PLC可编程控制器仿真模拟毕业论文

西安建筑科技大学西安建筑科技大学 本科毕业设计 论文 任务书本科毕业设计 论文 任务书 题 目 基于基于S7 300S7 300 PLCPLC 虚拟实验项目的设计虚拟实验项目的设计 院 系 信息与控制工程学院信息与控制工程学院 专业班级 自动化自动化701701 学生姓名 喻喻 圳圳 学 号 070610115070610115 指导教师 签名 主管院长 主任 签名 时 间 2011年 3 月 12 日 一 毕业设计 论文 的主要内容 含主要技术参数 根据 S7 300 PLC 的培训资料和仿真软件 对照实验室现有的 S7 200 PLC 实 验系统的实验内容和实验的要求 完成基于 S7 300 PLC 虚拟实验项目的设计 学生通过设计 熟悉 S7 300 的指令系统和程序结构 掌握 STEP 7 编程软件 的使用方法 硬件选型和组态的方法以及程序设计的方法 熟悉 S7 300 通信系统 的组态与编程的方法 为从事 S7 300 PLC 控制系统的维护 调试和设计工作打下 基础 二 毕业设计 论文 应完成的具体工作 含图纸数量 1 根据 S7 300 PLC 的培训资料和仿真软件 学习并掌握 S7 300 PLC 的硬件 结构和编程方法 掌握仿真软件的使用 模拟上下位机的通讯 2 要求对照现有的 S7 200 的 PLC 实验系统 依照综合性 设计性实验的要 求 以 2 4 个学时的实验量为标准 1 个实验项目 完成基于软件的 S7 300 PLC 虚拟实验系统的实验内容设计和相应的实验指导书的编制 包括 实验程序 三 毕业设计 论文 进程的安排 起讫日期 2010 年 3 月 日至 2010 年 6月 10 日 序号设计 论文 各阶段任务日 期备注 1 结合相关的资料 学习并了解 S7 300 PLC 系统的硬 件组成 体系构成和编程方法 3 月 14 日 4 月 20 日 2 结合设计性 开放性实验的需要 进行基于软件的 S7 300 PLC 虚拟实验系统的初步设计 了解并掌握 S7 300 PLC 系统的设计和使用 4 月 21 日 5 月 7 日 3 在对仿真软件熟悉的基础上 结合实际 对照现有实 验系统进行虚拟实验项目的设计 5 月 8 日 5 月 28 日 4 对设计进行完善 复核和总结 完成毕业论文 5 月 29 日 6 月 10 日 5 进行毕业论文修改 完成最终的资料整理提交工作 6 月 11 日 6 月 18 日 四 主要参考资料及文献阅读任务 含外文阅读翻译任务 1 西门子 S7 300 PLC 应用教程 胡健编著 机械工业出版社 2007 2 西门子 S7 300 培训资料 西门子公司 电子版 3 西门子 WinCC V6 0 培训资料 西门子公司 电子版 4 电气控制及 PLC 应用 何波主编 中国电力出版社 2008 5 西门子 PLC 编程技术及工程应用 柴瑞娟 陈海霞 机械工业出版社 2006 年 8 月 6 可编程序控制器原理及应用 江秀汉 李萍 薄保中 西安电子科技大学 出版社 2001 年 9 月 7 欧姆龙 CP1H PLC 应用基础与编程实践 霍罡 机械工业出版社 2008 1 1 8 PLC 技术项目化教程 魏小林 清华大学出版社 2010 9 1 外文翻译 9 PLC and PLC based PAC market poised to rebound Hydrocarbon Processing Group 2005 7 4 张伟译 10 FPGA Based System Design 美 Wayne Wolf 译者 闫敬文 等 机械工业出版社 2006 年 5 月 第 IV 页 基于S7 300 PLC虚拟实验项目的设计 设计总说明 PLC技术是当今控制领域发展的热点之一 西门子公司推出的S7系列以其 出色的开放性 互操作性 逐渐成为目前最具有竞争力的PLC技术产品之一 由于PLC吸取微电子技术和计算机技术的最新成果 因此 发展十分迅速 从 单机自动化到整条生产线的自动化 乃至整个工厂的生产自动化 从柔性制造 系统 工业机器人到大型分散型控制系统 PLC均担当着重要角色 电气控制与PLC原理课程作为学科方向课程 是自动化专业的一个重要分 支 可编程控制器 PLC 作为重要的工业运用方向已成为工科学生重要研究 技术 在我们大学学习中学习了S7 200的使用和基本操作 然而PLC 正向高速 度 大存储容量方向发展 CPU 处理速度进一步加快 存储容量进一步扩大 现今众多实际控制工程中已慢慢改用功能更为强大的更为完善S7 300来应用 然而学校硬件条件并没有办法提供S7 300PLC来供学生实验 基于此基础上本 人研究基于S7 300 PLC虚拟实验项目的设计与开发 以编程软件Step7 v5 4 仿真器PLCSIM v5 4以及WENCC三种软件为基础来完成S7 300的虚拟实验 关键词 可编程逻辑控制器 高速化 仿真 第 V 页 Based on S7 300 PLC virtual experiment project design Design Description Today PLC technology is the one of the hot spot control field development Siemens S7 series launched with great open interoperability gradually become oneof the most comoetive products PLC technology Because PLC drain electronic and computer technology therefore the latest achievements Is developing very rapidly and from single machine automation to the whole production line of automation and even the entire factory production automation from flexible manufacturing system industrial robots to large diffuse control system PLC all take important role Electric control and PLC principles course as a subject direction of automation specialty in the course is an important branch the programmable controller PLC as an important industrial use direction has become an important research technology To engineering students In our university we study S 200 and use of the basic operation however it s high speed big PLC storage capacity development direction CPU processing speed further speed and storage capacity increasing Nowadays many actual control of the project has been slowly to switch to a more powerful function of more perfect s7 300 to application However the school hardware conditions can t not provide s7 300 PLC for the students experiment Based on this basis based on i research s7 300 PLC virtual experiment project design and development to v5 4 Step7 programming software PLCSIM v5 4 simulation system and WENCC three kinds of software for the foundation to complete s7 300 virtual experiment Keywords Programmable logic controller High speed The simulation 第 i 页 目录 1 绪论 1 1 1 可编程控制器定义 1 1 2 可编程控制器的产生 1 1 3 可编程控制器的基本特点 1 1 4 可编程控制器的发展 2 1 4 1 发展趋势 2 1 4 2 PLC 现状与发展浅论 2 1 4 3 典型的 PLC 产品 3 1 4 4 PLC 在我国的应用 3 1 4 5 PLC 发展的重点 4 2 西门子系列 PLC 简介 6 2 1 S7 200 6 2 2 S7 300 6 2 3 S7 200 与 S7 300 的区别 6 2 3 1 硬件区别 6 2 3 2 软件区别 7 2 4 S7 300 的系统组成 8 2 4 1 系统组成 8 2 4 2 S7 300 的通讯概况 8 2 4 3 S7 300 的两种类型 11 第 ii 页 2 4 4 功能 12 2 4 5 结论 12 2 5 STEP 7 编程软件 12 2 5 2 安装与运行环境 14 2 5 3 Step7 v5 4 Professional 安装步骤 14 2 5 4 STEP 7 的安装中问题 15 2 6 PLCSIM 模拟器 15 2 6 1 引言 16 2 6 2 S7 PLCSIM 概述 16 2 6 3 S7 PLCSIM 应用实例 17 2 6 4 对错误组织块的仿真 19 3 基于 S7 300 PLC 控制带式输送机 21 3 1 带式输送机的现状与发展 21 3 1 1 国外带式输送机技术的现状 21 3 1 2 国内带式输送机技术的现状 21 3 2 煤矿带式输送机技术的发展趋势 22 3 2 1 设备大型化 提高运输能力 22 3 2 2 提高元部件性能和可靠性 22 3 2 3 扩大功能 一机多用化 22 3 3 煤矸石烧结生产线 22 3 3 1 工艺流程 22 3 3 2 煤矸石烧结生产线电气控制系统设计要求 24 第 iii 页 4 PLC 编程设计 25 4 1 硬件组态 25 4 2 I O 点配置 26 4 3 工艺流程图 28 5 基于 WINCC 下的组态 30 5 1 组态系统 WINCC 30 5 2 组态图形 31 6 总结 34 7 参考文献 36 附录 1 37 实验指导书 37 附录 2 40 梯形图程序 40 第 1 页 1 绪论 1 1 可编程控制器定义 根据1987年国际电工委员会定义可编程序控制器是一种数字运算操作的电 子系统 专为在工业环境下应用而设计 它采用了可编程序的存储器 用来在 其内部存储执行逻辑运算 顺序控制 定时 计数和算术运算等操作的指令 并通过数字的 模拟的输入和输出 控制各种类型的机械或生产过程 1 2 可编程控制器的产生 1 1968 年 美国最大的汽车制造厂家通用汽车公司 GM 公司 提出设 想 2 1969 年 美国数字设备公司研制出了世界上第一台 PC 型号为 PDP 14 3 第一代 从第一台可编程控制器诞生到 70 年代初期 其特点是 CPU 由中小规模集成电路组成 存储器为磁芯存储器 4 第二代 70 年代初期到70年代末期 其特点是 CPU采用微处理器 存 储器采用EPROM 5 第三代 70年代末期到80年代中期 其特点是 CPU采用8位和16位微处 理器 有些还采用多微处理器结构 存储器采用 EPROM EAROM CMOSRAM等 6 第四代 80年代中期到90年代中期 PC全面使用8位 16位微处理芯片 的位片式芯片 处理速度也达到 1us 步 7 第五代 90年代中期至今 PC使用16位和32位的微处理器芯片 有的已 使用 RISC 芯片 1 3 可编程控制器的基本特点 1 灵活 实用 第 2 页 2 可靠性高 抗干扰能力强 3 编程简单 使用方便 4 接线简单 5 功能强 6 体积小 重量轻 易于实现自动化 1 4 可编程控制器的发展 1 4 1发展趋势 1 向高速度 大存储容量方向发展 CPU 处理速度进一步加快 存储容 量进一步扩 2 控制系统将分散化分散控制 集中管理的原则 3 可靠性进一步提高随着PC进入过程控制领域 对可靠性的要求进一步 提高 硬件冗余的容错技术将进一步应用 4 控制与管理功能一体化PC将广泛采用计算机信息处理技术 网络通信 技 术和图形显示技术 使PC系统的生产控制功能和信息管理功能融为一体 1 4 2 PLC现状与发展浅论 1 在制造工业 以改变几何形状和机械性能为特征 和过程工业 以物 理 变化和化学变化将原料转化成产品为特征 中 大量的开关量顺序控制 它按 照逻辑条件进行顺序动作 并按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制 及大量 离散量的数据采集 传统上 这些功能是通过气动或电气控制系统来实现的 1968年美国GM 通用汽车 公司提出取代继电气控制装置的要求 第二年 美国数字公司研制出了基于集成电路和电子技术的控制装置 使得电气控制功 能实现的程序化 这就是第一代可编程序控制器 英文名字叫Programmable Controller PC 2 随着电子技术和计算机技术的发生 PC的功能越来越强大 其概念和 内涵也不断扩展 第 3 页 3 上世纪80年代 个人计算机发展起来 也简称为PC 为了方便 也为 了反映或可编程控制器的功能特点 美国A B公司将可编程序控制器定名为可 编程序逻辑控制器Programmable Logic Controller PLC 并将 PLC 作为 其产品的注册商标 现在 仍常常将PLC简称PC 4 上世纪80年代至90年代中期 是PLC发展最快的时期 年增长率一直 保持为30 40 在这时期 PLC在处理模拟量能力 数字运算能力 人机接口 能力和网络能力得到大幅度提高 PLC逐渐进入过程控制领域 在某些应用上 取代了在过程控制领域处于统治地位的DCS系统 5 近年 工业计算机技术 IPC 和现场总线技术 FCS 发展迅速 挤 占了一部分PLC市场 PLC增长速度出现渐缓的趋势 但其在工业自动化控制 特别是顺序控制中的地位 在可预见的将来 是无法取代的 6 目前 世界上有200多厂家生产300多品种PLC产品 主要应用在汽车 23 粮食加工 16 4 化学 制药 14 6 金属 矿山 11 5 纸浆 造纸 11 3 等行业 1 4 3 典型的PLC产品 1 国外施耐德公司 Quantum Premium Momentum等 罗克韦尔 A B公司 SLC MicroLogix Control Logix等 西门子公司 SIMATIC S7 400 300 200系列 GE公司日本欧姆龙 三菱 富士 松下等 2 国内 PLC生产厂约30家 但没有形成颇具规模的生产能力和名牌产品 还有一部分是以仿制 来件组装或 贴牌 方式生产 1 4 4 PLC在我国的应用 虽然我国在PLC生产方面非常弱 但在PLC应用方面 我国是很活跃的 近年来每年约新投入10万台套PLC产品 年销售额30亿人民币 应用的行业也 很广 在我国 一般按I O点数将PLC分为以下级别 但不绝对 国外分类有 些区别 微型 32 I O 小型 256 I O 中型 1024 I O 大型 4096 I O 巨型 8192 I O 在我国应用的PLC系统中 I O 64点以下PLC销售额占整个PLC 的47 64点 256点的占31 合计占整个PLC销售额的78 在我国应用的 PLC 几乎涵盖了世界所有的品牌 呈现八国联军的态势 但从行业上分 有 第 4 页 各自的势力范围 大中型集控系统采用欧美PLC居多 小型控制系统 机床 设备单体自动化及OEM产品采用日本的PLC居多 欧美PLC在网络和软件方面 具有优势 而日本PLC在灵活性和价位方面占优势 我国的PLC供应渠道 主 要有制造商 分销商 代理商 系统集成商 OEM用户 最终用户 其中 大部分PLC是通过分销商和系统集成商达到最终用户的 1 4 5 PLC发展的重点 1 人机界面更加友好 PLC制造商纷纷通过收购或联合软件企业 或发展 软件产业 大大提高了其软件水平 多数PLC品牌拥有与之相应的开发平台和 组态软件 软件和硬件的结合 提高了系统的性能 同时 为用户的开发和维 护降低了成本 使更易形成人机友好的控制系统 目前 PLC 网络 IPC CRT的模式被广泛应用 2 网络通讯能力大大加强PLC厂家在原来CPU模板上提供物理层 RS232 422 485接口的基础上 逐渐增加了各种通讯接口 而且提供完整的通 讯网络 由于近来数据通讯技术发展很快 用户对开放性要求很强烈 现场总 线技术及以太网技术也同步发展 如罗克韦尔A B公司主推的三层网络结构 体系 即EtherNet ControlNet DeviceNet 西门子公司在Profibus DP及 Profibus FMS网络等 3 开放性和互操作性大大发展PLC在发展过程中 各PLC制造商为了垄断 和扩大各自市场 处于群雄割据的局面 各自发展自己的标准 兼容性很差 这给用户使用带来不便 并增加了维护成本 开放是发展的趋势 这已被各厂 商所认识 形成了长时期妥协与竞争的过程 并且这一过程还在继续 开放的 进程 可以从以下方面反映 1 IEC形成了现场总线标准 这一标准包含8种 标准 虽然有人说 多种标准就是没有标准 但必竟是一个经过困难的争论与 妥协的成果 标准推出后 各厂商纷纷将自己的产品适应这些标准 或者开发 与之相应的新产品 2 IEC制订了基于Windows的编程语言标准IEC61131 3 它规定了指令表 IL 梯形图 LD 顺序功能图 SFC 功能块图 FBD 结构化文本 ST 五种编程语言 这是以数字技术为基础的可编程 序逻辑控制装置在高层次上走向开放性的标准化文件 虽然PLC开发上各工具 第 5 页 仍不兼容 但基于这些标准的开发系统 使用户在应用过程中 可以较方便地 适不同品牌的产品 3 OPC基金会推出了OPC OLE for Process Control 标 准 这进一步增强了软硬件的互操作性 通过OPC一致性测试的产品 可以实 现方便的和无缝隙数据交换 目前 多数PLC软件产品和相当一部分仪表 执 行机构及其它设备具有了OPC功能 OPC与现场总线技术的结合 是未来控制 系统向FCS技术发展的趋势 4 PLC的功能进一步增强 应用范围越来越广泛 PLC的网络能力 模拟 量处理能力 运算速度 内存 复杂运算能力均大大增强 不再局限于逻辑控 制的应用 而越来越应用于过程控制方面 有人统计 除石化过程等个别领域 PLC均有成功能应用 PLC在相当多的应用取代了昂贵的DCS 从而使原来 PLC 顺序控制 DCS 过程控制 的模式变成PLC IPC模式 5 工业以太网的发展对PLC有重要影响 以太网应用非常广泛 与工业 网络相比 其成本非常低 为此 人们致力于将以太网引进控制领域 目前的 挑战在于1 硬件上如合适应工业恶劣环境 2 通讯机制如何提高其可靠 以 太网能否顺利进入工控领域 还存在争论 但以太网在工控系统的应用却日益 增多 适应这一过程 各PLC厂商纷纷推出适应以太网的产品或中间产品 第 6 页 2 西门子系列 PLC 简介 2 1 S7 200 S7 200是一种小型的可编程序控制器 适用于各行各业 各种场合中的检 测 监测及控制的自动化 S7 200系列的强大功能使其无论在独立运行中 或 相连成网络皆能实现复杂控制功能 因此S7 200系列具有极高的性能 价格比 S7 200系列在集散自动化系统中充分发挥其强大功能 使用范围可覆盖从 替代继电器的简单控制到更复杂的自动化控制 应用领域极为广泛 覆盖所有 与自动检测 自动化控制有关的工业及民用领域 包括各种机床 机械 电力 设施 民用设施 环境保护设备等等 如 冲压机床 磨床 印刷机械 橡胶 化工机械 中央空调 电梯控制 运动系统 2 2 S7 300 S7 300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 模块化微型PLC 系统 满足中 小规模的性能要求 各种性能的模块可以非常好地满足和适应自动化控制任务 简单实用的分布式结构和多界面网络能力 使得应用十分灵活 方便用户和简易的无风扇设计 当控制任务增加时 可自由扩展 大量的集成功能使它功能非常强劲 2 3 S7 200与S7 300的区别 2 3 1硬件区别 1 最主要地区别就是S7 300更模块化了 S7 200系列是整体式的 CPU 模块 I O模块和电源模块都在一个模块内 称为CPU模块 而S7 300系列的 从电源 I O CPU都是单独模块的 但是这么说容易让人误解200系列不能扩 第 7 页 展 实际上200系列也可以扩展 只不过买来的CPU模块集成了部分功能 一 些小型系统不需要另外定制模块 200系列的模块也有信号 通信 位控等模 块 2 S7 200系列的对机架没有什么概念 称之为导轨 为了便于分散控 制 300系列的模块装在一根导轨上的 称之为一个机架 与中央机架对应的 是扩展机架 机架还在软件里反映出来 3 S7 200系列的同一机架上的模块之间是通过模块正上方的数据接头 联系的 而300则是通过在底部的U型总线连接器连接的 4 S7 300系列的I O输入是接在前连接器上的 前连接器再接在信号模 块上 而不是I O信号直接接在信号模块上 这样可以更换信号模块而不用重 新接线 5 S7 300系列2DP的部分CPU带有profibus接口 2 3 2软件区别 1 S7 200系列用的STEP7 Micro WIN40sp6软件 S7 300使用的是 STEP7 软件 2 S7 200系列的编程语言有三种 语句表 STL 梯形图 LAD 功能块图 FBD 300系列的除了这三种外 还有结构化控制语言 SCL 和图形语言 S7 graph 其中SCL就是一种高级语言 3 S7 300软件最大的特点就是提供了一些数据块来对应每一个功能块 Function Block FB 称之为Instance nnd 看起来要向C 看齐 4 S7 300再也不能随意的自定义Organization Block sub routine和 Interrupt routine了 其它的则变成了FB Function Block和FC Function 其它 的也是预定义成了系统的了 System的S给它们 SFB SFC 定义了自己的身 份 2 3 3应用区别 200在西门子的PLC产品类里属于 小型PLC系统 适合的控制对象一般都 在256点以下的 第 8 页 300在西门子的PLC产品类里属于 中型PLC系统 适合的控制对象一般都 在256点以上 1024点以下的 2 4 S7 300的系统组成 S7 300 是模块化中型 PLC 系统 能满足中等性能要求的应用 SIMATIC S7 300 可编程序控制器是模块化结构设计 各种单独的模块之间可进行广泛 组合以用于扩展 2 4 1系统组成 1 中央处理单元 CPU 各种 CPU 有各种不同的性能 例如 有的 CPU 上集成有输入 输出点 有的 CPU 上集成有 PROFIBUS DP 通讯接口等 2 信号模块 SM 用于数字量和模拟量输入 输出 3 通讯处理器 CP 用于连接网络和点对点连接 4 功能模块 FM 用于高速计数 定位操作 开环或闭环定位 和闭环控制 5 负载电源模块 PS 用于将 SIMATIC S7 300 连接到 120 230 伏交流电源 或 24 48 60 110 伏直流电源 6 接口模块 IM 用于多机架配置时连接主机架 CR 和扩展机架 ER S7 300 通过分布 式 的主机架 CR 和 3 个扩展机架 ER 可以操作多达 32 个模块 运行时无 需风扇 背板总线集成在各模块上 通过将总线上连接器插在模块机壳的背后 使 背板总线联成一体 注意 扩展机架最多只有4个每个机架上最多8个模块 中央控制器 扩展 第 9 页 单元 2 4 2 S7 300的通讯概况 SIMATIC S7 300具有多种不同的通讯接口 多种通讯处理器用来连接AS i 接口 PROFIBUS 和工业以太网总线系统 通讯处理器用来连接点到点的通 讯系统 多点接口 MPI 集成在CPU中 用于同时连接编程器 PC机 人机界 面系统及其他SIMATIC S7 M7 C7等自动化控制系统 用户可以方便的使用Step7软件进行通讯组态 CPU 支持下列通讯类型 1 过程通讯 通过总线 AS i或PROFIBUS 对I O模块周期寻址 过程映象交换 2 数据通讯 在自动控制系统之间或人机界面 HMI 和几个自动控制系统之间 数据通 讯会周期地进行或被用户程序或功能块调用 3 通过PROFIBUS的过程通讯 S7 300通过通讯处理器 或通过集成在CPU上的 PROFIBUS DP接口 连接到PROFIBUS DP网络上 带有PROFIBUS DP主站 从站接口的CPU可以使用户能够方便高效地 进行组态 而且 用户通过PROFIBUS DP分布式I O就像处理集中的I O一样 具 有相同的组态 地址和编程 1 下列设备可以作为通讯的主站 1 SIMATIC S7 300 通过带PROFIBUS DP 接口CPU或通过 PROFIBUS DP 2 SIMATIC S7 400 通过带PROFIBUS DP 接口的CPU或通过PROFIBUS DP CP 3 SIMATIC C7 通过带PROFIBUS DP接口的C7或通过PROFIBUS DP CP S5 115U h S5 135U和 带IM308的S5 155U H带PROFIBUS DP接口的 S5 95U 4 SIMATIC 505 第 10 页 需要说明的是 在一条线上不要连接2个以上的主站 2 下列设备可以作为从站 ET200B L M S X分布式 I O设备通过CP342 5的S7 300CPU315 2 DP CPU316 2 DP 和CPU318 2 DPC7 633 p CP C7 633 DP C7 634 P DP C7 634 DP C7 626 DP虽然带有STEP7的编程器PG PC或OP在总线中作为 主站 但它们只使用部分通过PROFIBUS DP运行的MPI功能 通过AS i的过 程通讯 对于AS i接口总线 S7 300有合适的通讯处理器 CP342 2 用来连接现 场设备 数据通讯概述 S7 300 具有多样的通讯方式 用全局数据通讯联网的CPU之间可以通过 联网 进行数据包的交换 用通讯功能块对网络其他站点进行由事件驱动的通讯 对 于联网 可以使用MPI PROFIBUS或工业以太网 全局数据 通过全局数据通讯服务 联网的CPU可以相互之间周期性交换数 据 最大到4gd包 每包有22字节 周期 例如 一个CPU可以访问另一个CPU 的数据 存储位和过程映象 全局数据通讯只可以通过MPI进行 在Step7中的 GD表中进行组态 通讯功能 对S7 M7 C7的通讯服务可以使用系统内部块建立起来 通过MPI的标准通讯扩展通讯通过MPI K总线 PROFIBUS和工业以太网 S7 300只能作为服务器 对于s5系列及第三方的通讯服务 可以使用非驻留块 建立 通过PROFIBUS和工业以太网实现S5兼容的通讯通过PROFIBUS和工业以 太网实现标准通讯 第三方设备 与全局数据进行对比 必须为通讯功能建立 通讯连接 通过CP的数据通讯 点对点 用CP 340 CP 341通讯处理模块可以建 立起经济而方便的点到点链接 在3种通讯接口的基础上 有多种通讯协议可 以使用 20 mA TTY RS 232C V 24 RS 422 RS 485 第 11 页 可连接下列设备 S7 PLC和S5 PLC及第三方系统 打印机 机器人控制 扫描仪 条码阅读器等 通过多点接口 MPI 的数据通讯 多点接口 MPI 通讯口集成在 S7 300 CPU上 它可以用于简单联网 MPI 能同时连接几个带 STEP 7的编程器 PC 人机界面 HMI 全局数据 联网的CPU可以利用全局数据 GD 服务 周期性地相互进行数据交换 每 个程序周期最多允许16个GD包 每包最多64字节 S7 300 cpu每次最多可以 交换4个含22个字节的数据包 而且最多可以有16个CPU参与数据交换 用step7 v4 x以上版编程软件 全局数据通讯只能通过MPI接口 内部通讯总线 K 总线 CPU的MPI是直接与S7 300的K总线连接 即可以用k总线接口从编程器直 接通过MPI对FM CP模块进行编址 功能强大的通讯技术 最多32个MPI站 每个CPU最多有8个动态通 讯连接用于与SIMATIC S7 M7 300 400 C7进行标准通讯 每个CPU最多有4个静态通讯连接用于与编程器 PC机 SIMATIC HMI 系统和 SIMATIC S7 M7 300 400 C7进行扩展通讯 数据传输速度187 5千位 秒或12兆位 秒 灵活的扩展能力 用下列可靠的部件来配置MPI通讯 LAN电缆 LAN连接器和 RS 485中 继器均采用PROFIBUS和 分布式 I O 系列产品 这些部件保证了最佳的配置 例如 在任意两个给定的MPI节点之间可串联最多10个中继器来跨越长距离 通过CP进行数据通讯 PROFIBUS或工业以太网 第 12 页 可通过CP 342 343通讯处理器将SIMATIC S7 300与 PROFIBUS 和工 业以太网总线系统相连 2 4 3 S7 300 的两种类型 1 标准型 温度范围从 0 到 60 2 环境条件扩展型 温度范围从 25 到 60 更强的耐受振动和污染特性 高电磁兼容性和强抗振动 冲击性 使其具有最高的工业环境适应性 2 4 4功能 SIMATIC S7 300的大量功能支持和帮助用户进行编程 启动和维护 1 高速的指令处理 0 6 0 1 s的指令处理时间在中等到较低的性能要求范围内开辟了全新的 应用领域 2 浮点数运算 用此功能可以有效地实现更为复杂的算术运算 3 方便用户的参数赋值 一个带标准用户接口的软件工具给所有模块进行参数赋值 这样就节省了入门 和培训的费用 4 人机界面 HMI 方便的人机界面服务已经集成在S7 300操作系统内 因此人机对话的编程 要求大大减少 2 4 5 结论 200跟300相比 通讯和运算方面都有明显不足 变成上也采用子程序型编程 方法而不是300的模块化编程方法 只是价格优势还是比较明显的 200在西门 子的PLC产品类里属于 小型PLC系统 适合的控制对象一般都在256点以下的 300在西门子的PLC产品类里属于 中型PLC系统 适合的控制对象一般都在 256点以上 1024点以下的 第 13 页 2 5 STEP 7 编程软件 图2 1 STEP 7 编程软件界面 2 5 1 STEP 7概述 STEP 7编程软件用于西门子系列工控产品包括SIMATIC S7 M7 C7和基 于PC的WinAC 是供它们编程 监控和参数设置的标准工具 是SIMATIC工业 软件的重要组成部分 STEP 7具有以下功能 硬件配置和参数设置 通讯组态 编程 测试 启 动和维护 文件建档 运行和诊断功能等 STEP 7的所有功能均有大量的在线 帮助 用鼠标打开或选中某一对象 按F1可以得到该对象的在线帮助 在常规功能之外还具备以下的特点 DK 3964 R RK 512 等标准协议已经集成到控制器内 不需要额外驱动MPI 接 口 集成 modem 支持 内置modem 功能 可进行远程编程 诊断或数据传输 第 14 页 编程不需 MPI 转换器 直接通过PC上的 RS232 现场总线通讯功能 控制器 功能中已集成了Profibus DP Master Slave Profibus FMS 和 LONWorks 利用 web server进行监控 储存 HTML 网页 图片 PDF 文件等到控制器里供通 用浏览器查看扩展操作系统功能 如保护技术秘密 防止被非法查看或复制 在STEP 7中 用项目来管理一个自动化系统的硬件和软件 STEP 7用 SIMATIC管理器对项目进行集中管理 它可以方便地浏览SIMATIC S7 M7 C7和WinAC的数据 实现STEP 7各种功能所需的SIMATIC软件工具 都集成在STEP 7中 STEP 7的硬件接口 PC MPI适配器用于连接安装了STEP 7的计算机的RS 232C接口和PLC的 MPI接口 计算机一侧的通信速率为19 2kbit s或38 4kbit s PLC一侧的通信速 率为19 2kbit s 1 5Mbit s 除了PC适配器 还需要一根标准的RS 232C通信电 缆 2 5 2 安装与运行环境 STEP 7是面向MS Windows 2000 Professional和MS Windows XP Professional而发布的 从SP2开始 STEP 7可运行于MS Windows Server 2003 上 从SP2开始 在使用STEP 7时 不必作为主 primary 用户登录到Window操作系 统 有用户 user 权限就足够了 然而 不能以 访客 Guest 身份登录来使用 STEP 7 在安装STEP 7软件和通过 设置PG PC接口 功能安装模块时 仍然必 须拥有管理员权限 对于STEP 7 V5 4 则存在一个新的授权过程 用户权限将不再通过授权 来提供 而是通过许可证密钥来提供 许可证密钥将在自动许可证管理器中进 行管理 参见通过自动许可证管理器授权的用户权限 不再使用 AuthorsW 程 序 从SP2开始 即可使用STEP 7 V5 4租赁许可证 2 5 3 Step7 v5 4 Professional 安装步骤 1 安装Windows 2000 SP4 xp Professional SP1 SP2 xp home除外 第 15 页 2 安装 IE6 IE6b2800 ie6setup exe 3 设置 Windows 2000 默认语言为 英语 美国 控制面板 区域选择 设置默 认值 选择 英语 美国 4 安装Step7 v5 4 STEP7 PROFESSIONAL 2004 Setup exe 注 源文件的路径不能有汉字 否则Setup exe不能执行 选择 Step7 v5 4 S7 SCL v5 3 S7 GRAPH v5 3 Graph 7 S7 PLCSIM v5 4 PLC仿真 2 5 4 STEP 7的安装中问题 1 提示没有SSF文件 那可能是安装软件存放在有中文路径的文件夹下 2 如何解决反复重新启动机器还不能安装西门子软件的问题 很多人受西门子软件安装需重新启动机器 然而启动机器后又提示重新 启动机器 然而反复重新启动仍然出现这样的提示 导致软件不能安装 现 在给出解决方案 HKEY LOCAL MACHINE System CurrentControlSet Control Session Manager 中删除注册表值 PendingFileRenameOperations 不要重新启 动 继续安装软件 现在可以安装更多程序而无需重启计算机了 2 6 PLCSIM 模拟器 第 16 页 图 2 2 PLCSIM 模拟器界面 S7 PLCSIM是西门子公司开发的可编程控制器模拟软件 它在step7集成状 态下实现无硬件模拟 也可以与WinCC flexible一同集成与Step7环境下实现上 位机监控模拟介绍了用于模拟西门子S7 300和S7 400 PLC运行的仿真软件S7 PLCSIM 该软件可以模拟实际PLC的绝大多数功能 具有功能强 使用方便 等优点 2 6 1 引言 PLC的用户程序设计好后 要用实际的PLC硬件来调试 但以下情况则需 要对程序进行仿真调试 程序设计好后 PLC硬件尚未购回 控制设备不 在本地 设计者需对程序进行修改和调试 在实际系统中进行某些调试有一定风险 为了解决这些问题 一些PLC生产厂家提供了可代替PLC硬件调试的仿真 软件 本文主要介绍西门子公司的S7一PLCSIM仿真软件 2 6 2 S7 PLCSIM概述 1 S7 PLCSIM的主要功能 1 可对S7 300和S7 400 PLC的用户程序进行离线仿真与调试 可访问 模拟PLC的I O存储器 累加器和寄存器 通过在仿真运行窗口中改变输入变量 的ON OFF状态来控制程序的运行 并观察有关输出变量的状态来监视程序运 行的结果 2 可实现定时器和计数器的监视和修改 通过程序使定时器自动运行 或手动复位 3 仿真软件还可模拟对位存储器 外围输入变量区和外围输出变量区 的操作 以及对存储在数据块中的数据 如DBl DBX0 0或DBl DBW0等 的读 写 第 17 页 4 可在仿真PLC中使用中断组织块测试程序的特性 并记录一系列操 作事件及回放记录 从而自动测试程序 2 S7 PLCSIM的主要组成部分 1 仿真PLC S7 PLCSIM用仿真PLC来模拟实际PLC的运行 用户可通过视图对象来调 试程序 它提供的多种视图对象可实现对仿真PLC内的各种变量 计数器和定 时器的监视与修改 2 视图对象 CPU视图对象 开始新仿真时 将自动出现CPU视图对象 用户可用单选框来选择运行 停止和暂停工作方式 MRES按钮用来复位存储器 删除块和删除仿真PLC中 的硬件设置 LED指示灯 SF 表示软硬件错误 RUN 与 STOP 表示 运行与停止状态 DP 分布式外设或远程I O 指示PLC与分布式外设或 远程I O的通信状态 DC 直流电源 指示电源的通断情况 插入视图对象 输入变量 I 输出变量 Q 和位存储器 M 视图对象分别用于访问 和监视相应的数据区 可以以位 二进制 十进制 十六进制 字符及字符串 的形式访问 Q用于显示程序执行时输出的结果 一般不对其进行设置操作 定时器和计数器视图对象用于修改定时器 T 和计数器 C 的实际值 并监视其运行 数据块寄存器视图对象用于监视块寄存器DB1和DB2的内容 此外还有通用变量 垂直位变量 累加器和状态字及堆栈视图对象 具体使用 方法可查阅用户手册 LAY文档和PLC文档 LAY文档用于保存仿真时各视图对象的信息 PLC文档用于保存上次仿真 运行时设置的数据和动作等 包括程序 硬件组态 CPU工作方式的选择 周 期运行模式 单周期或连续运行模式 的选择 I O状态 定时器的值 符号 地址 电源的通 断情况等 2 6 3 S7 PLCSIM应用实例 第 18 页 1 S7 PLCSIM模拟发动机控制程序的调试 以发动机控制程序的调试为例 介绍S7 PLCSIM的仿真功能 如图2 3 图 2 3 控制程序实现下述功能 按下开机按钮I1 0 发动机Q5 0和冷却风扇Q5 1 开始运行 同时存放在MW2中的发动机的转速与程序中预置的转速 本例中 为1500r min 进行比较 超速时发出报警信号Q5 2 按下停机按钮I1 1 发动 机停止运行 冷却风扇被定时器Tl延迟10s后停止运行 使用S7 PLCSIM仿真软件调试程序的步骤如下 1 在STEP 7编程软件中生成的项目的主程序OBl中编写如图l的程序 2 点击STEP 7中SIMATIC管理器工具栏中的Simulation on off图标 打 开S7 PLC S7一PLCSIM窗口 3 在S7一PLCSIM窗口中新建PLC文档 用菜单命令PLC Power ON接 通仿真PLC的电源 将仿真PLC的CPU的工作方式置于STOP位置 用菜单命令 Execute Scan Mode Continous Scan选择仿真PLC的扫描方式为连续扫描方式 4 在SIMATIC管理器中用菜单命令PLC Download将程序下载到仿真 PLC中 5 在S7 PLCSIM中创建输入字节IB1 输出字节QB5 位存储器MW2和 定时器T1的视图对象 IB1和QB5以位的形式显示 MW2以十进制形式显示 6 在S7 PLCSIM中模拟实际系统的操作 开机控制 将仿真PLC的CPU置于RUN状态 给输入字节IB1的第0位 I1 0 施加脉冲 模拟按下启动按钮 即用鼠标点击IB1视图对象中第O位的 单选框 出现符号 V IB1 0变为ON 再点击一次 V 消失 IB1 0变为 第 19 页 OFF IB0 0变为ON后 观察到输出字节QB5视图对象中的第0位和第1位 即 Q5 0和Q5 1 ON 表明发动机开始运转 冷却风扇开始转动 速度监视 在发动机正常运行时 为了模拟采集到的实际转速 在位存 储器MW2视图对象中分别输入十进制数1449 1500和2000 发动机的实际转 速分别低于 等于和高于预置转速 观察到Q5 2的状态分别为OFF ON和 ON 说明超速报警功能正常 停机控制 给I 1 1施加脉冲 观察到Q5 0立即变为OFF 表明发动机停 止运行 同时Tl开始进行减计时 10s后Q5 1也变为 0FF 冷却风扇停止转动 7 在使用S7 PLCSIM进行仿真时 可以显示OBl中的梯形图程序 用菜 单命令Debug Monitor在梯形图中监视程序的运行情况 8 保存生成的LAY文档及 PLC文档 以便于下次仿真时直接使用本次 的各种设置 2 6 4 对错误组织块的仿真 实际的CPU检测到程序处理过程中的错误时 CPU会调用对应的错误组织 块 S7 PLCSIM支持对硬件中断组织块OB40 OB47和一些错误组织块的仿真 OB80为时间错误组织块 若CPU的循环时间 扫描周期 大于允许的最大循 环时间 CPU自动调用OB80 图 2 4 为模拟CPU的这种功能 在主程序OB1中编写如图2所示的程序 在这段 程序中 当I1 4为ON时 JMP 跳步 指令的跳步条件满足 将跳回标号 HERE 处 程序进入死循环 CPU的扫描时间会超过最大循环时间 Q5 5 为ON时 将切断这一 死循环 在时间错误组织块 OB80中编写如图3所示 第 20 页 的程序段 出现超时错误调用OB 80时 Q5 5变为ON状态 通过Q5 6和Q5 7可 观察是否调用OB80 图 3 OB80 梯形图 仿真过程如下 在STEP7管理器中将OB1和OB80下