PDF《S7 300 教程》

S7

300 教程 S7-300/400 的基本结构 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1-1 PLC 控制系统示意图 PLC 的主要生产厂家: 德国的西门子(Siemens)公司, 美国 Rockwell 公司所属的 AB 公司, GE-Fanuc 公司, 法国的施耐德(Schneider)公司, 日本的三菱和欧姆龙(OMRON)公司. 西门子自动化与驱动集团的中文网站:www.ad.siemens.com.cn. 在该网站主页点击 中文下载目录 、 英文下载资料 或 软件下载 目录 ,进入 下载中心 后,可以下载各种工控产品的中英文说明 书、使用手册、产品介绍和一些软件. 如果需要更多的资料和软件,可以访问西门子在德国的网站,网 址为 http://www.ad.siemens.de/.点击 English 将语言由德文改为英 文, 点击 Service &

Support , 在 Document type 下面点击 Manual , 在 Please Type Your Question 下面的方框内输入要搜索的手册的关 键字,例如 CP

5511 ,按 GO 按钮,就会列出与 CP

5511 有关 的手册.点击感兴趣的手册,在出现的画面中点击 Download ,可 以下载该手册. PLC 的工作过程 图1-2 基本逻辑运算 与或非&

(b)(c)(a)I0.0 I0.1 I0.2 I0.3 I0.4 Q4.0 Q4.1 Q4.2 Q4.2 Q4.1 Q4.0 I0.0 I0.1 I0.2 I0.3 I0.4 >

=1 表1-1 逻辑运算关系表 与或非Q4.0=I0.0* I0.1 Q4.1 = I0.2+I0.3 Q4.2 =/I0.4 I0.

0 I0.

1 Q4.

0 I0.

2 I0.

3 Q4.

1 I0.

4 Q4.

2 0

0 0

0 0

0 0

1 0

1 0

0 1

1 1

0 1

0 0

1 0

1 1

1 1

1 1

1 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.批 量输入、批量输出. 图1-4 扫描过程 数据写入输出模块 读取输入模块状态 执行其他任务 执行用户程序 起动循环时间监控 执行OB100 梯形图中 Q4.0 的线圈 通电 时,对应的输出过程映像位为

1 状态.信号经输出模块隔离和功率放大后,继电器型输出模块中对应的 硬件继电器的线圈通电,其常开触点闭合,使外部负载通电工作. 外部输入电路接通时, 对应的输入过程映像位(例如I0.0)为1状态, 梯形图中对应的输入位的常开触点接通,常闭触点断开. 某一编程元件对应的过程映像位为

1 状态时,称该编程元件为 ON,过程映像位为

0 状态时,称该编程元件为 OFF. 循环时间(Cycle time)是指操作系统执行一次图 1-4 所示的循环 操作所需的时间,又称为扫描循环时间(Scan Cycle Time)或扫描周 期. KM KM SB1 SB2 KM ~380V SB1 SB2 KM ~ 380V M 图1-3 异步电动机控制电路 FR FR 输入映像寄存器 输出映像寄存器 图1-5 PLC外部接线图与梯形图 停止 起动 SB1 SB2 I0.1 I0.2 1L Q4.0 KM AC 220V I0.1 I0.2 Q4.0 I0.2 I0.1 Q4.0 t1 I0.1 I0.2 Q4.0 Q4.0 FR M DC 24V A( O I0.1 // 接在左侧母线上的 I0.1 的常开触点 O Q4.0 // 与I0.1的常开触点并联的Q4.0的常 开触点 ) AN I0.2 // 与并联电路串联的 I0.2 的常闭触点 = Q4.0 // Q4.0 的线圈 梯形图对应的逻辑表达式: Q4.0 = (I0.1+Q4.0)

2 .

0 I ? 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S7-300 PLC,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. S7-300 系列 PLC 简介 S7-300 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.

3 2

4 7

8 9

1 5

6 1.电源模块 2.后备电池 3. 24V DC 连接器 4.模式开关 5.状态 和故障指示灯 6.存储器卡(CPU

313 以上) 7. MPI 多点接口 8.前连接器 9.前盖 图2-2 S7-300 PLC 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. 图2-3 S7-300 的安装 电源模块 CPU 模块 IM IM IM 槽号

1 2

3 4

5 1

6 7

8 1

9 10 机架0 机架1 机架2

3 4

5 6

7 8

9 10

3 4

5 6

7 8

9 10 槽号 槽号 电源模块 电源模块 中央机架 扩展机架 扩展机架

11 11

11 图2-4 多机架的 S7-300 PLC 只需要扩展一个机架,可以使用价格便宜的 IM

365 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 LED SF (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. DC 5V(+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

2 Hz 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. BUSF(总线错误,红色). SF BATF DC 5V FRCE RAN STOP SF DP BASF RAN-P RAN STOP MRES 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2-5 CPU 318-2 的面板 2.模式选择开关 (1) 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. (2)RUN (运行)位置:CPU 执行、读出用户程序,但是不能修 改用户程序. (3)STOP(停止)位置:不执行用户程序,可以读出和修改用 户程序. (4)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(Flash EPROM) 和EEPROM. S7-300 CPU 的分类 1. 紧凑型 CPU: CPU 312C, 313C, 313C-PtP, 313C-2DP, 314C-PtP 和314C-2DP.各CPU 均有计数、频率测量和脉冲宽度调制功能.有 的有定位功能,有的带有 I/O. 2. 标准型 CPU: CPU 312, CPU 313, 314, 315, 315-2DP 和316-2DP. 3. 户外型 CPU: CPU

312 IFM,

314 IFM,

314 户外型和 315-2DP. 在恶劣的环境下使用. 4.高端 CPU:317-2DP 和CPU 318-2DP. 5.故障安全型 CPU:CPU 315F. 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. 图2-7 数字量输入模块 背板总线接口MM24V 背板总线接口N~图2-8 数字量输入模块 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. ~ 负载 PLC 1L M 背板总线接口图2-10 数字量输出模块 ~ 负载 L+ M 背板总线接口图2-9 数字量输出模块 M 负载 1L+ 背板总线接口图2-11 数字量输出模块 DC 24V 1M M SM323 是S7-300 的数字量输入输出模块, 8DI/8DO, 16DI/16DO. ADC 逻辑 光电隔离 内部电源 多路开关 背板总 CH0 CH1 CH6 CH7 图2-12 模拟量输入模块 线接口 L+ M 24V MANA 表2-13 SM331 模拟量输入模块的模拟值 双极性 范围 百分比 十进制 十六进制 ±5V ±10 V ±20 mA 上溢出 118.515%

32767 7FFFH 5.926 V 11.851V 23.70 mA 超出范围 117.589%

32511 7EFFH 5.879 V 11.759V 23.52 mA 100.000%

27648 6C00H 5V

10 V

20 mA

0 %

0 0H 0V

0 V 0mA 正常范围 -100.000% -

27648 9400H -5V -

10 V -20 mA 低于范围 -117.593% -

32512 8100H -5.879 V - 11.759 V -23.52 mA 下溢出 -118.519% -

32768 8000H -5.926 V - 11.851 V -23.70 mA 单极性 范围 百分比 十进制 十六进制 0~10 V 0~20 mA 4~20 mA 上溢出 118.515%

32767 7FFFH 11.852 V 23.70 mA 22.96mA 超出范围 117.589%

32511 7EFFH 11.759 V 23.52 mA 22.81mA 100.000%

27648 6C00H

10 V

20 mA

20 mA 正常范围

0 %

0 0H

0 V

0 mA

4 mA 低于范围 - 17.593 % -

4864 ED00H - 3.52 mA 1.185mA 模拟值的精度小于

15 位,则模拟值左移,左对齐. 【例2-2】 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 0~27 648, 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(0~10 000kPa)对应于转换后的数字 0~27 648,转 换公式为 P =

10 000 * N /

27 648 (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. 图2-13 量程卡 【例2-3】某发电机的电压互感器的变比为 10kV/100V(线电压) , 电流互感器的变比为 1000A/5A,功率变送器的额定输入电压和额定 输入电流分别为 AC 100V 和5A,额定输出电压为 DC ±10V,模拟 量输入模块将 DC ±10V 输入信号转换为数字+27648 和-27649.设转 换后得到的数字为 N,求以 kW 为单位的有功功率值. 解:根据互感器额定值计算的原边有功功率额定值为 ) kW (

17321 ) W (

17321000 1000

10000 3 = = * * 由以上关系不难推算出互感器原边的有功功率与转换后的数字之 间的关系为 17321/

27648 = 0.62648 kW / 字.转换后的数字为 N 时, 对应的有功功率为 0.6265 N (kW),如果以 kW 为单位显示功率 P,使 用定点数运算时的计算公式为 P = N *

6 265 /

10 000 (kW) 【例2-4】用于测量锅炉炉膛压力(?60 Pa~60 Pa)的变送器的输 出信号为 4~20mA,模拟量输入模块将 0~20mA 转换为数字 0~27 648,设转换后得到的数字为 N,试求以 0.1Pa 为单位的压力值. 解: 4~20mA 的模拟量对应于数字量

5 530~2 7648, 即?600~600 (0.1Pa)对应于数字量

5 530~27 648,压力的计算公式应为 DAC 光电隔离 内部电源 背板总 L+ M 24V CH0 图2-14 模拟量输出模块 CH1 线接口 QI MANA 0+ 0- S S

0 QV0 MANA QI MANA 1+ 1- S S

1 QV1 MANA 电流输出 电压输出 1.EX 系列数字量模拟量输入/输出模块 EX 模块在化工等行业使用.将外部的本质-安全设备(用于有爆 炸危险区域的传感器和执行器)与PLC 非本质-安全内部回路隔离. 2.F 系列数字量模拟量输入/输出模块 这些模块具有故障安全运行的集成安全功能,在ET 200M 分布式 I/O 或S7-300F 中使用.用于连接有爆炸危险区域的设备. S7-300 的功能模块 1.计数器模块 ) Pa

1 .

0 (

600 )

5530 (

22118 1200

600 )

5530 ( )

5530 27648 (

1200 ? ? = ? ? ? = N N P 模块的计数器均为 0~32 位或±

31 位加减计数器,可以判断脉冲 的方向,模块给编码器供电.达到比较值时发出中断.可以

2 倍频和

4 倍频计数.有集成的 DI/DO. FM 350-1 是单通道计数器模块, 可以检测最高达 500kHz 的脉冲, 有连续计数、 单向计数、 循环计数

3 种工作模式. FM 350-2 和CM

35 都是

8 通道智能型计数器模块. 2.位置控制与位置检测模块 FM

351 双通道定位模块用于控制变级................