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工業(yè)軟件平臺(tái)上編程和運(yùn)行的S7 200系列PLC系統(tǒng)基本構(gòu)成

 SIMATIC S7—200硬件系統(tǒng)的配置方式采用整體式加積木式，即主機(jī)中包含一定數(shù)量的本機(jī)I／O，同時(shí)還可以擴(kuò)展各種功能模塊。一個(gè)完整的PLC系統(tǒng)如圖1所示。

             圖1 S7—200硬件系統(tǒng)組成

        CPU模塊又稱為主機(jī)是系統(tǒng)的核心，它包括CPU、存儲(chǔ)器、基本輸入輸出點(diǎn)和電源等。它實(shí)際就是一個(gè)完整的控制系統(tǒng)，可以單獨(dú)完成一定的控制任務(wù)。主機(jī)I/O數(shù)量不能滿足控制系統(tǒng)的要求時(shí)，用戶可以根據(jù)需要擴(kuò)展各種I/O模塊，所能連接的擴(kuò)展單元的數(shù)量和實(shí)際所能使用的I／O點(diǎn)數(shù)是由多種因素共同決定的。當(dāng)需要完成某些特殊功能的控制任務(wù)時(shí)，可擴(kuò)展特殊功能模塊，以完成某種特殊的控制任務(wù)。利用網(wǎng)絡(luò)接口，可以充分和方便地利用為SIMATICS7—200系統(tǒng)的硬件和軟件資源而開發(fā)和使用的一些設(shè)備，主要有編程設(shè)備、人機(jī)操作界面和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等。

   所有以上這些硬件設(shè)備，都在一個(gè)統(tǒng)一的工業(yè)軟件平臺(tái)上編程和運(yùn)行，為了更好地管理和使用這些設(shè)備，S7—200PLC配備了許多功能強(qiáng)大的專用功能指令，方便地實(shí)現(xiàn)各種控制目的。

Overview

• 將 SIMATIC S7-400 連接到工業(yè)以太網(wǎng)
  • 多協(xié)議運(yùn)行，用于 ISO、TCP/IP、UDP 與 PROFINET IO 協(xié)議
  • 可調(diào)節(jié)的 Keep Alive 功能
• 兩個(gè)獨(dú)立的接口（集成的網(wǎng)絡(luò)分離）：
  • 千兆以太網(wǎng)接口，帶有 RJ45 端口，10/100/1000 Mbit/s 全雙工/半雙工，具有自動(dòng)偵測功能
  • PROFINET 接口，帶有四個(gè) RJ45 端口，10/100 Mbit/s 全雙工/半雙工，通過 4 端口交換機(jī)執(zhí)行自動(dòng)感測和自動(dòng)交叉功能
• 通過兩個(gè)接口進(jìn)行通訊
  • 開放式通訊（ISO、TCP/IP 和 UDP），使用 UDP 多點(diǎn)傳送，包括兩個(gè)接口之間的路由
  • 編程器/OP通訊：
    通過 S7 路由的交叉網(wǎng)絡(luò)
  • S7 通訊（客戶端、器、多路復(fù)用），包括兩個(gè)接口之間的路由
  • IT 通訊：
    HTTP 通訊支持通過自己的 web 頁訪問過程數(shù)據(jù)；
    電子郵件客戶端功能，直接從用戶程序發(fā)送包含身份驗(yàn)證信息的電子郵件；
    FTP 通訊支持程序控制的 FTP 客戶端通訊；
    通過 FTP 器訪問數(shù)據(jù)塊
• 通過 PROFINET 接口進(jìn)行通訊
  • PROFINET IO 控制器，具有實(shí)時(shí)屬性（RT 和 IRT）
  • PROFINET CBA
  • 通過 DHCP、簡單的 PC 工具或通過用戶程序（例如 HMI）進(jìn)行 IP 地址分配
  • 支持 PROFINET IO 設(shè)備的優(yōu)先啟動(dòng)
  • 使用 STEP 7 組態(tài)
• 介質(zhì)冗余 (MRP)；
  在采用環(huán)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)，CP 支持介質(zhì)冗余程序 MRP。
• 通過可組態(tài)的 IP 訪問列表進(jìn)行訪問保護(hù)
• 無需編程器即可進(jìn)行模板更換；
  所有信息都保存在 C-PLUG 中（即使是用于 IT 功能的文件系統(tǒng)）。
• 豐富的診斷功能，可用于機(jī)架中的所有模板
• 通過 SNMP V1 MIB-II，集成在網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)中
• 運(yùn)行于冗余 S7 通訊或 DP 主站通訊的 SIMATIC H 系統(tǒng)。
• 在與 SIMATIC S7-400 CPU 416F 一起使用的故障安全型應(yīng)用程序 (PROFIsafe) 中操作

S7-300PLC 6ES7368-3BB01-0AA0

6ES7194-4CA00-0AA0鏈接模塊

具有分級(jí)性能的以下 SIPLUS S7-400 高可用性 CPU 可用于惡劣環(huán)境條件下的各種不同應(yīng)用：

• SIPLUS S7-400 CPU 412H
• SIPLUS S7-400 CPU 414H
• SIPLUS S7-400 CPU 416H
• SIPLUS S7-400 CPU 417H

SIPLUS S7-400 高可用性 CPU 可在以下環(huán)境條件下使用：

• 環(huán)境溫度范圍寬：-25 °C 到 +70 °C
• 在需要較高抗化學(xué)腐蝕性以及需能夠承受較高機(jī)械和生物負(fù)荷和鹽霧的場合
• 安裝海拔高
• 相對(duì)濕度 100%

SIMATIC S7-400 具有兩種不同的通訊接口：

• 集成在CPU上的MPI接口：為您提供經(jīng)濟(jì)型解決方案
• 通過通訊模板進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接以及連接到PROFIBUS和工業(yè)以太網(wǎng)總線系統(tǒng)：為您提供高性能解決方案。

可為您提供下列通訊模板：

• CP 440, CP 441-1 和 CP 441-2：提供點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接
• CP 443-5：連接到 PROFIBUS
• CP 443-1：連接到工業(yè)以太網(wǎng)
• CP 444：按照 MAP 3.0 使用 MMS 連接到工業(yè)以太網(wǎng)

• 基于 SIMATIC CPU 315-2 DP
• 用于在具有增安要求的工廠中建立故障安全型自動(dòng)化系統(tǒng)
• 安全等級(jí)可達(dá) SIL 3 (IEC 61508) 和 PL e (ISO 13849.1)
• 分布式故障安全 I/O 模塊可通過集成式 PROFIBUS DP 接口 (PROFIsafe) 進(jìn)行連接
• 也可以集中式連接 ET200M 故障安全型 I/O 模塊
• 標(biāo)準(zhǔn)模塊可集中式和分布式使用，滿足非安全應(yīng)用

CPU 運(yùn)行需要 SIMATIC 微存儲(chǔ)卡(MMC)。

CPU 315F-2 DP支持建立一個(gè)故障安全自動(dòng)化系統(tǒng)，以滿足不斷增長的安全需要，特別適用于生產(chǎn)工程。

包括故障安全I(xiàn)/O模塊的分布式I/O站可以通過內(nèi)置的 PROFIBUS DP 接口連接。ET 200M故障安全型I/O模塊可以滿足安全相關(guān)的應(yīng)用。

F CPU與故障安全I(xiàn)/O模塊之間的安全相關(guān)通訊通過PROFIsafe實(shí)現(xiàn)。

CPU 315F-2 DP 具有以下特點(diǎn)：

• 微處理器；
  處理器處理一條二進(jìn)制指令的時(shí)間為 50 ns；處理每個(gè)浮點(diǎn)運(yùn)算的時(shí)間為 0.45 μs。
• 存儲(chǔ)器：
  384 KB 高速 RAM，用于安全型程序段和標(biāo)準(zhǔn)程序段；如果執(zhí)行安全型程序段，則必須考慮增加的存儲(chǔ)器空間要求（5 倍以上）。 在 384 KB RAM 中，128KB 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器可用于標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用。SIMATIC 微型存儲(chǔ)卡（最大 8 MB）作為程序的裝載存儲(chǔ)器，還允許將項(xiàng)目（包括符號(hào)和注釋）存儲(chǔ)在 CPU 中。
• 靈活的擴(kuò)展能力：
  最多可以多達(dá) 32 個(gè)模塊，（4 層配置）
• MPI 多點(diǎn)接口：
  集成 MPI 接口最多可以同時(shí)建立與 S7-300/400 或編程器、PC、操作員面板的 16 路連接。在這些連接中，始終分別為 編程器和操作員面板各保留一個(gè)連接。通過“全局?jǐn)?shù)據(jù)通信”，MPI 可以用來建立最多 16 個(gè) CPU 組成的簡單網(wǎng)絡(luò)。
• PROFIBUS DP 接口： 
  帶有 PROFIBUS DP 主/從接口的 CPU 315F-2 DP 可以用來建立高速、易用的分布式自動(dòng)化系統(tǒng)。 從用戶的角度，以處理集中式 I/O 的相同方式（相同的組態(tài)、編址和編程）處理分布式 I/O。
  通過集成式 PROFIBUS DP 接口，可以連接帶有故障安全 I/O 模塊的分布式 I/O。ET 200M 的故障安全型 I/O 模塊還可以安裝在安全型中央組態(tài)中。 
  基于 PROFIsafe 行規(guī)執(zhí)行 F-CPU 和故障安全型 I/O 模塊之間的安全通信。

• 密碼保護(hù)；
  通過密碼，可保護(hù)用戶程序免受未經(jīng)授權(quán)的訪問。
• 診斷緩沖區(qū)；
  最后 500 個(gè)出錯(cuò)和中斷事件保存在緩沖區(qū)中，供診斷用。
• 免維護(hù)數(shù)據(jù)備份；
  如果發(fā)生斷電，則可通過 CPU 將所有標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)自動(dòng)寫入 SIMATIC 微型存儲(chǔ)卡中，且將在再次通電時(shí)保持不變。

可參數(shù)化的特性

可以使用 STEP 7 對(duì) S7 的組態(tài)、屬性以及 CPU 的響應(yīng)進(jìn)行參數(shù)設(shè)置：

• MPI 多點(diǎn)接口；
  確定站地址
• 重啟動(dòng)/循環(huán)時(shí)間特性；
  最大循環(huán)時(shí)間以及負(fù)載限制，以及自檢測功能
• 時(shí)鐘位存儲(chǔ)器；
  設(shè)定地址
• 保護(hù)等級(jí)；
  設(shè)置訪問程序和數(shù)據(jù)的權(quán)限
• 系統(tǒng)診斷；
  定義診斷報(bào)警的處理和范圍
• 監(jiān)視器中斷；
  設(shè)定周期時(shí)間
• 時(shí)鐘中斷；
  設(shè)定起始日期、起始時(shí)間和間隔周期。
• PROFIBUS DP 主站/從站接口；
  用戶自定義的地址分配，用于分布式 I/O

信息和顯示功能

• 狀態(tài)和故障指示；
  LED 指示硬件、編程、時(shí)間或 I/O 故障以及操作狀態(tài)（如 RUN、STOP 和啟動(dòng)）。
• 測試功能；
  使用編程器顯示程序執(zhí)行過程中的信號(hào)狀態(tài)，可以不通過用戶程序修改過程變量，以及輸出堆棧內(nèi)容。
• 信息功能；
  通過編程器以文本形式為用戶提供存儲(chǔ)能力信息、CPU 的運(yùn)行模式，以及主存儲(chǔ)器和裝載存儲(chǔ)器當(dāng)前的使用情況、當(dāng)前的循環(huán)時(shí)間和診斷緩沖區(qū)的內(nèi)容。

集成通信功能

• 編程器/OP 通信
• 全局?jǐn)?shù)據(jù)通信
• S7 基本通信
• S7 通信（僅器）
• 路由
• 數(shù)據(jù)記錄路由

通信

通過 PROFIBUS DP 執(zhí)行中央控制器與分布式站之間的安全型通信和標(biāo)準(zhǔn)通信。 專門開發(fā)的 PROFIBUS 行規(guī)PROFIsafe 支持在標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)報(bào)文幀中傳送安全功能的用戶數(shù)據(jù)。無需其它硬件組件，例如特殊安全總線。所需的軟件既可以作為一個(gè)操作系統(tǒng)的擴(kuò)展功能集成在硬件組件中，也可以作為一個(gè)軟件塊裝載到 CPU 中。

系統(tǒng)功能

CPU 為診斷、參數(shù)設(shè)置、同步、報(bào)警、時(shí)間測量等提供了多種系統(tǒng)功能。
更多詳情，參見手冊。

操作模式

F-CPU 的安全功能包含在 CPU 的 F 程序中以及故障安全信號(hào)模塊中。

信號(hào)模塊采用差異分析方法和測試信號(hào)注入技術(shù)來監(jiān)視輸入和輸出信號(hào)。

CPU通過周期性自檢、命令測試以及基于邏輯和時(shí)間的程序執(zhí)行檢測，檢查控制器運(yùn)行的正確性。此外，通過“活躍標(biāo)志（sign-of-life）”請(qǐng)求，還可以對(duì) I/O 進(jìn)行檢測。

當(dāng)系統(tǒng)診斷出一個(gè)故障時(shí)，系統(tǒng)將進(jìn)入安全狀態(tài)。

操作 S7-300F-2 DP 不需要 F 運(yùn)行版授權(quán)。

編程

CPU 315F-2 DP 的編程方法與 SIMATIC S7 系統(tǒng)的編程方法相同。通過諸如 STEP 7 編程工具可創(chuàng)建非安全型用戶程序。

選件包 SIMATIC S7 Distributed Safety (Classic) 和 SIMATIC Safety Advanced V12 (TIA Portal V12)

STEP 7 選件包“SIMATIC S7 Distributed Safety”(Classic) 或 SIMATIC Safety Advanced V12 (TIA Portal V12) 用于對(duì)與安全型程序段進(jìn)行編程。選件包中包括所有用來創(chuàng)建 F 程序的所有功能和塊。

具有安全功能的 F 程序以 F-FBD 或 F-LAD 方式進(jìn)行創(chuàng)建，或利用 F 庫中的特殊功能塊進(jìn)行創(chuàng)建。使用 F FBD 或 F LAD 可簡化工廠的組態(tài)與編程，也因與特定工廠無關(guān)的統(tǒng)一表示形式而簡化了驗(yàn)收測試。無須使用其它工具，程序員就可以對(duì)安全型應(yīng)用進(jìn)行組態(tài)。

PLC加法指令使用說明及指令要素

該指令的助記符、指令代碼、操作數(shù)、程序步如表 1 所示。表 1 加法指令的要素

ADD 加法指令是將指定的源元件中的二進(jìn)制數(shù)相加，結(jié)果送到指定的目標(biāo)元件中去。 ADD 加法指令的說明如圖 1表示。

圖圖1 加法指令使用說明

當(dāng)執(zhí)行條件 X0 由 OFF → ON 時(shí)， [D10]+[D12] → [D14] 。運(yùn)算是代數(shù)運(yùn)算，如 5+ （ -8 ） =-3 。

ADD 加法指令有 3 個(gè)常用標(biāo)志。 M8020 為零標(biāo)志， M8021 為借位標(biāo)志， M8022 為進(jìn)位標(biāo)志。

如果運(yùn)算結(jié)果為 0 ，則零標(biāo)志 M8020 置 1 ；如果運(yùn)算結(jié)果超過 32767 （ 16 位）或 2147483647 （ 32位），則進(jìn)位標(biāo)志 M8022 置 1 ；如果運(yùn)算結(jié)果小于 -32767 （ 16 位）或 -2147483647 （ 32 位），則借位標(biāo)志M8021 置 1 。

在 32 為運(yùn)算中，被指定的字元件是低 16 位元件，而下一個(gè)元件為高 16 位元件。

源和目標(biāo)可以用相同的元件號(hào)。若源和目標(biāo)元件號(hào)相同而采用連續(xù)執(zhí)行的 ADD 、（ D ） ADD 指令時(shí)，加法的結(jié)果在每個(gè)掃描周期都會(huì)改變。