西门子plc300.docx

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西门子plc300

第8章S7-300∕400简介

8.1S7-300简介

S7-300是SIMATIC控制器中销售量最多的产品，它已成功地用于范围广泛的自动化领域。

S7-300的重点在于为生产制造工程中的系统解决方案提供一个通用的自动化平台。

这就是说，S7-300是用于集中式或分布式结构的优化解决方案。

坚持不懈的创新和改革使S7-300这个广泛应用的自动化平台能持续不断的升值。

SIAMTIC-300能在以下工业领域实现多种多样的自动化控制任务：

•生产制造工程

•汽车工业

•通用机械制造

•专用机械制造

•各种类型的专用机床，OEM

•塑料加工

•包装工业

•食品和烟草工业

•过程控制工程（例如供水，楼宇工程等）

对于特殊的应用场合，提供基于S7-300的附加的产品设计性能：

•对故障安全的应用，现能提供一种新产品，即故障安全型S7-300F以及相应的I/O模块

•专用于户外的部件，能忍受极端恶劣的环境条件，例如，通过扩展的温度范围。

•同时，提供基于S7-300CPU的集成HMI，SIAMTICC7控制器，适合于空间严格受限制的机械控制场合。

•采用ET200S结构形式的CPU使这个系列的产品更趋于完善。

这样，分布的，智能的预处理。

S7-300的特点是高效率的组态和编程，从而大幅度地降低工程成本。

现能提供符合IEC61131-3国际标准的SIMATIC工程工具。

此外，集成的高性能系统诊断功能可保证控制器的更高可用性，显著提升生产率。

为了减少停机时间，增加产量，提供可组态的过程诊断，以用于分析和排除过程故障。

S7-300为节省空间的模块化结构设计，如图8-1-1，它可以适配您现有的各种机械控制任务，不需要考虑槽位规则。

在运行时，无需风扇。

除模块外，只需要DIN标准的导轨，就可将模块旋转到位，安装在导轨上并由螺钉紧固。

这种结构形式非常牢固而且有高的电磁兼容性。

背板总线集成在模板上，通过将模板插入到总线连接器进行装配。

S7-300的模块的品种繁多，应用范围十分广泛，可用于集中形式的扩展，亦可用于带ET200M分布式结构的配置；其结果是明显减少成本和维护用备件。

8.1.1CPU的种类

有各种不同性能分级（直到高性能）的CPU可供控制器使用。

通过高效处理速率，CPU能提供很短的机器时钟时间。

取决于您眼前的任务，可提供带集成I/O以及集成技术功能和集成通信接口的CPU。

CPU

集成的I/O

集成的技术功能

集成的接口

CPU312

－

－

MP

CPU312C

数字量

计数

MPI

CPU313C

数字量，模拟量

计数

MPI

CPU313C-2PtP

数字量

计数

PtP，MPI

CPU313C-2DP

数字量

计数

DP，MPI

CPU314

－

－

MP

CPU314C-2PtP

数字量，模拟量

计数，定位

PtP，MPI

CPU314C-2DP

数字量，模拟量

计数，定位

DP，MP

CPU315-2DP

－

－

DP，MPI

CPU318-2DP

－

－

DP，MPI

8.1.2通　讯

通过单一、全集成和统一标准的系统就能完成用户所有的自动化任务！

所有的功能部件均由一个制造商提供。

即所谓的全集成自动化。

分布式预处理（分布式智能），这种机器和设备的新概念能给用户带来很多优点，如可重复使用的软件，更快速的调试时间和更高的可用性。

系统中特别重要的是通信网络：

工业以太网（IEEE802-3和802.3u）—用于区域和单元联网的国际标准。

PROFIBUS（IEC61158/EN50170）—用于现场层和单元层的国际标准以及用于本征过程自动化的PROFIBUSPA。

AS-i（EN50295）—与传感器和执行器进行通讯的国际标准。

EIB（EN50090，ANSIEIA776）—用于楼宇安装系统和楼宇自动化的全球标准。

MPI（多点接口）—用于在CPU，PG/PC和TD/OP。

点到点的连接—用于在2个节点之间通过专用协议的通信。

点到点的结构为最简单的通信形式。

有多种可供选用的通信协议（如RK512，3964（R）以及ASCII）。

S7-300允许将当代的IT技术集成到自动化系统中。

使用可插装的CP（CP343-1IT），它提供以下的功能：

•通过任何（random）HTML工具来建立您自己的Web网页，由此S7-300的过程变量能很方便地分配给HTML对象。

•使用这些带标准浏览器的Web网页来监控S7-300。

•通过FC调用，从S7-300的用户行规（profile）发送电子邮件。

•使用电话线网络（例如：

ISDN）通过TCP/IP进行远程编程

8.1.3程序设计

使用基本的STEP7或STEP7-Lite软件包便可对S7-300进行编程，并能以简单，用户友好的方式利用S7-300的全部功能。

该工程软件还包含自动化项目中所有阶段（从项目组态到调试，测试以及服务）的功能。

STEP7-Lite是一种低成本、高效率的软件，使用SIMATICS7-300可以完成独立的应用。

STEP7-Lite的特点是能非常迅速的进入编程和简单的项目处理。

它不能和辅助的SIMATIC软件包，例如工程工具，一起使用。

但是，以STEP7-Lite编写的程序可以由STEP7进行处理。

使用STEP7可完成较大或较复杂的应用，例如，需要用高级语言或图形化语言（参见“工程工具”）进行编程或需要使用功能以及通信模块。

STEP7能和辅助的SIMATIC软件包，（例如工程工具）兼容。

工程工具以用户友好，面向任务的方式对自动化系统进行附加的编程。

可提供以下工具用于编程：

S7-SCL（结构化语言）是一种基于PASCAL的高级语言，用于编程SIMATICS7/C7控制器。

S7-GRAPH对顺序控制进行图形组态，用于SIAMTICS7/C7控制器。

S7-HiGraph®使用状态图对顺序或异步的生产过程进行图形化描述。

用于SIAMTICS7/C7控制器。

CFC（连续功能图），通过复杂功能的图形化内部连接生成工艺规划，用于SIMATICS7控制器。

工程工具的使用对较大的更为复杂的应用是特别有利的，相应地，它需要较高等级的CPU。

•所有的CPU均能使用STL、LAD和FBD基本语言进行编程。

•如需使用S7-SCL高级语言，建议选择CPU313C，CPU314或更高等级的CPU。

如需使用图形化语言（S7-GRAPH,S7-HiGrahp和CFC），建议选择CPU314或更高等级的CPU。

8.1.4CPU-特点

1.集成接口

直接集成在CPU内的接口，可使用现有的总线技术来建立一个高性能的通信环境。

2.多点接口MPI

对于和PG/PC，HMI系统以及其它的SIMATICS7/C7/WinAC自动化系统进行通信而言，MPI是一种经济而又实惠的解决方案。

最多可连接125个MPI节点，通信速率为187.5Kbit/s：

•在不同的控制器之间传输过程数据；用这种方法，例如，一个CPU可以存取第三方控制器的输入/输出。

•HMI:

HMI的服务程序早已集成在S7-300的操作系统内，因此，无需任何编程就能将数据传送到所连接的SIMATIC操作员面板或操作员站上。

MPI还能作为一个PROFIBUSDP接口使用，允许配置2条DP线（只限于CPU318-2DP）。

3.PROFIBUSDP

能将SIMATICS7-300连接到开放式型现场总线PROFIBUSDP（根据EN50170），因此可建立起较大型的分布式结构系统。

这可扩大通讯的范围，从SIMATIC控制器到来自第三方制造商的现场设备均可进行通讯。

和已有的SIMATICS5或SIMATIC505系统的通信更是不成问题。

使用STEP7软件对分布式I/O模块进行组态和对集中式I/O模块进行组态，所使用的方法是相同的，因此能节省工程时间和费用。

以这种方法，S7-300可作为主站或从站。

4.共享功能

HMI功能（人机接口功能）及PG功能（编程器功能）均可通过这二种接口（MPI，DP）完成，如图8-1-2所示。

例如可通过PG/PC进行远距离编程。

此外，一台编程器可以操作多个CPU，或几个编程器能访问同一个CPU。

藉路由功能之助，连接在网络中任一个节点上的一台编程器都可访问该网络上的全部节点。

使用通讯模块还可以实现更复杂的功能。

8.1.5模板的种类

S7-300的模板块品种齐全，复盖范围广泛，因此它能很好地适配于各种类型的应用场合。

以下类型的模板可提供选用：

•数字量和模拟量I/O模板，几乎对所有类型的信号都适用，包括具有中断处理能力和诊断功能的模板。

•可用于危险区域的数字量和模拟量模板。

•功能模板，包括计数/测量，各种类型的定位控制，凸输控制和闭环控制。

•通讯模板，包括点对点的链接，或使用AS-i接口，PROFIBUS和工业以太

网以及IT功能的通讯。

•负载电源单元，提供24V直流工作电压。

•接口模板，用于连接多机架配置的SIMATICS7-300的机架。

如果自动化控制任务需要使用的模板多于8个，则S7-300的中央控制器（CC）可通过扩展单元加以扩展（但除CPU312IFM、312C和313外）,如图8-1-3所示。

最多可以有32个模板与中央控制器相连接；每个扩展单元最多允许8个模板。

各扩展单元之间的通讯是由接口模板（IM）相互独立地进行处理。

如工厂设备的分布较为分散，则中央控制器和扩展单元可以分开安装，其最大距离为10米。

可对插槽自由分配地址，不存在槽位规则（但CPU312IFM、312C、313、314、314IFM除外）。

8.1.7I/O模板－特点

信号模板是SIMATICS7-300和生产过程之间的接口。

有各种不同类型的数字量和模拟量模板可供选择，用户可以就控制功能所需要的输入和输出来作出正确的选择。

1.安装容易

传感器和执行器是通过前连接器连接到模板的。

如需要更换模板，只要在该前连器中插入相同类型的新模板即可。

前连接器上的编码可防止误插。

2.快速连接

使用SIMATICTOP连接，可进一步简化接线，更加方便（不适用于紧凑型CPU的内置I/O）。

您可以在带专门绞线的预接线前连接器和包括前连接器、电缆和端子块的成套模块化的积木式系统之间选择。

3.高组装密度

S7-300能节省空间的原因之一，在于其设计思想是每个模板非常紧凑，且有大量的通道，可提供带有8到32个数字量通道或2到8个模拟量通道的模板。

4.容易参数化

使用STEP7软件对模板进行组态和参数化，不需要复杂的开关设置。

数据是集中存储的。

当模板被更换后，数据就自动地传输到新的模板中，以避免设置错误。

使用新模板不需要软件升级。

组态只要进行一次，就能相同地重复任何次数。

例如用于系列机器。

5.诊断，中断

许多模板还监视信号的采集（诊断）和来自过程的信号（过程报警）。

这表明，系统能对任何采集出错或过程事件作出快速响应。

控制器是否应作出响应以及作出什么样的响应则由STEP7进行组态。

6.专用模板

为了对系统进行测试和仿真，可将仿真模块插入到S7-300中。

其功能是，使用编码信号来模拟传感器或开关并通过LED显示输出信号，该模板可插入到任何位置，不需要考虑槽位规则。

由空的模板保持没有被组态的槽位。

当以后插入模板时，其机械配置和地址分配均可保持不变。

8.2SIMATICS7-400简介

SIMATICS7-400是用于中、高档性能范围的可编程序控制器如图8-2-1所示。

模块化及无风扇的设计，坚固耐用，容易扩展和广泛的通讯能力，容易实现的分布式结构以及用户友好的操作使SIMATICS7-400成为中、高档性能控制领域中首选的理想解决方案。

SIMATICS7-400的应用领域包括：

•通用机械工程

•汽车工业

•立体仓库

•机床与工具

•过程控制

•控制技术与仪表

•纺织机械

•包装机械

•控制设备制造

•专用机械

功能逐步升级的多种级别的CPU，带有各种用户友好功能的种类齐全的功能模板，使用户能够构成最佳的解决方案，满足自动化的任务要求。

当控制任务变得更加复杂时，任何时候控制系统都可以逐步升级，而不必过多的添加额外的模板。

S7-400自动化系统采用模块化设计。

它所具有的模板的扩展和配置功能使其能够按照每个不同的需求灵活组合。

一个系统包括：

•电源模板：

将SIMATICS7-400连接到120/230VAC或24VDC电源上。

•中央处理单元（CPU）：

有多种CPU可供用户选择，有些带有内置的PROFIBUS-DP接口，用于各种性能范围。

一个中央控制器可包括多个CPU，以加强其性能。

•各种信号模板（SM）：

用于数字量输入和输出（DI/DO）以及模拟量的输入和输出（AI/AO）

•通讯模板（CP）用于总线连接和点到点的连接。

•功能模板（FM）：

专门用于计数、定位、凸轮控制等任务。

根据用户需要还提供以下部件：

•接口模板（IM）：

用于连接中央控制单元和扩展单元。

SIMATICS7-400中央控制器最多能连接21个扩展单元。

•SIMATICS5模板：

SIMATICS5-155U，135U和155U的所有I/O模板都可和相应的SIMATICS5扩展单元一起使用。

另外，专用的IP和WF模板可用于S5扩展单元，也可直接用于中央控制器（通过适配器盒）。

SIMATICS7-400是一种通用控制器。

由于有很高的电磁兼容性和抗冲击、耐振动性能，因而能最大限度的满足各种工业标准。

模板能带电插、拔。

8.2.1系统安装

简单的设计系统使S7-400用途广泛、灵活、适用性强（如图8-2-2）：

•模板安装非常简便

•背板总线集成在机架内

•方便、机械码式的模板更换

•经过现场考验的连接系统

•TOP连接

用螺钉或弹簧端子的1到3线系统的预装配接线

•规定的安装深度所有端子和接线器都放置在模板凹槽内并有盖板保护

•没有槽位规则

8.2.2扩展

如果用户需要比中央控制器更多的功能，S7-400还可以扩展：

•最多21个扩展单元（EU）21个扩展单元（EU）都可以连接到中央控制器（CC）。

•通过接口模板（IM）连接：

中央控制器CC和扩展单元EU通过发送IM和接收IM连接。

中央控制器（CC）可插入最多6个发送IM，每个EU可容纳1个接收IM。

每个发送IM有2个接口，每个接口都能连接一条扩展线路。

•集中式扩展：

这种扩展方式适用于小型配置或控制柜直接在机器上的场合。

每个发送IM接口可支持4个EU，如有必要，还可同时提供5V电源。

中央控制器和最后一个EU的最大距离是1.5m（带5V电源）；3m（不带5V电源）。

•用EU进行分布式扩展：

这种方式适用于分布范围广，并在一个地方有几个EU的场合。

发送IM的每个接口最多可支持4个EU。

可以使用S7-400EU，或SIMATICS5EU。

中央控制器和最后一个EU的最大距离为100m（S7EU）；600m（S5EU）。

采用扩展方案时应遵守以下原则：

-任一中央控制器的扩展单元（EU）数量最多不应超过21个。

-连接到任一中央控制器的发送IM不能超过6个，并且最多只有2个IM可提供5V电源。

-中央控制器器和S7EU的最大距离为100m。

-通过C总线的数据交换，仅限于中央控制器和6个EU（EU1~EU6）之间。

-电源模板总是安装在中央控制器和EU的最左边。

•用ET200进行远程扩展；这种方式适用于分布范围很广的系统。

通过CPU中的PROFIBUS–DP接口最多可连接125个总线结点。

中央控制器和最后一个结点的最大距离为23km（使用光缆）。

8.2.3功能

S7-400在编程、启动和服务方面有众多特点：

•高速指令处理

•用户友好的参数设置

•用户友好的操作员控制和监视功能（HMI）已集成在SIMATIC的操作系统中

•CPU的诊断功能和自测试智能诊断系统连续地监视系统功能并记录错误和系统的特殊事件。

•口令保护

•模式选择开关

•系统功能

8.2.4通讯

SIMATICS7-400有多种通讯方式：

•组合式多点MPI和DP主接口，集成在所有CPU内，S7-200和S7-300系统以及其它的S7-400系统。

•附加的PROFIBUS-DP接口，集成在某些CPU内，适用于经济型ET-200分布式I/O系统。

•用于连接到PROFIBUS和工业以太网的通讯模板。

•用于功能强大的点对点连接的通讯模板

•过程通讯：

通过总线（AS-I或PROFIBUS）周期地寻址I/O模板（过程映象数据交换）。

从循环执行级调用过程通讯。

•数据通讯：

自动化系统之间或HMI站和若干个自动化系统之间的数据交换。

数据通讯可以周期执行或基于事件驱动由用户程序块调用。

1.通过PROFIBUS-DP的过程通讯

SIMATICS7-400作为DP主站，可通过集成在SIMATICS7-400CPU上的PROFIBUS-DP接口（选件）

以下设备可作为主站连接到PROFIBUS-DP网络（如图8-2-3）：

•SIMATICS7-400（CPU，CP443-5，IM467）

•SIMATICS7-300（CPU，CP342-5DP或CP343-5）

•SIMATICC7（具有PROFIBUS-DP接口或PROFIBUS-DPCP的C7）

•SIMATICS5-115U/H，S5-135U以及具有IM308的S5-155U/H

•具有PROFIBUS-DP接口的S5-95U

•具有PROFIBUS-DP接口的SIMATIC505具有STEP7的编程器（PG）/PC机或OP可作为总线上的主站，但只使用编程器和OP功能亦能运行在PROFIBUS-DP上。

以下设备可作为从站连接到PROFIBUS-DP上：

•ET200分布式I/O设备

•现场设备

•SIMATICS7-200，S7-300

•C7-633/PDP，

C7-633DP，

C7-63PDP，C7-634

DPC7-626DP

•SIMATICS7-400（只能通过CP443-5）

2.数据通讯

SIMATICS7-400有多种通讯机制：

•通过全局数据（GD）通讯，网络上的CPU之间可周期地交换数据包。

•应用通讯功能块，网络上各站点之间进行基于事件驱动的通讯。

可通过MPI、PROFIBUS或工业以太网进行联网。

通过多点接口（MPI）的数据通讯

•编程和参数设置

•控制与监视以及

•在同等通讯伙伴间建立简单的网络结构

•多种连接能力：

MPI支持最多32个站点的同时连接：

-PG/PC，

-HMI系统

-S7-200（作为从站）

-S7-300

-S7-400

-C7

•通讯连接

S7-400CPU可同时建立最多64个站的连接：

-至MPI节点

-至相关C总线（内部通讯总线，见下述）上的C总线节点（例如，通讯模板），以及可以和通讯模板相连接的各节点，例如：

工业以太网节点。

通讯模板必须是C总线节点

•MPI性能

-最多32个MPI节点

-数据传输率最大为12Mbit/s。

•灵活的配置选择：

经过现场考验的部件用于配置MPI通讯：

在PROFIBUS和分布式I/O产品范围内的总线电缆，总线连接器和RS485中继器（12Mbit/s）。

这些部件能使配置达到最佳化以充分满足用户的需要。

例如，任意两个给定的MPI节点之间的长距离桥接可串联10个中继器，如图8-2-4。

•DP主站：

S7-400的MPI也可以配置为DP主站，可以连接最多32个DP从站，通讯速率可达12Mbit/s，编程和人机接口功能保持不变。

全局数据（GD）

通过MPI，连网的CPU经全局数据通讯服务（每次程序循环最多64个字节的最多16个数据包）周期交换数据。

一个CPU可访问另一个CPU的数据/位存储器/过程映象。

例如，如果系统中包括S7-300，则数据交换仅限于每个包不超过22字节。

全局数据通讯只能使用MPI接口，由STEP7中的GD表进行组态。

在CR2之中，2个CPU可通过C总线用GD数据包进行通讯。

S7/C7通讯对象间的通讯服务通过集成在系统中的功能块进行。

3.通讯功能

S7/C7通讯对象间的通讯服务通过集成在系统中的功能块进行。

可提供的通讯服务有：

•带MPI的S7标准通讯

•带MPI，C-总线，PROFIBUS和工业以太网的S7通讯。

（S7-300只能用作服务器）与S5通讯对象以及第3方设备的通讯服务可用非常驻块建立。

这些服务包括：

•通过PROFIBUS和工业以太网的S5兼容通讯。

•通过PROFIBUS和工业以太网的标准通讯（第三方系统）。

与全局数据通讯相对，必须为通讯功能建立相应的通讯链接。

8.2.5模板的诊断和过程监视

SIMATICS7-400的许多输入/输出模板具有智能性

•接收信号时的监视（诊断）

•来自过程（过程中断）的信号监视。

1.诊断

可以用诊断功能来确定模板信号获取（就数字量模板而言）或模拟量信号处理（模拟量模板）是否正确的按功能进行。

在诊断评价中，可参数化和不可参数化的诊断信息是有区别的。

•可参数化的诊断信息：

一个诊断信息只有通过相关参数化功能才能发出。

•不可参数化的诊断信息：

这些信息在任何情况下都能发出而不依赖于参数化功能。

如果一个诊断信息正在进行之中（例如“不提供编码”），模板启动一个诊断中断（在可参数化诊断信息的情况下是在相关参数化功能完成之后）。

CPU中断用户程序以及低优先级的程序的执行，而处理相关的诊断中断块（OB82）根据模板的类型不同，有各种各样的诊断信息：

数字量输入/输出模板

诊断信息

可能发生故障/错误的原因

诊断信息

可能发生故障/错误的原因

没提供编码器

编码器超载

编码器到M的线路短路

无内部附加电压

模板没有L+电压

无外部附加电压

模板没有给L+电压

熔丝烧断

内部熔丝损坏

模板中的参数不对

不正确的参数传送到了模板

RAM故障

周期性高电磁干扰

模板损坏

监视器断路

周期性的高电磁干扰

模板损坏

硬件中断丢失

硬件中断序列的到达速度快于CPU能够处理的能力

EPROM故障

周期性的高电磁干扰

模板损坏

模拟量输入模板

诊断信息

可能发生的故障/错误原因

诊断信息

可能发生的故障/错误原因

无外部负载电压

模板无L+负载电压

测量范围下溢

输入值超出低限范围，引起故障的原因可能是：

•测量值范围

4~20mA，1到5V

-传感器连接极性颠倒

-选择的测量范围有误

•其它值的