淺析西門子SIMATIC S7—300PLC技術(shù)

楊其艷

摘要：為了能夠在幾乎所有的制造區(qū)域中操作機(jī)器、設(shè)備和過程，除了能源，還需要提供控制元件。這些控制元件必須可以啟動(dòng)、控制、監(jiān)視和停止任何特定機(jī)器或過程的操作。新的SIMATIC系列將所有設(shè)備和系統(tǒng)（如硬件和軟件）集成到一個(gè)統(tǒng)一、強(qiáng)大的系統(tǒng)平臺(tái)。在該平臺(tái)中，克服了計(jì)算機(jī)、PLC和過程控制之間存在的障礙，改善了操作員控制和監(jiān)視?，F(xiàn)在都是用可編程邏輯控制器來解決自動(dòng)化任務(wù)，而西門子SIMATIC S7系列PLC就有S7-200，S7-300，S7-1200，S7-400這4種型號(hào)。而S7-300是中職學(xué)生學(xué)習(xí)的最好的范圍，屬于中低性能范圍，文章對(duì)此進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：系統(tǒng)設(shè)計(jì)；項(xiàng)目流程：現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試與評(píng)價(jià)

1 西門子S7系列PLC的組成

STEP7是用于組態(tài)SIMATIC S7-300系統(tǒng)的基本軟件包。

通過STEP7可以：（l）組態(tài)硬件并給硬件分配參數(shù)。（2）組態(tài)通信。（3）編程。（4）測(cè)試和排除故障。（5）文檔和歸檔。（6）執(zhí)行診斷。

而每一個(gè)項(xiàng)目中都會(huì)包括一些自動(dòng)化系統(tǒng)必須滿足的軟硬件需求：

硬件：（1）輸入和輸出的數(shù)目及類型。（2）模塊的數(shù)目及類型。（3）機(jī)架數(shù)目。（4） CPU容量和型號(hào)。（5） HMI系統(tǒng)。（6）通信結(jié)構(gòu)。

軟件：（l）程序結(jié)構(gòu)。（2）自動(dòng)化過程的數(shù)據(jù)管理。（3）組態(tài)數(shù)據(jù)和參數(shù)分配數(shù)據(jù)。（4）通信數(shù)據(jù)。（5）程序和項(xiàng)目文檔。

這就要求在設(shè)計(jì)項(xiàng)目時(shí)要注重方法，因?yàn)楣I(yè)自動(dòng)化技術(shù)可以應(yīng)用在很多生產(chǎn)過程當(dāng)中，如機(jī)械加工、食品加工、電力控制、冶金行業(yè)、汽車制造等。存儲(chǔ)在自動(dòng)化系統(tǒng)的程序存儲(chǔ)器中的邏輯，可隨時(shí)用編程設(shè)備進(jìn)行修改，使其生產(chǎn)過程不再是獨(dú)立的局部過程，而成為整個(gè)生產(chǎn)過程中一個(gè)不可分割的部分?？梢酝ㄟ^一個(gè)共同的軟件環(huán)境，將所有組件和任務(wù)集成到一個(gè)統(tǒng)一、易用的系統(tǒng)中。在不同的生產(chǎn)過程當(dāng)中，控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法是大同小異的，主要步驟包括：（l）了解控制系統(tǒng)功能原理及控制系統(tǒng)工藝要求。（2）設(shè)計(jì)電氣控制系統(tǒng)控制方案。（3）控制系統(tǒng)安裝及調(diào)試。（4）項(xiàng)目歸檔及文檔處理。

2 設(shè)計(jì)控制方案

硬件調(diào)試：創(chuàng)建項(xiàng)目：選擇菜單選項(xiàng)File New或工具欄中的圖標(biāo)來打開“New”對(duì)話框，創(chuàng)建一個(gè)新項(xiàng)目或一個(gè)新庫。在“Name”框中輸入項(xiàng)目名稱，再單擊“OK”按鈕確認(rèn)。

插入程序：選擇Insert→Program→S7 Program菜單在當(dāng)前項(xiàng)目中插入一個(gè)新程序。當(dāng)插入對(duì)象時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)賦予一個(gè)相關(guān)的名稱，例如“S7 Program（l）”。必要時(shí)還可修改該名稱。

插入站：通過選擇菜單選Insert→Station→SIMATIC300Station，可以在當(dāng)前項(xiàng)目下插入一個(gè)新站?？筛鶕?jù)需要修改系統(tǒng)自動(dòng)為該站分配的名稱“SIMATIC 300（1）”。

硬件組態(tài)：該工具有助于對(duì)硬件進(jìn)行配置、參數(shù)賦值以及診斷。要啟動(dòng)“硬件組態(tài)”工具，在SIMATIC Manager中選擇硬件站點(diǎn)，并選擇菜單選項(xiàng)Edit→Open Object，或雙擊硬件圖標(biāo)然后生成設(shè)定組態(tài)，即指定如何在機(jī)架中擺放模塊，這種由用戶指定的組態(tài)可以作為設(shè)定組態(tài)。

機(jī)架：例如，在硬件目錄中打開一個(gè)SIMATIC 300的站，再打開“RACK-300”目錄，可以看到其中包含DIN導(dǎo)軌的圖標(biāo)。雙擊（或拖放）該圖標(biāo)，可以在“硬件組態(tài)”窗口中插入一個(gè)導(dǎo)軌。隨后，窗口分成2列，分別顯示2個(gè)機(jī)架組件列表：上面是一個(gè)簡(jiǎn)表，而下面則包括了訂貨號(hào)、MPI地址和1/0地址等詳細(xì)信息。

1號(hào)插槽：如果需要負(fù)載電源，則通過雙擊或拖放操作，將目錄中適當(dāng)?shù)摹癙S-300”電源模塊插入列表中的1號(hào)插槽。

2號(hào)插槽：CPU可以從“CPU-300”的目錄中選擇CPU，把它插入2號(hào)插槽。

3號(hào)插槽：3號(hào)插槽為接口模塊保留（用于多機(jī)架組態(tài)）。此插槽在硬件組態(tài)時(shí)可以省略，因?yàn)閷?shí)訓(xùn)室的1/0點(diǎn)足夠?qū)W生使用。

插入模塊：自4號(hào)插槽開始，可以從“HardwareCatalog”中用拖放或雙擊操作“插入”最多8個(gè)信號(hào)模塊（SM）、通信處理器（CP）或功能模塊（FM）。可以插入所選模塊的插槽，會(huì)使自動(dòng)綠色高亮顯示。

在組態(tài)系統(tǒng)時(shí)會(huì)創(chuàng)建一個(gè)設(shè)定的組態(tài)。它包括帶有規(guī)定模塊和相關(guān)參數(shù)的硬件站點(diǎn)。PLC系統(tǒng)根據(jù)設(shè)定組態(tài)進(jìn)行裝配，調(diào)試時(shí)將設(shè)定組態(tài)下載到CPU中。

以用PLC控制氣缸系統(tǒng)進(jìn)行往復(fù)來回運(yùn)行為例。

（l）分析被控對(duì)象并提出控制要求。詳細(xì)分析氣缸的工作過程及工作特點(diǎn)，了解氣缸與電磁閥之間的配合，提出氣缸對(duì)PLC控制系統(tǒng)的控制要求，確定控制方案，擬定設(shè)計(jì)任務(wù)書。以此項(xiàng)目為例，任務(wù)要求為按下SBI氣缸做往返運(yùn)動(dòng)，按下SB2氣缸停止運(yùn)動(dòng)。

（2）控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)（1/0點(diǎn)分配）。確定輸入/輸出設(shè)備，根據(jù)系統(tǒng)的控制要求，確定系統(tǒng)所需的全部輸入設(shè)備：按紐、限位開關(guān)和輸出設(shè)備：電磁閥、信號(hào)指示燈和氣缸，從而確定與PLC有關(guān)的輸入/輸出設(shè)備，以確定PLC的1/0點(diǎn)數(shù)。

以此項(xiàng)目為例：

序號(hào)名稱端口地址槽位類型：①啟動(dòng)按鈕SBI 10.0 4DI；②停止按鈕SB2 10.1 4 DI；③限位開關(guān)l SI 10.2 4DI；④限位開關(guān)2 S2 10.3 4 DI；⑤電磁閥D QO.0 4 DO。

（3）編制PLC程序和軟件調(diào)試。

（4）外圍接線。

（5）現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試。

①靜態(tài)測(cè)試。利用萬用表測(cè)試電路的完整性，防止接線錯(cuò)誤，影響電路調(diào)試的正常運(yùn)行。

②聯(lián)網(wǎng)測(cè)試。測(cè)試實(shí)訓(xùn)室的網(wǎng)絡(luò)通暢，保證程序下載正常進(jìn)行。通過模擬調(diào)試軟件進(jìn)行在線統(tǒng)調(diào)。聯(lián)機(jī)調(diào)試過程應(yīng)循序漸進(jìn)，PLC先連接輸入設(shè)備，再連接輸出設(shè)備，再接上實(shí)際負(fù)載等逐步進(jìn)行調(diào)試。若達(dá)不到任務(wù)要求，則對(duì)連接的硬件和程序的邏輯作調(diào)整。通常只需修改程序即可。

③動(dòng)態(tài)測(cè)試。程序下載，按鈕動(dòng)作，PLC指示燈指示正常。如有不正常，進(jìn)行調(diào)整，保證電路正常運(yùn)行。

整理和編寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告，實(shí)驗(yàn)報(bào)告包括設(shè)計(jì)說明書、電氣元件明細(xì)表、PLC邏輯控制程序、硬件安裝接線原理圖等。

以上5點(diǎn)為項(xiàng)目設(shè)計(jì)流程，每一個(gè)項(xiàng)目必須包括這樣5個(gè)完整的部分。現(xiàn)在用可編程邏輯控制器來解決自動(dòng)化任務(wù)。存儲(chǔ)在自動(dòng)化系統(tǒng)的程序存儲(chǔ)器中的邏輯與設(shè)備設(shè)計(jì)和接線無關(guān)，可隨時(shí)用編程設(shè)備進(jìn)行修改。例如：若把項(xiàng)目改成按下SBI氣缸向右運(yùn)行，停止3秒后，再做往返運(yùn)動(dòng)，按下SB2氣缸停止運(yùn)動(dòng)。這個(gè)時(shí)候只要將程序修改一下，其他不變。若又改成向右運(yùn)行時(shí)有指示燈指示時(shí)，則輸出端需要再接一個(gè)輸出設(shè)備即指示燈，同樣修改一下程序即可完成新的項(xiàng)目。

3 西門子S7-300 PLC的技術(shù)實(shí)現(xiàn)

SIMATIC系列使生產(chǎn)過程不再是獨(dú)立的局部過程，而成為整個(gè)生產(chǎn)過程中一個(gè)不可分割的部分?？赏ㄟ^下列組件來實(shí)現(xiàn)整個(gè)自動(dòng)化環(huán)境的全集成：一個(gè)共同的軟件環(huán)境，能將所有組件和任務(wù)集成到一個(gè)統(tǒng)一易用的系統(tǒng)中；一個(gè)共同的數(shù)據(jù)管理（中央數(shù)據(jù)庫），也能實(shí)現(xiàn)所有自動(dòng)化組件間共同的通信。

新的SIMATIC 系列將所有設(shè)備和系統(tǒng)（如硬件和軟件）集成到一個(gè)統(tǒng)一、強(qiáng)大的系統(tǒng)平臺(tái)。在該平臺(tái)中，其克服了計(jì)算機(jī)、PLC和過程控制之間存在的障礙，改善了操作員控制和監(jiān)視環(huán)境。

該P(yáng)LC是可以獨(dú)立工作的微機(jī)系統(tǒng)，與PC機(jī)無關(guān)，如有需要甚至可以用自身獨(dú)立提供的電源?？蓴U(kuò)展硬件平臺(tái)?？梢詾樾枰鉀Q的任務(wù)選擇性價(jià)比最優(yōu)的產(chǎn)品（PLC或計(jì)算機(jī)）。開放式全集成自動(dòng)化環(huán)境。很容易擴(kuò)展現(xiàn)有的系統(tǒng)或集成將來的自動(dòng)化解決方案。保持現(xiàn)有投資價(jià)值。很容易地從現(xiàn)有的SIMATIC～，TELEPERM或TI環(huán)境過渡。采用功能強(qiáng)大的軟件提高項(xiàng)目執(zhí)行的效率，減少工程組態(tài)成本。此外，還可以減少調(diào)試、維護(hù)和維修的開銷。SIMATIC 基于Windows標(biāo)準(zhǔn)，因此很容易使用其應(yīng)用程序（標(biāo)準(zhǔn)軟件）和通信機(jī)制。

4 結(jié)語

西門子S7300PLC技術(shù)是西門子公司在S5系列PLC基礎(chǔ)上于1995年陸續(xù)推出的。相對(duì)于S7-200，S7-400是模塊化的中小型PLC系統(tǒng)，能滿足中等性能要求的應(yīng)用。它簡(jiǎn)化了工廠自動(dòng)化的體系結(jié)構(gòu)，把控制、通信、人機(jī)界面及各種特定的應(yīng)用全都合為一體。S7-300提供了多種性能遞增的CPU和豐富的1/0擴(kuò)展模塊，用戶可以根據(jù)實(shí)際應(yīng)用選擇合適的模塊，且當(dāng)控制任務(wù)增加而愈加復(fù)雜時(shí)，可隨時(shí)附加模塊對(duì)PLC進(jìn)行擴(kuò)展，系統(tǒng)擴(kuò)展靈活。西門子S7-300將成為繼現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)之后發(fā)展的新亮點(diǎn)。