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西門子STEP 7中的塊編程的重要知識點

一、塊的作用和分類

二、組織塊

l  啟動組織塊

l  循環的程序執行組織塊

l  定期的程序執行組織塊

l  事件驅動的程序執行組織塊

各種組織塊的作用、功能。

三、功能FC和功能塊FB

二者的功能、使用上的區別。

四、系統功能SFC和系統功能塊SFB

二者的功能、使用上的區別。

五、背景數據塊和共享數據塊

二者的功能、使用上的區別。

六、STEP7的程序結構

l  線性程序結構

l  分塊程序結構

l  結構化程序結構

七、三種編程語言

l  梯形圖LAD（Ladder Logic Programming Language）

l  語句表STL（Statement List Programming Language）

l  功能圖FBD（Function Block Diagram Programming Language）

• 用于 SIMATIC ET 200S、帶有集成故障安全 CPU 的接口模塊
• 帶 DP/MPI 接口
• 用于組態故障安全型自動化系統，提高工程的安全需求
• 滿足安全保護功能的要求,可以達到: SIL 3 符合 IEC 61508 標準, IEC 62061 和 Cat.4 類標準（EN 954-1 標準）
• 故障安全 I/O 模塊可通過 DP 主站模塊 (PROFIsafe) 連接在分布式配置中
• ET 200S PROFIsafe 的故障安全 I/O 模塊可連接在一個集中配置中
• 支持沒有安全保護功能的標準模塊

注：CPU 運行需要微存儲卡(MMC)。

• IM151-7 F-CPU 接口模塊支持創立帶有安全保護功能的自動化系統， 這種系統對設備的安全保護功能要求十分嚴格, 特別是在生產過程中。
• 智能的ET 200S 站也可以單獨實現。
• 作為一個PROFIBUS DP 從站，它們可以用于分散的, 安全保護功能的擴展，無論是對具有安全保護功能的PROFIBUS DP 主站，還是對標準型PROFIBUS DP 主站。

M 151-7 F-CPU接口模塊包括:

• 微處理器; 每條二進制指令的處理時間為100 ns
• 128 KB RAM
• 可以進行高度的模塊化擴展, 因而具有大的靈活性; 在必要的時候,多可以混合連接 63個 I/O 模塊 (電源模塊, 電子模塊, 工藝模塊和 電動機起動器模塊)
• 組合的多點接口 PG, OP/DP, 通過 RS 485 (銅質的 9-針 sub-D 插座) 可配置為 DP 的從站或 MPI
• 為了保護應用程序不致被沒有授權的人員訪問,設有密碼
• 診斷緩沖器,可以存儲 100 個先前發生的故障和運行中斷事件
• SIMATIC MMC
  • 沒有電池, 無須進行數據備份的維護工作
  • 程序備份 (裝載存儲器)
  • 通過MMC可以進行微程序(軟件)的刷新
  • MMC卡上裝有外部裝載存儲器
• 通過MMC進行軟件的刷新
• 設有硬件時鐘; 可以提供CPU的診斷信息幀,并記錄日期和時間
• 集成的通訊功能:
  • 編程器/OP 通訊
  • PROFIBUS DP 從站/MP
• 作為器的基本通訊功能 (利用 I-Put/I-Get, S7-CPUs 通過PROFIBUS總線從IM 151-7 F CPU接口模塊訪問數據 )
• TeleService(遠程)

• 20個不同的CPU:
  • 7種標準型CPU(CPU 312,CPU 314,CPU 315-2 DP,CPU 315-2 PN/DP,CPU 317-2 DP,CPU 317-2 PN/DP,CPU 319-3 PN/DP)
  • 6 個緊湊型 CPU（帶有集成技術功能和 I/O）（CPU 312C、CPU 313C、CPU 313C-2 PtP、CPU 313C-2 DP、CPU 314C-2 PtP、CPU 314C-2 DP）
  • 5 個故障安全型 CPU（CPU 315F-2 DP、CPU 315F-2 PN/DP、CPU 317F-2 DP、CPU 317F-2 PN/DP、CPU 319F-3 PN/DP）
  • 2種技術型CPU(CPU 315T-2 DP, CPU 317T-2 DP)
• 18種CPU可在-25°C 至 +60°C的擴展的環境溫度范圍中使用
• 具有不同的性能等級，滿足不同的應用領域。

SIMATIC S7-300 提供多種性能等級的 CPU。除了標準型 CPU 外，還提供緊湊型 CPU。
同時還提供技術功能型 CPU 和故障安全型 CPU。

下列標準型CPU 可以提供：

• CPU 312，用于小型工廠
• CPU 314，用于對程序量和指令處理速率有額外要求的工廠
• CPU 315-2 DP，用于具有中/大規模的程序量以及使用PROFIBUS DP進行分布式組態的工廠
• CPU 315-2 PN/DP，用于具有中/大規模的程序量以及使用PROFIBUS DP和PROFINET IO進行分布式組態的工廠，在PROFInet上實現基于組件的自動化中實現分布式智能系統
• CPU 317-2 DP，用于具有大容量程序量以及使用PROFIBUS DP進行分布式組態的工廠
• CPU 317-2 PN/DP，用于具有大容量程序量以及使用PROFIBUS DP和PROFINET IO進行分布式組態的工廠，在PROFInet上實現基于組件的自動化中實現分布式智能系統
• CPU 319-3 PN/DP，用于具有極大容量程序量何組網能力以及使用PROFIBUS DP和PROFINET IO進行分布式組態的工廠，在PROFInet上實現基于組件的自動化中實現分布式智能系統
  

下列緊湊型CPU 可以提供：

• CPU 312C，具有集成數字量 I/O 以及集成計數器功能的緊湊型 CPU
• CPU 313C，具有集成數字量和模擬量 I/O 的緊湊型 CPU
• CPU 313C-2 PtP，具有集成數字量 I/O 、2個串口和集成計數器功能的緊湊型 CPU
• CPU 313C-2 DP，具有集成數字量 I/O 、PROFIBUS DP 接口和集成計數器功能的緊湊型 CPU
• CPU 314C-2 PtP，具有集成數字量和模擬量 I/O 、2個串口和集成計數、定位功能的緊湊型 CPU
• CPU 314C-2 DP，具有集成數字量和模擬量 I/O、PROFIBUS DP 接口和集成計數、定位功能的緊湊型 CPU
  

下列技術型CPU 可以提供：

• CPU 315T-2 DP，用于使用 PROFIBUS DP進行分布式組態、對程序量有中/高要求、同時需要對8個軸進行常規運動控制的工廠。
• CPU 317T-2 DP，用于使用 PROFIBUS DP進行分布式組態、對程序量有高要求、又必須同時能夠處理運動控制任務的工廠
  

下列故障安全型CPU 可以提供：

• CPU 315F-2 DP，用于采用 PROFIBUS DP 進行分布式組態、對程序量有中/高要求的故障安全型工廠
• CPU 315F-2 PN/DP，用于具有中/大規模的程序量以及使用PROFIBUS DP和PROFINET IO進行分布式組態的工廠，在PROFInet上實現基于組件的自動化中實現分布式智能系統
• CPU 317F-2 DP，用于具有大容量程序量以及使用PROFIBUS DP進行分布式組態的故障安全工廠
• CPU 317F-2 PN/DP，用于具有大容量程序量以及使用PROFIBUS DP和PROFINET IO進行分布式組態的工廠，在PROFInet上實現基于組件的自動化中實現分布式智能系統

• CPU 319F-3 PN/DP，用于具有大容量程序量以及使用PROFIBUS DP和PROFINET IO進行分布式組態的故障安全型工廠，在PROFInet上實現基于組件的自動化中實現分布式智能系統
• 
  

西門子S7系列PLC的主要種類及應用軟件

德國西門子（SIEMENS）公司生產的可編程序控制器在我國的應用也相當廣泛，在冶金、化工、印刷生產線等領域都有應用。西門子（SIEMENS）公司的PLC產品包括LOGO，S7-200，S7-300，S7-400，工業網絡，HMI人機界面，工業軟件等。

西門子S7系列PLC體積小、速度快、標準化，具有網絡通信能力，功能更強，可靠性更高。S7系列PLC產品可分為微型PLC（如S7-200），小規模性能要求的PLC（如S7-300）和中、高性能要求的PLC（如S7-400）等。

1．SIMATIC S7-200 PLC

S7-200 PLC是超小型化的PLC，它適用于各行各業，各種場合中的自動檢測、監測及控制等。S7-200 PLC的強大功能使其無論單機運行，或連成網絡都能實現復雜的控制功能。

    S7-200PLC可提供4個不同的基本型號與8種CPU可供選擇使用。

2．SIMATIC S7-300 PLC

    S7-300是模塊化小型PLC系統，能滿足中等性能要求的應用。各種單獨的模塊之間可進行廣泛組合構成不同要求的系統。與S7-200 PLC比較，S7-300 PLC采用模塊化結構，具備高速（0.6~0.1μs）的指令運算速度；用浮點數運算比較有效地實現了更為復雜的算術運算；一個帶標準用戶接口的軟件工具方便用戶給所有模塊進行參數賦值；方便的人機界面已經集成在S7-300操作系統內，人機對話的編程要求大大減少。SIMATIC人機界面（HMI）從S7-300中取得數據，S7-300按用戶指定的刷新速度傳送這些數據。S7-300操作系統自動地處理數據的傳送；CPU的智能化的診斷系統連續監控系統的功能是否正常、記錄錯誤和特殊系統事件（例如：超時，模塊更換，等等）；多級口令保護可以使用戶高度、有效地保護其技術機密，防止未經允許的復制和修改；S7-300 PLC設有操作方式選擇開關，操作方式選擇開關像鑰匙一樣可以拔出，當鑰匙拔出時，就不能改變操作方式，這樣就可防止非法刪除或改寫用戶程序。具備強大的通信功能，S7-300 PLC可通過編程軟件Step 7的用戶界面提供通信組態功能，這使得組態非常容易、簡單。S7-300 PLC具有多種不同的通信接口，并通過多種通信處理器來連接AS-I總線接口和工業以太網總線系統；串行通信處理器用來連接點到點的通信系統；多點接口（MPI）集成在CPU中，用于同時連接編程器、PC機、人機界面系統及其他SIMATIC S7/M7/C7等自動化控制系統。

3． SIMATIC S7-400 PLC

S7-400 PLC是用于中、性能范圍的可編程序控制器。

S7-400 PLC采用模塊化無風扇的設計，可靠耐用，同時可以選用多種級別（功能逐步升級）的CPU，并配有多種通用功能的模板，這使用戶能根據需要組合成不同的專用系統。當控制系統規模擴大或升級時，只要適當地增加一些模板，便能使系統升級和充分滿足需要。

4． 工業通訊網絡

通訊網絡是自動化系統的支柱，西門子的全集成自動化網絡平臺提供了從控制級一直到現場級的一致性通訊，“SIMATIC NET”是全部網絡系列產品的總稱，他們能在工廠的不同部門，在不同的自動化站以及通過不同的級交換數據，有標準的接口并且相互之間完全兼容。

5． 人機界面（HMI）硬件

HMI硬件配合PLC使用，為用戶提供數據、圖形和事件顯示，主要有文本操作面板TD200（可顯示中文），OP3，OP7，OP17等；圖形/文本操作面板OP27，OP37等，觸摸屏操作面板TP7，TP27/37，TP170A/B等；SIMATIC面板型PC670等。個人計算機（PC）也可以作為HMI硬件使用。HMI硬件需要經過軟件（如ProTool）組態才能配合PLC使用。

6． SIMATIC S7工業軟件

西門子的工業軟件分為三個不同的種類：

（1）編程和工程工具  編程和工程工具包括所有基于PLC或PC用于編程、組態、模擬和維護等控制所需的工具。STEP 7標準軟件包SIMATIC S7是用于S7-300/400，C7 PLC和SIMATIC WinAC基于PC控制產品的組態編程和維護的項目管理工具，STEP 7-Micro/WIN是在Windows平臺上運行的S7-200系列PLC的編程、在線仿真軟件。

（2）基于PC的控制軟件  基于PC的控制系統WinAC允許使用個人計算機作為可編程序控制器（PLC）運行用戶的程序，運行在安裝了Windows NT4.0操作系統的SIMATIC工控機或其它任何商用機。WinAC提供兩種PLC，一種是軟件PLC，在用戶計算機上作為視窗任務運行。另一種是插槽PLC（在用戶計算機上安裝一個PC卡），它具有硬件PLC的全部功能。WinAC與SIMATIC S7系列處理器完全兼容，其編程采用統一的SIMATIC編程工具（如STEP 7），編制的程序既可運行在WinAC上，也可運行在S7系列處理器上。

（3）人機界面軟件  人機界面軟件為用戶自動化項目提供人機界面（HMI）或SCADA系統，支持大范圍的平臺。人機界面軟件有兩種，一種是應用于機器級的ProTool，另一種是應用于監控級的WinCC。

ProTool適用于大部分HMI硬件的組態，從操作員面板到標準PC都可以用集成在STEP 7中的ProTool有效地完成組態。ProTool/lite用于文本顯示的組態，如：OP3，OP7，OP17，TD17等。ProTool/Pro用于組態標準PC和所有西門子HMI產品，ProTool/Pro不只是組態軟件，其運行版也用于Windows平臺的監控系統。

WinCC是一個真正開放的，面向監控與數據采集的SCADA（Supervisory Control and Data Acquisition）軟件，可在任何標準PC上運行。WinCC操作簡單，系統可靠性高，與STEP 7功能集成，可直接進入PLC的硬件故障系統，節省項目開發時間。它的設計適合于廣泛的應用，可以連接到已存在的自動化環境中，有大量的通信接口和全面的過程信息和數據處理能力，其新的WinCC5.0支持在辦公室通過IE瀏覽器動態監控生產過程。

• 9 種標準 CPU（CPU 412-1、CPU 412-2、CPU 414-2、CPU 414-3、CPU 414-3 PN/DP、CPU 416-2、CPU 416-3、CPU 416-3 PN/DP、CPU 417-4）
• 3 個 CPU，適用于惡劣的環境條件
• 具有不同的性能等級，滿足不同的應用領域。

不同性能范圍的標準 CPU 可用于 SIMATIC S7-400：

• CPU 412-1 和 CPU 412-2:
  用于中等性能范圍的小型設備。
• CPU 414-2, CPU 414-3, CPU 414-3 PN/DP:
  用于具有對編程、處理速度和通訊有額外要求的中型設備。
• CPU 416-2, CPU 416-3, CPU 416-3 PN/DP:
  滿足高端性能要求。
• CPU 417-4 DP:
  滿足高端的性能要求。

CPU 412-1 和 CPU 412-2 的特點:

• 功能強大的處理器：
  CPU 對每個二進制指令的執行時間可短到 0.75 μs。
• CPU 412-1:288 KB RAM (其中，程序和數據各使用 144 KB); 
  CPU 412-2:512 KB RAM (其中，程序和數據各使用 256 KB); 
  快速 RAM 用于執行部分用戶程序
• 靈活擴展：
  高 65536 個數字量以及 4096 個模擬量輸入/輸出。
• MPI多點接口：
  通過 MPI，可將多 32 個站連成簡單網絡，數據傳輸速率高達 12 Mbit/s。CPU 可與通訊總線（C 總線）和 MPI 的站之間建立多 16 個連接。
• 模式選擇開關：
  波動開關設計。
• 診斷緩沖區：
  后的120個故障和中斷事件保存在一個環形緩沖器中，用于進行診斷�？梢詫斎霐的窟M行設定。
• 實時時鐘：
  日期和時間附加在 CPU 的診斷消息后面。
• 存儲卡：
  用于擴展內置的裝載存儲器。存儲在裝載存儲器中的信息包括S7-400參數數據以及程序，因此需要2倍的存儲空間。其結果是：
  • 內置裝載存儲器的容量顯著提高，因此，基本上不需要存儲器卡。

CPU 412-2 還具有：

• PROFIBUS-DP 接口和組合的MPI/DP 接口：
  通過 PROFIBUS DP 主站接口，可以實現分布式自動化組態，從而提高了速度，便于使用。對用戶來說,分布式I/O單元可作為一個集中式單元來處理(相同的組態、編址和編程).
• 組合式配置：
  SIMATIC S5和SIMATIC S7可以作為PROFIBUS主站符合EN 50 170規范。