2第2章 S7300系列中型PLC.docx
- 文档编号:17859836
- 上传时间:2023-08-04
- 格式:DOCX
- 页数:52
- 大小:453.74KB
2第2章 S7300系列中型PLC.docx
《2第2章 S7300系列中型PLC.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《2第2章 S7300系列中型PLC.docx(52页珍藏版)》请在冰点文库上搜索。
2第2章S7300系列中型PLC
第二章SIMATICS7—300PLC系统特性及硬件构成
前面我们介绍了可编程控制器的基本原理,本章主要介绍SIMATICS7—300PLC的特性及其主要模块.S7—300PLC与其它可编程控制器一样,都采用循环扫描工作方式.即CPU首先扫描输入模块的状态,并更新输入过程映像寄存器,然后执行用户程序,最后从输出过程映像寄存器中将值输出到输出模块,以此循环下去.
2.1S7—300PLC系统结构
2.1.1S7—300PLC的组成
S7—300PLC功能强、速度快、扩展灵活,它具有紧凑的、无槽位限制的模块化结构,其系统构成如图2.1所示。
它的主要组成部分有导轨(RACK)、电源模块(PS)、中央处理单元CPU模块、接口模块(IM)、信号模块(SM)、功能模块(FM)等。
通过MPI网的接口直接与编程器PG、操作员面板OP和其它S7PLC相连。
导轨是安装S7—300各类模块的机架,它是特制不锈钢异型板,其长度有160,482,530,830,2000(mm)五种,可根据实际需要选择。
电源模块、CPU及其它信号模块都可方便地安装在导轨上。
S7—300采用背板总线的方式将各模块从物理上和电气上连接起来,如图2.2所示。
图2.2背板总线连接图
除CPU模块外,每块信号模块都带有总线连接器,安装时先将总线连接器装在CPU模块并固定在导轨上,然后依次将各模块装入。
电源模块PS307输出24VDC,它与CPU模块和其它信号模块之间通过电缆连接,而不是通过背板总线连接。
中央处理单元CPU模块有多种型号,如CPU312IFM,CPU313,CPU314,CPU315,CPU315—2DP等。
CPU模块除完成执行用户程序的主要任务外,还为S7—300背板总线提供5V直流电源,并通过MPI多点接口与其它中央处理器或编程装置通信。
S7—300的编程装置可以是西门子专用的编程器,如PG705,PG720,PG740,PG760等,也可以用通用微机,配以STEP7软件包,并加MPI卡或MPI编程电缆构成。
信号模块SM使不同的过程信号电平和S7—300的内部信号电平相匹配,主要有数字量输入模块SM321、数字量输出模块SM322、模拟量输入模块SM331、模拟量输出模块SM332。
每个信号模块都配有自编码的螺紧型前连接器,外部过程信号可方便地连在信号模块的前连接器上。
特别指出的是其模拟量输入模块独具特色,它可以接入热电偶、热电阻、4~20mA电流、0~10V电压等18种不同的信号,输入量程范围很宽,
功能模块FM主要用于实时性强、存储计数量较大的过程信号处理任务。
例如快给进和慢给进驱动定位模块FM351、电子凸轮控制模块FM352、步进电机定位模块FM353、伺服电机位控模块FM354、智能位控制面模块SINUMERIKFM-NC等。
通信处理器是一种智能模块,它用于PLC间或PLC与其它装置间联网实现数据共享。
例如,具有RS—232C接口的CP340,与现场总线联网的CP342-5DP等。
2.1.2S7—300的扩展能力
S7—300是模块化的组合结构,根据应用对象的不同,可选用不同型号和不同数量的模块。
并可以将这些模块安装在同一机架(导轨)或多个机架上。
与CPU312IFM和CPU313配套的模块只能装在一个机架上。
除了电源模块、CPU模块和接口模块外,一个机架上最多只能在安装八个信号模块或功能模块。
CPU314/315/315-2DP最多可扩展为四个机架,IM360/IM361接口模块将S7—300背板总线从一个机架连接到下一个机架,如图2.3所示。
中央处理单元总是在0号机架的2号槽位上,1号槽安装电源模块,3号槽总是安装接口模块。
槽号4至11,可自由分配信号模块、功能模块和通信模块。
需要注意的是,槽位号是相对的,每一机架的导轨并不存在物理的槽位。
用于发送的接口模块IM360,装在0号机架3号槽。
通过专用电缆,将数据从IM360发送到IM361。
IM360和IM361的最大距离为10m.IM361上有指示系统状态和故障的发光二极管LED,如果CPU不确认此机架,则LED闪烁,可能是连接电缆没接好或者是串行连接的IM361关掉了。
具有接受功能的接口模块IM361,用于S7—300的机架1到机架3的扩展,通过连接电缆把数据从IM360接收到IM361或者从一个IM361传到另一个IM361。
IM361和IM361之间的最大距离也为10m。
IM361不仅提供数据传输功能,还将24V直流电压转换为5V直流电压,给所在机架的背板总线提供直流5V电源,供电电流不超过1.2A,CPU312IFM不超过0.8A。
所以,每个机架所能安装的模块数量除了不能大于8块外,还要受到背板总线5V供电电流的限制,即每个机架上各模块消耗的5V电流之和应小于该机架最大的供电电流。
如果只扩展两个机架,可选用比较经济的IM365接口模块对,这一对接口模块由1m长的连接电缆相互固定连接。
IM365不提供直接5V电源,此时,在两个机架上直流5V的总电流耗量限在1.2A之内。
且由于IM365不能给机架1提供通信总线,所以在机架1上只能安装信号模块,而不能安装通信等其它智能模块。
图2.3S7—300机架和槽位图
2.1.3S7—300模块地址的确定
S7—300的数字I/O默认地址分配如图3.4所示。
模拟量I/O默认地址分配如图3.5所示。
接口
机架3
模块
IM361
96.0
至
99.7
100.0
至
103.7
104.0
至
107.7
108.0
至
111.7
112.0
至
115.7
116.0
至
119.7
120.0
至
123.7
124.0
至
127.7
机架2
接口
模块
IM361
64.0
至
67.7
68.0
至
71.7
72.0
至
75.7
76.0
至
79.7
80.0
至
83.7
84.0
至
87.7
88.0
至
91.7
92.0
至
95.7
接口
机架1
模块
IM361
32.0
至
35.7
36.0
至
39.7
40.0
至
43.7
44.0
至
47.7
48.0
至
51.7
52.0
至
55.7
56.0
至
59.7
60.0
至
63.7
机架0
CPU
电源
接口
模块
IM361
0.0
至
3.7
4.0
至
7.7
8.0
至
11.7
12.0
至
15.7
16.0
至
19.7
20.0
至
23.7
24.0
至
27.7
28.0
至
31.7
图2.4S7—300数字I/O默认地址
接口
机架3
模块
IM361
640
至
655
656
至
671
672
至
687
688
至
703
704
至
719
720
至
735
736
至
751
752
至
767
接口
机架2
模块
IM361
512
至
527
528
至
543
544
至
559
560
至
575
576
至
591
592
至
607
608
至
623
624
至
639
接口
机架1
模块
IM361
384
至
399
400
至
415
416
至
431
432
至
447
448
至
463
464
至
479
480
至
495
496
至
511
机架0
CPU
电源
接口
模块
IM361
256
至
271
272
至
287
288
至
303
304
至
319
320
至
335
336
至
351
352
至
367
368
至
383
图2.5S7—300模拟I/O默认地址
根据机架上模块的类型,地址可以为输入(I)或输出(O)。
数字I/O模块每个槽划分为4Byte(等于32个I/O点)。
模拟I/O模块每个槽划分为16Byte(等于8个模拟量通道),每个模拟量输入通道或输出通道的地址总是一个字地址。
在机架0的第一个信号模块槽(槽4)的地址为0.0至3.7,一个16点的输入模块只占用0.0至1.7,地址2.0至3.7未用。
数字量模块里的输入点和输出点的地址由字节部分和位部分组成。
例如:
在图2.6中,4号信号模块分别安装在两个机架上。
SM321装在0架4槽,16点数字量输入地址为0.0,0.1,…,0.7,1.0,1.1,…,1.7;SM331装在0架5槽,4路模拟量输入字地址为272,274,276,278;SM322装在1架4槽,16点数字量输出地址为32.0,32.1,…,32.7,33.0,33.1,…,33.7;SM332装在1架5槽,4路模拟量输出字地址为400,402,404,406。
机架1
接口
模块
IM361
16点
数字量输出
SM322
4通道
模拟量输出
SM332
机架0
电源
模块
PS307
CPU
模块
314
接口
模块
IM360
16点
数字量输出
SM321
4通道
模拟量输出
SM331
图2.6模块地址示意图
2.2S7—300PLC存储区简介
这一节主要介绍西门子S7—300PLC的存储区结构。
存储区结构与编程方式有着密切的关系。
下面首先简单了解一下S7—300的编程方式,在后续章节还要对其作详细介绍。
2.2.1S7—300编程方式简介
S7—300PLC的编程语言是STEP7。
STEP7继承了STEP5语言结构化程序设计的优点,用文件块的形式管理用户编写的程序及程序运行所需的数据。
如果这些文件块是子程序,可以通过调用语句,将它们组成结构化的用户程序。
这样,PLC的程序组织明确,结构清晰,易于修改。
通常,用户程序由组织块(OB)、功能块(FB,FC)、数据块(DB)构成。
其中,OB是系统操作程序与用户应用程序在各种条件下的接口界面,用于控制程序的运行。
OB块根据操作系统调用的条件(如时间中断、报警中断等)分成几种类型,这些类型有不同的优先级,高优先级的OB可以中断低优先级的OB。
每个S7CPU包含一套可编程的OB块(随CPU而不同),不同的OB块执行特定的功能。
OB1是主程序循环块,在任何情况下,它都是需要的。
根据过程控制的复杂程度,可将所有程序放入OB1中进行线性编程,或将程序用不同的逻辑块加以结构化,通过OB1调用这些逻辑块。
图3.7所示是一个STEP7调用实例。
除了OB1,操作系统可以调用其它的OB块以响应确定事件。
其它可用的OB块随所用的CPU性能和控制过程的要求而定。
功能块(FB,FC)实际是用户子程序,分为带“记忆”的功能块FB和不带“记忆”的功能块FC。
前者有一个数据结构与该功能块的参数表完全相同的数据块(DB)附属于该功能块,并随功能块的调用而打开,随功能块的结束而关闭。
该附属数据块叫做背景数据块(InstanceDataBlock),存放在背景数据块中的数据在FB块结束时继续保持,也即被“记忆”。
功能块FC没有背景数据块,当FC完成操作后数据不能保持。
数据块(DB)是用户定义的用于存取数据的存储区,也可以被打开或关闭。
DB可以是属于某个FB的情景数据块,也可以是通用的全局数据块,用于FB或FC。
S7CPU还提供标准系统功能块(SFB,SFC),它们是预先编好的,经过测试集成在
图2.7STEP7调用结构举例
S7CPU中的功能程序库。
用户可以直接调用它们,高效地编制自己的程序。
由于它们是操作系统的一部分,不须将其作为用户程序下载到PLC.与FB块相似,SFB需要一个背景数据块,并须将此DB块作为程序的一部分安装到CPU中。
不同的CPU提供不同的SFB、SFC功能。
系统数据块(SDB)是为存放PLC参数所建立的系统数据存储区。
用STEP7的S7组态软件可以将PLC组态数据和其它操作参数存放于SDB中。
2.2.2S7—300PLC的存储区
S7—300CPU有三个基本存储区,如图2.8所示,其中:
(1)系统存储区:
RAM类型,用于存放操作数据(I/O、位存储、定时器、计数器)。
(2)装载存储区:
物理上是CPU模块的部分RAM,加上内置的EEPRROM或选用的可拆卸FEPROM卡,用于存放用户程序。
(3)工作存储区:
物理上占用CPU模块中的部分RAM,其存储内容是CPU运行时,所执行的用户程序单元(逻辑块和数据块)的复制件。
CPU工作存储区也为程序块的调用安排了一定数量的临时本地数据存储区或称L堆栈。
L堆栈中的数据在程序块工作时有效,并一直保持,当新的块被调用时,L堆栈重新分配。
图2.8也表明,S7CPU还有两个累加器、两个地址寄存器、两个数据块地址寄存器和一个状态字寄存器。
图2.8S7—300存储区示意框图
CPU程序所能访问的存储区为系统存储区的全部、工作存储区的数据块DB、暂
时局部数据存储区、外设I/O存储区(P)等,其功能见表2.1。
表2.1程序可访问的存储区及功能
名称
存储区
存储区功能
输入(I)
过程输入映像表
扫描周期开始,操作系统读取过程输入值并录入表中,在处理过程中程序使用这些值
每个CPU周期,输入存储区在输入映像表中所存放的输入状态值,它们是外设输入存储区头128Byte的映像
输出(O)
过程输出映像表
在扫描周期中,程序计算输出值并存放在该表中,在扫描周期结束后,操作系统从表中读取输出值,并传送到过程输出口,过程输出映像表是外设输出存储区头128Byte的映像
位存储区(M)
存储位
存储程序运算的中间结果
外设输入(PI)
外设输出(PQ)
I/O:
外设输入
I/O:
外设输出
外设存储区允许直接访问现场设备(物理的或外部的输入和输出)
外设存储区可以字节,字和双字格式访问,但不可以位方式访问
定时器(T)
定时器
为定时器提供存储区
计时时钟访问该存储区中的计时单元,并以减法更新计时值
定时器指令可以访问该存储区和计时单元
计数器(C)
计数器
为计数器提供存储区,计数指令访问该存储区
临时本地数据
本地数据堆栈
(L堆栈)
在FB、FC或OB运行时设定、在块变量声明表中声明的暂时变量存在该存储区中,提供空间以传送某些类型参数和存放梯形图中间结果。
块结束执行时,临时本地存储区再行分配。
不同的CPU提供不同数量的临时本地存储区
数据块(DB)
数据块
DB块存放程序数据信息,可被所有逻辑块公用(“共享”数据块)或被FB特定占用“背景”数据块
外设输入(PI)和外设输出(PQ)存储区除了和CPU的型号有关外,还和具体的PLC应用系统的模块配置相联系,其最大范围为64KB。
CPU可以通过输入(I)和输出(Q)过程映像存储区(映像表)访问I/O口。
输入映像表128Byte是外设输入存储区(PI)首128Byte的映像,是在CPU循环扫描中读取输入状态时装入的。
输出映像表128Byte是外设输出存储区(PQ)的首128Byte的映像。
CPU在写输出时,可以将数据直接输出到外设输出存储区(PQ),也可以将数据传送到输出映像表,在CPU循环扫描更新输出状态时,将输出映像表的值传送到物理输出。
图2.9和图2.10分别演示了CPU读取输入数据和输出数据的过程,两图中涉及的各模块的安装位置见图2.6。
图2.9中,用户程序依次将输入字节地址0(IB0)、外设输入字节地址O(PIBO)、外设输入字地址(PIW272)和外设输入字节地址278(PIB278)中的数据读入到CPU中。
IBO和PIBO中的值完全一样,是0架4槽16点开关量输入模块SM321前8点的状态,即I0.0,I0.1,…,I0.7。
PIW272和PIB278中的值是0架5槽8通道模拟量输入模块SM331通道1的16位二进制数据和通道4的8位二进制数据。
图2.10中,用户程序依次将输出字节地址32(QB32)、外设输出字节地址32(PQB32)、外设输出字地址400(PQW400)及外设输出字节地址406(PQB406)中的值,输出至1架4槽的开关量输出模块SM322和1架5槽的模拟量输出模块SM332。
根据以上两例的分析和图2.4、图2.5的地址表可以看出,只有开关量模块即可用I/O映像表也可通过外设I/O存储区进行数据的输入、输出。
而模拟量模块由于其最小地址已超过了I/O映像表的最大值128Byte,所以只能以字节、字或双字的形式通过外设I/O存储区直接存取。
2.3S7—300PLC中央处理单元CPU模块
S7—300有CPU312IFM,CPU313,CPU314,CPU315,CPU315-2等中央处理单元可供选择。
CPU312IFM模块上集成有10个数字量输入点和6个数字量输出点。
CPU313,CPU314,CPU315模块上不带集成的I/O端口,其存储器容量、指令执行速度、可扩展的I/O点数、计数器/定时器数量、软件块数量等随序号的递增而增加。
CPU315-2DP除具有现场总线扩展功能外,其它特性与CPU315相同。
2.3.1CPU模块概述
表2.1列出了各中央处理单元CPU的主要特性,包括存储器容量、指令执行时间、最大I/O点数、各类编程元件(位存储器、计数器、定时器、可调用块)数量等。
表2.1中央处理单元CPU的主要特性
特性
CPU312IFM
CPU313
CPU314
CPU315/315-2DP
装载存储器
1.内置20KBRAM
2.内置20KBEEPROM
1.内置20KBRAM
2.最大可扩展256KB
FLASH-EPROM存储器卡
内置40KBRAM
最大可扩展512KB
FLASH-EPROM存储器卡
1.内置80KBRAM
2.最大可扩展512KB
FLASH-EPROM存储器卡
随机存储器
6KB
12KB
24KB
48KB
执行时间:
位操作
字操作
定点加
浮点加
0.6μS
2μS
3μS
60μS
0.6μS
2μS
3μS
60μS
0.6μS
1μS
2μS
50μS
0.6μS
1μS
2μS
50μS
最大数字量I/O
点数
144(包括集成在CPU板上的10个输入点和6个输出点)
128
512
1024
最大模拟量
I/O通道数
32
32
64
128
最大配置
一个机架,8块模块
一个机架,8个模块
4个机架,32个模块
4个机架,32个模块
时钟
软件时钟
软件时钟
硬件时钟
硬件时钟
定时器
64
128
128
128
计数器
32
64
64
64
位存储器
1024
2048
2048
2048
可调用块:
组织块OB
功能块FB
功能调用FC
数据块DB
系统数据块SDB
系统功能块SFC
系统功能块SFB
3
32
32
63
6
25
2
13
128
128
127
6
34
—
13
128
128
127
9
34
—
13/14
128
128
127
9
37/40
—
1.CPU312IFM
CPU312IFM内置6KBRAM,其装载存储器为内置的20KBRAM和20KB的EEPROM,指令执行速度为每执行1000条(二进制)指令约需0.7ms。
图3.11是CPU312IFM的面板布置图和接线图。
在其CPU板上集成有10个数字输入点,其中I124.6,I124.7,I125.0,I125.1四个口提供中断输入、计数器及频率计等特殊功能。
在额定输入电压24VDC下,标准输入时延50μS。
CPU312IFM板上还集成有6个开关量输出点,额定负载电压为24VDC,额定电流0.5A。
需要特别注意的是CPU312IFM模块不带反向极性的保护,如果输出点极性接反了,将破坏集成在板上的输出点,但CPU并不因此停机,输出指示发光二极管LED仍亮,即不指示该种错误。
CPU312IFM的S7—300扩展模块只能装在一个机架上,最大扩展数字量输入点128+10,最大扩展数字量输出点128+6,最大模拟量通道32个。
CPU312IFM的时钟是软件时钟,不带后备电池。
在用户程序中可以用系统功能调用SFC0“SET-CLK”,SFC1“READ-CKK”以设定或读出当前时钟信息,也可以借助STEP7软件设定或读出时间信号。
2.CPU313
CPU313具有12KB的RAM,20KB(RAM)的装载存储器,可用存储卡扩充装载存储器容量最大到256KB,每执行1000条二进制指令约需0.7ms,扩展模块只能装在一个机架上,最大扩展128点数字量I/O和32路模拟量通道,其面板布置图如图3.12所示。
CPU313采用的也是软件时钟,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。
在用户程序中用系统功能调用SFC2“SET_RTM”,SFC3“CTRL_RTM”和SFC4“READ_RTM”以编制工作时间计时器的程序。
3.CPU314
CPU314具有24KBRAM,40KB(RAM)的装载存储器,可用存储卡扩充装载存储器容量最大到512KB,每执行1000条二进制指令约需0.3ms。
最大可扩展512点数字量I/O或64路模拟量通道。
CPU314内装硬件实时时钟,如安装后备电池,则在电源关掉时CPU的时钟仍继续工作。
时钟的设置、读出方法同CPU312IFM。
工作时间计时器同CPU313。
CPU314的操作系统是事件驱动的用户程序扫描过程。
CPU响应哪些事件,操作系统自动调用该事件的组织块OB。
例如,用于循环扫描的OB1;用于再启动的OB100;时间/日期中断OB10;延时中断(1~6000ms)OB20;硬件中断OB35;诊断中断OB82及错误/故障组织块OB80,OB81,OB85,OB87,OB121,OB122等。
CPU314可调用128个功能块FB(0~127);128个功能调用FC(0~127);127个数据块DB(1~127,0保留);OB,FB,FC,DB的容量均不大于8KB。
除此以外,有34个系统功能SFC集成在操作系统中供用户调用(详见附表B),有九个系统数据块SDB装载S7—300的系统参数,如表3.3所示,这些参数可用STEP7组态软件输入。
表3.3CPU314系统数据块参数
SDB
内容
SDB0
中央处理单元CPU314的参数
SDB1
中央处理单元CPU自动进入S7-300实际结构
SDB2
中央处理单元CPU314的缺省参数值
SDB5
在S7-300结构中用于MPI结点的通信参数
SDB100
在机架0中的
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 2第2章 S7300系列中型PLC S7300 系列 中型 PLC