西门子S7-300CPU314

发布时间:2018-04-17

西门子S7-300CPU314

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詹雪芬  9 9:85011-1590
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本系统采用西门子PLC300CPU和CP342-5、CP343-1的接口模块相连构成系统的主站。CP342-5是用于连接S7-300和 profibus-DP的主/从站接口模块,CP 343-1是用于连接S7-300和工业以太网的接口模块。在该控制系统中,除了上述主站外,从站是由 22个ET200S和22个ET200ECO组成,分别分布在两条profibus网络上。CPU上自带的profibus-DP接口构成 profibusⅠ线,CP 342-5接口模块构成profibusⅡ线。

系统中ET200S从站上采用的IM151-1接口模块有两种: 基本型和标准型,基本型的接口模块所能挂接的电源管理模块和I/O模块个数范围为2~12个,标准型的接口模块其范围为2~63个。所以当从站I/O模块较多时,宜选用标准型的接口模块。接口模块上带有profibus地址设定拨码开关。

系统中ET200ECO从站中选用了8DI和16DI两种模板,模板结构紧凑,模板的供电采用7/8电源线,模板的通讯采用M12通讯接头。接线灵活而快速,方便拔插。其接口模块上带有2个旋转式编码开关用于profibus地址分配。

网络设备按照适应工业现场环境的程度,以及生产线的布局来考虑选用不同防护等级。控制箱中的模块采用防护等级为20的ET200S I/O模块,对应每个控制箱的还有一个防护等级为67的ET200eco模块,置于生产线滚轮下方,由于该模块需要接触到现场较为恶劣的生产环境,因此需要有防水防油防尘等功能。

3 目标控制系统
3.1 系统设计汽车发动机装配线是一个对发动机顺序装配的流水线工艺过程。由于工艺的繁琐性,工程的计算机控制系统考虑采用分散控制和集中管理的分布式控制模式,采用以西门子PLC为核心构成的计算机控制系统,各独立工位控制系统之间通过网络实现数据信息、资源共享。该装配线在整个生产过程中较为关键,由于每个工位之间是流水线生产,因此每个环节的控制都必须具备高可靠性和一定的灵敏度,才能保证生产的连续性和稳定性。从站中的每个ET200S站和其对应的ET200ECO站共同构成一个工位, ET200ECO主要是采集现场数据用。ET200S站的模块置于小型控制箱内, 对于工位的基本操作有两种方式,就地控制箱手动方式和就地自动方式。由于每个控制工位的操作进度不一致,操作工可以按照装配要求进行手自动切换。特殊情况下亦可通过手动操作进行工件位置的修正。

西门子S7-300CPU314

PLC空操作指令及其典型应用说明 NOP指令:空操作指令。 END指令:程序结束指令。 指令说明 1.在将程序全部清除时,全部指令成为空操作。若在普通指令与指令之间加入空操作(NOP)指令,则可编程控制器可继续工作,而与此无关。若在程序执行过程中加入空操作指令,则在修改或追加程序时,可以减少步序号的变化,但是程序步须留有空余。 2.若将已写入的指令换成NOP指令,则电路会发生变化,务必请注意。 3.可编程控制器反复进行输入处理,程序执行输出处理,若在程序的后写入END指令,则END以后的其余程序步不再执行,而直接进行输出处理。在程序中没有END指令时,可处理到终的程序步。 4.在调试期间,在各程序段插入END指令,可依次检测各程序逻辑段的动作。在这种场合,在确认前面电路块动作正确无误后,依次删去END指令。 NOP指令的应用: ①某些步序内容为空,留空待用。 ②短路某些接点或电路 ③切断某些电路 ④变换先前的电路 MC /MCR指令:主控/主控复位指令。 MPS/MRD/MPP指令:进栈/读栈/出栈指令。 指令说明: 1.MC主控是公共串联触点的连接。 2.MCR主控复位是公共串联接点的清除。 3.在可编程控制器中有11个存储器,它们用来存储运算的中间结果,被称为栈存储器。使用1次MPS指令又将此时刻的运算结果送入栈存储器的第1段。再使用MPS指令,将此时刻的运算结果送入栈存储器的每1段,而将原先存入的数据依次移到栈存储器的下一个段。 4.使用MPP指令,各数据按顺序向上移动,将上段的数据读出,同时该数据就从栈存储器中消失。 5.MRD是读出上段所存储的新数据的指令,栈存储器内的数据不发生移动。 举例 (1)主控指令应用 梯形图:如图1 程序清单 LD X000 SET Y000 LD X006 MC N0 SP M100 LD X004 OUT Y001 LD Y000 OUT T1 K8000 LD X007 MC N3 SP M200 LD Y000 SET Y002 MCR N3 MCR N0 LD X005 OUT Y003 END (2)栈指令应用 梯形图:如图2 程序清单: LD X000 MPS AND X004 OUT Y000 MRD AND X005 OUT Y001 MRD OUT Y002 MPP AND X004 MPS AND X005 OUT Y003 MPP AND X006 OUT Y004 LD X005 OR X007 ANB OUT Y005 END PLC控制系统的一般结构和故障类型 PLC控制系统主要由输入部分、CPU、采样部分、输出控制和通讯部分组成,如图1所示。输入部分包括控制面板和输入模板;采样部分包括采样控制模板、AD转换模板和传感器;CPU作为系统的核心,完成接收数据,处理数据,输出控制信号;输出部分有的系统用到DA模板,将输出信号转换为模拟量信号,经过功放驱动执行器;大多数系统直接将输出信号给输出模板,由输出模板驱动执行器工作;通讯部分由通讯模板和上位机组成。 因为PLC本身的故障可能性极小,系统的故障主要来自外围的元部件,所以它的故障可分为如下几种: (1)输入故障,即操作人员的操作失误; ■传感器故障; ■执行器故障; ■PLC软件故障 这些故障,都可以用合适的故障诊断方法进行分析和用软件进行实时监测,对故障进行预报和处理。 PLC控制系统的故障诊断方法 PLC控制系统故障的宏观诊断 故障的宏观诊断就是根据经验,参照发生故障的环境和现象来确定故障的部位和原因。PLC控制系统的故障宏观诊断方法如下: ■是否为使用不当引起的故障,如属于这类故障,则根据使用情况可初步判断出故障类型、发生部位。常见的使用不当包括供电电源故障、端子接线故障、模板安装故障、现场操作故障等。 ■如果不是使用故障,则可能是偶然性故障或系统运行时间较长所引发的故障。对于这类故障可按PLC的故障分布,依次检查、判断故障。首先检查与实际过程相连的传感器、检测开关、执行机构和负载是否有故障:然后检查PLC的I/O模板是否有故障:后检查PLC的CPU是否有故障。 ■在检查PLC本身故障时,可参考PLC的CPU模板和电源模板上的指示灯。 ■采取上述步骤还检查不出故障部位和原因,则可能是系统设计错误,此时要重新检查系统设计,包括硬件设计和软件设计。 PLC控制系统的故障自诊断 故障自诊断是系统可维修性设计的重要方面,是提高系统可靠性必须考虑的重要问题。自诊断主要采用软件方法判断故障部分和原因。不同控制系统自诊断的内容不同。PLC有很强的自诊断能力,当PLC出现自身故障或外围设备故障,都可用PLC上具有的诊断指示功能的发光二极管的亮、灭来查找。 体诊断 根据体检查流程图找出故障点的大方向,逐渐细化,以找出具体故障,如图2所示。 电源故障诊断 电源灯不亮,需对供电系统进行诊断.如果电源灯不亮,首先检查是否有电,如果有电,则下一步就检查电源电压是否合适,不合适就调整电压,若电源电压合适,则下一步就是检查熔丝是否烧坏,如果烧坏就更换熔丝检查电源,如果没有烧坏,下一步就是检查接线是否有误,若接线无误,则应更换电源部件. 运行故障诊断 电源正常,运行指示灯不亮,说明系统已因某种异常而终止了正常运行。检查流程如图3所示. 图3 运行故障诊断流程图 输入输出故障诊断 输人输出是PLC与外部设备进行信息交流的通道,其是否正常工作,除了和输入输出单元有关外,还与联接配线、接线端子、保险丝等元件状态有关。 出现输入故障时,首先检查LED电源指示器是否响应现场元件(如按钮、行程开关等)。如果输入器件被激励(即现场元件已动作),而指示器不亮,则下一步就应检查输入端子的端电压是否达到正确的电压值。若电压值正确,则可替换输入模块。若一个LED逻辑指示器变暗,而且根据编程器件监视器、处理器未识别输入,则输入模块可能存在故障。如果替换的模块并未解决问题且连接正确,则可能是I/O机架或通信电缆出了问题。 出现输出故障时,首先应察看输出设备是否响应LED状态指示器。若输出触点通电,模块指示器变亮,输出设备不响应。那么,首先应检查保险丝或替换模块。若保险丝完好,替换的模块未能解决问题,则应检查现场接线。若根据编程设备监视器显示一个输出器被命令接通,但指示器关闭,则应替换模块。 在诊断输入/输出故障时,佳方法是区分究竟是模块自身的问题,还是现场连接上的问题。如果有电源指示器和逻辑指示器,模块故障易于发现。通常,先是更换模块,或测量输入或输出端子板两端电压测量值正确,模块不响应,则应更换模块。若更换后仍无效,则可能是现场连接出问题了。输出设备截止,输出端间电压达到某一预定值,就表明现场连线有误。若输出器受激励,且LED指示器不亮,则应替换模块。如果不能从I/O模块中查出问题,则应检查模块接插件是否接触不良或未对准。后,检查接插件端子有无断线,模块端子上有无虚焊点。 指示诊断 LED状态指示器能提供许多关于现场设备、连接和I/O模块的信息。大部分输入/输出模块至少有一个指示器。输入模块常设电源指示器,输出模块则常设一个逻辑指示器。 对于输入模块,电源LED显示表明输入设备处于受激励状态,模块中有一信号存在。该指示器单独使用不能表明模块的故障。逻辑LED显示表明输入信号已被输入电路的逻辑部分识别 。如果逻辑和电源指示器不能同时显示,则表明模块不能正确地将输入信号传递给处理器。输出模块的逻辑指示器显示时,表明模块的逻辑电路已识别出从处理器来的命令并接通。除了逻辑指示器外,一些输出模块还有一只保险丝熔断指示器或电源指示器,或二者兼有。保险丝熔断指示器只表明输出电路中的保护性保险丝的状态;输出电源指示器显示时,表明电源已加在负载上。像输入模块的电源指示器和逻辑指示器一样,如果不能同时显示,表明输出模块就有故障了。

 

安装在各工位的分布式I/O模块ET200S和ET200eco通过现场检测元件和传感器将系统主要的监控参数(主要是开关量)采集进来,ET200S和ET200eco将现场模拟量信号转换为高精度的数据量,通过高速度可达12M的Profibus-DP现场总线网络将采集数据上传到中央控制器,控制器根据具体工艺要求进行处理,再通过Profibus-DP网络将控制输出下传给ET200S,实现各工位的控制流程。 PROFIBUS是全球应用广泛的过程现场总线系统。PROFIBUS有三种类型:FMS、DP和PA。PROFIBUS-FMS可用于通用自动化;PROFIBUS-DP用于制造业自动化;PROFIBUS-PA用于过程自动化。使用PROFIBUS过程现场总线技术可以使硬件、工程设计、安装调试和维修费用节省40%以上。PROFIBUS-DP的技术性能使它可以应用于工业自动化的一切领域,包括冶金、化工、环保、轻工、制药等领域。除了安装简单外,它有极高的传输速率,可达12Mbits/s,通讯距离可达到1000米,如果加入中继器可以将通讯距离延长到数十公里,具有多种网络拓扑结构(总线型、星型、环型)可供选择。在一个网段上多可连接Profibus-DP从站即ET200S或是ET200eco 32个。

整个控制系统根据工艺划分由转台、举升台、举升转移台、翻转机五种工位组成。各部分可独立完成各自的控制任务,并通过工业以太网实现和上位监控系统的连接,由上位系统实现各部分的协调控制。

装配I线工程PLC控制系统和网络通讯系统具有下列特点:

(1)计算机集成自动化过程控制系统,分布式、高可靠性、高稳定性。

(2)从站作为相对独立的系统分散控制各个工位的运行。

3.2 系统控制要点
(1)该系统网络中一个主站CPU下两条profibus网络所带的从站有44个之多,在利用STEP7 V5.5编程软件进行硬件配置时,根据S7-300CPU中CPU31XC的地址分配的参数规范,对于数字量输入输出,其地址分配的参数范围为0.0~127.7。因此在进行硬件配置时,西门子PLC S7-300CPU自带的profibus-DP接口上的profibus I线上的模块数字量I/O地址一般规定在0.0~127.7的范围中,如有出则采用间接寻址的方式来处理。profibus Ⅱ线上的模块的数字量I/O地址无论处个范围中,都必须采用间接寻址方式。

(2)关于接触器的硬件互锁。对于转台工位,转台有正转和反转两种工作状态,因此转台的回转电机需要有一个负荷开关和两个接触器一并来控制(而举升电机一般只需要一个负荷开关和对应的一个接触器即可进行控制),接触器分正转接触器和反转接触器,输入端为380AV。正转接触器的三相电压A、B、C分别和反转接触器的C、B、A短接。当程序在执行过程中,若存在某些漏洞使得正转接触器和反转接触器的输出点同时置1时,则会出现正转接触器和反转接触器各自的A相和C相短接,造成接触器短路损坏,主电源开关跳闸。为了避免这种事故的发生,首先保证程序中不能出现两个接触器同时置1的情况,其次即是采用接触器上硬件互锁,点Q1、点Q2是输出控制点,Q1两端本应接在正向接触器的两个输入端子,同理, Q1两端本应接在正向接触器的两个输入端子,但是改接成如图所示。接触器上有自带的一个常开点和一个常闭点,互锁中只需用到常闭点,当输出点Q1闭合时,正向接触器上常闭点随之断开,则Q2输出点两端之间不可能形成回路,也就不会出现短路跳闸的事故。

该项目中涉及到的变量数目较多,根据现场情况随时可能有更改,为了便于管理,采取S7程序界面和Wincc人机界面共用一套变量。这样可以将建立变量的工作量减少一半,也将出错概率减少一半。先安装西门子STEP 7软件,之后自定义安装西门子Wincc软件,将Wincc通讯组件安装完整。然后在西门子STEP 7软件中插入OS站,可点击右键打开并编辑Wincc项目。在Wincc项目中需要引用变量的位置进行变量选择,出现变量选择对话框,即可在西门子STEP 7项目变量表中选择需要的变量,从而保证人机界面和下位机所用变量的一致性。

3.3 系统控制功能
(1)手自动回路的切换在Wincc人机界面上可以很方便地知道每个工位的手自动状态,但是手自动状态的切换是在从站的控制箱面板上实现的。在自动状态下,工位的操作全由下位控制,可实现全自动控制机械的操作流程。在手动状态下,操作具有自保护功能,在某些机械操作动作下通过软件互锁可杜绝相应的危险动作的发生。

 (2)安全保护上位监控系统设定了若干级操作密码,管理员和操作员分别有自己的操作权限,且操作员在进行操作时有必要的警告提示框和信息提示框出现。

(3)查询源程序代码当上位机画面显示某个工位出现故障时,可从画面直接点击按钮进入相应的下位机梯形图程序界面,即可迅速查找出故障的根本原因,节省了维修时间。

(4)故障报警和报表打印当设备出现故障时,报警框中会出现提示,并伴随有声音报警。操作员可根据需要打印与生产相关的报表信息。

4 结
西门子S7-300CPU通过两条profibus-DP网络连接若干ET200S和ET200ECO从站构成的集中分散式控制系统已经在该发动机装配线投运,能够保证生产线连续稳定地生产,尤其在机械动作灵敏度上有较大提高,完全满足了用户的要求。

当PLC投入运行后,其工作过程一般分为三个阶段,即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间,PLC的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。输入采样在输入采样阶段,PLC以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据,并将它们存入I/O映象区中的相应得单元内。输入采样结束后,转入用户程序执行和输出刷新阶段。在这两个阶段中,即使输入状态和数据发生变化,I/O映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。因此,如果输入是脉冲信号,则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期,才能保证在任何情况下,该输入均能被读入。
用户程序执行
在用户程序执行阶段,PLC是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序(梯形图)。在扫描每一条梯形图时,又是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路,并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算,然后根据逻辑运算的结果,刷新该逻辑线圈在系统RAM存储区中对应位的状态;或者刷新该输出线圈在I/O映象区中对应位的状态;或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。即,在用户程序执行过程中,只有输入点在I/O映象区内的状态和数据不会发生变化,而其他输出点和软设备在I/O映象区或系统RAM存储区内的状态和数据都有可能发生变化,而且排在上面的梯形图,其程序执行结果会对排在下面的凡是用到这些线圈或数据的梯形图起作用;相反,排在下面的梯形图,其被刷新的逻辑线圈的状态或数据只能到下一个扫描周期才能对排在其上面的程序起作用。
输出刷新当扫描用户程序结束后,PLC就进入输出刷新阶段。在此期间,CPU按照I/O映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路,再经输出电路驱动相应的外设。这时,才是PLC的真正输出。同样的若干条梯形图,其排列次序不同,执行的结果也不同。另外,采用扫描用户程序的运行结果与继电器控制装置的硬逻辑并行运行的结果有所区别。当然,如果扫描周期所占用的时间对整个运行来说可以忽略,那么二者之间就没有什么区别了。

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艺术彩灯造型PLC编程接线及梯形图设计 一、项目所需设备、工具、材料 见表1。 二、训练内容: 1、 项目描述 某艺术彩灯造型演示板如图6所示,图中A、B、C、D、E、F、G、H为八只彩灯,呈环形分布。控制要求如下(灯的点亮顺序是): 将启动开关K1合上,八只灯泡同时亮,即ABCDEFGH同时亮1秒;接着 八只灯泡按逆时钟方向轮流各亮1秒,即A亮1秒→B亮1秒→C亮1秒→D亮1秒→E亮1秒→F亮1秒→G亮1秒→H亮1秒;接下来八只灯泡又同时亮1秒,即ABCDEFGH同时亮1秒;然后八只灯泡按顺时钟方向轮流各亮1秒,即H亮1秒→G亮1秒→F亮1秒→E亮1秒→D亮1秒→C亮1秒→B亮1秒→A亮1秒。然后按此顺序重复执行。按下停止开关K1,所有灯灭。 2、实训要求 2.1 输入和输出点分配 见表2。 2.2 PLC接线图 按图7接好线。注意COM1、COM2相连接,因为采用相同额定电压的指示灯。输入接启动开关和停止开关。 2.3 程序设计 图8中,PLC运行时,程序9~19步中,M11导通,由于程序步50~120中,M11动合触点闭合,分别控制了Y0~Y7的导通,因而彩灯ABCDEFGH同时点亮,因T0延时1秒钟,故ABCDEFGH同时点亮1秒钟。1秒钟时间到,程序第40步,T0动合触点闭合,移位指令执行,实现轮流点亮,即 ABCDEFGH轮流点亮,因为1秒钟T0闭合一次,故ABCDEFGH轮流点亮的时间间隔为1秒。程序步20~29中,当M20通时,将M101置位,由 M101动合触点与MI2~M19动合触点配合,分别轮流点亮H~A,即H、G、F、E、D、C、B、A每隔1秒轮流点亮。程序步30~39中,当M20通时,将M101复位,M101动断触点与MI2~M19动合触点配合,分别串联点亮A~H,即A、B、C、D、E、F、G、H每隔1秒轮流点亮。任何时候将停止开关K2合上,在第114步,区间复位指令使M12~M19全部复位,所有灯均不亮。 2.4 运行并调试程序 (1)将梯形图程序输入到计算机,检查电源正确无误。 (2)对程序进行调试运行。 a.接通PLC电源后,将PLC置RUN状态,将K1闭合,观察A、B、C、D、E、F、G、H的亮显情况。 b.将K2闭合,观察A、B、C、D、E、F、G、H的亮显情况。 (3)调试运行记录。 三、实训报告要求与考核标准 1、实训报告要求 (1)整理实训操作结果,按标准写出实训报告。 (2)请用步进指令完成本次实训。 PLC程序中标准触点指令的使用介绍(附梯形图和语句表举例) LD动合触点指令,表示一个与输入母线相连的动合触点指令,即动合触点逻辑运算起始。 LDN动断触点指令,表示一个与输入母线相连的动断触点指令,即动断触点逻辑运算起始。 A 与动合触点指令,用于单个动合触点的串联。 AX 与非动断触点指令,用于单个动断触点的串联。 O 或动合触点指令,用于单个动合触点的并联。 ON 或非动断触点指令,用于单个动断触点的并联。 LD、LDN、A、AN、O、ON触点指令中变量的数据类型为布尔(BOOC)型。LD、LDN两条指令用于将接点接到母线上,A、AN、O、ON指令均可多次重复使用,但当需要对两个以上接点串联连接电路块的并联连接时,要用后述的OLD指令。 例子: 步序 指令 器件号 步序 指令 器件号 0 LD I0.0 5 = Q0.3 1 AN I0.1 6 = Q0.4 2 O I0.2 7 AN I0.5 3 A I0.3 8 = Q0.5 4 ON I0.4

 

S7-300 CPU 的六个性能等级

现有性能范围极宽的分级 CPU 系列,可用于组态控制器。
产品范围包括 7 种标准的 CPU、
7 种紧凑式 CPU、5 种故障防护型 CPU 以及 3 种工艺 CPU。
现有 CPU 的宽度仅 40mm
SIMATICS7-300 是我们全集成自动化设计的一部分,是销量大的控制器。

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