S7300系统详细解述office.docx
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S7300系统详细解述office
一、SIMATICS7系统概述
1.0S7-300概述
1.1特性
a)针对低性能要求的模块化中小控制系统
b)不同档次的CPU
c)可选择不同类型的扩展模块
d)可以扩展多达32个模块
e)模块内集成背板总线
f)网络连接:
多点接口(MPI),PROFIBUS或工业以太网
g)通过编程器PG访问所有的模块
h)无插槽限制
i)借助于“HWConfig“工具可以进行组态和设置参数
2.0技术参数
CPU312IFM
CPU313
CPU314
CPU314IFM
CPU315
工作存储器
6K字节
12K字节
24K字节
24K字节
48K字节
装载存储器(内部集成RAM.)
20K字节
20K字节
40K字节
40K字节
80K字节
装载存储器(FlashEPROM)
——
512K字节
512K字节
——
512K字节
(最多可接)
DI/DO
128
128
512
992
1024
AI/AO
32
32
64
248
128
本机I/O点
DI/DO
10/6
——
——
20/16
——
AI/AO
——
——
——
4/1
——
程序执行时间(1K二进制指令)
0.6ms
0.6ms
0.3ms
0.3ms
0.3ms
存储器标志位
1024
2048
2048
2048
2048
计数器/定时器
32/64
64/128
64/128
64/128
64/128
集成功能
例如:
计数器/频率测量
有
无
无
有
无
同时通过MPI通讯的节点
4
4
4
4
4
2.1技术数据
S7-300CPU家族支持一个通用的指令集和寻址方法。
上面的幻灯片向你展示了S7-300CPU312---CPU315最重要的技术规范。
2.2程序块的数目程序块数目的差别是:
(FB,FC,DB)。
CPU312
CPU313/314/315
32FB
128FB
32FC
128FC
63DB
127DB
注:
-FB功能块、-FC功能调用、-DB数据块
2.3输入/输出
对CPU312/313,只能有1层组态。
2.4机架组态
对CPU314/315,可以支持4层组态。
2.5DP连接S7-315-DP有一个附加的接口,可以支持PROFIBUS分布式外设(DP)
3.0S7-300模块
3.1信号模块(SM)
a)数字量输入模块:
24VDC,120/230VAC
b)数字量输出模块:
24VDC,继电器
c)模拟量输入模块:
电压,电流,
电阻,热电偶
d)模拟量输出模块:
电压,电流
3.2接口模块(IM)
IM360/IM361和IM365可以用来进行多层组态,它们把总线从一层传到另一层。
3.3占位模块(DM)
DM370占位模块为没有设置参数的信号模块保留一个插槽。
它也可以用来为以后安装的接口模块保留一个插槽。
3.4功能模块(FM)
执行“特殊功能”:
计数、定位、闭环控制
3.5通讯处理器(CP)
提供以下的连网能力:
点到点连接、PROFIBUS、工业以太网
4.0S7-300:
CPU设计
4.1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
4.2状态指示器(LED)
SF=组错误:
CPU内部错误或带诊断功能模块错误
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
4.3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。
4.4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。
4.5MPI连接
用MPI接口连接到编程设备或其它设备
4.6DP接口
分布式I/O直接连接到CPU的接口。
5.0安装STEP7对PG/PC的要求
硬件/软件
要求
处理器
80486或更高,推荐Pentium
硬盘(自由空间)
最小300MB(对Windows、交换文件、STEP7、项目)
RAM
>=32MB,推荐64MB
接口
CP5611或MPI卡或PC-适配器存储器卡编程适配器
鼠标
要
操作系统
Windows95/98/NT
注意:
SIMATICS7系列的新编程器为STEP7安装提供最佳条件。
在PC中插入一个MPI卡也可以满足上面提出的要求,或者用一个PC适配器连到COM接口。
二、PLC的硬件安装和维护
1.0S7-300的组件
部件
功能
导轨
是S7-300的机架
电源(PS)
将电网电压(120/230V)变换成为S7-300所需的24VDC工作电压
中央处理器(CPU)
执行用户程序。
附件:
存储器模板、后备电池
接口模板(IM)
连接两个机架的总线
信号模块(SM)
(数字量/模拟量)
把不同的过程信号与S7-300相匹配
附件:
总线连接器、前连接器
功能模块(FM)
完成定位、闭环控制等功能
通讯处理器(CP)
连接可编程控制器。
附件:
电缆、软件、接口模块
注:
组成S7-300可编程控制器的部件简介
导轨
导轨上可以安装电源、CPU、IM和最多八个信号模板
电源
电源的输出是24VDC,有2A、5A和10A三种型号。
输出电压是隔离的,并具有短路保护,不带负载时输出稳定。
一个LED用来指示电源是否正常,当输出电压过载时,LED指示灯闪烁。
用选择开关来选择不同的供电电压:
120V和230V。
中央处理器
CPU的前面板有如下的部件:
•状态和故障指示灯,
•可取下的4位模式开关
•24V电源的连接
•连接到编程设备或另一台可编程控制器的多点接口(MPI)
•电池盒(CPU312/FM不具备)
•存储器模块盒(CPU312/FM和314/FM不具备)
接口模板
接口模板提供多层组态的能力
信号模板
这些模板根据电压范围或输出电压来选择。
每个模板都有一个总线连接器,总线连接器连接背板总线。
过程信号连接到前连接器的端子上
连接电缆
用一个PG电缆可以直接连接编程设备,几台可编程控制器之间组网也需要PROFIBUS电缆和电缆连接器
功能模块
功能模板替换当前智能处理器模板
通讯处理器
PROFIBUS现场总线系统的通讯处理器
2.0S7-300的安装位置(水平和垂直安装位置)
依赖于安装位置,可编程控制器的控制柜的温度如下:
•0-600C:
对于水平安装
•0-400C:
对于垂直安装
3.0S7-300的扩展能力
最大扩展能力
S7-300/CPU314/315的可以扩展到32个模板,每个机架(层)安装8个模板。
对于信号模板、功能模板和通讯处理器没有插槽限制,也就是说它们可以插到任何一个槽位。
接口模板(IM)
接口模板(IM360/361)用来在机架之间传递总线。
IMS接口代表发送,IMR接口代表接收。
接口模板必须安装到特定的插槽。
如果需要,在扩展机架可以安装辅助电源。
对于双层组态,硬连线的IM365接口模板较为经济(不需要辅助电源,在扩展机架上不能使用CP模板)。
局部地址区
一些功能模板,例如:
FMNC,可以有它们自己的I/O。
这使得该FM模块可以快速访问自己专用的I/O区域。
这个I/O区域就叫做局部地址区。
每个机架上都可配置局部地址区,在运行过程中,CPU将不能访问这些I/O区域。
槽号
槽1到3(=固定分配):
槽1:
PS(电源),如果存在
槽2:
CPU(中央处理器),如果存在
槽3:
IM(接口模板),如果存在
槽4到11(自由分配):
SM、FM、CP可以插入这八个槽中的任何一个
距离
两层机架之间的电缆长度:
采用IM365的两层之间最大长度:
1m
采用IM360/361的多层组态之间最大长度:
10m
3.1安装规范
1)对于水平安装,CPU和电源必须安装在左面。
对于垂直安装,CPU和电源必须安装在底部
2)必须保证下面的最小间距:
a)机架左右为20mm
b)单层组态安装时,上下为40mm
两层组态安装时,上下至少为80mm
3)接口模块安装在CPU的右面
4)一个机架上最多插八个I/O模块(信号模块、功能模块、通讯处理器)
5)多层组态只适用于CPU314/315/316
6)保证机架与安装部分的连接电阻很小(例如通过垫圈来连接)
3.2安装检查表
1)
所有部件是否齐备(见部件清单)
2)
安装导轨
3)
安装电源
4)
把总线连接器连到CPU,并安装模块
5)
把总线连接器连到I/O模块,并安装模块
6)
连接前连接器,并插入标签条和槽号
7)
给模块配线(电源,CPU和I/O模块)
3.3导轨安装
1)总线连接器:
每个模板都带一个总线连接器。
安装前把总线连接器插入模板。
注:
从CPU开始,最后一个模板不需要总线连接器。
2)模板:
按顺序把模板挂到导轨上方。
模板的顺序是:
•电源
•CPU
•其它模板
向下按模板并用螺丝把将它们紧固在导轨上。
3)前连接器:
前连接器插入信号模板,来连接现场信号。
在模板和前连接器之间是一个机械编码器,可以避免以后把前连接器混淆。
4)槽号:
槽口标号条是CPU的附件,它们用来标识模块的位置。
在后面设置模块参数时,要知道模块的位置。
3.4电源和CPU的接线
1)打开电源模块和CPU模块面板上的前盖。
2)松开电源模块上接线端子的夹紧螺钉。
3)将进线电缆连接到端子上,并注意绝缘。
4)上紧接线端子的夹紧螺钉。
5)用连接器将电源模块与CPU模块连接起来并上紧螺钉。
6)关上前盖。
7)检查进线电压的选择开关把槽号插入前盖。
注:
电缆
进线电缆应选用截面积在0.25至2.5mm2之间的柔性电缆
连接器
连接器包含在电源模块的定货当中,它用来将电源模块产生的直流24V工作电压连接到CPU模块上
注意:
CPU利用外部输入的24V工作电压产生内部所需的5V电压
24V连接
电源模块还提供了24V输出电压的辅助接线端子,用于连接信号模块
进线电压
电源模块上选择开关用来选择进线电压的等级。
选择开关有230V和120V两档。
操作时用螺丝刀撬开保护盖,根据实际进线电压设置好开关的位置然后关上保护盖
3.5前连接器的接线
1)打开信号模块的前盖。
2)将前连接器放在接线位置。
3)将夹紧装置插入前连接器中。
4)剥去电缆的绝缘层(6mm长度)。
5)将电缆连接到端子上。
6)用夹紧装置将电缆夹紧。
7)将前连接器放在运行位置。
8)关上前盖。
9)填写端子标签并将其压入前盖中,在前连接器盖上粘贴槽口号码
注:
电缆
采用截面积为0.25至1.5mm2的柔性电缆。
接头处不需要芯线套管。
如果想使用芯线套管,请选用DIN46228标准的非绝缘套管。
接线位置
压下模块上部的释放按钮,向前拔出前连接器直到尽头。
在此位置上前连接器已经与模块断开,而且由于端子比较突出便于接线。
端子分配
端子的分配请参考用户手册中信号模块的部分。
M一般接到端子20上,L+接到端子2或1上。
光电隔离
数字信号的输入和输出模块具有光电隔离措施。
8或16个输入或输出点使用一个公共端(M端)。
电缆长度
非屏蔽电缆的最大允许长度为600m(模拟信号模块除外)。
屏蔽电缆的最大允许长度为1000m。
电缆的安装
为了实现正确的EMC安装,请参考S7-300操作手册中关于电气安装的部分。
对于>60V的信号或电源电缆,一般应采用单独的捆扎或穿管。
三、STEP7编程方法
1.0程序结构
STEP7为设计程序提供三种方法。
基于这些方法,可以选择最适合于你的应用的程序设计方法。
1.1线性化编程
所有的程序都在一个连续的指令块中。
这种结构和PLC所代替的固定接线的继电器线路类似。
系统按照顺序处理各个指令。
1.2模块化编程
程序分成不同的块,每个块包含了一些设备和任务的逻辑指令。
组织块中的指令决定是否调用有关的控制程序模块。
例如,一个模块程序包含有一个被控加工过程的各个操作模式。
1.3结构化编程
结构化程序包含有带有参数的用户自定义的指令块。
这些块可以设计成一般调用。
实际的参数(输入和输出的地址)在调用时进行赋值。
一个带参数的程序块的例子如下:
a)一个“泵控”块含有对泵的操作指令,例如控制过程中的泵的输入和输出信号。
b)对泵进行控制的程序块负责调用(打开)“泵控”块,并指出哪个泵要进行控制。
c)当“泵控”块完成其操作指令后,程序返回到调用块(例如,OB1),然后,继续执行其他的指令。
2.0线性化编程
2.1什么是线性化编程?
线性化编程具有不带分支的简单结构:
一个简单的程序块包含系统的所有指令。
线性编程类似于硬接线的继电器逻辑。
2.2它如何执行?
顾名思义,线性化程序描述了一条一条重复执行的一组指令。
所有的指令都在一个块内(通常是组织块)。
块是连续执行的,在每个CPU扫描周期内都处理线性化程序。
2.3优点和缺点是什么?
所有的指令都在一个块内,此方法适于单人编写程序的工程。
由于仅有一个程序文件,软件管理的功能相对简单。
但是,由于所有的指令都在一个块内,每个扫描周期所有的程序都要执行一次,即使程序的某些部分并没有使用。
此方法没有有效地利用CPU。
另外,如果在程序中有多个设备,其指令相同,但参数不同,将只得用不同的参数重复编写这部分程序。
3.0模块化编程
3.1什么是模块化编程?
模块化编程是把程序分成若干个程序块,每个程序块含有一些设备和任务的逻辑指令。
3.2它如何执行?
在组织块(OB1)中的指令决定控制程序的模块的执行。
模块化编程功能(FC)或功能块(FB)。
它们控制着不同的过程任务,例如:
操作模式,诊断或实际控制程序。
这些块相当于主循环程序的子程序。
3.3优点和缺点是什么?
在模块化编程中,在主循环程序和被调用的块之间仍没有数据的交换。
但是,每个功能区被分成不同的块。
这样就易于几个人同时编程,而相互之间没有冲突。
另外,把程序分成若干小块,将易于对程序调试和查找故障。
OB1中的程序包含有调用不同块的指令。
由于每次循环中不是所有的块都执行,只有需要时才调用有关的程序块,这样,CPU将更有效地得到利用。
一些用户对模块化编程不熟悉,开始时此方法看起来没有什么优点,但是,一旦理解了这个技术,编程人员将可以编写更有效和更易于开发的程序。
4.0结构化编程
4.1什么是结构化编程?
结构化程序把过程要求的类似或相关的功能进行分类,并试图提供可以用于几个任务的通用解决方案。
向指令块提供有关信息(以参数形式),结构化程序能够重复利用这些通用模块。
这些模块的例子包括:
-传送带系统中所有交流电机的通用逻辑控制的块
-装配线机械中所有电磁线圈的通用逻辑控制的块
-造纸机器中所有驱动装置的通用逻辑控制的块
4.2它如何执行?
OB1(或其他块)中的程序调用这些通用执行块。
和模块化编程不同,通用的数据和代码可以共享。
4.3优点和缺点是什么?
不需要重复这些指令,然后对不同的设备代入不同的地址,可以在一个块中写程序,用程序把参数(例如:
要操作的设备或数据的地址)传给程序块。
这样,可以写一个通用模块,更多的设备或过程可以使用此模块。
当使用结构化编程方法时,需要管理程序存储和使用数据。
4.4程序块类型
1)用户块:
用户块包括程序代码和用户数据。
在结构化程序中,一些块循环调用处理,一些块需要时才调用。
2)系统块:
系统块是在CPU操作系统中预先定义好的功能和功能块。
这些块不占用用户程序空间。
用户程序调用系统块,在整个系统中这些块具有相同的接口、相同的标示和相同的号。
用户程序可以容易地转换到不同的CPU或PLC。
注:
用户定义的块
块类型
特性
组织块(OB)
OB块构成了S7CPU和用户程序的接口。
可以把全部程序存在OB1中,让它连续不断地循环处理。
也可以把程序放在不同的块中,用OB1在需要的时候调用这些程序块。
除OB1外。
操作系统根据不同的事件可以调用其他的OB块。
例如:
时间-日期中断、周期时间中断、诊断中断、硬件中断、故障处理中断、硬件启动
功能块(FB)
功能块是在逻辑操作块内的功能或功能组,在操作块内分配有存储器,并存储有变量。
FB需要这个背景数据块形式的辅助存储器。
通过背景数据块传递参数,而且,一些局部参数也保存在此区。
其他的临时变量存在局部堆栈中。
保存在背景数据块内的数据,当功能块关闭时数据仍保持。
而保存在局部堆栈中的数据不能保存。
功能(FC)
功能是类似于功能块的逻辑操作块,但是,其中不分配存储区。
FC不需要背景数据块。
临时变量保存在局部堆栈中,直到功能结束。
当FC执行结束时,使用的变量要丢失。
数据块(DB)
数据块是一个永久分配的区域,其中保存其他功能的数据或信息。
数据块是可读/写区,并做为用户程序的一部分转入CPU。
系统块
系统功能块(SFC)
系统功能是集成在S7CPU中的已经编程并调试过的功能。
这些块支持的一些任务是设置模块参数、数据通讯和拷贝功能等。
用户程序可以不用装载直接调用SFC。
SFC不需要分配数据块。
系统功能块(SFB)
系统功能块是S7CPU的集成功能。
由于SFB是操作系统的一部分,用户程序可以不用装载直接调用SFB。
SFB需要分配背景数据块DB,数据块必须作为用户程序的一部分下装到CPU。
系统数据块(SDB)
系统数据块是由不同STEP7工具产生的程序存储区,其中存有操作控制器的必要数据。
SDB中存有一些信息,例如:
组态数据、通讯连接和参数。
5.0循环程序执行
5.1启动
当PLC得电或从STOP切换到RUN模式时,CPU执行一次全启动(使用OB100)。
在全启动期间,操作系统清除非保持位存储器、定时器和计数器,删除中断堆栈和块堆栈,复位所有保存的硬件中断,并启动扫描循环监视时间。
5.2扫描循环
CPU的循环操作包括三个主要部分,见下图:
•CPU检查输入信号的状态并刷新过程影响输入表。
•执行用户程序
•把过程输出映象输出表写到输出模块
四、硬件调试
1.0调试内容
1)观察模板上的LED指示灯
2)执行CPU存储器复位
3)执行CPU的完全再启动
4)启动SIMATIC管理器
5)用监视变量功能检查输入
6)用修改变量功能检查输出
2.0指示灯
2.1S7-300电源模块上的LED指示灯
LED”DC24V”
状态
电源的反应
常亮
24V正常
24V正常
闪烁
输出电路过载:
到130%(动态)
到130%(静态)
到130%(动态)电压急降,当不过载时,重建电压
到130%(静态),电压降低,减少设备寿命
不亮
输出短路
电压不输出,当短路消失时自动恢复
不亮
原端超压或欠压
过电压会造成损坏,欠电压自动关断
2.2S7-300CPU模块上的LED指示灯
状态显示LED
SF=系统错误、编程错误或从有诊断功能模板来的故障
BATF=电池故障:
电池电压不足或不存在电池
DC5V=5V电源电压指示
FRCE=当强制执行时变亮
RUN=当CPU启动时闪烁,在RUN模式下常亮
STOP=在STOP模式下常亮,
当要求存储器复位时慢速闪烁,执行存储器复位时快速闪烁。
钥匙开关
用于手动设置CPU操作模式
MRES=存储器复位(模板复位)
STOP=STOP模式:
不执行程序
RUN-P=RUN模式:
CPU执行程序
RUN=执行程序,但是,程序只能读,不能改写。
存储器卡插槽
在该槽中插入存储器卡。
存储器卡可以不用电池永久地保存用户程序。
电池
在前盖下有一个放置锂电池的盒。
MPI连接
在前盖下有一个9针连接器,它是S7设备之间MPI连接的多点接口。
2.3数字量模块上的LED指示灯
注:
LED指示灯:
模板上的每个输入和输出都有用于诊断的LED指示灯。
它们在确定程序错误时非常有用。
LED显示的是光耦前的现场过程状态或内部状态。
2.4执行存储器复位和完全再启动
存储器复位:
当存储器复位时,工作存储器、装载存储器和带保持的数据都被清除。
然后执行硬件测试。
如果存储器卡存在,用户程序就从存储器卡拷贝到工作存储器。
完全再启动:
当完全再启动时,过程映像和非保持数据被清除。
当过程映像读入后,就开始新的一个循环。
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