《西门子学习》PPT课件.ppt
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1、第一篇 基 础 篇,PLC(programmable logical controller)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 step 7软件安
2、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,SIMATIC S7-300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
3、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。1.1 S7-300PLC硬件简介 1.2 S7-300PLC电气安装规范1.3 实训一:安装一个典型的S7-300PLC硬件系统,1.1 S7-300PLC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1-1 S7-300 PLC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CP
4、U,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.PS 30X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。PS 305电源模块是直流供电,PS 307是交流供电。本节以PS 307电源模块为例作详细介绍。图1-2是PS 307(2A)的模块示意图。PS 307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120/230V AC,50/60Hz)。(4)可靠的隔离特性,符合EN 60950标准。(5)
5、可用作负载电源。,图1-2 PS 307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。,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S7-300 PLC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0.25
6、 V。,1.1.2 CPU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。S7-300 CPU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
7、图1-3所示为CPU 31xC的控制和显示单元。图1-4所示为CPU 31xC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1-3 CPU 31xC的面板,注:模拟量输入和模拟量输出;:8个数字量输入;8个数字量输出。图1-4 CPU 31xC的集成数字量I/O模块,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。
8、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,可以接收全局数据和检查系统。STARTUP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。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。,表1-3模式选择开关的位置含义,(4)SIMATIC微存储卡(MMC)插槽Flas
9、h EPROM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CPU 31xC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1-5 MMC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.
10、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。,工作存储器,系统存储区,装载存储器(保存在MMC中),CPU,图1-6 CPU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
11、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:标志位、定时器和计数器的地址区I/O的过程映像局域数据,3.介绍几种典型CPU模块(1)CPU 313: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12 KB的RAM,其装载存储器为内置20 KB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
12、600 ns/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)CPU 313C:CPU 313C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)CPU 313C-2DP:紧凑型CPU,带集成的数字量输入和输出,以及PROFIBUS DP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
13、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48 KB/64 KB,内置80/96 KB的装载存储器(RAM),可用存储卡扩充装载存储器,最大容量为512 KB,指令执行速度为300 ns/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)SINEC L2-DP接口的CPU模块,其他特性与CPU315模块相同。,1.1.3 S
14、M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
15、绍数字量输入模块SM321、数字量输出模块SM322、数字量I/O模块SM323和仿真模块SM374。(1)数字量输入模块SM321数字量输入模块将现场送来的数字信号电平转换成S7-300内部信号电平。数字量输入模块有直流输入方式和交流输入方式。对现场输入元件,仅要求提供开关触点即可。输入信号进入模块后,一般都经过光电隔离和滤波,然后才送至输入缓冲器等待CPU采样。采样时,信号经过背板总线进入到输入映像区。数字量输入模块SM321有四种型号模块可供选择,即直流16点输入、直流32点输入、交流16点输入、交流8点输入模块。模块的每个输入点有一个绿色发光二极管显示输入状态,输入开关闭合即有输入电压
16、时,二极管点亮。,(2)数字量输出模块SM322数字量输出模块SM322将S7-300内部信号电平转换成过程所要求的外部信号电平,可直接用于驱动电磁阀、接触器、小型电动机、灯和电动机启动器等。按负载回路使用的电源不同,它可分为直流输出模块、交流输出模块和交直流两用输出模块。按输出开关器件的种类不同,它又可分为晶体管输出方式、可控硅输出方式和继电器触点输出方式。晶体管输出方式的模块只能带直流负载,属于直流输出模块;可控硅输出方式属于交流输出模块;继电器触点输出方式的模块属于交直流两用输出模块。从响应速度上看,晶体管响应最快,继电器响应最慢;从安全隔离效果及应用灵活性角度来看,以继电器触点输出型最
17、佳。数字量输出模块SM322有多种型号输出模块可供选择,常用模块的有8点晶体管输出、16点晶体管输出、32点晶体管输出、8点可控硅输出、16点可控硅输出、8点继电器输出和16点继电器输出。模块的每个输出点有一个绿色发光二极管显示输出状态,输出逻辑“1”时,二极管点亮。,(3)数字量I/O模块SM323SM323模块有两种类型,一种是带有8个共地输入端和8个共地输出端,另一种是带有16个共地输入端和16个共地输出端,两种特性相同。图1-7是8个共地的输入端、输出端SM323模块的端子连接及电气原理图,端子110用于输入,端子1120用于输出。I/O额定负载电压24 V DC,输入电压“1”信号电
18、平为1130 V,“0”信号电平为35 V,I/O通过光耦与背板总线隔离。在额定输入电压下,输入延迟为1.24.8 ms。输出具有电子短路保护功能。,图1-7 SM323模块端子连接及电气原理图,2.模拟量模块本节阐述S7-300中模拟量值的表示方法,简单介绍模拟量输入模块SM331、模拟量输出模块SM332、模拟量I/O模块SM334的原理、性能参数等内容。(1)模拟量值的表示方法S7-300的CPU用16位的二进制补码表示模拟量值。其中最高位为符号位S,“0”表示正值,“1”表示负值,被测值的精度可以调整,取决于模拟量模块的性能和它的设定参数,对于精度小于15位的模拟量值,低字节中幂项低的
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