西门子PLC-s7z系列学习笔记

('西门子PLCS7系列编程维护与变频调速器技术学习笔记5月22日SIMATICS7系列控制器概述S7系列分为：S7-200、S7-300、S7-400S7-200：微型PLC，串行模块结构，设计紧凑、CPU集成输入输出，适用于功能简单的小型项目。S7-300：中型PLC，与S7-200相比，存储量大，设计结构采用模块化，不同的CPU、存储器、I/O模块、电源之间可以相互组合，可根据项目选择信号模板。S7-400：中大PLC，机架结构，集成了总线，具有特别高的处理和通讯能力。S7-200概述1.CPU的主要特点电源电压：20.4~28.8VDC/85~264VAC输出类型：晶体管（DC）输出/继电器输出（DC/AC）2.存储器RAM、EEPROM3.输入输出的扩展（1）I/O扩展模块输入扩展模块EM221：8点DC输入、8点AC输入输出扩展模块EM222：8点DC晶体管输出、8点AC输出、8点继电器输出输入/输出扩展模块EM223：4点（8点、16点）DC输入/4点（8点、16点）DC输出；4点（8点、16点）DC输入/4点（8点、16点）继电器输出。（2）功能扩展模块模拟量输出扩展模块：EM231、EM232、EM235。特殊功能模块：EM253位置控制模块、EM277PROFIBUS-DP模块、EM241调制解调器模块、CP243-1以太网模块、CP243-2AS-i接口模块等。4.定时器（1）种类：接通延时定时器TON、有记忆接通延时定时器TONR、断开延时定时器TOF。（2）分辨率：1ms、10ms、100ms.5.S7-200通信（1）PPI协议PPI通信协议是西门子专为S7-200系列PLC开发的通信协议，主要用于对S7-200的编程、S7-200之间的通信及S7-200与HMI产品的通信。PPI是一个主/从协议，S7-200一般作为从站，只有当主站如西门子编程器、TD200等HMI给从站发送申请时，从站才进行响应。（2）MPI协议MPI协议可以是主/主协议或主/从协议，主要用于S7-300/400CPU与S7-200通信的网络中。在MPI网中，S7-200作为从站，从站之间不能通信，S7-300作为主站。（3）Profibus协议Profibus协议通常用于实现分布式I/O设备的高速通信。S7-200CPU可以通过EM277Profibus-DP扩展模块的方法连接到Profibus-DP协议支持的网络中。Profibus网络通常有一个主站和几个I/O从站，主站通过配置可以知道所连接的I/O从站的型号和地址。安装S7-300编程软件1.硬件要求能够运行所需操作系统的编程器（PG）或者PC；CPU：主频600MHZ以上；RAM：128MB内存以上；剩余硬盘空间：300～600MB（视安装选项不同而定）；显示设备：XGA，支持1024×768分辨率，16bit以上色彩深度。2.软件要求STEP7V5.2可以安装在下列操作系统平台上：MSWindows2000(至少SP1)；MSWindowsXP(建议SP1)。上述操作系统需要安装MicrosoftInternetExplorer5.0(或以上)版本。一般安装在MSWindows2000/XP下较为稳定。3.安装步骤打开安装文件包step_v53，按以下顺序安装STEP7编程软件：（1）依次打开文件夹：Chinas7→DotNetFramework→Vision1.1双击安装补丁文件：dotnetfx（2）依次打开文件夹：Chinas7→AutomationLicenseManager→disk1双击运行：Setup(ProductSetupSEIMENSAG)（3）依次打开文件夹：Chinas7→STEP7→Disk1双击运行：Setup(ProductSetupSEIMENSAG)（4）安装仿真器，依次打开文件夹：S7-Plcsim→Disk1双击运行：Setup（5）安装2个授权双击图标“S7-All”→选择“安装单个授权”→STEP7→BASISV5.3→选择目录驱动器；打开文件夹“授权”→双击图标“plcsimv5.3”→选择“安装单个授权”→PLCSIM.v5.3→选择目录驱动器；（6）安装结束.5月23日S7-300PLC硬件简介S7-300由多种模块部件组成，包括导轨（Rack）、电源模块（PS）、CPU模块、接口模块（IM）、输入输出模块（SM）。各种模块能以不同方式组合在一起，从而可使控制系统设计更加灵活，满足不同的应用需求。1.电源模块电源模块是构成PLC控制系统的重要组成部分，针对不同系列的CPU，西门子有匹配的电源模块与之对应，为可编程控制器供电，也可以向需要24V直流的传感器/执行器供电，比如PS305电源模块是直流供电，PS307是交流供电。2.CPU模块2.1操作员控制和显示单元（1）状态和故障显示（2）CPU运行模式（3）操作模式选择开关（4）MMC插槽2.2存储器区域2.3几种典型CPU模块3.SM模块（1）数字量模块SM321：数字量输入模块SM322：数字量输出模块SM323：数字量I/O模块（2）模拟量模块模拟量值表示方法SM331：模拟量输入模块SM332：模拟量输出模块SM334：数字量I/O模块（3）特殊模块SM374：仿真模块4.FM模块5.CP模块6.通讯接口CPU模块上有三种通讯接口：（1）MPI接口：多点接口MPI（MultipointInterface）是用于连接CPU和PG/OP的接口，或用于MPI子网中的通讯接口。一般传输速率为187.5kbps。如果与S7-200进行通讯，也可以指定19.2kbps的传输速率。不能指定其他传输速率。编程器可以自动侦测到CPUMPI接口的正确参数，并建立连接。（2）PROFIBUS-DP接口：PROFIBUS-DP接口主要用于连接分布式I/O。PROFIBUS-DP，用于创建大型、扩展子网。例如：PROFIBUS-DP接口既可组态为主站，也可组态为从站，传输速率可达12Mbps。编程器也可以自动侦测到CPUDP接口的正确参数，并建立连接。（3）PtP接口：可在CPU上使用PtP（点到点）接口，来连接外部设备至串口，例如条形码阅读器、打印机等。对于全双工（RS422）模式，波特率对打为19.2kbps，对于半双工（RS485）模式，波特率对打为38.4kbps。7.PLC工作过程PLC的工作过程一般可分为三个主要阶段：输入采样阶段，程序执行阶段和输出刷新阶段。S7-300PLC安装规范1.安装导轨2.安装和更换模块从左边开始，顺序依次为：电源模块、CPU模块、信号模块、功能模块、通讯模块、接口模块。3.电气屏蔽与接地在实时控制系统中，接地是抑制干扰以使系统可靠工作的主要方法。在设计中如能把接地和屏蔽正确地结合起来使用，则可以解决大部分干扰问题。第二章STEP7软件使用STEP7项目创建在STEP7中，用项目来管理一个自动化系统的硬件和软件。STEP7用SIMATIC管理器对项目进行集中管理，它可以方便的浏览SIMATICS7、C7、和WinAC的数据。因此，掌握项目创建的方法就非常重要。1.使用向导创建项目①双击桌面上的STEP7图标，进入SIMATICManager窗口，进入主菜单【File】，选择【’NewProject’Wizard…】，弹出标题为“STEP7Wizard：NewProject”(新项目向导)的小窗口。②点击【NEXT】按钮，在新项目中选择CPU模块的型号为CPU313C。③点击【NEXT】按钮，选择需要生成的逻辑块，至少需要生成作为主程序的组织块OB1。④点击【NEXT】按钮，输入项目的名称：my_first_project，按【Finish】生成的项目。生成项目后，可以先组态硬件，然后生成软件程序。也可以在没有组态硬件的情况下，首先生成软件。2.直接创建项目进入主菜单【File】，【选择New…】,将出现“NewProject”对话框，在该对话框中分别输入“文件名”、“目录路径”等内容，并确定，完成一个空项目的创建工作。3.硬件组态硬件组态的任务就是在STEP7种生成一个与实际的硬件系统完全相同的系统，例如要生成网络、网络中各个站的导轨和模块，以及设置各硬件组成部分的参数，即给参数赋值。所有模块的参数都是用编程软件来设置的，完全取消了过去用来设置参数的硬件DIP开关。硬件组态确定了PLC输入/输出变量的地址，为设计用户程序打下了基础。组态时设置的CPU的参数保存在系统数据块SDB中，其他模块的参数保存在CPU中。在PLC启动时CPU自动的向其他模块传送设置的参数，因此在更换CPU之外的模块后不需要重新对它们赋值。PLC在启动时，将STEP7中生成的硬件设置与实际的硬件配置进行比较，如果二者不符，将立即产生错误报告。实例1：创建项目并进行硬件组态（1）新建项目，项目名：my_second_project（2）在窗口空白处点击鼠标右键，选择列表菜单中“插入新对象”→“SIMATIC300站点”（3）双击“SIMATIC300（1）”站点图标→双击“硬件”（4）在窗口右侧目录树中点击“SIMATIC300”，在其下拉列表中选择硬件并拖拽到左边空白窗口中，进行硬件组态：机架RACK-300：Rail电源PS-300：Ps3072ACPUCPU-300:：CPU313C输入SM-300→DI-300：DI16xDC24V输出SM-300→DO-300：DO16xDC24V/0.5A（5）保存并编译SETP7标准软件包1.主界面2.硬件组态界面3.LAD/STL/FBD编程界面4.符号编辑器5.仿真第三章STEP7编程技术STEP7中的块1.在STEP7软件中主要有以下几种类型的块\uf0a1组织块：OB（OrganizationBlock）\uf0a1功能：FC（Function）\uf0a1功能块：FB（FunctionBlock）\uf0a1系统功能：SFC（SystemFunction）\uf0a1系统功能块：SFB（SystemFunctionBlock）\uf0a1背景数据块：DB（InstanceDataBlock）\uf0a1共享数据块：DB（ShareDataBlock）2.循环执行的程序组织块OB1是循环执行的组织块。其优先级为最低。PLC在运行时将反复循环执行OB1中的程序，当有优先级较高的事件发生时，CPU将中断当前的任务，去执行优先级较高的组织块，执行完成以后，CPU将回到断点处继续执行OB1中的程序，并反复循环下去，直到停机或者是下一个中断发生。一般用户主程序写在OB1中。3.异步错误组织块OB80~OB87：异步错误中断。异步错误是PLC的功能性错误。它们与程序执行时不同步地出现，不能跟踪到程序中的某个具体位置。在运行模式下检测到一个故障后，如果已经编写了相关的组织块，则调用并执行该组织块中的程序。如果，发生故障时，相应的故障组织块不存在，则CPU将进入STOP模式。4.同步错误组织块OB121、OB122：同步错误中断。如果在某特定的语句执行时出现错误，CPU可以跟踪到程序中某一具体的位置。由同步错误所触发的错误处理组织块，将作为程序的一部分来执行，与错误出现时正在执行的块具有相同的优先级。编程错误，例如在程序中调用一个不存在的块，将调用OB121。访问错误，例如程序中访问了一个有故障或不存在的模块，将调用OB122。5.功能FC和功能块FBFC和FB都是用户自己编写的程序块，用户可以将具有相同控制过程的程序编写在FC或FB中，然后在主程序OB1或其他程序块中（包括组织块和功能、功能块）调用FC或FB。FC或FB相当于子程序的功能，都可以定义自己的参数。FC和FB的差别：（1）FC和FB的变量声明表的差别除变量IN、OUT、IN_OUT和TEMP相同外，FC有返回变量RETURN的声明，而FB有静态变量STAT的声明。（2）FC和FB的变量声明表的差别\uf0a1FC没有自己的背景数据块\uf0a1FB有自己的背景数据块\uf0a1FC的参数必须指定实参\uf0a1FB的参数可根据需要决定是否指定实参6.系统功能SFC和系统功能块SFBSFC和SFB是预先编好的可供用户调用的程序块，它们已经固化在S7PLC的CPU中，其功能和参数已经确定。一台PLC具有哪些SFC和SFB功能，是由CPU型号决定的。具体信息可查阅CPU的相关技术手册。通常SFC和SFB提供一些系统级的功能调用，如通讯功能、高速处理功能等。注意：在调用SFB时，需要用户指定其背景数据块（CPU中不包含其背景数据块），并确定将背景数据块下载到PLC中。7.背景数据块和共享数据块背景DB是和某个FB或SFB相关联，其内部数据的结构与其对应的FB或SFB的变量声明表一致。共享DB的主要目的是为用户程序提供一个可保存的数据区，它的数据结构和大小并不依赖于特定的程序块，而是用户自己定义。需要说明的是，背景DB和共享DB没有本质的区别，它们的数据可以被任何一个程序块读写。数据类型STEP7中的数据可分为以下三大类：基本数据类型、复合数据类型、参数数据类型。1.基本数据类型\uf0a1位（BOOL）\uf0a1字节（BYTE）\uf0a1字（WORD）\uf0a1双字（DOUBLEWORD）\uf0a1整数（INT）\uf0a1双整数（DOUBLEINT）\uf0a1浮点数（REAL）\uf0a1S5TIME(SIMATIC时间)\uf0a1IEC时间（TIME）\uf0a1IEC日期（date）\uf0a1日计时（TIME_OF_DAY）\uf0a1字符（CHAR）2.复杂数据类型\uf0a1日期时间数据类型（Data_And_Time）\uf0a1字符串类型（String）\uf0a1数组类型Array\uf0a1结构（STRUCT）\uf0a1用户定义类型（UDT）3.参数数据类型参数数据类型是一类用于功能FC或功能块FB的数据类型，主要包括以下两种：Pointe指针类型：6字节指针类型，传递数据块号和数据地址Any指针类型：10字节指针类型，传递数据块号、数据地址、数据数量以及数据类型5月24日S7的寻址方式1.绝对地址寻址（1）位寻址位寻址是最小存储单元的寻址方式。寻址时，采用以下结构：存储区关键字+字节地址+位地址例如：Q10.3Q：表示输出过程暂存区；10：表示第十个字节；字节地址从0开始，最大值由该存储区的大小决定；3：表示位地址为3，位地址的取值范围是0~7。（2）字节寻址字节寻址时，访问一个8位的存储区域。寻址时，采用以下结构进行寻址：存储区关键字+字节的关键字（B）+字节地址例如：MB0M：表示位存储区B：表示字节byte0：表示第0个字节。其中最低位的位地址为M0.0，最高位的为M0.7（3）字寻址字寻址时，访问一个16位的存储区域，包含两个字节。寻址时采用以下结构：存储区关键字+字的关键字（W）+第一字节地址例如：IW10I：表示输入过程暂存区W：表示字word10：表示从第10个字节开始，包括两个字节的存储空间，即IB10和IB11。（4）双字寻址双字寻址时，访问一个32位的存储区域，包含4个字节。寻址时采用以下结构：存储区关键字+字的关键字（D）+第一字节地址例如：LD20L：表示局部数据暂存区D：表示字word20：表示从第20个字节开始，包括4个字节的存储空间。包括LB20、LB21、LB22和LB23四个字节第四章PLC温度控制技术温度的采集温度采集和压力、流量等一样，是一种工业控制中最普及的应用，它可以直接测量各种生产过程中液体、蒸汽、气体介质和固体表面的温度。常用的有热电阻、热电偶两种方式，此外还有非接触型的红外测温等产品，一个典型的应用例子是钢铁厂中的红外测温设备。这里我们主要介绍热电阻和热电偶。（1）热电偶工业热电偶作为测量温度的传感器，通常和显示仪表、记录仪表和电子调节器配套使用，它可以直接测量各种生产过程中不同范围的温度。若配接输出4-20mA、0-10V等标准电流、电压信号的温度变送器，使用更加方便、可靠。对于实验室等短距离的应用场合，可以直接把热电偶信号引入PLC进行测量。热电偶的工作原理是,两种不同成份的导体,两端经焊接，形成回路，直接测量端叫工作端（热端），接线端子端叫冷端，当热端和冷端存在温差时，就会在回路里产生热电流，这种现象称为热电效应；接上显示仪表，仪表上就会指示所产生的热电动势的对应温度值，电动势随温度升高而增长。热电动势的大小只和热电偶的材质以及两端的温度有关，而和热电偶的长短粗细无关。（2）热电阻热电阻是中低温区最常用的一种温度测量元件。热电阻是基于金属导体的电阻值随温度的增加而增加这一特性来进行温度测量的。当电阻值变化时，二次仪表便显示出电阻值所对应的温度值。它的主要特点是测量精度高，性能稳定。其中铂热电阻的测量精度是最高的。铂热电阻根据使用场合的不同与使用温度的不同，有云母、陶瓷、簿膜等元件。作为测温元件，它具有良好的传感输出特性，通常和显示仪、记录仪、调节仪以及其它智能模块或仪表配套使用，为它们提供精确的输入值。若做成一体化温度变送器，可输出4-20mA标准电流信号或0-10V标准电压信号，使用起来更为方便。热电阻大都由纯金属材料制成，目前应用最多的是铂和铜。此外，现在已开始采用甸、镍、锰和铑等材料制造热电阻。根据使用场合的不同，热电阻也有铠装式热电阻、装配式热电阻、隔爆式热电阻等种类，与热电偶类似。铂电阻的工作原理是，在温度作用下，铂热电阻丝的电阻值随温度变化而变化，且电阻与温度的关系即分度特性符合IEC标准。分度号Pt100的含义为在0℃时的名义电阻值为100Ω，目前使用的一般都是这种铂热电阻。此外还有Pt10、Pt200、Pt500和Pt1000等铂热电阻，Cu50、Cu100的铜热电阻等。模拟量模块与选型模拟量模块包括模拟量输入模块SM331、模拟量输出模块SM332和模拟量输入/输出混合模块SM334。对模拟量输入模块SM331，可选择的输入信号类型有电压型、电流型、电阻型、热电阻型、热电偶型，而模拟量输出模块SM332提供有电压和电流两种类型的信号输出。有的CPU模块集成了这些信号输入输出功能，如S7-300的CPU313C模块（订货号6ES7313-5BE01-0AB0），不仅提供24路的DI输入和16路的DO输出，而且配置了5路模拟量输入和2路模拟量信号输出。模拟量模块的测量信号类型及测量范围设定由于模拟量输入或输出模块提供有不止一种类型信号的输入或输出，每种信号的测量范围又有多种选择，因此必须对模块信号类型和测量范围进行设定。一般采用STEP7软件设定和量程卡设定两种方法。（1）通过STEP7软件设定以CPU313C模块为例进行设置。如上所述，CPU313C不仅是CPU模块，而且提供了功能丰富的输入输出信号，其中模拟量输入第0-3通道为电压/电流信号输入，第4通道为电阻/铂电阻输入，其设置在STEP7软件中进行，方法为：在图4-1所示的“HWConfig”对话框中，双击“AI5/AO2”项，打开图4-2的“Properties”属性对话框，该对话框有“General”、“Addresses”、“Inputs”、“Outputs”四个选项,选中“Inputs”项，画面如图4-2所示。图4-1“HWConfig”硬件组态对话框PID控制原理PID控制器就是根据系统的误差,利用比例、积分、微分计算出控制量来进行控制。当被控对象的结构和参数不能完全掌握，或得不到精确的数学模型时、控制理论的其它技术难以采用时,系统控制器的结构和参数必须依靠经验和现场调试来确定，这时应用PID控制技术最为方便。即当我们不完全了解一个系统和被控对象，或不能通过有效的测量手段来获得系统参数时,最适合采用PID控制技术。PID指令及应用S7-300及400提供有PID控制功能块来实现PID控制。STEP7提供了系统功能块SFB41、SFB42、SFB43实现PID闭环控制，其中SFB41“CONT_C”用于连续控制，SFB42“CONT_S”用于步进控制，SFB43“PULSEGEN”用于脉冲宽度调制，它们位于文件夹“\\Libraries\\StandardLibrary\\PIDController”中。位于文件夹“\\Libraries\\StandardLibrary\\PIDController”的FB41、FB41、FB43与SFB41、SFB42、SFB43兼容，FB58、FB59则用于PID温度控制。它们是系统固化的纯软件控制器，运行过程中循环扫描、计算所需的全部数据存储在分配给FB或SFB的背景数据块里，因此可以无限次调用。本章以连续PID控制器SFB41模块为例进行详细介绍。其它PID模块的应用是相类似的。STEP7的在线帮助文档提供了各种PID功能块应用的帮助信息。2.符号地址寻址实训：利用PID进行温度控制5月25日第六章故障诊断S7-300PLC的基本故障种类一般PLC的故障主要有外部故障或是内部错误造成。外部故障时由外部传感器或执行机构的故障等引发PLC产生故障，可能会使整个系统停机，甚至烧坏PLC。而内部错误是PLC内部的功能性错误或编成错误造成的，可以使系统停机。S7-300具有很强的错误（或称故障）检测和处理能力，CPU检测到某种错误后，操作系统调用对应得组织块，用户可以在组织块中编程，对发生的错误采取相应的措施。对于大多数错误，如果没有给组织块编程，出现错误时CPU将进入STOP模式。被S7CPU检测到并且用户可以通过组织块对其进行处理的错误分为两类：1．异步错误异步错误是与PLC的硬件或操作系统密切相关的错误，与程序执行无关，但异步错误的后果一般比较严重。2．同步错误同步错误是与执行用户程序有关的错误，程序中如果有不正确的地址区，错误的编号或错误的地址，都会出现同步错误，操作系统将调用同步错误OB。错误处理组织块组织块是操作系统与用户程序之间的接口。S7提供了各种不同的组织块（OB），用组织块可以创建在特定时间执行的程序和响应特定事件的程序。当系统程序可以检测下列错误：不正确的CPU功能、系统程序执行中的错误、用户程序中的错误和I/O中的错误。根据错误类型的不同，CPU设置为进入STOP模式或调用一个错误处理OB。当CPU检测到错误时，会调用适当的组织块，见表7-5。如果没有相应的错误处理OB，CPU将进入STOP模式。用户可以在错误处理OB中编写如何处理这种错误的程序，以减小或消除错误的影响。为避免发生某种错误时CPU进入停机，可以在CPU中建立一个对应的空的组织块。用户可以利用OB中的变量声明表提供的信息来判别错误的类型。根据S7CPU检测到并且用户可以通过组织块对其进行处理的错误分为异步错误和同步错误。1.异步错误组织块异步错误是与PLC的硬件或操作系统密切相关的错误，与程序执行无关。异步错误的后果一般都比较严重。异步错误对应的组织块为OB70～OB73和OB80～OB87，有最高的优先级。操作系统检测到一个异步错误时，将启动相应的OB。2.同步错误组织块同步错误是与执行用户程序有关的错误，程序中如果有不正确的地址区、错误的编号和错误的地址，都会出现同步错误，操作系统将调用同步错误OB。同步错误组织块包括OB121用于对程序错误的处理和OB122用于处理模块访问错误。同步错误OB的优先级与检测到出错的块的优先级一致。因此OB121和OB122可以访问中断发生时累加器和其他寄存器中的内容，用户程序可以用它们来处理错误。第七章MPI通讯技术MPI概述MPI(MultiPointInterface)是多点接口的简称，是当通信速率要求不高，通信数据量不大时可以采用的一种简单经济的通信方式。通过它可组成小型PLC通讯网络，实现PLC之间的少量数据交换，它不需要额外的硬件和软件就可网络化。每个S7-300CPU都集成了MPI通信协议,MPI的物理层是RS-485。通过MPI，PLC可以同时与多个设备建立通信连接，这些设备包括编程器PG或运行STEP7的计算机PC、人机界面（HMI）及其它SIMATICS7，M7和C7。同时连接的通信对象的个数与CPU的型号有关。MPI网络的组建1．MPI网络连接规则及硬件介绍构建MPI网络时应遵从下述连接“规则”：（1）MPI网络可连接的节点。凡能接入MPI网络的设备均称为MPI网络的节点。可接入的设备有：编程装置（PG/个人计算机PC），操作员界面（OP），S7/M7PLC。（2）为了保证网络通信质量，组建网络时在一根电缆的末端必须接入浪涌匹配电阻，也就是—个网络的第一个和最后一个节点处应接通终端电阻（一般西门子专用连接器中都自带终端匹配电阻）。（3)两个终端电阻之间的总线电缆称为段(Segments)。每个段最多可有32个节点（默认值16），每段最长为50m（从第一个节点到最后一个节点的最长距离）。（4）如果覆盖节点距离大于50m，可采用RS485中继器来扩展节点间的连接距离。如果在两个RS485中继器之间没有其他节点，那就能在两个中继器之间设一条长达1000m的电缆，这是两个中继器之间的最长电缆长度。连接电缆为PROFIBUS电缆（屏蔽双绞线），网络插头（PROFIBUS接头）带有终端电阻，如果用其它电缆和接头不能保证标称的通讯距离和通讯速率。（5）如果总线电缆不直接连接到总线连接器（网络插头）而必须采用分支线电缆时，分支线的长度是与分支线的数量有关的，一根分支线时最大长度可以是10m，分支线最多为6根，其长度限定在5m。（6）只有在启动或维护时需要用的那些编程装置才用分支线把它们接到MPI网络上。（7）在将一个新的节点接入MPI网络之前，必须关掉电源。2．MPI网络参数及编址MPI网络苻合RS-485标准，具有多点通信的性质，MPI的波特率固定地设为187．5kbps(连接S7-200时为19.2kbps）。每个MPI网有—个分支网络号，以区别不同的MPI分互网；在MPI分互网或称MPI网上的每一个节点都有一个网络地址，称为MPI地址。MPI地址的编址规则：（1）MPI分互网号缺省设置为0，在一个分支网络中，各节点要设置相同的分支网络号；（2）必须为MPI网络上每一节点分配一个MPI地址和最高MPI地址．同一MPI分支网络上各节点地址号必须是不同的，但各节最高地址号均是相同的。(3)节点MPI地址号不能大于给出的最高MPI地址号；最高地址号可以是126。为提高MPI网络节点通信速度．最高MPI地址应设置得较小。(4)如果机架上安装有功能模块(FM）和通信模板，则它们的MPI地址是由CPU的MPI地址顺序加1构成。掌握S7-300PLC的MPI通讯方法1.掌握全局数据块进行MPI通讯的方法（1）全局数据块通讯方式的概述在MPI网络中的各个中央处理单元(CPU)之间能相互交换少量数据，只需关心数据的发送区和接收区,这一过程称做全局数据块通讯。全局数据块的通讯方式是在配置PLC硬件的过程中,组态所要通讯的PLC站之间的发送区和接收区,不需要任何程序处理,这种通讯方式只适合S7-300/400PLC之间相互通讯。下面以例子说明全局数据块通讯的具体方法和步骤。（2）硬件和软件需求硬件：CPU313CCPU313CMPI电缆软件：STEP7V5.2SP2（3）网络组态及参数设置步骤。①建立MPI网络在STEP7中建立一个新项目，如MPIEXE1_GD,在此项目下插入两个PLC站，分别为STATION1(CPU313C)和STATION2(CPU313C)，并分别插入CPU完成硬件组态，建立MPI网络并配置MPI的站地址和通信速率，本例中MPI的站地址分别设置为2号站和4号站，通信速率为187.5kbit/s。②组态数据的发送区和接收区右击“MPI（1）”或选择“Options”项下的“DefineGlobalData”进入组态画面，如图7.11所示。图7.11选择“DefineGlobalData”进入组态画面③插入所有需要通信的CPU双击“GDID”右边的CPU栏选择需要通信的CPU。CPU栏总共有15列，这就意味着最多有15个CPU能够参与通信。在每个CPU栏底下填上数据的发送区和接收区，例如第一列的CPU313C（1）的发送区填为“DB1.DBB0:12”(DB1.DBB0:12表示从DB1.DBB0开始的22个字节),然后在菜单“Edit”下选择“Sender”设置为发送区，该方格变为深色，同时在单元中的左端出现符号“＞”，表示在该行中CPU313C（1）为发送站，在该单元中输入要发送的全局数据的地址。只能输入绝对地址，不能输入符号地址。包含定时器和计数器地址的单元只能作为发送方。在每一行中应定义一个且只能有一个CPU作为数据的发送方，而接收方可以有多个。同一行中各个单元的字节数应相同。点击第二列的CPU313C（2）下面的单元，输入MB20:12(表示从MB20开始的12B)，该格的背景为白色，表示在该行中CPU313C（2）是接收站。编译保存后，把组态数据分别下载到相应CPU中，这样就可以进行数据通信了，如图7.12所示。地址区可以为DB、M、I、Q区，S7-300地址区长度最大为22字节，发送区和接收区的长度必须一致。如果数据包由若干个连续的数据区组成，一个连续的数据区占用的空间为数据区内的字节数加上两个头部说明字节。一个单独的双字占6B，一个单独的字占4B，一个单独的字节占3B，一个单独的位也占3B。例如DB2.DBB0:10和QW0：5一共占用22B（第一个连续数据区的两个头部说明字节不包括在22B之内）图7.12各个CPU栏底下设置数据的发送区和接收区2.掌握无组态的MPI通讯方法无组态的MPI通讯需要调用系统功能块SFC65～SFC69来实现，这种通信方式适合于S7-300、S7-400和S7-200之间的通信,是一种应用广泛、经济的通信方式。通过调用SFC来实现的MPI通信又可分为两种方式：双边编程通信方式和单边编程通信方式。调用系统功能a通信方式不能和全局数据通信方式混合使用。（1）双边编程通讯方式在通信的双方都需要调用通信块,一方调用发送块发送数据,另一方就要调用接收块来接收数据。这种通信方式适用S7-300/400之间的通信，发送块是SFC65“X_SEND”，接收块是SFC66“X_RCV”。下面举例说明怎样调用系统功能来实现通信。（2）单边编程通讯方式与双边编程通信方式不同，单边编程通信只在一方PLC内编写通信程序，即客户机与服务器的访问模式。编写程序一方的PLC作为客户机，无需编写程序一方的PLC作为服务器，客户机调用SFC通信块访问服务器。这种通信方式适合S7-300/400/200之间的通信，S7-300/400的CPU可以同时作为客户机和服务器，S7-200只能作为服务器。SFC67“X_GET”用来将服务器指定数据区中的数据读回并存放到本地的数据区中，SFC68“X_PUT”用来将本地数据区中的数据写到服务器中指定的数据区。下面举例说明怎样调用系统功能来实现两个300Station的通信。第八章ProfiBus通讯技术ProfiBus通讯简介作为众多现场总线家族的成员之一，ProfiBus是在欧洲工业界得到最广泛应用的一个现场总线标准，也是目前国际上通用的现场总线标准之一。ProfiBus是属于单元级、现场级的SIMITAC网络，适用于传输中、小量的数据。其开放性可以允许众多的厂商开发各自的符合ProfiBus协议的产品，这些产品可以连接在同一个ProfiBus网络上。ProfiBus是一种电气网络，物理传输介质可以是屏蔽双绞线、光纤、无线传输。ProfiBus主要有三部分组成，包括：1．由现场总线报文——ProfiBus-FMS2．分布式外围设备——ProfiBus-DP3．过程控制自动化——ProfiBus-PA利用I/O口实现小于4个字节直接ProfiBus通信直接利用I/O口实现小于4个字节直接ProfiBus的通讯方法包含两个方面的内容：1.CPU集成DP口与ET200M之间远程的通信2.通过CPU集成DP口连接智能从站5月26日第九章工业以太网通讯技术S7-300PLC利用S5兼容的通信协议进行工业以太网通信1．TCP（1）新建项目在STEP7中创建一个新项目，取名为“TCPofIE”。点击右键，再弹出的菜单中选择“InsertNewObject”→“SIMATIC300Station”，插入一个300站，取名为“313C-2DP”。用同样的方法在项目“TCPofIE”下插另一个300站，取名为“315-2DP”。如图10-9所示。（2）硬件组态首先对“313C-2DP”站进行硬件组态，双击“Hardware”进入“HWConfig”界面。在机架上加入CPU313C-2DP、SM323和CP343-1IT，如图10-10所示。同时把CPU的MPI地址设为“4”，CP模块的MPI地址设为“5”。CP343-1IT可以在“SIMATIC300”→“CP300”→“IndustrialEthernet”下找到，见图10-11。当把CP343-1IT插入机架时，会弹出一个“CP343-1IT的属性对话框”，新建以太网“Ethernet（1）”，因为要使用TCP，故只需设置CP模块的IP地址，如图10-12所示。本例中CP343-1IT的IP地址为：10.10.3.28，子网掩码：255.255.255.192。用同样的方法，建立“315-2DP”站的硬件组态。CPU的MPI地址设为“2”，CP模块的MPI地址设为“3”。CP模块的IP地址为：10.10.3.58，子网掩码：255.255.255.192。硬件组态好后保存编译，分别下载到两台PLC中。（3）网络参数配置与做一般的项目不同，在做工业以太网通信的项目时，除了要组态硬件，还要进行网络参数的配置，以便于在编写程序时，可以方便的调用功能块。在“SIMATICManger”界面中点击“ConfigureNetwork”键，打开“NetPro”设置网络参数。此时可以看到两台PLC已经挂入了工业以太网中，选中一CPU，点击鼠标右键，选择“InsertNewConnection”建立新的连接，如图10-13所示。在连接类型中，选择“TCPconnection”连接，如图10-14所示。然后点击“OK”，设置连接属性，见图10-15。“General”属性中ID=1，是通信的连接号；LADDR=W#16#0110，是CP模块的地址，这两个参数在后面的编程时会用到。通信双方其中一个站（本例中为CPU315-2DP）必须激活“Activeconnectionestablishment”选项，以便在通信连接初始化中起到主动连接的作用。“Address”属性中可以看到通信双方的IP地址，占用的端口号可以自定义，也可以使用默认值，如2000。参数设置好后编译保存，再下载到PLC中就完成了。（4）编写程序在进行工业以太网通信编程时需要调用功能FC5“AG_SEND”和FC6“AG_RECV”，该功能块在指令库“Libraries”→“SIMATIC_NET_CP”→“CP300”中可以找到。其中发送方（本例中为CPU315-2DP）调用发送功能FC5，程序如图10-18所示。图10-18发送方程序当M0.0为“1”时，触发发送任务，将“SEND”数据区中的20个字节发送出去，发送数据“LEN”的长度不大于数据区的长度。下表10-6所示为功能FC5的各个管脚参数说明。同样在接收方（本例为CPU313C-2DP）接收数据需要调用接收功能FC6，如图10-19所示。图10-19接收方程序程序编写好后保存下载，这样就可以把发送方CPU315-2DP内的20个字节的数据发送给接收方CPU313C-2DP。S7-400PLCS7-400和S7-300的编程软件是一样的，都是STEP7。S7-400的底板带有总线，因此不能随意更换。CR是主机架，ER是扩展机架。各机架之间需要用IM模块进行连接，主机架用IM460-3，扩展机架用IM461-3。一个CR最多可以连接21个ER（各有地址）。实例：自己配置一个S7-400的站。变频器调速技术1.变频调速的控制原理变频调速的主要元器件是变频器，异步电动机调速传动时，变频器根据电动机的特性对供电电压、电流、频率进行适当的控制，不同的控制方式所得到的调速性能、特性以及用途是不同的，按系统调速规律来分，变频调速主要有恒压频比（v/f）控制，转差频率控制，矢量控制和直接转矩控制四种结构形式。⑴V/F恒定控制V/F恒定控制是在控制电动机的电源变化的同时控制变频器的输出电压，并使二者之比V/F恒定。从而使电动机的磁通基本保持恒定。它主要应用于范围要要求不高的场合。如风机、水泵的节能调速，它的突出优点是可以进行电机的开环速度控制。⑵转差频率控制s当气隙磁通不变时，异步电动机的转矩近似和转差频率成正比，因此，在恒磁通的条件下，通过控制转差频率，就可以实现转矩控制的目的，这就是转差频率控制的基本思想。转差频率控制的PWM变频调速系统原理图如下图所示，⑶矢量控制根据异步电动机的动态数学方程式，它具有和直流电动机的动态方程式相同的形式，因而如果选择合适的控制策略，异步电动机应能得到和直流电动相类似的控制性能，这就是矢量控制。矢量控制技术在变频调速中已获得广泛应用，但它需要对电机参数进行正确估算，如何提高参数的准确性是一直研究的课题。⑷直接转矩控制直接转矩控制技术是1985年由鲁尔大学Depenbrock教授提出的，它用空间矢量的分析方法，直接在定子坐标系下计算与控制交流电动机的转矩，采用定子状态进行最佳控制，以获得转矩的高动态性能。它采用滞环比较控制电压矢量使得磁通，转矩跟踪给定值，响应迅速限制在一拍之内，且无超调，是一种高静动态性能的交流速方法2.德国西门子变频器（1）G110和G150西门子公司推出两种新型号变频调速器G110和G150,该型号变频器作为西门子Sinamics家族的成员，其特点是单相输入，且能广泛应用于诸如水泵、风机等负载。西门子公司称这是目前最安静和最轻巧的机型。G110单相变频器的功率覆盖了0.12～3kW的范围，设计简单、低成本，目前作为西门子Micromaster4系列变频器的补充部分，G150比现有的MasterDrive工程型变频器使用更简单,容量范围75～800kW，这种变频器提供了西门子传动固有的PROFIBUS接口。据测试，在全功率运行下G150变频器产生72dB水平的噪音，从而不需安装隔音设施；西门子公司称，如果电力的主回路连接部分是安装在集中式低压系统的话，空间就能节省到原来的70％左右。（2）MicroMaster440多功能标准变频器MicroMaster440是全新一代可以广泛应用的多功能标准变频器。它采用高性能的矢量控制技术，提供低速高转矩输出和良好的动态特性，同时具备超强的过载能力，以满足广泛的应用场合。主要特征：200V-240V±10%，单相/三相，交流，0.12kW-45kW；80V-480V±10%，三相，交流，0.37kW-250kW；矢量控制方式，可构成闭环矢量控制，闭环转矩控制；高过载能力，内置制动单元；a（3）MicroMaster420变频器MicroMaster420是全新一代模块化设计的多功能标准变频器。控制功能：线性V/F控制，平方V/F控制，可编程多点设定V/F控制；最新的IGBT技术，数字微处理器控制；集成RS485通讯接口，可选PROFIBUS-DP通讯模块/Device-Net模板；具有7个固定频率，4个跳转频率，可编程；"捕捉再起动"功能；保护功能：过载能力为150％额定负载电流，持续时间60秒；过电压、欠电压保护；变频器过温保护；接地故障保护，短路保护；电动机过热保护；闭锁电机保护，防止失速保护。（4）MicroMaster410变频器MicroMaster410是全新一代紧凑型标准变频器。它小巧、灵活、安装简单、使用方便。适合用于食品和饮料工业，纺织工业，包装工业，还可用于对传动链的驱动。是小功率紧凑型应用的理想选择。变频器的调试与维护调试前，首先检查变频器的型号是否有误，随机附件是否齐全。端子之间、外露导电部分是否有短路、接地现象，接地是否可靠，确认所有开关都处于断开状态，保证通电后变频器不会异常起动或发生其他异常动作。特别需要检查是否有下述接线错误：（1）输出端子（U、V、W）是否误接了电源线。（2）制动单元用端子是否误接了制动单元放电电阻以外的导线。（3）屏幕线的屏蔽部分是否像使用说明书规定的那样正确连接了。完成上述检查后，再进行下列所述各项调试。熟悉键盘，即了解键盘上各键的功能，进行试操作，并观察显示的变化情况等。按说明书要求进行“起动”和“停止”等基本操作，观察变频器的工作情况是否正常，同时也要进一步熟悉键盘的操作。进行功能预置，预置完毕后，先对几个较易观察的项目——如升速和降速时间、点动频率、多挡变速时的各挡频率等——检查变频器的执行情况是否与预置的内容相符合。将外接输入控制线接好，逐项检查各外接控制功能的执行情况，同时检查三相输出电压是否平衡。变频器的空载试验步骤：（1）先将频率设置于0位，合上电源后微微提升工作频率，观察电动机的起转情况及旋转方向是否正确。如方向相反，则予以纠正。（2）将频率上升至额定频率，让电动机运行一段时间。如一切正常，再选若干个常用的工作频率，也使电动机运行一段时间。（3）将给定频率信号突降至0（或按停止按钮），观察电动机的制动情况',)