凸轮控制器、FM 353步进电机位控模板、FM 354伺服电机位控模板、SIM智能控制器等。,2.3.3 STEP 7的地址编写方法 寻址方式是指令得到操作数的方式，S7具有一列寻址方式：,（1）立即寻址：操作数本身直接包含在指令中；（2）直接寻址：指令中直接给出操作数的存储单元地址；（3）存储器间接寻址；（4）寄存器间接寻址。,图2-41 STEP 7的寻址范围,表2-17STEP 7符号地址,2.3.4 S7-300的机架组态 如果是本地组态，那么应该在机架中，挨着CPU布置模块，随后可将模块排列在附加的扩展机架中。可以组态的机架的数目取决于所使用的CPU。,和在实际设备中的操作一样，可以使用STEP 7排列模块。区别在于，在STEP 7中，机架是用“组态表”来表示的，该表的行数等于机架中用于插入模块的插槽数。,图2-42 STEP 7的机架组态实例,图2-43 模块排列规则,本 章 小 结,PLC技术是一门集计算机、自动控制及通信于一身的技术。本章对S7-300 PLC的基本结构及内部资源、S7-300的编程软件及组态进行了介绍，为用户学习S7-300 PLC编程奠定了基础。,