第2章-可编程控制器概述

1、第二章S7-300可编程逻辑控制器的编程基础、重点和难点：S7-300可编程逻辑控制器(以下简称S7-300)的系统组成和内部资源、S7-300的编程软件STEP7和S7-300的配置。基本要求：1掌握S7-300的组成；2掌握S7-300的内部资源；3熟悉S7-300编程软件步骤7；4了解S7-300的配置。本章内容：1S7-300的体系结构；2S7-300编程软件STEP7；3 3S 7-300的配置。2.1S7-300系统组成和内部资源，西门子公司于1995年在德国相继推出的SIMATICS7系列可编程序控制器是一种性能价格比较高的可编程序控制器系统。S7系列可编程控制器是在S5系列的基

2、础上开发的，SIMATICS7系列包括微型SIMATICS7-200系列，最小配置为8DI/6DO，可扩展27个模块，最大输入输出点为64DI/DO和12AI/4AO；中小型SIMATICS7-300系列(见图2-1)，可扩展32个模块；中高性能的SIMATICS7-400系列可扩展300多个模块。S7-300是一个模块化的小型可编程控制器系统，可以满足中等性能的应用要求。2.1.1硬件系统S7-300的基本结构采用模块化结构，由机架和模块组成。S7-300的主要部件有机架、电源模板、中央处理器、信号模板、模板功能、接口模板和通信处理器，如图2-1和图2-2所示。图2-1中S7-300的组成，

3、电源模块(可选)2备用电池(在CPU313之上)3DC24V连接器4模式开关5状态和故障指示灯6存储卡(在CPU313之上)7MPI多点接口8前连接器9前门图2-2 S7-300，S7-300采用无插槽限制的紧凑模块化组合结构图2-3 S7-300的结构S7-300的电源模块通过电源连接器或电线与中央处理器模块连接，为中央处理器模块提供DC24V电源。PS307电源模块也有一些可以为信号模块提供24V电源的端子。S7-300使用底板总线连接除电源模块以外的所有模块。图2-4 S7-300的扩展结构(在CPU314之上)，S7-300的主要组件见表2-1。表2-1 S7-300的主要部件，机架用

4、于安装和固定可编程控制器的各种模块。S7-300的框架是一种特殊的不锈钢或铝异形板(称为导轨)。其长度为160毫米、482毫米、530毫米、830毫米和2000毫米，可根据实际需要选择。S7-400机架为各种模块提供支持和电源，并通过背板总线连接各模块。S7-400的机架分为以下四种类型。(1)通用支架UR1/UR2。(2)中央机架CR2/CR3。(3)扩展机架ER1/ER2。(4)UR2-H支架。2电源模块(PS)电源模块用于将120伏/230伏交流电或24伏直流电转换为24伏和5伏直流电，用于中央处理器、输入/输出模块、传感器和执行器。它通过电缆而不是背板总线与中央处理器模块和其他信号模块

5、相连。图2-5PS307电源模块接线图，图2-6PS307电源模块基本电路图，3个中央处理器模块(CPU)SIMATICS7-300/400提供了各种不同性能的CPU模块，以满足用户的不同需求。S7-300的中央处理器模块类型有CPU312IFM、CPU313、CPU314、CPU315、CPU315-2DP等。除执行用户程序外，中央处理器模块还为S7-300背板总线提供5V直流电源，并通过MPI接口与其他中央处理器或编程设备通信。S7-300的编程装置可以是西门子的专用编程器，如PG705、PG720、PG740、PG760等。它也可以由带STEP7软件包的通用微机、MPI卡和MPI编程电缆

6、组成。S7-400的中央处理器模块类型有CPU412-1、CPU413-1/413-2DP、CPU414-1/414-2DP、CPU416-1等。S7-400的中央处理器模块具有实时时钟功能、测试功能和内置的两个通信接口。4接口模块(IM)接口模块用于在多机架配置中连接主机架(或中央机架，CR)和扩展机架(ER)。S7-300的接口模块类型有IM360、IM361、IM365等。S7-400的接口模块类型有IM460/461-0、IM460/461-1、IM460/461-3、IM460/461-4、IM463-2、IM467/IM467FO等。，5信号模块(SM)信号模块是数字输入/输出模块

7、和模拟输入/输出模块的总称，它使不同的过程信号电压或电流与可编程逻辑控制器内部的信号电平相匹配。S7-300的信号模块包括数字输入模块SM321和数字输出模块SM322、数字输入/输出模块SM323、模拟输入模块SM331、模拟输出模块SM332、模拟输入/输出模块SM334和SM335。模拟输入模块可以输入不同类型和范围的各种模拟信号，如热电阻、热电偶、420mADC和010VDC。每个信号模块都配有一个自编码旋入式前连接器，外部过程信号可以方便地连接到信号模块的前连接器。S7-400的信号模块类型有数字输入模块SM421和数字输出模块SM422、模拟输入模块SM431和模拟输出模块SM43

8、2。调频功能模块主要用于处理实时性强、内存量大的信号处理任务。S7-300的功能模块有：计数器模块FM350-1/2和CM35、快/慢进给驱动位置控制模块FM351、电子凸轮控制器模块FM352、步进电机定位模块FM353、伺服电机定位模块FM354、定位和连续路径控制模块FM357-2、步进电机功率驱动模块FMSTEPDRIVE、超声波位置解码器模块FM338、闭环控制模块FM355和FM355-2/2C/2S、称重模块SIWAREXU/M和S7-400的功能模块包括计数器模块FM450-1、快/慢进给驱动位置控制模块FM451、电子凸轮控制器模块FM452、步进电机和伺服电机定位模块FM4

9、53、闭环控制模块FM455、应用模块FM458-1DP和S5智能输入输出模块等。通信处理器模块通信处理器模块是用于可编程逻辑控制器、可编程逻辑控制器和计算机等智能设备之间通信的智能模块，可将可编程逻辑控制器连接到现场总线、自动化仪表和工业以太网，或实现点对点通信。通信处理器可以减轻中央处理器处理通信的负担，减少用户在通信上的编程工作。S7-300具有多用途通信处理器模块，如CP340、CP342-5DP、CP343-FMS等，其中不仅有设计用于设备点对点通信的模块，还有设计用于可编程逻辑控制器访问西门子低速现场总线网络SINECL2和高速SINECH1的网络接口模块。常见的通信处理器包括PR

10、OFIBUS-DP处理器、PROFIBUS-FMS处理器和工业以太网处理器。2 . 1 . 2中央处理器是可编程控制器的核心，起着神经中枢的作用。每个可编程逻辑控制器至少有一个中央处理器，根据可编程逻辑控制器系统程序给出的功能接收并存储用户程序和数据，通过扫描收集现场输入设备发送的状态或数据，并存储在指定的寄存器中，同时诊断电源和可编程逻辑控制器内部电路的工作状态以及编程过程中的语法错误。进入操作后，从用户程序存储器中逐个读取指令，分析后根据指令中指定的任务产生相应的控制信号，命令相关的控制电路。与通用计算机一样，可编程逻辑控制器中的中央处理器主要由运算单元、控制器、寄存器、数据总线、控制总线

11、和状态总线、外围芯片、总线接口及相关电路组成。它决定了控制的规模、工作速度、内存容量等。存储器主要用于存储程序和数据，是可编程控制器不可缺少的组成部分。中央处理器的控制器控制中央处理器的工作，中央处理器读取、解释和执行指令。中央处理器模块的外部性能是其工作状态显示、接口和设置或控制开关。S7-300的中央处理器模块集成了用于执行用户程序的过程控制功能。S7-300有CPU312IFM、CPU313、CPU314、CPU314IFM、CPU315/315-2DP、CPU316-2DP、CPU318-2DP等。S7-300中央处理器的分类如下。(1)紧凑型中央处理器(2)标准中央处理器(3)室外中

12、央处理器(4)高端中央处理器(5)故障安全中央处理器，1中央处理器模块性能概述，表2-2 S7-300中央处理器技术参数，续表，续表，续表，注：=适用/可用=未安装/未安装。(2)CPU313模块。(3)CPU314模块。(4)CPU314IFM模块。(5)CPU315/CPU315-2DP模块。(6)CPU316-2DP模块。S7-300 2CPU模块面板有状态和故障指示指示灯、模式选择开关和通信接口(见图2-7)。大多数中央处理器也有一个备用电池盒，存储卡插槽可以插入一个闪存微存储卡(简称MMC)，容量高达几兆字节，用于在断电后保存程序和数据。图2-7中央处理器313面板，(1)状态和故障

13、指示灯。(2)选择2)中央处理器操作模式。(3)微型存储卡。(4)电池盒。(5)通信接口。(6)电源端子。图2-8 S7-300的浮动参考电位，3 3CPU模块的测试和故障诊断功能S7-300的中央处理器提供测试和故障诊断功能，可通过编程装置和STEP7软件查看。中央处理器模块的测试功能包括状态变量、强制变量和状态块。程序员可以显示信号状态，改变与用户程序无关的变量，并在程序执行期间输出存储器堆栈中的内容。“状态变量”测试功能用于在用户程序执行期间监控所选过程变量的值。“状态块”测试的功能类似于“状态变量”测试，只是监控对象不同。“强制变量”测试功能可以强制为选定的过程变量赋值，并强制改变用户

14、程序的执行条件。4CPU单元(1)时钟存储器的参数设置。图2-9时钟存储器设置，(2)环路中断参数。图2-10，周期中断参数的设置，(3)最大周期时间。图2-11最大循环时间的设置，(4)MPI参数。2.1.3输入/输出模块输入/输出模块统称为信号模块，包括数字输入模块、数字输出模块、数字输入/输出模块、模拟输入模块、模拟输出模块和模拟输入/输出模块。1数字量模块(1)数字量输入模块SM321。图2-13数字DC输入模块，图2-14数字交流输入模块，表2-3数字输入模块SM321的技术特性，续表，续表，(2)数字输出模块SM322。图2-15数字晶体管输出模块，图2-16数字晶闸管输出模块，图

15、2-17数字继电器输出模块，表2-4数字输出模块SM322的技术特性，续表，续表，续表，续表，(3)数字输入/输出模块SM323。(4)仿真模块SM374。(5)占用模块DM370。在模拟模块的生产过程中，有大量连续变化的模拟量需要由可编程控制器进行测量或控制。其中一些是非电量，如温度、压力、流速、液位、物体成分(如气体中的氧含量)、频率等；有大量的强电量，如电流、电压、有功功率和无功功率、功率因数等。(1)模拟量的表示。表2-5模拟输入模块、续表、续表、续表、续表的模拟量与模拟量的对应关系，(2)模拟输入模块SM331。图2-18模拟输入模块，图2-19输入模块与传感器之间的连接，图2-20

16、输入模块与二线制变送器电流输入之间的连接，图2-21输入模块与四线制变送器电流输入之间的连接，图2-22热阻(如Ptl00)与输入模块之间的四线制连接电路示意图，(3)模拟输出模块SM332，图2-23模拟输出模块(与负载相连)，(4)模拟输入/输出(AI/AO)模块SM332表2-6SM334通道地址，图2-24PS30710A模块端子接线图，表2-7S7-300模块电流消耗和功率损失(24VDC负载电源)，续表，表2-8S7-300模块电流消耗和功率损失(120/230VAC负载电源)，表PROFIBUS是一种开放式现场总线系统，专为完全集成自动化定制，它将现场设备连接到控制设备，并确保各

17、种组件之间的高速通信。将输入输出信号传送到可编程逻辑控制器的中央处理器模块只需要几毫秒的时间。以太网200可以作为PROFIBUS-DP网络系统的从站，因为以太网200只需要很小的空间，所以可以使用更小的控制柜。集成连接器取代了过去复杂的电缆连接，加快了安装过程，紧凑的结构大大降低了成本。ET200可用于非常恶劣的环境(如极热、严寒、高压、潮湿或多尘)。它可以提供连接光纤PROFIBUS网络的接口，并且不需要采取昂贵的抗电磁干扰措施。1ET200集成功能(1)电机启动器。(2)变频器和阀门控制。(3)智能传感器。(4)分布式智能。(5)安全技术。(6)功能模块。2ET200 (1)ET200B的分类。(2)ET200eco .(3)ET200is .(4)ET200L .(5)ET200M .(6)ET200R .(7)ET200S .(8)ET200X .2.1.5内部资源，图2-25S7-300CPU内部资源，1装载存储区域装载存储区域是一个可编程模块，它包括构建在编程设备上的装载对象(逻辑块、数