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1、基于S7-300 PLC控制系统A3000实验和测试培训北京华晟高科教学仪器有限公司2006-6前 言基于S7-300 PLC控制系统A3000实验和测试培训是根据A3000过程控制实验系统的相关内容编写的，包括了如下内容：1、S7-300 PLC控制系统。2、S7-300 PLC控制系统编程。3、S7-300 PLC控制系统和组态软件的连接。4、S7-PLCSIM仿真软件的使用。不介绍具体的A3000现场系统和组态软件。有关这些内容将在独立的培训培训书中介绍。一般不涉及DP和PA总线的内容，有关这些内容可以参考A3000-DP型过程控制实验系统补充测试实验培训指导和A3000-PA型过程控制
2、实验系统补充测试实验培训指导。本培训书缺点和错误在所难免，敬请各位专家、院校师生和广大读者批评指正。申明：本培训书内容只适合华晟高科A3000教学实验。范例和文档内容只用于提供信息，对本书不承担任何保证。基于S7-300控制系统的A3000实验和测试培训目录第一章 西门子S7-300 PLC11.1 S7-300 PLC简介11.1.1 S7-300 PLC系统组成11.1.2系统功能特性21.1.3 LED指示灯41.2 控制系统设置和初始化61.2.1 CPU 313C-2DP71.2.2 数字量输入输出模块91.2.3 SM334模拟量输入输出模块111.3 控制器信号连接和操作161.
3、3.1 面板接线161.3.2 控制系统运行时接线18第二章 控制器编程软件概述12.1 软件的安装与简介12.1.1 STEP7的安装12.1.2 STEP7的硬件接口52.1.3 STEP7的授权52.1.4 STEP7的编程功能52.1.5 STEP7的硬件组态与诊断功能62.2 控制器编程72.2.1 创建工程72.2.2 通信设置102.2.3 硬件组态122.2.4 程序编写132.2.5 程序调试182.3简洁快速的操作和使用现有程序22第三章 控制器编程详细范例263.1单容液位调节阀PID单回路控制263.2 范例的控制器编程273.2.1 创建工程273.2.2 程序编写3
4、53.2.4 编译下装项目633.2.5 调试工程643.3 范例的组态软件编程643.3.1 WINCC对控制器的设备组态643.3.2 WINCC定义数据变量673.3.3 MCGS对控制器的设备组态723.3.4 MCGS定义设备通道数据变量743.3.5 组态王对控制器的设备组态793.3.6 组态王定义数据变量833.4 范例的操作过程和调试843.5 范例测试结果及记录86第四章 范例控制程序884.1 培训范例说明884.1.1控制和组态程序数据词典884.1.2 控制算法和编程范例894.2 单回路PID范例程序PID894.3 比值控制范例程序Prop914.4 串级控制范例
5、程序Series934.5 前馈反馈控制范例程序Preced954.6 解藕控制范例程序Decouple97第五章 S7-PLCSIM仿真软件1025.1 S7-PLCSIM的主要功能1025.2 快速入门1035.3 视图对象1055.4 仿真软件的设置与存档1075.5 应用举例1085.5.1 仿真PLC通道监控1085.5.2 程序调试1125.6 仿真PLC与实际PLC的区别115北京华晟高科教学仪器有限公司 第 II 页 第一章 西门子S7-300 PLC测试平台基本上适应所有的控制系统。本书介绍西门子S7-300 PLC。CPU为313C-2DP，几乎所有内容同样适用于312C，
6、315-2DP。1.1 S7-300 PLC简介S7-300是模块化的通用型PLC，适用于中等性能的控制要求。用户可以根据系统的具体情况选择合适的模块，维修时更换模块十分方便。当系统规模扩大和功能复杂时，可以增加模块，对PLC进行扩展。简单实用的分布式结构和强大的通信联网能力，使其应用十分灵活。S7-300的CPU模块（简称为CPU）集成了过程控制功能，用于执行用户程序。不需要附加任何硬件、软件和编程，就可以建立一个MPI（多点接口）网络。如果有PROFIBUS-DP接口，可以建立一个DP网络。S7-300可大范围扩展各种功能模块，可以非常好地满足和适应自动控制任务。由于简单实用的分散式结构和
7、多界面网络能力，使得应用十分灵活。产品设计紧凑、可用于空间有限的场合。指令集功能强大，可用于复杂控制。无需电池备份，免维护。其他控制系统请参考对应的参考书。1.1.1 S7-300 PLC系统组成SIMATIC S7-300可编程序控制器是模块化结构设计。各种单独的模块之间可进行广泛组合以用于扩展。 系统组成： 中央处理单元 (CPU) ：各种CPU 有各种不同的性能，例如，我们通常所配的CPU 313C-2DP集成了数字量输入和输出，以及PROFIBUS DP主站/从站接口。带有与过程相关的功能，可以连接标准I/O设备。CPU运行时需要微存储器卡。信号模块 (SM) ：用于数字量和模拟量输入
8、/输出。 负载电源模块 (PS) ：用于将SIMATIC S7-300 连接到120/230V AC电源。根据客户要求，还可以提供以下设备：通讯处理器 (CP) ：用于连接网络和点对点连接。功能模块 (FM) ：用于高速计数，定位操作 (开环或闭环控制) 和闭环控制。 接口模块 (IM) ：用于多机架配置时连接主机架(CR)和扩展机架 (ER)。S7-300通过分布式的主机架(CR)和3个扩展机架(ER)，可以操作多达32个模块。运行时无需风扇。 我们使用比较多的配置是：S7-300 PLC控制系统包含电源模块PS307、中央处理器CPU 313C-2DP、模拟量I/O模块SM334。其中CP
9、U 313C-2DP自带16DI/16DO，内含40针前连接器一个，配一个64k存储卡。SM334内含20针前连接器一个。如图1.1.1。 图1.1.1 S7-300 CPU其他还可能有的配置是：PS307电源，CPU312C，SM334，FLASH卡，20针前连接器。如果增加CP342 DP模块可以支持DP。PS307电源，CPU315-2DP, SM321, SM322，SM331，SM332，FLASH卡，连接器。1.1.2系统功能特性S7-300 PLC有多种模块部件所组成，各种模块能以不同的方式组合在一起，从而可使控制系统设计更加灵活，满足不同的应用需求。各模块安装在DIN标准导轨上
10、，并用螺丝固定。这种结构形式既可靠，又能满足电磁兼容要求。背板总线集成在各模块上，通过将总线连接器插在模块的背后，使背板总线连成一体。在一个机架上最多可并排安装8个信号模块、功能模块或通信处理器模块（不包括CPU模块和电源模块）。如果系统任务需要的这些模块超过8块，则可以增加扩展机架。除了带CPU的中央机架（CR），最多可以增加3个扩展机架（ER），每个机架可以插8个模块（不包括电源模块、CPU模块和接口模块IM），4个机架最多可以安装32个模块。机架的最左边是1号槽，最右边是11号槽，电源模块总是在1号槽的位置。中央机架（0号机架）的2号槽上是CPU模块，3号槽是接口模块。这3个槽号被固定占
11、用，信号模块、功能模块或通信处理器使用411号槽。如图1.1.2所示。实际上这些都是逻辑位置，系统可以没有电源模块而使用外部开关电源，而接口模块基本上很少用。图1.1.2 S7-300 的安装S7-300有各种不同性能档次的CPU模块可供使用。标准CPU提供范围广泛的基本功能，如指令执行、I/O读写、通过MPI和CP模块的通讯，紧凑型CPU本机集成I/O，并带有高速计数、频率测量、定位和PID调节等技术功能。部分CPU还集成了点到点或PROFIBUS通讯接口。S7-300的指令集包含350多条指令，包括了位指令、比较指令、定时指令、计数指令、整数和浮点数运算指令等。CPU的集成系统功能提供了中
12、断处理和诊断信息等这样一类系统功能。由于它们是集成在CPU的操作系统中，因此也省了很多RAM空间。使用STEP 7 软件可对S7-300进行编程。而且，能简单方便地将S7-300全部功能加以利用。STEP 7 包含了自动化项目中从项目的启动、实施到测试、服务，每一阶段所需的全部功能。STEP 7 是用于SIMATIC PLC组态和编程的基本软件包。它包括功能强大、适用于各种自动化项目任务的工具。STEP 7 主要包括以下组件： SIMATIC管理器，用于集中管理所有工具以及自动化项目数据。 程序编辑器，用于以LAD、FBD和STL语言生成用户程序。 符号编辑器，用于管理全局变量。 硬件组态，用
13、于组态和参数化硬件。 硬件诊断，用于诊断自动化系统的状态。 NetPro，用于组态MPI和PROFIBUS等网络连接。STEP 7 支持IEC-61131-3标准的开发环境。IEC-61131-3标准定义了多种规范化的语言，统一了现场自动化系统中的不同概念。变化多样的控制概念使得不同的控制平台和供应商互不兼容。结果是巨大的成本投入到软件、硬件和训练上。IEC-61131-3定义了5种编程语言，规定一些能在不同语言中使用的概念和表示方法。1.1.3 LED指示灯S7-300 PLC的CPU面板有6个LED指示灯。 LED指示S7-300 PLC的操作状态, 说明如下: (1) SF： （红色）
14、硬件或软件错误(2) BF： （红色） 总线出错（只适用于带有DP接口的CPU）(3) DC5V：（绿色）CPU和S7-300总线的5V电源正常(4) FRCE：（黄色） 强制作业有效(5) RUN： （绿色） CPU处于“RUN”状态，LED在“Startup”状态以2Hz频率闪烁，在“HOLD”状态频率为0.5Hz(6) STOP：（绿色） CPU处于“STOP”或“HOLD”或“Startup”状态，在存储器复位时LED以0.5Hz频率闪烁，在存储器置位时LED以2Hz频率闪烁用LED指示灯进行诊断SIMATIC S7硬件提供有LED诊断功能。这些LED可以使用三种颜色：l 绿色LED表
15、示正常运行（例如通电时）。l 黄色LED表示特殊的运行状态（例如强制时）。l 红色LED表示出错（例如总线出错）。LED闪亮也表示一个特殊的事件（例如存储器复位）。状态和故障显示如表1.1.1所示。表1.1.1 S7-300 PLC状态和故障显示SF LED故障评价（软件错误）如表1.1.2所示。表1.1.2 S7-300 PLC SF LED故障评价（软件错误）SF LED故障评价（硬件故障）如表1.1.3所示。表1.1.3 S7-300 PLC SF LED故障评价（硬件故障）1.2 控制系统设置和初始化根据计算机与控制器之间通讯方式的不同，控制系统设置操作包括MPI电缆通讯设置，DP总线通讯设置，通讯卡的通讯设置。S7-300有20种不同型号的CPU，分别适用于不同等级的控制要求。有的CPU模块继承了数字量I/O，有的同时集
