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西门子S7300及400PLC控制系统

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目录第一节概述 (1)第二节 S7-300/400系列PLC简介 (1)第三节 S7-300/400的编程语言与指令系统 (11)第四节 STEP 7编程软件的使用方法 (27)西门子S7可编程控制器第一节概述一、前言目前，PLC的机型很多，但其基本结构、原理相同，基本功能、指令系统及编程方法类似。

因此，本教案从实际应用出发，选择了当今最具特色和符合IEC标准的西门子S7 300系列高性能、中小型模块化可编程控制器作为背景机型。

S7-300/400属于模块式PLC，主要由机架、CPU模块、信号模块、功能模块、接口模块、通信处理器、电源模块和编程设备组成。

按 钮选择开关限位开关电 源图1-1 PLC控制系统示意图二、西门子PLC的分类1．S7系列：传统意义的PLC产品，S7-200是针对低性能要求的小型PLC。

S7-300是模块式中小型PLC，最多可以扩展32个模块。

S7-400是大型PLC，可以扩展300多个模块。

S7-300/400可以组成MPI、PROFIBUS和工业以太网等。

2．M7-300/400：采用与S7-300/400相同的结构，它可以作为CPU或功能模块使用。

具有AT兼容计算机的功能，可以用C，C＋＋或CFC等语言来编程。

3．C7由S7-300 PLC，HMI（人机接口）操作面板、I/O、通信和过程监控系统组成。

4．WinAC基于Windows和标准的接口(ActiveX，OPC)，提供软件PLC或插槽PLC。

第二节 S7-300/400系列PLC简介一、S7-300系列PLC1、系统结构S7-300的CPU模块（简称为CPU）都有一个编程用的RS-485接口，有的有PROFIBUS-DP接口或PtP串行通信接口，可以建立一个MPI（多点接口）网络或DP网络。

1563247891.电源模块2.后备电池3. 24V DC 连接器4.模式开关5.状态和故障指示灯6.存储器卡(CPU 313 以上)7. MPI多点接口8.前连接器9.前盖图2-1 S7-300 PLC功能最强的CPU的RAM为512KB，最大8192个存储器位，512个定时器和512个计数器，数字量最大65536，模拟量通道最大为4096。

有350多条指令。

计数器的计数范围为1～999，定时器的定时范围为10ms～9990s。

总总总总总DIN总总DIN总总PSCPUIM SMSMSM SM SM SM图2-2 S7-300的安装电源模块CPU 模块IM IMIM槽号1234516781910机架0机架1机架2345678910345678910槽号槽号电源模块电源模块中央机架扩展机架扩展机架111111图2-3 多机架的S7-300 PLC只需要扩展一个机架，可以使用价格便宜的IM 365接口模块对。

数字量模块从0号机架的4号槽开始，每个槽位分配4个字节的地址，32个I/O 点。

模拟量模块一个通道占一个字地址。

从IB256开始，给每一个模拟量模块分配8个字。

（1）．模块诊断功能可以诊断出以下故障：失压，熔断器熔断，看门狗故障，EPROM 、RAM 故障。

模拟量模块共模故障、组态/参数错误、断线、上下溢出。

（2）．过程中断数字量输入信号上升沿、下降沿中断，模拟量输入超限，CPU 暂停当前程序，处理OB40。

[1]状态与故障显示LEDSF （系统出错/故障显示，红色）：CPU 硬件故障或软件错误时亮。

BATF （电池故障，红色）：电池电压低或没有电池时亮。

DC 5V （＋5V 电源指示，绿色）： 5V 电源正常时亮。

FRCE （强制，黄色）：至少有一个I/O 被强制时亮。

RUN （运行方式，绿色）：CPU 处于RUN 状态时亮；重新启动时以2 Hz 的频率闪亮； HOLD （单步、断点）状态时以0.5Hz 的频率闪亮。

STOP （停止方式，黄色）：CPU 处于STOP ，HOLD 状态或重新启动时常亮。

BUSF（总线错误，红色）。

SF BATF DC 5V FRCE RAN STOP SF DP BASFRAN-P RANSTOP MRES 存储器卡插槽多点接口(MPI) PROFIBUS-DP接口状态与故障LED模式选择器后备电池电源与系统接地端子图2-4 CPU 318-2的面板[2]模式选择开关（a）RUN-P(运行-编程)位置：运行时还可以读出和修改用户程序，改变运行方式。

（b）RUN (运行)位置：CPU执行、读出用户程序，但是不能修改用户程序。

（c）STOP（停止）位置：不执行用户程序，可以读出和修改用户程序。

（d）MRES（清除存储器）：不能保持。

将钥匙开关从STOP状态搬到MRES位置，可复位存储器，使CPU回到初始状态。

复位存储器操作：通电后从STOP位置扳到MRES位置，“STOP”LED熄灭1s，亮1s，再熄灭1s后保持亮。

放开开关，使它回到STOP位置，然后又回到MRES，“STOP”LED 以2Hz的频率至少闪动3s，表示正在执行复位，最后“STOP”LED一直亮。

某些CPU模块上有集成I/O。

PLC使用的物理存储器：RAM，ROM，快闪存储器（Flash EPROM）和EEPROM。

2、S7-300的输入/输出模块输入/输出模块统称为信号模块(SM)。

前连接器插在前盖后面的凹槽内。

一个编码元件与之啮合，该连接器只能插入同类模块。

两线式接近开关的漏电流小于输入模块允许的静态电流，汇点输入的电流流进输入模块，反之为源输入电路。

SM323是S7-300的数字量输入输出模块，8DI/8DO ，16DI/16DO 。

图2-5 数字量输入模块背板总线接口背板总线接口图2-6 数字量输入模块背板总线接口图2-8 数字量输出模块图2-7 数字量输出模块背板总线接口图2-9 数字量输出模块表2-11 SM331模拟量输入模块的模拟值模拟值的精度小于15 位，则模拟值左移，左对齐。

【例】压力变送器的量程为0～10MPa ，输出信号为4～20mA ，模拟量输入模块的量程为4～20mA ，转换后的数字量为0～27 648，设转换后得到的数字为N ，试求以kPa 为单位的压力值。

解：0～10MPa(0～10 000kPa)对应于转换后的数字0～27 648，转换公式为P = 10 000 N / 27 648 （kPa ）注意在运算时一定要先乘后除，否则可能会损失原始数据的精度。

图2-10 模拟量输入模块24V M图2-11 量程卡3、电源模块PS 307电源模块将120/230伏交流电压转换为24V 直流电压，为S7-300/400、传感器和执行器供电。

输出电流有2A 、5A 或10A 3种。

电源模块安装在DIN 导轨上的插槽1。

接地母线RUN RUN-PSTOP MRESM L+MM L+M 1M <100nF参考电位图2-13 S7-300的浮动参考电位某些大型工厂（例如化工厂和发电厂）为了监视对地的短路电流，可能采用浮动参考电位，可以将M 点与接地点之间的短接片去掉。

CH0 图2-12 模拟量输出模块CH1QI M ANA 0+ 0- S S 0QV 0M ANA QI M ANA1+ 1- S S 1 QV 1 M ANA电压输出二、 S7-400系列PLC 的硬件组成1 系统结构模块的尺寸为25(宽)×290(高)×210(深)mm 。

图2-14 S7—400 PLC集中式扩展方式适用于小型配置或一个控制柜中的系统。

CC 和EU 的最大距离为1.5m （带5V 电源）或3m （不带5V 电源）。

分布式扩展适用于分布范围广的场合，CC 与最后一个EU 的最大距离为100m （S7 EU ）或600m （S5 EU ）。

用ET 200分布式I/O 可以进行远程扩展，用于分布范围很广的系统。

通过CPU 中的PROFIBUS-DP 接口，最多连接125个总线节点。

使用光缆时CC 和最后一个节点的距离为23km 。

I M 6I M 5 I M 4 I M 3 I M 2 I M 1 P S C PUI M I/O I M I/O I M I/O I MI/O I MI/O IM I/OCP, FM CP, FM ………图2-15 S7-400的多机架连接CC EU EU2、S7-400的特点（1）运行速度高，S7 416执行一条二进制指令只要0.08 s。

（2）存储器容量大，例如CPU 417-4的RAM可以扩展到16MB，装载存储器（FEPROM 或RAM）可以扩展到64MB。

（3）I/O扩展功能强，可以扩展21个机架，S7 417-4最多可以扩展262144个数字量I/O 点和16384个模拟量I/O。

（4）有极强的通信能力，集成的MPI能建立最多32个站的简单网络。

大多数CPU集成有PROFIBUS-DP主站接口，用来建立高速的分布式系统, 通信速率最高12M bit/s。

（7）集成的HMI服务，只需要为HMI服务定义源和目的地址，自动传送信息。

3、机架与接口模块（1）通用机架UR1/UR2（2）中央机架，CR2是18槽,一个电源模块和两个CPU模块。

CR3是4槽的中央机架，有I/O总线和通信总线。

图2-16 机架与总线（3）扩展机架ER1/ER2ER1和ER2是扩展机架，分别有18槽和9槽，只有I/O总线。

（4）UR2-H机架UR2-H机架用于在一个机架上配置一个完整的S7-400H冗余系统，每个均有自己的I/O。

两个电源模块和两个冗余CPU模块。

4、 S7-400的通信功能MPI、PROFIBUS-DP、工业以太网或AS-i现场总线，周期性自动交换I/O模块的数据。

或基于事件驱动，由用户程序块调用。

5、冗余设计的容错自动化系统S7-400HS7 Software Redundancy （软件冗余性）可选软件在S7-300和S7-400标准系统上运行。

生产过程出现故障时，在几秒内切换到替代系统。

S7-400H 主要器件都是双重的：CPU 、电源模块以及连接两个CPU 的硬件…… 使用分为两个区（每个区9个槽）的机架UR2H ，或两个独立的UR1/UR2。

CPU 414-4H 或CPU 417-4H ，一块PS 407电源模块。

同步子模块用于连接两个CPU ，由光缆互连。

每个CC 上有S7 I/O 模块，也可以有扩展机架或ET 200M 分布式I/O 。

中央功能总是冗余配置的，I/O 模块可以是常规配置、切换型配置或冗余配置。

可以采用冗余供电的方式。

S7-400H 可以使用系统总线或点对点通信，支持PROFIBUS 或工业以太网的容错通信。

6、S7-400H 冗余控制PLC 的工作原理S7-400H 采用“热备用”模式的主动冗余原理，在发生故障时，无扰动地自动切换。

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西门子PLC-S7-300-400程序结构与程序设计

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➢寻址数据块
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➢访问数据块 在STEP 7中可以采用传统访问方式，即先打开后访问； 也可以采用完全表示的直接访问方式。 【例5-2-2】 打开并访问共享数据块。
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➢访问数据块 用指令“OPN DB...”打开共享数据块（自动关闭之前打 开的共享数据块），如果DB已经打开，则可用装入（L）或 传送（T）指令访问数据块。 【例5-2-3】 打开并访问背景数据块。
选择“数据块”类型
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新DB类型选择窗口
创建共享数据块 指定相配套的 UDT
创建 UDT 数据块
指定相配套的 FB
创建背景数据块
返回上级
➢编辑数据块（变量定义）
在 DB1 内
声明 5 个变量
变量定义完成后， 应单击保存按钮保 存并编译（测试）。 如果没有错误则需 要单击下载按钮， 像逻辑块一样，将 数据块下载 到CPU。
当前块的临时数据
仍是激活的先前块的 临时数据
先 前 块 的 数 据 (仍 是 激 活 的 ) ·DB寄 存 器 (DB和 DI) ·临 时 数 据 指 针 ·块 号 ·返 回 地
➢用户程序使用的堆栈 局部数据堆栈简称L堆栈，是CPU中单独的存储器区，可
基本指令处理，能完全装入S7处理器的累加器中。基本数 据类型包括：
✓位数据类型：BOOL、BYTE、WORD、DWORD、 CHAR ✓数字数据类型：INT、DINT、REAL ✓定时器类型：S5TIME、TIME、DATE、 TIME_OF_DAY
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➢复杂数据类型 复杂数据类型只能结合共享数据块的变量声明使用。复 杂数据类型可大于32位，用装入指令不能把复杂数据类型 完全装入累加器，一般利用库中的标准块（“IEC”S7程序） 处理复杂数据类型。复杂数据类型包括： ✓时间（DATE_AND_TIME）类型 ✓矩阵（ARRAY）类型 ✓结构（STRUCT）类型 ✓字符串（STRING）类型
第七章 S7-300和S7-400PLC系统配置与编程

第七章 S7-300和S7-400PLC系统配置与编程

第7章S7-300和S7-400 PLC系统配置与编程本章的内容是向大家介绍西门子公司的SIMATIC S7-300和S7-400两个系列的PLC。

S7-300/400 PLC在结构上属于模块式结构，简单的说，一台完整的S7-300或者S7-400 PLC，是由基板（RACK）+ 各种模块组成的。

各种模块的选择，基于控制系统功能的需要，所有的模块安装在基板上，最终构成一台完整的PLC。

S7-300与S7-400的设计与编程通过STEP 7软件包来完成。

本章的主要内容：●S7-300与S7-400的系统配置●S7-300与S7-400的指令系统●S7-300与S7-400应用系统的编程本章重点是熟悉S7-300/400 系统的结构，了解S7-300与S7-400 PLC的各种模块的功能和特点；掌握STEP 7编程软件的基本知识和使用方法，从而具备设计开发S7-300或S7-400 PLC系统的能力。

7.1 S7-300 PLC和S7-400 PLC的系统配置7.1.1 S7-300 PLC的基本组成S7-300是模块式的PLC，它的组成部件主要有以下几个部分：1. 中央处理单元（CPU）各种CPU单元有不同的性能，有的集成有数字量和模拟量输入/输出点，而有的集成有PROFIBUS-DP等通信接口。

CPU面板上有状态故障显示灯、模式开关、24 V电源输入端子、电池盒与存储器模块盒（有的CPU没有）。

2. 负载电源模块（PS）负载电源模块用于将AC 220 V电源转换为DC 24 V电源，提供给CPU和I/O模块使用。

额定输出电流有2 A、5 A和10 A三种。

3. 信号模块（SM）数字量输入/输出模块和模拟量输入/输出模块的总称，它们使不同的过程信号电压或电流与PLC内部的信号电平匹配。

4. 功能模块（FM）用于对实时性和存储容量高的控制任务，例如高速计数器模块、快速/慢速进给驱动位置控制模块、步进电动机定位模块、伺服电动机定位模块、闭环控制模块、工业标识系统的接口模块、称重模块、位置输入模块等。

西门子S7-300系列PLC系统构成框图

西门子S7-300系列PLC系统构成框图

西门子S7-300系列PLC系统构成框图西门子S7-300系列plc是德国西门子公司在S5系列PLC基础上于1995年间续推出的性价比较高的PLC系统。

其中，微型的有SIMATIC S7-200系列，最小配置为8DI/6DO，可扩展2～7个模块，最大I/O 点数为64DI/DO、12AI/4AO；中小型的有SIMATIC S7-300系列；中高档性能的有SIMATIC S7-400系列。

SIMATIC S7系列PLC都采纳了模块化、无排风扇结构且具有易于用户把握等特点，使得S7系列PLC成为各种从小规模到中等性能要求以及大规模应用的首选产品。

该系统供应了完成掌握任务既便利又经济的解决方案。

其中，S7-300由于其系统的优良特性，近年来被广泛应用于专用机床、纺织机械、包装机械、通用机械工程应用、掌握系统、机床、楼宇自动化、电器制造工业及相关产业等诸多领域。

S7-300供应了多种性能递增的CPU 和丰富的且带有很多便利功能的I/O扩展模块，各种功能模块可以特别好地满意和适应自动掌握任务，使用户可以完全依据实际应用选择合适的模块，当掌握任务增加并且愈加简单时，可随时附加模块对PLC进行扩展，系统扩展敏捷。

西门子S7-300系列PLC是模块化结构设计，各种单独模块之间可进行广泛组合和扩展。

其系统构成如图1所示。

它的主要组成部分有导轨（RACK）、电源模块（PS）、中心处理单元模块（CPU）、接口模块（IM）、信号模块（SM）、功能模块（FM）、通信处理器（CP）等。

它通过MPI网的接口直接与编程器PG、操作员面板OP和其它S7PLC相连。

（1）导轨（RACK）。

导轨是安装S7-300各类模块的机架，它是特制不锈钢异型板，电源模块、CPU及其它信号模块都可便利地安装在导轨上。

除CPU模块外，每块信号模块都带有总线连接器，安装时先将总线连接器装在CPU模块并固定在导轨上，然后依次将各模块装入，通过背板总线将各模块从物理上和电气上连接起来。

基于S7-300、400的“单键控制电机启停”

基于S7-300、400的“单键控制电机启停”

基于S7 300/400的“单键控制电机启停”PLC编程实例摘要：本文由PLC工程技术人员或参加PLC职业技能比赛的工矿企业职工、职业院校学生常用到的“单键控制电机启停”问题入手，提出了基本的八种编程方法，并用S7 300/400PLC逐一进行了编程，对学习和应用S7 300/400PLC有很大的帮助。

关键词：PLCPLC即可编程控制器（Programmable logic Controller），是指以计算机技术为基础的新型工业控制装置。

在1987年国际电工委员会（International Electrical Committee）颁布的PLC 标准草案中对PLC做了如下定义：“PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。

它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。

PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。

”目前市场上的PLC机型很多，但其基本结构、原理相同，基本功能、指令系统、编程方法类似。

因此，笔者选择了当今最具特色和符合IEC标准的西门子S7-300/400作为背景机型论述。

1、西门子公司的产品最早是1975年投放市场的SIMATIC S3，它实际上是带有简单操作接口的二进制控制器；2、1979年，S3系统被SIMATIC S5所取代，该系统广泛地使用了微处理器；3、20世纪80年代初，S5系统进一步升级——U系列PLC，较常用机型：S5-90U、95U、100U、115U、135U、155U4、1994年4月，S7系列诞生，它具有更国际化、更高性能等级、安装空间更小、更良好的WINDOWS用户界面等优势，其机型为：S7-200、300、4005、1996年，在过程控制领域，西门子公司又提出PCS7（过程控制系统7）的概念，将其优势的WINCC（与WINDOWS兼容的操作界面）、PROFIBUS（工业现场总线）、COROS（监控系统）、SINEC（西门子工业网络）及控调技术溶为一体6、现在，西门子公司又提出TIA（Totally Integrated Automation）概念，即全集成自动化系统，将PLC技术溶于全部自动化领域。