SIEMENS 公司S7 PLC 标准工具软件 STEP 7 介绍 1 06.06.2020 S7 PLC的STEP 7编程软件介绍 这一讲通过以西门子公司的STEP 7编程语言为例，来介绍实际 PLC应用的编程语言，在第4讲中将介绍PLC编程语言的国际标 准，即IEC 61131-3 标准。 STEP 7编程软件是用来对西门子公司的系列PLC产品，包括S7 300系列、S7 400系列、M7系列以及基于PC的PLC等产品，进行 编程、调试、监视的软件。 为了组态 PLC 硬件配置或开始编写S7用户程序，首先必须在 PC 计算机中安装STEP 7软件(如果使用的是编程器，则STEP 7软件 已经预装在编程器内)。在STEP 7 CD 光盘的 Readme.wri 文件 中，有关于安装STEP 7对 PC 计算机的软件和硬件配置要求。 将STEP 7的 CD 光盘插入PC机的光驱中，安装程序能自动执 行，按照屏幕上的提示操作，可一步一步完成STEP 7 软件的安 装。完成STEP 7的安装后，要重新启动计算机，在 PC 的 Windows 桌面上会出现一个 SIMATIC Manager 的小图标 。 2 06.06.2020 S7 PLC和STEP 7编程软件应用示意图 应用STEP 7软件，能在一个 “项目” (project) 内 建立起 S7 用户程序 。可编程序控制器是由电源模 板、CPU以及输入/输出模板(I/O 模板)组成 。可编 程逻辑控制器(PLC)通过 S7 程序，监视和控制被 控对象。 在 S7 程序内通过地址，对I/O模板进行 寻址。 图3.1所示为PLC控制被控对象的过程，图 3.2所示为STEP-7软件的应用过程。 3 06.06.2020 S7 PLC和STEP 7编程软件应用示意图 4 06.06.2020 应用STEP 7的基本步骤 5 06.06.2020 应用STEP 7软件于PLC 实现自动化任务的过程 有两个选择项，如果要解决的自动化任务比较复杂，编写 的程序量比较大，涉及的输入、输出点数多，建议采用选 择项1，即先对PLC的硬件进行组态，然后编写用户程序， 这样做的优点是通过STEP 7对所有输入、输出点的绝对地 址先进行了定义和分配，在以后的程序编写过程中就不会 混淆，另外，在组态过程中还可以改变模板的参数和属性， 例如，对模拟量输入模板，在组态过程中，可以确定它是 电压输入信号（0-10V，＋/-10V）还是电流输入信号（420 mA），对一个多CPU项目，在组态过程中，可以确定各 个CPU的MPI地址。对于比较简单的项目，涉及的输入、输 出点数不多，也可以采用选择项2的步骤。 6 06.06.2020 启动SIMATIC 管理器(SIMATIC Manager) 启 动 STEP 7 时 将 激 活 SIMATIC manager (SIMATIC 管理器)的中央窗口。一般默认设 置是启动STEP 7 Wizard(STEP 7向导)， 在 “向导”帮助下建立一个STEP 7 项目，STEP 7项目的结构按一定的次序安排数据和程序并 被保存。项目内的数据是以对象的形式按分层 结构保存。SIMATIC 站和CPU 包含硬件的组 态和参数数据。S7 程序是由所有的方块组成， 这些方块包含控制对象的程序。 下面介绍SIMATIC管理器的项目结构。 7 06.06.2020 STEP 7 编程语言 的主窗口 界面 打开 “项目” 窗口，左边页 面显示项目结 构,右边页面显 示左边页面所 选文件夹中的 对象和其他文 件夹图所示。 8 06.06.2020 SIMATIC 管理器窗口的菜单项： 打开SIMATIC 管理器的窗口能见到以下菜单项： File 打开、组织和打印“项目” (project)。 Edit 复制、粘贴、删除、全选、对象属性等。 Insert 插入程序单元。 PLC 下载程序和监视硬件 。 View 选择“在线/离线”和编程语言。 Options 用户定义。 Window 设置窗口显示。 Help 帮助信息。 9 06.06.2020 应用STEP 7 对 PLC 进行硬件组态 建立一个项目和SIMATIC 站后，就可以对PLC进行 硬件组态了。 下面介绍S7 PLC 中央机架模板的组态过程。 打开“项目”中的“站”，在窗口的右边页面出现 “硬件”图标 和所建项目中选择的CPU图 标 ，如下面的图所示。双击“硬件”图标 , “硬件”组态窗口自动打开，在组态窗口的右边 面会显示硬件组态单元库目录菜单。 10 06.06.2020 应用STEP 7 对 PLC 进行硬件组态 选择目录菜单中的某一项，例如SIMATIC 300，在其下拉菜 单中再选择RACK-300，双击RACK-300下面的图标 ， 这时在窗口左边页面上就会出现0(UL) 机架带槽位的rack 表。为了在0(UL)的1号槽位上放置PS 307电源模板，导航 目录菜单，找到 PS307 5A (6ES7 307-1EA00-0AA0)，用鼠 标拖至0(UL)机架的1号槽位上。 为了在0(UL)的2号槽位上放置CPU模板，导航目录菜单，打 开 CPU-300 项 ， 在 其 下 拉 菜 单 中 找 到 CPU 314C-2DP(6ES7 314-6CF01-0AB0)，用鼠标将其拖至0(UL)机架上的2号槽位， 由于CPU 314C-2DP占用2个槽位，从第4个槽位开始，可以 组态配置其他的I/O模板。 11 06.06.2020 应用STEP 7 对 PLC 进行硬件组态 用同样的方法，在4号槽位上配置了32点的直流输入模板 （6ES7 312-1BL00-0AA0），在5号槽位上配置了32点的 直流输出模板（6ES7 322-1BLL00-0AA0）。 下面的图表示了用上面的方法组态完成后的STEP 7硬件 组态界面，从图上还能看到所选模板的订货号，I/O模 板组态定义的绝对地址以及分配给CPU模板的MPI地址。 以上完成了硬件中央机架的模板组态。 12 06.06.2020 STEP7主窗口右边页面上的硬件组态图标 13 06.06.2020 STEP 7 硬件组态 界面 14 06.06.2020 S7 PLC 分布式 I/O 模板的组态 15 06.06.2020 S7 PLC 分布式 I/O 模板的组态 在常用配置的自动化系统中，中央可编程控制器 的I/O模板与传感器、执行机构之间需要大量的 连接电缆，这不仅增加了安装的工作量，也增 加了安装费用和发生故障的机率。应用分布式 I/O，将I/O模板就近放置于传感器和执行机构 附近，在可编程控制器和I/O模板及现场器件之 间用现场总线Profibus-DP连接，就可克服中央 I/O模板的上述缺点。 16 06.06.2020 S7 PLC 分布式 I/O 模板的组态 分布式I/O模板的硬件组态与中央机架模板的硬件 组态类似，从导航窗口右边页面的目录菜单，选 择分布式I/O模板单元，对它们进行硬件组态和属 性定义。 下图表示了S7 PLC的分布式I/O结构举例和通过 Profibus-DP网络进行连接。 下面用图解说明，怎样建立一个新的项目来组态 分布式I/O系统。 17 06.06.2020 建立一个 新的项目 来组态 分布式 I/O系统 18 06.06.2020 建立一个新的项目来组态分布式I/O系统 19 06.06.2020 组态建立一个站 20 06.06.2020 组态建立一个站 21 06.06.2020 组态DP主站和分布式I/O 上面用图解说明怎样组态一个可以配置分布式I/O的 站，到目前为止，所描述的步骤和中央机架的组态 步骤是类似的，得到的组态界面也类似。下面一些 图的画面进一步说明，怎样将分布式I/O单元，组态 到上述已经建立起来的站中，并设置或修改他们的 属性参数。 22 06.06.2020 组态DP主站和分布式I/O 23 06.06.2020 组态DP主站和分布式I/O 24 06.06.2020 组态分布式I/O ET200M 25 06.06.2020 组态分布式I/O ET200M 26 06.06.2020 组态分布式I/O ET200M 前面用图解方法，说明怎样在主站上组态一个 分布式I/O的从站，这种从站是模块化结构的， 从站是由Profibus-DP通信模板IM 153-2和若 干块标准的I/O模板 (例如，图上的DI32 x DC24V)组成。 27 06.06.2020 在组态过程中改变节点和I/O的地址 28 06.06.2020 在组态过程中改变节点和I/O的地址 29 06.06.2020 在组态过程中改变节点和I/O的地址 如果用户有需要改变已经组态完成的I/O模板的地址，上 面的图解说明了这一改变的过程和步 骤。 30 06.06.2020 应用符号地址编程 在对PLC进行硬件组态时，事先定义其输入和输出的绝对地 址。因为，这些地址是直接指定，亦即绝对地址。也可以选 择用任意符号名来替代绝对地址。 为了应用符号地址进行编程，需要建立一个符号表，对在以 后的程序中将要用到的所有绝对地址，在符号表中给他们每 一个分配一个符号名，同时定义它们的数据类型。例如，对 于输入 I 1.2 ，其符号名为PE_Failure ，表示汽油发动机有故障。这 一符号名，适用于整个程序，因此，称为全局变量。使用符 号地址进行编程，使得所编的S7程序，可读性强。 31 06.06.2020 PLC及其输入/输出的绝对地址 32 06.06.2020 建立编程用的符号地址表 33 06.06.2020 建立编程用的符号地址表 34 06.06.2020 在STEP 7 程序中建 立符号地 址表举例 35 06.06.2020 在STEP 7 程序中建立符号地址表举例 在完成对PLC进行硬件组态之后，开始编写用户程 序之前，需要做的一件工作是建立编程用的符号 地址表。前面用图解的方式，说明建立符号地址 表的步骤，上图是为项目Getting Started 所编 写的符号地址表。一般而言，每一个S7 程序只建 立一个符号地址表，这与在编程中使用哪一种编 程语言进行编程无关系。所有可以打印的字母 （例如特殊字母、空格），在符号表中都允许使 用。在符号表中会自动加入的数据类型，取决于 由CPU所处理的信号类型。下表给出在STEP 7 中 使用的各种数据类型。 36 06.06.2020 在S7 程序中使用的数据类型 37 06.06.2020 在组织方块 OB1中建立 程序 根据所选择使用 的编程语言，右 面分别介绍用梯 形图（LAD）、 语句表（STL）和 功能块图（FBD） 来编写OB1程序。 38 06.06.2020 在组织方块OB1中建立程序 在STEP 7中，OB1是由CPU执行的主循环程 序，CPU一行一行地读并且执行程序命令，当 CPU返回到第一程序行时，它就精确地完成了 一个循环周期。此过程所需要的时间就是扫描 周期时间。 在用STEP 7建立S7程序时，可以选择3种标准 编程语言中的一种，即梯形图逻辑语言LAD、 语句表STL或者功能块图FBD。 39 06.06.2020 在组织方块OB1中建立程序 梯形图逻辑LAD适合于熟悉继电器逻辑的电气工程师，语 句表STL适合于熟悉计算机编程语言的工程师，功能块图 FBD对习惯于使用逻辑图设计的工程师更为合适。 前面的图是分别使用这3种编程语言的示例。 为了打开OB1方块，在工具条上单击打开图标，在出现的 对话框中选择项目Getting Started ，单击OK确认。为了选择用某一种编程语言来对OB1进 行编程，单击打开对话框中的Browse按钮，在出现的路 径菜单（SIEMENS STEP7 EXAMPLES）中，选择打 开以下的项目样板： 40 06.06.2020 在组织方块OB1中建立程序 Zen01_01_STEP7_STL_1-9， Zen01_03_STEP7_FBD_1-9或者 Zen01_05_STEP7_LAD_1-9 在图3.16的中间部分，显示了这3个样板项目。 对选中的样板，例如Zen01_05_STEP7_LAD_1-9，采用 导航的方法，一直到出现符号表Symbols，用“拖拉”的 方法，将符号表复制到项目Getting Started的S7程序文件 夹中，然后关闭项目Zen01_05_STEP7_LAD_1-9的窗口。 用“拖拉”方法是指，用鼠标选中目标并按住鼠标左键， 拖动目标到所选择的位置，释放鼠标左键，完成复制。 41 06.06.2020 选择打开以下的项目样板： 42 06.06.2020 复制符号地址表和打开OB1程序组织方块 43 06.06.2020 S7程序的编程 窗口 （以梯形图逻 辑的编程为例） 在Getting Started 项目的右边窗口， 双击OB1，从而 打开了用LDA （或STL / FBD） 来编写 OB1程序的编程 窗口。图3.17表 示这一窗口的各 个部分。 44 06.06.2020 用梯形图逻辑编写一个串联电路程序示例 45 06.06.2020 用梯形图逻辑编写一个串联电路程序示例 46 06.06.2020 用梯形图逻辑编写一个串联电路程序示例 47 06.06.2020 用梯形图逻辑编写一个并联电路程序示例 48 06.06.2020 用梯形图逻辑编写一个并联电路程序示例 49 06.06.2020 用梯形图逻辑编写SR单元 （存储置位、复位）程序示例 前面用图解的 方法示例说明， 怎样用梯形图 逻辑语言来编 写一个串联电 路和并联电路 的程序。右图 进一步说明怎 样编写一个存 储置位、复位 电路。 50 06.06.2020 用梯形图逻辑编写SR单元 （存储置位、复位）程序示例 51 06.06.2020 梯形图逻辑编程中的绝对地址和符号地址 前面分别表示用梯 形图逻辑编程语言 LAD编写的串联电 路、并联电路和 SR触发器的程序 网络段。下面将用 语句表语言STL和 功能块图语言FBD 来编写同样的电路 程序。 52 06.06.2020 用语句表语言完成“与”（AND）指令语句 程序示例 53 06.06.2020 用语句表语言完成“与”（AND）指令语句 程序示例 54 06.06.2020 用语句表语言编写“或”指令和“存储置 位/复位”指令程序示例 55 06.06.2020 用语句表语言编写“或”指令和“存储置 位/复位”指令程序示例 56 06.06.2020 用语句表语言编写“或”指令和“存储置 位/复位”指令程序示例 在用语句表语言编程的过程中，如果出现红色符号，这表明 在已经建立的符号表中没有该符号，或者存在语法错误。 在编程过程中，也可以直接从符号表中插入符号名。单 击 ??.? 符号，然后单击菜单命令 Insert → Symbol ，通过下拉表的滚动条，找到相应的符号 名，选择这一符号名，即可自动地替代 ??.? 地址。 在前面的图中，网络段1的说明是： 当两个输入点“Key_1”和“Key_2”都激活时（即，都是信号 状态“1”＝24V），则“Green_Light”激活。亦即，为了使 “绿灯”接通，必须两个输入同时为“1“状态。 57 06.06.2020 用语句表语言编写“或”指令和“存储置 位/复位”指令程序示例 网络段2的说明是： 当两个输入点“Key_3”和“Key_4”中有一个激活时（即，有 一个是信号状态“1”＝24V），则输出“Red_Light”激活。亦 即，为了使“红灯”接通，只须两个输入中有一个为“1“状 态。 网络段3的说明是： 当 输 入 “ Automatic_On” 激 活 时 ， 由 于 S 指 令 的 作 用 ， 输 出 “Automatic_Mode”被激活，且一直保持激活状态，即使输 入“Automatic_On”又变成非激活状态，对输出也没有影响。 58 06.06.2020 用语句表语言编写“或”指令和“存储置 位/复位”指令程序示例 当 输 入 “ Manual_On” 激 活 时 ， R 指 令 起 作 用 ， 输 出 “Automatic_Mode”复位到非激活状态，且一直保持非激活 状态，即使输入“Manual_On”又变成非激活状态，对输出也 没有影响。 输出的状态是由S（Set）和R（Reset）操作来决定的。 如果两个输入同时被激活，则首先是置位功能，随后是复位 功 能 被 处 理 ， 由 于 主 程 序 （ OB1 ） 是 顺 序 执 行 ， 因 此 一 个 OB1周期结束时的结果使输出处于复位状态，在这种情况下， 称复位优先。 59 06.06.2020 在用语句表编程中的绝对地址和符号地址 60 06.06.2020 PLC的用功能块图编写“与”（AND） 逻辑功能程序示例工作原理 61 06.06.2020 用功能块图编写“与”（AND）逻辑 功能程序示例 62 06.06.2020 用功能块图编写“或”OR）逻辑功能 程序示例 63 06.06.2020 用功能块图编写SR功能（存储置位/位） 程序示例 64 06.06.2020 功能块图编程中的绝对地址和符号地址 65 06.06.2020 用功能块和数据块建立一个程序 在程序结构中功能块（FB）在组织块的下面，它包含 一部分程序，能够被OB1调用很多次，所有功能块的形 式参数和静态数据保存在一个分开的数据块（DB）中， 这一数据块专门分配给功能块，称为背景数据块。 66 06.06.2020 建立一个开放的功能块（FB） 67 06.06.2020 建立一个开放的功能块（FB） 68 06.06.2020 建立一个开放的功能块（FB） 上图用图解说明怎样在LAD/STL/FBD窗口中，建立一 个功能块程序（FB1，符号名为Engine， 参看前面的符号地址表），在这里选择与编程OB1相 同的编程语言LAD。 单击Help → Contents 之后，在Programming Blocks 和Creating Block and Libraries（“编程方块”和“建 立方块和库”）项下，能找到更多的信息。 69 06.06.2020 在功能块编程中建立变量登记表 在编写功能块之前，首先要建立变量登记表，下图用图解说 明变量登记表的建立和相关的属性。 70 06.06.2020 在功能块编程中建立变量登记表 71 06.06.2020 编程用于发动机（engine）启动/停止 的功能块FB1 72 06.06.2020 编程用于发动机（engine）启动/停止 的功能块FB1 73 06.06.2020 编程用于发动机（engine）启动/停止 的功能块FB1 上图用图解介绍怎样来编写一个功能块，例如要 用两个不同的背景数据块，通过一个功能块，控 制和监视“汽油引擎”和“柴油引擎”。所有的 “引擎指标”信号，将作为参数块从组织方块传 送到功能块，为此必须将输入和输出参数列在 “变量登记表”（Variable declaration table）内 登记“输入和输出”。在前面的章节中已经介绍 了如何编写一个串联电路、并联电路和一个存储 功能的程序，这些在编程功能块时都很有用。 74 06.06.2020 在FB1功能 块中插入 一段速度 监视 网络段 75 06.06.2020 在FB1功能块中插入一段速度 监视网络段 下面对功能块FB1作一些说明。 1. “发动机”（engine）何时将“启动”或“停止”？ 当变量＃Switch_On 具有1 状态，同时变量 Automatic_Mode 具有0状态，“发动机”将启动。 如果“发动机”采用自动方式， Automatic_Mode＝ 1, 则这一功能是不允许的。 当变量＃Switch_Off 具有1 状态或者当变量＃Fault 具有0状态，“发动机”将停止（故障＃Fault是0激 活信号，在正常时＃Fault的状态为1，在发生故障时 ＃Fault的状态为0）。 76 06.06.2020 在FB1功能块中插入一段速度 监视网络段 2.怎样用比较器来监视“发动机”的速度？ 比较器将变量#Actual_Speed（实际速度）和变量 ＃Setpoint_Speed（设定点速度）进行比较，而且将结果分 配给变量＃Setpoint_Speed_Reached（达到设定点速度）， 在大于、等于时，＃Setpoint_Speed_Reached的状态变为1。 77 06.06.2020 在FB1功能块中插入一段速度 监视网络段 单击Help → Contents 之后，在Programming Blocks 和 Creating Logic Block （“编程方块”和“建立逻辑方块”） 和Editing the Variable Declaration和Editing LAD Instruction（“编辑变量登记表”和“编辑梯形图指令”） 项下，能找到更多的信息。 上面已经编写了功能块FB1(engine)，并在变量登记表中特 别定义了与engine相关的参数。为了以后在OB1组织方块中 能够调用功能块，必须生成相应的数据块，称为背景数据 块，分配给功能块。 78 06.06.2020 生成功能块（FB）的背景数据块及使 用实际参数替代形式参数改变实际值 下面通过控制和监视汽油发动机或柴油发动机来举例说明， 由于这两种发动机的设定速度不同，因此分别把它们存储 在不同的背景数据块中，其具体的值（#Setpoint_Speed） 是不同的，而控制和监视这两种发动机的功能块相同，类 似地，不同的其他参数，分别存放在不同的背景数据块中。 由于对功能块只需集中编写一次，这样就减少了所涉及的 编程工作量。 下面 说明怎样在一个项目下建立属于功能块（FB）的背景 数据块（Instance DB）。 79 06.06.2020 生成功能块（FB）的背景数据块及使 用实际参数替代形式参数改变实际值 ? 打开SIMATIC管理器中的Getting Started项目，用导航的 方式找到Block，用鼠标右键单击右半窗口，在弹出菜单上 单击Data Block，插入一个数据块。 ? 在数据块属性对话框中，输入数据块名称DB1，同时在旁 边标签的下拉菜单中选择Instance DB，赋予功能块名字FB1， 单击OK按钮，确认在属性窗口中显示的所有设置。这样就完 成了在Getting start项目，加入DB1数据块的工作。 80 06.06.2020 生成功能块（FB）的背景数据块及使用实 际参数替代形式参数改变实际值 81 06.06.2020 生成功能块（FB）的背景数据块及使用实 际参数替代形式参数改变实际值 ?双击DB1，打开这一方块，出现左面所示的对话窗口，单击 Yes按钮确认，分配参数到背景数据块。对于汽油发动机， 在背景数据块DB1 设定速度项的实际值列中，写入1500。即 定义了这一发动机的最大速度。单击存盘图标，保存DB1并 关闭编程窗口 82 06.06.2020 生成功能块（FB）的背景数据块及使用实 际参数替代形式参数改变实际值 ?用建立DB1相同的方法，建立另一个用于FB1 的背景数据块 DB2，适用于柴油发动机，在背景数据块DB2设定速度项的实 际值列中，输入1200，保存DB2，并关闭编程窗口。 ? 下一步就是在OB1中编写一个调用功能块FB1的程序。 83 06.06.2020
