应用STEP 7对PLC进行硬件组态

    建立一个项目和插入SIMATIC站后，就可以对PLC进行硬件组态了。    首先要解释一下为什么要对PLC进行硬件组态。西门子的S7系列PLC和其他的一些PLC有所不同，对S7系列PLC的I/O模板其绝对地址的定义，既不需要用设置地址用的专门的硬件开关，也与模板的插入位置没有关系，而是依靠硬件组态来确定的。另外，模板的一些属性（例如模拟量输入模板的物理属性，是电压输入还是电流输入或者是温度传感器输入，以及输入范围的量程是±10V或4~20mA等），还有与通信相关的一些属性（例如参数数据和过程数据的字数，以及发送/接收这些数据的首地址），都需要通过硬件组态来确定。    进行硬件组态的目的，是为了确定所有应用的I/O模板的绝对地址、相关的属性以及其他与使用模板有关的特性数据，通过组态，生成与硬件有关的“系统数据”，当这一“系统数据”下载到PLC的CPU中后，CPU就会确认这些数据，并按这些数据来检查PLC用户程序的合理性以及有效地执行合理的用户程序。    S7 PLC在构成系统时有两种结构，一种是本地配置，另一种是分布式配置，按照这两种不同的配置，我们分别来介绍其硬件组态的方法。    首先介绍S7 PLC的本地组态（中央机架结构组态）过程。    打开“项目”中的“站”，在窗口的右边页面出现“硬件”图标，如图3-5所示。双击“硬件”图标，打开硬件组态窗口，在组态窗口的右边会显示硬件组态单元的库目录菜单。
    图3-5     STEP7主窗口右边页面上的硬件组态图标    根据插入的站，选择目录菜单中的相应项，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，浏览目录菜单，找到PS307 SA（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，浏览目录菜单，打开CPU-300项，在其下拉菜单中找到CPU 314C-2DP (6ES7 314-6CF01-0ABO)，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。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 321-1BL00-0AA0)，在5号槽位上配置了32点的直流输出模板（6ES7 322-1BL00-0AA0）。    图3-6所示为使用上述方法组态完成后的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。    在硬件组态过程中，对I/O模板绝对地址的确定是由STEP 7软件默认设定的，例如在图3-6上，(0) UR机架4号插槽上的32点开关量输入模板的默认地址为I0.0~I3.7，5号插槽上32点开关量输出模板的默认地址为Q4.0~Q7.7，如果用户希望改变这一地址的定义，也是可以的，只需要在组态过程中，用鼠标右键单击模板，在下拉菜单中单击“Object Properties”（目标属性），能见到目标属性的对话框，当光标定位在“Addresses”标签上时，我们可以看到模板的起始地址和结束地址，以及“System Default”的选择项，如果我们采用系统软件默认选择的地址，则在“System Default”前的“□”中要打一“√”号，如果用户希望自己定义模板的地址，则需要将“System Default”前“□”中的“√”号去掉，然后将模板的起始地址值改写为用户希望设定的值，模板的结束地址值会自动改变成合适的值，图3-7所示为我们将图3-6上开关量输出模板的地址从Q4.0~Q7.7改变成Q0.0~Q3.7的结果。需要注意的是，在用户自己设定地址时要保证各模板不出现重复的地址值。
    图3-6    STEP 7硬件组态界面
    图3-7    应用STEP 7硬件组态修改模板的默认绝对地址    在对CPU进行组态时，还有许多CPU的属性选项需要组态确定，如图3-8所示，主要的有“Interrupts”（中断）、“Time-of-Day Interrupts”（日时间中断）、“Cyclic Interrupts”（定时中断）、“Protection”（加密）、“Startup”（启动方式）等。有关中断的内容，在本章有专门的一节进行介绍。
    图3-8    对CPU属性的组态    在本地组态时如果一个机架不够用（对S7 -300系统，一个机架一般只能安排8块模板），可以采用本地扩展的办法，扩展多个机架（对S7 -300系统，最多可以扩展成4个机架），本地扩展时采用IM 360和IM 361模板，IM 360模板插在带CPU机架的3号槽上，IM 361模板插在各扩展机架的3号槽上，IM 360和IM 361模板之间，IM 361和IM 361模板之间通过本地扩展电缆连接（最长为5m），多个控制机架的组态如图3-9所示。    在图3-9中，0号机架是带CPU的机架，1~3号机架都是扩展机架，在1号机架上我们配置了两块模拟量输入模板，型号为6ES7 331-7KF02-0AA0，这是8输入通道，分辨率为12位的通用模拟量输入模板，通过组态，我们确定其输入地址为PIW384-399（第1块模板）和PIW400-415（第2块模板），因为模拟量输入读数的数据类型是整型数，所以每一个模拟量输入通道要占用2B，对第1块模板的第1个通道，其输入地址为PIW384-385，第2个通道的地址为PIW386-387，顺次序排列到第8个通道，输入地址为PIW398-399。第2块模拟量输入模板的通道地址分配和第1块模板类同，即第1通道地址为PIW400- 401，第8通道的地址为PIW414 - 415。    在硬件组态中除了要确定输入通道的地址外，还需要确定模拟量输入的属性，如图3-10所示。在图3-10的左边的(1) UR机架上，将光标定位在AI8x12Bit的第1块模拟量模板上，用鼠标右键选择“Object PropeIties”（目标属性），在图3-10的右边，能见到目标属性的对话框，当光标定位在“Input”选项卡上时，属性对话框有以下内容：将8个输入通道分成4组（0-1、2-3、4-5和6-7），每一组可以选择测量值和测量值的范围（例如，0-1组是电压输入，输入值的范围是±10V；2-3组是4线制电流输入，输入值的范围是4~20mA; 4-5组是铂电阻输入，传感器为标准Pt100；6-7组是热电偶输入，传感器为K型热电偶）。在确定测量值之后有相应的“测量值量程小模板”的位置指示，在图中0-1组的位置为B，2-3组的位置为C，4-5组和6-7组的位置都是A。这一指示要和实际模板侧面“测量值量程小模板”的位置相一致。对该模拟量输入模板还可以选择“中断”属性，在图3-10中我们选择了允许“Diagnostic Interrupt”（诊断中断）和“Hardware Interrupt When Limit Exceeded”（当输入超限时启动硬件中断），对2-3、4-5和6-7输入组，在输入传感器“断线”时，都会造成输入读数出现严重错误，这时会启动“诊断中断”。对0-1、2-3输入组，当输入信号超过上限或低于下限时会启动硬件中断，在图3-10中还设定了0-1、2-3输入组的输入上/下限值。
    图3-9     STEP 7本地扩展机架的硬件组态界面
    图3-10    模拟量输入模板硬件组态目标属性界面    在图3-9中的2号机架上我们配置了两块模拟量输出模板，型号为6ES7 332-5HD01-0AB0，这是4输出通道，分辨率为12位的通用模拟量输出模板，通过组态，我们确定其输出地址为PQW512-519（第1块模板）和PQW528-535（第2块模板），因为模拟量输出读数的数据类型也是整型数，所以每一个模拟量输出通道要占用2B，对第1块模板的第1个通道，其输出地址为PQW512-513，第2个通道的地址为PQW514-515，顺次序排列到第4个通道，输出地址为PQW518-519。第2块模拟量输出模板的通道地址分配和第1块模板类同，即第1通道地址为PQW528-529，第4通道的地址为PQW534-535。    在图3-9中的3号机架上我们配置了两块温度控制的智能模板，型号为FM 355-2 C（订货号6ES7 355-2CH00-0AE0）和FM 355-2 S（订货号6ES7 355-2SH00-0AE0），这是4通道智能温度控制模板，通过组态，我们确定其输入/输出地址为PIW640- 655/PQW640-655（第1块模板）和PIW656-671/PQW 656-671（第2块模板）。FM 355.2 C的输出通道信号是连续信号（例如4~ 20mA）而FM 355-2 S的输出通道信号是脉冲宽度调制的开关信号。    如果用户要求的系统规模更大，4个本地扩展的机架都不能满足要求，则可以采用分布式I/O的配置。