第7章S7-300和S7-400 PLC系统配置与编程

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1、第7章 S7-300和S7-400 PLC系统 配置与编程 u熟悉S7-300/400 系统的结构u了解S7-300与S7-400 PLC的各种模块的功能和特点u掌握STEP 7编程软件的基本知识和使用方法 学习目标：教学内容：7.1 S7-300 PLC和S7-400 PLC的系统配置 7.2 S7-300和S7-400的指令系统 7.3 S7-300和S7-400应用系统的编程 第7章 S7-300和S7-400 PLC系统 配置与编程 7.1 S7-300 PLC和S7-400 PLC的系统配置 返回uS7-300 PLC，它的组成部件主要有以下几个部分 ： 7.1.1 7.1.1 S7

2、-300 PLCS7-300 PLC的基本组成的基本组成 中央处理单元（CPU）；负载电源模块（PS）；信号模块（SM）；功能模块（FM）；通信处理器（CP）；接口模块（IM）；导轨（RACK）及其它外部设备 。 7.1.2 特点 S7-300 PLC的结构及功能 uS7-300 PLC的结构及总线连接器 如下图所示：返回7.1.2 特点 S7-300 PLC的结构及功能 uS7-300 PLC具有以下特点： 循环周期短，处理速度高；指令集功能强大，可用于复杂功能；人机界面（HMI）被集成在S7-300操作系统内 ，因此人机对话的编程要求大大减少；CPU的智能化诊断系统连续不断的监控系统的 运

3、行；系统允许设置多种级别的保护口令，可有效防 止用户程序在未经允许的情况下被复制或修改 。 7.1.3 S7-300的系统配置 uS7-300 PLC由各种模块和导轨组成机架： 中央机架（CR）；中央机架必须安装有CPU 模块，S7-300 PLC需要提供DC 24 V直流工作 电源，可以选用电源模块，也可以通过外部 DC 24 V电源供电。 扩展机架（ER）。中央机架与扩展机架之间 的连接，需要接口模块的参与。接口模块总是 成对使用的，在中央机架和扩展机架上各需安 装一块接口模块。 返回7.1.4 S7-300的CPU模块 u存储器： 装载存储器（load memory）；工作存储器(wor

4、k memory) ；系统存储器（system memory）；存储器卡MMC（Micro Memory Card）。 返回7.1.4 S7-300的CPU模块 uS7-300有多种不同型号的CPU模块，这些CPU按 性能等级划分，几乎涵盖了各种应用范围。从 目前的情况来看，大体有4个系列 ： 标准型CPU系列；集成型CPU系列；紧凑型CPU系列；故障安全型CPU系列。 7.1.5 S7-300的数字量模块 uS7-300的数字量模块基本为三大类： SM321数字量输入模块；SM322数字量输出模块；SM323数字量输入/输出模块。 返回7.1.6 S7-300的模拟量模块 uS7-300的模

5、拟量输入/输出模块包括： SM 331模拟量输入（AI）系列；SM 332模拟量输出（AO）系列；SM 334模拟量输入/输出（AI/AO）系列 。 返回7.1.7 S7-300的电源模块（PS） uPS 307电源模块有2A、5A 10A三种规格，将输入 的单相交流电压（120/230V，50/60Hz）转变为直 流24V提供给S7-300 PLC使用，同时也可作为负 载电源，通过I/O模块向使用24VDC的负载（如 传感器、执行机构等）供电。PS 307电源模块的 输入与输出之间有可靠的隔离。如果正常输出额 定电压24V，面板上的绿色LED等点亮；如果输 出电路过载，LED灯闪烁，输出电压

6、下降；如果 输出短路，则输出电压为零，LED灯灭，短路故 障解除后自动恢复。返回7.1.8 S7-300的I/O编址 u数字量I/O地址的确定：S7-300的数字I/O地址由地址标识符、地址的字 节部分和位部分组成，地址标识符I表示输入， Q表示输出，例如I0.7是一个输入数字量的地址 ，表示0号字节的第7位。S7-300对各个I/O点 的编址是依据其所属模块的安装位置决定的， 依据规定，各种信号模块应安装在4号至11号 槽位。因此，CPU从4号槽位开始为I/O模块分 配地址，每个槽位所占用的I/O地址是系统默 认的，以字节为单位。返回7.1.8 S7-300的I/O编址 u模拟量I/O地址的

7、确定 ：S7-300对各个机架上槽位的模拟I/O默认地址 。在SM区（411号槽位）的每个槽位上，CPU 为每个模拟量模块分配了16个字节的地址，允 许最多8路模拟I/O，每个模拟量I/O的地址都 是用1个字来表示的。实际使用时是根据具体 的模块来确定实际的地址范围的，例如0号机 架的4号槽位，如果安装的是两通道模拟输入 I/O，则实际用到的地址是IW256、IW258。 7.1.9 S7-400系统简介 uS7-400是具有中高性能的PLC，采用模块化无风 扇设计，扩展能力和通讯能力很强，适用于对高 可靠性要求很高的大型复杂的控制系统。u S7-400系统由以下组件组成：背板、电源模块（ P

8、S）、S7-400 CPU、信号模块（SM）、通讯处理 器（CP）、功能模块（FM）等。S7-400对模块数 量限制的上限远远大于S7-300，因而有极强的扩 展能力。信号模块的更换可以热插拔，而不必暂 停生产。 返回7.2 S7-300和S7-400的指令系统 uS7-300和S7-400 PLC具有350多条指令，其中包括 STEP 5指令和集成在S7 CPU中的系统功能和功能 块，这些系统中集成的标准块可以在STEP 7编程 软件中被用户程序调用。以下主要介绍S7-300和 S7-400指令系统的一些基本概念和STEP 7的基本 指令。 返回7.2.1 基本概念 u编程语言。在标准的ST

9、EP 7软件包中配备的编程 语言有三种：梯形图语言（LAD）、语句表（ STL）、功能块图（FBD）。 u数据类型 。S7-300/400 PLC 的数据类型有三种： 基本数据类型 ；复合数据类型 ；参数类型 。u存储器区域及功能 。 S7-300/400 PLC 的存储器 区域包括：输入映像寄存器区（I）；输出映像寄 存器区（Q）；位存储器（M）；外设I/O区（ PI/PQ）；定时器（T）存储区 ；计数器（C）存 储区 ；数据块（DB）；背景数据块（DI）；本 地数据（L）。 返回7.2.1 基本概念 u寻址方式。操作数是指令操作或运算的对象，指 令取得操作数的方式称为寻址方式，S7-300

10、/400 有4种寻址方式：立即寻址、直接寻址、存储器间 接寻址、寄存器间接寻址。 u状态字寄存器如下图所示： 7.2.2 基本指令 u限于篇幅，本小节主要介绍位逻辑指令、定时器 、计数器等基本指令： 位逻辑指令：用于二进制的逻辑计算，只有1和 0两种状态，1相当于编程元件线圈通电，0相当 于断电。定时器指令：STEP 7中的定时器指令可用线圈 表示，也可用方框表示。共有5类：脉冲定时器 （SP）、延时脉冲定时器（SE）、延时接通定 时器（SD）、保持型延时接通定时器（SS）、 延时断开定时器（SF）。 返回7.2.2 基本指令 计数器指令：计数器指令分加计数器、减计数器 、加减计数器三种，也可

11、以用方框表示或者线圈 表示。线圈分设定初值线圈、加计数器线圈、减 计数器线圈。计数器的初值用BCD码格式表示， 计数范围是0999。如C#100表示计数器初值为 十进制的100。 其它指令：S7-300/400还有算术运算指令（整数 运算、浮点运算）、比较指令、移位循环指令、 数据块指令等等。7.3 S7-300和S7-400应用系统的编程 7.3.1 7.3.1 STEP 7STEP 7软件包软件包 uSTEP 7软件包可运行在Windows 95/98/2000/NT 下，为适应不同的应用对象，可选择不同的版本 ，其中的STEP 7标准软件包可用于对SIMATIC S7 -300/400、

12、SIMATIC M7-300/400、SIMATIC C7等 系统的编程和开发。 返回7.3.1 STEP 7软件包 uSTEP 7标准软件包的组成如下图所示：返回7.3.2 应用系统的程序结构 u结构化的用户程序如下图所示：返回7.3.3 组织块功能 u组织块OBx（x: 1、10122），是操作系统和用 户程序的接口，类似于微机汇编语言中的“中断 向量表”，每一个组织块都对应一个驱动事件， 例如OB30 对应的是循环中断，循环时间可在 STEP 7中设定。当驱动事件的条件满足时，操作 系统调用相应的组织块，执行该组织块中的用户 程序，执行完毕返回，继续执行原程序。因此每 一个组织块都相当于

13、一个中断处理程序的入口指 针，用户可以根据控制系统的要求，在相应的组 织块中编写自己的应用程序，有些组织块需要在 STEP 7中进行相应的参数设置，用以规定驱动事 件需要满足的具体条件和具体的响应组织块。 返回7.3.4 循环程序的处理过程 uPLC用户程序的处理过程均为循环处理过程，其 具体过程可以描述为以下几个步骤： 系统上电或由STOP模式转到RUN模式时， CPU执行启动操作；启动循环时间监控；执行组织块OB1，扫描用户程序；将过程输出映像存储区的内容传递给输出模块 ，执行输出控制动作。完毕后转第2步重新开 始循环扫描。 返回7.3.5 编程的基本方法和步骤 u创建项目和硬件组态。激活

14、SIMATIG管理器（ SIMATIG Manager），在新建项目窗口输入新项 目名称。 u符号编辑。点击symbols图标，进入符号编辑器， 可以对全局变量命名，这样做的目的是增加程序 的可读性。 u用户程序编程 ：主程序OB1的编程；编制功能FC 。u程序下载与调试 。通过硬件接口（例如多点接口 MPI）将计算机和PLC连接起来，就可以将程序 下载给CPU进行在线调试。 返回第七章习题与思考题 uS7-300 PLC最大可以扩展几个机架？每个机架最 多可以安装几个I/O模块？ u说明装载存储器、工作存储器、系统存储器以及 微存储器卡的作用。 u什么是线性编程？什么是结构化编程？ u功能SFC、功能块FB、系统功能块SFB彼此之间的 区别。 u说明组织块的作用。 返回