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 PLC S7-400系列可編程控制器

西門子S7-300是德國西門子公司生產(chǎn)的可編程序控制器(PLC)系列產(chǎn)品之一。其模塊化結(jié)構(gòu)、易于實現(xiàn)分布式的配置以及性價比高、電磁兼容性強、抗震動沖擊性能好，使其在廣泛的工業(yè)控制領(lǐng)域中，成為一種既經(jīng)濟又切合實際的解決方案。
      西門子S7-300PLC主要組成部分有導(dǎo)軌（RACK）、電源模塊（PS）、中央處理單元模塊（CPU）、接口模塊（IM）、信號模塊（SM）、功能模塊（FM）等。通過MPI網(wǎng)的接口直接與編程器PG、操作員面板OP和其它S7 PLC相連。 除了電源模塊、CPU模塊和接口模塊外，一個機架上最多只能再安裝8個信號模塊或功能模塊。

       S7-300的數(shù)據(jù)類型主要有基本數(shù)據(jù)類型，復(fù)雜數(shù)據(jù)類型和參數(shù)數(shù)據(jù)類型?；緮?shù)據(jù)類型的長度不超過32位。復(fù)雜數(shù)據(jù)類型是由其他基本數(shù)據(jù)類型組合而成的，長度超過32位的數(shù)據(jù)類型。
      參數(shù)數(shù)據(jù)類型主要是用于功能FC或功能塊FB的數(shù)據(jù)類型，這些數(shù)據(jù)類型主要有 Pointe指針類型，6字節(jié)指針類型，傳遞數(shù)據(jù)塊號和數(shù)據(jù)地址，Any指針類型，10字節(jié)指針類型，傳遞數(shù)據(jù)塊號、數(shù)據(jù)地址、數(shù)據(jù)數(shù)量以及數(shù)據(jù)類型。

一、S7-300 PLC系統(tǒng)組成

系統(tǒng)組成：

二、S7-300 PLC的結(jié)構(gòu)特點

1、模塊化設(shè)計

• 模塊化微型PLC 系統(tǒng)，滿足中、小規(guī)模的性能要求

• 各種性能的模塊可以非常好地滿足和適應(yīng)自動化控制任務(wù)

• 簡單實用的分布式結(jié)構(gòu)和多界面網(wǎng)絡(luò)能力，使得應(yīng)用十分靈活

• 方便用戶和簡易的無風(fēng)扇設(shè)計

• 當控制任務(wù)增加時，可自由擴展

• 大量的集成功能使它功能非常強勁

2、安裝簡單、維護方便

• DIN標準導(dǎo)軌安裝：只需簡單地將模塊鉤在 DIN標準的安裝導(dǎo)軌上，轉(zhuǎn)動到位，然后用螺栓鎖緊。

• 集成的背板總線：背板總線集成在模塊上，模塊通過總線連接器相連，總線連接器插在機殼的背后。

• 更換模塊簡單并且不會弄錯：更換模塊時，只需松開安裝螺釘。很簡單地拔下已經(jīng)接線的前連接器。在連接器上的編碼防止將已接線的連接器插到其他的模塊上。

• 可靠的接線端子：對于信號模塊可以使用螺釘型接線端子或彈簧型接線端子

• TOP連接：采用一個帶螺釘或夾緊連接的1至3線系統(tǒng)進行預(yù)接線?；蛘咧苯釉谛盘柲K上進行接線。

• 確定的安裝深度：所有的端子和連接器都在模塊上的凹槽內(nèi)，并有端蓋保護，因此所有的模塊都有相同的安裝深度。

• 沒有槽位的限制：信號模塊和通訊處理模塊可以不受限制地插到任何一個槽上，系統(tǒng)自行組態(tài)。

• 靈活布置：機架(CR/ER)可以根據(jù)最佳布局需要，水平或垂直安裝。

• 獨立安裝：每個機架可以距離其他機架很遠進行安裝，兩個機架間(主機架與擴展機架，擴展機架與擴展機架)的距離最長為10 米。

• 如果用戶的自控系統(tǒng)任務(wù)需要多于8個信號模塊或通訊處理器模塊時，則可以擴展 s7-300機架(CPU314以上)

三、S7-300 PLC性能

SIMATIC S7-300 的大量功能支持和幫助用戶進行編程啟動和維護

• 高速的指令處理：0.6~0.1μS的指令處理時間在中等到較低的性能要求范圍內(nèi)開辟了全新的應(yīng)用領(lǐng)域。

• 浮點數(shù)運算：用此功能可以有效地實現(xiàn)更為復(fù)雜的算術(shù)運算。

• 方便用戶的參數(shù)賦值：一個帶標準用戶接口的軟件工具給所有模塊進行參數(shù)賦值，這樣就節(jié)省了入門和培訓(xùn)的費用。

• 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)。因此人機對話的編程要求大大減少。SIMATIC人機界面(HMI)從S7-300中要求數(shù)據(jù)，S7-300按用戶的刷新速度傳送這些數(shù)據(jù)。S7-300操作系統(tǒng)自動地處理數(shù)據(jù)的傳送。

• 診斷功能：CPU的智能化的診斷系統(tǒng)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，等等)。

• 口令保護：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(fù)制和修改。

• 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。

四、S7-300 PLC通訊功能

SIMATIC S7-300具有多種不同的通訊接口：

• 多種通訊處理器用來連接AS-i接口、PROFIBUS和工業(yè)以太網(wǎng)總線系統(tǒng)

• 通訊處理器用來連接點到點的通訊系統(tǒng)

• 多點接口(MPI)集成在CPU中，用于同時連接編程器、PC機、人機界面系統(tǒng)及其他SIMATICS7/M7/C7等自動化控制系統(tǒng)。這是一個經(jīng)濟而有效的解決方案；方便用戶的step7的用戶界面提供了通訊組態(tài)功能，這使得組態(tài)非常容易、簡單。

（1）通過多點接口(MPI) 的數(shù)據(jù)通訊

所有CPU都配有一個MPI接口X1。組態(tài)配有MPI/DP接口的CPU，作為MPI節(jié)點。要使用DP接口，在STEP7中設(shè)置DP接口模式。

MPI（多點接口）表示用于PG/OP連接或用于在MPI子網(wǎng)中進行通訊的CPU接口。所有CPU的典型（缺?。﹤鬏斅蕿?87.5kbps。對于與S7-200的通訊，還可以將傳輸率設(shè)置為19.2kbps。315-2PN/DP和317 CPU支持高達12Mbps的傳輸率。

能進行MPI通訊的設(shè)備

• PG/PC

• OP/TP

• 帶有MPI的S7-300/S7-400

• S7-200（僅19.2kbps）

（2）通過PROFIBUS-DP接口通訊

CPU至少配有一個DP X2接口。315-2PN/DP和317 CPU配有一個MPI/DP X1接口。帶有MPI/DP接口的CPU帶有缺省的MPI組態(tài)。如果要使用DP接口，則需要在STEP7中設(shè)置DP模式。

PROFIBUS DP接口主要用于連接分布式I/O。例如，PROFIBUS DP允許您創(chuàng)建大型子網(wǎng)?？蓪ROFIBUS DP接口設(shè)置為在主站或從站模式下運行，支持的傳輸率最高可達12Mbps。

能進行PROFIBUS DP通訊的設(shè)備

• PG/PC

• OP/TP

• DP從站

• DP主站

• 執(zhí)行器/傳感器

• 帶有PROFIBUS DP接口的S7-300/S7-400

（3）通過PROFINET（PN）通訊

帶有“PN”名稱后綴的CPU配有一個PN X2接口。連接到工業(yè)以太網(wǎng)可以使用CPU的集成PROFINET接口與“工業(yè)以太網(wǎng)”建立連接?？赏ㄟ^MPI或PROFINET組態(tài)CPU的集成PROFINET接口。

能進行PROFINET(PN)通訊的設(shè)備

• PROFINET IO組件（如，ET 200S中的接口模塊IM 151-3 PN）

• 帶有PROFINET接口的S7-300/S7-400（如，CPU 317-2PN/DP或CPU 343-1 PN）

• 激活的網(wǎng)絡(luò)組件（如開關(guān)）

• 帶有網(wǎng)卡的PG/PC

（4）通過點對點（PtP）通訊

帶有“PtP”名稱后綴的CPU配有一個PtP X2接口。使用CPU的PtP接口，可使用串行接口連接外部設(shè)備?？梢栽谌p工模式下以高達19.2kbps的傳輸率(RS 422)，或半雙工模式下以高達38.4kbps的傳輸率(RS 485)來運行此類系統(tǒng)。

使用PtP通訊可以通過串行端交換數(shù)據(jù)。PtP通訊可用于自動化設(shè)備、計算機或由其它廠商提供的具有通訊功能的系統(tǒng)之間的互連。該功能還允許使用通訊伙伴的協(xié)議。

可連接下列設(shè)備：

• S7 PLC和S5 PLC及第三方系統(tǒng)

• 打印機

• 機器人控制

• 掃描儀、條碼閱讀器等

五、模板的診斷及過程監(jiān)視

S7-300有多種輸入/輸出模板具有智能功能：

• 對信號進行監(jiān)視(診斷)

• 對過程信號進行監(jiān)視(過程中斷)

1、診斷

通過診斷可以確定模板所獲取的信號(例如數(shù)字量模板)或模擬量處理(例如模擬量模板)是否正確。在診斷評估中，可參數(shù)化的診斷信息與不可參數(shù)化的診斷信息有區(qū)別。

• 可參數(shù)化的診斷信息：通過相應(yīng)的參數(shù)始能診斷信息的發(fā)送

• 不可參數(shù)化的診斷信息：不管是否參數(shù)化均可發(fā)送診斷信息

如果發(fā)送診斷信息(例如無編碼器電源)，則模板執(zhí)行一個診斷中斷。此時CPU中斷執(zhí)行用戶程序，或中斷執(zhí)行低優(yōu)先級的中斷，來處理相應(yīng)的診斷中斷功能塊(OB82)。

模塊的類型決定了診斷信息的種類：

2、過程中斷

通過過程中斷，可以對過程信號進行監(jiān)視和響應(yīng)。

（1）數(shù)字量輸入模板

根據(jù)設(shè)置的參數(shù)，模板可以對每個通道組進行過程中斷，可以選擇信號變化的上升沿、下降沿或兩個沿均可。CPU中斷執(zhí)行用戶程序，或中斷執(zhí)行低優(yōu)先級的中斷，來處理相應(yīng)的診斷中斷功能塊(OB40)。信號模板可以對每個通道的一個中斷進行暫存。

（2）模擬量輸入模板

通過上限值和下限值定義一個工作范圍。模板將對測量值與這些限制值進行比較。如果超限，則執(zhí)行過程中斷。CPU中斷執(zhí)行用戶程序，或中斷執(zhí)行低優(yōu)先級的中斷，來處理相應(yīng)的診斷中斷功能塊(OB40)。

六、S7-300PLC編程軟件和工具軟件

使用基本的STEP7或STEP7-Lite軟件包，以及高級的集成軟件包STEP7 Professional便可對S7-300進行編程，并能以簡單，用戶友好的方式利用S7-300的全部功能。該工程軟件還包含自動化項目中所有階段(從項目組態(tài)到調(diào)試，測試以及服務(wù))的功能。

1、編程軟件

（1）STEP7-Lite

STEP7-Lite是一種低成本、高效率的軟件，使用SIMATIC S7-300 可以完成獨立的應(yīng)用。STEP 7-Lite 的特點是能非常迅速的進入編程和簡單的項目處理。它不能和輔助的SIMATIC 軟件包，例如工程工具，一起使用。但是，STEP 7-Lite 編寫的程序可以由STEP 7進行處理。

（2）STEP 7

使用 STEP 7 可完成較大或較復(fù)雜的應(yīng)用，例如，需要用高級語言或圖形化語言進行編程或需要使
用功能以及通信模塊。STEP 7 能和輔助的SIMATIC 軟件包，（例如工程工具）兼容。

（3）STEP 7 Professional

除由 STEP 7 識別的語言外STEP 7 Professional 支持所有 IEC 語言

• LAD

• FBD

• STL

這有以下的語言

• 順序功能圖

• 結(jié)構(gòu)化文本

還包括由這些語言所建立的程序的離線仿真，因此，STEP 7 Professional 取代了STEP7 STEP7- GRAPH、S7-SCL 和S7-PLCSIM 各個軟件包的組合

二、工程工具軟件

工程工具軟件以用戶友好，面向任務(wù)的方式對自動化系統(tǒng)進行附加的編程?？商峁┮韵鹿ぞ哂糜诰幊蹋?/p>

CPU/ 工程工具

• 所有的CPU均能使用STL、LAD和FBD基本語言進行編程。

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  S7-200 CPU 編程通信

  完成以太網(wǎng)向?qū)渲煤笮枰诔绦蛑姓{(diào)用以太網(wǎng)向?qū)傻腅THx_CTRL和ETH0_XFR, 然后，將整個項目下載到作客戶端的S7-200 CPU上。
  1. 調(diào)用向?qū)傻淖映绦?，實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸
  對于S7-200的同一個連接的多個數(shù)據(jù)傳輸，不能同時激活，必須分時調(diào)用。下面的程序就是用前一個數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐瓿晌蝗ゼせ钕乱粋€數(shù)據(jù)傳輸，如圖11.圖12.圖13. 所示

  
  圖11 S7-200程序段1
  
  圖12 S7-200程序段2

  
  圖13 S7-200程序段3
  如果通信未建立成功，可以對應(yīng)查詢子程序的錯誤代碼。

   硬件組態(tài)
  首先搭建一套測試設(shè)備，設(shè)備的結(jié)構(gòu)圖如下：
  2套S7-300系統(tǒng)由PS307電源、CPU314C-2DP、CPU314C-2PTP、CP343-1、CP343-1 IT、PC、CP5611、STEP7組成，PLC系統(tǒng)概貌如下圖：

  

  如下將向您一步一步展示如何實現(xiàn)2套S7-300之間的以太網(wǎng)通訊：
  第一步：打開SIMATIC Manager，根據(jù)我們系統(tǒng)的硬件組成，進行系統(tǒng)的硬件組態(tài)，如圖：
  插入2個S7300的站，進行硬件組態(tài)：

  

   

  分別組態(tài)2個系統(tǒng)的硬件模塊：

  

  

   

  設(shè)置CP343-1、CP343-IT模塊的參數(shù)，建立一個以太網(wǎng)，MPI、IP地址：

  

  

  

  

   

  二、 網(wǎng)絡(luò)組態(tài)
  組態(tài)完2套系統(tǒng)的硬件模塊后，分別進行下載，然后點擊Network Configration按鈕，打開系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)組態(tài)窗口NetPro，選中CPU314，如下圖：

  

  在窗口的左下部分點擊鼠標右鍵，插入一個新的網(wǎng)絡(luò)鏈接，并設(shè)定鏈接類型為ISO-on-TCP connection 或 TCP connection或 UDP connection 或 ISO Transport connection，如下圖：

  

  點擊OK后，彈出鏈接屬性窗口，使用該窗口的默認值，并根據(jù)該對話框右側(cè)信息進行后面程序的塊參數(shù)設(shè)定：

  

  

  當2套系統(tǒng)之間的鏈接建立完成后，用鼠標選中圖標中的CPU，分別進行下載，這里略去CPU314C-2DP的下載圖示：