西門子S7系列PLC

1、第第 11 章章 西門子西門子S7系列系列PLC 西門子的PLC產(chǎn)品包括LOGO、S7-200、S3-300、 S7-400、工業(yè)網(wǎng)絡(luò)、HMI人機界面、工業(yè)軟件等，覆 蓋了所有自動化領(lǐng)域。其PLC產(chǎn)品主要有： SIMATIC主要包括S7 PLC、M7自動化計算機、C7、 SIMATIC NET工業(yè)網(wǎng)絡(luò)、SIMATIC HMI操作界面、 DP分布式I/O設(shè)備、SIMATIC PC及PCS7過程控制系 統(tǒng)。 SIMATIC S7系列可編程控制器又分為微型PLC（如 S7-200）、小規(guī)模性能要求的PLC（如S7-300）和中、 高性能要求的PLC（如S7-400）。 本章提要本章提要 11.1 西

2、門子S7系列PLC簡介 11.2 STEP7編程軟件簡介 11.3 S7-200 PLC部分指令系統(tǒng) 11.1 西門子西門子S7系列系列PLC簡介簡介 11.1.1 西門子S7-200 PLC 11.1.2 西門子S7-300 PLC 11.1.3 西門子S7-400 PLC 11.1.1 西門子西門子S7-200 PLC S7-200 PLC是超小型的PLC，它適用于各行各業(yè)，各 種場合中的自動檢測、監(jiān)測及控制等。 S7-200 PLC的強大功能使其無論在獨立運行，或相連 成網(wǎng)絡(luò)都能實現(xiàn)復雜控制功能。 S7-200 PLC在集散自動化系統(tǒng)中充分發(fā)揮其強大功能。 使用范圍可覆蓋從替代繼電器的簡

3、單控制到更復雜的自 動化控制。 S7-200 PLC可提供4種不同型號的基本單元和6種型號 的擴展單元供選擇使用。 11.1.2 西門子西門子S7-300 PLC 1.系統(tǒng)組成 1）中央處理單元（CPU）：各種CPU的性能各不相同，例如有的 CPU上集成有輸入輸出點，有的CPUP上集成有PROFIBUS-DP通信 接口等。 2）信號模塊（SM）： 用于數(shù)字量和模擬量輸入/ 輸出。 3）通信處理器（CP）： 用于連接網(wǎng)絡(luò)和點對點連接。 4）功能模塊（FM）： 用于高速計數(shù)、定位操作（開環(huán)或閉環(huán)定位） 和閉環(huán)控制。 5）負載電源模塊，用于將SIMATIC S7-300連接到120/230V交流電

4、源；或24/48/60/110V直流電源 6）接口模塊（IM）：用于多機架配置時連接主機架（CR）和擴展 機架（ER）。S7-300通過分布式的主機架和3個擴展機架，可以操 作多達32個模塊，運行時無需風扇。 2.主要功能 1）高速（0.60.1s）指令處理：為在中等到較低的性 能要求范圍內(nèi)開辟了全新的應用領(lǐng)域。 2）浮點數(shù)運算：可以有效地實現(xiàn)更為復雜的算術(shù)運算。 3）用戶接口：提供一個標準的用戶接口軟件工具，可方 便用戶給所有模塊運行參數(shù)賦值。 4）人機界面（HMI）：方便的人機界面服務(wù)已經(jīng)集成在 S7-300操作系統(tǒng)內(nèi)，人機對話的編程要求大大減少， SIMATIC人機界面從S7-300中取

5、得數(shù)據(jù)，S7-300按用戶指 定的刷新速度傳送這些數(shù)據(jù)。 5）智能診斷：CPU的智能化診斷系統(tǒng)能連續(xù)監(jiān)控 系統(tǒng)的功能是否正常、記錄錯誤和特殊系統(tǒng)事件（例 如超時、模塊更換等）。 6）多級口令保護可以使用戶高度、有效地保護其 技術(shù)機密，防止未經(jīng)允許的復制和修改。 7）S7-300 PLC設(shè)有操作方式選擇開關(guān)、操作方式 選擇開關(guān)像鑰匙一樣可以拔出，當鑰匙拔出時，就不 能改變操作方式。這樣就防止非法刪除或改寫用戶程 序。 3. 通信功能 S7-300 CPU支持的通信類型有： 1）過程通信：通過總線（AS-I或PROFIBUS）對I/O 模塊周期尋址（過程映像交換）。 2）數(shù)據(jù)通信：在自動控制系統(tǒng)之

6、間或人機界面和幾 個自動控制系統(tǒng)之間，數(shù)據(jù)通信會周期地進行或被用戶 程序或功能塊調(diào)用。 11.1.3 西門子西門子S7400 PLC S7-400 PLC是用于中、高檔性能范圍的可編程控制器。 它采用模塊化無風扇的設(shè)計，可靠耐用。同時可以選用多 種級別（功能逐級升級）的CPU，并配有多種通用功能的 模塊，這使用戶能根據(jù)需要組合成不同的專用系統(tǒng)。當控 制系統(tǒng)規(guī)模擴大或升級時，只要適當?shù)卦黾右恍┠K，便 能使系統(tǒng)升級和充分滿足需要。 S7-400 PLC主要由下列模塊（部件）組成： 1）電源模塊（PS）。將SIMATIC S7-400連接到 AC120/230V或 DC24V電源上。 2）中央處理

7、單元（CPU）。有多種CPU可供用戶 選擇，有些帶有內(nèi)置PROFIBUS-DP 的接口，用于各 種性能可包括多個CPU以加強其性能。 3）I/O模塊（SM）。數(shù)字量輸入和輸出（DI/DO） 和模擬量輸入和輸出（AI/AO）的信號模塊。 4）通信處理器（CP）。用于總線連接和點 到點連接。 5）功能模塊（FM）。專門用于計數(shù)、定位、 凸輪等控制任務(wù)。 此外，SIMATIC S7-400還提供接口模塊 （IM）部件，用于連接中央控制單元和擴 展單 元。SIMATIC S7-400中央控制器最 多能連接21 個擴展單元。 11.2.1 STEP 7概述 11.2.2 使用STEP 7的基本步驟 11

8、.2.3 設(shè)計程序結(jié)構(gòu)的基本原理 11.2.4 建立和編輯項目 11.2 STEP7編程軟件簡介編程軟件簡介 11.2.1 STEP 7概述概述 STEP 7是一種用于對SIMATIC可編程邏輯控制器 進行組態(tài)和編程的標準軟件包。它是SIMATIC工業(yè)軟 件的一部分。STEP 7標準軟件包有下列各種版本： 1）STEP 7 Micro/DOS和STEP7 Micro/Win用于 SIMATIC S7-200上的簡化單機應用程序。 2）STEP 7，應用在SIMATIC S7-300/S7-400、 SIMATIC M7-300/M7-400以及SIMATIC C7上。 STEP 7標準軟件包中

9、包含有一系列應用程序（工具）： SIMATIC管理器（SIMATIC Manager），符號編 輯器（Symbol Editor），NetPro網(wǎng)絡(luò)配置 （NETPRO Communication Configuration），硬件配置（Hardware Configuration），編程語言（Programming Languages LAD/FBD/STL），硬件診斷（Hardware Diagnostics）。 在選擇相應功能或打開對象時，將會自動啟動這些 工具。 11.2.2 使用使用STEP 7的基本步驟的基本步驟 1）裝STEP 7和許可證密鑰。在第一次使用STEP 7時， 對其進

10、行安裝，并將許可證密鑰從軟盤傳送到硬盤。 2）規(guī)劃控制器。在使用STEP 7進行工作之前，對自動 化解決方案進行規(guī)劃，將過程分解為單個的任務(wù)，并為 其創(chuàng)建一個組態(tài)圖。 3）設(shè)計程序結(jié)構(gòu)。使用STEP 7中可供利用的塊，將控 制器設(shè)計草圖中所描述的任務(wù)轉(zhuǎn)化為一個程序結(jié)構(gòu)。 4）創(chuàng)建項目結(jié)構(gòu)。項目類似一個文件夾，所有的數(shù)據(jù) 均可按照一種體系化的結(jié)構(gòu)存儲在其中，并隨時可供使 用。在項目創(chuàng)建完畢之后，所有其他的任務(wù)均將在該項 目中執(zhí)行。 5）組態(tài)一個站。在對PLC站進行組態(tài)時，可指定你 希望使用的可編程控制器：例如，SIMATIC S7-300、 SIMATIC S7-400、SIMATIC S5。

11、6）組態(tài)硬件。在對硬件進行組態(tài)時，可在組態(tài)表 中指定自動化解決方案要實用的模塊以及用戶程序用 來對模塊進行訪問的地址。實用參數(shù)也可對模塊的屬 性進行設(shè)置。 7）組態(tài)網(wǎng)絡(luò)和通信連接。通信的基礎(chǔ)是預先組態(tài) 的網(wǎng)絡(luò)。為此，需要創(chuàng)建自動化網(wǎng)路所需要的子網(wǎng)、 設(shè)置子網(wǎng)屬性、以及設(shè)置已聯(lián)網(wǎng)工作站的網(wǎng)絡(luò)連接屬 性和某些通信連接。 8）定義符號?？稍诜柋碇卸x局部符號或具有 更多描述性名稱的共享符號，以便代替用戶程序中的 絕對地址進行使用。 9）創(chuàng)建程序。使用一種可選編程語言創(chuàng)建一個與模塊 相連接或與模塊無關(guān)的程序，并將其存儲為塊、源文件 或圖表。 10）將程序下載給可編程控制器。在完成所有的組態(tài)、 參數(shù)分

12、配以及編程任務(wù)之后，可將整個用戶程序或其中 的單個塊下載給可編程控制器。 11）測試程序。為了進行測試，可顯示用戶程序或 CPU中的變量值，為變量分配數(shù)值，以及為想要顯示或修 改的變量創(chuàng)建一個變量表。 12）監(jiān)視操作、診斷硬件。通過顯示關(guān)于模塊的在線 信息，確定模塊故障的原因。 13）歸檔設(shè)備。在創(chuàng)建項目/設(shè)備之后，應為項目數(shù)據(jù) 制作清楚的文檔，從而使項目的編輯以及維修更容易。 11.2.3 設(shè)計程序結(jié)構(gòu)的基本原理設(shè)計程序結(jié)構(gòu)的基本原理 1.CPU中的程序 CPU原則上運行兩個不同的程序：操作系統(tǒng)和用戶程序。 每個CPU都帶有集成的操作系統(tǒng)，組織與特定控制任務(wù)無 關(guān)的所有CPU功能和順序。操作

13、系統(tǒng)任務(wù)包括以下各項： 1）處理重啟（熱啟動）和熱重啟。 2）更新輸入的過程映像表，并輸出過程映像表。 3）調(diào)用用戶程序。 4）采集中斷信息，調(diào)用中斷OB。 5）識別錯誤并進行錯誤處理。 6）管理存儲區(qū)域。 7）與編程設(shè)備和其它通信設(shè)備進行通信。 用戶程序由程序設(shè)計人員編寫，并將其下載到CPU 中，它包含處理特定自動化任務(wù)所要求的所有功能。用 戶程序任務(wù)包括： 1） 確定CPU的重啟（熱啟動）和熱重啟條件（例 如，用特定值初始化信號）。 2） 處理過程數(shù)據(jù)（例如，產(chǎn)生二進制信號的邏輯 鏈接，獲取并評估模擬信號，指定用于輸出的二進制信 號，輸出模擬值）。 3） 響應中斷。 4） 處理正常程序周期

14、中的干擾。 2. 用戶程序中的塊 STEP 7編程軟件允許用戶采用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計程 序，即將程序分解成若干單個或獨立的程序段，這使 得大程序更易于理解；可以標準化單個程序段；簡化 程序結(jié)構(gòu)；易于修改和測試單個程序段，因而簡化調(diào) 試，系統(tǒng)調(diào)試變得更簡單。 STEP 7用戶程序塊的類型 見表11-1（p264）。 3. 線性編程與結(jié)構(gòu)化編程 可以在OB1中寫入整個用戶程序（線性編 程）。只有在給S7-300CPU編寫簡單程序、并 要求極少存儲器時才可行。 將復雜自動化任務(wù)分割成反映過程技術(shù)功能 或可多次處理的小任務(wù)，可以更易于控制復雜 任務(wù)。這些任務(wù)以相應的程序段表示，稱為塊 （結(jié)構(gòu)化編程）。 1

15、1.2.4 建立和編輯項目建立和編輯項目 1. 創(chuàng)建項目 使用菜單命令“文件”“新項目”來打開向?qū)А?向?qū)崾驹趯υ捒蛑休斎胨蟮脑敿氋Y料，然后創(chuàng)建 項目。除了站、CPU、程序文件夾、源文件夾、塊文件 夾以及OB1之外，還可以選擇已存在的OB1，進行錯誤 和報警處理?？稍赟IMATIC管理器中使用菜單命令“文 件” “新建”來創(chuàng)建一個新項目。它已經(jīng)包含 “MPI子網(wǎng)”對象。 2. 插入站 在項目中，站代表了可編程控制器的硬件結(jié)構(gòu)，并包 含有用于組態(tài)和給各個模塊進行參數(shù)分配的數(shù)據(jù)。使用 “新建項目”向?qū)?chuàng)建的新項目已經(jīng)包含有一個站?；?者可以使用菜單命令“插入” “站”來創(chuàng)建新站?？蛇x 擇一個

16、下列站點： 1）SIMATIC 300站； 2）SIMATIC 400站； 3）SIMATIC H站； 4）SIMATIC PC站； 5）PC/可編程設(shè)備； 6）SIMATIC S5； 7）其他站，即非SIMATIC S7/M7和SIMATIC S5的站。 3. 組態(tài)硬件 雙擊站點，即可啟動硬件配置應用程序。對于在組態(tài) 中創(chuàng)建的每個可編程模塊，一旦保存完畢并退出硬件配 置，將自動創(chuàng)建一個S7或M7程序以及連接表（“連接” 對象）。使用“新建項目”向?qū)?chuàng)建的項目已經(jīng)包含有 這些對象。 創(chuàng)建連接表將為每個可編程模塊自動創(chuàng)建一個（空白） 連接表（“連接”對象）。連接表用于定義網(wǎng)絡(luò)中的可 編程模塊之間

17、的通信連接。打開時，將顯示一個包含有 表格的窗口，可在該表格中定義可編程模塊之間的連接。 4. 插入S7程序 用于可編程模塊的軟件存儲在對象文件夾中。對于 SIMATIC S7模塊，該對象文件夾被稱為“S7程序”，對 于SIMATIC M7，該對象文件夾被稱為“M7程序”。 每個可編程模塊都有一個自動創(chuàng)建的S7/M7程序，用作 軟件容器。下列對象已經(jīng)位于新創(chuàng)建的S7程序中： 1）符號表（“符號”對象）。 2）包含第一個塊的“塊”文件夾。 3）用于源文件的“源文件”文件夾。 當用戶希望創(chuàng)建語句表、梯形圖或功能塊圖程序時， 可選擇已存在的“塊”對象，然后選擇菜單命令插入S7 塊。 5. 創(chuàng)建符號表

18、 創(chuàng)建S7/M7程序時，會自動創(chuàng)建一個 （空）的符號表（“符號”對象）。打開 符號表時，“符號編輯器”窗口會打開， 顯示一個符號表，可在其中定義符號?？?在符號表中輸入多個共享符號。 6. 編輯項目 1）打開項目。若要打開現(xiàn)有項目，使用菜單命令 “文件”“打開”。然后在緊接著出現(xiàn)的對話框中選 擇一個項目。于是項目窗口打開。 2）復制項目?？墒褂貌藛蚊睢拔募薄傲泶?為”，通過用另一個名稱保存項目來復制項目。也可使 用菜單命令“編輯”“復制”來復制部分項目，如站、 程序、塊等。 3）刪除項目?？墒褂貌藛蚊睢拔募薄皠h除” 來刪除項目。也可使用菜單命令“編輯”“刪除”來 刪除部分項目，如站、程

19、序、塊等。 11.3 S7-200 PLC部分指令系統(tǒng)部分指令系統(tǒng) 11.3.1 S7-200系列部分CPU性能（p266-267） 11.3.2 基本邏輯指令（p267-270） 11.3.3 程序控制指令（p270-271） 11.3.4 定時器/計數(shù)器指令（p271-272） 11.3.5 算術(shù)運算指令（p273-275） 11.3.6 邏輯運算指令（p275-276） 11.3.7 數(shù)據(jù)傳輸指令（p277-278） 11.3.8 移位與循環(huán)移位指令（p279-280） 11.3.9 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換指令（p280-282） 11.3.10 S7-200 PLC指令應用實例 11.3.10 S7

20、-200 PLC指令應用實例指令應用實例 1. 混合液體裝置的控制 2. PLC在電動單梁起重機質(zhì)量檢測中的應用 （1）裝置結(jié)構(gòu)與工藝要求 圖11-1為兩種液體的混合裝置結(jié)構(gòu)圖。 （2）輸入/輸出地址分配 該裝置的控制采用的PLC為S7-200 CPU214，輸入/輸 出地址分配和PLC外部接線如圖11-2所示。 （3）梯形圖程序設(shè)計 根據(jù)控制要求編寫的梯形圖及指令表如圖11-3所示。 （4）工作過程分析 1.混合液體裝置的控制 圖11-1 液體混合裝置結(jié)構(gòu)圖 SL1、SL2、SL3為液 面?zhèn)鞲衅?，液面淹沒時接 通，兩種液體（液體A、 液體B）的流入和混合液 體流出分別由電磁閥YV1、 YV2

21、、YV3控制，M為攪 勻電動機，按照控制要求 進行控制 控制要求 1）初始狀態(tài)。當裝置投入運行時，液體A、B閥門關(guān) 閉，混合液體閥門打開20s，將容器放空后關(guān)閉。 2）啟動操作。按下啟動按鈕SB1，裝置就開始按下列 給定的規(guī)定動作工作。液體A閥門打開，液體A流入容器。 當液面到達SL2時，SL2接通，關(guān)閉液體A閥門，打開B閥 門。當液面到達SL1時，關(guān)閉液體B閥門，攪勻電動機開 始轉(zhuǎn)動。攪勻電動機工作1min后停止攪動，混合液體閥 門打開，開始放出混合液體。當液面下降到SL3時，SL3 由接通變?yōu)閿嚅_，再經(jīng)過20s后，容器放空，混合液閥門 關(guān)閉，開始下一周期操作。 3）停止操作。按下停止按鈕S

22、B2后，在當前的混合操 作處理完畢后，才停止操作，即停在初始狀態(tài)上。 圖11-2 PLC輸入/輸出地址分配與接線 圖11-3 混合液控制梯形圖及指令表 工作過程分析 1）啟動操作。按下啟動按鈕SB1，I0.0的常開接點閉合，M0.0 產(chǎn)生啟動脈沖，第10行的M0.0的常開接點閉合，使Q0.0保持接 通，液體A電磁閥YV1打開，液體A流入容器。 2）液面上升到SL2。當液面上升到SL3時，雖然I0.4常開接點 接通，但沒有引起輸出動作。當液面上升到SL2位置時，SL2接 通，I0.3的常開接點接通，M0.3產(chǎn)生脈沖，第11行M0.3的常開接 點接通一個掃描周期，復位指令（R Q0.0，1）使線圈

23、Q0.0斷開， YV1電磁閥關(guān)閉，液體A停止流入；與此同時，第12行M0.3的常 開接點接通一個掃描周期；置位指令（S Q0.1，1）使線圈Q0.1 接通，液體B電磁閥YV2打開，液體B流入。 3）液面上升到SL1。當液面上升到SL1時，SL1接通，M0.2產(chǎn) 生脈沖，第13行M0.2常開接點閉合，使線圈Q0.1線圈斷開， YV2關(guān)閉，液體B停止流入，第14行的M0.2常開接點閉合，Q0.2 線圈接通，攪勻電動機工作，快速攪勻。 4）攪勻后放混合液。攪勻電動機工作時，第16行的Q0.3常開接點 閉合，啟動定時器T33，過了60s，第15行的T33常開接點閉合，Q0.3 線圈斷開，電機停止攪動。

24、當攪勻電動機由接通變?yōu)閿嚅_時，第17、 18、19行的電路，使M1.0產(chǎn)生一個掃描周期的脈沖，第20行M1.0的 常開接點閉合，Q0.2線圈接通，混合液電磁閥YV3打開，開始放混 合液。 5）液面下降到SL3。當液面?zhèn)鞲衅鱏L3由接通變?yōu)閿嚅_，第6、7 行的電路使第22行的M0.4常開接點接通一個掃描周期，M1.2線圈接 通，第24行的T34開始工作，20s后，混合液放完，第21行的T34常開 接點閉合，Q0.2線圈斷開，電磁閥YV3關(guān)閉，同時第10行T34的常開 接點閉合，Q0.0線圈接通，YV1打開，液體A流入，開始進入下一循 環(huán)。 6）停止操作。按下停止按鈕SB2，I0.1的常開接點接通

25、，M0.1產(chǎn) 生停止脈沖，使M0.6線圈復位斷開，第10行的M0.6已閉合的常開接 點斷開，在當前的混合操作處理完畢后，使Q0.0不能再接通，即停 止操作。 2PLC在電動單梁起重機質(zhì)量檢測中的應用 （1）控制要求 電動單梁起重機有升降、進退、左右行三個動作機構(gòu)。該起重 機在工作時有上升、下降、左行、右行、前進、后退6個動作。 起重機的整機性能檢測一般要求是這樣的：當鉤上沒有負載時， 上升、下降、左行、右行、前進、后退6個動作運行，若無異常現(xiàn)象， 逐步加載至1.1倍額定負載再重復上述6個動作，按規(guī)定當加載到1.1 倍額定負載時，周期運行不少于1h。測試時的工作時間為：進退時， 前進30s，停4

26、5s，后退30s，停45s，每周期150s，反復運行。當進退 機構(gòu)一個周期結(jié)束1s后，進行左行右行檢測。左行14s，停23s，右行 14s，停23s，左行右行一個周期75s。即左、右行機構(gòu)每運行兩個循 環(huán)，進退機構(gòu)運行一個循環(huán)。升降機構(gòu)是在進退機構(gòu)啟動后15s啟動， 即在左、右行機構(gòu)工作14s停止時啟動，上升10s，停15s，下降10s， 停15s，一個周期50s。也就是說，升降機構(gòu)每運行3個循環(huán)相當于進 退機構(gòu)運行1個循環(huán)。電動單梁起重機任意兩個機構(gòu)不能同時啟動， 可同時運行，但3個機構(gòu)不能同時運行。 （2）可編程控制器控制系統(tǒng) 用可編程控制器作 起重機質(zhì)量檢測的控制 設(shè)備，體積小便于攜帶， 使用時與起重機接線簡 單，測試精確。采用 S7200 CPU214，圖11- 4所示為其輸入/輸出地 址分配和PLC外部接線。 圖11-4 PLC輸入/輸出地址分配與接線 （3）PLC程序設(shè)計及工作過程分析 進退機構(gòu)的梯形圖及