PLC学习课件第三章.ppt

第三章SIMATICS7-300的硬件组态,3.1STEP7软件介绍3.2STEP7的硬件组态与参数设置3.3输入/输出模块参数配置3.4地址分配和I/O符号表3.5硬件组态的保存、下载和上载3.6S7PLCSIM仿真软件在程序调试中的应用,3.1STEP7软件介绍,3.1.1STEP7概述,STEP7编程软件用于SIMATICS7、M7、C7和基于PC的WinCC，是用于编程、监控和参数设置的标准工具。STEP7具有以下功能：硬件配置和参数设置、通信组态、编程、测试、启动和维护、文件建档、运行和故障诊断功能等。STEP7用SIMATIC管理器对项目进行集中管理，它可以方便地浏览SIMATICS7、M7、C7和WinCC的数据，实现STEP7各种功能所需的SIMATIC软件工具都集成在STEP7中。,3.1.2STEP7的硬件接口,PC/MPI适配器用于连接安装了STEP7的计算机RS-232C接口和PLC的MPI接口。计算机一侧的通信速率为19.2kb/s或38.4kb/s，PLC一侧的通信速率为192.kb/s1.5Mb/s。除了PC适配器，还需要一根标准的RS-232C通信电缆。,3.1.2STEP7的硬件接口,计算机的通信卡CP5611（PCI卡）、CP5511或CP5512（PCMCIA卡），可以将计算机连接到MPI或PROFIBUS网络，通过网络实现计算机与PLC的通信。计算机的工业以太网通信卡CP1512（PCMCIA卡）或CP1612（PCI卡），通过工业以太网实现计算机与PLC的通信。配置计算机硬件接口步骤如下：1.在计算机上安装好STEP7后，在管理器中执行菜单命令“Option”“SettingthePG/PCInterface”，打开“SettingPG/PCInterface”对话框。2.在中间的选择框中，选择实际使用的硬件接口。点击【Select】按钮，打开“Install/RemoveInterfaces”对话框，可以安装选择框中没有列出的硬件接口的驱动程序。3.点击【Properties】按钮，可以设置计算机与PLC通信的参数。,3.1.3STEP7的授权,使用STEP7编程软件时需要产品的特别授权，STEP7与可选的软件包需要不同的授权。STEP7的授权存放在一张只读的授权软盘中。STEP7的光盘上的程序AuthorsW用于显示、安装和取出授权。每安装一个授权，授权磁盘上的授权计数器减1，当计数值为0时，不能用这张磁盘再安装授权。使用AuthorsW程序可以把授权传回授权磁盘，以后可以用这张磁盘再次安装授权，也可以在硬盘的不同分区之间移动授权。没有授权也可以使用STEP7，以便熟悉用户接口和功能，但是在使用时每隔一段时间将会搜索授权，提醒使用者安装授权，只有安装了授权才能有效地使STEP7工作。如果因为硬盘出现故障而丢失授权，可以使用授权盘上的紧急授权，它允许STEP7继续运行一段有限的时间。在此期间应与当地西门子代表处联系，以获得丢失授权的替换授权。,3.2STEP7的硬件组态与参数设置,“Configuring”（配置、设置）一般被翻译为“组态”。硬件组态工具用于对自动化工程中使用的硬件进行配置和参数设置。3.2.1项目的创建与项目的结构1、项目的创建创建项目时，首先双击桌面上的STEP7图标，进入SIMATICManager（管理器）窗口，并弹出标题为“STEP7Wizard：“NewProject”（新项目向导）的小窗口。点击【NEXT】（下一个）按钮，在新项目中选择CPU模块的型号为CPU315-2DP，订货号为6ES7315-2AG10-0AB0。点击【NEXT】（下一个）按钮，选择需要生成的逻辑块，至少需要生成作为主程序的组织块OB1。点击【NEXT】（下一个）按钮，输入项目的名称，例如“Test”。生成项目如图3.1所示。,3.2.1项目的创建与项目的结构,生成项目后，可以先组态硬件，然后生成软件程序。,图3.1SIMATIC管理器中项目的结构,2、项目的分层结构在项目中，数据在分层结构中以对象的形式保存。右边窗口内的树显示项目的结构，见图3-1所示。第一层为项目，第二层为站。“S7Program”(S7程序)文件夹是用于编写程序，所有的软件均存放在该文件夹中。用鼠标选中图3-1中的某一层的对象，在管理器右边的工作区将显示所选文件夹内的对象和下一级的文件夹。双击工作区中的图标，可以打开并编辑对象。,3.2.1项目的创建与项目的结构,项目对象中包含站对象和MPI对象，站（Station）对象包含硬件（Hardware）和CPU，CPU对象包含S7程序（S7Program）和连接（Connection）对象，S7Program对象包含源文件（Source）、块（Blocks）和符号表（Symbols）。生成程序时会自动生成一个空的符号表。“Blocks”（块）对象包含程序块（Blocks）、用户定义的数据类型（UDT）、系统数据（Systemdata）和调试程序用的变量表（VAT）。程序块包含逻辑块（OB、FB、FC）和数据块（DB），需要把它们下载到CPU中，用于执行自动控制任务，而符号表、变量表和UDT不会下载到CPU。在用户程序中可以调用系统功能（SFC）和系统功能块（SFB），但是用户不能编写或修改SFC和SFB。选中最上层的项目图标后，用菜单命令“Insert”（插入）“Station”（站点）插入新的站，可以用类似的方法插入程序和逻辑块等，也可以用鼠标右键点击项目图标，在弹出的菜单中插入站。,3.2.1项目的创建与项目的结构,用户生成的变量表（VAT）在调试用户程序时用于监视和修改变量。系统数据块（SDB）中的系统数据包含有系统组态和系统参数的信息，它是用户进行硬件组态时提供的数据自动生成的。除了系统数据块，用户程序中的其他的块都需要相应的编辑器进行编辑，这些编辑器在双击相应的块时都能自动打开。3.2.2硬件组态、硬件组态的任务在PLC控制系统设计的初期，首先应根据系统的输入、输出信号的性质和点数，以及对控制系统的功能要求，确定系统的硬件配置。例如CPU模块与电源模块的型号，输入/输出模块（即信号模块SM）、功能模块（FM）和通信处理模块（CP），各种模块的型号和每种型号的数量等。S7-300的SM、FM和CP的数量总和超过8块时，除了中央机架外还需要配置扩展机架和接口模块（IM）。确定了系统的硬件组成后，需要在STEP7中完成硬件配置工作。,3.2.2硬件组态,硬件组态的任务就是在STEP7中生成一个与实际的硬件系统完全相同的系统，例如要生成网络、网络中各个站的机架和模块，以及设置各硬件组成部分的参数，即给参数赋值。硬件组态确定了PLC输入/输出变量的地址，为设计用户程序打下了基础。组态时设置的CPU参数保存在系统数据块SDB中，其他模块的参数保存在CPU中。在PLC启动时CPU自动地向其他模块传送设置的参数，因此在更换CPU之外的模块后不需要重新对它赋值。PLC在启动时，将STEP7中生成的硬件组态与实际的硬件配置进行比较，如果二者不符，将立即产生错误报告。模块在出厂时带有预置的参数，或称为默认的参数，一般可以采用这些预置的参数。对于网络系统，需要对以太网、PROFIBUS-DP和MPI等网络的结构和通信参数进行组态，将分布式I/O连接到主站。,3.2.2硬件组态,对于硬件已经装配好的系统，用STEP7建立网络中各个站对象后，可以通过通信从CPU中读出实际的组态和参数。2、硬件组态的步骤1）插入硬件站在SIMATICManager窗口：选中菜单“Insert”（插入）“Station”（站点）“SIMATIC300Station/SIMATIC400Station”，或者用鼠标右键点击项目名称，在下拉列表菜单中选中“InsertNewObject”（插入新对象）“SIMATIC300Station/SIMATIC400Station”，就可以在当前项目下插入一个新的硬件站，系统自动为该站分配一个名称，如：SIMATICStation300（1）。用户可以根据需要改写站名。硬件站的插入如图3.2所示。,3.2.2硬件组态,图3.2硬件站的插入,3.2.2硬件组态,2）启动硬件组态软件包在SIMATICManager窗口：选中硬件站，并且选择菜单“Edit”（编辑）“OpenObject”（打开对象），或者双击Hardware（硬件）图标，就可以打开硬件组态窗口HWConfig【SIMATIC300站点（配置）Test】，如图3.3所示。在硬件组态窗口，点击工具栏中的Catalog（目录）图标打开HWCatalog选择框。,3.2.2硬件组态,图3.3硬件组态的启动,3）硬件定组态在HWConfig窗口，点击HardwareCatalog（硬件目录）框中SIMATIC-300，然后插入导轨RACKRail、电源PS、CPU、接口模块IM、信号模块SM等，如图3.4所示。3号槽专为接口模块IM保留的，不可以装其他的模块。,3.2.2硬件组态,4-11号槽可以安装信号模块SM、功能模块FM、通信处理器CP。用拖拽的方法或者选定槽位后双击Catalog中选定的模块方法，就可以把元件装到指定的位置。从图3.4中可以看出，硬件组态窗口分上下两部分：上面是一个组态简表；下面是一个详情表，包括模块的订货号、MPI地址和I/O地址信息等。,图3.4硬件组态的生成,3.2.2硬件组态,4）参数设置硬件组态完成后，就可以设置各个模块的参数。不同的模块可以设置的参数是不同的。参数的设置是在模块的属性（Properties）对话框上完成的。双击模块所在的槽或者用鼠标右键点击该槽，然后在下拉列表菜单中选中ObjectProperties，就能打开该模块的属性（Properties）对话框，如图3.5所示。,图3.5打开CPU属性对话框,3.2.2硬件组态,下面以S7315-2DP为例，介绍CPU主要参数的设置方法。1、常规（General）如图3.6所示，General页面说明模块的名称、订货号和一般技术特性。对于CPU还说明其MPI地址。缺省MPI地址是2。如果不接入MPI网，保留缺省MPI地址即可。,图3.6General选项卡及MPI地址设置,3.2.2硬件组态,2、启动（Startup）特性参数Startup选项卡如图3.7所示。S7-300CPU和S7400CPU有不同的启动特性。S7300CPU只能执行完全启动（CompleteRestart）。S7400CPU还可以执行冷启动（ColdRestart）。,图3.7Startup选项卡,3.2.2硬件组态,3、存储器（RetentiveMemory）参数设置RetentiveMemory选项卡如图3.8所示。在该页面上用户可以设置带保持性能的M、T、C的数量。当S7300CPU有后备电池时，全部数据块DB都能被保持。当S7300CPU没有后备电池时，可以设置数据块DB的8个区间具有保持性能。,图3.8RetentiveMemory选项卡,3.2.2硬件组态,4、周期/时钟存储器（Cycle/ClockMemory）Cycle/ClockMemory选项卡如图3.9所示。,图3.9Cycle/ClockMemory选项卡,3.2.2硬件组态,1）扫描周期监视时间（ScanCycleMonitoringTime）。对于S7300CPU，缺省设置为150ms。如果扫描周期超过了这个时间，CPU则进入STOP状态。用户可以根据需要改变这个设置。2）通信扫描周期（CycleLoadfromCommunication）。缺省设置为20%，用户可以根据需要改变这个设置。3）时钟存储器（ClockMemory）。系统制造了8个不同频率的时基脉冲（占空比为50%），如表3.1。,表3.1时钟存储器各位对应的时钟脉冲周期与频率,3.2.2硬件组态,如果要用时钟脉冲，首先应选中“Clockmemory”（时钟存储器）选项，然后设置时钟存储器（M）的字节地址。假设设置的地址为100（即MB100），由表3.1可知M100.7的周期为2s，如果用M100.7的常开触点来控制Q0.0的线圈，Q0.0将以2s的周期闪烁（亮1s，灭1s）。5、保护（Protection）Protection选项卡如图3.10所示。保护等级（LevelProtection）：1级相当于无保护；2级写保护；3级读/写保护。,图3.10Protection选项卡,3.2.2硬件组态,在“Protection”（保护）页面的“Mode”（模式）中，可以选择：1）Process（过程模式）：通常设备在运行阶段时采用这种模式。该模式下，系统的测试功能受到限制，可以设置允许测试功能（例如监视或修改变量）占用的循环时间。断点测试或单步执行都不能实现。2）Test（测试模式）：设备处于调试阶段时，可以选择这种模式。在这种模式下，所有测试功能都不受限制，但这可能引起扫描循环时间显著的增加。6、系统诊断/时钟参数的设置系统诊断是指对系统中出现的故障进行识别、评估和做出相应的响应，并保存诊断的结果。通过系统诊断可以发现用户程序的错误、模块的故障和执行期的故障等。在“属性”窗口点击“诊断/时钟（Diagnostics/Clock）”选项卡，可以选择“报告STOP模式原因）等选项。,3.2.2硬件组态,当某系统中某设备的故障引起连锁反应时，相继发生一系列事件。为了分析故障的起因，需要查出故障发生的顺序。为了准确地记录故障顺序，系统时钟和计算机时钟必须定期作同步调整。调整方法有三种：“在PLC中”；“通过MPI接口”；“通过第二个接口”。每种设置方法有3个选项，“AsMaster”是指用该CPU模块的时钟作为标准时钟，去同步别的时钟；“AsSlave”是指该时钟被别的时钟同步；“None”为不同步。,图3.11CPU属性页：诊断/时钟,3.2.2硬件组态,7、日期-时间中断（Time-of-dayInterrupts）参数设置中断产生时调用组织块OB10OB17。在“Time-Of-DayInterrupts”选项卡中可以设置中断的优先级，通过“Active”（激活）选项决定是否激活中断，选择执行方式（Execution），可以设为一次（Once）、每分钟、每小时、每天，每星期、每月、月末、每年执行一次；可以设置开始日期（Startdate）和当日时间（Timeof），以及要处理的过程映像分区（仅用于S7-400），如图3.12所示。,图3.12CPU属性页：日期时间中断,3.2.2硬件组态,8、周期性中断（CyclicInterrupts）参数的设置在“CyclicInterrupts”页面，可以设置循环执行组织块OB30OB38的参数，包括中断的优先级（Priority），执行的时间间隔（Execution，以ms为单位）和相位偏移（Phaseoffset，仅用于S7-400）。默认的时间间隔为100ms，用户可以修改这个时间，其范围为160000ms，如图3.13所示。,图3.13CPU属性页：周期性中断,3.2.2硬件组态,9、中断(Interrupts)参数的设置在“Interrupts”页面，可以设置硬件中断（HardwareInterrupts）、时间延迟中断（Time-DelayInterrupts）、DPV1中断（InterruptsforDPV1）和异步错误中断（AsynchronousErrorInterrupts）的参数，如图3.14所示。,图3.14CPU属性页：中断,3.2.2硬件组态,10、通信参数的设置在“Communication”（通信）选项卡中，如图3.15所示。需要设置PG（编程器或计算机）通信、OP（操作员面板）通信和S7standard（标准S7）通信使用的连接数量，至少应该为PG和OP分别保留一个连接。,图3.15CPU属性页：通信,3.3输入/输出模块参数配置,输入/输出模块的参数在STEP7软件中设置，且必须在CPU处于STOP状态下，设置完所有参数后，应将参数下载到CPU中。当CPU从STOP模式转换为RUN模式时，CPU将所设参数传到每个模块。参数分为静态参数和动态参数，可以在STOP模式下设置此两种状态；通过系统功能SFC可以修改当前用户程序中的动态参数。,3.3.1数字量输入模块的参数设置,在SIMATIC管理器硬件双击数字输入模块SM321DI16x24VDC，呼出属性窗口进行在线重新组态。单击属性窗口地址选项卡，可以设置模块的起始字节地址。如图3.16所示。,图3.16数字量输入模块的参数设置,3.3.1数字量输入模块的参数设置,在启用中有诊断中断和硬件中断两项选项，划“”表示允许产生中断。选择允许硬件中断后，以两个输入点为单位，可以选择上升沿中断、下降沿中断，或者二者上升沿和下降沿均产生的中断。当出现硬件中断时，CPU的操作系统将调用组织块OB40。,3.3.2数字量输出模块的参数设置,选择数字量输出模块DO16xUC24/48V，在属性窗口中启动选项上可以选择是否“启用诊断”，如图3.17所示。“对CPUSTOP模式的响应”选择CPU进入停止状态时模块各输出点的处理方式。选择“保持前一个有效的值”，模块将保持最后的输出值；选择“替换值”可以使各输出点分别输出“0”或“1”。,3.3.2数字量输出模块的参数设置,图3.17数字量输出模块的参数设置,3.3.3模拟量输入模块的参数设置,如图3.18所示模拟量输入模块AI8/12位，选择“输入”选项卡，可以设置“诊断中断”和“超出限制硬件中断”选项。如果选择“超出限制硬件中断”，则窗口下面的硬件中断触发器“上限”和“下限”的通道0和通道1选项框将由灰变成白色，可以设置其产生超限的上限和下限值，每两个通道为一组，可以设置是否对各组进行诊断。,图3.18模拟量输入模块参数的设置,3.3.3模拟量输入模块的参数设置,如图3.18可以对模块的每一通道组选择允许的任意量程，每两个通道为一组。例如：在“输入”选项卡中点击0号和1号通道的测量输入框，在弹出的菜单中选择测量型号，图中选择的“4DMU”是4线式传感器电流测量；“R-4L”是4线式热电阻；“TC1”是热电偶；“E”表示测量型号为电压。如果未使用某一组的通道，应选择测量型号中的“取消激活”，以减小模拟量输入模块的扫描时间。点击测量范围输入框，在弹出的菜单中选择量程，图中的第一组的测量范围为1-5V，量程框的下面“B”表示0号和1号通道对应的量程卡的位置为“B”。在选择类型时应保证量程卡的位置与STEP7中的位置一致。SM331采用积分式A/D转换器，积分时间直接影响到A/D转换时间，转换精度干扰抑制频率。积分时间越长，精度越高。积分时间与干扰抑制频率互为倒数。在积分时间为20ms时，对50Hz的干扰噪声有很强的抑制作用。,3.3.4模拟量输出模块的参数设置,模拟量输出模块的参数设置与模拟量输入模块的参数设置有很多类似的地方，如图3.19所示。模拟量输出可能需要设置下列参数：1、确定每一通道是否允许诊断中断。2、选择每一通道的输出类型为电压输出或电流输出。选定输出类型后，再选择输出信号的量程。3、对于CPU停止模式时的响应可以选择不输出电流/电压（OCV），也可以选择保持最后一次的输出值(KLV)。,图3.19模拟量输出模块参数的设置,3.4地址分配和I/O符号表,1、地址分配原则上S7300PLC的地址是系统分配的，S7400和带DP口的S7300的地址是可以由用户自行设置的。双击开关量模块或模拟量模块，打开属性（Properties）对话框，如图3.20所示，如果选择系统默认，就可以在Start框中输入起始地址。如果系统默认取消，则变为灰的，就表示只能用系统分配的地址。,图3.20地址分配,3.4地址分配和I/O符号表,2、I/O符号表在硬件组态的时候，可以为I/O元件简历符号表，相当于编制输入/输出接线表。用鼠标右键点击I/O模块，在下拉菜单中选择编辑符号（EditSymbols）就可以打开I/O符号表，如图3.21所示。,图3.21I/O符号表,3.5硬件组态的保存、下载和上载,参数设置完成后，硬件站的设定组态也就完成了，随后需要把设定好的组态进行存盘编译并下载到CPU中。1、保存（Save/SaveandCompile）和下载（Download）在HWConfig窗口，点击Save图标或点击保存并编译（SaveandCompile）图标将组态参数存盘。两者的区别是后者进行编译并存盘，产生系统数据块SDB。存盘完成后，点击Download图标将组态参数下载到CPU中。,3.5硬件组态的保存、下载和上载,2、上载（Upload）若有一套实际控制系统，该装置的硬件配置情况及其参数设置就称为实际组态（ActualConfiguration）。如果需要改变其参数设置，可以先将实际组态上载，然后按上述方法修改参数再下载到CPU中。上载方法如下：在SIMATICManager窗口，选中PLC上传（Upload），或点击上载到编程设备（Uploadtoprogrammingdevice）图标。上载情况如图3.22所示。,图3.22上载,3.6S7PLCSIM仿真软件在程序调试中的应用,3.6.1S7PLCSIM的主要功能,仿真软件S7PLCSIM集成在STEP7中，用于模拟PLC的CPU中用户程序的执行过程，可以在开发阶段发现和排除错误，提高用户程序的质量和降低试车的费用。,STEP7专业版包含S7PLCSIM，安装STEP7的同时也安装了S7PLCSIM。在安装好标准版STEP7后安装S7PLCSIM，S7PLCSIM将自动嵌入STEP7，S7PLCSIM的主要功能如下：,3.6.1S7PLCSIM的主要功能,1、在计算机上对S7300/400PLC的用户程序进行离线仿真与调试，因为S7PLCSIM与STEP7是集成在一起的，仿真时计算机不需要连接任何PLC硬件。2、模拟PLC的输入/输出存