第7章-----S7-300-PLC和S7-400-PLC系統(tǒng)配置與編程-課件

1、第7章 S7-300 PLC和S7-400 PLC系統(tǒng)配置與編程 7.1 S7-300 PLC和S7-400 PLC的系統(tǒng)配置7.2 S7-300和S7-400的指令系統(tǒng)7.3 S7-300和S7-400應(yīng)用系統(tǒng)的編程小結(jié)7.1 S7-300 PLC和S7-400 PLC的系統(tǒng)配置7.1.1 S7-300 PLC的基本組成 S7-300 PLC是西門子公司于20世紀(jì)90年代中期推出的新一代可編程控制器， 它采用緊湊的、 無槽位限制的模塊結(jié)構(gòu)， 電源模塊(PS)、 CPU模塊、 信號(hào)模塊(SM)、 功能模塊(FM)、 接口模塊(IM)和通信處理器(CP)都安裝在導(dǎo)軌上。 導(dǎo)軌是一種專用的金屬機(jī)架

2、， 只需將模塊鉤在DIN標(biāo)準(zhǔn)的安裝導(dǎo)軌上， 然后用螺栓鎖緊就可以了。 有多種不同長度規(guī)格的導(dǎo)軌供用戶選擇。 電源模塊總是安裝在機(jī)架的最左邊， CPU模塊緊靠電源模塊。 如果有接口模塊， 它放在CPU模塊的右側(cè)。 S7-300用背板總線將除電源模塊之外的各個(gè)模塊連接起來。 S7-300PLC是模塊式的PLC， 它由以下幾部分組成。 1. 中央處理單元(CPU)S7-300系列PLC主要包括CPU312、 CPU312C、 CPU313C、 CPU313CPtP、 CPU314C2DP等型號(hào)的CPU， 每種中央處理單元(CPU)有不同的性能， 例如有的集成有數(shù)字量和模擬量I/O點(diǎn)， 而有的集成有P

3、ROFIBUS-DP等通信接口。 CPU面板上有狀態(tài)故障顯示燈、 模式開關(guān)、 24 V電源輸入端子、 電池盒與存儲(chǔ)器模塊盒(有的CPU沒有)。 2. 負(fù)載電源模塊(PS)負(fù)載電源模塊用于將AC120/230 V電源轉(zhuǎn)換為DC 24 V電源， 提供給CPU和I/O模塊使用。 額定輸出電流有2 A、 5 A和10 A三種， 可以根據(jù)負(fù)載的要求選定。 3. 信號(hào)模塊(SM)信號(hào)模塊是數(shù)字量輸入/輸出(I/O)模塊和模擬量輸入/輸出(I/O)模塊的總稱， 它們使不同的過程信號(hào)電平和PLC內(nèi)部電平相匹配。 信號(hào)模塊主要有數(shù)字量輸入模塊SM321和數(shù)字量輸出模塊SM322， 模擬量輸入模塊SM331和模擬

4、量輸出模塊SM332。 模擬量輸入模塊可以輸入熱電阻、 熱電偶、 DC(420) mA和DC(010) V等多種不同類型和不同量程的模擬信號(hào)。 每個(gè)模塊上有一個(gè)背板總線連接器， 現(xiàn)場的過程信號(hào)連接到前連接器的端子上。 4. 功能模塊(FM) 功能處理器主要用于對(duì)實(shí)時(shí)性和存儲(chǔ)容量要求高的控制任務(wù)， 例如計(jì)數(shù)器模塊、 快速慢速進(jìn)給驅(qū)動(dòng)位置控制模塊、 電子凸輪控制器模塊、 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)定位模塊、 伺服電動(dòng)機(jī)定位模塊、 定位和連續(xù)路徑控制模塊、 閉環(huán)控制模塊、 工業(yè)標(biāo)識(shí)系統(tǒng)的接口模塊、 稱重模塊、 位置輸入模塊、 超聲波位置解碼器等。 5. 通信模塊(CP) 通信模塊用于PLC之間、 PLC與計(jì)算機(jī)和其

5、他智能設(shè)備之間的通信， 可以將PLC接入PROFIBUS-DP、 AS-I和工業(yè)以太網(wǎng)， 或用于實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信等。 6. 接口模塊(IM) 接口模塊用于多機(jī)架配置時(shí)連接主機(jī)架(CR)和擴(kuò)展機(jī)架(ER)。 S7-300通過分布式的主機(jī)架和連接的擴(kuò)展機(jī)架(最多可連三個(gè)擴(kuò)展機(jī)架)， 最多可以配置32個(gè)信號(hào)模塊、 功能模塊和通信處理器。 7. 導(dǎo)軌(RACK) 導(dǎo)軌是用來固定和安裝S7-300的上述各種模塊。 7.1.2 S7-300 PLC的結(jié)構(gòu)及功能特點(diǎn) S7-300的所有模塊均安裝在標(biāo)準(zhǔn)異型導(dǎo)軌(DIN)上。 S7-300采用背板總線的方式將各模塊從物理上和電氣上連接起來。 S7-300的背板總

6、線集成在每一個(gè)模塊中， 如圖7-1所示。 安裝時(shí)用總線接頭將所有的模塊互連起來。 圖7-1 S7-300可編程控制器 S7-300 PLC具有以下特點(diǎn)： (1) 高速的指令處理。 指令的處理時(shí)間可以達(dá)到(0.10.6) ms。 在中等到較低的控制性能要求的范圍內(nèi)開辟了全新的應(yīng)用領(lǐng)域。 (2) 浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算。 可有效實(shí)現(xiàn)更為復(fù)雜的算術(shù)運(yùn)算。 (3) 人機(jī)界面(HMI)。 方便的人機(jī)界面被集成在S7-300操作系統(tǒng)內(nèi)， 因此人機(jī)對(duì)話的定的刷新速度傳遞這些數(shù)據(jù)， S7-300操作系統(tǒng)自動(dòng)處理數(shù)據(jù)的傳送。 編程要求大大減少。 SIMATIC人機(jī)界面(HMI)從S7-300中取得數(shù)據(jù)， S7-300按照用

7、戶指 (4) 診斷功能。 CPU的智能化診斷系統(tǒng)連續(xù)監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)行是否正常， 對(duì)不正常狀態(tài)、 錯(cuò)誤和特殊系統(tǒng)事件(例如超時(shí)、 模塊更換等)進(jìn)行記錄或者報(bào)警。 (5) 口令保護(hù)。 系統(tǒng)允許設(shè)置口令保護(hù)， 可有效地保護(hù)其技術(shù)機(jī)密， 防止未經(jīng)允許的復(fù)制和修改。 7.1.3 S7-300 PLC的系統(tǒng)配置 S7-300 PLC是模塊化的組合結(jié)構(gòu)，用戶按照實(shí)際需求選取的各種模塊可直接安裝在導(dǎo)軌上，通過背板總線把這些模塊連接起來。在機(jī)架上安裝模塊的順序是： 在1號(hào)槽安裝電源模塊，2號(hào)槽安裝CPU，然后安裝I/O接口模塊、 功能模塊/通信處理器或I/O信號(hào)模塊。S7-300 PLC系統(tǒng)配置分兩種情況。包含了

8、CPU模塊的機(jī)架稱為主機(jī)架(CR)。每個(gè)機(jī)架最多可安裝8個(gè)信號(hào)(SM)模塊(或者其他功能模塊)，當(dāng)主機(jī)架所包含的I/O點(diǎn)數(shù)不夠，或者需要分布式的I/O配置時(shí)，就需要考慮擴(kuò)展機(jī)架(ER)的設(shè)置。 下面分別介紹這兩種機(jī)架的配置方式。 1. 一個(gè)機(jī)架上的S7-300 結(jié)構(gòu) 裝在一個(gè)機(jī)架上的S7-300如圖7-2所示， 必須滿足以下規(guī)定： (1) 在CPU模塊右邊安裝的信號(hào)模塊不超過8個(gè)。 (2) 裝在一個(gè)機(jī)架上的全部模塊要受到S7-300背板總線提供的總電流值的限制。 圖7-2 中央機(jī)架配置示意圖 2. 多個(gè)機(jī)架上的S7-300 結(jié)構(gòu) 安裝有CPU模塊的機(jī)架成為主機(jī)架， 如果一個(gè)機(jī)架不夠用， 那么最

9、多可擴(kuò)展4個(gè)機(jī)架。 主機(jī)架與擴(kuò)展機(jī)架之間的連接， 需要接口模塊的參與。 接口模塊總是成對(duì)使用的， 在主機(jī)架和擴(kuò)展機(jī)架上各需安裝一塊接口模塊。 位于主機(jī)架上的接口模塊應(yīng)安裝在CPU模塊之后， 而擴(kuò)展機(jī)架上的接口模塊則安裝在機(jī)架的最左端或者電源模塊之后。 如果系統(tǒng)只需要一個(gè)擴(kuò)展機(jī)架， 可以選用IM365型接口模塊， 這是一種經(jīng)濟(jì)型的配置方案。 擴(kuò)展機(jī)架所需電源由主機(jī)架上的CPU模塊產(chǎn)生， 經(jīng)IM365接口模塊的連接電纜傳輸?shù)綌U(kuò)展機(jī)架， 如圖7-3所示。 圖7-3 采用IM365的擴(kuò)展配置示意圖 若采用IM360/IM361型接口模塊，則擴(kuò)展機(jī)架需要單獨(dú)的DC 24 V電源，此時(shí)最多可擴(kuò)展3個(gè)ER，

10、機(jī)架間的距離在4 cm10 m之間，其配置示意圖如圖7-4所示。主機(jī)架和各個(gè)擴(kuò)展機(jī)架均配有電源模塊，主機(jī)架上安裝接口模塊IM360， 機(jī)架號(hào)為0號(hào)。 三個(gè)擴(kuò)展機(jī)架安裝接口模塊IM361， 機(jī)架號(hào)依次為1號(hào)、 2號(hào)、 3號(hào)。 圖7-4 采用IM360/IM361的擴(kuò)展配置示意圖 7.1.4 S7-300的CPU模塊 S7-300有20多種不同型號(hào)的CPU， 分別適用于不同等級(jí)的控制要求。 有的CPU模塊集成了數(shù)字量IO， 有的同時(shí)集成了數(shù)字量IO和模擬量IO。 S7-300的CPU模塊大致可以分為以下幾類： (1) 6種緊湊型CPU， 帶有集成的功能和I/O： CPU 312C， CPU 313

11、C， CPU 313C-PtP， CPU 313C-2DP， CPU 314C-PtP和CPU 314C-2DP。 (2) 3種重新定義的CPU： CPU 312， CPU 314和CPU 315-2DP。 (3) 5種標(biāo)準(zhǔn)的CPU： CPU 313， CPU 314， CPU 315， CPU 315-2DP和CPU 316-2DP。(4) 4種戶外型CPU： CPU 312 IFM， CPU 314 IFM， CPU 314戶外型和CPU 315-2DP。(5) 高端CPU： 317-2DP和CPU 318-2DP。 (6) 故障安全型CPU： CPU 315F。 幾種CPU模塊的技術(shù)參數(shù)

12、見表7-1。 表7-1 幾種CPU的基本特性 7.1.5 S7-300的數(shù)字量模塊 S7-300的數(shù)字量模塊基本為三大類： SM321數(shù)字量輸入模塊、 SM322數(shù)字量輸出模塊和SM323數(shù)字量輸入/輸出模塊， 其輸入/輸出電纜最大長度為1000 m(屏蔽電纜)或600 m(非屏蔽電纜)。 1. SM321數(shù)字量輸入模塊 SM321數(shù)字量輸入模塊根據(jù)輸入點(diǎn)數(shù)的多少， 可分為8點(diǎn)、6點(diǎn)、32點(diǎn)三類。輸入電路中一般設(shè)有RC濾波電路，以防止由于輸入觸點(diǎn)抖動(dòng)或外部干擾脈沖引起的錯(cuò)誤輸入信號(hào)。輸入電路的結(jié)構(gòu)有交流輸入方式和直流輸入方式。交流輸入模塊的額定輸入電壓為AC120 V或230 V。直流輸入模塊

13、的額定輸入電壓為DC24 V、 DC2448 V或DC48125 V。直流輸入電路的延遲時(shí)間較短，可以直接與接近開關(guān)、光電開關(guān)等電子輸入裝置連接，DC24 V是一種安全電壓。如果信號(hào)線不是很長， PLC所處的物理環(huán)境較好， 電磁干擾較輕， 應(yīng)優(yōu)先考慮選用DC24V的輸入模塊。 交流輸入方式適合于在有油霧、 粉塵的惡劣環(huán)境下使用。 2. SM322數(shù)字量輸出模塊 SM322數(shù)字量輸出模塊用于驅(qū)動(dòng)電磁閥、 接觸器、 小功率電動(dòng)機(jī)、 燈和電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)器等負(fù)載。 數(shù)字量輸出模塊將S7-300的內(nèi)部信號(hào)電平轉(zhuǎn)化為控制過程所需的外部信號(hào)電平， 同時(shí)有隔離和功率放大的作用。 數(shù)字量輸出模塊的型號(hào)為SM322。

14、 輸出模塊的功率放大元件有驅(qū)動(dòng)直流負(fù)載的大功率晶體管和場效應(yīng)晶體管、 驅(qū)動(dòng)交流負(fù)載的雙向晶閘管或固態(tài)繼電器， 以及既可以驅(qū)動(dòng)交流負(fù)載又可以驅(qū)動(dòng)直流負(fù)載的小型繼電器。 輸出電流的典型值為(0.52) A， 負(fù)載電源由外部現(xiàn)場提供。 3. SM323數(shù)字量輸入/輸出模塊 SM323數(shù)字量輸入/輸出模塊目前有兩種： DI 16/DO 1624 VDC/0.5A 以及DI 8/DO 824 VDC/0.5A。 前者有16個(gè)數(shù)字輸入點(diǎn)和16個(gè)數(shù)字輸出點(diǎn)， 16個(gè)輸入點(diǎn)為1組， 內(nèi)部共地； 16個(gè)輸出點(diǎn)分成兩組， 兩組的內(nèi)部結(jié)構(gòu)相同， 均為晶體管輸出， 每8個(gè)輸出點(diǎn)共用一對(duì)負(fù)載電源端子。 后者為8輸入/8

15、輸出模塊， 輸入/輸出均為1組， 內(nèi)部結(jié)構(gòu)與前者相同。7.1.6 S7-300的模擬量模塊 S7-300的模擬量輸入/輸出模塊包括模擬量輸入模塊SM 331、 模擬量輸出模塊SM 332和模擬量輸入/輸出模塊SM 334和SM 335。 1. 模擬量輸入模塊SM 331 SM 331模塊主要由A/D轉(zhuǎn)換器、 切換開關(guān)、 恒流源、 補(bǔ)償電路、 光隔離器及邏輯電路組成， 它將控制過程的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為PLC內(nèi)部處理用的數(shù)字信號(hào)。 由于若干通道合用一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器， 所以在模擬量進(jìn)入A/D轉(zhuǎn)換器之前， 需要有多路模擬轉(zhuǎn)換開關(guān)來選擇通道， 各通道是循環(huán)掃描的， 因此每一個(gè)通道的采樣周期不僅取決于各通道的

16、A/D轉(zhuǎn)換時(shí)間， 還取決于所有被激活的通道數(shù)量， 為了盡量縮短掃描周期， 加快采樣頻率， 有必要利用STEP 7編程軟件屏蔽掉那些不用的通道。 常用的SM 331模塊有5種， 表7-2給出了這5種模塊的主要技術(shù)指標(biāo)。 表7-2 常用模擬量輸入模塊的主要技術(shù)指標(biāo) 2. 模擬量輸出模塊SM 332SM 332模塊用于將S7-300的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為負(fù)載所需要的模擬量信號(hào)， 控制模擬量調(diào)節(jié)器、 執(zhí)行機(jī)構(gòu)或者作為其他設(shè)備的模擬量給定信號(hào)， 其核心部件為D/A轉(zhuǎn)換器。 SM 332模塊的輸出精度主要有12位和16位兩種； 輸出通道主要有2通道和4通道兩種形式； 輸出信號(hào)可為電壓或電流。 電壓的輸出范圍可調(diào)

17、為： (15) V、 (010) V、 10 V。 電流的輸出范圍可調(diào)為： (020) mA、 (420) mA、 20 mA。 例如模塊SM 332、 AO 412 bit， 共有4個(gè)通道， 每個(gè)通道的分辨率均為12位， 可分別單獨(dú)設(shè)置為電流輸出或電壓輸出。 電流輸出為兩線式， 電壓輸出可為兩線回路或四線回路與負(fù)載相連， 采用四線時(shí)， 其中兩個(gè)端子的引出線用于測量負(fù)載兩端的電壓， 這樣可以提高電壓的輸出精度。 其技術(shù)參數(shù)見表7-3。表7-3 SM332模擬量輸出模塊技術(shù)參數(shù) 3. 模擬量輸入/輸出模塊SM 334和SM 335SM 334和SM 335同時(shí)具有模擬量輸入/輸出功能， SM 3

18、34和SM 335的技術(shù)規(guī)范如表7-4所示。 表7-4 SM334、 SM335模擬量輸入/輸出模塊的技術(shù)參 SM 334模擬量I/O模塊主要有4AI /2AO8/8 bit和4AI /2AO12 bit兩種規(guī)格。 前者的輸入/輸出精度為8位， 后者的輸入/輸出精度為12位。 輸入測量范圍為(010) V或(020) mA， 輸出范圍為(010)V或(020)mA。 SM 335的主要功能有： (1) 4個(gè)快速模擬量輸入通道， 基本轉(zhuǎn)換時(shí)間最大為1 ms； (2) 4個(gè)快速模擬量輸出通道， 每個(gè)通道最大轉(zhuǎn)換時(shí)間為0.8 ms； (3) 10 V/25 mA的編碼器電源； (4) 1個(gè)計(jì)數(shù)器輸入

19、(25 V/500 Hz)。 7.1.7 S7-300的電源模塊(PS) PS 307是西門子公司為S7-300專配的24VDC電源。 PS 307系列模塊除輸出額定電流(有2A、 5A、 10A三種)不同外， 其工作原理和參數(shù)都一樣。 PS 307電源模塊將輸入的120/230V單相交流電壓轉(zhuǎn)變?yōu)?4V直流電壓提供給S7-300 使用， 同時(shí)也可作為負(fù)載電源， 通過I/O模塊向使用24 V DC的負(fù)載(如傳感器、 執(zhí)行機(jī)構(gòu)等)供電。 PS 307電源模塊的輸入與輸出之間有可靠的隔離。如果正常輸出額定電壓24 V， 面板上的綠色LED燈點(diǎn)亮； 如果輸出電路過載， LED燈閃爍， 輸出電壓下降；

20、 如果輸出短路， 則輸出電壓為零， LED燈滅， 短路故障解除后自動(dòng)恢復(fù)。 另外， LED燈滅的狀態(tài)下， 也有可能是輸入交流電源電壓低所至， 此時(shí)模塊自動(dòng)切斷輸出， 故障解除后自動(dòng)恢復(fù)。 圖7-5是PS 307電源模塊的基本原理圖。 圖中L+和M端子為24 V DC的正、 負(fù)輸出， 各提供兩個(gè)接線端子以利于分別向CPU模塊和I/O模塊接線。L1和N為交流電源輸入端子。 圖7-5 PS 307電源模塊原理圖 7.1.8 S7-300的I/O編址S7-300PLC的信號(hào)模塊插在每個(gè)機(jī)架的第411槽里， 這樣就給每塊信號(hào)模塊確定了一個(gè)具體的模塊起始地址， 該地址取決于它所在的槽和機(jī)架。 1 數(shù)字量I

21、/O編址S7-300的數(shù)字量地址由地址標(biāo)識(shí)符、 地址的字節(jié)部分和位部分組成， 地址標(biāo)識(shí)符I表示輸入， Q表示輸出， M表示存儲(chǔ)器位。 例如I3.2是一個(gè)數(shù)字量輸入的地址， 表示3號(hào)字節(jié)的第2位。 CPU從4號(hào)槽位開始為I/O模塊分配地址， 每個(gè)槽位所占用的I/O地址是系統(tǒng)默認(rèn)的， 以字節(jié)為單位。 圖7-6給出了各個(gè)機(jī)架和槽位的數(shù)字量I/O編址。 圖中， 每個(gè)槽位最多32個(gè)點(diǎn)， 占4個(gè)字節(jié)。 舉例來說， 若主機(jī)架(機(jī)架0)的4號(hào)槽位上安裝了SM 321、 DI 3224VDC模塊， 則該模塊上的32個(gè)數(shù)字輸入點(diǎn)地址依次為： I0.0I0.7、 I1.0I1.7、 I2.0I2.7、 I3.0I3

22、.7； 若安裝了數(shù)字輸出模塊， 例如SM 322； DO 3224VDC/0.5A， 則32個(gè)輸出點(diǎn)地址依次為： Q0.0Q0.7、 Q1.0Q1.7、 Q2.0Q2.7、 Q3.0Q3.7。 如果不是32點(diǎn)的模塊， 例如SM 321、 DI 1624VDC， 則各點(diǎn)地址依次為： I0.0I0.7、 I1.0I1.7， 后面的I2.0I3.7不能用。 圖7-6 S7-300數(shù)字量I/O模塊的默認(rèn)地址 2. 模擬量I/O編址 模擬量輸入/輸出通道的地址是一個(gè)字地址， 通道地址取決于模板的起始地址， 圖7-7是S7-300對(duì)各個(gè)機(jī)架上槽位的模擬I/O默認(rèn)地址。 圖7-7 S7-300模擬量I/O模

23、塊的默認(rèn)地址 在SM區(qū)(411號(hào)槽位)的每個(gè)槽位上， CPU為每個(gè)模擬量模塊分配了16個(gè)字節(jié)的地址， 允許最多8路模擬I/O， 每個(gè)模擬量I/O的地址都是用1個(gè)字節(jié)來表示的， 例如QW256是一個(gè)模擬量輸出通道的地址， 由QB256和QB257兩個(gè)字節(jié)組成， 而輸入地址IW640則是由IB640和IB641兩個(gè)字節(jié)組成的。 實(shí)際使用時(shí)是根據(jù)具體的模塊來確定實(shí)際的地址范圍的， 例如0號(hào)機(jī)架的4號(hào)槽位， 如果安裝的是兩通道模擬輸入I/O， 則實(shí)際用到的地址是IW256、 IW258。 7.1.9 S7-400系統(tǒng)簡介 S7-400是功能強(qiáng)大的PLC， 它具有功能分級(jí)的CPU以及種類齊全、 綜合性能

24、強(qiáng)的模塊， 具有強(qiáng)大的擴(kuò)展通信能力， 可實(shí)現(xiàn)分布式系統(tǒng)， 因此廣泛應(yīng)用于中、 高性能的控制領(lǐng)域。 S7-400同樣采用模塊化設(shè)計(jì)。 S7-400系統(tǒng)由以下組件組成： 電源模塊(PS)、 中央處理單元(CPU)、 信號(hào)模塊(SM)、 通信處理器(CP)、 功能模塊(FM)等。 S7-400對(duì)模塊數(shù)量限制的上限遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于S7-300， 因而有極強(qiáng)的擴(kuò)展能力。 信號(hào)模塊的更換可以熱插拔， 而不必暫停生產(chǎn)。 1. S7-400PLC的基本結(jié)構(gòu) S7-400是具有中高檔性能的PLC， 采用模塊化無風(fēng)扇設(shè)計(jì)， 適用于對(duì)可靠性要求極高的大型復(fù)雜的控制系統(tǒng)。 S7-400 PLC分為標(biāo)準(zhǔn)型和容錯(cuò)型(可配置成故障

25、安全型)兩種。 S7-400采用大模塊結(jié)構(gòu)， 大多數(shù)模塊的尺寸為25 mm(寬)290 mm(高)210 mm(深)。 如圖7-8所示， S7-400由機(jī)架、 電源模塊(PS)、 中央處理單元(CPU)、 數(shù)字量輸入/輸出(DI/DO)模塊、 模擬量輸入/輸出(AI/AO)模塊、 通信處理器(CP)、 功能模塊(FM)和接口模塊(IM)組成。 DI/DO模塊和AI/AO模塊統(tǒng)稱為信號(hào)模塊(SM)。 圖7-8 S7-400模塊式PLC 機(jī)架用來固定模塊、 提供模塊工作電壓和實(shí)現(xiàn)局部接地， 并通過信號(hào)總線將不同的模塊連接在一起。 S7-400的模塊插座焊在機(jī)架中的總線連接板上， 模塊插在模塊插座上

26、， 有不同槽數(shù)的機(jī)架供用戶選用， 如果一個(gè)機(jī)架容納不下所有的模塊， 可以增設(shè)一個(gè)或數(shù)個(gè)擴(kuò)展機(jī)架， 各機(jī)架之間用接口模塊和通信電纜交換信息， 如圖7-9所示。 圖7-9 S7-400 PLC的多機(jī)架連接 S7-400提供了多種級(jí)別的CPU模塊和種類齊全的通用功能的模塊， 使用戶能根據(jù)需要組合成不同的專用系統(tǒng)。 S7-400采用模塊化設(shè)計(jì)， 性能范圍寬廣的不同模塊可以靈活組合， 擴(kuò)展十分方便。 中央機(jī)架(或稱中央控制器， CC)必須配置CPU模塊和一個(gè)電源模塊， 可以安裝除用于接收的IM(接口模塊)外的所有S7-400模塊。 如果有擴(kuò)展機(jī)架， 中央機(jī)架和擴(kuò)展機(jī)架都需要安裝接口模塊。 擴(kuò)展機(jī)架(或稱

27、擴(kuò)展單元， EU)可以安裝除CPU、 發(fā)送IM、 IM463-2適配器外的所有S7-400模集中式擴(kuò)展方式適用于小型配置或一個(gè)控制柜中的系統(tǒng)。 CC和EU的最大距離為1.5 m(帶5 V塊。 但是電源模塊不能與IM461-1(接收IM)一起使用。 電源)或3 m(不帶5 V電源)。 分布式擴(kuò)展適用于分布范圍廣的場合， CC與最后一個(gè)EU的最大距離為100 m(S7 EU)或600 m(S5EU)。 CC最多插6塊發(fā)送IM， 最多只有2個(gè)IM可以提供5 V電源。 通過C總線(通信總線)的數(shù)據(jù)交換僅限于CC和6個(gè)EU之間。 2. S7-400的特點(diǎn) (1) 運(yùn)行速度高， CPU417-4執(zhí)行一條二

28、進(jìn)制指令只要0.03 s。 (2) 存儲(chǔ)器容量大， 例如CPU 417-4的工作內(nèi)存可達(dá)20 MB， 裝載存儲(chǔ)器(EEPROM或RAM)可以擴(kuò)展到64 MB。 (3) 可多CPU并行計(jì)算(最多4個(gè)CPU并行處理復(fù)雜任務(wù))。 (4) 支持集中式和分布式信號(hào)模板的熱插拔。 (5) I/O擴(kuò)展功能強(qiáng)， 可以擴(kuò)展21個(gè)機(jī)架， CPU417-4最多可以擴(kuò)展262 144個(gè)數(shù)字量I/O點(diǎn)和16 384個(gè)模擬量I/O。 (6) 有極強(qiáng)的通信能力， 容易實(shí)現(xiàn)分布式結(jié)構(gòu)和冗余控制系統(tǒng)， 集成的MPI(多點(diǎn)接口)能建立最多32個(gè)站的簡單網(wǎng)絡(luò)。 大多數(shù)CPU集成有PROFIBUS-DP主站接口， 可以用來建立高速的

29、分布式系統(tǒng)， 使操作大大簡化。 從用戶的角度看， 分布式IO的處理與集中式IO沒有什么區(qū)別， 具有相同的配置、 尋址和編程方法。 CPU能與在通信總線和MPI上的站點(diǎn)建立聯(lián)系， 最多1644個(gè)站點(diǎn)， 通信速率最高12 Mbs。 (7) 通過鑰匙開關(guān)和口令實(shí)現(xiàn)安全保護(hù)。 (8) 診斷功能強(qiáng)， 最新的故障和中斷時(shí)間保存在FIFO(先入先出)緩沖區(qū)中。 (9) 集成的HMI(人機(jī)接口)服務(wù)， 用戶只需要為HMI服務(wù)定義源和目的地址傳送信息。 (10) 無風(fēng)扇運(yùn)行。 3 S7-400的通信功能 S7-400有很強(qiáng)的通信功能， CPU集成有MPI和DP通信接口， 有PROFIBUS-DP和工業(yè)以太網(wǎng)通信

30、模塊， 以及點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信模塊。 通過PROFIBUS-DP或AS-I現(xiàn)場總線， 可以周期性地自動(dòng)交換I/O模塊的數(shù)據(jù)。 在自動(dòng)化系統(tǒng)之間， PLC與計(jì)算機(jī)和人機(jī)界面之間， 均可以交換數(shù)據(jù)。 數(shù)據(jù)通信可以周期性地自動(dòng)進(jìn)行或基于事件驅(qū)動(dòng)， 由用戶程序塊調(diào)用。 S7/C7通信對(duì)象的通信服務(wù)通過集成在系統(tǒng)中的功能塊來進(jìn)行。 可提供的通信服務(wù)有： 使用MPI的標(biāo)準(zhǔn)S7通信； 使用MPI、 C總線(通信總線， Communication bus)、 PROFIBUS-DP和工業(yè)以太網(wǎng)的S7通信； 與S5通信對(duì)象和第三方設(shè)備的通信。 這些服務(wù)包括通過PROFIBUS-DP和工業(yè)以太網(wǎng)的S5兼容通信和標(biāo)準(zhǔn)通信。

31、 4 S7-400H容錯(cuò)自動(dòng)化系統(tǒng)概述 S7-400H特別適合于下列場合： (1)停機(jī)將造成重大的經(jīng)濟(jì)損失。 (2)過程控制系統(tǒng)發(fā)生故障停機(jī)后再啟動(dòng)的費(fèi)用非常昂貴。 (3)某些使用貴重原材料的生產(chǎn)過程會(huì)因突發(fā)的停機(jī)事件產(chǎn)生廢品。 (4)無人管理的場合或需要減少維修人員的場合。 S7-400H是按冗余方式設(shè)計(jì)的， 主要器件都是雙重的， 可以在故障發(fā)生后繼續(xù)使用備用的部件。 設(shè)計(jì)成雙重器件的有中央處理器、 電源模塊以及連接兩個(gè)處理器的硬件。 用戶也可以自行決定設(shè)置其他需要的雙重部件， 以增強(qiáng)設(shè)備的冗余性。 S7-400H是“熱備”模式， 無故障時(shí)兩個(gè)子單元都處于運(yùn)行狀態(tài)， 采用“事件驅(qū)動(dòng)同步”，

32、當(dāng)故障發(fā)生時(shí)， 保證在雙重部件之間無擾動(dòng)切換。 5. 多CPU處理 S7-400系列擁有可多CPU處理的能力， 1個(gè)機(jī)架上最多可安裝4個(gè)這樣的CPU模塊， 并同時(shí)運(yùn)行。 這些CPU同時(shí)啟動(dòng)， 同時(shí)進(jìn)入STOP模式。 多CPU處理適用的情況是， 當(dāng)用戶程序過長， 或者存儲(chǔ)空間不夠時(shí)， 需要分配給多個(gè)CPU來執(zhí)行。 可將系統(tǒng)分成不同的、 相對(duì)獨(dú)立的功能塊， 以利于彼此分開， 單獨(dú)控制， 各CPU分別處理不同的部分， 各自訪問分配給自己的模塊， 給每個(gè)CPU分配模塊的工作在STEP 7組態(tài)中進(jìn)行。 通過通信總線(C總線)， CPU彼此互聯(lián)， 啟動(dòng)時(shí)， CPU將自動(dòng)檢查彼此是否同步。 7.2S7-30

33、0和S7-400的指令系統(tǒng) S7-300和S7-400 PLC具有350多條指令， 其中包括STEP 5指令和集成在S7 CPU中的系統(tǒng)功能和功能塊， 這些系統(tǒng)中集成的標(biāo)準(zhǔn)塊可以在STEP 7編程軟件中被用戶程序調(diào)用。 以下主要介紹S7-300和S7-400指令系統(tǒng)的一些基本概念和STEP 7的基本指令。 7.2.1 基本概念 1. 編程語言 STEP 7是S7-300/400 系列PLC的編程軟件。 梯形圖(LAD)、 語句表(STL)、 功能塊圖(FBD)是標(biāo)準(zhǔn)的STEP 7軟件包中配備的三種基本編程語言， 這3種語言可以在STEP 7中相互轉(zhuǎn)換。 2. 數(shù)據(jù)類型 STEP 7有以下3種數(shù)

34、據(jù)類型。 (1) 基本數(shù)據(jù)類型： 用于定義不超過32位的數(shù)據(jù)。 包括了在S7-200 PLC指令系統(tǒng)中所用的基本數(shù)據(jù)類型： 1位布爾型(BOOL)、 8位字節(jié)型(BYTE)、 16位無符號(hào)整數(shù)(WORD)、 16位有符號(hào)整數(shù)(INT)、 32位無符號(hào)雙字整數(shù)(DWORD)、 32位有符號(hào)雙字整數(shù)(DINT)。 此外還有： 浮點(diǎn)數(shù)(REAL)、 字符(CHAR)、 時(shí)間(TIME)、 日期(DATE)、 日計(jì)時(shí)(TOD， TIME-OF-DAY)、 系統(tǒng)時(shí)間(S5TIME)等。 (2) 復(fù)合數(shù)據(jù)類型： 通過組合基本數(shù)據(jù)類型， 可以定義超過32位的數(shù)據(jù)類型。 例如數(shù)組(ARRAY)、 結(jié)構(gòu)(STR

35、UCT)、 字符串(STRING)、 日期和時(shí)間(DATE_AND_TIME)， 用戶還可以將基本數(shù)據(jù)類型和復(fù)合數(shù)據(jù)類型組合在一起， 定義成新的數(shù)據(jù)類型， 成為用戶定義的數(shù)據(jù)類型UDT(Userdefined Data Types)。 (3) 參數(shù)類型： 為在邏輯塊(FB、 FC)之間傳遞參數(shù)的形參(形式參數(shù)， Formal Parameter)定義的數(shù)據(jù)類型， 用于向功能塊(FB)、 功能(FC)傳遞實(shí)際參數(shù)(實(shí)參， Actual Parameter)。 例如當(dāng)程序調(diào)用一個(gè)通用功能塊(FB)時(shí)， 指定FB中所使用的定時(shí)器或計(jì)數(shù)器的具體編號(hào)(T4、 C3等)。 3. 存儲(chǔ)器區(qū)域及功能 (1)

36、輸入映像寄存器區(qū)： 在掃描循環(huán)的開始階段， 讀操作系統(tǒng)從過程中讀取輸入信號(hào)并在這些區(qū)域中記錄這些輸入值， 以便執(zhí)行用戶程序時(shí)使用它們。 地址前加符號(hào)“I”表示為該區(qū)域的存儲(chǔ)單元， 例如I3.0(位)、 IB3(字節(jié))、 IW256(字)、 ID256(雙字)。 (2) 輸出映像寄存器區(qū)： 系統(tǒng)執(zhí)行用戶程序時(shí)將有關(guān)輸出的值保存在這個(gè)區(qū)域， 掃描循環(huán)的末尾， 操作系統(tǒng)從這個(gè)區(qū)域讀取計(jì)算的輸出值并送給輸出模塊， 由輸出模塊輸出控制外部設(shè)備。 地址前加“Q”說明為該區(qū)域單元。 (3) 位存儲(chǔ)器： 用于存儲(chǔ)程序中計(jì)算的臨時(shí)結(jié)果的存儲(chǔ)器。 與輸入/輸出映像寄存器相同， 可按位(M)、 字節(jié)(MB)、 字(

37、MW)、 雙字(MD)存取。 (4) 外設(shè)I/O區(qū)： 這一區(qū)域使程序能夠直接訪問I/O模塊。 可以按字節(jié)(PIB或PQB)、 字(PIW或PQW)、 雙字(PID或PQD)存取， 不能以位為單位存取。 (5) 定時(shí)器存儲(chǔ)區(qū)： 用于存儲(chǔ)定時(shí)器的時(shí)間初值和當(dāng)前值。 (6) 計(jì)數(shù)器存儲(chǔ)區(qū)： 用于計(jì)數(shù)器的存儲(chǔ)器， 計(jì)數(shù)器指令在此訪問它們。 (7) 數(shù)據(jù)塊(DB)： 由用戶通過STEP 7編程軟件在CPU的存儲(chǔ)區(qū)中建立， 用于存放用戶程序運(yùn)行所需的各種數(shù)據(jù)， 可被所有的邏輯塊打開實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。 (8) 背景數(shù)據(jù)塊(DI)： 調(diào)用功能塊(FB、 SFB)時(shí)， 自動(dòng)打開一個(gè)背景數(shù)據(jù)塊， 這個(gè)數(shù)據(jù)塊的數(shù)據(jù)格式

38、與被打開的FB(或SFB)所要求的格式一致。 利用DI， FB中運(yùn)行的變量獲得實(shí)際參數(shù)(實(shí)參)。 原則上任何數(shù)據(jù)塊(DB或DI)都可以被當(dāng)作共享數(shù)據(jù)塊來使用， 最多可以同時(shí)打開兩個(gè)數(shù)據(jù)塊。 (9) 本地?cái)?shù)據(jù)(L)： 在處理組織塊(OB)、 功能(FC)、 系統(tǒng)功能(SFC)時(shí)， 需要暫時(shí)存放的臨時(shí)數(shù)據(jù)， 系統(tǒng)以堆棧的形式為其開辟一部分存儲(chǔ)區(qū)(L堆棧)， 功能執(zhí)行結(jié)束后這些數(shù)據(jù)即會(huì)丟失， 所以也稱它們?yōu)閯?dòng)態(tài)數(shù)據(jù)。 4. 尋址方式 所謂尋址方式, 是指令得到操作數(shù)的方式， 可以直接或間接給出操作數(shù)的地址。 STEP7有4種尋址方式： 立即尋址、 存儲(chǔ)器直接尋址、 存儲(chǔ)器間接尋址、 寄存器間接尋址。

39、 在立即尋址中， 常數(shù)的表示方法是， 首先說明類型和進(jìn)制， 中間用#號(hào)分隔， 例如2#0011_1101， 為二進(jìn)制常數(shù)形式， 同樣的數(shù)據(jù)用十六進(jìn)制字節(jié)常數(shù)表示為B#16#3D， 若用雙整型常數(shù)表示為L#+61。 5. 狀態(tài)字寄存器 狀態(tài)字寄存器是專門用于存儲(chǔ)指令執(zhí)行狀態(tài)的16位狀態(tài)寄存器。 狀態(tài)字寄存器以二進(jìn)制位的形式保存指令的執(zhí)行結(jié)果與中間狀態(tài)等， 它的結(jié)構(gòu)如圖7-10所示。 圖7-10 狀態(tài)字寄存器 (1) 首次檢測位( )： 該位狀態(tài)指示了系統(tǒng)掃描用戶程序的局部進(jìn)程。 用戶程序中的每一個(gè)邏輯塊是以梯形邏輯網(wǎng)絡(luò)(Network)為單位的， “能流”從左邊的母線經(jīng)過用戶編程設(shè)定的邏輯組合，

40、 進(jìn)入右邊的輸出元件和母線， 構(gòu)成一個(gè)Network， 和下一個(gè)Network的母線是不相連的。 系統(tǒng)掃描到某一Network的初始時(shí)刻， 將 由0態(tài)置為1態(tài)； 而當(dāng)這個(gè)Network掃描結(jié)束后， 又將 清零。 (2) 邏輯操作結(jié)果(RLO)： 該位存儲(chǔ)Network中每一步的邏輯運(yùn)算結(jié)果， 為1時(shí)表示有“能流”流到當(dāng)前掃描點(diǎn)， 為0時(shí)表示無“能流”到達(dá)該處。 (3) 狀態(tài)位(STA)： 執(zhí)行位邏輯指令時(shí)， STA總是與該位的值相一致。 (4) 或位(OR)： 在Network中， 當(dāng)出現(xiàn)先“與”后“或”的邏輯結(jié)構(gòu)時(shí)， OR位暫存“與”的結(jié)果， 以進(jìn)行隨后的邏輯“或”運(yùn)算。 其他指令將OR位清

41、0。 (5) 溢出位(OV)： 算術(shù)指令或浮點(diǎn)比較指令運(yùn)行出錯(cuò)時(shí)， 將該位置1， 當(dāng)后面的同類指令運(yùn)算結(jié)果正常時(shí)將該位清0。 (6) 溢出狀態(tài)保持位(OS)： 當(dāng)OV位被置1時(shí)， OS位也被置1， 而當(dāng)OV位被清0時(shí)， OS位仍保持。 JOS指令(OS=1時(shí)跳轉(zhuǎn))、 塊調(diào)用指令、 塊結(jié)束指令將OS位清0。 (7) 條件碼1(CC1)和條件碼0(CC0)： 兩位結(jié)合起來表示累加器1中算術(shù)運(yùn)算結(jié)果與0的大小關(guān)系、 比較指令的執(zhí)行結(jié)果、 移位指令的移出狀態(tài)。 (8) 二進(jìn)制結(jié)果位(BR)： 在一段既有位操作又有字操作的程序中， 如果字操作結(jié)果正確， 該位為1， 否則為0。 7.2.2 S7-300/

42、400PLC的基本指令及其編程 1. 位邏輯指令 位邏輯指令處理的對(duì)象為二進(jìn)制位信號(hào)。 位邏輯指令掃描信號(hào)狀態(tài)“1”和“0”位， 并根據(jù)布爾邏輯對(duì)它們進(jìn)行組合， 所產(chǎn)生的結(jié)果(“1”或“0”)稱為邏輯運(yùn)算結(jié)果， 存儲(chǔ)在狀態(tài)字的“RLO”中。 (1) 觸點(diǎn)指令： 分常開觸點(diǎn)、 常閉觸點(diǎn)兩種， 如表7-5所示。 表7-5 觸點(diǎn)指令 觸點(diǎn)的串聯(lián)為邏輯“與”， 并聯(lián)為邏輯“或”， 兩支(或若干支)串聯(lián)的觸點(diǎn)再進(jìn)行并聯(lián)， 系統(tǒng)掃描時(shí)要先“與”后“或”， 如圖7-11所示。 圖7-11中， 系統(tǒng)程序?qū)0.2和I1.3“與”的結(jié)果暫時(shí)存放在狀態(tài)字存儲(chǔ)器的OR位(第5位， 見圖7-10)， 待將I1.1和I

43、5.6“與”的結(jié)果計(jì)算出來后， 再和OR位進(jìn)行“或”運(yùn)算得到最終的結(jié)果。 圖7-11 位邏輯先“與”后“或” (2) 輸出指令： 輸出指令有兩種， 一種是邏輯串輸出指令(輸出線圈)， 另一種是中間輸出指令。 邏輯串輸出指令又稱賦值指令， 將邏輯運(yùn)算結(jié)果RLO寫入指定的位地址， 對(duì)應(yīng)于梯形圖中的線圈， 其梯形圖指令如圖7-12所示。 中間輸出指令的LAD元件符號(hào)如圖7-13所示， 作用是將該元件左邊的RLO保存到元件指定的位地址中。 中間輸出指令的元件要放在邏輯串的中間， 不能與左右兩邊的母線連接。 圖7-12 LAD輸出指令圖7-13 LAD中間輸出指令 圖7-14中的兩個(gè)梯形圖是等效的， 體

44、現(xiàn)了中間輸出元件的作用。 在(b)圖中， 中間輸出指令將I0.0的邏輯值(RLO)存放到M0.1中， 在下一個(gè)邏輯串中， 用M0.1的狀態(tài)和I0.2進(jìn)行“與”運(yùn)算， 將結(jié)果賦值給Q8.1， 其效果和(a)圖相同。 圖7-14 中間輸出指令的作用 (3) 置位/復(fù)位指令： 這兩個(gè)指令的符號(hào)和作用如表7-6所示。 表7-6 置位/復(fù)位指令 (4) RS/SR觸發(fā)器。 表7-7給出了不同狀態(tài)下觸發(fā)器輸出的情況。 圖7-15為兩個(gè)觸發(fā)器指令的梯形圖符號(hào)。表7-7 RS/SR觸發(fā)器的工作狀態(tài) 圖7-15 RS/SR觸發(fā)器 兩個(gè)觸發(fā)器的不同之處在于， RS觸發(fā)器是系統(tǒng)程序首先掃描復(fù)位端(R)， 再掃描置位

45、端(S)， 因此當(dāng)R和S的輸入狀態(tài)都是1時(shí)， 起作用的是S端， 觸發(fā)器輸出狀態(tài)為1； 而SR觸發(fā)器正好相反， 系統(tǒng)程序先掃描S端， 后掃描R端， 所以當(dāng)兩端的輸入狀態(tài)都為1時(shí)， 觸發(fā)器輸出狀態(tài)為0。 當(dāng)R、 S均為0狀態(tài)時(shí)， 觸發(fā)器輸出Q保持原狀態(tài)。 (5) 邊沿檢測指令： STEP 7中有兩類邊沿檢測指令， 一類用于對(duì)觸點(diǎn)的跳變邊沿進(jìn)行檢測， 另一類是對(duì)RLO的跳變邊沿進(jìn)行檢測。 觸點(diǎn)跳變邊沿檢測指令： 該類指令對(duì)觸點(diǎn)的上升沿(POS)或下降沿(NEG)進(jìn)行檢測， 繼而產(chǎn)生相應(yīng)的動(dòng)作， 圖7-16舉例說明了兩個(gè)邊沿檢測指令的用法。 在圖7-16(a)中， 若要使得Q4.0的狀態(tài)為1， 需要滿

46、足兩個(gè)條件， 其一是I0.0處于ON的狀態(tài)； 其二， I0.3在上個(gè)周期為0(依圖中所示， M0.0保存I0.3在上一個(gè)周期的狀態(tài))， 而在本周期為1， 從而被檢測出有一個(gè)上升沿， 這兩個(gè)條件滿足后， 上升沿檢測元件的輸出端Q為1， 則Q4.0狀態(tài)為1。需要補(bǔ)充說明的是， Q=1的狀態(tài)只維持一個(gè)周期， 因?yàn)橄乱粋€(gè)周期內(nèi)不可能再來一次上升沿， 故Q變?yōu)?， 所以圖中的Q4.0的“ON”狀態(tài)也是一個(gè)周期。 圖7-16(b)中， 下降沿檢測元件的工作過程與上升沿檢測過程類似， 同樣需要將I0.3在本周期中的狀態(tài)與上周期的狀態(tài)進(jìn)行比較(上周期的狀態(tài)如圖所示， 也存儲(chǔ)在M0.0中)， 不同之處在于它檢測

47、的是下降沿。圖7-16 觸點(diǎn)上升/下降沿檢測指令 RLO邊沿檢測指令： 該指令也分上升沿檢測和下降沿檢測兩種， 指令的用法如圖7-17所示。 這兩條指令與觸點(diǎn)邊沿檢測指令一樣， 只在一個(gè)周期內(nèi)有效。 在圖7-17中， 位存儲(chǔ)單元M0.0存放的是上個(gè)周期時(shí)， I0.0和I0.1邏輯“與”的結(jié)果， 即上個(gè)周期時(shí)的RLO； 在本周期， I0.0和I0.1邏輯“與”的結(jié)果(當(dāng)前的RLO)， 要和M0.0中的值進(jìn)行比較， 以便判斷RLO的跳變。在圖7-17(a)中， 若檢測出RLO的上升跳變(M0.0中保存的狀態(tài)為0， 當(dāng)前RLO值為1)， 則“能流”從檢測元件流過， 程序向“CAS1”標(biāo)志處跳轉(zhuǎn)， 否

48、則順序執(zhí)行程序。 在圖7-17(b)中， 其過程與(a)圖類似， 區(qū)別是檢測RLO的下降跳變。 圖7-17 RLO邊沿檢測指令 (6) 對(duì)RLO的直接操作指令： 包括對(duì)RLO的取反指令、 保存指令、 置位/清零指令等。 RLO取反指令： 圖7-18為取反指令的應(yīng)用。 圖中， 若I0.0的狀態(tài)為1， 則Q4.0的狀態(tài)為0， 反之Q4.0狀態(tài)為1。 圖7-18 RLO取反指令 RLO保存指令： 在圖7-19中， SAVE指令將I0.0和I0.1邏輯“與”的結(jié)果(即當(dāng)前的RLO)保存到狀態(tài)字寄存器的BR位(第8位)。 注意， 執(zhí)行SAVE指令不會(huì)復(fù)位首次檢測位( )， 由于這個(gè)原因， BR位的狀態(tài)將

49、在下一個(gè)網(wǎng)絡(luò)(Network)中參與邏輯“與”運(yùn)算。 圖7-19 RLO保存指令 RLO的置位和清零指令： 這兩條指令在梯形圖語言(LAD)和功能塊圖(FBD)中不能使用， 只能用在語句表語言(STL)中。 SET指令將RLO的內(nèi)容置1； CLR指令將RLO的內(nèi)容清0。 2定時(shí)器指令 STEP 7中的定時(shí)器指令可用線圈表示， 也可用方框表示。 共有5類： 脈沖定時(shí)器(SP)、 延時(shí)脈沖定時(shí)器(SE)、 延時(shí)接通定時(shí)器(SD)、 保持型延時(shí)接通定時(shí)器(SS)、 延時(shí)斷開定時(shí)器(SF)。 這5類定時(shí)器的符號(hào)、 功能等信息見表7-8。 表7-8 定時(shí)器指令 3. 計(jì)數(shù)器指令 計(jì)數(shù)器指令分加計(jì)數(shù)器、

50、減計(jì)數(shù)器、 加減計(jì)數(shù)器三種， 可以用方框表示或者線圈表示。 線圈分預(yù)置值線圈、 加計(jì)數(shù)器線圈、 減計(jì)數(shù)器線圈。 計(jì)數(shù)器的初值用BCD碼格式表示， 計(jì)數(shù)范圍是0999。 如C#100表示計(jì)數(shù)器初值為十進(jìn)制的100。 線圈指令如圖7-20所示。 圖7-20 計(jì)數(shù)器線圈指令 當(dāng)預(yù)置值線圈的輸入信號(hào)由0狀態(tài)變?yōu)?時(shí)， 預(yù)置值被裝入計(jì)數(shù)器。 加、 減計(jì)數(shù)器都對(duì)上升沿有效， 當(dāng)減計(jì)數(shù)器線圈計(jì)數(shù)值為零時(shí)， 線圈相當(dāng)于“斷電”狀態(tài)， 計(jì)數(shù)值非零時(shí)， 相當(dāng)于“通電”狀態(tài)。 另有復(fù)位線圈(R)， 與定時(shí)器的復(fù)位線圈用法類似， 可對(duì)計(jì)數(shù)器強(qiáng)制復(fù)位。 計(jì)數(shù)器的方框圖指令如表7-9所示。 表7-9 計(jì)數(shù)器方框指令 4.

51、 其他指令 除上述指令外， S7-300/400還有算術(shù)運(yùn)算指令(整數(shù)運(yùn)算、 浮點(diǎn)運(yùn)算)、 比較指令、 移位循環(huán)指令、 數(shù)據(jù)塊指令等等。 另外， 集成在系統(tǒng)程序中的大量系統(tǒng)功能和系統(tǒng)功能塊， 用戶程序可以直接調(diào)用它們， 限于篇幅這里不做介紹， 詳情可查閱STEP 7編程手冊(cè)。 7.3S7-300和S7-400應(yīng)用系統(tǒng)的編程 S7-300/400系統(tǒng)的組態(tài)與編程是在STEP 7軟件上進(jìn)行的， 本節(jié)以S7-300為例簡要介紹利用STEP 7進(jìn)行編程的基本概念、 方法和步驟。 7.3.1 STEP 7軟件包 STEP 7軟件包可運(yùn)行在Windows 95/98/2000/NT下， 為適應(yīng)不同的應(yīng)用對(duì)

52、象， 可選擇不同的版本， 其中的STEP 7標(biāo)準(zhǔn)軟件包可用于對(duì)SIMATIC S7-300/400、 SIMATIC M7-300/400、 SIMATIC C7等系統(tǒng)的編程和開發(fā)。 STEP 7標(biāo)準(zhǔn)軟件包的功能和組成如圖7-21所示。 圖7-21 STEP 7標(biāo)準(zhǔn)軟件包的組成 (1) SIMATIC管理器可瀏覽SIMATIC S7、 SIMATIC M7、 SIMATIC C7的所有工具軟件和數(shù)據(jù)。 (2) 符號(hào)編輯器管理所有的全局變量， 用于定義符號(hào)名稱、 數(shù)據(jù)類型和全局變量的注釋。 (3) 通信組態(tài)包括組態(tài)的連接和顯示、 定義MPI或PROFIBUS DP設(shè)備之間由時(shí)間或事件驅(qū)動(dòng)的數(shù)據(jù)傳

53、輸、 定義事件驅(qū)動(dòng)的數(shù)據(jù)、 用編程語言對(duì)所選通信塊進(jìn)行參數(shù)設(shè)置。 (4) 硬件組態(tài)用于對(duì)硬件設(shè)備進(jìn)行配置和參數(shù)設(shè)置。 包括： 系統(tǒng)組態(tài)， 從目錄中選擇機(jī)架， 并將模塊分配給各個(gè)槽位， 自動(dòng)生成I/O地址； CPU參數(shù)設(shè)置， 例如啟動(dòng)特性、 掃描監(jiān)視時(shí)間等； 模塊參數(shù)設(shè)置， 用于定義硬件模塊的可調(diào)整參數(shù)。 (5) 編程語言工具中可以使用梯形圖語言(LAD)、 功能塊圖語言(FBD)、 語句表語言(STL)三種。 (6) 硬件診斷工具為用戶提供自動(dòng)化系統(tǒng)的狀態(tài)， 可快速瀏覽CPU的數(shù)據(jù)以及用戶程序運(yùn)行中的故障原因， 也可用圖形方式顯示硬件配置， 例如模塊的一般信息和狀態(tài)、 顯示模塊故障、 顯示診斷

54、緩沖區(qū)信息等。 7.3.2 應(yīng)用系統(tǒng)的程序結(jié)構(gòu) 用戶程序的主程序在組織塊OB1中， 如果所有指令都編寫在OB1中， 程序指令依次執(zhí)行， 則把這種編程方式稱做線性編程。 此外， STEP 7支持結(jié)構(gòu)化程序編程， 可將控制過程中要求的功能編成通用的邏輯塊(FC或FB)， 相當(dāng)于子程序， 通過主程序(OB1)調(diào)用執(zhí)行， 在調(diào)用時(shí)可對(duì)FB賦以參數(shù)使其完成特定的操作。 同時(shí)， STEP 7支持子程序?qū)ψ映绦虻恼{(diào)用， 即邏輯塊可以嵌套調(diào)用邏輯塊。 每次調(diào)用都中斷原程序的執(zhí)行， 轉(zhuǎn)而執(zhí)行被調(diào)用邏輯塊， 被調(diào)用塊執(zhí)行完畢后， 返回繼續(xù)執(zhí)行原程序。 結(jié)構(gòu)化的用戶程序如圖7-22所示。 圖7-22 結(jié)構(gòu)化程序 具

55、體說明如下： (1) 功能塊(FB)： 用戶編寫的邏輯功能塊， 每個(gè)FB都有一個(gè)背景數(shù)據(jù)塊DI， 用戶程序利用DI傳遞參數(shù)。 (2) 功能(FC)： 用戶編寫的邏輯功能塊， FC沒有背景數(shù)據(jù)塊DI， 所使用的臨時(shí)變量存儲(chǔ)在局域數(shù)據(jù)堆棧中。 (3) 系統(tǒng)功能塊(SFB)： 集成在系統(tǒng)中的功能塊， 用戶程序可調(diào)用， 背景數(shù)據(jù)塊DI傳遞參數(shù)。 (4) 系統(tǒng)功能(SFC)： 集成在系統(tǒng)中的功能， 用戶程序可調(diào)用， 沒有背景數(shù)據(jù)塊DI， 臨時(shí)變量存儲(chǔ)在局域數(shù)據(jù)堆棧中。 7.3.3 組織塊功能 組織塊OBx(x: 1、 10122)， 是操作系統(tǒng)和用戶程序的接口， 類似于微機(jī)匯編語言中的“中斷向量表”，

56、每一個(gè)組織塊都對(duì)應(yīng)一個(gè)驅(qū)動(dòng)事件， 例如OB30 對(duì)應(yīng)的是循環(huán)中斷， 循環(huán)時(shí)間可在STEP 7中設(shè)定。 當(dāng)驅(qū)動(dòng)事件的條件滿足時(shí)， 操作系統(tǒng)調(diào)用相應(yīng)的組織塊， 執(zhí)行該組織塊中的用戶程序， 執(zhí)行完畢返回， 繼續(xù)執(zhí)行原程序。因此每一個(gè)組織塊都相當(dāng)于一個(gè)中斷處理程序的入口指針， 用戶可以根據(jù)控制系統(tǒng)的要求， 在相應(yīng)的組織塊中編寫自己的應(yīng)用程序， 有些組織塊需要在STEP 7中進(jìn)行相應(yīng)的參數(shù)設(shè)置， 用以規(guī)定驅(qū)動(dòng)事件需要滿足的具體條件和具體的響應(yīng)組織塊。 S7所提供的部分組織塊及其響應(yīng)優(yōu)先級(jí)見表7-10。 表7-10 系統(tǒng)組織塊及優(yōu)先級(jí) 限于篇幅， 其他組織塊及其優(yōu)先級(jí)不再列出， 詳情請(qǐng)查閱S7-300/4

57、00的系統(tǒng)軟件手冊(cè)。 7.3.4 循環(huán)程序的處理過程 PLC用戶程序的處理過程均為循環(huán)處理過程， 這一點(diǎn)已經(jīng)在第3章中介紹過了。 S7-300/400 PLC程序的執(zhí)行過程也遵循這一原理， 其具體過程如下： (1) 系統(tǒng)上電或由STOP模式轉(zhuǎn)到RUN模式時(shí)， CPU執(zhí)行啟動(dòng)操作， 對(duì)沒有保持功能的存儲(chǔ)區(qū)、 定時(shí)器、 計(jì)數(shù)器、 堆棧等清0， 復(fù)位保持的硬件中斷等。 此外， 還要根據(jù)不同的啟動(dòng)方式執(zhí)行一次由用戶編寫的“啟動(dòng)組織塊”(OB100或OB101或OB102)， 完成用戶指定的初始化操作。 (2) 啟動(dòng)循環(huán)時(shí)間監(jiān)控。 系統(tǒng)默認(rèn)的最大循環(huán)時(shí)間可以在STEP 7中修改。 (3) 掃描輸入狀態(tài)。

58、 從輸入模塊中讀取各個(gè)輸入點(diǎn)的狀態(tài)， 并在寫入過程中輸入映像存儲(chǔ)區(qū)。 (4) 執(zhí)行組織塊OB1， 掃描用戶程序， 包括調(diào)用各功能(FC、 SFC)和功能塊(FB、 SFB)， 響應(yīng)事件中斷(調(diào)用相應(yīng)的組織塊OBx)等。 在掃描用戶程序過程中， 同時(shí)刷新過程輸出映像存儲(chǔ)區(qū)。 (5) 將過程輸出映像存儲(chǔ)區(qū)的內(nèi)容傳遞給輸出模塊， 執(zhí)行輸出控制動(dòng)作。 完畢后轉(zhuǎn)第(2)步重新開始循環(huán)掃描。 7.3.5 編程的基本方法和步驟 工業(yè)生產(chǎn)過程中對(duì)儲(chǔ)水容器水位控制的應(yīng)用是非常多的， 本節(jié)以此為例， 采用S7-300 PLC設(shè)計(jì)一個(gè)水位控制系統(tǒng)， 系統(tǒng)并不復(fù)雜， 也并未取自某一具體的工業(yè)環(huán)境， 只是希望通過對(duì)整個(gè)

59、開發(fā)過程的介紹， 向大家說明S7-300 PLC編程的一般方法和過程。 系統(tǒng)如圖7-23所示， DCS600是ABB公司的變頻器， 利用它的順序控制功能， 可輸出7個(gè)固定頻率， 7個(gè)頻率值能夠在參數(shù)中設(shè)定。 PLC的作用是檢測水位， 并向DCS600輸出三個(gè)開關(guān)量信號(hào)， 用于調(diào)整DCS600的輸出頻率， 從而控制進(jìn)水流量達(dá)到控制水位的目的。 PLC輸出的三個(gè)開關(guān)量地址為Q4.0、 Q4.1、 Q4.2， 它們與變頻器輸出頻率之間的關(guān)系如表7-11所示。 圖7-23 水位控制系統(tǒng) 表7-11 變頻器速度與PLC輸出的關(guān)系 水位檢測信號(hào)的安置如圖7-24所示。 一共設(shè)置4個(gè)水位檢測開關(guān)， 檢測方式為有水時(shí)閉合。 除了上、 下限位之外， 開關(guān)1、 2的作用是將水位劃分為三個(gè)狀態(tài)， 狀態(tài)為水位偏高， 為適中， 為偏低。 圖7-24 水位檢測示意圖 PLC控制要求和策略： (1) 上限位： 點(diǎn)亮上限位報(bào)警指示燈， 開關(guān)輸出組合為001(0 Hz)。 (2) 下限位： 點(diǎn)亮下限位報(bào)警指示燈， 開關(guān)輸出組合為111(50 Hz)。 (3) 狀態(tài)： 延時(shí)若干時(shí)間后若依然為狀態(tài)， 則開關(guān)輸出組合減1， 使DCS600的輸出頻率下調(diào)一個(gè)級(jí)