重庆西门子S7-200SMART模块代理经销商

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在开始进行编程之前，我们首先要了解STEP 7的模块化程序结构，这种结构将复杂的任务分解成一些可单独解决的分任务。

    STEP 7软件将应用程序分解为若干种模块，即OB（组织块）、FB（功能块）、FC（功能）和DB（数据块）等。

    STEP7中的块，诸如功能(FC)和功能块(FB)，可以赋予参数，通过使用这些块便实现了结构化编程的概念。这意味着解决单个任务的块，使用局部变量来实现对其自身数据的管理。块仅通过其块参数来实现与“外部”的通信，也即，与过程控制的传感器和执行器，或者与用户程序中的其他块之间的通信。在块的指令段中，一般不直接访问如输入、输出、位存储器或DB中的变量这样的全局地址，只有在调用这些块时才用全局地址去替换块中的局部变量（形式参数）。

    结构化编程具有如下一些优点：

    1)各单个任务块的创建和测试可以相互独立地进行。

    2)通过使用参数，可将块设计得十分灵活。比如，可以创建一钻孔循环，其坐标和钻孔深度可以通过参数传递进来。

    3)块可以根据需要在不同的地方以不同的参数数据记录进行调用，也就是说这些块能够被再利用。

    4)在预先设计的库中，能够提供用于特殊任务的“可重用”块。

    下面首先说明OB0组织块( OB)是CPU的操作系统和用户程序之间的接口，OB将用来执行特殊的程序段，主要有循环执行用户程序（例如OB1）、定时执行用户程序(例如OB30~ OB38)、响应I/O模板的硬件中断信号执行的用户程序（例如OB40~OB47）、响应I/O模板的诊断信号执行的用户程序（诊断中断，例如OB82）、CPU启动方式组织块（例如OB90、OB100、OB101、OB102）等。

    本节主要介绍OB1（主循环程序）的作用和编程方法。

    在STEP 7中，OB1是由CPU执行的主循环程序，CPU一行行地读取并且执行程序命令，当CPU返回到*程序行时，它就精确地完成了一个循环周期。此过程所需要的时间就是一个扫描周期时间。

    下面根据选择使用的编程语言，分别介绍用梯形图( LAD)、语句表(STL)和功能块图( FBD)来编写OB1程序。

    在用STEP 7建立S7程序时，可以选择3种标准编程语言中的一种，即梯形图(LAD)逻辑语言、语句表( STL)语言或者功能块图(FBD)语言。LAD适合于熟悉继电器逻辑的电气工程师，STL适合于熟悉计算机编程语言的工程师，FBD对习惯于使用逻辑图设计的工程师更为合适。图3-20是分别使用这3种编程语言的示例。

    在工具条上单击打开图，打开OB1方块，在弹出的对话框中选择项目Getting Started，单击OK按钮确认。单击打开对话框中的Browse（浏览）按钮，选择用某一种编程语言来对OB1进行编程，在出现的路径菜单(C:＼SIEMENS＼STEP7＼EXAMPLES)中，选择打开以下的项目样板：ZEn01_01_STEP7_STL_1-9、ZEn01_03_STEP7_FBD_1-9或者ZEn01 _05_STEP7_LAD_1-9。

    在图3-21的中间部分，显示了这3个项目样板。

    对选中的样板，例如ZEn01_05_ STEP7_ LAD_1-9，采用导航的方法，一直到出现符号表Symbols，用鼠标选中目标并按住鼠标左键，即将符号表复制到项目Getting Started的S7程序文件夹中，然后关闭项目ZEn01_05_STEP7_LAD_1-9的窗口。用鼠标选中目标并按住鼠标左键，拖动目标到所选择的位置，释放鼠标左键，完成复制。图3-21图解说明了这一过程。

    在Getting Started项目的右边窗口，双击OB1，从而打开了用LAD（或STL/FBD）来编写OB1程序的编程窗口。图3 -22所示为这一窗口的各个部分。

    图3-23和图3-24采用图解的方法举例说明，怎样使用梯形图逻辑语言来编写一个串联电路和并联电路的程序。图3-25进一步说明怎样编写一个存储置位、复位电路。图3-26所示为梯形图逻辑语言编程中的地址和符号地址。

    以上介绍了使用梯形图( LAD)逻辑语言编写的串联电路、并联电路和SR触发器的程序网络段。下面将用语句表( STL)语言和功能块图(FBD)语言来编写同样的电路程序，如图3-27~图3-33所示。

    在用语句表语言编程的过程中，如果出现红色符号，这表明在已经建立的符号表中没有该符号，或者存在语法错误。

    在编程过程中，也可以直接从符号表中插入符号名。单击？？．？符号，然后单击菜单命令Insert→Symbol，通过下拉表的滚动条，找到相应的符号名，选择这一符号名，即可自动地替代？？．？地址。

    在图3-28中，网络段1的说明是，当两个输入点“Key_1”和“Key_2”都激活时（都是信号状态“1”= 24V），则“Green_Light”激活。亦即为了使“绿灯”接通，必须两个输入同时为“1”状态。

    网络段2的说明是，当两个输入点“Key_3”和“Key_4”中有一个激活时（有一个是信号状态“1”= 24V），则输出“Red_Light”激活。亦即为了使“红灯”接通，只需两个输入中有一个为“1”状态。

    网络段3的说明是，当输入“Automatic_On”激活时，由于S指令的作用，输出“Au tomatic_Mode”被激活，且一直保持激活状态，即使输入“Automatic_On”又变成非激活状态，对输出也没有影响。当输入“Manual_On”激活时，R指令起作用，输出“Automatic_Mode”复位到非激活状态，且一直保持非激活状态，即使输入“Manual_On”又变成非激活状态，对输出也没有影响。输出的状态是由S (Set)和R(Reset)操作来决定的。

    如果两个输入同时被激活，则首先是置位功能，随后是处理复位功能，由于主程序( OB1)是顺序执行，因此一个OB1周期结束时的结果使输出处于复位状态，这种情况称复位优先。

    使用建立一个变量表的方法，并通过对表中的变量进行监视和修改，可以完成对单个程序的测试。为此首先需要在编程器和CPU之间建立一个“在线”连接，而且CPU必须工作在RUN-P方式，进行调试的程序也必须已经下载到CPU内部。如图3-60所示为建立测试程序用变量表的图解过程。

    初变量表是空的，根据调试程序的需要，在变量表中输入要监视或修改的变量名或地址，在Getting Started的例子中的变量表，如图3-61所示。将该表中所有速度值的状态格式改变为DEC(Decimal)格式，在相应的变量上单击鼠标右键，在弹出的快捷菜单中选择DEC格式。如图3-62所示为在变量表中监视和修改参数值的示例。

    要停止变量表的监视功能，可再一次单击工具栏上的“离线／在线”标签，关闭窗口，单击“对话框”中的Yes或OK按钮加以确认。

    由于屏幕尺寸的限制，对于大变量表，可能无法*显示。如果需要建立一个大变量表，可以在同一个S7程序里，建立若干个变量表，每一个变量表正好满足部分的测试要求，对每一个变量表可以分配一个与方块或网络段相应的符号名（例如，对OB1的Network 1可以使用符号名VAT_1），使用同样的方法在符号地址表中分配其他变量表的符号名。

    单击Help→Contents之后，在Debugging（调试）下的Testing with the Variable Table（“用变量表测试程序”）标题下能找到更多的信息。

提示：

在对PLC进行硬件组态时，首先应定义其输入和输出的地址，如图3-17所示。因为，这些地址是直接的，也即地址。也可以选择使用任意符号名来替代地址。 图3-17 PLC及其输入/输出的地址 为了应用符号地址进行编程，需要建立一个符号表，对在以后的程序中将要用到的所有地址，在符号表中给它们每一个分

    在对PLC进行硬件组态时，首先应定义其输入和输出的地址，如图3-17所示。因为，这些地址是直接的，也即地址。也可以选择使用任意符号名来替代地址。

    为了应用符号地址进行编程，需要建立一个符号表，对在以后的程序中将要用到的所有地址，在符号表中给它们每一个分配一个符号名，同时定义它们的数据类型。例如，对于输入I1.2，其符号名为PE_FAILURE，表示汽油发动机有故障，数据类型为BOOL型（开关量）。这一符号名适用于整个程序，因此称为全局变量。使用符号地址进行编程，使得所编的S7程序可读性强。

    在完成图3-2所示对PLC进行硬件组态之后，开始编写用户程序之前，需要做的一项工作是建立编程用的符号地址表。图3-18用图解的方式，说明建立符号地址表的步骤，图3-19是为项目Getting Started所编写的符号地址表。一般而言，每一个S7程序只建立一个符号地址表，这与在编程中使用哪一种编程语言进行编程无关。所有可以打印的字母（例如特殊字母、空格），在符号表中都允许使用。

    在符号表中会自动加入的数据类型，取决于由CPU所处理的信号类型。表3-1给出在STEP 7中使用的各种数据类型。

    表3-1    在S7程序中使用的数据类型

    读者如果想了解有关应用符号地址编程的更多内容，可以参考STEP 7工具条Help菜单中Contents选项下的Programming Block和Defining Symbols两节的说明。

    建立一个项目和插入SIMATIC站后，就可以对PLC进行硬件组态了。

    首先要解释一下为什么要对PLC进行硬件组态。西门子的S7系列PLC和其他的一些PLC有所不同，对S7系列PLC的I/O模板其地址的定义，既不需要用设置地址用的专门的硬件开关，也与模板的插入位置没有关系，而是依靠硬件组态来确定的。另外，模板的一些属性（例如模拟量输入模板的物理属性，是电压输入还是电流输入或者是温度传感器输入，以及输入范围的量程是±10V或4~20mA等），还有与通信相关的一些属性（例如参数数据和过程数据的字数，以及发送/接收这些数据的首地址），都需要通过硬件组态来确定。

    进行硬件组态的目的，是为了确定所有应用的I/O模板的地址、相关的属性以及其他与使用模板有关的特性数据，通过组态，生成与硬件有关的“系统数据”，当这一“系统数据”下载到PLC的CPU中后，CPU就会确认这些数据，并按这些数据来检查PLC用户程序的合理性以及有效地执行合理的用户程序。

    S7 PLC在构成系统时有两种结构，一种是本地配置，另一种是分布式配置，按照这两种不同的配置，我们分别来介绍其硬件组态的方法。

    首先介绍S7 PLC的本地组态（*机架结构组态）过程。

    打开“项目”中的“站”，在窗口的右边页面出现“硬件”图标，如图3-5所示。双击“硬件”图标，打开硬件组态窗口，在组态窗口的右边会显示硬件组态单元的库目录菜单

    根据插入的站，选择目录菜单中的相应项，例如SIMATIC 300，在其下拉菜单中再选择RACK-300，双击RACK-300下面的图标，这时在窗口左边页面上就会出现0 (UL)机架带槽位的rack表。

    为了在0 (UL)的1号槽位上放置PS 307电源模板，浏览目录菜单，找到PS307 SA（6ES7 307-1EA00-0AA0），用鼠标拖至0(UL)机架的1号槽位上。为了在0(UL)的2号槽位上放置CPU模板，浏览目录菜单，打开CPU-300项，在其下拉菜单中找到CPU 314C-2DP (6ES7 314-6CF01-0ABO)，用鼠标将其拖至0(UL)机架上的2号槽位，由于CPU 314C-2DP占用2个槽位，从第4个槽位开始，可以组态配置其他的I/O模板。用同样的方法，在4号槽位上配置了32点的直流输入模板( 6ES7 321-1BL00-0AA0)，在5号槽位上配置了32点的直流输出模板（6ES7 322-1BL00-0AA0）。

    图3-6所示为使用上述方法组态完成后的STEP 7硬件组态界面，从图上还能看到所选模板的订货号、I/O模板组态定义的地址以及分配给CPU模板的MPI地址。

    在硬件组态过程中，对I/O模板地址的确定是由STEP 7软件默认设定的，例如在图3-6上，(0) UR机架4号插槽上的32点开关量输入模板的默认地址为I0.0~I3.7，5号插槽上32点开关量输出模板的默认地址为Q4.0~Q7.7，如果用户希望改变这一地址的定义，也是可以的，只需要在组态过程中，用鼠标右键单击模板，在下拉菜单中单击“Object Properties”（目标属性），能见到目标属性的对话框，当光标定位在“Addresses”标签上时，我们可以看到模板的起始地址和结束地址，以及“System Default”的选择项，如果我们采用系统软件默认选择的地址，则在“System Default”前的“□”中要打一“√”号，如果用户希望自己定义模板的地址，则需要将“System Default”前“□”中的“√”号去掉，然后将模板的起始地址值改写为用户希望设定的值，模板的结束地址值会自动改变成合适的值，图3-7所示为我们将图3-6上开关量输出模板的地址从Q4.0~Q7.7改变成Q0.0~Q3.7的结果。需要注意的是，在用户自己设定地址时要保证各模板不出现重复的地址值。

    在对CPU进行组态时，还有许多CPU的属性选项需要组态确定，如图3-8所示，主要的有“Interrupts”（中断）、“Time-of-Day Interrupts”（日时间中断）、“Cyclic Interrupts”（定时中断）、“Protection”（加密）、“Startup”（启动方式）等。有关中断的内容，在本章有专门的一节进行介绍。

    在本地组态时如果一个机架不够用（对S7 -300系统，一个机架一般只能安排8块模板），可以采用本地扩展的办法，扩展多个机架（对S7 -300系统，多可以扩展成4个机架），本地扩展时采用IM 360和IM 361模板，IM 360模板插在带CPU机架的3号槽上，IM 361模板插在各扩展机架的3号槽上，IM 360和IM 361模板之间，IM 361和IM 361模板之间通过本地扩展电缆连接（长为5m），多个控制机架的组态如图3-9所示。

    在图3-9中，0号机架是带CPU的机架，1~3号机架都是扩展机架，在1号机架上我们配置了两块模拟量输入模板，型号为6ES7 331-7KF02-0AA0，这是8输入通道，分辨率为12位的通用模拟量输入模板，通过组态，我们确定其输入地址为PIW384-399（第1块模板）和PIW400-415（第2块模板），因为模拟量输入读数的数据类型是整型数，所以每一个模拟量输入通道要占用2B，对第1块模板的第1个通道，其输入地址为PIW384-385，第2个通道的地址为PIW386-387，顺次序排列到第8个通道，输入地址为PIW398-399。第2块模拟量输入模板的通道地址分配和第1块模板类同，即第1通道地址为PIW400- 401，第8通道的地址为PIW414 - 415。

    在硬件组态中除了要确定输入通道的地址外，还需要确定模拟量输入的属性，如图3-10所示。在图3-10的左边的(1) UR机架上，将光标定位在AI8x12Bit的第1块模拟量模板上，用鼠标右键选择“Object PropeIties”（目标属性），在图3-10的右边，能见到目标属性的对话框，当光标定位在“Input”选项卡上时，属性对话框有以下内容：将8个输入通道分成4组（0-1、2-3、4-5和6-7），每一组可以选择测量值和测量值的范围（例如，0-1组是电压输入，输入值的范围是±10V；2-3组是4线制电流输入，输入值的范围是4~20mA; 4-5组是铂电阻输入，传感器为标准Pt100；6-7组是热电偶输入，传感器为K型热电偶）。在确定测量值之后有相应的“测量值量程小模板”的位置指示，在图中0-1组的位置为B，2-3组的位置为C，4-5组和6-7组的位置都是A。这一指示要和实际模板侧面“测量值量程小模板”的位置相*。对该模拟量输入模板还可以选择“中断”属性，在图3-10中我们选择了允许“Diagnostic Interrupt”（诊断中断）和“Hardware Interrupt When Limit Exceeded”（当输入超*启动硬件中断），对2-3、4-5和6-7输入组，在输入传感器“断线”时，都会造成输入读数出现严重错误，这时会启动“诊断中断”。对0-1、2-3输入组，当输入信号超过上限或低于下*会启动硬件中断，在图3-10中还设定了0-1、2-3输入组的输入上/下限值。

    在图3-9中的2号机架上我们配置了两块模拟量输出模板，型号为6ES7 332-5HD01-0AB0，这是4输出通道，分辨率为12位的通用模拟量输出模板，通过组态，我们确定其输出地址为PQW512-519（第1块模板）和PQW528-535（第2块模板），因为模拟量输出读数的数据类型也是整型数，所以每一个模拟量输出通道要占用2B，对第1块模板的第1个通道，其输出地址为PQW512-513，第2个通道的地址为PQW514-515，顺次序排列到第4个通道，输出地址为PQW518-519。第2块模拟量输出模板的通道地址分配和第1块模板类同，即第1通道地址为PQW528-529，第4通道的地址为PQW534-535。

    在图3-9中的3号机架上我们配置了两块温度控制的智能模板，型号为FM 355-2 C（订货号6ES7 355-2CH00-0AE0）和FM 355-2 S（订货号6ES7 355-2SH00-0AE0），这是4通道智能温度控制模板，通过组态，我们确定其输入/输出地址为PIW640- 655/PQW640-655（第1块模板）和PIW656-671/PQW 656-671（第2块模板）。FM 355.2 C的输出通道信号是连续信号（例如4~ 20mA）而FM 355-2 S的输出通道信号是脉冲宽度调制的开关信号。

    如果用户要求的系统规模更大，4个本地扩展的机架都不能满足要求，则可以采用分布式I/O的配置。

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