西门子可编程控制器讲义1.docx
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西门子可编程控制器讲义1
西门子PLC讲义
S7—300可编程序控制器硬件和安装
一、概述
模块化设计
S7—300采用模块化设计，可以从众多的S7—300模板中选择相应部件构成要求的自动化系统。
其模板包括以下部件：
1、各种性能范围的CPU：
（执行用户程序）如CPU314，CPU315，CPU312；
2、数字量和模拟量输入/输出模板：
（使不同级的过程信号电平和S7—300的内部信号相匹配），如SM321；DI32×24VDC，
SM322；DO32×24VDC，
SM323；DI16/DO16×24VDC/0.5A
SM331；AI8×12位
SM332；AO4×12位
3、功能模板：
（用于时间要求苛刻、存储器容量要求较大的过程信号处理任务，如位置或闭环控制），如仿真模板SM374，PID模板等；
4、CP通讯处理器：
（解决中央处理单元的通讯任务）
5、连接S7—300到120/230VAC电源的电源模板：
[将动力系统电压（120/230VAC）转换为24VDC，用于S7—300和直流24V负载电路的负载电源]，如PS307（2A）PS307（5A）PS307（10A）
6、在多机架安装中连接机架的接口模板；（内部连接S7—300的各个机架排）如IM360，IM361，IM362。
组建一台S7—300
一台S7—300可编程序控制器由下述部分组成：
编程器
1、电源（PS）123
2、中央处理器单元（CPU）
3、信号模板（SM）
4、PROFIBUS总线电缆
5、编程器电缆
5
4123
机架上的模板安排
1、一个机架上的S7—300模板的安排
在CPU单元右边可以安装不超过8个模板（SM，FM，CP），能够插入的模板数受它们从S7—300背板总线取得的电流数值的限制：
对CPU313/314/314IFM/315/315-2DP/316，不超过1.2A，CPU312IFM不超过0.8A
2、多个机架配置的S7—300模板安排（不包括CPU312IFM/313）
原则：
接口模板（IM）总是位于3号槽、第一个信号模板的左边；每个机架上不能超过8个模板，模板总是位于接口模板的右边；能够插入的模板数受它们从S7—300背板总线取得的电流数值的限制。
3、接口模板的安排
如需将S7—300装在几个机架上，则需要接口模板。
接口模板的作用是将S7—300背板总线从一个机架接到下一个机架。
中央处理单元总是在0号机架上，IM360接口模板应位于0号机架上，IM361位于1~3号机架上。
二、确定S7-300模板的地址
S7-300有两种编址方法：
即
面向槽位编址的地址分配：
是S7-300缺省值编址方法，亦即确定模板起始地址取决于它所在的机架号和槽位号。
模板的起始地址
表1信号模板的起始地址
机架
模板起
始地址
槽号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
0
数字量
模拟量
PS
CPU
IM
0
256
4
272
8
288
12
304
16
320
20
336
24
352
28
368
11
数字量
模拟量
-
-
32
384
36
400
40
416
44
432
48
448
52
464
56
480
60
496
21
数字量
模拟量
-
-
64
512
68
528
72
544
76
560
80
576
84
592
88
608
92
624
31
数字量
模拟量
-
-
96
640
100
656
104
672
108
688
112
704
116
720
120
736
1242
7522
1不适用于CPU312IFM/313
2不适用于CPU314IFM
确定信号模板的地址
确定数字量模板的地址：
一个输入点或输出点的地址由字节部分和位部分组成。
例如；I1.2
输入字节地址位地址
此字节地址取决于其模板起始地址，此位地址是印在其模板上的数码号。
位地址的范围是0—7，共8位。
确定模拟量模板的地址：
模拟量输入通道或输出通道的地址总是一个字地址，如果第一块模拟量模板插在第四号槽，则它的缺省起始地址为256，随后的模拟量模板的起始地址每一槽增加16。
例如；插在第四号槽的模拟量模板的通道地址：
输入通道：
输出通道：
通道0：
地址256通道0：
地址256
通道1：
地址258通道1：
地址258
：
：
面向用户编址的地址分配：
即在CPU的地址范围内，可分配任何地址给任何模板。
只有CPU315-2DP上允许这种地址分配，在此不予介绍。
三、中央处理单元CPU
1、CPU存储器复位
用模式选择复位CPU存储器，其步骤如下：
将钥匙转动到STOP位置，转动钥匙到MRES位置并保持在这个位置（约3秒钟）一直到STOP-LED再度点亮，CPU响应复位请求，在3秒内必须将钥匙从STOP返回到MRES位置并保持在这个位置，一直到STOP–LED闪烁（频率为2Hz）。
当CPU完成复位后，STOP–LED停止闪烁并保持点亮，CPU完成复位。
表2给出了存储器复位时CPU内部发生的事件。
表2
事件
CPU313/314/315/315-2DP/316
CPU312IFM/314IFM
CPU进行的活动
1、CPU删除RAM中和负载存储器中的整个用户程序（不包括EPROM负载存储器）。
2、CPU删除后备存储器。
3、CPU测试本身的硬件
4、如已插入存储器卡，则CPU将存储器卡中的有关内容复制到RAM
提示：
如CPU不能复制存储器卡的内容和请求存储器复位：
则读诊断缓冲器的内容。
CPU复制EPROM存储器中的内容到工作存储器。
复位后存储器的内容
CPU存储器初始化为“0”，如已插入存储器卡，则用户程序装回到RAM中。
用户程序从CPU中集成的保持EPROM装回到RAM
还有什么遗留的？
诊断缓冲器的内容。
可用编程器读出诊断缓冲器的内容。
MPI的参数（MPI地址和最高MPI地址、波特率、CP/FM的MPI地址）。
运行时间计数器内容（不适用CPU312IFM）
2、模式选择器，LED和测试功能
模式选择器所有的模式选择器和LED是相同的，它们的目的和功能亦是相同的，不同之处在于模式选择器和LED的位置以及它的数量。
模式选择器如表3所示。
位置
含义
说明
RUN-P
RUN-PROGRAM
（运行-编程）模式
CPU扫描用户程序。
在这个位置，钥匙不能取出。
程序能：
·用编程器（CPU→PG）从CPU读出
·可装载到CPU（PG→CPU）。
RUN
RUN（运行）模式
CPU扫描用户程序。
在这个位置钥匙可取出以避免任何人改变运行模式。
CPU中的程序可通过PG读出（CPU→PG）
在运行模式下不能改变负载存储器中的程序。
STOP
STOP（停止）模式
CPU不能扫描用户程序。
在这个位置钥匙可取出以避免任何人改变运行模式
程序能：
·用编程器从CPU读出（CPU→PG）
·可装载到CPU（PG→CPU）。
MRES
复位存储器
模式选择器的暂时接触位置以复位CPU存储器。
当用模式选择器复位CPU存储器时必须遵守特定的顺序
CPU312IFM，314IFM：
当复位CPU存储器时，负载存储器中的内容仍保留不变。
表3
状态和故障的LED含义
根据在CPU中出现的次序，状态和故障的LED叙述如表4：
表4
LED
含义
说明
SF（红灯）
系统出错/故障
以下事件发生时点亮：
硬件故障；固件出错；编程出错；错误的参数分配；
错误的算法；
定时器出错；
有缺陷的存储器卡（不包括CPU312IFM/314IFM）；
电池故障或电源通电时没有后备电池（不包括CPU312IFM）；
I/O故障/出错（仅外部I/O）；
必须使用编程器读出诊断缓冲器的内容以决定出错/故障的实质。
BATF（红色）
（不包括CPU312IFM）
电池故障
如电池有以下情况时点亮
有缺陷
没有插入
放电
注意：
对于充电电池，CPU不检查这些状态
5VDC（绿灯）
CPU和S7—300总线用的5VDC电源
如内部5VDC电源正常时点亮
FRCE
强制
当强制功能运行时点亮
RUN
运行模式
当CPU再启动时以2Hz频率闪烁
·至少闪烁3秒；CPU再启动时间可能短于3秒
·当CPU再启动时STOPLED亦亮；当STOPLED灭时，输出被使能
STOP
停止模式
CPU没有扫描用户程序时点亮
CPU申请存储器复位时，以1秒钟的时间间隔闪烁
监控功能CPU的硬件和操作系统提供各种个样的监控功能，SFLED指示的任何错误及其产生原因均写到诊断缓冲区内。
CPU即可进入停止状态亦可通过故障或中断OB以响应用户程序。
表5给出了CPU的测试功能。
通过一系列测试和信息数据的功能，CPU可以扫描CPU和相应信号模板的状态。
表5CPU的测试功能
测试功能
应用
监视变量
再规定点（循环开始/结束、从RUN→STOP转换时）监视所选择的过程变量（输入、输出、位存储器、定时器、计数器和数据）。
修改变量
再规定点（循环开始/结束、从RUN→STOP转换时）修改所选择的过程变量（输入、输出、位存储器、定时器、计数器和数据），也就是说强制用户程序。
强制
可以用暂时的值最多强制10个所选择的过程变量（S7—300只能是过程映像区的输入和输出）。
当不发生下列情况时，强制功能将保持：
·当取消连接时
·如果CPU有后备电池，关断CPU电源时
状态块
监视和程序顺序有关的块，用来支持启动和故障诊断。
状态块可以在指令执行期间监视寄存器内容，例如充电电池、地址寄存器、状态寄存器、DB寄存器等
设置断点
可将用户程序中断执行，以实行一步一步地测试
S7-300可编程控制器模板规范
一、电源模板
电源模板主要有以下三种：
PS307（2A）；PS307（5A）；PS307（10A）。
接线如图所示，且具有以
24VDC
I
L1L+
NM
NL+
ML+
M
24VDC输出电压正常指示灯
电压选择开关
230V
24VD开关
II
接系统电压和保护
性接地导体的端子24VDC输出
电压端子
下特性，a、输出电流2A，5A，10A；b、输出电压24VDC，防短路和开路保护；c、连接单相交流系统（输入电压120/230VAC，50/60Hz）；d、可靠的隔离特性，符合EN60950；e、可用做负载电源。
二、数字量模板
数字量模板的有很多种类，主要有数字量输入模板、数字量输出模板、继电器输出模板、数字量输入/输出模板，用于S7-300可编程控制器与传感器/变送器/负载/执行器相连，以完成和生产过程相联系的任务。
1、数字量输入模板
数字量输入模板包括：
SM321：
DI32×24VDC，SM321：
DI16×24VDC，SM321：
DI16×24VDC带过程和诊断中断，SM321：
DI16×120VAC，SM321：
DI8×120/230VAC，SM321：
DI16×24VDC源输入，DI32×120VAC。
下面以SM321：
DI32×24VDC为例加以介绍，SM321：
DI32×24VDC的特性：
·32个输入点，带隔离，32点为一组
·额定输入电压24VDC
·适用于开关和2/3/4/线BERO（接近开关）
SM321：
DI32×24VDC数字量输入模板的端子接线如图所示，
1
222
323
424
525
626
727
828
929
1232
1333
1434
1535
1636
1737
1838
1939
20MM40
10
11
22
33
44
55
66
77
00
11
22
33
44
55
66
77
L+
24V24V
通道号
状态LED-绿色
输入字节X输入字节（X+2）
输入字节（X+1）输入字节（X+3）
通道地址的分配如下图所示，
2、数字量输出模板
数字量输出模板包括：
SM322：
DO32×24VDC/0.5A，SM322：
DO16×24VDC/0.5A，SM322：
DO8×24VDC/0.5A带诊断中断，SM322：
DO8×24VDC/2A，SM322：
DO16×120VAC/1A，SM322：
DO8×120/230VAC/2A，SM322：
DO32×120VAC/1.0A。
下面以SM322：
DO32×24VDC/0.5A为例加以介绍，SM322：
DO32×24VDC/0.5A的特性：
·32个输出点，带隔离，8点为一组·额定负载电压24VDC·适用于电磁阀、直流接触器和指示灯·0.5A输出电流
SM322：
DO32×24VDC/0.5数字量输出模板的端子接线如图所示，
00
11
22
33
44
55
66
77
00
11
22
33
44
55
66
77
121
222
323
424
525
626
727
828
929
1030
1131
1232
1333
1434
1535
1636
1737
1838
1939
2040
1L+3L+
24V24V
1M3M
2L+4L+
24V
通道号
绿色状态灯2M4M
通道地址分配与数字量输入模板相同。
有关继电器输出模板和数字量输入/输出模板在此不予介绍，使用时可参照相应模板上的接线图。
三、模拟量模板
S7-300系统提供多种模拟量模板，包括模拟量输入模板、模拟量输出模板、模拟量输入/输出模板，以连接传感器、负载/执行器。
1、模拟值的表示
模拟量输入和输出值的表示
在S7-300的所有模拟量模板中，模拟值是以同样形式的二进制表示，模拟量输入模板将模拟的过程信号转换成数字形式，模拟量输出模板将数字输出值转换成模拟信号。
数字化的模拟值对具有相同标称范围输入和输出值来说都是一样的，模拟量的值用二的补码表示，表6说明如何表示模拟量模板的模拟量，
精度
模拟值
位号
15141312111098
76543210
位加权
VZ2142132122112102928
2726252423222120
表6模拟值的表示
模拟值的符号（S）总是在15位上，“0”表示+，“1”表示-。
如果模拟值的精度少于15位，则模拟值在累加器里作左移调整之后才被输入，在未用到的幂次低的位则添入“0”。
模拟量输入测量范围的模拟值的表示方法
被测值的精度取决于模拟量模板和它的设定参数，模拟值的精度可以变化，对于精度小于15位的情况，标有“×”的位就是没有关系的位，如表7所示。
表7模拟值可能的精度
以位数表示的精度（带符号位）
单位
模拟值
十进制
十六进制
高字节
低字节
8
128
80H
VZ0000000
1×××××××
9
64
40H
VZ0000000
01××××××
10
32
20H
VZ0000000
001×××××
11
16
10H
VZ0000000
0001××××
12
8
8H
VZ0000000
00001×××
13
4
4H
VZ0000000
000001××
14
2
2H
VZ0000000
0000001×
15
1
1H
VZ0000000
00000001
各种参数的测量范围包括下面几类：
（1）电压测量范围
±80mv，±250mV，±500mV，±1V，±2V和±2.5V
（2）电压和电流的测量范围
电压±5V，±10V，电流±10Ma，±3.2mA，±20mA
（3）电压和电流的测量范围
电压1—5V，电流0—20mA，4—20mA，
（4）电阻传感器的测量范围
150Ω，300Ω，600Ω
（5）Pt100的标准温度范围
（6）Ni100的标准温度范围
（7）K、J、N、E、L型温度传感器的温度范围
下面只给出电压测量范围、电压和电流测量范围及电阻型传感器的测量范围，对于其它种类的测量范围可参看相应的操作手册。
电压测量范围在：
±80mv，±250mV，±500mV，±1V，±2V和±2.5V被测值的数字化表示方法如表8所示。
表8模拟量输入模板所测值的数字化表示方法（电压测量范围）
测量范围
±80mV
测量范围
±250mV
测量范围
±500mV
测量范围
±1V
测量范围
±2.5V
单位
范围
十进制
十六进制
＞94.071
＞293.97
＞587.94
＞1.175
＞2.9397
32767
7FFFH
上溢
94.071
：
80.003
293.97
：
250.01
587.94
：
500.2
1.175
：
1.00004
2.9397
：
2.5001
32511
：
27649
7FFFH
：
6C01H
超出
范围
80.000
60.000
：
-60.000
-80.000
250.00
187.50
：
-187.50
-250.00
500.00
375.00
：
-375.00
-500.00
1.000
0.750
：
-0.750
-1.000
2.500
1.875
：
-1.875
-2.500
27648
20736
：
-20736
-27648
6C00H
5100H
：
AF00H
9400H
正常
范围
-80.003
：
-94.074
-250.01
：
-293.98
-500.02
：
-587.96
-1.00004
：
-1.175
-2.5001
：
-2.93398
-27649
：
-32512
93FFH
：
8100H
小于
范围
＜-94.074
＜-293.98
＜-587.96
＜-1.175
＜-2.93398
-32768
8000H
下溢
电压和电流测量范围在：
电压1—5V,电流0—20mA、4—20mA；数字化表示如表9所示。
表9模拟量输入模板所测值的数字化表示方法（电压和电流的测量范围）
测量范围
1—5V
测量范围
0--20mV
测量范围
4--20mV
单位
范围
十进制
十六进制
＞5.7036
＞23.515
＞22.810
32767
7FFFH
上溢
5.7036
：
5.0001
23.515
：
20.0007
22.810
：
20.0005
32511
：
27649
7FFFH
：
6C01H
超出范围
5.000
4.000
：
1.000
20.000
14.998
：
0.000
20.000
16.000
：
4.000
27648
20736
：
0
6C00H
5100H
：
0H
正常范围
0.9999
：
0.2963
-0.0007
：
-3.5185
3.9995
：
1.1852
-1
：
-4864
FFFFH
：
ED00H
小于范围
＜0.2963
＜-3.5185
＜1.1852
-32768
8000H
下溢
电阻型传感器的测量范围在：
150Ω，300Ω，600Ω，数字化表示如表10所示。
表10模拟量输入模板（电阻型传感器）的测量值的数字化表示
测量范围
150Ω
测量范围
300Ω
测量范围
600Ω
单位
范围
十进制
十六进制
＞176.383
＞325.767
＞705.534
32767
7FFFH
上溢
176.383
：
150.005
325.767
：
300.011
705.534
：
600.022
32511
：
27649
7FFFH
：
6C01H
超出范围
150.000
112.500
：
0.000
300.000
225.000
：
0.000
600.000
450.000
：
0.000
27648
20736
：
0
6C00H
5100H
：
0H
正常范围
（实际上负值是不可能的）
-1
：
-4864
FFFFH
：
ED00H
小于范围
-
-
-
-32768
8000H
下溢
模拟量输出的输出范围模拟值的表示方法
表11给出模拟量输出模板电压输出范围在0—10V,1—5V,和±10V的表示,表12给出模拟量输出模板电流输出范围在0—20mA,4—20mA,和±20mA的表示,
表11模拟量输出模板的模拟量输出范围（电压输出范围）的表示
输出范围
0—10V
输出范围
0—5V
输出范围
±10V
单位
范围
十进制
十六进制
0
0
0
＞32511
＞7EFFH
上溢
11.7589
：
10.0004
5.8794
：
5.0002
11.7589
：
10.0004
32511
：
27649
7EFFH
：
6C01H
超出范围
10.0000
：
0
0
5.0000
：
1.0000
0.9999
0
0
10.0000
：
0
：
-10.0000
27648
：
0
：
-6912
-6913
：
-27648
6C00H
：
0H
：
E500H
E4FFH
：
9400H
正常范围
10.0004
：
-11.7589
-27649
：
-32512
93FFH
：
8100H
小于范围
0
＜-32512
＜8100H
下溢
输出范围
0—20mA
输出范围
4—20mA
输出范围
±20
单位
范围
十进制
十六进制
0
0
0
＞32511
＞7EFFH
上溢
23.515
：
20.0007
22.81
：
20.005
23.515
：
20.007
32511
：
27649
7EFFH
：
6C01H
超出范围
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