第7章-----S7-300-PLC和S7-400-PLC系统配置与编程-课件.ppt

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1、第第7章章 S7-300 PLC和和S7-400 PLC系统配置与编程系统配置与编程 第第7章章 S7-300 PLC和和S7-400 PLC系统配置与编程系统配置与编程 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应用系统的编程小结第第7章章 S7-300 PLC和和S7-400 PLC系统配置与编程系统配置与编程 7.1 S7-300 PLC和和S7-400 PLC的系统配置的系统配置7.1.1 S7-300 PLC的基本组成的基本组成 S7-300 PLC是西门子公司于20世纪90年代中期推出的

2、新一代可编程控制器， 它采用紧凑的、 无槽位限制的模块结构， 电源模块(PS)、 CPU模块、 信号模块(SM)、 功能模块(FM)、 接口模块(IM)和通信处理器(CP)都安装在导轨上。 导轨是一种专用的金属机架， 只需将模块钩在DIN标准的安装导轨上， 然后用螺栓锁紧就可以了。 有多种不同长度规格的导轨供用户选择。 第第7章章 S7-300 PLC和和S7-400 PLC系统配置与编程系统配置与编程 电源模块总是安装在机架的最左边， CPU模块紧靠电源模块。 如果有接口模块， 它放在CPU模块的右侧。 S7-300用背板总线将除电源模块之外的各个模块连接起来。 S7-300PLC是模块式的

3、PLC， 它由以下几部分组成。 第第7章章 S7-300 PLC和和S7-400 PLC系统配置与编程系统配置与编程 1. 中央处理单元中央处理单元(CPU)S7-300系列PLC主要包括CPU312、 CPU312C、 CPU313C、 CPU313CPtP、 CPU314C2DP等型号的CPU， 每种中央处理单元(CPU)有不同的性能， 例如有的集成有数字量和模拟量I/O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)。 第第7章章 S7-300 PLC和和S7-400 PLC系

4、统配置与编程系统配置与编程 2. 负载电源模块负载电源模块(PS)负载电源模块用于将AC120/230 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， 可以根据负载的要求选定。 第第7章章 S7-300 PLC和和S7-400 PLC系统配置与编程系统配置与编程 3. 信号模块信号模块(SM)信号模块是数字量输入/输出(I/O)模块和模拟量输入/输出(I/O)模块的总称， 它们使不同的过程信号电平和PLC内部电平相匹配。 信号模块主要有数字量输入模块SM321和数字量输出模块SM322， 模拟量输入模块SM331和模拟量输出模块

5、SM332。 模拟量输入模块可以输入热电阻、 热电偶、 DC(420) mA和DC(010) V等多种不同类型和不同量程的模拟信号。 每个模块上有一个背板总线连接器， 现场的过程信号连接到前连接器的端子上。 第第7章章 S7-300 PLC和和S7-400 PLC系统配置与编程系统配置与编程 4. 功能模块功能模块(FM) 功能处理器主要用于对实时性和存储容量要求高的控制任务， 例如计数器模块、 快速慢速进给驱动位置控制模块、 电子凸轮控制器模块、 步进电动机定位模块、 伺服电动机定位模块、 定位和连续路径控制模块、 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、 超声波

6、位置解码器等。 第第7章章 S7-300 PLC和和S7-400 PLC系统配置与编程系统配置与编程 5. 通信模块通信模块(CP) 通信模块用于PLC之间、 PLC与计算机和其他智能设备之间的通信， 可以将PLC接入PROFIBUS-DP、 AS-I和工业以太网， 或用于实现点对点通信等。 6. 接口模块接口模块(IM) 接口模块用于多机架配置时连接主机架(CR)和扩展机架(ER)。 S7-300通过分布式的主机架和连接的扩展机架(最多可连三个扩展机架)， 最多可以配置32个信号模块、 功能模块和通信处理器。 第第7章章 S7-300 PLC和和S7-400 PLC系统配置与编程系统配置与编

7、程 7. 导轨导轨(RACK) 导轨是用来固定和安装S7-300的上述各种模块。 第第7章章 S7-300 PLC和和S7-400 PLC系统配置与编程系统配置与编程 7.1.2 S7-300 PLC的结构及功能特点的结构及功能特点 S7-300的所有模块均安装在标准异型导轨(DIN)上。 S7-300采用背板总线的方式将各模块从物理上和电气上连接起来。 S7-300的背板总线集成在每一个模块中， 如图7-1所示。 安装时用总线接头将所有的模块互连起来。 第第7章章 S7-300 PLC和和S7-400 PLC系统配置与编程系统配置与编程 图7-1 S7-300可编程控制器 第第7章章 S7-

8、300 PLC和和S7-400 PLC系统配置与编程系统配置与编程 S7-300 PLC具有以下特点： (1) 高速的指令处理。 指令的处理时间可以达到(0.10.6) ms。 在中等到较低的控制性能要求的范围内开辟了全新的应用领域。 (2) 浮点数运算。 可有效实现更为复杂的算术运算。 (3) 人机界面(HMI)。 方便的人机界面被集成在S7-300操作系统内， 因此人机对话的定的刷新速度传递这些数据， S7-300操作系统自动处理数据的传送。 编程要求大大减少。 SIMATIC人机界面(HMI)从S7-300中取得数据， S7-300按照用户指 第第7章章 S7-300 PLC和和S7-4

9、00 PLC系统配置与编程系统配置与编程 (4) 诊断功能。 CPU的智能化诊断系统连续监控系统的运行是否正常， 对不正常状态、 错误和特殊系统事件(例如超时、 模块更换等)进行记录或者报警。 (5) 口令保护。 系统允许设置口令保护， 可有效地保护其技术机密， 防止未经允许的复制和修改。 第第7章章 S7-300 PLC和和S7-400 PLC系统配置与编程系统配置与编程 7.1.3 S7-300 PLC的系统配置的系统配置 S7-300 PLC是模块化的组合结构，用户按照实际需求选取的各种模块可直接安装在导轨上，通过背板总线把这些模块连接起来。在机架上安装模块的顺序是： 在1号槽安装电源模

10、块，2号槽安装CPU，然后安装I/O接口模块、 功能模块/通信处理器或I/O信号模块。S7-300 PLC系统配置分两种情况。包含了CPU模块的机架称为主机架(CR)。每个机架最多可安装8个信号(SM)模块(或者其他功能模块)，当主机架所包含的I/O点数不够，或者需要分布式的I/O配置时，就需要考虑扩展机架(ER)的设置。 下面分别介绍这两种机架的配置方式。第第7章章 S7-300 PLC和和S7-400 PLC系统配置与编程系统配置与编程 1. 一个机架上的一个机架上的S7-300 结构结构 装在一个机架上的S7-300如图7-2所示， 必须满足以下规定： (1) 在CPU模块右边安装的信号

11、模块不超过8个。 (2) 装在一个机架上的全部模块要受到S7-300背板总线提供的总电流值的限制。 第第7章章 S7-300 PLC和和S7-400 PLC系统配置与编程系统配置与编程 图7-2 中央机架配置示意图 第第7章章 S7-300 PLC和和S7-400 PLC系统配置与编程系统配置与编程 2. 多个机架上的多个机架上的S7-300 结构结构 安装有CPU模块的机架成为主机架， 如果一个机架不够用， 那么最多可扩展4个机架。 主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， 在主机架和扩展机架上各需安装一块接口模块。 位于主机架上的接口模块应安装在CPU模

12、块之后， 而扩展机架上的接口模块则安装在机架的最左端或者电源模块之后。 第第7章章 S7-300 PLC和和S7-400 PLC系统配置与编程系统配置与编程 如果系统只需要一个扩展机架， 可以选用IM365型接口模块， 这是一种经济型的配置方案。 扩展机架所需电源由主机架上的CPU模块产生， 经IM365接口模块的连接电缆传输到扩展机架， 如图7-3所示。 第第7章章 S7-300 PLC和和S7-400 PLC系统配置与编程系统配置与编程 图7-3 采用IM365的扩展配置示意图 第第7章章 S7-300 PLC和和S7-400 PLC系统配置与编程系统配置与编程 若采用IM360/IM36

13、1型接口模块，则扩展机架需要单独的DC 24 V电源，此时最多可扩展3个ER，机架间的距离在4 cm10 m之间，其配置示意图如图7-4所示。主机架和各个扩展机架均配有电源模块，主机架上安装接口模块IM360， 机架号为0号。 三个扩展机架安装接口模块IM361， 机架号依次为1号、 2号、 3号。 第第7章章 S7-300 PLC和和S7-400 PLC系统配置与编程系统配置与编程 图7-4 采用IM360/IM361的扩展配置示意图 第第7章章 S7-300 PLC和和S7-400 PLC系统配置与编程系统配置与编程 7.1.4 S7-300的的CPU模块模块 S7-300有20多种不同型

14、号的CPU， 分别适用于不同等级的控制要求。 有的CPU模块集成了数字量IO， 有的同时集成了数字量IO和模拟量IO。 S7-300的CPU模块大致可以分为以下几类： (1) 6种紧凑型CPU， 带有集成的功能和I/O： CPU 312C， CPU 313C， CPU 313C-PtP， CPU 313C-2DP， CPU 314C-PtP和CPU 314C-2DP。 第第7章章 S7-300 PLC和和S7-400 PLC系统配置与编程系统配置与编程 (2) 3种重新定义的CPU： CPU 312， CPU 314和CPU 315-2DP。 (3) 5种标准的CPU： CPU 313， CP

15、U 314， CPU 315， CPU 315-2DP和CPU 316-2DP。(4) 4种户外型CPU： CPU 312 IFM， CPU 314 IFM， CPU 314户外型和CPU 315-2DP。(5) 高端CPU： 317-2DP和CPU 318-2DP。 (6) 故障安全型CPU： CPU 315F。 几种CPU模块的技术参数见表7-1。 第第7章章 S7-300 PLC和和S7-400 PLC系统配置与编程系统配置与编程 表表7-1 几种几种CPU的基本特性的基本特性 第第7章章 S7-300 PLC和和S7-400 PLC系统配置与编程系统配置与编程 7.1.5 S7-300

16、的数字量模块的数字量模块 S7-300的数字量模块基本为三大类： SM321数字量输入模块、 SM322数字量输出模块和SM323数字量输入/输出模块， 其输入/输出电缆最大长度为1000 m(屏蔽电缆)或600 m(非屏蔽电缆)。 第第7章章 S7-300 PLC和和S7-400 PLC系统配置与编程系统配置与编程 1. SM321数字量输入模块数字量输入模块 SM321数字量输入模块根据输入点数的多少， 可分为8点、6点、32点三类。输入电路中一般设有RC滤波电路，以防止由于输入触点抖动或外部干扰脉冲引起的错误输入信号。输入电路的结构有交流输入方式和直流输入方式。交流输入模块的额定输入电压

17、为AC120 V或230 V。直流输入模块的额定输入电压为DC24 V、 DC2448 V或DC48125 V。直流输入电路的延迟时间较短，可以直接与接近开关、光电开关等电子输入装置连接，DC24 V是一种安全电压。如果信号线不是很长， PLC所处的物理环境较好， 电磁干扰较轻， 应优先考虑选用DC24V的输入模块。 交流输入方式适合于在有油雾、 粉尘的恶劣环境下使用。第第7章章 S7-300 PLC和和S7-400 PLC系统配置与编程系统配置与编程 2. SM322数字量输出模块数字量输出模块 SM322数字量输出模块用于驱动电磁阀、 接触器、 小功率电动机、 灯和电动机启动器等负载。 数

18、字量输出模块将S7-300的内部信号电平转化为控制过程所需的外部信号电平， 同时有隔离和功率放大的作用。 数字量输出模块的型号为SM322。 输出模块的功率放大元件有驱动直流负载的大功率晶体管和场效应晶体管、 驱动交流负载的双向晶闸管或固态继电器， 以及既可以驱动交流负载又可以驱动直流负载的小型继电器。 输出电流的典型值为(0.52) A， 负载电源由外部现场提供。 第第7章章 S7-300 PLC和和S7-400 PLC系统配置与编程系统配置与编程 3. SM323数字量输入数字量输入/输出模块输出模块 SM323数字量输入/输出模块目前有两种： DI 16/DO 1624 VDC/0.5A

19、 以及DI 8/DO 824 VDC/0.5A。 前者有16个数字输入点和16个数字输出点， 16个输入点为1组， 内部共地； 16个输出点分成两组， 两组的内部结构相同， 均为晶体管输出， 每8个输出点共用一对负载电源端子。 后者为8输入/8输出模块， 输入/输出均为1组， 内部结构与前者相同。第第7章章 S7-300 PLC和和S7-400 PLC系统配置与编程系统配置与编程 7.1.6 S7-300的模拟量模块的模拟量模块 S7-300的模拟量输入/输出模块包括模拟量输入模块SM 331、 模拟量输出模块SM 332和模拟量输入/输出模块SM 334和SM 335。 第第7章章 S7-3

20、00 PLC和和S7-400 PLC系统配置与编程系统配置与编程 1. 模拟量输入模块模拟量输入模块SM 331 SM 331模块主要由A/D转换器、 切换开关、 恒流源、 补偿电路、 光隔离器及逻辑电路组成， 它将控制过程的模拟信号转换为PLC内部处理用的数字信号。 由于若干通道合用一个A/D转换器， 所以在模拟量进入A/D转换器之前， 需要有多路模拟转换开关来选择通道， 各通道是循环扫描的， 因此每一个通道的采样周期不仅取决于各通道的A/D转换时间， 还取决于所有被激活的通道数量， 为了尽量缩短扫描周期， 加快采样频率， 有必要利用STEP 7编程软件屏蔽掉那些不用的通道。 常用的SM 3

21、31模块有5种， 表7-2给出了这5种模块的主要技术指标。 第第7章章 S7-300 PLC和和S7-400 PLC系统配置与编程系统配置与编程 表表7-2 常用模拟量输入模块的主要技术指标常用模拟量输入模块的主要技术指标 第第7章章 S7-300 PLC和和S7-400 PLC系统配置与编程系统配置与编程 2. 模拟量输出模块模拟量输出模块SM 332SM 332模块用于将S7-300的数字信号转换为负载所需要的模拟量信号， 控制模拟量调节器、 执行机构或者作为其他设备的模拟量给定信号， 其核心部件为D/A转换器。 SM 332模块的输出精度主要有12位和16位两种； 输出通道主要有2通道和

22、4通道两种形式； 输出信号可为电压或电流。 电压的输出范围可调为： (15) V、 (010) V、 10 V。 电流的输出范围可调为： (020) mA、 (420) mA、 20 mA。 第第7章章 S7-300 PLC和和S7-400 PLC系统配置与编程系统配置与编程 例如模块SM 332、 AO 412 bit， 共有4个通道， 每个通道的分辨率均为12位， 可分别单独设置为电流输出或电压输出。 电流输出为两线式， 电压输出可为两线回路或四线回路与负载相连， 采用四线时， 其中两个端子的引出线用于测量负载两端的电压， 这样可以提高电压的输出精度。 其技术参数见表7-3。第第7章章 S

23、7-300 PLC和和S7-400 PLC系统配置与编程系统配置与编程 表表7-3 SM332模拟量输出模块技术参数模拟量输出模块技术参数 第第7章章 S7-300 PLC和和S7-400 PLC系统配置与编程系统配置与编程 3. 模拟量输入模拟量输入/输出模块输出模块SM 334和和SM 335SM 334和SM 335同时具有模拟量输入/输出功能， SM 334和SM 335的技术规范如表7-4所示。 第第7章章 S7-300 PLC和和S7-400 PLC系统配置与编程系统配置与编程 表表7-4 SM334、 SM335模拟量输入模拟量输入/输出模块的技术参输出模块的技术参 第第7章章

24、S7-300 PLC和和S7-400 PLC系统配置与编程系统配置与编程 SM 334模拟量I/O模块主要有4AI /2AO8/8 bit和4AI /2AO12 bit两种规格。 前者的输入/输出精度为8位， 后者的输入/输出精度为12位。 输入测量范围为(010) V或(020) mA， 输出范围为(010)V或(020)mA。 SM 335的主要功能有： (1) 4个快速模拟量输入通道， 基本转换时间最大为1 ms； (2) 4个快速模拟量输出通道， 每个通道最大转换时间为0.8 ms； (3) 10 V/25 mA的编码器电源； (4) 1个计数器输入(25 V/500 Hz)。 第第7

25、章章 S7-300 PLC和和S7-400 PLC系统配置与编程系统配置与编程 7.1.7 S7-300的电源模块的电源模块(PS) PS 307是西门子公司为S7-300专配的24VDC电源。 PS 307系列模块除输出额定电流(有2A、 5A、 10A三种)不同外， 其工作原理和参数都一样。 PS 307电源模块将输入的120/230V单相交流电压转变为24V直流电压提供给S7-300 使用， 同时也可作为负载电源， 通过I/O模块向使用24 V DC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。第第7章章 S7-300 PLC和和S7-400

26、PLC系统配置与编程系统配置与编程 如果正常输出额定电压24 V， 面板上的绿色LED灯点亮； 如果输出电路过载， LED灯闪烁， 输出电压下降； 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。 另外， LED灯灭的状态下， 也有可能是输入交流电源电压低所至， 此时模块自动切断输出， 故障解除后自动恢复。 图7-5是PS 307电源模块的基本原理图。 图中L+和M端子为24 V DC的正、 负输出， 各提供两个接线端子以利于分别向CPU模块和I/O模块接线。L1和N为交流电源输入端子。 第第7章章 S7-300 PLC和和S7-400 PLC系统配置与编程系统配置与编

27、程 图7-5 PS 307电源模块原理图 第第7章章 S7-300 PLC和和S7-400 PLC系统配置与编程系统配置与编程 7.1.8 S7-300的的I/O编址编址S7-300PLC的信号模块插在每个机架的第411槽里， 这样就给每块信号模块确定了一个具体的模块起始地址， 该地址取决于它所在的槽和机架。 1 数字量数字量I/O编址编址S7-300的数字量地址由地址标识符、 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， M表示存储器位。 例如I3.2是一个数字量输入的地址， 表示3号字节的第2位。 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

28、是系统默认的， 以字节为单位。 第第7章章 S7-300 PLC和和S7-400 PLC系统配置与编程系统配置与编程 图7-6给出了各个机架和槽位的数字量I/O编址。 图中， 每个槽位最多32个点， 占4个字节。 举例来说， 若主机架(机架0)的4号槽位上安装了SM 321、 DI 3224VDC模块， 则该模块上的32个数字输入点地址依次为： I0.0I0.7、 I1.0I1.7、 I2.0I2.7、 I3.0I3.7； 若安装了数字输出模块， 例如SM 322； DO 3224VDC/0.5A， 则32个输出点地址依次为： Q0.0Q0.7、 Q1.0Q1.7、 Q2.0Q2.7、 Q3.

29、0Q3.7。 如果不是32点的模块， 例如SM 321、 DI 1624VDC， 则各点地址依次为： I0.0I0.7、 I1.0I1.7， 后面的I2.0I3.7不能用。 第第7章章 S7-300 PLC和和S7-400 PLC系统配置与编程系统配置与编程 图7-6 S7-300数字量I/O模块的默认地址第第7章章 S7-300 PLC和和S7-400 PLC系统配置与编程系统配置与编程 2. 模拟量模拟量I/O编址编址 模拟量输入/输出通道的地址是一个字地址， 通道地址取决于模板的起始地址， 图7-7是S7-300对各个机架上槽位的模拟I/O默认地址。 第第7章章 S7-300 PLC和和

30、S7-400 PLC系统配置与编程系统配置与编程 图7-7 S7-300模拟量I/O模块的默认地址 第第7章章 S7-300 PLC和和S7-400 PLC系统配置与编程系统配置与编程 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个字节来表示的， 例如QW256是一个模拟量输出通道的地址， 由QB256和QB257两个字节组成， 而输入地址IW640则是由IB640和IB641两个字节组成的。 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

31、入I/O， 则实际用到的地址是IW256、 IW258。 第第7章章 S7-300 PLC和和S7-400 PLC系统配置与编程系统配置与编程 7.1.9 S7-400系统简介系统简介 S7-400是功能强大的PLC， 它具有功能分级的CPU以及种类齐全、 综合性能强的模块， 具有强大的扩展通信能力， 可实现分布式系统， 因此广泛应用于中、 高性能的控制领域。 S7-400同样采用模块化设计。 S7-400系统由以下组件组成： 电源模块(PS)、 中央处理单元(CPU)、 信号模块(SM)、 通信处理器(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

32、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。 第第7章章 S7-300 PLC和和S7-400 PLC系统配置与编程系统配置与编程 1. S7-400PLC的基本结构的基本结构 S7-400是具有中高档性能的PLC， 采用模块化无风扇设计， 适用于对可靠性要求极高的大型复杂的控制系统。 S7-400 PLC分为标准型和容错型(可配置成故障安全型)两种。 S7-400采用大模块结构， 大多数模块的尺寸为25 mm(宽)290 mm(高)210 mm(深)。 如图7-8所示， S7-400由机架、 电源模块(PS)、 中央处理单元(CPU)、 数字量输入/输出(DI/DO)模

33、块、 模拟量输入/输出(AI/AO)模块、 通信处理器(CP)、 功能模块(FM)和接口模块(IM)组成。 DI/DO模块和AI/AO模块统称为信号模块(SM)。 第第7章章 S7-300 PLC和和S7-400 PLC系统配置与编程系统配置与编程 图7-8 S7-400模块式PLC 第第7章章 S7-300 PLC和和S7-400 PLC系统配置与编程系统配置与编程 机架用来固定模块、 提供模块工作电压和实现局部接地， 并通过信号总线将不同的模块连接在一起。 S7-400的模块插座焊在机架中的总线连接板上， 模块插在模块插座上， 有不同槽数的机架供用户选用， 如果一个机架容纳不下所有的模块，

34、 可以增设一个或数个扩展机架， 各机架之间用接口模块和通信电缆交换信息， 如图7-9所示。 第第7章章 S7-300 PLC和和S7-400 PLC系统配置与编程系统配置与编程 图7-9 S7-400 PLC的多机架连接 第第7章章 S7-300 PLC和和S7-400 PLC系统配置与编程系统配置与编程 S7-400提供了多种级别的CPU模块和种类齐全的通用功能的模块， 使用户能根据需要组合成不同的专用系统。 S7-400采用模块化设计， 性能范围宽广的不同模块可以灵活组合， 扩展十分方便。 中央机架(或称中央控制器， CC)必须配置CPU模块和一个电源模块， 可以安装除用于接收的IM(接口

35、模块)外的所有S7-400模块。 如果有扩展机架， 中央机架和扩展机架都需要安装接口模块。 第第7章章 S7-300 PLC和和S7-400 PLC系统配置与编程系统配置与编程 扩展机架(或称扩展单元， EU)可以安装除CPU、 发送IM、 IM463-2适配器外的所有S7-400模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1.5 m(带5 V块。 但是电源模块不能与IM461-1(接收IM)一起使用。 电源)或3 m(不带5 V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100 m(S7 EU)或600 m(S5EU)。 CC最

36、多插6块发送IM， 最多只有2个IM可以提供5 V电源。 通过C总线(通信总线)的数据交换仅限于CC和6个EU之间。 第第7章章 S7-300 PLC和和S7-400 PLC系统配置与编程系统配置与编程 2. S7-400的特点的特点 (1) 运行速度高， CPU417-4执行一条二进制指令只要0.03 s。 (2) 存储器容量大， 例如CPU 417-4的工作内存可达20 MB， 装载存储器(EEPROM或RAM)可以扩展到64 MB。 (3) 可多CPU并行计算(最多4个CPU并行处理复杂任务)。 (4) 支持集中式和分布式信号模板的热插拔。 第第7章章 S7-300 PLC和和S7-40

37、0 PLC系统配置与编程系统配置与编程 (5) I/O扩展功能强， 可以扩展21个机架， CPU417-4最多可以扩展262 144个数字量I/O点和16 384个模拟量I/O。 (6) 有极强的通信能力， 容易实现分布式结构和冗余控制系统， 集成的MPI(多点接口)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， 可以用来建立高速的分布式系统， 使操作大大简化。 从用户的角度看， 分布式IO的处理与集中式IO没有什么区别， 具有相同的配置、 寻址和编程方法。 CPU能与在通信总线和MPI上的站点建立联系， 最多1644个站点， 通信速率最高12 Mbs。 第

38、第7章章 S7-300 PLC和和S7-400 PLC系统配置与编程系统配置与编程 (7) 通过钥匙开关和口令实现安全保护。 (8) 诊断功能强， 最新的故障和中断时间保存在FIFO(先入先出)缓冲区中。 (9) 集成的HMI(人机接口)服务， 用户只需要为HMI服务定义源和目的地址传送信息。 (10) 无风扇运行。 第第7章章 S7-300 PLC和和S7-400 PLC系统配置与编程系统配置与编程 3 S7-400的通信功能的通信功能 S7-400有很强的通信功能， CPU集成有MPI和DP通信接口， 有PROFIBUS-DP和工业以太网通信模块， 以及点对点通信模块。 通过PROFIBU

39、S-DP或AS-I现场总线， 可以周期性地自动交换I/O模块的数据。 在自动化系统之间， PLC与计算机和人机界面之间， 均可以交换数据。 数据通信可以周期性地自动进行或基于事件驱动， 由用户程序块调用。 第第7章章 S7-300 PLC和和S7-400 PLC系统配置与编程系统配置与编程 S7/C7通信对象的通信服务通过集成在系统中的功能块来进行。 可提供的通信服务有： 使用MPI的标准S7通信； 使用MPI、 C总线(通信总线， Communication bus)、 PROFIBUS-DP和工业以太网的S7通信； 与S5通信对象和第三方设备的通信。 这些服务包括通过PROFIBUS-DP

40、和工业以太网的S5兼容通信和标准通信。 第第7章章 S7-300 PLC和和S7-400 PLC系统配置与编程系统配置与编程 4 S7-400H容错自动化系统概述容错自动化系统概述 S7-400H特别适合于下列场合： (1)停机将造成重大的经济损失。 (2)过程控制系统发生故障停机后再启动的费用非常昂贵。 (3)某些使用贵重原材料的生产过程会因突发的停机事件产生废品。 第第7章章 S7-300 PLC和和S7-400 PLC系统配置与编程系统配置与编程 (4)无人管理的场合或需要减少维修人员的场合。 S7-400H是按冗余方式设计的， 主要器件都是双重的， 可以在故障发生后继续使用备用的部件。

41、 设计成双重器件的有中央处理器、 电源模块以及连接两个处理器的硬件。 用户也可以自行决定设置其他需要的双重部件， 以增强设备的冗余性。 S7-400H是“热备”模式， 无故障时两个子单元都处于运行状态， 采用“事件驱动同步”， 当故障发生时， 保证在双重部件之间无扰动切换。 第第7章章 S7-300 PLC和和S7-400 PLC系统配置与编程系统配置与编程 5. 多多CPU处理处理 S7-400系列拥有可多CPU处理的能力， 1个机架上最多可安装4个这样的CPU模块， 并同时运行。 这些CPU同时启动， 同时进入STOP模式。 多CPU处理适用的情况是， 当用户程序过长， 或者存储空间不够时

42、， 需要分配给多个CPU来执行。 可将系统分成不同的、 相对独立的功能块， 以利于彼此分开， 单独控制， 各CPU分别处理不同的部分， 各自访问分配给自己的模块， 给每个CPU分配模块的工作在STEP 7组态中进行。 通过通信总线(C总线)， CPU彼此互联， 启动时， CPU将自动检查彼此是否同步。 第第7章章 S7-300 PLC和和S7-400 PLC系统配置与编程系统配置与编程 7.2S7-300和和S7-400的指令系统的指令系统 S7-300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S

43、TEP 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。 第第7章章 S7-300 PLC和和S7-400 PLC系统配置与编程系统配置与编程 7.2.1 基本概念基本概念 1. 编程语言编程语言 STEP 7是S7-300/400 系列PLC的编程软件。 梯形图(LAD)、 语句表(STL)、 功能块图(FBD)是标准的STEP 7软件包中配备的三种基本编程语言， 这3种语言可以在STEP 7中相互转换。 第第7章章 S7-300 PLC和和S7-400 PLC系统配置与编程系统配置与编程 2. 数据类型数据类型 STEP

44、7有以下3种数据类型。 (1) 基本数据类型： 用于定义不超过32位的数据。 包括了在S7-200 PLC指令系统中所用的基本数据类型： 1位布尔型(BOOL)、 8位字节型(BYTE)、 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)。 此外还有： 浮点数(REAL)、 字符(CHAR)、 时间(TIME)、 日期(DATE)、 日计时(TOD， TIME-OF-DAY)、 系统时间(S5TIME)等。 第第7章章 S7-300 PLC和和S7-400 PLC系统配置与编程系统配置与编程 (2) 复合数据类

45、型： 通过组合基本数据类型， 可以定义超过32位的数据类型。 例如数组(ARRAY)、 结构(STRUCT)、 字符串(STRING)、 日期和时间(DATE_AND_TIME)， 用户还可以将基本数据类型和复合数据类型组合在一起， 定义成新的数据类型， 成为用户定义的数据类型UDT(Userdefined Data Types)。 第第7章章 S7-300 PLC和和S7-400 PLC系统配置与编程系统配置与编程 (3) 参数类型： 为在逻辑块(FB、 FC)之间传递参数的形参(形式参数， Formal Parameter)定义的数据类型， 用于向功能块(FB)、 功能(FC)传递实际参数

46、(实参， Actual Parameter)。 例如当程序调用一个通用功能块(FB)时， 指定FB中所使用的定时器或计数器的具体编号(T4、 C3等)。 第第7章章 S7-300 PLC和和S7-400 PLC系统配置与编程系统配置与编程 3. 存储器区域及功能存储器区域及功能 (1) 输入映像寄存器区： 在扫描循环的开始阶段， 读操作系统从过程中读取输入信号并在这些区域中记录这些输入值， 以便执行用户程序时使用它们。 地址前加符号“I”表示为该区域的存储单元， 例如I3.0(位)、 IB3(字节)、 IW256(字)、 ID256(双字)。 (2) 输出映像寄存器区： 系统执行用户程序时将有

47、关输出的值保存在这个区域， 扫描循环的末尾， 操作系统从这个区域读取计算的输出值并送给输出模块， 由输出模块输出控制外部设备。 地址前加“Q”说明为该区域单元。 第第7章章 S7-300 PLC和和S7-400 PLC系统配置与编程系统配置与编程 (3) 位存储器： 用于存储程序中计算的临时结果的存储器。 与输入/输出映像寄存器相同， 可按位(M)、 字节(MB)、 字(MW)、 双字(MD)存取。 (4) 外设I/O区： 这一区域使程序能够直接访问I/O模块。 可以按字节(PIB或PQB)、 字(PIW或PQW)、 双字(PID或PQD)存取， 不能以位为单位存取。 (5) 定时器存储区：

48、用于存储定时器的时间初值和当前值。 第第7章章 S7-300 PLC和和S7-400 PLC系统配置与编程系统配置与编程 (6) 计数器存储区： 用于计数器的存储器， 计数器指令在此访问它们。 (7) 数据块(DB)： 由用户通过STEP 7编程软件在CPU的存储区中建立， 用于存放用户程序运行所需的各种数据， 可被所有的逻辑块打开实现数据共享。 第第7章章 S7-300 PLC和和S7-400 PLC系统配置与编程系统配置与编程 (8) 背景数据块(DI)： 调用功能块(FB、 SFB)时， 自动打开一个背景数据块， 这个数据块的数据格式与被打开的FB(或SFB)所要求的格式一致。 利用DI

49、， FB中运行的变量获得实际参数(实参)。 原则上任何数据块(DB或DI)都可以被当作共享数据块来使用， 最多可以同时打开两个数据块。 (9) 本地数据(L)： 在处理组织块(OB)、 功能(FC)、 系统功能(SFC)时， 需要暂时存放的临时数据， 系统以堆栈的形式为其开辟一部分存储区(L堆栈)， 功能执行结束后这些数据即会丢失， 所以也称它们为动态数据。 第第7章章 S7-300 PLC和和S7-400 PLC系统配置与编程系统配置与编程 4. 寻址方式寻址方式 所谓寻址方式, 是指令得到操作数的方式， 可以直接或间接给出操作数的地址。 STEP7有4种寻址方式： 立即寻址、 存储器直接寻

50、址、 存储器间接寻址、 寄存器间接寻址。 在立即寻址中， 常数的表示方法是， 首先说明类型和进制， 中间用#号分隔， 例如2#0011_1101， 为二进制常数形式， 同样的数据用十六进制字节常数表示为B#16#3D， 若用双整型常数表示为L#+61。 第第7章章 S7-300 PLC和和S7-400 PLC系统配置与编程系统配置与编程 5. 状态字寄存器状态字寄存器 状态字寄存器是专门用于存储指令执行状态的16位状态寄存器。 状态字寄存器以二进制位的形式保存指令的执行结果与中间状态等， 它的结构如图7-10所示。 第第7章章 S7-300 PLC和和S7-400 PLC系统配置与编程系统配置