第1章 S7-300PLC硬件和安装

,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,第一篇 基 础 篇,PLC(programmable,logical controller),中文名称可编程控制器，今天,PLC,其应用已经十分的广泛，在工业领域已经是家喻户晓，,PLC,的厂家、型号和规格同样也层出不穷。对于有志于,PLC,应用的人员来说如何面对眼花缭乱的产品，是一个大的挑战。如何面对挑战呢，首先选择一个典型的应用广泛的,PLC,作为学习、研究的对象，本书选择西门子,S7-300,系列,PLC,作为对象。其次，了解和学习,PLC,的基础知识，最后，掌握综合应用,PLC,解决实际问题的技术和能力。如果遇到其它,plc,就可以举一反三了。,本篇包括前三章，第一章,S7-300PLC,硬件和安装、第二章,step 7,软件安装和使用、第三章,STEP7,编程。主要介绍了,S7-300PLC,的基础知识和基本操作规范和方法，包括硬件的安装和选型规范，包括,setp7,软件的安装和使用的基本方法，包括各种常用的指令的使用的方法。这部分内容是应用的基础，反映了,S7-300PLC,区别于其他不同类型,PLC,的主要特性。本篇更多的是一些知识性、规范性的内容，强调的是记忆、操作规范和方法。,第一章,S7-300PLC,硬件和安装,SIMATIC S7-300,是一种通用型的,PLC,，能适合自动化工程中的各种应用场合，尤其是在生产制造工程中的应用。模块化、无风扇结构、易于实现分布式的配置以及易于掌握等特点，使得,S7-300,在各种工业领域中实施各种控制任务时，成为一种既经济又切合实际的解决方案。本章详细介绍各模块结构和安装规范。,1.1 S7-300PLC,硬件简介,1.2 S7-300PLC,电气安装规范,1.3,实训一：安装一个典型的,S7-300PLC,硬件系统,1.1 S7-300PLC,硬件简介,S7-300,（见图,1-1,）由多种模块部件组成，包括导轨（,Rack,）、电源模块（,PS,）、,CPU,模块、接口模块（,IM,）、输入输出模块（,SM,）。各种模块能以不同方式组合在一起，从而可使控制系统设计更加灵活，满足不同的应用需求。,图,1-1 S7-300 PLC,的基本结构,1.1.1,电源模块,电源模块是构成,PLC,控制系统的重要组成部分，针对不同系列的,CPU,，西门子有匹配的电源模块与之对应，用于对,PLC,内部电路和外部负载供电。,1.PS 30X,系列电源模块,有多种,S7-300,电源模块可为编程控制器供电，也可以向需要,24V,直流的传感器,/,执行器供电，比如,PS305,、,PS307,。,PS 305,电源模块是直流供电，,PS 307,是交流供电。本节以,PS 307,电源模块为例作详细介绍。图,1-2,是,PS 307,（,2A,）的模块示意图。,PS 307,电源模块,(2A),具有以下显著特性：,（,1,）输出电流,2A,。,（,2,）输出电压,24VDC,，防短路和开路保护。,（,3,）连接单相交流系统,(,输入电压,120/230V AC,，,50/60Hz),。,（,4,）可靠的隔离特性，符合,EN 60950,标准。,（,5,）可用作负载电源。,图,1-2 PS 307,电源模块,电源模块在非正常工作状态下的反应，可参考表,1-1,。,如果,则,24V,直流指示灯,输出电流过载,I,3.9A,电压跌落，电压自动恢复,闪烁,3A,I,=3.9A,（稳态）,电压下降，缩短使用寿命,输出短路,输出电压,0V,；短路故障排除后，电压自动恢复,暗,在一次侧过电压,可能彻底毁坏,在一次侧欠电压,自动切断；欠电压排除后，电压自动恢复,暗,表,1-1,电源模块在非正常工作状态下的反应,2.S7-300,的电流消耗量和功率损耗,一个实际的,S7-300 PLC,系统，在确定所有的模块后，要选择合适的电源模块。所选定的电源模块的输出功率必须大于,CPU,模块、所有,I/O,模块、各种智能模块的总消耗功率之和，有时甚至还要考虑某些执行单元的功率，并且要留有,30,左右的余量。在具体产品设计时，应该仔细研究各个模块的功率参数，最后确定电源模块的型号、规格。当同一电源模块既要为主机单元又要为扩展单元供电时，从主机单元到最远一个扩展单元的线路压降必须小于,0.25 V,。,1.1.2 CPU,模块,CPU,是,PLC,系统的运算控制核心。它根据系统程序的要求完成以下任务：接收并存储用户程序和数据，接收现场输入设备的状态和数据，诊断,PLC,内部电路工作状态和编程过程中的语法错误，完成用户程序规定的运算任务，更新有关标志位的状态和输出状态寄存器的内容，实现输出控制或数据通信等功能。,S7-300 CPU,有,20,种不同型号，各种,CPU,按性能等级划分，可以涵盖各种应用范围。,S7-300,的各款,CPU,都有非常详尽的性能数据表（具体参数可查阅相关资料），其中最值得关注的,CPU,性能有以下五方面：,I/O,扩展能力,指令执行速度,工作内存容量,通讯能力,CPU,上的集成功能,1.,操作员控制和显示单元,图,1-3,所示为,CPU 31xC,的控制和显示单元。,图,1-4,所示为,CPU 31xC,打开前面板后的集成数字和模拟,I/O,。,（,1,）状态和故障显示,CPU,上安装有,6,个,LED,指示灯，显示运行状态和故障。表,1-2,列出了用于状态和故障显示的发光二极管的含义。,图,1-3 CPU 31xC,的面板,注：模拟量输入和模拟量输出；：,8,个数字量输入；,8,个数字量输出。,图,1-4 CPU 31xC,的集成数字量,I/O,模块,发光二极管,LED,含,义,说,明,SF(,红色,),系统错误故障,下列事件引起灯亮：,硬件故障,固件出错,编程出错,参数设置出错,算术运算出错,定时器出错,存储器卡故障,(,只在,CPU313,和,314,上,),电池故障或电源接通时无后备电池,(,只用于,CPU313,和,314,上,),输入输出的故障或错误,(,只对外部,I/O),用编程装置读出诊断缓冲器中的内容，以确定错误故障的真正原因,BATF(,红色，只在,CPU313,和,314,上有,),电池故障,如果电池有下列情况，则灯亮：失效；未装入,DC 5 V(,绿色,),用于,CPU,和,S7,-,300,的,5 V DC,电源,如果内部的,5 V,直流电源正常，则灯亮,FRCE(,黄色,),保留专用,表,1-2,用于状态和故障显示,LED,的含义,（,2,）,CPU,的运行模式,CPU,有四种操作模式：,STOP,（停机）、,STARTUP,（启动）、,RUN,（运行）和,HOLD,（保持）。在所有的模式中，都可以通过,MPI,接口与其他设备通信。,STOP,模式：,CPU,模块通电后自动进入,STOP,模式，在该模式不执行用户程序，可以接收全局数据和检查系统。,STARTUP,模式：可以用模式选择开关或编程软件启动,CPU,。如果模式选择开关在,RUN,或,RUN-P,位置，通电时自动进入启动模式。,RUN,模式：执行用户程序，刷新输入和输出，处理中断和故障信息服务。,HOLD,模式：在,STARTUP,和,RUN,模式执行程序时遇到调试用的断点，用户程序的执行被挂起（暂停），定时器被冻结。,（,3,）操作模式选择开关,可使用模式选择开关设置当前的,CPU,运行模式。开关有,4,个位置，其含义如表,1-3,所列。,位置,含义,说明,RUN-P,（部分,CPU,）,运行,-,编程模式,CPU,不仅执行用户程序，在运行时还可以通过编程软件读出和修改用户程序，以及改变运行方式,RUN,运行模式,CPU,执行用户程序，可以通过编程软件读出用户程序，但是不能修改用户程序,STOP,停止模式,CPU,不执行用户程序，通过编程软件可以读出和修改用户程序,MRES,存储器复位模式,MERES,位置不能保持，在这个位置松手时开关将自动返回,STOP,位置。将模式选择开关从,STOP,状态扳到,MRES,位置，可以复位存储器，使,CPU,回到初始状态。工作存储器、装载存储器中的用户程序和地址区被清除，全部存储器位、定时器、计数器和数据块均被删除，即复位为零，包括有保持功能的数据。系统参数、,CPU,和模块的参数被恢复为默认设置，,MPI,的参数被保留。如果有存储器卡，,CPU,在复位后将它里面的用户程序和系统参数复制到工作存储器区,表,1-3,模式选择开关的位置含义,（,4,）,SIMATIC,微存储卡（,MMC,）插槽,Flash EPROM,微存储卡用于在断电时保存用户程序和某些数据，它可以扩展,CPU,的存储器容量，也可以将有些,CPU,的操作系统包括在,MMC,中，这对于操作系统的升级是非常方便的。,MMC,用作装载存储器或便携式保存媒体，它的读写直接在,CPU,内进行，不需要专用的编程器。由于,CPU 31xC,没有安装集成的装载存储器，在使用,CPU,时必须插入,MMC,。,CPU,与,MMC,是分开订货的。如图,1-5,。,图,1-5 MMC,卡,如果在写访问过程中拆下,SIMATIC,微存储器卡，卡中的数据会被破坏。在这种情况下，必须将,MMC,插入,CPU,中并删除它，或在,CPU,中格式化存储卡。只有在断电状态或,CPU,处于“,STOP”,状态时，才能取下存储卡。,2.,存储器区域,PLC,的系统程序相当于个人计算机的操作系统，它使,PLC,具有基本的智能，能够完成,PLC,设计者规定的各种工作。系统程序由,PLC,生产厂家设计并固化在,ROM,中，用户不能读取。用户程序由用户设计，它使,PLC,能完成用户要求的特定功能。用户程序存储器的容量以字节为单位，不同的程序对应不同的存储区域。,CPU,存储器可以分为三个区域，如图,1-6,。,CPU,装载存储器,(,保存在,MMC,中,),工作存储器,系统存储区,工作存储器,系统存储区,装载存储器,(,保存在,MMC,中,),CPU,图,1-6 CPU,的存储区,（,1,）装载存储器,装载存储器位于,SIMATIC,微型存储卡（,MMC,）中。装载存储器的容量与,MMC,的容量一致。用于保存程序指令块和数据块以及系统数据，也可以将项目的整个组态数据保存在,MMC,中。,（,2,）工作存储器（,RAM,）,RAM,集成在,CPU,中，不能被扩展。它可用于运行程序指令，并处理用户程序数据。程序只能在,RAM,和系统存储器中运行。,CPU,的,RAM,都具有保持功能。,（,3,）系统存储区,RAM,系统存储区集成在,CPU,中，不能被扩展。它包括：,标志位、定时器和计数器的地址区,I/O,的过程映像,局域数据,3.,介绍几种典型,CPU,模块,（,1,）,CPU 313,：,CPU313,是标准型,CPU,。具有更大的程序存储器、低成本的解决方案，适用于对速度要求较高、程序较大的小型应用领域。,CPU313,内置,12 KB,的,RAM,，其装载存储器为内置,20 KB,的,RAM,，可用存储卡扩充装载存储器，最大容量为,4MB,，指令执行速度为,600 ns/,二进制指令。扩展模块只能装在一个导轨上，最大扩展,128,点数字量和,32,路模拟量。,CPU313,采用的是软件时钟，它给用户提供一个工作时间计时器。该计时器可用来计量,CPU,或所连接设备的工作时间长度。,（,2,）,CPU 313C,：,CPU 313C,是紧凑型,CPU,，带集成的数字量和模拟量的输入和输出。无内置装载存储器，操作时必须用,MMC,卡扩充装载存储器。适用于具有较高要求的系统中。,（,3,）,CPU 313C-2DP,：紧凑型,CPU,，带集成的数字量输入和输出，以及,PROFIBUS DP,主站,/,从站接口。操作时也必须用,MMC,卡扩充装载存储器。,（,4,）,CPU315/CPU315-2DP,：,CPU315,是具有中到大容量程序存储器和大规模,