西门子S7-300 PLC基础与应用 第3版第8章 模拟量控制

S7-300程序设计方法(模拟量控制)引言在自动化控制系统中，模拟量控制是一种重要的控制方式。

S7-300是西门子公司开发的一种可编程控制器（PLC），它提供了一种灵活的方式来实现模拟量控制。

本文将介绍如何使用S7-300进行模拟量控制的程序设计方法。

硬件配置，我们需要了解S7-300的硬件配置。

S7-300包括一个或多个CPU，用来执行用户编写的程序。

CPU和其他设备之间通过总线连接，包括输入模块、输出模块和模拟量模块。

在模拟量控制中，模拟量模块用来读取传感器的模拟信号，并输出控制信号给执行器。

编程软件S7-300使用STEP7编程软件进行程序设计。

STEP7提供了一个友好的图形化界面，以及一套丰富的函数库来支持编程。

在开始编程之前，我们需要安装和配置STEP7软件，并连接S7-300 PLC。

程序设计步骤1. 配置模拟量模块：在STEP7软件中，我们需要配置模拟量模块。

这包括设置模块的地质、通道数和其他参数。

配置完成后，我们可以通过函数调用的方式读取模块的模拟信号。

2. 编写读取模拟信号的程序：在STEP7软件中，我们可以使用函数库提供的函数来读取模拟量模块的模拟信号。

这些函数会将模拟信号转换为数字量，以便后续的控制算法使用。

3. 设计控制算法：在STEP7软件中，我们可以使用图形化编程语言来设计控制算法。

控制算法可以包括PID控制器、滤波器和限幅器等。

通过读取模拟信号并对其进行处理，我们可以控制信号，并输出给执行器。

4. 编写输出控制信号的程序：在STEP7软件中，我们可以使用函数库提供的函数来输出控制信号。

这些函数将控制信号转换为模拟输出信号，并输出给执行器。

5. 调试和测试：在完成程序设计后，我们需要进行调试和测试。

我们可以使用STEP7软件提供的在线模拟功能来模拟真实的输入和输出信号，并进行调试和测试。

本文介绍了在S7-300上进行模拟量控制的程序设计方法。

通过配置模拟量模块、编写读取模拟信号的程序、设计控制算法和编写输出控制信号的程序，我们可以实现灵活且高效的模拟量控制。

业精于西门子S7系列PLC1-1、S7-300的硬件结构S7-300为标准模块式结构化PLC，各种模块相互独立，并安装在固定的机架上，构成一个完整的PLC应用系统系统背版总线连接器电源模块（选配）CPU模块信号模块信号模块前连接器模块前门盖板状态及故障指示灯模式开关MMC存储卡（CPU313以上）DC 24V电源连接器后备电池（CPU313以上）MPI多点接口1-2、S7-300 CPU模块1-2-1、CPU的分类种）紧凑型CPU（六种）：CPU 312CCPU 313C革新型CPU（五种）：CPU 312（新型）CPU 314(新型）故障安全型CPU（三种）：CPU 315FCPU 315F-2DP特种型CPU（两种）：CPU 317T-2DPCPU 317-2PN/DP1-2-2、S7-300CPU的主要特性：1-2-3、S7-300 CPU的操作：1、运行模式开关RUN-P：可编程运行模式。

在此模式下，CPU不仅可以执行用户STOP：停机模式。

在此模式下，CPU不执行用户程序，但可以通过编程设备（如装有STEP 7的PG、装有STEP 7的计算机等）从C P U中读出或修改用户程序。

在此位置可以拔出钥S7-300 CPU工作时需要使用存储卡来存储用户程序和数据，在训练过程中，经常性地对存储卡进行写入程序的操作，会在存储卡中留下很多垃圾程序，造成存储卡的容量不足或者格式混乱，可以使2、状态及故障显示SF（红色）：系统出错/故障指示灯。

CPU硬件或软14配）：＋5V电源指示灯。

CPU和S7-300总线的5V）：强制作业有效指示灯。

至少有一个I/O被状态时亮；LEDSTOP（黄色）：停止状态指示灯。

CPU处于“STOP”或“HOLD”或“Startup”状态时亮；在存储器复位时LED以0.5 Hz频率闪烁；在存储器置位时LED以2Hz频率闪烁。

1-3、S7-300的模块1-3-1、S7-300的扩展能力●PS 307标准电源模块1-3-2、电源模块（PS）PS 307 5APS3075ADC 5VPS 307 2A1-3-3、信号模块（SM） SM321数字量输入模块(DI)(1)数字量输入模块（DI）数字量输入模块SM321有直流输入型和交流输入型。

学习西门子S7-300的基础第一章ＰＬＣ概述一、可编程控制器的产生及定义①１９６９年美国数字设备公司（DEC）研制出世界第一台可编程控制器，并成功地应用在美国通用汽车公司（GM）的生产线上。

但当时只能进行逻辑运算，故称为可编程逻辑控制器，简称PLC （programmable logic controller）。

②70年代后期，随着微电子技术和计算机技术的迅猛发展，使PLC从开关量的逻辑控制扩展到数字控制及生产过程控制域，真正成为一种电子计算机工业控制装置，故称为可编程控制器，简称PC （programmablecontroller）。

但由于PC容易与个人计算机（personal computer）相混淆，故人们仍习惯地用PLC作为可编程控制器的缩写。

③1985年国际电工委员会（IEC）对PLC的定义如下：可编程控制器是一种进行数字运算的电子系统，是专为在工业环境下的应用而设计的工业控制器，它采用了可以编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字或模拟式的输入和输出，控制各种类型机械的生产过程。

④PLC是由继电器逻辑控制系统发展而来，所以它在数学处理、顺序控制方面具有一定优势。

继电器在控制系统中主要起两种作用：（1）逻辑运算（2）弱电控制强电。

⑤PLC是集自动控制技术、计算机技术和通讯技术于一体的一种新型工业控制装置，已跃居工业自动化三大支柱（PLC、ROBOT、CAD/CAM）的首位。

二、可编程控制器的分类及特点（一）分类（１）从组成结构形式分①一体化整体式ＰＬＣ②模块式结构化ＰＬＣ（２）按Ｉ／Ｏ点数及内存容量分①超小型ＰＬC②小型ＰＬＣ③中型ＰＬＣ④大型ＰＬＣ⑤超大型ＰＬＣ（3）按输出形式分①继电器输出为有触点输出方式，适用于低频大功率直流或交流负载②晶体管输出为无触点输出方式，适用于高频小功率直流负载③晶闸管输出为无触点输出方式，适用于高速大功率交流负载（二）特点①可靠性高、抗干扰能力强②编程简单、使用方便③设计、安装容易，维护工作量少④功能完善、通用性好，可实现三电一体化PLC将电控（逻辑控制）、电仪（过程控制）和电结（运动控制）这三电集于一体。

第5章S7-200 PLC的指令系统习题与思考题7-200指令参数所用的基本数据类型有哪些？：S7-200 PLC的指令参数所用的基本数据类型有1位布尔型(BOOL)、8位无符号字节型(BYTE)、8位有符号字节型(SIMATIC模式仅限用于SHRB指令)、16位无符号整数(WORD)、16位有符号整数(INT)、32位无符号双字整数(DWORD)、32位有符号双字整数(DINT)、32位实数型(REAL)。

实数型(REAL)是按照ANSI/IEEE 754-1985标准(单精度)的表示格式规定。

2~255字节的字符串型（STRING）即I/O指令有何特点？它应用于什么场合？：立即指令允许对输入和输出点进行快速和直接存取。

当用立即指令读取输入点的状态时，相应的输入映像寄存器中的值并未发生更新；用立即指令访问输出点时，访问的同时，相应的输出映像寄存器的内容也被刷新。

由于立即操作指令针对的是I/O端口的数字输入和数字输出信号，所以它们的位操作数地址只能是物理输入端口地址Ix.x和物理输出端口地址Qx.x。

辑堆栈指令有哪些？各用于什么场合？：复杂逻辑指令，西门子称为逻辑堆栈指令。

主要用来描述对触点进行的复杂连接，并可以实现对逻辑堆栈复杂的操作。

杂逻辑指令包括：ALD、OLD、LPS、LRD、LPP和LDS。

这些指令中除LDS外，其余指令都无操作数。

这些指令都是位逻辑指令。

装载与指令ALD用于将并联子网络串联起来。

装载或指令OLD用于将串联子网络并联起来。

辑推入栈指令LPS，在梯形图中的分支结构中，用于生成一条新的母线，左侧为主控逻辑块时，第一个完整的从逻辑行从此处开始。

辑读栈指令LRD，在梯形图中的分支结构中，当左侧为主控逻辑块时，该指令用于开始第二个和后边更多的从逻辑块。

辑栈弹出指令LPP，在梯形图中的分支结构中，用于恢复LPS指令生成的新母线。

入堆栈指令LDS，复制堆栈中的第n级值，并将该值置于栈顶。

西门子S7-300PLC模拟量编程西门子S7-300PLC模拟量方面的实例，包含了以下几个方面的要点：1、对变送器进行取值，并进行控制2、对模数功能块FC105 进行调用3、对AI 模块进行设置4、对AI 量程块进行选择这个实例，调试的是一个流量调节回路中，流量变送器输出2-2-MA DC信号到SM331 模拟输入模块，模块将该信号转换成浮点数，然后在程序中调用FC105将该值转换成工程量，我们就可以监视实际工程中的流量值了。

模拟量AI 采用SM311 模块是8x12Bit（8 通道12 位）对应货号是6ES7 331-7KF02-OABO，在模数转化上利用传感器或变送器的，电压或电流取出的值，到AI 模块上进行转换，然后把值传给西门子的CPU 进行处理，从而检测控制传感器的值，如图：模拟量输入模块模拟量输入用于连接电压和电流传感器、热电耦、电阻和热电阻，用来实现PLC 与模拟量过程信号的连接。

模拟量输入模块将从过程发送来的模拟信号转换成供PLC 内部处理用的数字信号。

本次工程用的是SM311 输入模块如下图所示。

该模块具有如下特点：分辨率为9 到15 位+符号位（用于不同的转换时间），可设置不同的测量范围。

通过量程模块可以机械调整电流/电压的基本测量范围。

用STEP 7硬件组态工具可进行微调。

模块把诊断和超限中断发送到可编程控制器的CPU 中。

模块向CPU 发送详细的诊断信息。

模拟量输入模块的接线方式两线制电流和四线制电流都只有两根信号线，它们之间的主要区别在于：两线制电流的两根信号线既要给传感器或者变送器供电，又要提供电流信号；而四线制电流的两根信号线只提供电流信号。

因此，通常提供两线制电流信号的传感器或者变送器是无源的；而提供四线制电流信号的传感器或者变送器是有源的。

因此，当PLC 的模板输入通道设定为连接四线制传感器时，PLC 只从模板通道的端子上采集模拟信号，如图2-3，而当PLC 的模板输入通道设定为连接二线制传感器时，如图2-2，PLC 的模拟输入模板的通道上还要向外输出一个直流24V的电源，以驱动两线制传感器工作。

8.4 习题1．模拟量输入模块AI、模拟量输出模块AQ、模拟量输入/输出模块AI/AQ2．-27648~+276473．288~294、288~2904．A、B、C、D5．模拟量输入/输出模块的地址如果确定？答：对于模拟量模块，从0号机架的4号槽位开始，每个槽位占用16个字节（等于8个模拟量通道），每个模拟量输入通道或输出通道的占用一个字地址。

为了避免与开关量的地址发生冲突，模拟量的默认首地址从256开始，如图8-6所示。

6．程序块FC105有什么功能？如何调用？答：使用FC105可以将从模拟量输入模块所接收的一个整型值转换为以工程单位表示的介于下限（LO_LIM）和上限（HI_LIM）之间的实型值。

FC105模块位于标准库“Standard Library”中“T I-S7 Converting Block s”子文件夹里面，如图8-7所示。

7．如何设置程序块FC105的参数？答：FC105各端子的意义如下：EN：使能输入端，信号状态为“1”时激活该功能。

ENO：使能输出端，如果该功能的执行无错误，该使能输出为“1”。

图8-7FC105模块的位IN：欲转换为以工程单位表示的实型值的输入值（整数类型），可直接从模拟量输入模块接收数据，如PIW288；LO_LIM：以工程单位表示的下限值，实数类型；HI_LIM：以工程单位表示的上限值，实数类型；OUT：规范化后的值（物理量），实数类型；BIPOLAR：信号状态为“1”表示输入值为双极性，信号状态“0”表示输入值为单极性；RET_VAL：如果该指令的执行没有错误，则返回值为0。

8．程序块FC106有什么功能？如何调用？答：FC106的功能是接收一个以工程单位表示、且标定于下限（LO_LIM）和上限（HI_LIM）之间的实型输入值，并将其转换为一个整型值。

FC106模块也位于标准库中“T I-S7 Converting Blocks”子文件夹里面。

9．如何设置程序块FC106的参数？答：FC106各端子的意义如下：EN：使能输入端，信号状态为“1”时激活该功能。

S7-300模拟量处理研究与应用摘要：随着PLC技术的日益成熟，PLC在工业上得到了广泛的应用。

但是PLC和其它由处理器一样，内部都是处理数据字量的。

然而在实际处理中，经常会遇到有关模拟量的问题，如何处理模拟量便成为一个关键和实际问题，本文便是通过西门子模拟量处理模块SM331，同时配合相应的程序处理来解决此问题。

此外，本文以实际工程为应用背景，研究了该工程中液位高度的模拟量处理方法。

关键词：S7-300PLC模拟量转换SM331模块1.工程背景用S7-300控制系统完成两种物料的配方（配比）控制。

本系统共有ABCDEF 五个贮液槽,功能是将E、F两槽内不同的原料液以适当的配比在A槽（或B槽或C槽）中进行混合，然后将配好的混合物料通过泵输送到D槽。

有三种配比选择：E：F=1：3、E：F=2：3、E：F=1：5系统由两个台架组成，一个台架由A、B、C三个配料槽及管阀构成，另一台架由两个原料槽E、F、成品槽D及管、阀、泵构成。

其中A、B、C三槽的进/出料电磁阀、液位、配比选择由CPU314C-2DP控制；D、E、F三个槽的液位、E、F供料泵及D槽回料泵、手动/自动/停止等由CPU315-2DP控制。

两台S7-300间通过MPI通信，实现物料的配方控制。

2.模拟量处理在本工程中需要实时监测A、B、C、D、E、F六个槽的液位高度，以便进行相应的阀门开度和水泵启停等动作，因此如何把液面高度这个模拟量转成数字量并读取到相应CPU中成为问题的关键。

模拟量处理过程为：首先利用液位传感器/液位变送器把连续变化的物理量（液面高度）转化成电信号，然后通过变送模块把将该电量转换成标准的模拟信号如±10V，4～20mA等。

之后，把模拟量信号输入到模拟量模块中，通过模拟量输入模块转换成数字量传送到PLC的CPU中。

至此模拟量已转成数字量供CPU处理及相应的程序编写调用。

2.1液位传感器此处我们选择一种投入式液位传感器,测量范围为0～1m,可输出4-20mA标准电流。