S7及PCS7基础.docx
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S7及PCS7基础
内部资料
彭健羽编制
中钢集团新型材料（浙江）有限公司
中国·长兴
Paraphrase:
名词释义：
1.PLC:
Program-ableLogicController.可编程逻辑控制器
2.CPU:
CentralProcesserUnit.中央处理器
3.CP:
CommunicationProcessor.通讯处理器
4.PII:
ProcessImageInput.输入过程映像区
5.PIQ:
ProcessImageOutput.输出过程映像区
6.RAM:
RandomAccessMemory.随即存取存储器
7.ROM:
ReadOnlyMemory.只读存储器
8.MRES:
MemoryReset.存储器复位
9.DI/DO/AI/AO:
Digital/AnalogInput/Output.模块或信号类型
10.MAC:
MediaAccessControl.物理（地址）
11.ISO:
InternationalScienceOrganization.国际科学组织
12.DP:
DecentralizedPeriphery.分布式外围设备
13.OB:
OrganizationBlocks.组织块
14.AS:
AutomaticStation.自动化站
15.OS:
OperatorStation.操作员站
16.MMC:
MicroMemoryCard.微存储卡
17.GMT:
GreenwichMeanTime.格林尼治标准时间
18.UTC:
UniversalTimeCoordinated.世界调整时间
1PLC概述
1.1PLC的基本概念
国际电工委员会（IEC）在1985年的PLC标准草案第3稿中对PLC作了如下定义：
“可编程逻辑控制器，一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。
它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。
可编程控制器及其有关设备，都应按易于使工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。
”简单理解：
信号源于现场，作用于现场，PLC仅完成了计算和逻辑控制而已。
1.2PLC的发展及优势
1.2.1为了简化继电器特别是大量继电器顺序控制的繁琐，适应不同型号产品的改线方便，国际上第一台PLC在1968年诞生于美国通用汽车公司（GM）。
后来随着电子及微机技术的飞速发展，历40余载，才有了今天我们看到和应用的PLC技术。
真是“弹指一挥间……”
1.2.2PLC的优势：
灵活性：
从其诞生之初，PLC就拥有继电器先天所不具备的灵活性，这也是GM公司开发PLC的基本初衷。
适用于较复杂系统：
为模拟量等设备提供了便利；运算时间大为提高。
节省点数：
以DI（DigitalInputPoint）为例，考虑到用电安全，一个继电器的辅助触点在硬接线使用时仅能应用于一条回路，这无疑加大了触点的使用量。
但是由CPU采集的一个信号点在程序中可以无限次重复使用。
至于其他如可靠性高，维护方便，工程建设工作量小，体积小，重量轻，能耗低都是随着近代进算计技术的发展以上引申而来的。
2PLC的硬件组成
2.1CPU模块：
CPU模块主要由微处理器和存储器组成。
CPU存储器：
分为装载存储器、工作存储器、系统存储器。
装载存储器相当于电脑的硬盘。
S7-300用MMC卡作装载存储器，所以S7-300系列CPU必须插入MMC卡才能启动；S7-400的CPU有集成的装载存储器，也可以用MMC卡或RAM存储卡扩展装载存储器。
工作存储器相当于电脑的内存，计算时调入数据以处理。
系统存储器是CPU为用户程序提供的存储器，被划分为若干个地址区域，例如输入/输出过程映像区（PII&PIQ）、位存储器、定时器（T）、计数器（C）和诊断缓冲器等。
由于其功能固定，所以无法扩展。
程序执行模式：
循环周期扫描。
CPU中的程序分为操作系统和用户程序，操作系统用来处理PLC启动、刷新过程映像区、调用用户程序、处理中断和错误、管理存储区和通讯等任务；用户程序由用户生成，用来实现用户要求的自动化任务。
其中OB100是系统启动组织块，完成用户指定的初始化操作，俗话说“搭了台子好唱戏”，OB100就是我们讲的台子，也像我们WindowsXP操作系统的开机启动过程。
见下图所示。
所以如果在用户程序中有两个地方连接同一个输出点，则以最后一个输出状态为最后的输出结果。
状态指示器（LED）（以S7-315-2DP为例）：
SF=系统错误：
CPU内部错误或带诊断功能模块错误或程序错误。
BF=通讯异常
BATF=电池故障：
电池不足或不存在
DC5V=内部5VDC电压指示
FRCE=FORCE：
指示至少有一个输入或输出被强制
RUN=当CPU启动时闪烁，在运行模式下常亮
STOP=在停止模式下常亮
有存储器复位请求时慢速闪烁
正在执行存储器复位时快速闪烁
由于存储器卡插入需要存储器复位时慢速闪烁。
存储器复位：
存储器复位主要针对S7-300系列产品，执行下列步骤即可实现。
对S7-400而言的复位直接在编程设备（ES：
工程师站）完成。
step1：
合上电源开关。
step2：
把钥匙开关转到STOP位置。
step3：
把钥匙开关转到MRES位置（存储器复位）并保持在这个位置直到STOP指示灯慢闪两次（大约3秒）。
step4：
把钥匙开关转回STOP位置，然后在1秒钟内再转到MRES，直到STOP指示灯快闪。
在硬件组态中，CPU一般用MAC地址组态，这是因为SIMATICManager中普遍使用了ISO协议与CPU通讯，该协议下只能使用MAC地址。
【MAC地址：
即我们常说的物理地址，由12位16进制的数组按6段组成，xx-xx-xx-xx-xx-xx，是伴生硬件设备的。
其中前六位数代表公司，后六位代表产品序列。
电脑用的普通网卡也包含有该类地址。
而我们最常用的IP地址则是基于TCP/IP协议的，由12位十进制数组按4段组成，xxx-xxx-xxx-xxx。
目前中国广域网部分被网通和电信垄断。
近几年IP地址已近枯竭，可能要升至6段（IPv6）。
】
2.2信号模块（SM）：
信号模块主要为常见的DI、DO、AI、AO等类型模块。
市场上DI/DO模块有很多种，普通型分类一般按照通道（触点）数量，电流容量和电压等级等进行。
总型号为321（421）和322（422）。
一般检查DI/DO模块可以检查对应的灯是否点亮来作为信号是否到达的参考。
DO模块一般需配有中间继电器，起作用主要有隔离和提高负载能力两方面。
AI模块按照输入点数和输入信号类型（电流、电压、电偶、热电阻、电阻等）及分辨率划分。
分辨率取决于内置A/D转换器的分辨率。
常见的型号：
331-7PF00
（1）-0AB0为电阻/热电阻8点16位分辨率输入模块；
331-7PF10
（1）-0AB0为电偶8点16位分辨率输入模块；
331-7NF00-0AB0为电压/电流8点15分辨率输入模块；
涉及到具体模块参数请参加相关模块说明书。
AI模块类型组态方法：
在硬件组态（HardwareConfiguration）中完成。
具体为右击相应的模块，单击“属性”，在弹出的对话框中选择“输入”选项卡。
这时可以单击“Measurementtype”对应的下拉框，可以选择信号类型（电压、电流、热电偶、热电阻、电阻等），并在其下方的下拉框中选择相应的量程范围，完成基本组态。
见下页图示。
这里提请注意模块通道的数量，需全部组态，特别是成对出现的通道，即系统默认0-1通道同配置，2-3通道同配置等；不用的部分可以不激活。
AO模块组态方法与此相同，不再赘述。
2.3电源模块（PS）
顾名思义，电源模块的作用就是为PLC系统提供稳定的电压，一般我们常用的就是220VAC/24VDC。
上图为S7-400一电源模块，大家可以看到它有两种电压等级（5VDC和24VDC）的输出，而S7-300电源模块普遍只有24VDC电压输出。
请思考S7-300系统的5VDC电源来自哪里？
（答：
CPU供给5VDC）
2.4编程设备：
一般指ES：
工程师站。
它同时兼顾了编程、下载和监视作用；在一些地方，甚至充当了CLIENT（操作员站）使用，特别常见的就是“单站系统”，中钢新型多为此类型。
2.5通讯处理模块：
一般常用的就是CP343-1/CP443-1和CP343-5/CP443-5，分别用于连接工业以太网和PROFIBUS-DP总线设备。
具体可查阅西门子关于通讯部分的描述。
2.6接口模块：
主要为扩展机架及分布式IO服务。
常用的就是ET-200M（S，iSP，X，eco，R，L，B，pro）的接口模块IM153及机架扩展接口模块IM360/IM361、IM365、IM460/IM461等，其中IM360/361和IM460/461是配类出现的，并且可以多层扩展，而365则是一对一扩展的。
之间的接线多采用2.5中的PROFIBUS-DP总线（紫线）。
IM153最终汇总于CP343-5/CP443-5的通讯模块（CP），再供CPU使用。
IM360/361不同，其直接将信号上传之CPU进行数据处理。
2.7机架。
用于安装各种模块（如：
PS，CPU，CP，I/O模块等），功能包含：
1、提供背板总线：
I/O总线；通讯总线
2、通过背板总线实现各模块之间的数据和信号交换
3、电源模块所提供5VDC和24VDC通过背板总线供给各模块
4、电源模块必须插在底板的最左边（槽1）。
当采用UR2-H时，电源模块必须插在每个分段的第一个槽（SLOT1&10）。
3PLC的软件环境
PLC的软件环境包含操作系统（WindowsXP）、硬件组态、网络组态、监视软件（WinCCExplorer）等。
3.1操作系统（WindowsXP）
一般我们目前的操作系统及电脑硬件配置基本都能满足S7及PCS7的安装与使用要求。
特别需要注意的几点为：
1）WindowsXPProfessionalServicePack3（英文版）以及MicrosoftInternetExplorerV7（IE7）。
2）安装消息队列（MessageQueuing）：
3）去除“简单文件共享”选项勾
4）共享包含*.mcp的文件夹（根目录除外）
5）安装Microsoftoffice2003webcomponents或office2007等。
特别是PCS7。
6）工程师站需要激活ISO协议（CP1613会自动激活，但需检查）
3.2西门子软件安装
安装好操作系统以后根据安装内容提示即可逐步完成安装。
需要特别注意的是不同功能的电脑（ES\OS、OS_SERVER、OS_CLIENT）安装相应的选择项即可（以PCS7为例）。
OS_Server：
OS_CLIENT:
安装完成以后会自动弹出一个标题为“SIMATICSecurityControl”的对话框，一定点击Apply完成注册。
插入相应的key（s）准备运行系统。
在LIENCENS管理方面，亚洲版的Key（s）属外接U盘的“硬key”方式，欧洲等版本实行“软key”。
3.3运行STEP7/PCS7
上述三个快捷方式分别表示“软件注册管理器”、“SIMATIC管理器”、“WinCC浏览器”。
3.3.1软件注册管理器
双击打开软件注册管理器，可以查看已经安装的软件以及已经安装License的软件及内容，并且可以更新注册软件的License以及最大归档点数等。
不展开。
3.3.2SIMATIC管理器
3.3.2.1如何新建一个项目（多项目）？
点击SIMATIC管理器菜单栏“File”选择“New…”或者“NewProjectWizard…”可以启动“新建”或“新建向导”。
其中新建向导会分步引导选择CPU的型号、存储路径、工厂层级数等内容，为我们搭建一个基本的平台。
在此我们推荐使用“New…”或者点击图标栏
选择新建。
按照新弹出的对话框的内容逐项填写后选择OK按钮，一个新的项目（或多项目）就建立了，然后再进行配置。
所有的配置都是按照单项目进行硬件组态等的工作。
而网络组态则是在多项目内进行。
所谓“多项目”是包含很多项目（Project）的项目。
其中可以包含多CPU，多程序等。
主要用于大工程，多回路，编程人员较多的场合，以便更好地实现程序对接和程序分项。
3.3.2.2如何创建单项目？
如何在多项目下创建单项目？
如果已经创建了多项目，你就要向着一个核心目标进发，那就是拥有你自己的单项目。
这时你可以右击多项目选择“Multi-project”，打开其子项目“Insertproject”和“Createproject”，分别表示向该多项目中插入已有的单项目和在多项目内创建新的单项目。
再右击“单项目”建立一个300或400的站，或者冗余系统站（HStation）。
如下图所示，test2是一个多项目，AH2是一个单项目。
当然如果想将某单项目移除它从属的多项目，可以右击该单项目选择“Multi-project”，单击“RemovefromMulti-project”即可。
3.3.2.3硬件组态及在硬件组态窗口能实现的功能？
建立完成后就可以进行硬件组态了。
硬件组态模块选择是完全根据现场硬件设备情况确定，等于是硬件设备的软件再现，并且在硬件组态中也有一些是对硬件工作状态的界定，如硬件的工作模式像CPU中OB30~OB38的工作周期；CPU在系统时间同步中时间主站还是时间从站；AI信号模块的通道类型是电压型、电流型还是电偶电阻型，量程范围是0~5VDC/0~10VDC还是4~20mA/0~20mA；信号地址等。
另外，对于一个运行中的系统，我们可以在硬件组态界面下监视信号模块的值；检查模块的故障类型甚至检查用户程序的出错地点及原因；可以强制信号，屏蔽现场信号等不一而足。
硬件组态的方法是：
单击上步中目录展开视窗的新建站，双击主视窗中的“Hardware”，在新打开的对话框中编辑。
合理选择机架UR，电源PS，CPU，通讯模块CP，接口模块IM，分布式ET200（M），信号模块DI、DO、AI、AO，同时定义各模块的属性，同时根据设备所属的总线配置相应的网络。
表一M10.X的方波周期（见上图）
时钟存储器位
7
6
5
4
3
2
1
0
频率（Hz）
0.5
0.625
1
1.25
2
2.5
5
10
周期（s）
2
1.6
1
0.8
0.5
0.4
0.2
0.1
3.3.2.4如何在硬件组态中定义网络地址？
在含OS服务器的PCS7系统中网络层级分为系统总线（SystemBus）和终端总线（TerminalBus），如果通讯设备连入系统总线按MAC地址配置网络，采用ISO通讯协议，这其中包含CP443-1和CP1613等；如果连入终端总线按IP地址配置网络，采用TCP/IP通讯协议，包括CP1613和CLIENTS普通网卡等。
另外一种网络是PROFIBUS-DP（简称DP）网络，其主要做用是连接模块到CPU，同样需要配置PROFIBUS地址及数据传输波特率。
注意：
IM153在硬件配置中的地址一定和现场IM153模块拨码开关的地址对应并且不能重复，否则无法完成通讯。
说明：
硬件组态完成以后一定先编译再下载，但需特别注意的是硬件组态的下载会引起CPU重启，请谨慎使用！
3.3.2.5网络组态
网络组态的正确完整是整个系统CPU、ES、OS、CLIENTS及其他DP设备能够有序工作的软件保证。
网络组态的前提是硬件组态已经完成且已经下载到相应的CPU中。
网络组态的内容包含工业以太网（IndustryEthernet）的合并与设备之间软件连接的组态。
其中工业以太网的合并指的是当在SIMATICManager中建立了多个单项目并且多个单项目共用以太网的情况，基于硬件网络配置，以系统总线网络（SystemBus）合并为主。
在SIMATICManager中单击图标栏的
或者执行OPTIONConfigureNetwork可以在新窗口中打开网络组态对话框。
按上图步骤打开对话框，将左侧窗口中的项全部移动到右侧，见下图：
点击Apply即可在NetPro对话框看到如“（PartofEthernet-wide
（1））”的字样，说明已经完成以太网合并工作。
设备之间软件连接在网络组态对话框中右击ES或OS的WinCCAppl.，选择“InsertNewConnection”，这是会弹出一个新的对话框，选择相应的CPU即可。
如果是冗余CPU，则需要在connectiontype下拉菜单中选择“S7connectionfault-tolerant”，否则无法完成配置。
组态完成后编译下载。
4通讯
4.1StationConfiguration配置
OSserver的StationConfiguration配置需要在完成ES向OS服务
器下载后在OS上重新组态的部分。
点击桌面上的
图标打开如上图的新的对话框，点击“Add…”按钮一次在第一和第四行增加“WinCCAppl.”和“CP1613”条目，当对应statue栏的图标显示对号时完成，最后点击OK即可。
4.2时间同步
时间同步是在多台设备同步运行时必须配置的部分，主要使用工具包含：
自动化系统（AS）硬件组态中的CPU属性、CP1613、各站点WinCCExplorer中的“Timesync”部分。
一般我们会选择OS_SERVER作为时间同步的主站，同步周期设置1min即可。
另外请注意不同的CPU型号在处理时间上会有一定的差异，有一部分CPU内置时钟仅支持UTC（世界调整时间），不包含时区部分。
【什么是UTC？
UTC是全世界电子设备通用的时间，在全球具有时间唯一性，特别是通讯设备。
一般与本初子午线格林尼治天文台冬令时时间（GMT）相同。
当设备处于不同时区时可以在UTC的基础上增加相应的时区差，如北京时间采用东八区区时UTC+8.00】
具体可以查看相关说明书或西门子提供的一系列方法。
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