西门子PLC实例教程.pdf.pdf

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PLC WORLD DC5V(+5V电源指示,绿色):5V电源正常时亮。 FRCE(强制,黄色):至少有一个O被强制时亮。 RUN(运行方式,绿色):CPU处于RUN状态时亮;重新启动时以2Hz的频率闪亮;HOLD (单步、断点)状态时以0.5Hz的频率闪亮。 STOP(停止方式,黄色):CPU处于STOP,HOLD状态或重新启动时常亮 BUSF(总线错误,红色) 图25CPU3182的面板 4.模式选择开关 (1)RUN-P(运行-编程)位置:运行吋还可以读出和侈改用户程序,改变运行方式。 (2)RUN(运行)位置:CPU执行、读出用户程序,但是不能修改用户程序。 (3)STOP(停止)位置:不执行用户程序,可以读出和修改用户程序。 (4)MRES(清除存储器):不能保持。将钥匙廾关从STOP状态搬到MRES位置 复位存储器,使CPU回到初始状态。 复位存储器操作:通电后从STO尸位置扳到MRES位置," STOPLED熄灭1s,亮1s,再 熄灭1s后保持亮。放开开关,使它回到ST○P位置,然后又回到MRES,“ STOP LED以 2Hz的频率至少闪动3s,表示正在执行复位,最后“STOP”ED一直亮。 某些CPU模块上有集成lO。 PLC使用的物理存储器:RAM,ROM,快闪存储器( Flash eProm)和 EEPROM。 S7-300CPU的分类 .紧凑型CPU:CPU312C,313C,313C-PtP,313C-2DP,314cPtP和314c2DP 各CPU均有计数、频率测量和脉冲宽度调制功能。有的有定位功能,有的带有MO 2.标准型CPU:CPU312,CPU313,314,315,315-2DP和316-2DP。 3.户外型cPU:CPU312FM,314|FM,314户外型和315-2DP。在恶劣的环境下使用。 4.高端CPU:317-2DP和CPU318-2DP。 5.故障安全型CPU:CPU315F S7-300的输入输出模块 输入(输出模块统称为信号模块(SM)。 前连接器插在前盖后面的凹槽内。一个编码元件与之啮合,该连接器只能插入同类模块。 两线式接近开关的漏电流小」输入模块允许的静态电流,汇点输入的电流流进输入模块,反 之为源输入电路。 SM323是S7-300的数字量输入输出模块,8D∥8DO,16DM16DO。 表2-13SM331模拟量输入模块的模拟值 范围双极性 百分比十进制十六进制±5∨±10V±20mA 上溢出118515%327677FFFH5926V11851V2370mA 超出范围117.589%325117EFFH5879V11.759V23.52mA 正常范围100.000%276486c00H5V10V20mA 0%00 0H OV 0V OmA -100.000%276489400H-5-10V-20mA PLC WORLD 低于范围-117.593%-325128100H-5.879V-11.759V-2352mA 下溢出-118519%-327688000H-5926V-11.851-23.70mA 范围单极性 百分比十进制十六进制0~10V0~20mA4~20mA 上溢出118.515%327677FFFH11852V23.70mA2296mA 超出范围117.589%325117EFFH11.759V23.52mA2281mA 正常范围100.000%276486C00H10V20mA20mA 0%0 0H mA 4 mA 低于范围-17593%-4864ED00H 3.52mA1.185mA 模拟值的精度小」15位,则模拟值左栘,左对齐 【例2-2】压力变送器的量稈为0~10MPa,输出信号为4~20mA,模拟量翰入模块的量 程为4~20mA,转换后的数字量为0-~27648,设转换后得到的数宇为N,试求以kPa为 单位的压力值。 解:0~10MPa(0~10000kPa)对应于转换后的数字0~27648,转换公式为 P=100008 acute;N/27648(kPa) 注意:在运算时一定要先乘后除,否则可能会损失原始数据的精度。 图2-13量程卡 【例23】某发电机的电压互感器的变比为10kV100(线电压),电流互感器的变比为 1000A/5A,功率变送器的额定输入电压和额定输入电流分别为AC100V和5A,额定输出 电压为DC±10V,模拟量输入模垬将DC±10V输入信号转换为数宇+27648和-27649。设 转换后得到的数字为N,求以kW为单位的有功功率值 解:根据互感器额定值计算的原边有功功率额定值为 由以上关系不难推算出互感器原边的有功功率与转换后的数字之间的关系为 17321/27648=0.62648kW/字。转换后的数字为N时,对应的有功功率为06265NKW) 如果以kW为单位显示功率P,使用定点数运算时的计算公式为 P=N& acute;6265/10000(kW 【例2-4】用于测量锅炉炉膛压力(−60Pa~60Pa)的变送器的输出信号为4 20mA,模拟量输入模块将0~20mA转换为数字0~27648,设转换后得到的数字为№, 试求以01Pa为单位的压力值。 解:4~20mA的模拟量对应于数字量5530~27648,即−600~600(0.1Pa)对 应于数字量5530~27648,压力的计算公式应为 1.EⅩ系列数宇量模拟量输入倫输出模块 EⅩ模块在化工等行业使用。将外部的本质-安仝设备(用于有爆炸危险区域的传感器和执行 器)与PLC非本质-安全内部回路隔离 2.F系列数宇量模拟量输入)输出模块 PLC WORLD 这些模块具有故障安仝运行的集成安仝功能,在ET200M分布式O或S7-300F中使用 用于连接有爆炸危险区域的设备。 S7-300的功能模块 1.计数器模块 模块的计数器均为0-~32位或31位加减计数器,可以判断脉冲的方向,模块给编码器供电。 达到比较值时发出中断。可以2倍频和4倍频计数。有集成的DDO。 FM350-1是单通道计数器模块,可以检测最高达500kHz的脉冲,有连续计数、单向计数、 循坏计数3和工作模式。FM350-2和CM35都是8通道智能型计数器模块。 2.位置控制与位置检测模块 FM351双通道定位模块用于控制变级调速电动机或变频器。FM353是步进电机定位模块。 FM354伺服电机定位模块。FM357可以用于最多4个插补轴的协同定位。FM352高速电 子凸轮控制器,它有32个凸轮轨迹,13个集成的DO,采用增量式编码器或绝对式编码器。 SM338超声波传感器检测位置,无磨损、保护等级高、精度稳定不变 3.闭环控制模块 FM355闭环控制模块有4个闭环控制通道,有自优化温度控制算法和PID算法。 4.称重模块 SIWAREXU称重模块是紧凑型电子称,测定料仓和贮斗的料位,对吊车载荷进行监控,对 传送带载荷进行测量或对工业提升机、轧机超载进行安全防护等。 SIWAREX M称重模块是有校验能力的电子称重和配料单元,可以组成多料称系统,安装在 易爆区域。 5.电源模块 PS307电源模块将120230伏交流电压转换为24V直流电压,为S7-300/400、传感器和 执行器供电。输出电沇有2A、5A或10A3种。电源模块安装在DN导轨上的插槽1。 图2-17S7-300的浮动参考电位 某烂大型工厂(例如化工厂和发电厂)为了监视对地的短路电流,可能采用浮动参考电位, 可以将M点与接地点之间的短接片去掉 2.5S7-400系列PLC的硬件组成 模块的尺寸为25(宽)x290(高)×210(深)mm。高炉喷煤工稈构成图。 集中式扩展方式适用于小型配置或一个控制柜中的系统。CC和EU的最大距离为1.5m(带 5V电源)或3m(不带5V电源)。 分布式扩展适用于分布范围广的场合,CC与最后一个EU的最大距离为100m(S7EU) 或600m(S5EU)。 用ET200分布式ⅣO可以进行远程扩展,用于分布范围很广的系统。通过CPU中的 PLC WORLD PROFIBUS-DP接口,最多连接125个总线节点。使用光缆时cC和最后一个节点的距离 为23km。 2.S7-400的特点 (1)运行速度高,S7416执行一条二进制指令只要0.08ms (2)存储器容量大,例如CPU417-4的RAM可以扩展到16MB,装载存储器( FEPROM 或RAM)可以扩展到64MB (3)MO扩展功能强,可以护展21个机架,S7417-4最多可以扩展262144个数字量O 点和16384个模拟量WO。 (4)有极强的通信能力,集成的MP能建立最多32个站的简单网终。大多数CPU集成 有PROF旧BUS-DP主站接∏,用来建立高速的分布式系统,通信速率最高12Mbts。锅炉 系统构成图 2.52机架与接口模块 (1)通用机架UR1/UR2 (2)中央机架,CR2是18槽,个电源模块和两个CPU模块。 CR3是4槽的中央机架,有MO总线和通信总线。 图217机架与总线 (3)扩展机架ER1/R2 ER1和ER2是扩展机架,分别有18槽和9槽,只有ⅣO总线。 (4)UR2H机架 UR2H机架用于在一个机架上配置一个完整的S7-400H冗余系统,每个均有自己的∥○ 两个电源模坎和两个冗余CPU模块。 2.5.3S7-40的通信功能 MP|、 PROFIBUS-DP、工业以太网或ASi现场总线,周期性自动交换∥O模块的数据。或 基于事件驱动,由用户程序块调用。 2.54冗余设计的容错自动化系统S7-400H S7 Software Redundancy(软件冗余性)可选软件在S7-300和S7-400标准系统上运行。 生产过程出现故障时,在几秒内切换到替代系统 S7-400H主要器件都是双重的:CPU、电源模块以及连接两个CPU的硬件 3.S7-400H冗余控制PLC的工作原理 S7-400H采用“热备用”模式的主动冗余原理,在发生故障时,无扰动地自动切换。 两个控制器使用相同的用广程序,接收相同数据,两个控制器同步地更新内容,任意·个了 系统有故障时,另一个承担仝部控制任务 2.55安全型自动化系统S7400F/FH S7-400F/FH使用标准模垬和安仝型模块,整个工厂用相同的标准工具软件来配置和编程 2.56多CPU处理 S7-400中央机架上最多4个具有多CPU处理能力的CPU同时运行。这些CPU自动地 同步地变换其运行模式。 适用场合:程序太长,存储空间不够,系统可以分。通过通信总线,CPU彼此互连 2.59输入/输岀模块 S7-400的信号模块地址在STEP7中自动生成。用户可以修改。 S7-400的模拟量模块起始地址从512开始,同类模块的地址按顺序连续排列。 表2-5模块地址举例 PLC WORLD 0号机架1号机架 槽号模块种类地址槽号模块种类地址 1PS41710A电源模块 32点D||B4~B7 216点DOQB2,QB3 3 CPU 412-2DP 3 16 DO QB4, QB5 416点DOQB0,QB148点AOQW528~QW543 516点D|1B0,B158点A|ⅣW544~W559 68点AO2个字节QW512QW527616点DOQB6,QB7 716点A2个字节W512~M54378点AN560~ⅣW575 816点D|1B2,B3832点DB8-|B11 9|M460-140939|M46104092 表2-6S7-300与S7-400性能比较接近的功能模块 功能模块S7-300系列S7-400系列 计数器模块FM350-1FM450-1 定位模块FM351,双通道FM451,3通道 定位模块FM353,双通道FM453,3通道 电子凸轮控制器FM352,13个数字量输出FM452,16个数字量输出 闭环控制模块FM355,4通道FM455,16通道 2.6ET200分布式O 基于 PROFIBUS-DP现场总线的分布式MO。O传送信号到CPU只需ms级。 只需要很小的空间,能在非常严酯的环境(例如酷热、严寒、强压、潮湿或多粉尘)中使用。 (1)电机启动器:异步电机的单向或可逆启动,7.5kW,最大电流40A,一个站可以带6 个电机启动器。 (2)气动系统:ET200X用于阀门控制 (3)变频器 (4)智能传感器:光电式编码器或光电廾关等与使用ET200S进行通信。 (5)安全技术:在冗氽设计的容错控制系统或安全自动化系统中使用。包括紧急断开开关, 安全门的监控以及众多与安全有关的电路。有ET200s故障防止模块、故障防止CPU和 PROF|Safe协议。 2.62ET200的分类 (1)ET200S是分布式∥O系统。 (2)ET200M是模块化的分布式∥O,采用S7-300全系列模块,最多8个模块 ET200M户外型温度范围-25°C到+60°C。 (3)ET200s是本质安全系统,适用于有爆炸危险的区域。 (4)ET200X:|P65/67的分布式O,相当」CPU314,可用于有粉末和水流喷溅的场合 (5)ET200eco是绎济实用的|O,P67。 (6)ET200R适用于机器人,能抗焊接火花的飞溅 (7)ET200L是小巧经济的分布式O,像明信片大小的ⅣO模块。 (8)ET200B:整体式的一体化分布式MO 3.1S7-300/400的编程语言 3.1.1PLC编程语言的国际标准 lEC61131是PLC的国际标准,1992~1995年发布了EC61131标准中的1~4部分,我 PLC WORLD 国在1995年11月发布了GBT15969-1/2/3/4(等同于|Ec61131-1/2/3/4) IEC61131-3广泛地应用PLC、DCS和工控机、“软件PLC”、数控系统、RTU等产品。 定义了5种编程语言 1)指令表( nstruction list):丙门子称为语句表STL 2)结构文本ST( Structured text):西门了称为结构化控制语言(SCL) 3)梯形图LD( Ladder diagram):西门子简称为LAD。 4)功能块图FBD( Function block diagram):标准中称为功能方框图语言 5)顺序功能图SFC( Sequential function chart):对应于西门子的S7 Graph。 3.1.2STEP7中的编程语言 梯形图、语句表和功能块图是3种基本编程语言,可以相互转换。 1.顺序功能图(SFC):STEP7中的S7 Graph 2.梯形图(LAD) 直观易懂,适合于数宁量逻辑控制。“能流"( Power flow)与程序执行的方向。 3.语句衣(STL):功能比梯形图或功能块图强。 4.功能垗图(FBD):"LOGo!"系列微型PLC使用功能块图编程 5.结构文木(ST):STEP7的S7SCL(结构化控制语言)符合EN61131-3标准 SCL适合于复杂的公式计算、复杂的计算仟务和最优化算法,或管理人量的效据等。 6.S7 HiGraph编程语言 图形编程语言S7 HiGraph属于可选软件包,它用状态图( state graphs)来描述异步、非 顺序过程的编程语言。 7.S7CFC编程语言 可选软件包CFC( Continuous function chart,连续功能图)用图形方式连接程序库中以 块的形式提供的各种功能 8.编程语言的相互转换与选用 在STEP7编程软件中,如果程序块没有错误,并且被正确地划分为网终,在梯形图、功能 块图和语句衣之间可以转换。如果部分网络不能转换,则用语句表表示。 语句表可供喜欢用汇编语言编程的用户使用。语句表的输入快,可以在每条语句后面加上注 释。设计高级应用程序时建议使用语句表。 梯形图适合于熟悉继电器电路的人员使用。设计复杂的触点电路时最好用梯形图。 功能块图适合于熟悉数字电路的人使用 S7SCL編程语言适合于熟悉晑级编程语言(例如 PASCAL或C语言)的人使用 S7 Graph, HiGraph和CFC可供有技术背景,但是没有PLC编程经验的用户使用 s7 Graph对顺序控制过程的编程非常方便, HiGraph适合于异步非顺序过程的编程,CFC 适合丁连续过程控制的编程 32S7-300/400cPU的存储区 32.1数制 1.二进制数 进制数的1位(bit)只能取0和1这两个不同的值,用来表示开关量的两种不同的状态 该位的值与线圈、触点的关系。ON/OFF, TUREFALSE。二进制常数 2#1111011010010001。 2.十六进制数 十六进制的16个数字是0~9和A~F,每个占二进制数的4位。B#16#,W#16#, PLC WORLD DW#16#,W#16#13AF(13AFH)。逢16进1,例如B#16#3C=3×16+12=60。 3.BCD码 BCD码用4位二进制数表小一位十进制数,十进制数9对应的二进制数为1001 最高4位用来表示符号,16/32位BCD码的范围。BCD码实际上是十六进制数,但是各位 之间逢十进。296对应的BCD码为W#16#296,或2#0000001010010110 2#0000000100101000对应的十进制数也是296,对应的十进制数为 322基木数据类型 1.位(bit):位数据的数据类型为BOOL(布尔)型。13.2的意义。 2.宇芍(Byte) 3.字 Word)表示无符号数。取值范围为W#16#0000~W#16#FFF。 4.双字( Double word)表示无符号数。范围DW#16#00000000DW#16# FFFF FFFF 5.16位整数(NT, nteger)是有符号数,补码。最高位为符号位,为0时为正数,取值 范围为-32768-32767 6.32位整数(DNT, Double Integer)最高位为符号位,取值范围为MB100M表小内 部存储区 -2147483648-2147483647。 图3-6字节、字和双字 32.3复合数据类型与参数类型 1.复合数据类型 通过组合基本数据类型和复合数据类型可以生成下面的数据类型 (1)数组( ARRAY) (2)结构( STRUCT) (3)字符串(STR|NG)是最多有254个字符(CHAR)的一维数组 (4)日期和吋间( DATE AND TIME)用于存储年、月、日、吋、分、秒、亳秒和星期,占 用8个字节,用BCD格式保存。星期天的代码为1,星期一~星期六的代码为2~7。 例如DT#2004-07-15-12:30:15200为2004年7月15日12时30分152秒。 (5)用户定义的数据类型UDT(user- defined data types) 在数据块DB和逻辑块的变量声明表中定义复合数据类型。 2.参数类型 为在逻辑块之间传递参数的形参( formal parameter,形式参数)定义的数据类型: (1)TMER(定时器)和 COUNTER(计数器):对应的实参( actual parameter,实际参 数)应为定时器或计数器的编号,例如T3,C21。 (2) BLOCK(块):指定一个块用作输入和输出,实参应为同类型的块。 32.5系统存储器(存储器RAM=用户RAM+系统RAM) 1.过程映像输入/输出(Q) 在扫描循环开始时,CPU读取数字量输入模块的输入信号的状态,并将它们存入RAM中 过程怏像输入( process image input,PH)中。 在扫描循环中,用户稈序计算输出值,并将它们存入过程映像输出表 ( process image output,PQ〕。在循环扌描结束时将过程映像输出表的内容写入数字量 输出模块 PLC WORLD 和Q均以按位、字节、字和双字来存取,例如l0.0,Q4.0、B0,Ⅳ0和ID0。 与直接访问O模块相比的优缺点 2.内部存储器标志位(M)存储器区MB1 3.定时器(T)存储器区 时间值可以用二进制或BCD码方式读取。 4.计数器(C)存储器区 计数值(0~999)可以用二进制或BCD码方式读取。 5.共享数据块(DB)与背景数据块(D|) DB为共享数据块,DBX23,DBB5,DBW10和DBD12 D|为背景数据块,DX,DB,DNW和D|D。 6.外设MO区(P|/PO) 外设输入(P和外设输出(PQ)区允许直接访问本地的和分布式的输入模块和输出模 块。可以按字节(P|B或PQB)、字(PW或PQW)或双字(PD或PQD)存取,不能 以位为单位存取P和PO。 326cPU中的寄存器 累加器( ACCUX) 累加器用」处理字节、字或双字的寄存器S7-300有两个32位累加器(ACCU1和ACCU2), S7400有4个累加器(AccU1~ACCU4)。数据放在累加器的低端(右对齐)。 2.状态字奇存器(16位) 首次检测位斥C,逻辑运算结果(RLO); 状态位STA不能用指令检测 OR位暂逻辑“与”的操作结果(先与后或); 算术运算或比较指令执行时出现错误,溢出位O∨被置1 O∨位被置1时溢出状态保持位Os位也被置1,ⅴ位被清0时OS仍保持为1,用于指明 前面的指令执行过程中是否产生过错误。 条件码1(CC1)和条件码0(CCO)综合起来用于表示在累加器1中产生的算术运算或逻 辑运算的结果与0的大小关系、比较指令的执行结果或移位指令的移山位状态。 二进制结果位(BR)在一段既有位操作又有字操作的程序中,用于表示字操作结果是否正 确。在梯形图的方框指令中,BR位与ENO有对应关系,用于表明方框指令是否被正确执 行:如果执行出现了错误,BR位为0,ENO也为0;如果功能被正确执行,BR位为1, ENO也为1。 图39状态字的结构 3.数据块寄存器:DB和D|寄存器分别用来保存打廾的共亨数据块和背景数据块的编号。 33位逻辑指令 位逻辑指令用于二进制数的逻辑运算。位逻辑运算的结果简称为RLO。 331触点指令 1.触点与线圈 A(And,与)指令来衣示串联的常丌触点 o(Or,或)指令来表示并联的常开触点。 AN( And not,与非)米表示串联的常闭触点, ON( Or not)来表小并联的常闭触点

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2019-10-24
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