1、plc 实验 综合实训讲义S7-300 可编程序控制器原理与应用信电学院2011.6西门子S7-300 PLC综合实训一、 实训目的 “西门子S7-300 PLC综合实训”旨在对学生进行西门子S7-300 PLC应用的综合训练。通过该实训过程，可使学生熟练掌握S7-300 PLC硬件组态、程序开发、PLC电气线路设计以及相关开发工具的使用、开发流程等。为以后独立开发PLC系统项目打下坚实的基础。二、 实训要求实训过程严格遵守实验室安全制度，按规定完成实训内容，认真遵守注意内容，防止实训装置短路造成装置工作异常或损坏。三、 实训内容 1、 熟悉西门子PLC控制系统综合实训装置的总体结构，掌握开发
2、软件和工具的使用方法,熟悉几种通信方式。2、具体实训项目：step7软件的使用，利用S7-300PLC控制小车，利用触摸屏控制小车，利用触摸屏和S-300PLC通过变频器控制电机启停和频率更改。 3、 对每个实训项目认真研究，反复下载调试，直到取得满意结果为止。四、注意事项1、实验室严谨看电影打游戏，一经发现实训成绩为零。1、实验室严谨使用优盘，一经发现实训成绩为零。2、实验室禁止携带食物及饮料，一经发现实训成绩为零。五、实训报告独立完成第六章实训练习的编程与实现并进行实训总结，使用A4纸撰写实训报告，实验报告必须手写，如果打印实训成绩为零。中 国 矿 业 大 学西门子S7-300 PLC综合
3、实训姓 名： 学 号： 学 院： 信息与电气工程学院 专 业： 实训专题： 指导教师： 年 月 徐州目 录第一章SIMATIC S7-300 PLC 基础与实训平台 21.1基础知识 21.1.1 S7-300 PLC概述 21.1.2 实训平台简介 41.2实验 7第二章STEP7 编程环境 82.1 STEP7 编程环境简介 82.1.1 STEP7特性简介 82.1.2 STEP7环境简介 82.2 实验 9第三章LAD语言基础与编程练习 193.1 LAD语言基础简介 193.1实验 25第四章WinCC flexible 2008 基础及TP177B 344.1 WinCC flex
4、ible 介绍 344.2 实验 39第五章MM440变频器基础及TP177B监控 575.1 MM440 介绍 575.2 实验 59第六章 实训练习 766.1小车手动运行控制 766.2小车自动运行控制 776.3 小车综合运行控制 78第一章SIMATIC S7-300 PLC 基础与实训平台1.1基础知识1.1.1 S7-300 PLC概述1. 西门子PLC 的分类S7 系列：S7-200 是针对低性能要求的小型PLC。S7-300 是模块式中小型PLC，最多可以扩展32 个模块。S7-400 是大型PLC，可以扩展300 多个模块。S7-300/400 可以组成MPI、PROFIB
5、US 和工业以太网等。M7-300/400：采用与S7-300/400 相同的结构，它可以作为CPU或功能模块使用。具有AT 兼容计算机的功能，可以用C，C或CFC 等语言来编程。C7 由S7-300 PLC，HMI（人机接口）操作面板、I/O、通信和过程监控系统组成。WinAC 基于Windows 和标准的接口(ActiveX，OPC)，提供软件PLC 或插槽PLC。2. S7-300 PLC简介S7-300 是模块化中小型 PLC 系统， 它能满足中等性能要求的应用。模块化，无排风扇结构，易于实现分布， 易于用户掌握等特点使得 S7-300 成为各种从小规模到中等性能要求控制任务的方便又经
6、济的解决方案。多种的性能递增的 CPU 和丰富的且带有许多方便功能的 I/O 扩展模块，使用户可以完全根据实际应用选择合适的模块。当任务规模扩大并且愈加复杂时，可随时使用附加模块对 PLC进行扩展。图1-1 S7-300 通过导轨和背部总线连接器连接3. S7-300组成部件S7-300属于模块式PLC，结构图如图1-2所示，组成如下：图1-2 S7-300基本结构图（1）中央处理单元 (CPU)各种 CPU 有各种不同的性能，例如，有的 CPU 上集成有输入/输出点，有的 CPU 上集成有 PROFIBUS-DP 通讯接口等。（2）信号模块 (SM)用于数字量和模拟量输入/输出。数字量模块从
7、4 号槽开始，每个槽位分配4 个字节的地址，32 个I/O 点。模拟量模块一个通道占一个字地址。从IB256 开始，给每一个模拟量模块分配8 个字。（3） 通讯处理器 (CP)用于PLC之间，PLC和计算机与其他智能设备之间的通信，它可以减轻CPU处理通信的负担（4）功能模块 (FM)*计数器模块*位置控制与位置检测模块*闭环控制模块*称重模块（5）电源模块 (PS)电源模块将120/230 伏交流电压转换为24V 直流电压，为S7-300的CPU、I/O口、传感器和执行器供电。输出电流有2A、5A 或10A 3 种。电源模块安装在DIN 导轨上的插槽1。（6）接口模块 (IM)多机架的S73
8、00如图1.4所示，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。（7）导轨（固定各个模块）4. S7-300通讯SIMATIC S7-300 具有多种不同的通讯接口：*多种通讯处理器用来连接 AS-I接口、PROFIBUS 和工业以太网总线系统* 通讯处理器用来连接点到点的通讯系统*多点接口 (MPI) 集成在 CPU中，用于同时连接编程器、PC机、人机界面系统及其他SIMATIC S7/M7/C7 等自动化控制系统。1.1.2 实训平台简介单个实验台主要包括电源部
9、分、可编程控制器部分、输入输出部分、I/O转换口、人机界面、控制网络部分、上位机、变频器、被控对象等。上位机中安装有相应的工控软件，以便实现编程、管理、通信、组网以及监控等。电源部分实行单个自动化单元独立开关和总闸开关方式，在此不作介绍。1 PLC控制器部分PLC在选型时注意到了让学生尽可能多的接触S7家族系列PLC，所以涵盖了S7-200、S7-300，型号分别为S7-200-CPU224、S7-300-CPU315。2 输入输出部分实验室进行相关工程实例模拟时用到的输入输出点数不多，平台选用输入输出并存在一块模块上的输入输出模块各一块。数字量输入输出部分选用SM323， 订货号为6ES73
10、23-1BL00-0AA0,规格为DI16/DO16x24V/0.5A；模拟量输入输出部分选用SM334，订货号为6ES7 334-0CE01-0AA0规格为AI4/AO2x8/8Bit。3人机交互部分人机界面HMI（Human Machine Interface）是技术人员与工业控制系统交互的设备。过程可视化、操作员对过程的控制、显示报警、输出过程值和报警记录均是由人机界面完成的。SIMTIC HMI 可以和SIMATIC S7完全集成，为SIMATIC S7提供有好的过程控制和监视。SIMTIC HMI可以直接连接到PPI、MPI、PROFIBUS和工业以太网。SIMTICHMI主要有文本
11、显示器（TEX Display，TD）、操作员面板（Operator Panel，OP）、触摸屏（Touch Panel，TP），本平台中的HMI主要是触摸屏，触摸屏是人机界面的发展方向，选用型号为TP177，自带DP模块和PN模块，支持位图、图标、棒图和背景画面。 4 上位机的硬件配置及软件配置基于适应工控软件对于计算机硬件的要求，上位机选用较新型的联想商用PC机，并且操作系统选用Win7。上位机装有CP5611通信卡，可以通过多种方式将上位机连接到PLC控制系统中。上位机安装西门子软件有STEP7编程软件、STEP 7 MicroWIN、SIMATIC WinCC flexible 200
12、8、WinCC 6.2，其中SIMATIC Manage可以打开上述所有的西门子软件。5 变频器变频器是重要的工业控制器件，试验中对调速要求不高，平台选用西门子通用型MM440变频器。这种型号的变频器可较好的实现三相交流电机的控制，它有很多可选构件，平台订购的是基本操作面板BOP和PROFIBUS模块。 MM440涉及到较多参数，参数设置若混乱会造成控制实现不了甚至事故，在进行相关实验前，安排专门的参数和控制字学习课程。 6 控制网络构建试验台的控制网络由一层是PROFIBUS总线，连接了大部分的自动化单元，实现对模拟生产现场监控及控制；一层工业以太网，负责生产管理以及与外网通信。西门子的PL
13、C和其他部件在添加相应通信模块后可以支持ASI、MPI、PPI、自由通信、PROFIBUS和工业以太网通信。图1-3 平台网络图（1） PROFIBUS部分PROFIBUS支持在单元级和现场级的现场设备及较高级别系统之间进行数据交换，分为PROFIBUS-DP、PROFIBUS-FMS以及PROFIBUS-PA三部分。PROFIBUS-DP（Decentralized Periphery）特别适合控制器与现场级分布式I/O的相互通信。PROFIBUS网路区分主设备和从设备。主设备主要负责管理总线上的数据通信。从设备是简单的I/O设备，例如执行器、传感器、变送器等，从设备只能确认收到的消息，或者
14、在请求时向主站发送消息。主站（如S7-300、S7-400）可读取配置文件获取 I/O 从站的类型和站号，并初始化网络，使网络上的从站器件与配置文件相匹配。平台PROFIBUS网路中S7-300为主站，TP、S7-200、MM440为从站。实验平台中选用的PLC CPU315、TP、MM440集成了PROFIBUS接口，这样可以方便的接入现场总线网络。由于S7-200-CPU224没有集成PROFIBUS接口，必须通过EM277 PROFIBUS-DP 从站模块连入PROFIBUS-DP网，主站可以通过EM277对S7-200 CPU进行读/写数据。（2） PROFINET部分随着工业以太网的
15、不断趋于成熟，PROFINET的应用越来越广泛。选用的S7-300、TP177均自带PN模块，接入PROFINET比较简单，使用时只需设置对需要的IP地址即可。试验台安排PROFINET网络是为了一方面可以使学生接触到工业以太网，了解其通信规范和使用方法；另一方面可以模拟从现场到管理级的连接或模拟较大系统，比如选煤厂综合自动化系统。所以每个实验台上设置了工业交换机，便于扩展，通过它可以实现试验台内通信以及与试验台外系统实现通信。7 小车I/O地址表序号PLC地址面板端子功能说明1. I0.01“”号键值信号输出2. I0.12“”号键值信号输出3. I0.23“”号键值信号输出4. I0.34
16、“”号键值信号输出5. I0.4A（传感器信号）左侧电感式传感器信号输出6. I0.5B（传感器信号）电容式传感器信号输出7. I0.6C（传感器信号）光电式传感器信号输出8. I0.7D（传感器信号）右侧电感式传感器信号输出9. I1.0手/自动手动自动模式选择开关10. I1.1启动/停止启动/停止选择开关11. Q0.0A（位置显示）数码显示控制端子A12. Q0.1B（位置显示）数码显示控制端子B13. Q0.2C（位置显示）数码显示控制端子C14. Q0.3电机正转电机电源端附加正向电压15. Q0.4电机反转电机电源端附加反向电压16. Q0.5快速电机电源端附加24V电压17.
17、Q0.6慢速电机电源端附加12V电压18. Q0.7报警系统报警信号输出1.2实验根据老师讲解的S7-300知识和实训平台介绍熟悉实训硬件平台，分清强弱电，为以后的实验做好安全意识准备。本讲义抛砖引玉，希望同学们自己想控制要求自己编写程序。还有很多例子可以做比如：WinCC监控小车、触摸屏监控交通灯、网络控制两台变频器随动、PLC300与PLC200的通信(DP&net)、 logo！使用、病房呼叫系统、触摸屏直接控制MM440、多个实验台协作等等，希望有时间有精力的同学发挥主动性，充分掌握西门子S7 -PLC。第二章STEP7 编程环境2.1 STEP7 编程环境简介2.1.1 STEP7特
18、性简介STEP 7 用于S7，M7，C7，WinAC 的编程、监控和参数设置，基于STEP 7 V5.2 版。STEP 7 具有以下功能：硬件配置和参数设置、通信组态、编程、测试、启动和维护、文件建档、运行和诊断功能等。STEP7可以实现下列功能：- 配置硬件，确定硬件的参数- 生成一个应用程序- 调试和维修- 文件存档- 运作诊断（1）硬件组态与通信组态系统组态：选择硬件机架，模块分配给机架中希望的插槽； CPU 的参数设置；模块的参数设置。通信组态，网络连接的组态和显示；设置用MPI 或PROFIBUS-DP 连接的设备之间的周期性数据传送的参数；设置用MPI、PROFIBUS 或工业以太
19、网实现的事件驱动的数据传输，用通信块编程。（2） STEP 7 的编程功能三种基本的编程语言：梯形图(LAD)、功能块图(FBD) 和语句表(STL)，还有S7-SCL (结构化控制语言) ，S7-GRAPH（顺序功能图语言），S7HiGraph 和CFC；符号表编辑器。（3） 系统诊断快速浏览CPU 的数据和用户程序在运行中的故障原因；用图形方式显示硬件配置、模块故障；显示诊断缓冲区的信息等。（4）增强的测试和服务功能设置断点、强制输入和输出、多CPU 运行(仅限于S7-400)，重新布线、显示交叉参考表、状态功能、 直接下载和调试块、 同时监测几个块的状态等。程序中的特殊点可以通过输入符号
20、名或地址快速查找。STEP7作为一个编程工具可以为下列自动控制系统服务：- SIMATIC S7-300- SIMATIC S7-400- SIMATIC WINCC- SIMATIC WINCC flexible2.1.2 STEP7环境简介在STEP7中我们用SIMATIC Manager来进行文件管理。这里的样例程序段只需要鼠标点击，就可以被拷贝或是调用，以使用其它工具完成进一步的操作。操作符合常见的Windows 95/98/2000/ME/NET 的操作标准。在文件夹SIMATIC 300 station 和 CPU中，说明了PLC硬件组态的结构。因此，一个项目可以看成是由特定的硬件
21、组成。在STEP7中，每个项目被分成特定的结构。程序被储存在以下目录中：图2-1 目录窗口为了建立一个脱离硬件的项目，这个项目可以不包括所有的可能的文件。这个项目必须有下列的结构。图2-2目录窗口可以在没有组态硬件的情况下编写程序，然后下载到SIMATIC S7-300,S7-400或者WINAC。遇到具体情况时只需要调整输入输出口地址。2.2 实验实验目的：（1）了解SIMATIC S7-300 PLC的硬件结构；（2）了解STEP7环境，掌握组态，下载；实验设备：（1）计算机 一台（2）综合实验平台 一台课后作业：有条件的同学，下载STEP7，并安装在自己的电脑上；实验室电脑上装有还原系统
22、，请将每次编写的软件用优盘拷走。实验步骤：在 STEP 7 中创建新项目，双击桌面S7tgtopx filenew设置新建项目名称(如myproject)及保存位置单击OK，出现图2-7所示界面。图2-3 桌面在图2-4画面中点击Cancel按钮。图2-4对话框图2-5 新建工程图2-6 命名工程名图2-7 打开工程右击工程名，insert new objectSimatic 300 Station插入S7-300站。图2-8 插入S7-300站图2-9 S7-300站在左栏中， Myproject- SIMATIC 300（1）出现图2-10所示界面。图2-10 打开S7-300站双击har
23、dware出现图2-11所示界面，开始硬件组态，在右栏中依次点击SIMATIC 300 RACK-300Rail，双击Rail，插入导轨，出现图2-12中的左侧的导轨方框。图2-11 插入导轨点击第一个槽，在右栏中依次点击SIMATIC 300 PS 307 5A，插入电源模块。图 2-12 插入电源模块点击第二个槽，在右栏中依次点击SIMATIC 300 CPU-300CPU 315F-2 PN/DP6ES7 315-2FH13-0AB0V2.6，插入CPU模块。图2-13 插入CPU模块这里6ES7 315-2FH13-0AB0是订货号，西门子S7-300PLC每个模块都有一个订货号，硬件
24、组态时一定得把准确订货号的模块插入相应槽位，如果硬件组态中的订货号与实际模块订货号不符合则组态编程会失败。图2-14 查看订货号第三槽空缺，以便扩展机架，是专门为IM模块准备的。在第四槽位插入数字量输入输出模块。SIMATIC 300 SM-300DI/DO-300SM323 DI16/DO16*24V/0.5A，注意订货号一致。图2-15 插入数字量输入输出模块在第五槽位插入模拟量模块，注意订货号一致。图2-16 插入模拟量模块双击二号槽位下的MPI/DP，在弹出的对话框中设置DP网络地址为2。图2-17设置DP网络地址为2单击new，新建一条名为PROFIBUS（1）的DP网络，其他设置采
25、用默认格式，点击确定，组态完成并保存。 图2-18 新建PROFIBUS网络选择通信方式为profibus通信，optionsSet PG/PC Interface ,在下拉菜单中选择CP5611（PROFIBUS）。图2-19 选择通信方式（步骤1）图2-20选择通信方式（步骤2）诊断网络，单击Test，网络诊断。图2-21网络诊断单击download。图2-22 下载工程单击OK即成功下载至S-7300。图2-23 警告对话框（可忽略） 将左栏展开至Blocks，单击功能块OB1。这里的OB1相当于C语言里的Main 函数，OB100是初始化程序。另外日后编程中经常用到FC、FB、SFC、
26、SFC等，FC、FB相当于C语言里的子函数供OB1调用，FB自带背景功能块，SFC、SFB是系统自带的功能块，不允许用户修改其内容只能调用。图2-24 点击OB1首次使用OB1系统会弹出如下的对话框，询问编程语言。STEP7提供LAD、STL、FBD、STL等语言，其中LAD梯形图和STL指令表是常用的语言，如果从事PLC智能控制和大型数据处理的将采用STL（语言格式类似于C语言，需要单独装软件）。由于LAD简单直接特别适合初学者，我们采用之。图2-25 选择编程语言 点击OK，进入OB1内部编程，S7300的梯形图和200的类似，我们拖放一个常开命名为I0.0，拖放一个输出线圈命名为Q0.0
27、，点击下载，并点击眼镜标志监控PLC内的程序运行，如果出现如图2-27的画面说明组态下载成功。图2-26 测试梯形图图 2-27 监控CPU内程序运行第三章LAD语言基础与编程练习3.1 LAD语言基础简介1位逻辑指令常用位逻辑指令： -| |- 常开接点（地址） -| / | - 常闭接点（地址） -(SAVE) 将RLO存入BR存储器 XOR 位异或 -( ) 输出线圈 -( # )- 中间输出 -|NOT|- 信号流反向 下列指令当RLO为1 时起作用，执行下列功能： -( S ) 线圈置位 -( R ) 线圈复位 SR 置位复位触发器 RS 复位置位触发器 -(N)- RLO 下降沿检
28、测 -(P)- RLO 上升沿检测 NEG 地址下降沿检测 POS 地址上升沿检测举例3-1：如果下列条件之一成立，则电流流通：在输入 I0.0 和 I0.1 的信号状态为“1”；或在输入 I0.2 的信号状态为“1”。举例3-2：如果下列条件之一成立，则输出 Q4.0 的信号状态为“0”：在输入 I0.0 的信号状态为“1”；或在输入 I0.1 和 I0.2 的信号状态为“1”。举例3-3：如果在S端输入的信号状态为“1”，在 R端输入的信号状态为“0”，则 SR（置位复位触发器）置位。相反，如果在S端输入的信号状态为“0”，在R端输入的信号状态为“1”，则SR（置位复位触发器）复位。如果在
29、两个输入端RLO均为“1”，则顺序优先，触发器置位。如果输入 I0.0 的信号状态为“1” ，输入 I0.1 的信号状态为“0” ，则存储位 M0.0 将被置位，输出 Q4.0 为“1” 。相反，如果输入 I0.0 的信号状态为“0” ，输入 I0.1 的信号状态为“1” ，则存储位 M0.0 将被复位，输出 Q4.0 为“0” 。如果两个信号状态均为“0” ，则无变化。如果两个信号状态均为“1” ，则由于顺序之故，复位指令优先；M0.0 复位，Q4.0。举例3-4：NEG（地址下降沿检测指令）可以将的信号状态与存储在M_BIT中的先前扫描的信号状态进行比较。如果当前的RLO状态为“1” ，而
30、先前的状态为“0” （上升沿检测），则在操作之后，RLO 位将为“1”。如果下列条件成立，则输出 Q4.0 的信号状态为“1”： 在输入 I0.0、I0.1 和 I0.2 的信号状态为“1”并且，在输入 I0.3 有下降沿 ；并且在输入 I0.4 的信号状态为“1”，为“0”。2 比较指令 根据所选比较类型，对 IN1 和 IN2 进行比较： = IN1 等于 IN2 IN1 不等于 IN2 IN1 大于 IN2 = IN1 大于等于 IN2 = IN1 小于等于 IN2 如果比较结果为真，则功能的 RLO 为“1”。如果串联使用比较元素可以通过与（AND）逻辑运算，或如果并联使用方块图可以通过或（OR）逻辑运算，将它与一个梯形逻辑级程序段的RLO链接。 下述比较指令可供使用： CMP ?I 整数比较 CMP ?D 双整数比较 CMP ?R 实数比较?处填写= 、 、
