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,单击此处编辑母版样式,单击此处编辑幻灯片母版样式,第二层,第三层,第四层,第五层,*,*,*,SIEMENS 公司S7 PLC,标准工具软件,STEP 7 介绍,8/27/2024,1,S7 PLC,的STEP 7编程软件介绍,这一讲通过以西门子公司的,STEP 7,编程语言为例，来介绍实际,PLC,应用的编程语言，在第4讲中将介绍,PLC,编程语言的国际标准，即,IEC 61131-3,标准。,STEP 7,编程软件是用来对西门子公司的系列,PLC,产品，包括,S7 300,系列、,S7 400,系列、,M7,系列以及基于,PC,的,PLC,等产品，进行编程、调试、监视的软件。,为了组态,PLC,硬件配置或开始编写,S7,用户程序，首先必须在,PC,计算机中安装,STEP 7,软件,(,如果使用的是编程器，则,STEP 7,软件已经预装在编程器内,),。在,STEP 7 CD,光盘的,Readme.wri,文件中，有关于安装,STEP 7,对,PC,计算机的软件和硬件配置要求。,将,STEP 7,的,CD,光盘插入,PC,机的光驱中，安装程序能自动执行，按照屏幕上的提示操作，可一步一步完成,STEP 7,软件的安装。完成,STEP 7,的安装后，要重新启动计算机，在,PC,的,Windows,桌面上会出现一个,SIMATIC Manager,的小图标,。,8/27/2024,2,应用STEP 7软件，能在一个 “项目” (project) 内建立起 S7 用户程序 。可编程序控制器是由电源模板、CPU以及输入/输出模板(I/O 模板)组成 。可编程逻辑控制器(PLC)通过 S7 程序，监视和控制被控对象。 在 S7 程序内通过地址，对I/O模板进行寻址。 图3.1所示为PLC控制被控对象的过程，图3.2所示为STEP-7软件的应用过程。,S7 PLC,和STEP 7编程软件应用示意图,8/27/2024,3,S7 PLC,和STEP 7编程软件应用示意图,8/27/2024,4,应用STEP 7的基本步骤,8/27/2024,5,有两个选择项，如果要解决的自动化任务比较复杂，编写的程序量比较大，涉及的输入、输出点数多，建议采用选择项1，即先对PLC的硬件进行组态，然后编写用户程序，这样做的优点是通过STEP 7对所有输入、输出点的绝对地址先进行了定义和分配，在以后的程序编写过程中就不会混淆，另外，在组态过程中还可以改变模板的参数和属性，例如，对模拟量输入模板，在组态过程中，可以确定它是电压输入信号（0-10V，/-10V）还是电流输入信号（4-20 mA），对一个多CPU项目，在组态过程中，可以确定各个CPU的MPI地址。对于比较简单的项目，涉及的输入、输出点数不多，也可以采用选择项2的步骤。,应用STEP 7软件于PLC 实现自动化任务的过程,8/27/2024,6,启动STEP 7时将激活SIMATIC manager (SIMATIC 管理器)的中央窗口。一般默认设置是启动STEP 7 Wizard(STEP 7向导)， 在 “向导”帮助下建立一个STEP 7 项目，STEP 7项目的结构按一定的次序安排数据和程序并被保存。项目内的数据是以对象的形式按分层结构保存。SIMATIC 站和CPU 包含硬件的组态和参数数据。S7 程序是由所有的方块组成，这些方块包含控制对象的程序。,下面介绍SIMATIC管理器的项目结构。,启动SIMATIC 管理器(SIMATIC Manager),8/27/2024,7,STEP 7,编程语言的主窗口界面,打开,“,项目,”,窗口，左边页面显示项目结构,右边页面显示左边页面所选文件夹中的对象和其他文件夹图所示。,8/27/2024,8,SIMATIC 管理器窗口的菜单项：,打开SIMATIC 管理器的窗口能见到以下菜单项：,File 打开、组织和打印“项目” (project)。,Edit 复制、粘贴、删除、全选、对象属性等。,Insert 插入程序单元。,PLC 下载程序和监视硬件 。,View 选择“在线/离线”和编程语言。,Options 用户定义。,Window 设置窗口显示。,Help 帮助信息。,8/27/2024,9,建立一个项目和SIMATIC 站后，就可以对PLC进行硬件组态了。,下面介绍S7 PLC 中央机架模板的组态过程。,打开“项目”中的“站”，在窗口的右边页面出现“硬件”图标 和所建项目中选择的CPU图标,，如下面的图所示。双击“硬件”图标, “硬件”组态窗口自动打开，在组态窗口的右边面会显示硬件组态单元库目录菜单。,应用STEP 7 对 PLC 进行硬件组态,8/27/2024,10,选择目录菜单中的某一项，例如SIMATIC 300，在其下拉菜单中再选择RACK-300,，双击,RACK-300,下面的图标 ，这时在窗口左边页面上就会出现,0(UL),机架带槽位的,rack,表。为了,在0(UL)的1号槽位上放置PS 307电源模板，导航目录菜单，找到 PS307 5A (6ES7 307-1EA00-0AA0)，用鼠标拖至0(UL)机架的1号槽位上。,为了,在,0(UL),的2号槽位上放置CPU模板，导航目录菜单，打开CPU-300项，在其下拉菜单中找到CPU 314C-2DP(6ES7 314-6CF01-0AB0)，用鼠标将其拖至,0(UL),机架上的2号槽位，由于CPU 314C-2DP占用2个槽位，从第4个槽位开始，可以组态配置其他的I/O模板。,应用STEP 7 对 PLC 进行硬件组态,8/27/2024,11,用同样的方法，在4号槽位上配置了32点的直流输入模板（6ES7 312-1BL00-0AA0），在5号槽位上配置了32点的直流输出模板（6ES7 322-1BLL00-0AA0）。,下面的图表示了用上面的方法组态完成后的STEP 7硬件 组态界面，从图上还能看到所选模板的订货号，I/O模 板组态定义的绝对地址以及分配给CPU模板的MPI地址。,以上完成了硬件中央机架的模板组态。,应用STEP 7 对 PLC 进行硬件组态,8/27/2024,12,STEP7,主窗口右边页面上的硬件组态图标,8/27/2024,13,STEP 7,硬件组态界面,8/27/2024,14,S7 PLC,分布式,I/O,模板的组态,8/27/2024,15,S7 PLC,分布式,I/O,模板的组态,在常用配置的自动化系统中，中央可编程控制器的,I/O,模板与传感器、执行机构之间需要大量的连接电缆，这不仅增加了安装的工作量，也增加了安装费用和发生故障的机率。应用分布式,I/O,，将,I/O,模板就近放置于传感器和执行机构附近，在可编程控制器和,I/O,模板及现场器件之间用现场总线,Profibus-DP,连接，就可克服中央,I/O,模板的上述缺点。,8/27/2024,16,S7 PLC,分布式,I/O,模板的组态,分布式,I/O,模板的硬件组态与中央机架模板的硬件组态类似，从导航窗口右边页面的目录菜单，选择分布式,I/O,模板单元，对它们进行硬件组态和属性定义。,下图表示了,S7 PLC,的分布式,I/O,结构举例和通过,Profibus-DP,网络进行连接。,下面用图解说明，怎样建立一个新的项目来组态分布式,I/O,系统。,8/27/2024,17,建立一个 新的项目来组态分布式I/O系统,8/27/2024,18,建立一个新的项目来组态分布式,I/O,系统,8/27/2024,19,组态建立一个站,8/27/2024,20,组态建立一个站,8/27/2024,21,组态DP主站和分布式I/O,上面用图解说明怎样组态一个可以配置分布式I/O的站，到目前为止，所描述的步骤和中央机架的组态步骤是类似的，得到的组态界面也类似。下面一些图的画面进一步说明，怎样将分布式I/O单元，组态到上述已经建立起来的站中，并设置或修改他们的属性参数。,8/27/2024,22,组态DP主站和分布式I/O,8/27/2024,23,组态DP主站和分布式I/O,8/27/2024,24,组态分布式,I/O ET200M,8/27/2024,25,组态分布式,I/O ET200M,8/27/2024,26,组态分布式,I/O ET200M,前面用图解方法，说明怎样在主站上组态一个分布式,I/O,的从站，这种从站是模块化结构的，从站是由,Profibus-DP,通信模板,IM 153-2,和若干块标准的,I/O,模板,(,例如，图上的,DI32 x DC24V,),组成。,8/27/2024,27,在组态过程中改变节点和I/O的地址,8/27/2024,28,在组态过程中改变节点和I/O的地址,8/27/2024,29,在组态过程中改变节点和,I/O,的地址,如果用户有需要改变已经组态完成的I/O模板的地址，上面的图解说明了这一改变的过程和步 骤。,8/27/2024,30,应用符号地址编程,在对PLC进行硬件组态时，事先定义其输入和输出的绝对地址。因为，这些地址是直接指定，亦即绝对地址。也可以选择用任意符号名来替代绝对地址。,为了应用符号地址进行编程，需要建立一个符号表，对在以后的程序中将要用到的所有绝对地址，在符号表中给他们每一个分配一个符号名，同时定义它们的数据类型。例如，对于输入,I 1.2 ，其符号名为PE_Failure ，表示汽油发动机有故障。这一符号名，适用于整个程序，因此，称为全局变量。使用符号地址进行编程，使得所编的S7程序，可读性强。,8/27/2024,31,PLC,及其输入,/,输出的绝对地址,8/27/2024,32,建立编程用的符号地址表,8/27/2024,33,建立编程用的符号地址表,8/27/2024,34,在STEP 7 程序中建立符号地址表举例,8/27/2024,35,在STEP 7 程序中建立符号地址表举例,在完成对,PLC,进行硬件组态之后，开始编写用户程序之前，需要做的一件工作是建立编程用的符号地址表。前面用图解的方式，说明建立符号地址表的步骤，上图是为项目,Getting Started,所编写的符号地址表。一般而言，每一个,S7,程序只建立一个符号地址表，这与在编程中使用哪一种编程语言进行编程无关系。所有可以打印的字母（例如特殊字母、空格），在符号表中都允许使用。在符号表中会自动加入的数据类型，取决于由,CPU,所处理的信号类型。下表给出在,STEP 7,中使用的各种数据类型。,8/27/2024,36,在,S7,程序中使用的数据类型,8/27/2024,37,在组织方块,OB1,中建立,程序,根据所选择使用的编程语言，右面分别介绍用梯形图,（,LAD,）,、语句表,（,STL,）,和功能块图（,FBD,）来编写,OB1,程序。,8/27/2024,38,在组织方块,OB1,中建立程序,在,STEP 7,中，,OB1,是由,CPU,执行的主循环程序，,CPU,一行一行地读并且执行程序命令，当,CPU,返回到第一程序行时，它就精确地完成了一个循环周期。此过程所需要的时间就是扫描周期时间。,在用STEP 7建立S7程序时，可以选择3种标准编程语言中的一种，即梯形图逻辑语言LAD、语句表STL或者功能块图FBD。,8/27/2024,39,在组织方块,OB1,中建立程序,梯形图逻辑LAD适合于熟悉继电器逻辑的电气工程师，语句表STL适合于熟悉计算机编程语言的工程师，功能块图FBD对习惯于使用逻辑图设计的工程师更为合适。,前面的图是分别使用这3种编程语言的示例。,为了打开,OB1,方块，在工具条上单击打开图标，在出现的对话框中选择项目,Getting Started,，单击,OK,确认。为了选择用某一种编程语言来对,OB1,进行编程，单击打开对话框中的,Browse,按钮，在出现的路径菜单（,SIEMENS STEP7 EXAMPLES,）中，选择打开以下的项目样板：,8/27/2024,40,在组织方块,OB1,中建立程序,Zen01_01_STEP7_STL_1-9,，,Zen01_03_STEP7_FBD_1-9,或者,Zen01_05_STEP7_LAD_1-9,在图3.16的中间部分，显示了这3个样板项目。,对选中的样板，例如,Zen01_05_STEP7_LAD_1-9,，采用导航的方法，一直到出现符号表,Symbols,，用“拖拉”的方法，将符号表复制到项目,Getting Started,的,S7,程序文件夹中，然后关闭项目,Zen01_05_STEP7_LAD_1-9,的窗口。用“拖拉”方法是指，用鼠标选中目标并按住鼠标左键，拖动目标到所选择的位置，释放鼠标左键，完成复制。,8/27/2024,41,选择打开以下的项目样板：,8/27/2024,42,复制符号地址表和打开OB1程序组织方块,8/27/2024,43,S7程序的编程窗口,（以梯形图逻辑的编程为例）,在Getting Started项目的右边窗口，双击OB1，从而打开了用LDA（或STL / FBD）来编写,OB1,程序的编程窗口。图,3.17,表示这一窗口的各个部分。,8/27/2024,44,用梯形图逻辑编写一个串联电路程序示例,8/27/2024,45,用梯形图逻辑编写一个串联电路程序示例,8/27/2024,46,用梯形图逻辑编写一个串联电路程序示例,8/27/2024,47,用梯形图逻辑编写一个并联电路程序示例,8/27/2024,48,用梯形图逻辑编写一个并联电路程序示例,8/27/2024,49,用梯形图逻辑编写,SR,单元,（存储置位、复位）程序示例,前面用图解的方法示例说明，怎样用梯形图逻辑语言来编写一个串联电路和并联电路的程序。右图进一步说明怎样编写一个存储置位、复位电路。,8/27/2024,50,用梯形图逻辑编写,SR,单元,（存储置位、复位）程序示例,8/27/2024,51,梯形图逻辑编程中的绝对地址和符号地址,前面分别表示用梯形图逻辑编程语言LAD编写的串联电路、并联电路和,SR触发器的程序网络段。下面将用语句表语言STL和功能块图语言FBD来编写同样的电路程序。,8/27/2024,52,用语句表语言完成“与”（AND）指令语句,程序示例,8/27/2024,53,用语句表语言完成“与”（AND）指令语句,程序示例,8/27/2024,54,用语句表语言编写“或”指令和“存储置位,/,复位”指令程序示例,8/27/2024,55,用语句表语言编写“或”指令和“存储置位,/,复位”指令程序示例,8/27/2024,56,用语句表语言编写“或”指令和“存储置位,/,复位”指令程序示例,在用语句表语言编程的过程中，如果出现红色符号，这表明在已经建立的符号表中没有该符号，或者存在语法错误。,在编程过程中，也可以直接从符号表中插入符号名。单击 ?.? 符号，然后单击菜单命令,Insert,Symbol,，通过下拉表的滚动条，找到相应的符号名，选择这一符号名，即可自动地替代 ?.? 地址。,在前面的图中，网络段1的说明是：,当两个输入点“Key_1”和“Key_2”都激活时（即，都是信号状态“1”24V），则“Green_Light”激活。亦即，为了使“绿灯”接通，必须两个输入同时为“1“状态。,8/27/2024,57,用语句表语言编写“或”指令和“存储置位,/,复位”指令程序示例,网络段2的说明是：,当两个输入点“Key_3”和“Key_4”中有一个激活时（即，有一个是信号状态“1”24V），则输出“Red_Light”激活。亦即，为了使“红灯”接通，只须两个输入中有一个为“1“状态。,网络段3的说明是：,当输入“Automatic_On”激活时，由于S指令的作用，输出“Automatic_Mode”被激活，且一直保持激活状态，即使输入“Automatic_On”又变成非激活状态，对输出也没有影响。,8/27/2024,58,用语句表语言编写“或”指令和“存储置位,/,复位”指令程序示例,当输入“Manual_On”激活时， R指令起作用，输出“Automatic_Mode”复位到非激活状态，且一直保持非激活状态，即使输入“Manual_On”又变成非激活状态，对输出也没有影响。,输出的状态是由S（Set）和R（Reset）操作来决定的。,如果两个输入同时被激活，则首先是置位功能，随后是复位功能被处理，由于主程序（OB1）是顺序执行，因此一个OB1周期结束时的结果使输出处于复位状态，在这种情况下，称复位优先。,8/27/2024,59,在用语句表编程中的绝对地址和符号地址,8/27/2024,60,PLC的用功能块图编写“与”（AND）逻辑功能程序示例工作原理,8/27/2024,61,用功能块图编写“与”（,AND,）逻辑功能程序示例,8/27/2024,62,用功能块图编写“或”,OR,）逻辑功能,程序示例,8/27/2024,63,用功能块图编写SR功能（存储置位/位）程序示例,8/27/2024,64,功能块图编程中的绝对地址和符号地址,8/27/2024,65,用功能块和数据块建立一个程序,在程序结构中功能块（FB）在组织块的下面，它包含一部分程序，能够被OB1调用很多次，所有功能块的形式参数和静态数据保存在一个分开的数据块（DB）中，这一数据块专门分配给功能块，称为,背景数据块,。,8/27/2024,66,建立一个开放的功能块（FB）,8/27/2024,67,建立一个开放的功能块（FB）,8/27/2024,68,建立一个开放的功能块（FB）,上图用图解说明怎样在LAD/STL/FBD窗口中，建立一个功能块程序（FB1，符号名为Engine，,参看前面的符号地址表），在这里选择与编程OB1相,同的编程语言LAD。,单击Help Contents 之后，在Programming Blocks 和Creating Block and Libraries（“编程方块”和“建立方块和库”）项下，能找到更多的信息。,8/27/2024,69,在功能块编程中建立变量登记表,在编写功能块之前，首先要建立变量登记表，下图用图解说明变量登记表的建立和相关的属性。,8/27/2024,70,在功能块编程中建立变量登记表,8/27/2024,71,编程用于发动机（,engine,）启动,/,停止的功能块,FB1,8/27/2024,72,编程用于发动机（,engine,）启动,/,停止的功能块,FB1,8/27/2024,73,编程用于发动机（,engine,）启动,/,停止的功能块,FB1,上图用图解介绍怎样来编写一个功能块，例如要用两个不同的背景数据块，通过一个功能块，控制和监视“汽油引擎”和“柴油引擎”。所有的“引擎指标”信号，将作为参数块从组织方块传送到功能块，为此必须将输入和输出参数列在“变量登记表”（Variable declaration table）内登记“输入和输出”。在前面的章节中已经介绍了如何编写一个串联电路、并联电路和一个存储功能的程序，这些在编程功能块时都很有用。,8/27/2024,74,在,FB1,功能块中插入一段速度监视,网络段,8/27/2024,75,在,FB1,功能块中插入一段速度,监视网络段,下面对功能块FB1作一些说明。,1. “发动机”（engine）何时将“启动”或“停止”？,当变量Switch_On 具有1 状态，同时变量 Automatic_Mode 具有0状态，“发动机”将启动。如果“发动机”采用自动方式， Automatic_Mode1,则这一功能是不允许的。,当变量Switch_Off 具有1 状态或者当变量Fault具有0状态，“发动机”将停止（故障Fault是0激活信号，在正常时Fault的状态为1，在发生故障时Fault的状态为0）。,8/27/2024,76,在,FB1,功能块中插入一段速度,监视网络段,2.怎样用比较器来监视“发动机”的速度？,比较器将变量#Actual_Speed（实际速度）和变量,Setpoint_Speed（设定点速度）进行比较，而且将结果分配给变量Setpoint_Speed_Reached（达到设定点速度），在大于、等于时，Setpoint_Speed_Reached的状态变为1。,8/27/2024,77,在,FB1,功能块中插入一段速度,监视网络段,单击Help Contents 之后，在Programming Blocks 和Creating Logic Block （“编程方块”和“建立逻辑方块”）和Editing the Variable Declaration和Editing LAD Instruction（“编辑变量登记表”和“编辑梯形图指令”）项下，能找到更多的信息。,上面已经编写了功能块FB1(engine)，并在变量登记表中特别定义了与engine相关的参数。为了以后在OB1组织方块中能够调用功能块，必须生成相应的数据块，称为背景数据块，分配给功能块。,8/27/2024,78,生成功能块（FB）的背景数据块及使用实际参数替代形式参数改变实际值,下面通过控制和监视汽油发动机或柴油发动机来举例说明，由于这两种发动机的设定速度不同，因此分别把它们存储在不同的背景数据块中，其具体的值（#Setpoint_Speed）是不同的，而控制和监视这两种发动机的功能块相同，类似地，不同的其他参数，分别存放在不同的背景数据块中。由于对功能块只需集中编写一次，这样就减少了所涉及的编程工作量。,下面 说明怎样在一个项目下建立属于功能块（FB）的背景数据块（Instance DB）。,8/27/2024,79,生成功能块（FB）的背景数据块及使用实际参数替代形式参数改变实际值,打开SIMATIC管理器中的Getting Started项目，用导航的方式找到Block，用鼠标右键单击右半窗口，在弹出菜单上单击Data Block，插入一个数据块。,在数据块属性对话框中，输入数据块名称DB1，同时在旁边标签的下拉菜单中选择Instance DB，赋予功能块名字FB1，单击OK按钮，确认在属性窗口中显示的所有设置。这样就完成了在Getting start项目，加入DB1数据块的工作。,8/27/2024,80,生成功能块（FB）的背景数据块及使用实际参数替代形式参数改变实际值,8/27/2024,81,生成功能块（FB）的背景数据块及使用实际参数替代形式参数改变实际值,双击,DB1，,打开这一方块，出现左面所示的对话窗口，单击,Yes,按钮确认，分配参数到背景数据块。对于汽油发动机，在背景数据块,DB1,设定速度项的实际值列中，写入1500。即定义了这一发动机的最大速度。单击存盘图标，保存,DB1,并关闭编程窗口,8/27/2024,82,生成功能块（FB）的背景数据块及使用实际参数替代形式参数改变实际值,用建立,DB1,相同的方法，建立另一个用于,FB1,的背景数据块,DB2，,适用于柴油发动机，在背景数据块,DB2,设定速度项的实际值列中，输入1200，保存DB2，并关闭编程窗口。,下一步就是在OB1中编写一个调用功能块FB1的程序。,8/27/2024,83,
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