PLC读书报告S7300和S7400 PLC系统配置与编程.docx
- 文档编号:24434756
- 上传时间:2023-05-27
- 格式:DOCX
- 页数:34
- 大小:236.25KB
PLC读书报告S7300和S7400 PLC系统配置与编程.docx
《PLC读书报告S7300和S7400 PLC系统配置与编程.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《PLC读书报告S7300和S7400 PLC系统配置与编程.docx(34页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
PLC读书报告S7300和S7400PLC系统配置与编程
S7-300和S7-400PLC系统配置与编程
摘要:
可编程控制器(ProgrammableLogicalController)是一种数字操作运算的电子系统,专为在工业环境应用下而设计,随着微电子技术和计算机的迅猛发展,其控制功能不断增强,可编程程序控制器还可以进行算术运算,模拟量控制、顺序控制、定时、计数等,并通过数字,模拟的输入、输出控制各种类型的自动化生产过程。
SIMATICS7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,下面我将向大家介绍西门子公司的SIMATICS7-300和S7-400两个系列的PLC系统配置与编程。
关键词:
S7-300PLC;S7-400PLC;系统配置;系统编程
0引言
可编程控制器是把自动化技术、计算机技术,通信技术融为一体的新型工业自动控制装置,凭借可靠性高(平均无故障时间3--5万小时)、编程简单、通用性强、体积小、结构紧凑、安装、维护方便等优点,在国内外已广泛应用于机械、冶金、石油、化工、轻工、纺织、电力、电子、食品、交通等行业。
经验表明,80%以上的工业控制可以使用PLC来完成,PLC已近在工业自动化中发挥着举足轻重的作用。
1S7-300PLC和S7-400PLC的系统配置
1.1S7-300PLC的基本组成
S7-300是模块式的PLC,它的组成部件主要有以下几个部分:
1.中央处理单元(CPU)
各种CPU单元有不同的性能,有的集成有数字量和模拟量输入/输出点,而有的集成有PROFIBUS-DP等通信接口。
CPU面板上有状态故障显示灯、模式开关、24V电源输入端子、电池盒与存储器模块盒(有的CPU没有)。
2.负载电源模块(PS)
负载电源模块用于将AC220V电源转换为DC24V电源,提供给CPU和I/O模块使用。
额定输出电流有2A、5A和10A三种。
3.信号模块(SM)
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。
4.功能模块(FM)
用于对实时性和存储容量高的控制任务,例如高速计数器模块、快速/慢速进给驱动位置控制模块、步进电动机定位模块、伺服电动机定位模块、闭环控制模块、工业标识系统的接口模块、称重模块、位置输入模块等。
5.通信处理器(CP)
用于PLC之间、PLC与计算机和其它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。
6.接口模块(IM)
用于多机架配置时连接中央机架(CR)和扩展机架(ER)。
7.导轨(RACK)
用于固定和安装各种模块。
8.其它外部设备
包括计算机(可以安装STEP7编程软件或做为上位机)、操作屏、触摸屏、打印机等。
上述部件和设备,有些是组成S7-300PLC所必须的,例如CPU模块、导轨、信号模块等,而有些需要根据控制要求来选择,例如功能模块、通信处理器、接口模块等。
个人计算机安装STEP7软件后可作为编程设备,能够在线或离线编程,西门子公司还提供专用的操作屏、触摸屏做为人机界面,与PLC经过通信接口连接,可作为实时监控设备。
1.2S7-300PLC的结构及功能特点
S7-300的所有模块均安装在标准异型导轨(DIN)上,称为机架,导轨的作用是将所有模块紧密的固定在一起。
模块之间信息的传递需要总线(BUS)来完成,这里常称为背板总线(BackplaneBus)。
S7-300的背板总线集成在每一个模块中,安装时用总线接头将所有的模块互连起来。
总线接头为U型,两边各可连接一个模块,如此环环相扣,所有的模块被连接为一个整体,背板总线也由此沟通。
如图1所示。
图1S7-300PLC的结构及总线连接器
S7-300PLC具有以下特点:
1)循环周期短,处理速度高。
指令的执行时间,最快的CPU模块可以达到0.1微秒~0.6微秒。
在中等控制性能要求的领域中,高速的用户程序执行速度,对PLC的使用和推广开辟了更为广阔的空间。
2)指令集功能强大,可用于复杂功能。
其浮点数操作指令,可有效实现复杂的算术运算,简化了用户程序,使PLC更加适合于具有大量数据处理的过程控制系统中。
3)人机界面(HMI)被集成在S7-300操作系统内,因此人机对话的编程要求大大减少。
SIMATIC人机界面(HMI)从S7-300中取得数据,S7-300按照用户指定的刷新速度传递这些数据,S7-300操作系统自动处理数据的传送。
4)CPU的智能化诊断系统连续不断的监控系统的运行,对不正常状态、错误和特殊系统事件(例如超时、模块更换等)进行记录或者报警。
5)系统允许设置多种级别的保护口令,可有效防止用户程序在未经允许的情况下被复制或修改。
同时,在CPU模块面板上的工作模式选择开关是钥匙型的,钥匙取出后,就不能改变操作方式,也有利于防止非法删除或改写用户程序。
1.3S7-300的系统配置
S7-300PLC由各种模块和导轨组成机架,包含了CPU模块的机架称为中央机架(CR)。
每个机架最多可安装8个信号(SM)模块(或者其它功能模块),当中央机架所包含的I/O点数不够,或者需要分布式的I/O配置时,就需要考虑扩展机架(ER)的设置。
以下分别介绍这两种机架的配置方式。
1.中央机架(CR)
图2中央机架配置示意图
中央机架必须安装有CPU模块,S7-300PLC需要提供DC24V直流工作电源,可以选用电源模块,也可以通过外部DC24V电源供电。
电源模块在物理结构上是相对独立的,与其它模块之间用电源馈线连接,并应安装在机架的最左端,之后紧接CPU模块、接口模块(IM)、I/O模块及其它功能模块。
图2为中央机架的一般配置示意图,本图未选用接口模块。
CPU模块将DC24V电源转换成DC5V电源供自身使用,并经过背板总线送给其它模块,额定电流值与CPU型号有关。
各类模块消耗的电流可通过S7-300模块手册查到,它们所消耗的总电流,也是选择CPU模块的依据之一。
2.扩展机架(ER)
图3采用IM365的扩展配置
中央机架与扩展机架之间的连接,需要接口模块的参与。
接口模块总是成对使用的,在中央机架和扩展机架上各需安装一块接口模块。
位于中央机架上的接口模块应安装在CPU模块之后,而扩展机架上的接口模块则安装在机架的最左端或者电源模块之后。
如果系统只需要一个扩展机架,可以选用IM365型接口模块,这是一种经济型的配置方案。
扩展机架所需电源由中央机架上的CPU模块产生,经IM365接口模块的连接电缆传输到扩展机架,如图3所示。
若采用IM360/IM361型接口模块,扩展机架需要单独提供DC24V电源,此时最多可扩展3个ER,机架之间的距离在4厘米~10米之间,配置示意图如图4所示。
中央机架和各个扩展机架均配有电源模块,中央机架上安装接口模块IM360,机架号为0号。
图4采用接口模块IM360/361的扩展配置
三个扩展机架安装接口模块IM361,机架号依次为1号、2号、3号。
1.4S7-300的CPU模块
在介绍CPU模块性能之前,首先解释一些西门子公司技术手册上的名词。
1.存储器
(1)装载存储器(loadmemory):
其用途是装载用户程序。
用户程序经由通信接口,从编程设备传送给S7-300CPU的装载存储器中。
(2)工作存储器(workmemory):
物理上为CPU内置RAM的一部分,当CPU处于运行状态时,用户程序和数据从装载存储区调入工作存储区,在工作存储器中运行。
(3)系统存储器(systemmemory):
S7-300将CPU的一部分内置RAM划分出来,用于位存储、I/O映像寄存器、计数器、定时器等。
系统存储器与工作存储器同属于CPU集成的物理内存,用户程序代码和数据均在这两部分存储区中执行。
(4)微存储器卡MMC(MicroMemoryCard):
FlashEPROM微存储卡,用于对装载存储器的扩充,CPU模块上有专用的MMC插槽,MMC可拆卸,最大容量的MMC为8MB。
作为装载存储器,MMC用于对用户程序和数据的断电保护,也可存储S7-300系统程序以利于以后的系统升级。
2.CPU模块
S7-300有多种不同型号的CPU模块,这些CPU按性能等级划分,几乎涵盖了各种应用范围。
从目前的情况来看,大体有4个系列。
(1)标准型CPU系列。
包括:
CPU313、314、315、315-2DP、316-2DP、318-2,型号尾部有后缀“DP”字样的,表明该型号CPU集成有现场总线PROFIBUS-DP通信接口。
此外还有几种重新定义型的CPU,包括CPU312、314、315-2DP、317-2DP等。
(2)集成型CPU系列。
主要有CPU312IFM和314IFM两种。
在这两种CPU内部集成了部分I/O点、高速计数器及某些控制功能。
CPU312IFM集成的特殊功能有:
1个4输入端高速计数器,计数器长度为32位(含符号位),计数频率可达10KHz;1个频率测量通道,最高可测10KHz,采样周期可调为0.1S、1S、10S;以及过程中断功能。
这些功能的实现,需要在编程时对内部集成的数字输入通道(124.6~125.1)进行专门定义。
CPU314IFM集成的功能有:
1个4输入端高速计数器(也可定义为2个2输入端计数器),计数频率可达10KHz;1个频率测量通道,最高可测10KHz,采样周期可调为0.1S、1S、10S;开环定位功能,通过一个24V增量编码器进行位置测量,需要占用3个数字输入端;过程中断功能;PID控制功能,可实现闭环控制。
注意,上述涉及数字量输入的功能,同样需要对内部集成的数字输入端(126.0~126.3)进行专门定义。
(3)紧凑型CPU系列,型号后缀带有字母C,包括:
CPU312C、313C、313C-2PtP、313C-2DP、314C-2PtP、314C-2DP。
型号尾部有后缀“DP”字样的,表明该型号CPU集成有现场总线PROFIBUS-DP通信接口;型号尾部有后缀“PtP”字样的,表明该型号CPU集成有第二个串行口,两个串行口都有点对点(PtP)通信功能。
CPU313C、CPU314C-2PtP、CPU314C-2DP三种型号中集成有模拟量输入/输出,其中4路输入的规格为:
DC±10V、0~10V、±20mA、4~20mA,分辨率为11位+符号位,积分时间可调为2.5ms、16.6ms、20ms。
另有一路模拟量输入可测0~600Ω的电阻,或接Pt100热电阻。
两路模拟量输出规格为:
DC±10V、0~10V、±20mA、4~20mA,各通道转换时间为1ms。
CPU312C集成的特殊功能有:
2通道高速计数器,最大频率10KHz;2通道频率测量,可测最大频率10KHz;2通道脉冲宽度调制输出,最高输出频率2.5KHz。
CPU313C、313C-2PtP、313C-2DP集成的特殊功能有:
3通道高速计数器,最大频率30KHz;3通道频率测量,可测最大频率30KHz;3通道脉冲宽度调制输出,最高输出频率2.5KHz;PID闭环控制。
CPU314C-2PtP、314C-2DP集成的特殊功能有:
4通道高速计数器,最大频率60KHz;4通道频率测量,可测最大频率60KHz;4通道脉冲宽度调制输出,最高输出频率2.5KHz;1路位置控制;PID闭环控制。
(4)故障安全型CPU系列,是西门子公司最新推出的具有更高可靠性的CPU模块,主要型号有CPU315F、317F-2DP。
表1列出了几种CPU模块及其主要技术参数。
表1几种CPU的主要性能参数
型号CPU—
313
315-2DP(标准型)
315-2DP
(新型)
314C-2PtP
314C-2DP
312IFM
装载存储器
20KBRAM4MBMMC
96KBRAM4MBMMC
8MBMMC
4MBMMC
4MBMMC
20KBRAM/
20KBROM
内置RAM
12KB
64KB
128KB
48KB
48KB
6KB
浮点数运算时间
60μs
50μs
6μs
15μs
15μs
60μs
最大DI/DO
256
1024
1024
992
992
256
最大AI/AO
64/32
256/128
256
248/124
248/124
64/32
最大配置CR/ER
1/0
1/3
1/3
1/3
1/3
1/0
定时器
128
128
256
256
256
64
计数器
64
64
256
256
256
32
位存储器
2048B
2048B
2048B
2048B
2048B
1024B
通信接口
MPI接口
MPI接口DP接口
MPI/PtP接口,DP接口
MPI/PtP接口,PtP接口,
MPI接口DP接口
MPI接口
1.5S7-300的数字量模块
S7-300的数字量模块基本为三大类:
SM321数字量输入模块、SM322数字量输出模块、SM323数字量输入/输出模块。
1.SM321数字量输入模块
根据输入点数的多少,可分为8点、16点、32点三类。
输入电压类型有直流和交流两种,电压等级有24VDC、48~125VDC、120VAC、120/230VAC等几种。
例如SM321;DI32×24VDC,为32点输入、直流24V型信号模块;SM321;DI16×120VAC,为16点输入、交流120V信号模块;SM321;DI16×24VDC,Interrupt,为16点输入、直流24V、带硬件故障诊断及中断的信号模块。
信号模块输入点通常要分成若干组,每组在模块内部有电气公共端,选型时要考虑外部开关信号的电压等级和形式,不同电压等级的信号必须分配在不同的组。
模块输入点的分组情况要查阅相关的技术手册,限于篇幅,这里不再给出。
2.SM322数字量输出模块
SM322系列有32点、16点、8点三种类别,输出开关器件有晶体管输出方式、晶闸管输出方式、继电器输出方式。
负载电压等级有24VDC、48~125VDC、120VAC、120/230VAC等几种。
例如SM322;DO8×230VAC/5AREL.,为8点继电器输出、最大可带230VAC/5A的负载。
3.SM323数字量输入/输出模块
这一类型的模块目前有两种:
DI16/DO16×24VDC/0.5A以及DI8/DO8×24VDC/0.5A。
前者有16个数字输入点和16个数字输出点,16个输入点为1组,内部共地;16个输出点分成两组,两组的内部结构相同,均为晶体管输出,每8个输出点共用一对负载电源端子。
后者为8输入/8输出模块,输入/输出均为1组,内部结构与前者相同。
1.6S7-300的模拟量模块
S7-300的模拟量输入/输出模块包括:
SM331模拟量输入(AI)系列、SM332模拟量输出(AO)系列、SM334模拟量输入/输出(AI/AO)系列。
1.SM331系列模拟量输入(AI)模块
SM331模拟量输入模块的核心部件是A/D转换器,由于若干通道合用一个A/D转换器,所以在模拟量进入A/D转换器之前,需要有多路模拟转换开关来选择通道,各通道是循环扫描的,因此每一个通道的采样周期不仅取决于各通道的A/D转换时间,还取决于所有被激活的通道数量,为了尽量缩短扫描周期,加快采样频率,有必要利用STEP7编程软件屏蔽掉那些不用的通道。
常用的SM331系列模拟量输入模块有5种,表2给出了这5种模块的主要技术指标。
表2常用模拟量输入模块的主要技术指标
技术指标
AI812Bit
AI816Bit
AI212Bit
AI8RTD
AI8TC
输入点数/组数
8点/4组
8点/4组
2点/1组
8点/4组
8点/4组
分辩率
9位+符号位
12位+符号位
14位+符号位
15位+符号位
9位+符号位
12位+符号位
14位+符号位
15位+符号位
15位+符号位
技术指标
AI812Bit
AI816Bit
AI212Bit
AI8RTD
AI8TC
测量方式
电流、电压、电阻器、温度计
电流
电压
电流、电压、电阻器、温度计
电阻器
温度计
温度计
测量范围选择
任意
任意
任意
任意
任意
A/D转换的结果按16位二进制补码形式存储,即占用1个字(两个字节)的长度。
最高位为符号位,为“1”表示转换结果为负值,为“0”表示结果为正值。
当转换精度不够15位时(例如9位+符号位),有效位(包括符号位)从高字节的最高位开始向下排,无效位补零,表3所示为三种转换精度的数据存储格式,S位为符号位,标有×的位被补为0。
表3A/D转换结果存储格式示例
分辨率
高字节
低字节
15位+符号位
S
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
12位+符号位
S
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
×
×
×
9位+符号位
S
1
0
1
0
1
0
1
0
1
×
×
×
×
×
×
2.SM332系列模拟量输出(AO)模块
模拟量输出模块用于将S7-300的数字信号转换为系统所需要的模拟量信号,控制模拟量调节器、执行机构或者做为其它设备的模拟量给定信号,其核心部件为D/A转换器。
SM332系列模块的输出精度主要有12位和16位两种;输出通道主要有2通道和4通道两种形式;输出信号可为电压或电流。
电压的输出范围可调为:
1~5V、0~10V、±10V。
电流的输出范围可调为:
0~20mA、4~20mA、±20mA。
例如模块SM332;AO4×12Bit,共有4个通道,每个通道的分辨率均为12位,可分别设置为电流输出或电压输出。
电流输出为两线式,电压输出可为两线,也可为四线,采用四线时,其中两个端子的引出线用于测量负载两端的电压,这样可以提高电压的输出精度。
3.SM334系列模拟量输入/输出(AI/AO)模块
SM334模拟量I/O模块主要有AI4/AO2×8/8Bit和AI4/AO2×12Bit两种规格。
AI4/AO2×12Bit模块的特点是:
分辨率12位;4个输入通道分为两组,可以测量电压信号、电阻器、热电耦,电压信号的测量范围是0~10V,不能测量电流信号;两路电压模拟量输出,输出范围0~10V,两线制接法,没有测量端。
AI4/AO2×8/8Bit模块的特点是:
分辨率为8位;4路输入可测量电压和电流信号,两路输出;输入与输出的范围均为:
电压0~10V,电流0~20mA;输入/输出形式的选择不是通过软件组态,而是通过接线形式来确定,这一点是与其它模块最大不同之处。
1.7S7-300的电源模块(PS)
PS307电源模块有2A、5A10A三种规格,将输入的单相交流电压(120/230V,50/60Hz)转变为直流24V提供给S7-300PLC使用,同时也可作为负载电源,通过I/O模块向使用24VDC的负载(如传感器、执行机构等)供电。
PS307电源模块的输入与输出之间有可靠的隔离。
如果正常输出额定电压24V,面板上的绿色LED等点亮;如果输出电路过载,LED灯闪烁,输出电压下降;如果输出短路,则输出电压为零,LED灯灭,短路故障解除后自动恢复。
另外,LED灯灭的状态下,也有可能是输入交流电源电压低所至,此时模块自动切断输出,故障解除后自动恢复。
图5PS307电源模块原理图
图5是PS307电源模块的基本原理图。
图中L+和M端子为24VDC的正、负输出,各提供两个接线端子以利于分别向CPU模块和I/O模块接线。
L1和N为交流电源输入端子。
1.8S7-300的I/O编址
1.数字量I/O地址的确定
S7-300的数字I/O地址由地址标识符、地址的字节部分和位部分组成,地址标识符I表示输入,Q表示输出,例如I0.7是一个输入数字量的地址,表示0号字节的第7位。
S7-300对各个I/O点的编址是依据其所属模块的安装位置决定的,依据规定,各种信号模块应安装在4号至11号槽位。
因此,CPU从4号槽位开始为I/O模块分配地址,每个槽位所占用的I/O地址是系统默认的,以字节为单位。
图6S7-300数字量I/O模块的默认地址
图6给出了各个机架和槽位的数字量I/O编址。
图中,每个槽位最多32个点,占4个字节。
举例来说,若中央机架(机架0)的4号槽位上安装了SM321;DI32×24VDC模块,则该模块上的32个数字输入点地址依次为:
I0.0~I0.7、I1.0~I1.7、I2.0~I2.7、I3.0~I3.7。
若为数字输出模块,例如SM322;DO32×24VDC/0.5A,则32个输出点地址依次为:
Q0.0~Q0.7、Q1.0~Q1.7、Q2.0~Q2.7、Q3.0~Q3.7。
如果不是32点的模块,例如SM321;DI16×24VDC,则各点地址依次为:
I0.0~I0.7、I1.0~I1.7,后面的I2.0~I3.7不能用。
2.模拟量I/O地址的确定
图7是S7-300对各个机架上槽位的模拟I/O默认地址。
在SM区(4~11号槽位)的每个槽位上,CPU为每个模拟量模块分配了16个字节的地址,允许最多8路模拟I/O,每个模拟量I/O的地址都是用1个字来表示的,例如QW256是一个模拟量输出通道的地址,由QB256和QB257两个字节组成,而输入地址IW640则是由IB640和IB641两个字节组成的。
实际使用时是根据具体的模块来确定实际的地址范围的,例如0号机架的4号槽位,如果安装的是两通道模拟输入I/O,则实际用到的地址是IW256、IW258。
图7S7-300模拟量I/O模块的默认地址
1.9S7-400系统简介
S7-400是具有中高性能的PLC,采用模块化无风扇设计,扩展能力和通讯能力很强,适用于对高可靠性要求很高的大型复杂的控制系统。
S7-400系统由以下组件组成:
背板、电源模块(PS)、S7-400CPU、信号模块(SM)、通讯处理器(CP)、功能模块(FM)等。
S7-400对模块数量限制的上限远远大于S7-300,因而有极强的扩展能力。
信号模块的更换可以热插拔,而不必暂停生产。
1.S7-400的基本结构
S7-400PLC的背板总线是集成在背板之上的,这一点与S7-300不同。
模块插在背板的插座上,有不同插槽数目的背板供用户选择。
可以扩展机架,各机架之间用接口模块和通讯电缆连接。
中央机架必须配置CPU模块和电源模块,电源模块应安装在机架的最左边。
中央机架最多可插入6块发送型的接口模块,最多能连接21个扩展机架。
集中式扩展方式适合于小型配置或一个控制柜中的系统,这与接口模块的选择有关,采用IM460-0/461-0作为发送与接收接口时,最大传输距离为3米,接口模块不向扩展机架传输5V电源;用IM460-1/461-1作为发送与接收接口时
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- PLC读书报告S7300和S7400 PLC系统配置与编程 PLC 读书 报告 S7300 S7400 系统配置 编程
![提示](https://static.bdocx.com/images/bang_tan.gif)