6SL3055-0AA00-5BA1控制单元

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PLC 的定时器 / 计数器数量分别见有关操作手册。

7.3 PLC 软件系统设计方法及步骤

7.3.1 PLC 软件系统设计的方法

在了解了 PLC 程序结构之后，就要具体地编制程序了。编制 PLC 控制程序的方法很多，这里主要介绍几种典型的编程方法。

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图解法编程

图解法是靠画图进行 PLC 程序设计。常见的主要有梯形图法、逻辑流程图法、时序流程图法和步进顺控法。

(1) 梯形图法：梯形图法是用梯形图语言去编制 PLC 程序。这是一种模仿继电器控制系统的编程方法。其图形甚至元件名称都与继电器控制电路十分相近。这种方法很容易地就可以把原继电器控制电路移植成 PLC 的梯形图语言。这对于熟悉继电器控制的人来说，反应输入与输出的关系。逻辑流程图法是把系统的工艺流程，用逻辑框图表示出来形成系统的逻辑流程图。这种方法编制的 PLC 控制程序逻辑思路清晰、输入与输出的因果关系及联锁条件明确。逻辑流程图会使整个程序脉络清楚，便于分析控制程序，便于查找故障点，便于调试程序和维修程序。有时对一个复杂的程序，直接用语句表和用梯形图编程可能觉得难以下手，则可以先画出逻辑流程图，再为逻辑流程图的各个部分用语句表和梯形图编制 PLC 应用程序。

(3) 时序流程图法：时序流程图法使首先画出控制系统的时序图（即到某一个时间应该进行哪项控制的控制时序图），再根据时序关系画出对应的控制任务的程序框图，后把程序框图写成 PLC 程序。时序流程图法很适合于以时间为基准的控制系统的编程方法。

(4) 步进顺控法：步进顺控法是在顺控指令的配合下设计复杂的控制程序。一般比较复杂的程序，都可以分成若干个功能比较简单的程序段，一个程序段可以看成整个控制过程中的一步。从整个角度去看，一个复杂系统的控制过程是由这样若干个步组成的。系统控制的任务实际上可以认为在不同时刻或者在不同进程中去完成对各个步的控制。为此，不少 PLC 生产厂家在自己的 PLC 中增加了步进顺控指令。在画完各个步进的状态流程图之后，可以利用步进顺控指令方便地编写控制程序。

2. 经验法编程

经验法是运用自己的或别人的经验进行设计。多数是设计前先选择与自己工艺要求相近的程序，把这些程序看成是自己的“试验程序”。结合自己工程的情况，对这些“试验程序”逐一修改，使之适合自己的工程要求。这里所说的经验，有的是来自自己的经验总结，有的可能是别人的设计经验，就需要日积月累，善于总结。

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S7-400 是 SIMATIC 控制器家族能强大的 PLC。它可以成功实现全集成自动化 (TIA) 解决方案。S7-400 是一个用于制造业和过程工业系统解决方案的自动化平台，其主要特点是具有模块化的结构并拥有性能储备。

S7-400

• 中端性能范围内功能强大的 PLC

• 可满足要求极为苛刻的任务的解决方案

• 全面的模块和各种性能等级 CPU 可针对具体自动化任务进行调整

• 可实现分布式结构，适用十分灵活

• 连接方便

• 通信和联网功能

• 操作方便，设计简单，不含风扇

• 任务增加时可顺利扩展

• 多重计算：
  多个 CPU 在一个 S7-400 中央控制器中同时运行。
  多重计算功能可对 S7-400 的总体性能进行分配。例如，可将复杂的技术任务（如开环控制、计算或通信）进行拆分并分配给不同的 CPU。可以为每个 CPU 分配自己的 I/O。

• 模块化：
  通过功能强大的 S7-400 背板总线和可直接连接到 CPU 的通信接口，可实现许多大量通信线路的高性能操作。例如，这样可以拥有一条用于 HMI 和编程任务的通信线路、一条用于高性能等距运动控制组件的通信线路和一条“正常”I/O 现场总线。另外，还可以实现额外需要的与 MES/ERP 系统或 Internet 的连接。

• 工程组态和诊断：
  结合使用 SIMATIC 工程组态工具，可极为高效地对 S7-400 进行组态和编程，尤其对于采用高性能工程组件的广泛自动化任务。为此，可以使用**语言（如 SCL）以及用于顺序控制、状态图和工艺图的图形化组态工具。

S7-400H

• 具有冗余设计的高可用性自动化系统。

• 用于具有很高故障安全要求的应用：
  重新启动成本很高、停产代价高昂、几乎不需要监视且维护选项较少的过程。

• 冗余设计的集能

• 提高 I/O 的可用性：切换式 I/O 配置

• 也可使用具有标准可用性的 I/O：单侧配置

• 热后备：发生故障时，自动切换到备用设备。

• 包含 2 个单独机架或一个分隔式中央机架的配置

• 通过冗余 PROFIBUS DP 或系统冗余 PROFINET I/O 来连接切换式 I/O。

S7-400F/FH

• 故障安全型自动化系统，适用于具有很高安全要求的工厂

• 符合相关标准的安全要求（IEC 61508 的 SIL 3、DIN V 19250 的 AK6 以及EN 954-1 的 Cat.4）

• 如果需要，也可通过冗余设计来实现容错

• 不对安全相关 I/O 进行额外接线

• 通过采用 PROFIsafe 行规的 PROFIBUS DP 实现安全通信

• 基于带有故障安全模块的 S7-400H 和分布式 ET 200 I/O

• 适用于非安全相关应用的标准模块也可以在自动化系统中使用

• 隔离模块用于在一个 ET 200M 的安全模式下组合使用故障安全模块和标准模块。

应用

S7-400

SIMATIC S7-400 是中端性能范围内功能强大的 PLC。

SI能范围内要求极为苛刻的任务的理想解决方案。

SIMATIC S7-400 的应用领域包括：

• **工业，如装配线

• 机械设备制造，包括机械设备制造

• 仓储技术

• 钢铁工业

• 楼宇管理系统

• 发电和配电

• 造纸和印刷领域

• 木材加工

• 食品和饮料领域

• 过程工程，如水务和污水处理

• 化工和石化领域

• 仪表和控制

• 包装机械

• 制药工业

由于具有多种性能等级的 CPU，并有具备大量用户友好的功能的广泛模块，用户可以根据具体情况执行其自动化任务。

任务扩展时，可通过附加模块随时对控制器进行扩展，成本不会很高。

SIMATIC S7-400 是一种通用控制器：

• 具有很高电磁兼容性以及抗冲击性和抗振性，因此拥有*的工业适用性。

• 可以带电连接和断开各模块。

  在自动化技术的许多领域中，对自动化系统的可用性（从而故障安全性）的需求在不断提高。在许多领域中，设备停机会产生*的成本。此时，只有冗余系统才能满足可用性要求。

  容错型 SIMATIC S7-400H 即能满足这些要求。即使在一个或多个故障导致控制器的部件出现故障时，也能继续运行。通过以这种方式实现的可用性让 SIMATIC S7-400H 尤其适用于以下应用领域：

  • 控制器发生故障后重启会产生很高费用的过程（通常在过程工业中）。

  • 停产的代价十分高昂的过程。

  • 涉及贵重材料的过程（例如在制药工业中）。

  • 无人监视的应用

  • 涉及较少维护人员的应用

    SIMATIC S7-400F/FH 故障安全自动化系统可在安全要求较高的工厂中使用。它可对立即停机不会给人员或环境带来危险的过程进行控制。S7-400F/FH 具有两种基本设计：

    • S7-400F：
      故障安全自动化系统。在控制系统中发生故障的情况下，生产过程会切换到安全状态并中断。

    • S7-400FH：
      故障安全和高可用性自动化系统。在控制系统中发生故障的情况下，冗余控制部分将发挥作用，继续控制生产过程。

    通过另外使用标准模块，可以建立一个全集成控制系统，可在非安全相关和安全相关任务共存的工厂环境中使用。可以使用相同的标准工具对整个工厂进行组态和编程。

     

    西门子S7-300 PLC是模块式的PLC，它由以下几个部分组成：

    (1)中央处理单元(CPU) 

    各种CPU有不同的性能，例如有的CPU集成有数字量和模拟量输入/输出点，浙江销售西门子S7-400功能模块，有的CPU集成有PROFIBUS-DP等通信接口。CPU前面板上有状态故障指示灯、模式开关、24V电源端子、电池盒与存储器模块盒(有的CPU没有)。

    (2)负载电源模块(PS) 

    负载电源模块用于将AC220V电源转换为DC24V电源，供CPU和I/0模块使用。额定输出电流有2A、5A和10A 3种，过载时模块上的LED闪烁。

    (3)信号模块(SM)

    信号模块是数字量输入/输出模块和模拟量输入/输出模块的总称，它们使不同的过程信号电压或电流与PLC内部的信号电平匹配：信号模块主要有数字量输入模块SM321和数字量输出模块SM322。模拟量输入模块SM331和模拟量输出模块SM332。模拟量输入模块可以输入热电阻、热电偶、DC4-20mA和DC0-1OV等多种不同类型和不同量程的模拟信号。每个模块上有一个背板总线连接器，现场的过程信号连接到前连接器的端子上。

    （4）功能模块（FM）

    功能模块主要用于对实时性和存储容量要求高的控制任务，如计数器模块、快速/慢速进给驱动位置控制模块、电子凸轮控制器模块、步进电动机定位模块、伺服电动机定位模块、未定和连续路径控制模块、闭环控制模块、工业标识系统的接口模块、称重模块、位置输入模块、超声波位置**器等。

    （5）通信处理器（CP）

    通信处理器用于PLC之间、PLC与计算机和其他智能设备之间的通信，可以将PLC接入PROFIBUS-DP、AS-i和工业以太网，或用于实现点对点通信等。通信处理器可以减轻CPU处理通信的负担，并减少用户对通信的编程工作。

    （6）接口模块（IM）

    接口模块用于多机架配置时链接主机架（CR）和扩展机架（ER）。S7-300通过分布式的主机架和3个扩展机架，*多可以配置32个信号模块、功能模块和通信处理器。

    （7）导轨

    铝质导轨用来固定和安装S7-300上述的各种模块

    SIMATIC S7，微型存储卡 用于 S7-300/C7/ET 200， 3，3V Nflash，128 KB

    概述

    多面板模块系列 S7-300 可以进行模块定制来满足更多变的任务。

    功能模块是智能性的，可以独立执行技术任务，如计数、测量、凸轮控制、PID 控制和传动控制。 因此它们可以减轻 CPU 的负荷。

    它们可以使用在需要高等级的精度和动态响应的应用中。

    模板的种类

    • 计数器模块

    • 用于快速移动以及爬行速度驱动的定位模块

    • 用于步进电机的定位模块

    • 用于伺服电机的定位模块

    • 定位和连续路径控制模块

    • SSI 位置检测模块

    • 电子凸轮控制器

    • 高速布尔处理器

    • 控制模板

     

    应用

    • 木材、玻璃、石料和金属加工

    • 包装机械

    • 印刷

    • 一般机器制造

    • 机床

    • 纺织机

    • 橡胶和塑料行业

    • 工厂

    设计

    • 功能模块是能够执行技术任务并因此降低 CPU 负荷的智能模块。

    可以提供基于 STEP 7 和 STEP 7-Micro/WIN 的组态工具，用于设置参数。通过具有用户友好性的屏幕进行参数化和试运行。

    S7-300 功能模块还可以用在 ET 200M I/O 系统的分布式组态中——以及基于 PC、带有 WinAC 的自动化中。

    • 高等级的精度和动态响应

    • 带有丰富功能的和通用模块

    • 不涉及 CPU，因为功能保存在每个模块的固件里

    • 快速的响应时间（确定性的动态响应）

    • 使用组态工具进行工程组态，集成到 STEP 7 中

    

    SIMATICS7-400 PNH系统可以根据具体应用需求量身定制：性能可扩展、的冗余度可灵活组态，安全功能易于集成。集成PROFINET接口，可冗余连接I/O设备，或者通过PROFIBUS连接I/O设备，实现工厂级通信。无论何种应用，使用SIMATIC S7-400 PNH，均可在熟悉的STEP7 工程环境中，进行便捷而有效的编程和组态。

    有一系列从入门级CPU直到高性能CPU，用于配置控制器。所有CPU控制大量结构;多个CPU可以在一个多值计算配置中一起工作以提高性能。由于CPU的高处理速度和确定性的响应时间，可缩短机器的循环周期。不同的CPU具有不同性能，例如，工作存储器，地址范围，连接数量和执行时间。十款款标准的CPU，集成PROFIBUS、PROFINET 总线接口。

     

    S7-400的一个重要特点是它的模块化。S7- 400的高速通讯背板总线和允许直接插入CPU集成的DP接口，允许多条通讯线路的高性能运行。例如，把一根总线用于HMI通讯和编程任务，一根总线用于高性能运动控制，一根总线用于普通I / O现场总线通讯。此外，也可以实现另外连接到MES-/ERP系统或通过SIMATIC IT连接到互联网的需要。根据任务情况，可对S7 – 400进行集中扩展或分布式配置。附加设备和接口模块也可集中用于此目的。在CPU中集成的PROFIBUS或PROFINET接口上也可实现分布式扩展。如果需要，也可以使用通讯处理器（CP）。

    设计一个S7 - 400系统基本上包括机架，电源，和*处理单元。它可以以一个模块化的方式安装和扩展。所有的模块都可以自由地放置在左侧插入的电源旁边。S7- 400具有无风扇的坚固设计。信号模块可以热插拔。一个多层面的模块范围可用于*扩展以及具有ET200的分布式拓扑结构的简单配置。在集中式扩展中，额外安装机架直接连接到*控制器。除了标准的安装机架，也提供9槽和18槽铝合金安装机架。这些铝机架可以很高地耐受不利环境条件，紧固耐用，重量轻25％左右。

    S7-400的CPU有一些非常有用的特殊功能：
    从工程工作站通过网络更新固件实现更简单和快速的升级；
    通过一个系统功能实现额外的写保护（例如没有从PC器件下载到CPU）；
    通过读取存储卡的序列号获得保护，因此，保证了程序只与特定的存储卡一起运行；
    集成的路由功能允许在不同总线系统和网络问数据记录，例如控制级PC可以通过S7 -400控制器与连接在PROFINET或者PROFIBUS接口上的现场设备进行通讯。

    信号模块是控制器进行过程操作的接口。许多不同的数字量和模拟量模块根据每一项任务的要求，准确提供输入/输出。数字量和模拟量模块在通道数量、电压和电流范围、电绝缘、诊断和警报功能等方面都存在着差别。S7-400信号模块不仅是能够在*机架扩展，而且可以通过PROFIBUS DP连接到S7-400*控制器。支持热插拔，这使更换模块变得极其简单。
    安装简便：
    通过前连接器连接传感器/执行器。更换模块后，只需将前连接器插入相同类型的新模块中，并保留原来的布线。前连接器带自动编码功能可避免发生错误。S7-400 也可以检测前连接器是否已插入。
    快速连接：
    SIMATIC TOP连接使连接变得更加简单、快速。可使用预先装配的带有单个电缆芯的前连接器，和带有前连接器模块、连接线缆和端子盒的完整插件模块化系统。
    高组装密度：
    模块中为数众多的通道实现了节省空间的设计。例如，可使用带有 16 至 32 个数字通道和 8 至 16 个模拟通道的模块。
    简单参数设置：
    使用STEP 7对这些模块进行组态和参数设置，并且不需要进行不便的转换设置。数据进行集中存储，如果更换了模块，数据会自动传输到全新模块，避免发生任何设置错误。使用新模块时，无需进行软件升级。可根据需要复制组态信息，例如用于标准机器。
    诊断、中断：
    许多模块还会监控信号采集（诊断）和从过程（过程中断，例如边沿检测）中传回的信号。这样便可对过程中出现的错误（例如断线或短路）以及任何过程事件（例如数字量输入时的上升沿或下降沿）立刻做出反应。使用 STEP 7，即可轻松对控制器的响应进行编程。在数字量输入模块上，每个模块可以触发多次中断。

    中国已进入了经济“新常态”格局，企业面临转型升级的关键时刻。西门子以客户面临的挑战为驱动力，凭借工程技术与创新能力，电气化、自动化和数字化产品，解决方案和服务，为客户