西門(mén)子300學(xué)習(xí)

1、第一篇第一篇 基基 礎(chǔ)礎(chǔ) 篇篇nplc(programmable logical controller )中文名稱可編程控制器，今天plc其應(yīng)用已經(jīng)十分的廣泛，在工業(yè)領(lǐng)域已經(jīng)是家喻戶曉，plc的廠家、型號(hào)和規(guī)格同樣也層出不窮。對(duì)于有志于plc應(yīng)用的人員來(lái)說(shuō)如何面對(duì)眼花繚亂的產(chǎn)品，是一個(gè)大的挑戰(zhàn)。如何面對(duì)挑戰(zhàn)呢，首先選擇一個(gè)典型的應(yīng)用廣泛的plc作為學(xué)習(xí)、研究的對(duì)象，本書(shū)選擇西門(mén)子s7-300系列plc作為對(duì)象。其次，了解和學(xué)習(xí)plc的基礎(chǔ)知識(shí)，最后，掌握綜合應(yīng)用plc解決實(shí)際問(wèn)題的技術(shù)和能力。如果遇到其它plc就可以舉一反三了。n本篇包括前三章，第一章 s7-300plc硬件和安裝、第二章 s

2、tep 7軟件安裝和使用、第三章 step7編程。主要介紹了 s7-300plc的基礎(chǔ)知識(shí)和基本操作規(guī)范和方法，包括硬件的安裝和選型規(guī)范，包括setp7軟件的安裝和使用的基本方法，包括各種常用的指令的使用的方法。這部分內(nèi)容是應(yīng)用的基礎(chǔ)，反映了s7-300plc區(qū)別于其他不同類型plc的主要特性。本篇更多的是一些知識(shí)性、規(guī)范性的內(nèi)容，強(qiáng)調(diào)的是記憶、操作規(guī)范和方法。第一章第一章 s7-300plc硬件和安裝硬件和安裝nsimatic s7-300是一種通用型的plc，能適合自動(dòng)化工程中的各種應(yīng)用場(chǎng)合，尤其是在生產(chǎn)制造工程中的應(yīng)用。模塊化、無(wú)風(fēng)扇結(jié)構(gòu)、易于實(shí)現(xiàn)分布式的配置以及易于掌握等特點(diǎn)，使得s7

3、-300在各種工業(yè)領(lǐng)域中實(shí)施各種控制任務(wù)時(shí)，成為一種既經(jīng)濟(jì)又切合實(shí)際的解決方案。本章詳細(xì)介紹各模塊結(jié)構(gòu)和安裝規(guī)范。n1.1 s7-300plc硬件簡(jiǎn)介 n1.2 s7-300plc電氣安裝規(guī)范n1.3 實(shí)訓(xùn)一：安裝一個(gè)典型的s7-300plc硬件系統(tǒng)1.1 s7-300plc硬件簡(jiǎn)介硬件簡(jiǎn)介ns7-300（見(jiàn)圖1-1）由多種模塊部件組成，包括導(dǎo)軌（rack）、電源模塊（ps）、cpu模塊、接口模塊（im）、輸入輸出模塊（sm）。各種模塊能以不同方式組合在一起，從而可使控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)更加靈活，滿足不同的應(yīng)用需求。圖1-1 s7-300 plc的基本結(jié)構(gòu)1.1.1 電源模塊電源模塊n 電源模塊是構(gòu)成

4、plc控制系統(tǒng)的重要組成部分，針對(duì)不同系列的cpu，西門(mén)子有匹配的電源模塊與之對(duì)應(yīng)，用于對(duì)plc內(nèi)部電路和外部負(fù)載供電。n 有多種s7-300電源模塊可為編程控制器供電，也可以向需要24v直流的傳感器/執(zhí)行器供電，比如ps305、ps307。ps 305電源模塊是直流供電，ps 307是交流供電。本節(jié)以ps 307電源模塊為例作詳細(xì)介紹。圖1-2是ps 307（2a）的模塊示意圖。n ps 307電源模塊(2a)具有以下顯著特性：n（1）輸出電流2a。n（2）輸出電壓24vdc，防短路和開(kāi)路保護(hù)。n（3）連接單相交流系統(tǒng) (輸入電壓120/230v ac，50/60hz)。n（4）可靠的隔離特

5、性，符合en 60950標(biāo)準(zhǔn)。n（5）可用作負(fù)載電源。圖1-2 ps 307電源模塊 n電源模塊在非正常工作狀態(tài)下的反應(yīng)，可參考表1-1。 如果則24v直流指示燈輸出電流過(guò)載i3.9a電壓跌落，電壓自動(dòng)恢復(fù)閃爍3ai=3.9a（穩(wěn)態(tài)）電壓下降，縮短使用壽命輸出短路輸出電壓0v；短路故障排除后，電壓自動(dòng)恢復(fù)暗在一次側(cè)過(guò)電壓可能徹底毀壞在一次側(cè)欠電壓自動(dòng)切斷；欠電壓排除后，電壓自動(dòng)恢復(fù)暗表表1-1 電源模塊在非正常工作狀態(tài)下的反應(yīng)電源模塊在非正常工作狀態(tài)下的反應(yīng)n一個(gè)實(shí)際的s7-300 plc系統(tǒng)，在確定所有的模塊后，要選擇合適的電源模塊。所選定的電源模塊的輸出功率必須大于cpu模塊、所有i/o模

6、塊、各種智能模塊的總消耗功率之和，有時(shí)甚至還要考慮某些執(zhí)行單元的功率，并且要留有30左右的余量。在具體產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該仔細(xì)研究各個(gè)模塊的功率參數(shù)，最后確定電源模塊的型號(hào)、規(guī)格。當(dāng)同一電源模塊既要為主機(jī)單元又要為擴(kuò)展單元供電時(shí)，從主機(jī)單元到最遠(yuǎn)一個(gè)擴(kuò)展單元的線路壓降必須小于0.25 v。1.1.2 cpu模塊模塊ncpu是plc系統(tǒng)的運(yùn)算控制核心。它根據(jù)系統(tǒng)程序的要求完成以下任務(wù)：接收并存儲(chǔ)用戶程序和數(shù)據(jù)，接收現(xiàn)場(chǎng)輸入設(shè)備的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，診斷plc內(nèi)部電路工作狀態(tài)和編程過(guò)程中的語(yǔ)法錯(cuò)誤，完成用戶程序規(guī)定的運(yùn)算任務(wù)，更新有關(guān)標(biāo)志位的狀態(tài)和輸出狀態(tài)寄存器的內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)輸出控制或數(shù)據(jù)通信等功能。ns7-3

7、00 cpu有20種不同型號(hào)，各種cpu按性能等級(jí)劃分，可以涵蓋各種應(yīng)用范圍。s7-300的各款cpu都有非常詳盡的性能數(shù)據(jù)表（具體參數(shù)可查閱相關(guān)資料），其中最值得關(guān)注的cpu性能有以下五方面：ni/o擴(kuò)展能力n指令執(zhí)行速度n工作內(nèi)存容量n通訊能力ncpu上的集成功能n圖1-3所示為cpu 31xc的控制和顯示單元。n圖1-4所示為cpu 31xc打開(kāi)前面板后的集成數(shù)字和模擬i/o。n（1）狀態(tài)和故障顯示ncpu上安裝有6個(gè)led指示燈，顯示運(yùn)行狀態(tài)和故障。表1-2列出了用于狀態(tài)和故障顯示的發(fā)光二極管的含義。圖圖1-3 cpu 31xc的面板的面板注：注：模擬量輸入和模擬量輸出；：模擬量輸入和

8、模擬量輸出；：8個(gè)數(shù)字量輸入；個(gè)數(shù)字量輸入；8個(gè)數(shù)個(gè)數(shù)字量輸出。字量輸出。圖圖1-4 cpu 31xc的集成數(shù)字量的集成數(shù)字量i/o模塊模塊發(fā)光二極管led含 義說(shuō) 明sf(紅色)系統(tǒng)錯(cuò)誤故障下列事件引起燈亮：硬件故障固件出錯(cuò)編程出錯(cuò)參數(shù)設(shè)置出錯(cuò)算術(shù)運(yùn)算出錯(cuò)定時(shí)器出錯(cuò)存儲(chǔ)器卡故障(只在cpu313和314上) 電池故障或電源接通時(shí)無(wú)后備電池(只用于cpu313和314上) 輸入輸出的故障或錯(cuò)誤(只對(duì)外部i/o) 用編程裝置讀出診斷緩沖器中的內(nèi)容，以確定錯(cuò)誤故障的真正原因batf(紅色，只在cpu313和314上有)電池故障如果電池有下列情況，則燈亮：失效；未裝入dc 5 v(綠色)用于cpu和

9、s7-300的5 v dc電源如果內(nèi)部的5 v直流電源正常，則燈亮frce(黃色) 保留專用表表1-2 用于狀態(tài)和故障顯示用于狀態(tài)和故障顯示led的含義的含義n（2）cpu的運(yùn)行模式ncpu有四種操作模式：stop（停機(jī)）、startup（啟動(dòng)）、run（運(yùn)行）和hold（保持）。在所有的模式中，都可以通過(guò)mpi接口與其他設(shè)備通信。nstop模式：cpu模塊通電后自動(dòng)進(jìn)入stop模式，在該模式不執(zhí)行用戶程序，可以接收全局?jǐn)?shù)據(jù)和檢查系統(tǒng)。nstartup模式：可以用模式選擇開(kāi)關(guān)或編程軟件啟動(dòng)cpu。如果模式選擇開(kāi)關(guān)在run或run-p位置，通電時(shí)自動(dòng)進(jìn)入啟動(dòng)模式。nrun模式：執(zhí)行用戶程序，刷新

10、輸入和輸出，處理中斷和故障信息服務(wù)。nhold模式：在startup和run模式執(zhí)行程序時(shí)遇到調(diào)試用的斷點(diǎn)，用戶程序的執(zhí)行被掛起（暫停），定時(shí)器被凍結(jié)。n（3）操作模式選擇開(kāi)關(guān)n可使用模式選擇開(kāi)關(guān)設(shè)置當(dāng)前的cpu運(yùn)行模式。開(kāi)關(guān)有4個(gè)位置，其含義如表1-3所列。 位置含義說(shuō)明run-p（部分cpu）運(yùn)行-編程模式cpu不僅執(zhí)行用戶程序，在運(yùn)行時(shí)還可以通過(guò)編程軟件讀出和修改用戶程序，以及改變運(yùn)行方式run運(yùn)行模式cpu執(zhí)行用戶程序，可以通過(guò)編程軟件讀出用戶程序，但是不能修改用戶程序stop停止模式cpu不執(zhí)行用戶程序，通過(guò)編程軟件可以讀出和修改用戶程序mres存儲(chǔ)器復(fù)位模式meres位置不能保持，

11、在這個(gè)位置松手時(shí)開(kāi)關(guān)將自動(dòng)返回stop位置。將模式選擇開(kāi)關(guān)從stop狀態(tài)扳到mres位置，可以復(fù)位存儲(chǔ)器，使cpu回到初始狀態(tài)。工作存儲(chǔ)器、裝載存儲(chǔ)器中的用戶程序和地址區(qū)被清除，全部存儲(chǔ)器位、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器和數(shù)據(jù)塊均被刪除，即復(fù)位為零，包括有保持功能的數(shù)據(jù)。系統(tǒng)參數(shù)、cpu和模塊的參數(shù)被恢復(fù)為默認(rèn)設(shè)置，mpi的參數(shù)被保留。如果有存儲(chǔ)器卡，cpu在復(fù)位后將它里面的用戶程序和系統(tǒng)參數(shù)復(fù)制到工作存儲(chǔ)器區(qū)表1-3模式選擇開(kāi)關(guān)的位置含義n（4）simatic微存儲(chǔ)卡（mmc）插槽nflash eprom微存儲(chǔ)卡用于在斷電時(shí)保存用戶程序和某些數(shù)據(jù)，它可以擴(kuò)展cpu的存儲(chǔ)器容量，也可以將有些cpu的操作系統(tǒng)

12、包括在mmc中，這對(duì)于操作系統(tǒng)的升級(jí)是非常方便的。mmc用作裝載存儲(chǔ)器或便攜式保存媒體，它的讀寫(xiě)直接在cpu內(nèi)進(jìn)行，不需要專用的編程器。由于cpu 31xc沒(méi)有安裝集成的裝載存儲(chǔ)器，在使用cpu時(shí)必須插入mmc。cpu與mmc是分開(kāi)訂貨的。如圖1-5。 圖圖1-5 mmc卡卡 n如果在寫(xiě)訪問(wèn)過(guò)程中拆下simatic微存儲(chǔ)器卡，卡中的數(shù)據(jù)會(huì)被破壞。在這種情況下，必須將mmc插入cpu中并刪除它，或在cpu中格式化存儲(chǔ)卡。只有在斷電狀態(tài)或cpu處于“stop”狀態(tài)時(shí)，才能取下存儲(chǔ)卡。nplc的系統(tǒng)程序相當(dāng)于個(gè)人計(jì)算機(jī)的操作系統(tǒng)，它使plc具有基本的智能，能夠完成plc設(shè)計(jì)者規(guī)定的各種工作。系統(tǒng)程序

13、由plc生產(chǎn)廠家設(shè)計(jì)并固化在rom中，用戶不能讀取。用戶程序由用戶設(shè)計(jì)，它使plc能完成用戶要求的特定功能。用戶程序存儲(chǔ)器的容量以字節(jié)為單位，不同的程序?qū)?yīng)不同的存儲(chǔ)區(qū)域。ncpu存儲(chǔ)器可以分為三個(gè)區(qū)域，如圖1-6。cpu裝載存儲(chǔ)器(保存在mmc中)工作存儲(chǔ)器系統(tǒng)存儲(chǔ)區(qū)工作存儲(chǔ)器系統(tǒng)存儲(chǔ)區(qū)裝載存儲(chǔ)器(保存在mmc中)cpu圖圖1-6 cpu的存儲(chǔ)區(qū)的存儲(chǔ)區(qū)n（1）裝載存儲(chǔ)器n裝載存儲(chǔ)器位于simatic微型存儲(chǔ)卡（mmc）中。裝載存儲(chǔ)器的容量與mmc的容量一致。用于保存程序指令塊和數(shù)據(jù)塊以及系統(tǒng)數(shù)據(jù)，也可以將項(xiàng)目的整個(gè)組態(tài)數(shù)據(jù)保存在mmc中。n（2）工作存儲(chǔ)器（ram）nram集成在cpu中，

14、不能被擴(kuò)展。它可用于運(yùn)行程序指令，并處理用戶程序數(shù)據(jù)。程序只能在ram和系統(tǒng)存儲(chǔ)器中運(yùn)行。ncpu的ram都具有保持功能。n（3）系統(tǒng)存儲(chǔ)區(qū)nram系統(tǒng)存儲(chǔ)區(qū)集成在cpu中，不能被擴(kuò)展。它包括：n標(biāo)志位、定時(shí)器和計(jì)數(shù)器的地址區(qū)ni/o的過(guò)程映像n局域數(shù)據(jù) n（1）cpu 313：cpu313是標(biāo)準(zhǔn)型cpu。具有更大的程序存儲(chǔ)器、低成本的解決方案，適用于對(duì)速度要求較高、程序較大的小型應(yīng)用領(lǐng)域。cpu313內(nèi)置12 kb的ram，其裝載存儲(chǔ)器為內(nèi)置20 kb的ram，可用存儲(chǔ)卡擴(kuò)充裝載存儲(chǔ)器，最大容量為4mb，指令執(zhí)行速度為600 ns/二進(jìn)制指令。擴(kuò)展模塊只能裝在一個(gè)導(dǎo)軌上，最大擴(kuò)展128點(diǎn)數(shù)字

15、量和32路模擬量。ncpu313采用的是軟件時(shí)鐘，它給用戶提供一個(gè)工作時(shí)間計(jì)時(shí)器。該計(jì)時(shí)器可用來(lái)計(jì)量cpu或所連接設(shè)備的工作時(shí)間長(zhǎng)度。 n（2）cpu 313c：cpu 313c是緊湊型cpu，帶集成的數(shù)字量和模擬量的輸入和輸出。無(wú)內(nèi)置裝載存儲(chǔ)器，操作時(shí)必須用mmc卡擴(kuò)充裝載存儲(chǔ)器。適用于具有較高要求的系統(tǒng)中。n（3）cpu 313c-2dp：緊湊型cpu，帶集成的數(shù)字量輸入和輸出，以及profibus dp主站/從站接口。操作時(shí)也必須用mmc卡擴(kuò)充裝載存儲(chǔ)器。n（4）cpu315/cpu315-2dp：cpu315是具有中到大容量程序存儲(chǔ)器和大規(guī)模i/o配置的cpu。cpu315-2dp是具

16、有中到大容量程序存儲(chǔ)器和profibus-dp主/從接口的cpu，它用于包括分布式及集中式i/o的任務(wù)中。cpu315/cpu315-2dp具有48 kb/64 kb，內(nèi)置80/96 kb的裝載存儲(chǔ)器(ram)，可用存儲(chǔ)卡擴(kuò)充裝載存儲(chǔ)器，最大容量為512 kb，指令執(zhí)行速度為300 ns/二進(jìn)制指令，最大可擴(kuò)展1024/2048點(diǎn)數(shù)字量或128/256個(gè)模擬量通道。其他特性與cpu314相同。ncpu315-2dp是帶現(xiàn)場(chǎng)總線(profibus)sinec l2-dp接口的cpu模塊，其他特性與cpu315模塊相同。 1.1.3 sm模塊模塊n信號(hào)模塊（sm）也叫輸入/輸出模塊，是cpu 模塊

17、與現(xiàn)場(chǎng)輸入輸出元件和設(shè)備連接的橋梁，用戶可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)輸入/輸出設(shè)備選擇各種用途的i/o模塊。ns7-300的輸入/輸出模塊外部連線接在插入式的前連接器的端子上，前連接器插在前蓋后面的凹槽內(nèi)。不需斷開(kāi)前連接器上的外部連線，就可以迅速的更換模塊。n信號(hào)模塊面板上的led用來(lái)顯示各數(shù)字量輸入/輸出點(diǎn)的信號(hào)狀態(tài)，模塊安裝在din標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)軌上，通過(guò)總線連接器與相鄰的模塊連接。n信號(hào)模塊和接口模塊的尺寸為40mm(寬)x125mm(高)x120mm.(深)。有少量模塊的寬度為80mm。ns7-300有多種型號(hào)的數(shù)字量i/o模塊供選擇。本節(jié)主要介紹數(shù)字量輸入模塊sm321、數(shù)字量輸出模塊sm322 、數(shù)字量i/

18、o模塊sm323和仿真模塊sm374。n（1）數(shù)字量輸入模塊sm321n數(shù)字量輸入模塊將現(xiàn)場(chǎng)送來(lái)的數(shù)字信號(hào)電平轉(zhuǎn)換成s7-300內(nèi)部信號(hào)電平。數(shù)字量輸入模塊有直流輸入方式和交流輸入方式。對(duì)現(xiàn)場(chǎng)輸入元件，僅要求提供開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)即可。輸入信號(hào)進(jìn)入模塊后，一般都經(jīng)過(guò)光電隔離和濾波，然后才送至輸入緩沖器等待cpu采樣。采樣時(shí)，信號(hào)經(jīng)過(guò)背板總線進(jìn)入到輸入映像區(qū)。 n數(shù)字量輸入模塊sm321有四種型號(hào)模塊可供選擇，即直流16點(diǎn)輸入、直流32點(diǎn)輸入、交流16點(diǎn)輸入、交流8點(diǎn)輸入模塊。n模塊的每個(gè)輸入點(diǎn)有一個(gè)綠色發(fā)光二極管顯示輸入狀態(tài)，輸入開(kāi)關(guān)閉合即有輸入電壓時(shí)，二極管點(diǎn)亮。n（2）數(shù)字量輸出模塊sm322n數(shù)字

19、量輸出模塊sm322將s7-300內(nèi)部信號(hào)電平轉(zhuǎn)換成過(guò)程所要求的外部信號(hào)電平，可直接用于驅(qū)動(dòng)電磁閥、接觸器、小型電動(dòng)機(jī)、燈和電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)器等。按負(fù)載回路使用的電源不同，它可分為直流輸出模塊、交流輸出模塊和交直流兩用輸出模塊。按輸出開(kāi)關(guān)器件的種類不同，它又可分為晶體管輸出方式、可控硅輸出方式和繼電器觸點(diǎn)輸出方式。晶體管輸出方式的模塊只能帶直流負(fù)載，屬于直流輸出模塊；可控硅輸出方式屬于交流輸出模塊；繼電器觸點(diǎn)輸出方式的模塊屬于交直流兩用輸出模塊。從響應(yīng)速度上看，晶體管響應(yīng)最快，繼電器響應(yīng)最慢；從安全隔離效果及應(yīng)用靈活性角度來(lái)看，以繼電器觸點(diǎn)輸出型最佳。n數(shù)字量輸出模塊sm322有多種型號(hào)輸出模塊可供

20、選擇，常用模塊的有8點(diǎn)晶體管輸出、16點(diǎn)晶體管輸出、32點(diǎn)晶體管輸出、8點(diǎn)可控硅輸出、16點(diǎn)可控硅輸出、8點(diǎn)繼電器輸出和16點(diǎn)繼電器輸出。模塊的每個(gè)輸出點(diǎn)有一個(gè)綠色發(fā)光二極管顯示輸出狀態(tài)，輸出邏輯“1”時(shí)，二極管點(diǎn)亮。n（3）數(shù)字量i/o模塊sm323nsm323模塊有兩種類型，一種是帶有8個(gè)共地輸入端和8個(gè)共地輸出端，另一種是帶有16個(gè)共地輸入端和16個(gè)共地輸出端，兩種特性相同。圖1-7是8個(gè)共地的輸入端、輸出端sm323模塊的端子連接及電氣原理圖，端子110用于輸入，端子1120用于輸出。i/o額定負(fù)載電壓24 v dc，輸入電壓“1”信號(hào)電平為1130 v，“0”信號(hào)電平為35 v，i/

21、o通過(guò)光耦與背板總線隔離。在額定輸入電壓下，輸入延遲為1.24.8 ms。輸出具有電子短路保護(hù)功能。圖1-7 sm323模塊端子連接及電氣原理圖n2.模擬量模塊n本節(jié)闡述s7-300中模擬量值的表示方法，簡(jiǎn)單介紹模擬量輸入模塊sm331、模擬量輸出模塊sm332、模擬量i/o模塊sm334的原理、性能參數(shù)等內(nèi)容。n（1）模擬量值的表示方法ns7-300的cpu用16位的二進(jìn)制補(bǔ)碼表示模擬量值。其中最高位為符號(hào)位s，“0”表示正值，“1”表示負(fù)值，被測(cè)值的精度可以調(diào)整，取決于模擬量模塊的性能和它的設(shè)定參數(shù)，對(duì)于精度小于15位的模擬量值，低字節(jié)中冪項(xiàng)低的位不用。表1-4表示了s7-300模擬量值所

22、有可能的精度，標(biāo)有“”的位就是不用的位，一般填入“0”。 以位數(shù)表示的精度(帶符號(hào)位)單 位模擬值十進(jìn)制十六進(jìn)制高字節(jié)低字節(jié)89101112131415128643216842180h40h20h10h8h4h2h1hs 0 0 0 0 0 0 0 s 0 0 0 0 0 0 0 s 0 0 0 0 0 0 0 s 0 0 0 0 0 0 0 s 0 0 0 0 0 0 0 s 0 0 0 0 0 0 0 s 0 0 0 0 0 0 0 s 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0

23、 0 0 0 1表表1-4 模擬量值可能的精度模擬量值可能的精度ns7-300模擬量輸入模塊的輸入測(cè)量范圍很寬，它可以直接輸入電壓、電流、電阻、熱電偶等信號(hào)，而s7-300模擬量輸出模塊可以輸出010 v，15 v，10 v10 v，020 ma，420 ma，2020 ma等模擬信號(hào)，具體的各種模擬量輸入范圍的數(shù)字化表示以及數(shù)字量與不同的模擬輸出范圍間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，請(qǐng)參考相關(guān)技術(shù)手冊(cè)。n（2）模擬量輸入模塊sm331 n模擬量輸入模塊sm331目前有三種規(guī)格型號(hào)，即8ail2位模塊、2ail2位模塊和8ail6位模塊，分別為8通道的12位模擬量輸入模塊、2通道的12位模擬量輸入模塊、8通道的1

24、6位模擬量輸入模塊。其中具有12位輸入的模塊除了通道數(shù)不一樣外，其工作原理、性能、參數(shù)設(shè)置等各方面都完全一樣。n sm331主要由a/d轉(zhuǎn)換部件、模擬切換開(kāi)關(guān)、補(bǔ)償電路、恒流源、光電隔離部件、邏輯電路等組成。a/d轉(zhuǎn)換部件是模塊的核心，其轉(zhuǎn)換原理采用積分方法，積分時(shí)間直接影響到a/d轉(zhuǎn)換時(shí)間和a/d轉(zhuǎn)換的精度。被測(cè)模擬量的精度是所設(shè)定的積分時(shí)間的正函數(shù)，也即積分時(shí)間越長(zhǎng)，被測(cè)值的精度越高。sm331可選四檔積分時(shí)間：2.5 ms、16.7 ms、20 ms和l00 ms，相對(duì)應(yīng)的以位表示的精度為8、12、12和14。每一種積分時(shí)間有一個(gè)最佳的噪聲抑制頻率f0，以上四種積分時(shí)間分別對(duì)應(yīng)400 h

25、z、60 hz、50 hz和10 hz。n（3）模擬量輸出模塊sm332 n模擬量輸出模塊sm332目前有三種規(guī)格型號(hào)，即4aol2位模塊、2ao12位模塊和4aol6位模塊，分別為4通道的12位模擬量輸出模塊、2通道的12位模擬量輸出模塊、4通道的16位模擬量輸出模塊。其中具有12位輸入的模塊除通道數(shù)不一樣外，其工作原理、性能、參數(shù)設(shè)置等各方面都完全一樣。n模出模塊的轉(zhuǎn)換時(shí)間包括內(nèi)部存儲(chǔ)器傳送數(shù)字化輸出值的時(shí)間和數(shù)/模轉(zhuǎn)換的時(shí)間，模擬量輸出各通道的轉(zhuǎn)換是順序進(jìn)行的。模塊的循環(huán)時(shí)間是所有活動(dòng)的模擬量輸出通道的轉(zhuǎn)換時(shí)間的總和。模出的響應(yīng)時(shí)間是一個(gè)比較重要的指標(biāo)，響應(yīng)時(shí)間就是在內(nèi)部存儲(chǔ)器中出現(xiàn)數(shù)字

26、量輸出值開(kāi)始到模擬輸出達(dá)到規(guī)定值所用時(shí)間的總和。它和負(fù)載特性有關(guān)，負(fù)載不同(如容性、阻性和感性負(fù)載)，響應(yīng)時(shí)間也不一樣。n（4）模擬量i/o模塊sm334 n 模擬量i/o模塊sm334有兩種規(guī)格，一種是有4模入/2模出的模擬量模塊，其輸入、輸出精度為8位，另一種也是有4模入/2模出的模擬量模塊，其輸入、輸出精度為12位。sm334模塊輸入測(cè)量范圍為010 v或020 ma，輸出范圍為010 v或020 ma。它的i/o測(cè)量范圍的選擇是通過(guò)恰當(dāng)?shù)慕泳€而不是通過(guò)組態(tài)軟件編程設(shè)定的。與其它模擬量模塊不同，sm334沒(méi)有負(fù)的測(cè)量范圍，且精度比較低。sm334的通道地址見(jiàn)表1-5。通 道地 址輸入通道

27、0模塊的起始輸入通道1模塊的起始2 b的地址偏移量輸入通道2模塊的起始4 b的地址偏移量輸入通道3模塊的起始6 b的地址偏移量輸出通道0模塊的起始輸出通道1模塊的起始2 b的地址偏移量表表1-5 sm334的通道地址的通道地址n除了最通用的i/o模塊，表1-6介紹了三種特殊模塊的主要特性。下面重點(diǎn)介紹仿真模塊sm374的使用。 模塊特性 仿真模塊sm374輸入/輸出16占位模塊dm370位置編碼器模塊sm338；pos-input輸入/輸出點(diǎn)數(shù)最多16個(gè)輸入或輸出為沒(méi)有參數(shù)化的模塊保留一個(gè)插槽3個(gè)輸入連接絕對(duì)值編碼器（ssi）2個(gè)數(shù)字量輸入用于保留編碼值適用對(duì)象仿真：16點(diǎn)輸入（小開(kāi)關(guān)）16點(diǎn)

28、輸出8點(diǎn)輸入和輸出占位用于：接口模塊不可編程的信號(hào)模塊占用兩個(gè)插槽的模塊最多檢測(cè)3個(gè)絕對(duì)值編碼器（ssi）編碼器類型：帶13位、21位或25位報(bào)文幀長(zhǎng)度的編碼器（ssi）數(shù)據(jù)格式：格雷碼或二進(jìn)制碼支持時(shí)鐘操作可編程診斷診斷中斷可調(diào)整備注可通過(guò)調(diào)整撥位開(kāi)關(guān)設(shè)定功能當(dāng)用其他模塊更換dm370時(shí)，其機(jī)械結(jié)構(gòu)和地址不變超過(guò)64s的絕對(duì)值編碼器不能用在sm338上表表1-6 特殊信號(hào)模塊特殊信號(hào)模塊n仿真模塊sm374可以仿真16點(diǎn)輸入、16點(diǎn)輸出、8點(diǎn)輸入和8點(diǎn)輸出的數(shù)字量模塊。圖1-8是sm374的前視圖，用螺絲刀改變面板中間開(kāi)關(guān)的位置，即可仿真所需的數(shù)字量模塊。仿真模塊沒(méi)有列入s7組態(tài)工具的模塊目

29、錄中，也即s7的結(jié)構(gòu)不承認(rèn)仿真模塊的工作方式，但組態(tài)時(shí)可以填入被仿真模塊的代號(hào)。例如，組態(tài)時(shí)若sm374仿真16點(diǎn)輸入的模塊，就填入16點(diǎn)數(shù)字量輸入模塊的代號(hào)：6es7 311-1bh00-0aa00；若sm374仿真16點(diǎn)輸出的模塊，就填入16點(diǎn)數(shù)字量輸出模塊的代號(hào)：6es7 322-1bh00-0aa00。sm374面板上有16個(gè)開(kāi)關(guān)，用于輸入狀態(tài)的設(shè)置，還有16個(gè)綠色led，用于指示i/o狀態(tài)。使用sm374后，plc應(yīng)用系統(tǒng)的模擬調(diào)試變得簡(jiǎn)單而方便。圖圖1-8 仿真模塊仿真模塊sm374的前視圖的前視圖1.1.4 fm模塊模塊n功能模塊主要用于對(duì)實(shí)時(shí)性和存儲(chǔ)容量要求高的控制任務(wù)，例如計(jì)

30、數(shù)器模塊、快速/慢速進(jìn)給驅(qū)動(dòng)位置控制模塊、電子凸輪控制其模塊、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)定位模塊、伺服電動(dòng)機(jī)定位模塊、定位和連蘇路徑控制模塊、閉環(huán)控制模塊、工業(yè)標(biāo)示系統(tǒng)的接口模塊、稱重模塊、位置輸入模塊、超聲波位置解碼器等。1.1.5 cp模塊模塊ns7-300系列plc有多種用途的通信處理器模塊，如cp340、cp342-5 dp、cp343-fms等，其中既有為裝置進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信設(shè)計(jì)的模塊，也有為plc上網(wǎng)到西門(mén)子的低速現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)sinec l2和高速sinec h1網(wǎng)設(shè)計(jì)的網(wǎng)絡(luò)接口模塊。下面重點(diǎn)介紹cp342-5dp模塊。ncp342-5 dp是為把s7-300系列plc連接到西門(mén)子sinec l2網(wǎng)絡(luò)

31、上而設(shè)計(jì)的成本優(yōu)化的通信模塊。它是一個(gè)智能化的通信模塊，能大大減輕cpu的負(fù)擔(dān)，也支持很多其它通信電路。n cp342-5 dp應(yīng)用于s7-300系統(tǒng)中，提供給用戶sinecl2網(wǎng)的各種通信服務(wù)。它既可以作為主機(jī)或從機(jī)，將et200遠(yuǎn)程i/o系統(tǒng)連接到profibus現(xiàn)場(chǎng)總線中去，也可以與編程裝置或人機(jī)接口(mmi)通信，還可以與其它simatic s7 plc或simatic s5通信，并且可以與配有cp5412(a2)的at pc機(jī)以及來(lái)自其它制造商的具有fbl(field bus link)接口的系統(tǒng)建立連接，還能與mpi分支網(wǎng)上的其它c(diǎn)pu進(jìn)行全局?jǐn)?shù)據(jù)通信。nncm s7-l2組態(tài)軟件

32、可以為實(shí)現(xiàn)以上功能進(jìn)行參數(shù)配置。cp342-5 dp內(nèi)部有128 kb的flash eprom，可以可靠地對(duì)參數(shù)進(jìn)行備份，在掉電時(shí)參數(shù)也能被保持。cp342-5 dp主要技術(shù)數(shù)據(jù)如下：n用戶存儲(chǔ)器(flash eprom)128 kb；nsinec l2 lan標(biāo)準(zhǔn)符合din 19245；nrs-485傳輸方式，波特率為9.61500 kb/s；n可連接的設(shè)備數(shù)量達(dá)127個(gè)。n 另外，cp343-fms是采用profibus-fms協(xié)議的現(xiàn)場(chǎng)總線通信模塊，可以用于更加復(fù)雜的現(xiàn)場(chǎng)通信任務(wù)。 1.1.6 通訊接口通訊接口ncpu模塊上有三種通訊接口。n（1）mpi接口：多點(diǎn)接口mpi（multip

33、oint interface）是用于連接cpu和pg/op的接口，或用于mpi子網(wǎng)中的通訊接口。一般傳輸速率為187.5kbps。如果與s7 -200進(jìn)行通訊，也可以指定19.2kbps的傳輸速率。不能指定其他傳輸速率。編程器可以自動(dòng)偵測(cè)到cpu mpi接口的正確參數(shù)，并建立連接。n（2）profibus-dp接口：profibus-dp接口主要用于連接分布式i/o。profibus-dp，用于創(chuàng)建大型、擴(kuò)展子網(wǎng)。例如：profibus-dp接口既可組態(tài)為主站，也可組態(tài)為從站，傳輸速率可達(dá)12mbps。編程器也可以自動(dòng)偵測(cè)到cpu dp接口的正確參數(shù)，并建立連接。n（3）ptp接口：可在cpu

34、上使用ptp（點(diǎn)到點(diǎn)）接口，來(lái)連接外部設(shè)備至串口，例如條形碼閱讀器、打印機(jī)等。對(duì)于全雙工（rs422）模式，波特率對(duì)打?yàn)?9.2kbps，對(duì)于半雙工（rs485）模式，波特率對(duì)打?yàn)?8.4kbps 。在cpu ptp的接口中安裝有以下通訊驅(qū)動(dòng)程序，其報(bào)文格式是公開(kāi)的：nascii驅(qū)動(dòng)n協(xié)議n只適用于cpu314c-2n這三種接口方式所適用的設(shè)備如表1-7所列。mpiprofibus-dpptppg/pcop/tps7-300/400，帶有mpi接口s7 -200（作為被動(dòng)站點(diǎn)）pg/pcop/tpdp從站dp主站執(zhí)行器/傳感器s7 -300/400，帶有profibus-dp接口配裝有串口的設(shè)

35、備，例如條形碼閱讀器、打印機(jī)等。表表1-7 網(wǎng)絡(luò)接口適用設(shè)備網(wǎng)絡(luò)接口適用設(shè)備 1.1.7 plc的工作過(guò)程的工作過(guò)程nplc有比計(jì)算機(jī)更強(qiáng)的工業(yè)過(guò)程接口，可視為一種特殊的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)。但編程語(yǔ)言和工作原理與計(jì)算機(jī)相比有一定的差別，與繼電器控制邏輯的工作過(guò)程也有很大差別。nplc的工作過(guò)程一般可分為三個(gè)主要階段：輸入采樣階段，程序執(zhí)行階段和輸出刷新階段。如圖1-9所示。圖1-9 plc的工作過(guò)程n(1) 輸入采樣階段nplc以掃描工作方式，按順序?qū)⑺行盘?hào)讀入到寄存輸入狀態(tài)的輸入映像區(qū)中存儲(chǔ)，這一過(guò)程稱為采樣。在整個(gè)工作周期內(nèi)，這個(gè)采樣結(jié)果的內(nèi)容不會(huì)改變，而且這個(gè)采樣結(jié)果將在plc執(zhí)行程序時(shí)被

36、使用。n(2) 程序執(zhí)行階段nplc按順序進(jìn)行掃描，即從上到下、從左到右地掃描每條指令，并分別從輸入映像區(qū)和輸出映像區(qū)中獲得所需的數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算、處理，再將程序執(zhí)行的結(jié)果寫(xiě)入寄存執(zhí)行結(jié)果的輸出映像區(qū)中保存。這個(gè)結(jié)果在程序執(zhí)行期間可能發(fā)生變化，但在整個(gè)程序未執(zhí)行完畢之前不會(huì)到輸出端口。n(3) 輸出刷新階段n在執(zhí)行完用戶所有程序后，plc將輸出映像區(qū)中的內(nèi)容送到寄存輸出狀態(tài)的輸出鎖存器中，再去驅(qū)動(dòng)用戶設(shè)備。 nplc重復(fù)執(zhí)行上述三個(gè)階段，每重復(fù)一次的時(shí)間稱為一個(gè)掃描周期。plc在一個(gè)工作周期中，輸入采樣和輸出刷新的時(shí)間一般為毫秒級(jí)，而程序執(zhí)行時(shí)間因程序的長(zhǎng)度不同而不同。plc一個(gè)掃描周期因cpu模

37、塊的運(yùn)算速度差別很大。n當(dāng)plc投入運(yùn)行后，重復(fù)完成以上三個(gè)階段的工作，即采用循環(huán)掃描工作過(guò)程。plc工作的主要特點(diǎn)是輸入輸出采樣、程序執(zhí)行、輸出刷新的“串行”工作坊式，這樣既可避免繼電器、接觸器控制系統(tǒng)中的觸電競(jìng)爭(zhēng)和時(shí)序混亂，又可提高plc的運(yùn)算速度，這是plc系統(tǒng)可靠性高、響應(yīng)快的原因。但是，也導(dǎo)致輸出對(duì)輸入在時(shí)間上的滯后。nplc在執(zhí)行程序時(shí)所用doa的狀態(tài)值不是直接從實(shí)際輸入口所獲得，而是來(lái)源于輸入映像區(qū)和輸出映像區(qū)。輸入映像區(qū)的狀態(tài)取決于上一掃描周期從輸入端子中采樣取得的數(shù)據(jù)，并在程序執(zhí)行階段保持不變。輸出映像區(qū)的狀態(tài)取決于執(zhí)行程序輸出指令的結(jié)果。輸出鎖存器中的狀態(tài)值是上一個(gè)掃描周期

38、的輸出刷新結(jié)果。1.2 s7-300 plc電氣安裝規(guī)范電氣安裝規(guī)范n正確的硬件安裝是系統(tǒng)正常工作的前提，要嚴(yán)格按照電氣安裝規(guī)范安裝。 n1.2.1 安裝導(dǎo)軌n 在安裝導(dǎo)軌時(shí)，應(yīng)留有足夠的空間用于安裝模板和散熱（模板上下至少應(yīng)有 40 mm 的空間，左右至少應(yīng)有20mm空間），如圖1-13；n 在安裝表面劃安裝孔。在所劃線的孔上鉆直徑為 6.5 +.2 mm 的孔；n用m6 螺釘安裝導(dǎo)軌；n把保護(hù)地連到導(dǎo)軌上（通過(guò)保護(hù)地螺絲，導(dǎo)線的最小截面積為10mm2）。如圖1-14。n應(yīng)注意，在導(dǎo)軌和安裝表面（接地金屬板或設(shè)備安裝板）之間會(huì)產(chǎn)生一個(gè)低阻抗連接。如果在表面涂漆或者經(jīng)陽(yáng)極氧化處理，應(yīng)使用合適的接觸劑或接觸墊片。圖圖 1-10 s7-300 系統(tǒng)安裝所需空間系統(tǒng)安裝所需空間圖 1-11 導(dǎo)軌上的保護(hù)地連接1.2.2 安裝和更換模塊安裝和更換模塊n從左邊開(kāi)始，按照如圖1-12順序，將模塊安裝在導(dǎo)軌上：n電源模塊ncpun信號(hào)模塊、功能模塊、通訊模塊、接口模塊圖圖1-12 s7-300模塊安裝順序模塊安裝順序n表1-8說(shuō)明了模塊安裝的步驟。步驟連接方法圖例1將總線連接器插