浅析西门子SIMATIC S7—300PLC技术

    杨其艳

    摘要：为了能够在几乎所有的制造区域中操作机器、设备和过程，除了能源，还需要提供控制元件。这些控制元件必须可以启动、控制、监视和停止任何特定机器或过程的操作。新的SIMATIC系列将所有设备和系统（如硬件和软件）集成到一个统一、强大的系统平台。在该平台中，克服了计算机、PLC和过程控制之间存在的障碍，改善了操作员控制和监视。现在都是用可编程逻辑控制器来解决自动化任务，而西门子SIMATIC S7系列PLC就有S7-200，S7-300，S7-1200，S7-400这4种型号。而S7-300是中职学生学习的最好的范围，属于中低性能范围，文章对此进行了探讨。

    关键词：系统设计；项目流程：现场调试与评价

    1 西门子S7系列PLC的组成

    STEP7是用于组态SIMATIC S7-300系统的基本软件包。

    通过STEP7可以：（l）组态硬件并给硬件分配参数。（2）组态通信。（3）编程。（4）测试和排除故障。（5）文档和归档。（6）执行诊断。

    而每一个项目中都会包括一些自动化系统必须满足的软硬件需求：

    硬件：（1）输入和输出的数目及类型。（2）模块的数目及类型。（3）机架数目。（4） CPU容量和型号。（5） HMI系统。（6）通信结构。

    软件：（l）程序结构。（2）自动化过程的数据管理。（3）组态数据和参数分配数据。（4）通信数据。（5）程序和项目文档。

    这就要求在设计项目时要注重方法，因为工业自动化技术可以应用在很多生产过程当中，如机械加工、食品加工、电力控制、冶金行业、汽车制造等。存储在自动化系统的程序存储器中的逻辑，可随时用编程设备进行修改，使其生产过程不再是独立的局部过程，而成为整个生产过程中一个不可分割的部分。可以通过一个共同的软件环境，将所有组件和任务集成到一个统一、易用的系统中。在不同的生产过程当中，控制系统的设计方法是大同小异的，主要步骤包括：（l）了解控制系统功能原理及控制系统工艺要求。（2）设计电气控制系统控制方案。（3）控制系统安装及调试。（4）项目归档及文档处理。

    2 设计控制方案

    硬件调试：创建项目：选择菜单选项File New或工具栏中的图标来打开“New”对话框，创建一个新项目或一个新库。在“Name”框中输入项目名称，再单击“OK”按钮确认。

    插入程序：选择Insert→Program→S7 Program菜单在当前项目中插入一个新程序。当插入对象时，系统会自动赋予一个相关的名称，例如“S7 Program（l）”。必要时还可修改该名称。

    插入站：通过选择菜单选Insert→Station→SIMATIC300Station，可以在当前项目下插入一个新站。可根据需要修改系统自动为该站分配的名称“SIMATIC 300（1）”。

    硬件组态：该工具有助于对硬件进行配置、参数赋值以及诊断。要启动“硬件组态”工具，在SIMATIC Manager中选择硬件站点，并选择菜单选项Edit→Open Object，或双击硬件图标然后生成设定组态，即指定如何在机架中摆放模块，这种由用户指定的组态可以作为设定组态。

    机架：例如，在硬件目录中打开一个SIMATIC 300的站，再打开“RACK-300”目录，可以看到其中包含DIN导轨的图标。双击（或拖放）该图标，可以在“硬件组态”窗口中插入一个导轨。随后，窗口分成2列，分别显示2个机架组件列表：上面是一个简表，而下面则包括了订货号、MPI地址和1/0地址等详细信息。

    1号插槽：如果需要负载电源，则通过双击或拖放操作，将目录中适当的“PS-300”电源模块插入列表中的1号插槽。

    2号插槽：CPU可以从“CPU-300”的目录中选择CPU，把它插入2号插槽。

    3号插槽：3号插槽为接口模块保留（用于多机架组态）。此插槽在硬件组态时可以省略，因为实训室的1/0点足够学生使用。

    插入模块：自4号插槽开始，可以从“HardwareCatalog”中用拖放或双击操作“插入”最多8个信号模块（SM）、通信处理器（CP）或功能模块（FM）。可以插入所选模块的插槽，会使自动绿色高亮显示。

    在组态系统时会创建一个设定的组态。它包括带有规定模块和相关参数的硬件站点。PLC系统根据设定组态进行装配，调试时将设定组态下载到CPU中。

    以用PLC控制气缸系统进行往复来回运行为例。

    （l）分析被控对象并提出控制要求。详细分析气缸的工作过程及工作特点，了解气缸与电磁阀之间的配合，提出气缸对PLC控制系统的控制要求，确定控制方案，拟定设计任务书。以此项目为例，任务要求为按下SBI气缸做往返运动，按下SB2气缸停止运动。

    （2）控制系统设计（1/0点分配）。确定输入/输出设备，根据系统的控制要求，确定系统所需的全部输入设备：按纽、限位开关和输出设备：电磁阀、信号指示灯和气缸，从而确定与PLC有关的输入/输出设备，以确定PLC的1/0点数。

    以此项目为例：

    序号名称端口地址槽位类型：①启动按钮SBI 10.0 4DI；②停止按钮SB2 10.1 4 DI；③限位开关l SI 10.2 4DI；④限位开关2 S2 10.3 4 DI；⑤电磁阀D QO.0 4 DO。

    （3）编制PLC程序和软件调试。

    （4）外围接线。

    （5）现场调试。

    ①静态测试。利用万用表测试电路的完整性，防止接线错误，影响电路调试的正常运行。

    ②联网测试。测试实训室的网络通畅，保证程序下载正常进行。通过模拟调试软件进行在线统调。联机调试过程应循序渐进，PLC先连接输入设备，再连接输出设备，再接上实际负载等逐步进行调试。若达不到任务要求，则对连接的硬件和程序的逻辑作调整。通常只需修改程序即可。

    ③动态测试。程序下载，按钮动作，PLC指示灯指示正常。如有不正常，进行调整，保证电路正常运行。

    整理和编写实验报告，实验报告包括设计说明书、电气元件明细表、PLC逻辑控制程序、硬件安装接线原理图等。

    以上5点为项目设计流程，每一个项目必须包括这样5个完整的部分。现在用可编程逻辑控制器来解决自动化任务。存储在自动化系统的程序存储器中的逻辑与设备设计和接线无关，可随时用编程设备进行修改。例如：若把项目改成按下SBI气缸向右运行，停止3秒后，再做往返运动，按下SB2气缸停止运动。这个时候只要将程序修改一下，其他不变。若又改成向右运行时有指示灯指示时，则输出端需要再接一个输出设备即指示灯，同样修改一下程序即可完成新的项目。

    3 西门子S7-300 PLC的技术实现

    SIMATIC系列使生产过程不再是独立的局部过程，而成为整个生产过程中一个不可分割的部分。可通过下列组件来实现整个自动化环境的全集成：一个共同的软件环境，能将所有组件和任务集成到一个统一易用的系统中；一个共同的数据管理（中央数据库），也能实现所有自动化组件间共同的通信。

    新的SIMATIC 系列将所有设备和系统（如硬件和软件）集成到一个统一、强大的系统平台。在该平台中，其克服了计算机、PLC和过程控制之间存在的障碍，改善了操作员控制和监视环境。

    该PLC是可以独立工作的微机系统，与PC机无关，如有需要甚至可以用自身独立提供的电源。可扩展硬件平台。可以为需要解决的任务选择性价比最优的产品（PLC或计算机）。开放式全集成自动化环境。很容易扩展现有的系统或集成将来的自动化解决方案。保持现有投资价值。很容易地从现有的SIMATIC～，TELEPERM或TI环境过渡。采用功能强大的软件提高项目执行的效率，减少工程组态成本。此外，还可以减少调试、维护和维修的开销。SIMATIC 基于Windows标准，因此很容易使用其应用程序（标准软件）和通信机制。

    4 结语

    西门子S7300PLC技术是西门子公司在S5系列PLC基础上于1995年陆续推出的。相对于S7-200，S7-400是模块化的中小型PLC系统，能满足中等性能要求的应用。它简化了工厂自动化的体系结构，把控制、通信、人机界面及各种特定的应用全都合为一体。S7-300提供了多种性能递增的CPU和丰富的1/0扩展模块，用户可以根据实际应用选择合适的模块，且当控制任务增加而愈加复杂时，可随时附加模块对PLC进行扩展，系统扩展灵活。西门子S7-300将成为继现场总线技术之后发展的新亮点。