四SIMATICS7-300PLC及指令系统ppt课件.ppt
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1、四、SIMATIC S7-300 PLC及指令系统,4.1 系统组成 4.2 系统配置 4.3 指令系统简介 4.4 程序结构 4.5 S7 PLC的网络通信,4.1 S7-300 PLC的系统组成,S7-300 PLC的硬件构成 : CPU模块 接口模块(IM) I/O模块(SM) 功能模块(FM) 电源模块(PS) 导轨(RACK)等,4.1.1 CPU单元,SIMATIC S7-300有多种性能级别的CPU: 1. 各种CPU均封装在一个紧凑的塑料壳体内 2. CPU上集成有MPI多点接口, MPI接口可以使PLC与其它PLC、OS、PG、OP等建立通信联系,可建立由多个站点组成的简单网
2、络。 3. CPU31x 2集成Profibus-DP接口,适用于大范围分布式自动化结构。 4. 通过模块扩展,可以实现EtherNet通信 5. 执行速率、存储器容量、可扩展I/O点数等都随着CPU序号的递增而增加。,CPU单元1,4.1.2 模拟量输入模块(SM331),模拟量值的表示方法,SM331的输入测量范围很宽,可直接输入电压、电流、电阻、mV等信号,单极性电压、电流输入的数字化表示:,双极性是什么意思?,L PIW 400 /从端口地址(例如:400)读入十进制转换结果 T # Dec_in /存入临时变量Dec_in,表示临时变量 CALL “SCALE“ /直接调用系统提供的
3、转换函数,以下是输入输出参数 IN : =# Dec_in /入口参数:十进制转换结果 HI_LIM : =2.000000e+002 /入口参数:工程量上限200,kPa(PLC本身没有单位概念) LO_LIM : =0.000000e+000 /入口参数:工程量下限0 BIPOLAR : =FALSE /入口参数:TRUE为双极性,FALSE为单极性 RET_VAL : =#ret /出口参数:返回值(准确0,错误其它值) OUT : =#In_result /出口参数:工程量转换结果,420mA 15VDC 010mA 020mA ,数字量 027648 -2764827648,工程量,
4、如: 0200kPa ,变送器:把(0200kPa)转换为(420mA) 模 块:把(420mA)转换为(0,27648) 程 序:把(0,27648)转换为(0200kPa)的值( In_result ),共程序调用,SM331模块的硬件设置,2种规格型号:8通道、2通道, 模拟量模块装有量程块,调整量程块的方位可改变模块内部的硬件结构 每两个相邻输入通道共用一个量程块,构成一个通道组。 量程块是一个正方体的短接块,在上方有“A”,“B”,“C”,“D”四个标记 不同的量程块位置,适用于不同的测量方法和测量范围。,SM331量程块设置对应关系 :,SM331模块的软件设置,SM331模块的信
5、号连接,电压信号,电流信号,毫伏信号,电阻信号,输入信号类型:,电压信号连接,模块配置成电压输入(B),电流信号连接,两线制仪表与四线制仪表?,模块配置成四线制电流输入(C),只接收420mA电流,四线制仪表,四线制输入,电流信号连接,模块配置成四线制电流输入(C),只接收420mA电流,二线制仪表,四线制输入,电流信号连接,模块配置成二线制电流输入(D),带配电接收420mA电流,二线制仪表,二线制输入,内部原理示意,毫伏信号连接,一般什么仪表输出mV信号? 该仪表在使用时需要注意什么?,补偿导线,外部补偿,内部补偿,电阻信号连接,一般什么仪表输出信号? 该仪表在使用时需要注意什么?,四线制
6、连接方式,三线制连接方式,二线制连接方式,P,4.1.3 模拟量输出模块(SM332),模拟量值的表示方法,SM332模块可以输出电压和电流两种类型的信号,CALL “UNSCALE“ /直接调用系统提供的转换函数,以下是输入输出参数 IN :=#Out /入口参数:阀位值0100浮点数 HI_LIM :=1.000000e+002 /入口参数:阀位上限100 LO_LIM :=0.000000e+000 /入口参数:阀位下限0 BIPOLAR :=FALSE /入口参数:TRUE为双极性输出,FALSE单极性输出 RET_VAL :=#Err /出口参数:返回值 OUT :=#Out_res
7、ult /出口参数:十进制转换结果存入临时变量 L #Out_result T PQW 416 /十进制转换结果输出到过程输出缓冲区,如416,程 序:把(0100)转换为(027648) 模 块:把(027648 )转换为(420mA) 执行器:把(420mA)转换为相应的阀位,SM332模块的软件设置(不需要硬件设置),SM332有212、412、812位等AO模块,其特性、参数、工作原理完全相同。,SM332模块的信号连接,电压信号,电流信号,输出信号类型:,每通道有4个端子,电压输出,RL,RL,电压输出(4线) 电压输出(2线),电流输出,RL,Io,4.1.4 开关量输入模块 (S
8、M321),开关量输入模块SM321主要有直流信号输入和交流信号输入二大类,4.1.5 开关量输出模块(SM322),SM322模块有晶体管、可控硅和继电器3种输出类型,4.2 系统配置,根据自动化系统的实际规模和要求,配置PLC硬件系统。,S7系列PLC采用的是模块化的结构形式,根据系统规模用户可选择不同型号和不同数量的模块,并把这些模块安装在一个或多个机架上。 除了CPU模块、电源模块、通信接口模块之外,它规定每一个机架最多可以安装8个I/O信号模块。 一个PLC系统的最大配置能力(包括I/O点数、机架数等)与CPU的型号相关,常用的模块: CPU:312、313、314、315-2DP、
9、316-2 电源:PS-307(2A、5A、10A)、SITOP(5A、10A、20A、40A) 接口模块(连接机架):IM365(CR,最多1)/IM365(ER,最多1) IM360(CR,最多1)/IM361(ER,最多3) IM153(ER,最多127,DP总线) AI:SM331(I、V、mV、;2通道、8通道) SM331 RTD( ;2通道、8通道) AO:SM332(I、V;2通道、4通道,8通道) DI:SM321(8/16/32通道) DO:SM322 (8/16/32通道),某系统需要,输入:46路420mA信号 输入:4路PT100信号 输出:32路420mA信号,要求
10、配置S7 PLC的I/O模块并选择合适的CPU单元,每路420mA占1个A/D通道 需46个A/D通道,需7块8通道SM331,每路420mA占1个D/A通道 需32个D/A通道,需4块8通道SM332,示例:,电阻信号可以配置RTD模块 需4个RTD通道,需1块8通道SM331 RTD,(1) IO模块配置一,冗余10个通道,冗余4个RTD通道,过多的冗余是浪费,但适当的冗余还是必要的,总计12块SM模块,需要2个机架,每路420mA占1个A/D通道 需46个A/D通道,每路420mA占1个D/A通道 需32个D/A通道,需4块8通道SM332,示例:,每路电阻信号占2个A/D通道 需8个A
11、/D通道,需7块8通道SM331,(2) IO模块配置二,冗余2个A/D通道,总计11块SM模块,需要2个机架,(3) CPU配置,该系统需要12个SM模块,必须安装到2的机架,如果单纯从I/O配置的角度分析(暂不考虑内存、速度需求),根据表7.1中的性能参数,该系统可以选用CPU314或CPU314以上的型号均可。,有三种选择:,示例:,(3) 接口模块,(4) 电源模块,模块供电,外部仪表供电(确定合适的电源模块的功率) 尽管理论上可以集中供电,即两个机架用同一个电源,但实际系统建议每个机架分别配置电源模块 2块,第一种:IM365/IM365,最经济 第二种:IM360/IM361,有一
12、定扩展 能力,可以扩到4个机架 第三章:IM153,CPU上需要有DP口(或者通过模块扩展DP口),有很大的扩展能力,可方便地和其他系统组网,示例:,(5) 其它附设,导轨:安装各种模块(几个机架至少几块) 与上位机通信的接口卡:板卡式MPI网卡CP5611 编程电缆(外置,USB或者串口连接) 内存卡:新CPU必须,有不同容量,如64KB、128KB、512KB、2MB、4MB 总线连接器:DP总线连接、上下位机采用网卡连接时需要,每点1个 通信电缆(屏蔽双绞线):DP总线连接、上下位机采用网卡连接时需要 下位机开发软件:STEP7 5.x(很贵的啊) 上位机组态软件:WINCC(和系统点数
13、有关系,可以自主开发) ,4.2.1 硬件结构配置,PLC模块的安装是有顺序要求的,每个机架从左到右分为11个逻辑槽号 电源模块安装在最左边的1#槽,2#槽安装CPU模块,3#槽安装通信接口模块,411#槽可自由分配I/O信号模块、功能模块或扩展通信模块。 需要注意的是,槽号是相对的,机架上并不存在物理上的槽位限制。,电源模块,CPU模块,通信模块,I/O模块,1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11,逻辑槽号,电源 1,CPU2,IO 4,IO 5,IO 6,IO 7,IO 8,IO 9,电源 1,接口2,IO 4,IO 5,IO 6,IO 7,IO 8,IO 9,机架的连接(1),如
14、果:机架数量=2 and 机架之间的距离1米,方式一:,机架的连接(2),如果:机架数量4 and 机架之间的距离10米,方式二:,机架的连接(3),如果:机架数量4 or 机架之间的距离10米 要求:CPU上集成DP口或在CR上扩展DP口(ProfibusDP),方式三:,CR:安装在控制室,连接到DP接口,IM153,Profibus-DP总线,总结,硬件配置部分 【一个机架】 8个SM/FM模块 电源 CPU SM/FMSM/FMSM/FM 【两个机架,间距 10米/1米】 8个SM/FM模块 电源 CPU IM360/365 SM/FMSM/FMSM/FM 8个SM/FM模块 电源 I
15、M361/365 SM/FMSM/FMSM/FM,【34个机架,间距 10米】 8个SM/FM模块 电源 CPU IM360 SM/FMSM/FMSM/FM,电源 电源 电源,IM361 SM/FMSM/FMSM/FM IM361 SM/FMSM/FMSM/FM IM361 SM/FMSM/FMSM/FM,【多个机架,间距“不限”】,电源 电源 电源 电源 电源,IM153 SM/FMSM/FMSM/FM IM153 SM/FMSM/FMSM/FM IM153 SM/FMSM/FMSM/FM IM153 SM/FMSM/FMSM/FM IM153 SM/FMSM/FMSM/FM,电源 CPU,
16、SM/FMSM/FMSM/FM,Profibus DP总线,PLC系统开发的基本流程,根据工艺要求,确定I/O参数数量,1. 进入Step 7 2-1.硬件配置 2-2.地址配置:网络地址 IO端口地址 3. 软件编程(针对工艺要求),4.2.2 IO地址配置,系统的I/O模块分为: 模拟量和数字量二种类型, 每个模块包含若干个通道。 模块上任何通道均配置独立的地址 应用程序则根据地址实现对它们的操作。,每个通道的地址占用一位(bit) 数字量模块最大为 32 通道 模块地址最多占 4 字节,数字量I/O模块,每个模拟量地址为一个字地址(2byte) 模拟量模块最大为 8 通道 模拟地址最多占
17、 16 字节,模拟量I/O模块,I/O地址的生成,I/O地址的配置注意事项:,配置IO模块地址时,可以是系统提供缺省地址(初学者推荐使用),也可以是手工自主配置(部分CPU不支持该功能; 不同CPU的最大IO寻址能力是不同的,如CPU3152DP可达2KB; 输入、输出的地址是不同的,即CPU3152DP最大输入地址2KB,最大输出地址也是2KB,实际可寻址4KB 0127字节留给开关量模块使用,例子:,某8通道SM331模块,配置地址为256271,第07通道的地址分别为:256、258、260、262、264、266、268、270 读取第0个通道的模拟量转换结果: L PIW256 读取
18、第7个通道的模拟量转换结果: L PIW270,L PIW256就是把十进制转换结果,读入到累加器。 如420mA输入信号的转换结果式 027648 用scale函数可以在PLC内部把027648还原到与变送器量程对于的工程量,某8通道SM332模块,配置地址为272287,把一个输出送到第0个输出通道: T PQW272 把一个输出送到第7个输出通道: T PQW286,输出过程: (1)控制策略运算结果,一般为0100的阀位 (2)调用unscale函数把0100转换为027648(十进制数) (3)T PQW272 / 274,例子:,例子:,某32通道SM321模块,配置地址为03,读
19、入第0个通道的二进制值: A I 0.0 读入第7个通道的二进制值: A I 0.7 读入第8个通道的二进制值: A I 1.0 读入第22个通道的二进制值: ,A I 2.6,某16通道SM322模块,配置地址为45,输出一个二进制值到第0通道: Q 4.0 输出一个二进制值到第7通道: Q 4.7 输出一个二进制值到第12通道: , Q 5.4,4.2.3 内部寄存器,S7 CPU的寄存器有(7个):,4.2.4 存储区,CPU能访问的存储区:P、Q、I、M、T、C、DB块、L堆栈,主要关心哪些存储区能够按“位”方位,哪些不能。,外设I/O与存储区的映像,外设IO模块与存储区有二种映射关系
20、: 外设输入输出存储区(PI、PQ) 输入输出映像区(I、Q),外设输入输出存储区:包括外设输入(PI)和外设输出(PQ) 不能逐位访问,其它都可以,输入输出映像表:包括输入过程映像表(I)和输出过程映像表(Q) 输入映像表为128Byte,是对PI首128Byte的映像, 输出映像表为128Byte,是对PQ的首128Byte的映像 这两段地址一般作为开关量输入、输出模块的IO地址 能够逐位方式访问,其它也可以,输入映像示例,开关量输入模块缺省地址,模拟量输入模块地址,输出映像示例,4.3 指令系统简介,SIMATIC S7系列PLC用户程序的开发软件包:STEP 7 S7系列PLC的编程语
21、言:LAD(梯形图)、STL(语句表)*、 SCL(标准控制语言)、C for S7(C语言)等, 用户可以选择一种语言编程,也可混合使用几种语言编程。 常用的编程语言: LAD(梯形图)、STL(语句表)*,4.3.1 STL指令及其结构,语句指令: 操作码 操作数,A I 0.1 /对输入继电器 I 0.1 进行与操作,L MW10 /将字MW10装入累加器1,定义要执行的功能,执行该操作所需要的信息, 有些语句指令不带操作数,它们操作的对象是唯一的。 NOT /对逻辑操作结果(RLO)取反。,MB10,MB11,MB12,MB13,MB14,M 10.3,MW10,MD10,位存储区的操
22、作数表示方式,存储区及其操作数表示方法,4.3.2 寻址方式,操 作 数指令的操作或运算对象 寻址方式指令得到操作数的方式。 寻址方式立即寻址 存储器直接寻址 存储器间接寻址 寄存器间接寻址,寻址方式一:立即寻址,SET /把RLO (Result of Logic Operation)置“1” L 27 /把整数27装入累加器1 L C#0100 /把 BCD码常数0100装入累加器1,立即寻址:对常数或常量的寻址方式,操作数本身包含在指令中,寻址方式二:直接寻址,A I0 . 0 /对输入位I0.0进行“与”逻辑操作 S L20 . 0 /把本地数据位L20.0置1 = M115 . 4
23、/ 将RLO的内容传给位存储区中的位M115.4 L DB1 . DBD12 /把数据块DB1双字DBD12中的内容传送给累加器1 /双字表示32位,如浮点数为32为双字,直接寻址:在指令中直接给出操作数的存储单元地址,寻址方式三:存储器间接寻址,(用得不是很多),存储器间接寻址 :标识参数由一个存储器给出,存储器的内容对应该标识参数的值(该值又称为地址指针) 该寻址方式能动态改变操作数存储器的地址,常用于程序循环,A IMD 2 /对由MD 2指出的输入位进行“与”逻辑操作,如: MD 2值为 /20000 0000 0000 0000 0000 0000 0101 0110表示I 10.
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