第1章 可编程序控制器综述
( PLC 的发展与应用 )
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1.1 可编程序控制器产生与发展 1.2 可编程序控制器的特点与分类
1.3 可编程序控制器的组成与工作过程 1.4 可编程序控制器的硬件基础
1.5 可编程序控制器的软件基础 1.6 可编程序控制器网络基础
1.7 可编程序控制器 长沙工控帮教育科技有限公司整理
1.1 可编程序控制器产生与发展
可编程序控制器广泛地应用于工业控制。它通过用户存储的应用程 序来控制生产过程，具有可靠性高、稳定性和实时处理能力强的优点。
可编程序控制器是把计算机技术与继电器控制技术有机结合起来，为工 业自动化提供的几乎完美的现代化自动控制装置。
1.接线程序控制系统
在现代化生产过程中，许多自动控制设备、自动化生产线，均需要配 备电气控制装置。
电气控制装置的输入信号有按钮、开关、时间继电器、压力继电器、
温度继电器、过流过压继电器；电气控制装置的输出信号有接触器、继 电器、电磁阀。这些信号只有闭合与断开两种工作状态。这类物理量被 称为开关量或数字信号。
另一类设备，其输入信号是压力传感器、温度传感器、湿度传感器等 信号，输出信号是伺服电机、电动阀、距离、速度等控制信号。这类物 理量是一种连续变化量，叫做模拟量或模拟信号。
以往的电气控制装置主要采用继电器、接触器或电子元件来实现，
由连接导线将这些器件按照一定的工作程序组合在一起，以完成一定的 控制功能，这种控制叫做接线程序控制。
接线程序控制的电气装置体积大，生产周期长，接线复杂，故障率 高，可靠性差。控制功能略加变动，就需重新组合、改变接线。
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.可编程序控制器产生1968年，美国通用汽车公司（GM）为适应生产工艺不断更新的需 要，提出一种设想：把计算机的功能完善、通用、灵活等优点和继电器 控制系统的简单易懂、操作方便、价格便宜等优点结合起来，制成一种 通用控制装置。这种通用控制装置把计算机的编程方法和程序输入方式 加以简化，采用面向控制过程、面向对象的语言编程。使不熟悉计算机 的人也能方便地使用，并提出十项招标指标。
美国数字设备公司（DEC）根据这一设想，于1969年研制成功了第 一台可编程序控制器PDP—14，并在汽车自动装配线上试用获得成功。
该设备用计算机作为核心设备。其控制功能是通过存储在计算机中的程 序来实现的，这就是人们常说的存储程序控制。由于当时主要用于顺序 控制，只能进行逻辑运算，故称为可编程序逻辑控制器（
Programmable Logic Controller，简称PLC
）。进入80年代，随着微电子技术和计算机技术的迅猛发展，也使得可 编程序控制器逐步形成了具有特色的多种系列产品。系统中不仅使用了 大量的开关量，也使用了模拟量，其功能已经远远超出逻辑控制、顺序
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3.存贮程序控制系统
例如，有两个开关K1、K2。控制要求，只有两个开关都接通时小灯D1 才亮。当D1亮２秒钟后
小灯D2开始亮。当开关 K3切断时两个小灯就同 时熄灭。
1) 接线程序控制
2）存贮程序控制
（PLC控制）
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.可编程序控制器发展同计算机的发展类似，目前可编程序控制器正朝着两个方向发展。
一是朝着小型、简易、价格低廉的方向发展。
如OMRON公司的CQM1、 SIEMENS公司的S7-200一类可编程序 控制器。
这种可编程序控制器 可以广泛地取代继电器 控制系统，用于单机控 制和规模比较小的自动 化生产线控制。
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二是朝着大型、高速、多功能和多层分布式全自动网络化方向发展。
这类可编程序控制器一般为多处理器系统，有较大的存储能力和功能 很强的输入输出接口。系统不仅具有逻辑运算、计时、计数等功能，还具 备数值运算、模拟调节、实时监控、记录显示、计算机接口、数据传送等 功能，还能进行中断控制、智能控制、过程控制、远程控制等。
通过网络 可以与上 位机通讯，
配备数据 采集系统、
数据分析 系统、彩 色图像系 统的操纵 台，可以 实现自动 化工厂的
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1. 2 可编程序控制器的特点与分类
国际电工委员会（IEC）对可编程序控制器作了如下的规定：“可编 程序控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而 设计。它采用可编程序的存贮器，用来在其内部存贮执行逻辑运算、顺 序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式、模拟式 的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其 有关设备、都应按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能 的原则设计。”这段话完全道出了可偏程序控制器的特点和应用领域。
1. 可编程序控制器的特点
可编程序控制所以被广泛使用，是由它的突出的特点和优越的性能 分不开的。归纳起来，可编程序控制器主要具有以下特点。
可靠性高
例如三菱Ｆ１和Ｆ２可编程序控制器平均无故障时间可以达到30万小 时（约34年）。
环境适应性强
在环境温度-20℃~65℃、相对湿度为35％~85％情况下可正常工作。
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2. 可编程序控制器的分类
可编程序控制器是由现代化大生产的需要而产生的，可编程序控制 器的分类也必然要符合现代化生产的需求。一般来说可以从三个角度对 可编程序控制器进行分类。其一是从可编程序控制器的控规模大小去分 类，其二是从可编程序控制器的性能高低去分类，其三是从可编程序控 制器的结构特点去分类。
(1) 按控制规模分类
可编程序控制器可以分为大型机、中型机和小型机。
小型机 : 小型机的控制点一般在256点之内,适合于单机控制或小型 系统的控制。
日本OMRON公司 CQM1
处理速度 0.5~10ms/ 1k字 存贮器 3.2~7.2k 数字量192点，模拟量44路 德国SIEMENS S7-200
处理速度 0.8~1.2ms 存贮器 2k
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中型机: 中型机的控制点一般不大于2048点,可用于对设备进行直接控 制，还可以对多个下一级的可编程序控制器进行监控，它适合中型或大 型控制系统的控制。
日本OMRON公司 C200HG
处理速度 0.15~ 0.6 ms/ 1k字 存贮器 15.2~31.2k 数字量1184点
德国SIEMENS S7-300
处理速度 0.8~1.2ms 存贮器 2k
数字量1024点，模拟量128路
网络 PROFIBUS
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大型机
大型机的控制点一般大于2048点,不仅能完成较复杂的算术运算还能进行复 杂的矩阵运算。它不仅可用于对设备进行直接控制，还可以对多个下一 级的可编程序控制器进行监控。
日本富士公司 F200 处理速度 2.5ms / 1k字 存贮器32k I/O点3200
日本OMRON CV2000 处理速度 0.125ms / 1k字 存贮器62k I/O点2048
德国SIEMENS S7-400
处理速度 0.3ms / 1k字 存贮器512k
I/O点12672 德国AEG A500处理速度 1.3ms / 1k字 存贮器62k 64k I/O点5088
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（2）按控制性能分类
可编程序控制器可以分为高档机、中档机和低档机。
低档机
这类可编程序控制器，具有基本的控制功能和一般的运算能力。工 作速度比较低，能带的输入和输出模块的数量比较少。
比如，日本OMRON公司生产的C60P就属于这一类。
中档机
这类可编程序控制器，具有较强的控制功能和较强的运算能力。它 不仅能完成一般的逻辑运算，也能完成比较复杂的三角函数、指数和PID 运算。工作速度比较快，能带的输入输出模块的数量也比较多，输入和 输出模块的种类也比较多。
比如，德国SIEMENS公司生产的S7-300就属于这一类。
高档机
这类可编程序控制器，具有强大的控制功能和强大的运算能力。它 不仅能完成逻辑运算、三角函数运算、指数运算和PID运算，还能进行复 杂的矩阵运算。工作速度很快，能带的输入输出模块的数量很多，输入
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（2）按结构去划分
整体式
整体式结构的可编程序控制器把电源、CPU、存储器、I/O系统都集 成在一个单元内，该单元叫做作基本单元。一个基本单元就是一台完整 的PLC。控制点数不符合需要时，可再接扩展单元。整体式结构的特点 是非常紧凑、体积小、成本低、安装方便。
组合式
组合式结构的可编程序控制器是把PLC系统的各个组成部分按功能 分成若干个模块，如
CPU模块、输入模块、
输出模块、电源模块等 等。其中各模块功能比 较单一，模块的种类却 日趋丰富。比如，一些 可编程序控制器，
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除了－些基本的I/O模块外，还有一些特殊功能模块，像温度检测模块、
位置检测模块、PID控制模块、通讯模块等等。组合式结构的PLC特点 是CPU、输入、输出均为独立的模块。模块尺寸统一、安装整齐、I/O 点选型自由、安装调试、扩展、维修方便。
叠装式
叠装式结构集整体式结构的紧凑、体积小、安装方便和组合式结构 的I/O点搭配灵话、安装整齐的优点于一身。它也是由各个单元的组合构 成。其特点是CPU自成独立的基本单元（由CPU和一定的I/O点组成）
，其它I/O模块为扩展单元。在安装时不用基板，仅用电缆进行单元间的 联接，各个单元可以一个个地叠装。使系统达到配置灵活、体积小巧。
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例：SIEMENS S7系列PLC分类 小型机 :
中型机:
大型机
SIMATIC S7 - 200
模块化模块化
SIMATIC S7 - 300
模块化
SIMATIC M7 - 300
一体化
SIMATIC C7 - 620
模块化 模块化
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1.3 可编程序控制器的组成与工作过程 1．可编程序控制器的组成
中央处理单元（CPU）
是系统的核心部 件，是由大规模或超 大规模的集成电路微 处理芯片构成，
主要 完成运算和控 制任务，可以接收并 存贮从编程器输入的 用户程序和数据。
进入运行状态后，
用扫描的方式接收输入装置的状态或数据，从内存逐条读取用户程序，
通过解释后按指令的规定产生控制信号。执行数据的存取、传送、比较
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存贮器单元
按照物理性能存贮器可以分为两类。
随机存贮器（RAM）由一系列寄存器阵组成，每位寄存器可以代表 一个二进制数，在刚开始工作时，它的状态是随机的，只有经过置“１”或 清“０”的操作后，它的状态才确定。若关断电源，状态丢失。这种存贮器 可以进行读、写操作，主要用来存贮输入输出状态，计数、计时以及系统 组态参数。为防止断电后数据丢失，可采用后备电池进行数据保护。
只读存贮器有两种。一种是不可擦除ROM，这种存贮器只能写入一 次，不能改写。另一种是可擦除EPROM和E
2
PROM ，这种存贮器经过擦 除以后还可以重写。其中EPROM只能用紫外线擦除内部信息，E2
PROM 可以用电擦除内部信息。只读存贮器主要用来存贮程序。 电源单元
可编程序控制器配有开关电源，电源的交流输入端一般都有脉冲吸收 电路，交流输入电压范围－般都比较宽，抗干扰能力比较强。有些可编程 序控制器还配有大容量电容作为数据后备，停电可以保持50小时。
一般直流５Ｖ电源供可编程序控制器内部使用，直流24Ｖ电源供输入 输出端和各种传感器使用。
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输入输出单元
输入单元用于处理输入信号，对输入信号进行滤波、隔离、电平转换 等，把输入信号的逻辑值安全可靠地传递到可编程序控制器内部。输入单 元有直流输入模块、交流输入模块和交直流输入模块。
输出单元用于把用户程序的逻辑运算结果输出到可编程序控制器外部
，输出单元具有隔离PLC内部电路和外部执行元件的作用，还具有功率放 大的作用。输出单元有晶体管输出模块、可控硅输出模块和继电器输出模 块。
功能模块是一些智能化了的输入和输出模块。比如，温度检测模块、
位置检测模块、位置控制模块、PID控制模块等。
中央处理单元与输入输出设备的连接，是由输入单元和输出单元完成 的。
接口单元
接口单元包括扩展接口、编程器接口、存贮器接口和通讯接口。
外部设备
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执行OB1中的程序 (循环执行)
事件 (日期时间中断、硬件中断等) 调用其他 OB，FB，FC
输出 模块 A I 0.1 A I 0.2
= Q8.0 块OB 1
循环监视时间的开始 启动块 (OB 100)
上电后执行一次
从模块读信号状态，并保存到过程映象区 (PII)
把过程映象输出表(PIQ) 写到输出模块
CP U
循环输入 模块
2．
可编程序控制器的工作过程
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PLC最主要的方式是周期扫描方式。
可以细分成下面几个过程。
上电处理过程
PLC上电后，要进行 上电的初始化处理。
占用的时间为T0 。
共同处理过程
共同处理的主要任务是复位监视计时器、检查I/O总线、检查扫描周期、
检查程序存储器。该过程占用的时间为T1 。
通讯服务过程
当PLC和微机构成通讯网络或由PLC构成网络时，需要有通讯服务过程。
该过程占用的时间为T2 。
外设服务过程
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程序执行过程
该过程用于执行用户程序。从输入映像区读入输入信息，根据用户程序 进行运算操作，并向输出映像区送出控制信息。该过程占用的时间为T4
。显然T4和PLC的速度、用户程序长短及指令种类有关。
I/O刷新过程
这个过程可分为输入信号刷新和输出信号刷新。输入信号刷新为输入处 理过程，输出信号刷新为输出处理过程。该过程占用时间为T5。显然T5 和可编程序控制器所带的输入输出模块的种类和点数多少有关。
可编程序控制器的扫描周期T和上述各个过程的关系录为：
T=T1+T2+T3+T4+T5
关于PLC的时间滞后问题
PLC对输入和输出信号的响应是有延时的，这就是滞后现象。为了确保 PLC在任何情况下都能正常无误地工作，一般情况下，输入信号的脉冲 宽度必须大于一个扫描周期T。
还应该注意一个问题是输出信号的状态是在输出刷新时才送出的。因此
，在一个程序中若给一个输出端多次赋值时，中间状态只改变输出映像 区。只有最后一次赋的值才能送到输出端。
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1.4 可编程序控制器的硬件基础
可编程序控制器是用来执行具体的控制，具体的工艺要求和具体的工 作环境决定了可编程序控制器的选择具体的I/O模块和系统配置。
1．可编程序控制器的接口模块
接口模块负责把外部设备的信息转换成CPU能够接收的信号，同时把 CPU发送到外部设备的信号转换成能够驱动外部设备的电平。接口模块不 仅能起到转换电平的作用，还可以起到外部设备的电信号与CPU的隔离作 用，同时也可以起到抗干扰和滤波等作用。
（1）数字量输入/输出模块
直流输入模块 直流输入模块的输入电路
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交流输入模块 交流输入模块的输入电路
直流输出模块 直流输出模块的输出电路
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交流输出模块 交流输出模块的输出电路
继电器输出模块 继电器输出模块的输出电路
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(2) 模拟量输入/输出模块 模拟量输入模块：
模拟量输入模块又 叫A/D模块。 A/D模块把 模拟信号转换成数字信号。
转换速度和分辨率是A/D模 块的重要指标。
模拟量输出模块：
模拟量输出模块又叫 D/A模块。D/A模块把数字信 号转换成模拟信号。数字量 的位数和转换速度是D/A模
块的重要指标。
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(3) 功能模块
高速计数器模块：
高速计数器可以对CPU 扫描速度无法控制的高速 事件进行计数，可设置多种不同操作模式。
（单相计 数器 ，双向计数器 ，正交计数器 等多种 工作模式。）
CT001-V1高速计数器有六种工作模式。
线性计数方式，循环计数方式，予置方式，门式，
锁式，采样方式。
输入的控制和 8路输出通过I/O接口连接。
门式:控制门IN1=ON时计数。
锁式：控制门IN1脉冲到计数，控制门IN2脉冲到锁定 当前计数值。
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PID模块：
PID控制器管理输出数值，以便将偏差(e)为零，使系 统达到稳定状态。
PID01可以有两路输入（电压电流均可），可以通过 程序也可以通过参数设定器设定参数。两路输出量通过 输出口输出。
(4) 扩展接口模块
扩展接口模块的作用是扩大可编程序控制器规模 的接口。一般来说扩展接口模块可以分为两种，一种 是近程扩展接口，一种是远程扩展接口。近程扩展接 口是为了扩大可编程序控制器的控制规模，远程扩展 接口是为了增大可编程序控制器的控制距离。
(5) 通讯接口模块
通讯接口模块是微机和可编程序控器之间、可编
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2. 可编程序控制器的配置
PLC的配置可分为三种：基本配置、近程扩展配置和远程扩展配置。
(1) 可编程序控制器的基本配置
整体式PLC的基本配置
具有整体式结构的可编程序控制器的配置是由基本单元自身构成。这类 可编程序控制器的编址一般在基本单元上都已给出。
例如：OMRON公司的C60P基本单元含32点输入和28点输出，编址是以字 (16位)为单位连续的。其地址的表示分两部分，第一部分为通道号，第二 部分为位号。地址0012表示第0通道的第0位。
输入信号的编址：
0000、0001、… 0014、0015 0100、0101、… 0114、0115 输出信号的编址：
0500、0501、… 0511
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叠装式PLC的基本配置
具有叠装式结构的可编程序控制器的配置与整体式结构的可编程序控制 器的基本配置是相同的。
例如SIEMENS公司的S7－200可编程序控制器的CPU224的基本单元内含 14点DC输入，编址是以字节(8位)为单位连续的。其地址的表示分两部 分，第一部分为字节号，第二部分为位号。地址I0.6表示输入第0个字节 的第0位。
输入信号的编址：
I0.0、I0.1、…I0.6、I0.7 I1.0、I1.1、…I1.5
输出信号的编址：
Q0.0、Q0.1、…Q0.6、Q0.7 Q1.0、Q1.1
3)组合式PLC的基本配置 例如，OMRON公司C200H 采用8个I/O插槽底板构成基 本配置。
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输入输出信号编址：
00000、00001、… 00014、00015 …
00700、00701、… 00714、00715
(2) 可编程序控制器的近程扩展配置
整体式结构PLC的近程扩展配置 具有整体式结构的可编程序控 制器的配置是由一个基本单元和多 个扩展单元构成。如果控制点数不
符合需要，可再接一个或多个扩展单元，直到满足要求为止。这类可编程 序控件器的编址一般在基本单元上都已给出，其扩展单元的编址的通道 号（有的可编程序控制器指的是字节号）与基本单元连续。
叠装式结构PLC的近程扩展配置
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组合式结构PLC的近程扩展配置
具有组合式结构可编能序控制器的近 程扩配置可以由主机（基本单元）和一台或 多台扩展机组成。主机下面依次为１号扩展 机、２号扩展机等等。
OMRON公司C200H可编程序控制器 主机能带２个扩展机，其编址方法是主机的 I/O通道号从000到009通道，１号扩展的I/O 通道号从010到019通道，２号扩展机的I/O通 道号从020到029通道。
4. 可编程序控制器的远程扩展配置
当有部分现场信号相对集中，而又与其他现场信号相距较远时，可 采用远程扩展方式。远程扩展机主要用于扩大控制距离。I/O模块和部 分功能模块可在远程扩展机上使用。在远程方式下，远程I/O模块作为 远程主站可安装在主机及其近程扩展机上，远程扩展机作为远程从站安 装在现场。
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例如 OMRON公司的C200H可以有两个远程主站，一个远程主站又可 以带５个从站远程扩展。如果其配置为一台主机带二台近程扩展机，其 中主机有一个远程I/O模块、１号扩展扩机有一个远程I/O模块。主机带 ３个从站，１号扩展机带２个从站。
这个系统是这样编址的，主机起始通道号为000、１号扩展机起始通 道号为010，２号扩展机起始通道号为020。从站的编号为０到４。０号 从站的起始通道号为050，１号从站的起始通道号为060，２号从站的起 始通道号
为070，
３号从站的 起始通道号 为080，
４号从站的
起始通道号
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1.5 可编程序控制器的软件基础
可编程序控制器的软件分为两大部分，系统监控程序和用户程序。
系统监控程序是由可编程序控制器的制造者编制的，用于控制可编程序 控制器本身的运行。另一部分为用户程序。它是由可编程序控制器的使 用者编制的，用于控制被控装置的运行。
1. 系统监控程序
系统监控程序分成系统管理程序、用户指令解释程序、标准程序模 块和系统调用几部分。
系统管理程序
系统管理程序是系统监控程序中最重要的部分，整个可编程序控制器 的运行都由它主管。
其一是运行管理，控制可编程序控制器何时输入、何时输出、何时运算、
何时自检、何时通讯等等，进行时间上的分配管理。
其二是进行存贮空间的管理，即生成用户环境，由它规定各种参数、程序 的存放地址。将用户使用的数据参数，存贮地址转化为实际的数据格式 和物理存放地址。它将有限的资源变为用户可直接使用的诸多元件。通 过这部分程序，用户看到的不是实际存贮地址，而是按照用户数据结构
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其三是系统自检程序。它包括各种系统出错检验、用户程序语法检验、警 戒时钟运行等。在系统管理程序的控制下，整个可编程控制器就能有序 地正确工作。
用户指令解释程序、编辑程序
任何计算机最终都是根据机器语言来执行的，而机器语言的编制又 是非常麻烦的。例如，在可编程序控制器中可以采用梯形图编程。将人 们易懂的梯形图程序变为机器能识别的机器语言程序，这就是解释程序 的任务。
标准程序模块和系统调用
这部分是由许多独立的程序块组成的，各自能完成不同的功能，有些 完成输入、输出，有些完成特殊运算等。可编程序控制器的各种具体工 作都是由这部分程序来完成的。
整个系统监控程序是一个整体，它质量的好坏很大程度上影响可编 程序控制器的性能。因为通过改进系统监控程序就可在不增加任何硬设 备的条件下改善可编程序控制的性能。
2. 用户程序
用户程序是可编程序控制器的使用者编制的针对具体工程的应用程
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可编程序控制器的编程和微型机的编程一样，用户程序需要一个编 程环境、一个程序结构、一个编程方法。
(1) 用户环境
用户环境也是由系统监控程序生成的。它包括用户数据结构、用户 元件区、用户程序存贮区、用户参数、文件存贮区等．
用户数据结构
位数据： 这是一类逻辑量(1位二进制数)，其值为“０”或“１” ，它表示 触点的通、断。触点接通状态为ON，触点断开状态为OFF。
字节数据： 其位长为８位，其数制形式有多种形式。一个字节可以表示 ８位二进制数、２位十六进制数、２位十进制数。
字数据： 其数制、位长、形式都有很多形式。
一个字可以表示16位二进制数、４位十六进制数、４位十进 制数（BCD码）。
用户数据存贮区
用户使用的每个输入输出端，以及内部的每一个存贮单元都称为元 件。各种元件都有其固定的存贮区（例如输入输出映像区），即存贮地址
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用户程序语言 语句表(STL)：
A I0.0 A I0.1 = Q0.0
梯形图(LAD)：
功能块图(FBD)：
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1.6 可编程序控制器网络基础
可编程序控制器有多种通讯模块，利用这些通讯模块，配以适当的 通讯适配器可以构成PLC-PLC网络和微机-PLC网络。
1 网络主站与从站的概念
有的设备如上位PC机、PG编程器等可以读取其它节点的数据，向其 它节点写入数据，对其它节点进行初始化。这类设备掌握了通讯的主动 权，叫主站。还有些设备只能让主站读取数据，让主站写入数据。而不 能读取其它节点的数据，也无权向其它节点写入数据，这类设备在这种 通讯网络中是被动的，把这类设备叫从站。
2 网络协议的概念
PPI方式（PPI是一个主／从协议）。
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MPI方式（MPI可以是主／主 协议，也可以是主／从 协议。）
PROFIBUS方式（PROFIBUS协 议用于分布式 I/O设备 的高速通讯。）
3．网络部件 通讯接口 网络连接器 网络电缆
网络中继器 4．网络参数
波特率，起始符，
结束符，校验位，
字符数…
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3． SIEMENS S7系列PLC网络系统
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1.7 可编程序控制器 应用 例1： 供料车控制
按下1号按钮，小车前进到1号位置停止，停10秒后返回原地。
按下2号按钮，小车前进到2号位置停止，停10秒后返回原地。
程序设计说明：
I0.0--原地 I0.1-- 1号位置 I0.2-- 2号位置 I0.3-- 1号按钮 I0.4-- 2号按钮
Q0.0—小车前进 Q0.1--小车返回 M0.0--小车前进到位停止标志
M0.1--小车到1号位前进标志 M0.2--小车到2号位前进标志 M0.3--小车返回原地后退标志 T0----小车停留时间
程序清单：
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设计思路
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例2 配料控制
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设计思路设计思路
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例3 S7系统配有PROFIBUS总线的网络
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第2章 S7硬件基础
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2.1 S7-300概述 2.2 中央处理单元 2.3 电源PS307
2.4 数字量I/O单元 2.5 模拟量I/O单元 2.6 接口模板
2.7 S7-300的配置 长沙工控帮教育科技有限公司整理
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2.1 S7-300 概述 1.结构
• 叠装式
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2.安装
形式• 立式形式
• 卧式形式
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3. S7-300技术参数
CPU312 IFM CPU313 CPU 314 CPU314IFM CPU315 工作存储器: 6 K字节 12 K字节 24 K字节 24 K字节 48 K字节 装载存储器: 20 K字节 20 K字节 40 K字节 40 K字节 80 K字节 (内部集成 )
装载存储器: - 512 K字节 512 K字节 - 512 K字节 (最多可接)
DI / DQ: 128 128 512 992 1024 AI / AQ: 32 32 64 248 128 本机 I/O点
DI / DQ 10 / 6 - - 20 / 16 - AI/ AQ
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4 / 1
CPU312 IFM CPU313 CPU 314 CPU314IFM CPU315 程序执行时间 0.6ms 0.6 ms 0.3 ms 0.3 ms 0.3 ms
（1K二进制指令）
存储器标志位 1024 2048 2048 2048 2048 计数器 /定时器32 / 64 64 /128 64/128 64/128 64/128 集成功能 有 无 无 有 无
例如：计数器/频率测量
同时通过MPI 4 4 4 4 4 通讯的节点
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4. S7-300的组成模块
PS
(可选)CPU IM
(可选)SM:
DI
SM:
DO
SM:
AI
SM:
AO
FM:
- 计数 - 定位 - 闭环控制
CP:
- 点-到-点 - PROFIBUS - 工业以太网
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2.2 中央处理单元CPU 1
.
结构• 指示灯
SF—系统故障 BATE电池故障 DC5V指示
RUN/STOP …
• 开关
RUN/RUN-P /STOP/MRES
• MPI通讯接口 DP通讯接口
• 电源接线端子
• 存储卡插座
• 电池盒
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2
.
CPU314主要特性• 负载存储器：内置RAM 40 K字节 存储器卡 256 K字节
• 随机存储器：内置 24 K字节
• 速度： 执行1000条基本指令0.3ms
• 数字量I/O： 输入 外部512点 输出 外部512点
• 模拟量I/O： 输入 外部64点 输出 外部64点
• 标记寄存器：2048位（M0.0---M255.7）
• 计数器： 64个 (C0---C63)
• 定时器： 128个 (T0---T127)
• I/O映象区： 数字量输入 I 0.0---I 127.7
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• 软件块： OB块（13个）
FB块（129个）
FC块（128个）
DB块（127个）
SFC块（34个）
SDB块（9个）
• 额定电压： 24VDC
• 启动电流： 8A
• 功率消耗： 8W 其中
OB1 循环的程序执行 OB100 启动（从STOP到RUN）
OB10 日期时间中断 OB20 延时中断 OB35 循环中断 OB40 硬件中断
OB80、81、82、85、87、121、122 分别为下列故障中断
（超时、电源、诊断、事件故障、通讯故障、程序出错、访问模板出错）
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2.3 电源PS307 1 总体结构
• 24VDC指示
• 电压选择开关
• 24V通/断开关
• 系统电压接线端子
• 24VDC输出端子 2 电源PS 307 （5A）
• 输入电压：120V~230V
• 输入电流：2A~1A
• 输出电压：24VDC
• 输出电流：5A
• 功耗：18W
• 防短路和开路保护
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3 电源PS 307 （2A）
• 功耗10W
• 输出电流（ 2A）
• 输出电压24V直流，防短路和开路保护
• 可靠隔离
• 向总线提供电流；1.2安 4 电源PS 307（10A）
• 功耗30W
• 输出电流（ 10A）
• 输出电压24V直流，防短路和开路保护
• 可靠隔离
• 向总线提供电流；1.2安
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4 功耗分析
• CPU314 提供总线电流 1.2A 消耗24V电流 1.0A 功耗10W
• IM360 （1对3） 消耗总线电流 0.35A 功耗2W
• IM361 （1对3） 提供总线电流 0.8A 消耗24V电流 0.5A 功耗5W
• IM365 （1对1） 提供总线电流 0.8A 消耗总线电流 0.1A 功耗0.5W
• SM321（仿真） 消耗总线电流 0.08A
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• SM321（DI 16×24V） 消耗总线电流 0.025A 消耗24V电流 0.001A 功耗3.5 W
• SM322（DO 16 ×24V） 消耗总线电流 0.070A 消耗24V电流 0.100A 功耗4.9 W
• SM331（AI 8 ×12 B） 消耗总线电流 0.060A 消耗24V电流 0.200A 功耗1.3 W
• SM332（AO 4 ×12B） 消耗总线电流 0.060A 消耗24V电流 0.240A 功耗3.0 W
5
功耗分析原则总线电流 不大于1.2A ，总功耗不超过机柜可能散发的总功率。
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2.4 数字量I/O单元
1
输入单元SM321• SM321 16×24VDC 16点输入
16点/组 电隔离 1信号：
13~30V 0信号：
-3~5V
输入电流7mA 具有中断能力
功耗3.5 W
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• SM321 16×120VAC 16点输入
4点/组 电隔离 1信号：
79~132V 0信号：
0~20V
输入电流6mA 功耗4.1 W
电缆600-1000m
…
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2
输出单元SM322• SM322 16×24VDC/0.5A 16点输出
8点/组 电隔离
1信号输出：
L+（-0.8V）
电流500mA 0信号：
电流0.5mA 功耗4.9 W
电缆600-1000m
…
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• SM322 16×120VAC/0.5A 16点输出
8点/组 电隔离
1信号输出：
L1（-1.5/ 8.5V ） 电流500mA
0信号：
电流1.0mA 功耗9.0 W
电缆600-1000m
…
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• SM322 8× 230VAC /1A继电器 8点输出
2点/组 电隔离
输出电压：
250V
输出电流：
最大3A 功耗2.2 W
电缆600-1000m
…
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2.5 模拟量I/O单元
1
输入单元SM331• SM331 8×12位 8点输入
电隔离
测电压80mV/10V 电流0/20mA 电阻PT/NI100 电偶E,N,J,K 精度9/12 /12 /14位 转换时间：
4/18/23/103mS 消耗电流60mA 功耗1.3 W
电缆200m
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2 输出单元SM332
• SM332 2×12位 2点输出
电隔离 输出量：
电压，电流 精度：
11/12位
每通道转换时间：
0.8 mS
消耗电流60mA 功耗3.0 W
电缆200m
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2.6 接口模板
1
接口模板IM365 1对1接口消耗总线电流100mA 提供到机架1电流800mA 功耗0.5 W
电缆1m
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2 接口模板
• IM360 1对3接口
消耗总线电流350mA 提供到机架1电流800mA 功耗2.0 W
电缆10m
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• IM361 1对3接口
消耗24VDC电流0.5 mA 提供到机架1电流800mA 功耗5.0 W
电缆10m
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2.7 S7-300的配置 1.关于PLC的编址
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地址分配原则
• 确定数字量信号地址： 每个槽位占四个字节, 递增
• 确定模拟量信号地址： 每个槽位占16个点, 递增
2. 基本单元的编址
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3. 近程扩展
• 确定数字量信号地址：
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• 确定模拟量信号地址：
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4 . 举例 近程扩展（例s7_pro3 ）
•总体结构
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• 机架0 （例s7_pro3 ）
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• 机架1 （例s7_pro3 ）
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• 机架2 （例s7_pro3 ）
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• 机架3 （例s7_pro3）
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5 . 举例 基本单元（例s7_pro4 ）
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2.8 S7-400 概述 1.结构
• 组合式
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2.
S7-400技术参数每条二进制指令
的执行时间
用户存储器
工作存储器
装载存储器 (内部集成) 装载存储器 (外部)
操作资源存储器标志(位) 时钟存储器 定时器 计数器
块类型/数目FB 块 FC 块 DB 块
过程映象区大小
(输入/输出)
最大的 I/O 地址区 集成接口CPU 412-1 200 nsec
48 KB 8 KB 16 MB 4096 8 256 256
256 256 512
p. 128 Byte p. 2 KByte
*)MPI
CPU 413-1 200 nsec
72 KB 8 KB 16 MB 4096 8 256 256
256 256 512
p. 128 Byte p. 2 KByte
*)MPI,
CPU 414-1 100 nsec
128 KB 8 KB 16 MB 8192 8 256 256
512 1024 1024
p. 256 Byte p. 8 KByte
*)MPI
CPU 416-1/-2DP/-2DP 80 nsec
512 KB/ 0.8MB/ 1.6MB 16 KB
16 MB 16384 8 512 512
2048 2048 4096
p. 512 Byte p. 16 KByte
*)MPI
1 Byte = 8 数字量输入/输出
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组织块
主循环扫描 日期时间中断 时间延时中断 看门狗中断 硬件中断 多处理器中断 启动
故障, 异步 故障, 同步
局部数据区 块的最大长度 块的最大嵌套深度MPI和 K总线上在线
激活的最大节点数MPI和 K总线上最大节
点数CPU 412-1 OB 1 OB 10,11 OB 20,21 OB 32,35 OB 40,41 OB 60 OB 100,101 OB 80-87 OB 121,122 4 KB
64 KB 16
8
32
CPU 413-1 OB 1 OB 10,11 OB 20,21 OB 32,35 OB 40,41 OB 60 OB 100,101 OB 80-87 OB 121,122 4 KB
64 KB 16
16
32
CPU 414-1 OB 1 OB 10-13 OB 20-23 OB 32-35 OB 40-43 OB 60 OB 100,101 OB 80-87 OB 121,122 8 KB
64 KB 16
32
32
CPU 416-1/ -2DP/ -2DP OB 1
OB 10-17 OB 20-23 OB 30-38 OB 40-47 OB 60 OB 100,101 OB 80-87 OB 121,122 16 KB 64 KB 16
64
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3. S7-400的组成模块
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4. S7-400的CPU
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5. S7-400 的配置 （例s7_pro5 ）
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第3章 SIMATIC 管理器
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3.1 STEP7的安装
3.2 SIMATIC 管理器 3.3 STEP7建立项目 3.4 STEP 7帮助系统 3.5 STEP 7标准库
3.6 STEP7练习 长沙工控帮教育科技有限公司整理
3.1 STEP7的安装 1. S7-300编程设备
PG760
PG740
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2.安装STEP 7对PG/PC的要求 硬件/软件 要求
• 处理器 80 486 或更高，推荐Pentium
• 硬盘 (自由空间) 最小300 MB (对 Windows、交换文件、STEP7、
项目)
• RAM >= 32 MB, 推荐64 MB
• 接口 CP 5611 或 MPI 卡 或 PC-适配器 存储器卡编程适配器
• 鼠标 要
• 操作系统 Windows 95/98/NT
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3.安装 STEP 7 软件
4.安装结果
PG 740 SIEMENS
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3.2 SIMATIC 管理器
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1. 从过程到项目
FB21
硬件 项目管理
OB1 SIMATIC 管理器
I1.0 I1.1 Q4.0
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2. STEP 7 工具
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3. 检查PG 接口
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4. 启动 SIMATIC 管理器
或
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5. SIMATIC 管理器菜单和工具栏
标题栏 菜单栏 工具栏
状态栏 长沙工控帮教育科技有限公司整理
6. SIMATIC 管理器中的工具条
Windows 95 符号 STEP 7 符号
显示可访问的接点 S7 存储器卡
下载 (到 PLC) 定义过滤器 选择的过滤器
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7. STEP 7 项目结构
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8. SIMATIC 管理器中离线/在线
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9. 项目的存储位置
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3.3 建立项目
这里选择项 目名，用
“OK”确认。
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1. 插入 S7 程序
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2. 插入S7 块
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3.4 STEP 7 帮助系统
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1. STEP 7上下文帮助
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3.5 标准库
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3.6 STEP7 练习 1 插入 S7 项目
在这里输入 项目名，用
“OK”确认
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2 插入 S7 程序
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3 插入 S7 块
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4 CPU 存储器复位
手动
要 求 存储器 复 位
执 行 存储器 复 位
1. 把模式选择器放在
“STOP”位置 2. 把模式选择器保持
在“MRES”位置，
直到“STOP”
指示灯闪烁两次 (慢速)
3. 松开模式选择器 (自动回到“STOP”
位置)
1. 把模式选择器保持 在“MRES”位置
（STOP指示灯快速 闪烁）
通过 PG
1. 把模式选择器放在
“RUN-P”位置 2. 菜单选择：
PLC -> Operating Mode -> Stop
3. 菜单选择：PLC -> Clear/Reset
1. 点击“OK”按钮确认 存储器复位
插入存储器卡后
1. 把模式选择器放在
“STOP”位置 2. 插入存储器卡 3. “STOP”灯慢速闪烁
1.把模式选择器保持 在“MRES”位置
（STOP指示灯快速
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闪烁）第4章STEP7的操作
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4.1 STEP7的组态
4.2 STEP7生成OB块 4.3 STEP7生成FB块
4.4 STEP7生成FC块 4.5 STEP7生成DB块 4.6 STEP7生成VAT表
4.7 STEP7的查询
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4.1 STEP7的组态 1.S7-300的参数分配
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2. S7-300 的存储器概念
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3. 启动STEP7 管理器（SIMATIC MANAGER）
• 新建或 打开文件
新建STEP7 WIZARD: ”NEW PROJECT”
打开原有的文件: “OPEN XXX”
4. 选择SIMATIC300 STATION 进入硬件配置
（1）选择一个站
•选择HARDWARE进入填写UR表
•选择RACE进入近程扩展配置(激活UR0的CPU后点击RACE图标 即可进入近程扩展配置）
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（2）插入一个站
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• 启动硬件组态
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• 产生硬件设定组态
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• 模块地址设定
“地址概况”
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5. 保存硬件设定组态与下载到模块
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6. 上载硬件实际组态到编程器
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7. SIMATIC 管理器中显示硬件诊断
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4.2 STEP7生成OB块
1 启动SIMATIC MANAGER
•点击鼠 标右键
•选择添加块
•选择 OB块
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2 OB块种类及功能
（1）OB 1 循环的程序执行
（2）OB 100 STOP PUN 完全再启动
（3）OB 10~17 日期时间中断
（4）OB 30~38 循环中断
OB30，31，32 5.0 / 2.0 / 1.0S OB33，34，35 0.5 / 0.2 / 0.1S OB36，37，38 0.05 / 0.02 / 0.01S
（5）OB 20 ~23 延时中断
（6）OB 40 ~43 硬件中断
（7）OB 80 ~87 异步错误
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3 OB 30~38的设计
•双击OB X块进入
•在OBX块中编写 定时中断程序
•存盘
•定时在线装入CPU
•程序下载到PLC
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4.3 STEP7生成FB块
1 启动SIMATIC MANAGER
•点击鼠标右键
•选择添加块
•选择FB块
2 FB X设计
•双击FB X块
•进入FB X设计
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4.4 STEP7生成FC块
1 启动SIMATIC MANAGER
•点击鼠标右键
•选择添加块
•选择FC块
2 FC X设计
•双击FC X块
•进入FC X设计
•存盘
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4.5 STEP7生成DB块
1 启动SIMATIC MANAGER
•点击鼠标右键
•选择添加块
•选择DB块
2 DB 类型设计
•双击DB X块
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3. 通用型DB块设计
•双击DB X块
•选择通用型 点击OK
•填写数据表
•存盘
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4. FB型DB块设计
•确认FB X已建立 双击DB X块
•选择FB型 点击OK
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•由FB 生成数据表
•修改数据表 Data View
•存盘
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4.6 STEP7生成VAT表
1 启动SIMATIC MANAGER
•点击鼠标右键
•选择添加块
•选择VARIABLE TABLE 生成VAT1
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2 VAT X设计
•双击VAT X块
•进入VAT X设计
•选择：
SYMBOL TABLE
•填写变量表：
•存盘
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3 利用VAT 进行程序设计
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4.7 STEP7的查询
2x
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1. CPU 属性：概述
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2. CPU 属性：启动
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3. CPU 属性：保持
仅当 如果CPU 没有 后备电池时有效
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4. CPU 属性：循环/时钟存储器
时钟存储器位 7 6 5 4 3 2 1 0
频率 (Hz) 0.5 0.62 1 1.25 2 2.5 5 10 周期 (s) 2 1.6 1 0.8 0.5 0.4 0.2 0.1
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5. CPU 属性：保护
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6. CPU 属性：诊断/时钟
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7.可变寻址
2x
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8.访问符号表
一次右击
