1、第4章 S7-300可编程控制器,西门子S7-300 PLC属于SIMATIC S7 系列可编程控制器。S7系列主要包括S7-200(微型机)、S7-300（中型机）和S7-400（大型机）等。 在S7-300系列里，有多种型号的CPU模块，各型号的区别是CPU速度、存储器容量、可配置的特殊单元数量及可扩展的I/O板数量等。 300系列CPU包括CPU312CPU319系列。系列内分为标准型（31X）、紧凑型（31XC）和故障安全型（31XF）、技术功能型（31XT）等，接口也有RS-485 （31X-2PtP） 、PROFIBUS-DP（31X-2DP）、PROFINET工业以太网/DP接口
2、（31X-2PN/DP）等。,1.导轨（RACK-300) S7-300的模块机架，起物理支撑作用，无背板总线。模块之间由背板总线连接器连接。长度分为160mm、482mm、530mm、830mm等。定货号为6ES7 390-XXXXX-XXXX。,4.1 S7-300PLC硬件、配置方式及地址分配 4.1.1 S7-300系列PLC硬件,2.电源（PS-300）用于为各机架上的各模块供电。将交流电转换为24VDC输出。分2A、5A、和10A。定货号为6ES7 307-XXXXX-XXXX。,5A尺寸mm：80*125*120,3.CPU模块（CPU-300）CPU模块也称为主机模块，分为标准
3、型、紧凑型（带集成I/O）、故障安全型、技术功能型等。各类型中接口型式不同分为多种型号。 定货号为6ES7 31XX-XXXXX-XXXX。,无 、 C、F、T,29,4.信号模块（SM-300） 1）数字量输入模块（6ES7 321-XXXXX-XXXX）分为直流输入（DC24 125V）、交流输入（24 230V） 、交直流输入，一般点数分为8点、16点、32点。有多种型号可选。,SM321 直流输入型模块接口电路之一,晶体管输出型接口电路之一,1L+,LED,背板总线接口,M,光耦,负载,1M,24VDC,晶体管输出型,1,3,9,10,2,继电器输出型接口电路之一,L+,LED,背板总
4、线接口,M,光耦,负载,M,24VDC,继电器输出型,M,继电器,N,双向晶闸管输出型接口电路之一,LED,背板总线接口,M,光耦,负载,双向晶闸管输出型,L1,N,3）数字量输入/输出模块（6ES7 323-XXXXX-XXXX） 分8入/8出和16入/16出两种。,4）模拟量输入模块（6ES7 331-XXXXX-XXXX）输入信号为电压（支持多种电压范围选择）、电流（支持多种电流范围选则）、热电阻和热电偶（支持多种分度号），点数分为2点、4点、8点，有多种型号可选。,输入模块上有量程卡（A、B、C、D四个位置），需根据量程范围选择正确位置。每两个通道共用一个量程卡。,转换数据表示方法：转
5、换精度为915位（与模块型号有关），采用16位二进制补码定点数表示。最高位为符号位，0表示正数，1表示负数。即转换数据采取左对齐，使用时应注意技术手册的说明。 例如：对于12位精度的转换器,0,15,7,8,1,2,3,4,5,6,9,14,13,12,11,10,0,15,7,8,1,2,3,4,5,6,9,14,13,12,11,10,符号,符号,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,1,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,1,0,0,0,0,即：原始数据每变化1，则转换数据变化为8。,转换数据,原始数据,0,0,基本型原理及接线图,1、电压测量 2、背板总线接口 3、电气隔离
6、4、A/D转换器 5、等电位连接,5）模拟量输出模块（6ES7 332-XXXXX-XXXX）输出信号为电压（支持多种电压范围选择） 、电流（支持多种电流范围选则） ，点数分为2点、4点、8点，精度分为915位，有多种型号可选。,基本型原理及接线图（电压输出时）,电流输出时，各S端不连接,6）模拟量输入/输出模块（6ES7 334-XXXXX-XXXX、6ES7 335-XXXXX-XXXX）分4入/2出和4入/4出两种，精度分为8或12位。,5、功能模块（FM-300） 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：计数器模块（FM350） 、定位模块（FM351、 FM354
7、 、 FM353）、电子凸轮控制器（FM352）、闭环控制模块（FM355）等等。 常用产品定货号为6ES7 35X-XXXXX-XXXX。,FM 350,FM 354,FM 355,6、通信处理器模块（CP-300） S7-300支持工业以太网、PROFIBUS（现场总线）、AS（自动化系统）、MPI（多点接口）及点对点连接等通信网络。有多种通信网络接口模块可选。如CP340、CP341、CP342、CP343。 定货号为6ES7 34X-XXXXX-XXXX。,FM 340/341,FM 342,FM 343,7、接口模块（IM-300） 用于S7-300机架扩展的接口模块分为用于CPU机
8、架的和用于扩展机架的接口模块。例如：IM360（CPU机架用）/IM361（扩展机架用）、IM365/IM365等。 定货号为6ES7 36X-XXXXX-XXXX。,IM 360,IM 361,用于S7-300分布式I/O终端的常用接口模块为IM153系列模块（PROFIBUS-DP接口），如IM 153-1、IM153-2、IM153-3等。 定货号为6ES7 153-XXXXX-XXXX。,IM 153,IM 365（1对）,主机架和扩展机架上各配置1个,8.其它附件如MMC、前连接器、总线连接器、U型连接器（即背板总线连接器）等。,MMC,前连接器,20芯,40芯,MPI/DP总线连接
9、器,背板总线连接器,1. 单机架系统S7-300的模块全部安装在CPU机架（CR）上。由电源模块、CPU模块及最多8个SM（信号模块）、FM（功能模块）、CP（通信处理器模块）等组成。,4.1.2 S7-300系列PLC系统组成（配置方式）,2. 多机架系统 （本地扩展） 在CPU机架基础上可扩展13个机架（ER）。,CR,ER-1,ER-2,ER-3,系统最多可配置32个模块（SM、FM、CP等）。应注意：模块总数、支持的FM及CP数与CPU型号有关。 接口模块为CP360/361，CPU机架上配置CP360，扩展机架上配置CP361。 机架间的连接电缆分为1、2.5、5和10米四种，即最长
10、为10米。(注：IM 360 与 IM 361 之间的最大距离为 10 m) 各机架总电流负荷不能超过1.2A。,单扩展机架时，可使用一对IM365模块，CPU机架和扩展机架上各放置一个。 使用IM365时，扩展机架上只能配置SM。两机架间的连接电缆长度为1米（即最长1米）。 扩展机架总电流负荷不能超过0.8A。,CR,ER,3. S7-300网络系统 1) MPI网络 MPI网络Multi Point Interface Network ，即多点接口网络。,MPI,S7-300,S7-400,S7-300,RS-485,HMI,PG/PC编程设备/个人计算机 HMI人机接口，如操作面板、触摸
11、屏等。,MPI接口为S7-300系统默认接口,各系统均提供MPI接口。 MPI使用RS-485接口，传输介质一般为双绕线，使用MPI协议，为经济型方案。 同时连接对象最多6-64个(依CPU型号而定)，网络最大传输速率为1.5Mbps，默认为187.5Kbps。 相邻接点间最大距离为50米（加中继时可到1000米）。 网络上的每个MPI接点（编程器、人机接口、CPU、功能模块、通信模块等）应设置不同的MPI地址（1-126当中的数）。,2) PROFIBUS,ET200分布式I/O终端,PROFIBUS使用RS-485接口或光纤接口，FMS协议，目前以被PROFINET代替。 PROFIBUS
12、-DP使用RS-485接口，PROFIBUS-DP协议。 采用主/从站方式，一个主站最多连接126个从站。 网络最大传输速率为12Mbps，默认使用1.5Mbps。 每个网段的长度依传输速率不同，最长可以是100-1200米。（使用光纤接口时，可到15千米。） 网络上的每个PROFIBUS接点（编程器、人机接口、CPU、功能模块、通信模块等）应设置不同的PROFIBUS地址（1-126当中的数）。,本地及分布式I/O系统配置示例：,分布式I/O终端,本地系统,PROFIBUS-DP,视使用的IM153型号的不同，最多可配置8或12个模块。,3) Ethernet,支持双绞线、同轴电缆、光纤。使
13、用TCP/IP协议，最多1024个接点。 使用双绞线时，每个网段的长度最长为100米。网络最大传输速率为10或100Mbps。 使用同轴电缆时，每个网段的长度最长为500米。网络最大传输速率为10Mbps。 使用光纤接口时，依传输速率最长为几千米到几十千米,网络最大传输速率为10或100Mbps。 网络上的每个IP接点（编程器、人机接口、带以太网接口的CPU模块、功能模块、通信模块等）应设置不同的IP地址。,存储器有3个基本区域：装载存储器、工作存储器和系统存储器。 1、装载存储器 用于保存用户程序（不包括符号地址及注释）和系统数据（即组态、连接和模块参数等）。 部分型号的CPU内集成有装载存
14、储器，而有些型号的CPU采用MMC作为装载存储器。 对于集成的装载存储器具有掉电保护功能。 使用MMC的装载存储器，因数据保存在MMC上，所以可认为能永久保留。,4.1.3 S7-300系列PLC的存储区分布,2、工作存储器 用于存储CPU运行时的用户程序和数据，OB（组织块）、FB（功能块）、FC（功能）、DB（数据块）等。只有与程序运行有关的块被装入工作存储器，在CPU启动时，从装载存储器装入。 工作存储器集成在CPU内且不可扩展，其容量及保持性特性与CPU型号有关，。 3、系统存储器 系统存储器是CPU为用户程序提供的存储器，也集成在CPU内且不可扩展。系统存储器分为若干区域，如：过程映
15、像I/O区、位存储区、定时器和计数器区、堆栈区、诊断缓冲区，以及临时存储区等，需保持的数据可在组态时设置。,存储系统构成及关系示意图（以配MMC的CPU为例）,硬盘存储器,MMC,工作存储器,逻辑块,数据块,系统数据块,程序注释,符号表,逻辑块,数据块,系统数据块,工作存储器存放与运行相关的逻辑块以及组态数据。,装载存储器,编程设备,CPU模块,装载存储器的剩余空间可作为一般的文件存储器使用,系统存储器也集成在CPU内,系统存储器：位存储器、定时器和计数器、I/O过程映像区、堆栈区、诊断缓冲区、临时数据存储区等。,4.1.4 S7-300系列PLC的寻址（地址分配）,1、基于槽位的寻址 基于模
16、块槽位的寻址为默认设置。 机架号为0，号机架为CPU机架，其余13号为扩展机架。 CPU机架上的槽号为111。 1号槽用于放置电源模块（PS）； 2号槽用于放置CPU模块（CPU）； 3号槽用于放置接口模块（IM），无扩展模块时，此槽位空置； 411号槽用于放置其它模块(SM、FM、CP）。,扩展机架上的槽号也为111。 1号槽用于放置电源模块（PS）；2号槽空置；3号槽用于放置接口模块（IM）； 411号槽用于放置其它模块。 I/O地址分配的基本规则如下： 数字量地址从0字节开始分配，每个槽分配4个字节数字量地址（共32位，即最多32点数字量I/O）。 模拟量地址从256字节开始分配，每个槽
17、分配16字节的模拟量地址（共8个字,即最多8路模拟量I/O）。,基于槽位的寻址（以字节为单位）,CR,ER,槽号,起始地址（数字）,起始地址（模拟）,4,5,6,7,8,9,10,11,0,4,8,12,16,20,24,28,256,272,288,304,320,336,352,368,槽号,起始地址（数字）,起始地址（模拟）,4,5,6,7,8,9,10,11,32,36,40,44,48,52,56,60,384,400,416,432,448,464,480,496,2、用户自定义寻址使用用户定义寻址可以从CPU控制的地址区域中自由分配任何所选则模块的地址。应注意，只有某些型号的CP
18、U支持用户自定义寻址。 3、信号模块的寻址数字量输入：I + 字节地址 + 位地址IB + 字节地址（0、1、2）IW + 字的低字节地址（0、2、4）如I0.0,IB0，IW0 (字地址为0、2、4、偶数地址，即IW0由IB0和IB1组成，IW2由IB2和IB3组成）等。,数字量输出：Q + 字节地址 + 位地址QB + 字节地址QW + 字地址如Q0.0,QB0，QW0 (字地址为0、2、4、偶数字节地址）等。可设置模拟量I/O映像区时，可使用下面方式寻址模拟量模拟量输入：IW + 字地址如IW256 (字地址为偶数字节地址）模拟量输出：QW + 字地址如QW288（字地址为偶数字节地址）
19、,4、外设I/O寻址对于没有I/O映像区的外部I/O，可采用直接访问方式访问（大部分S7-300PLC的CPU模块对模拟量I/O的访问需采用此方式） ，称作过程I/O访问，字头为PI或PQ。 外设I/O寻址支持字节（PIB、PQB）、字（PIW、PQW）、双字（PID、PQD）寻址。现以模拟量I/O为例：模拟量输入：PIW + 字地址例如PIW256 (字地址为偶数字节地址）模拟量输出：PQW + 字地址例如PQW272 (字地址为偶数字节地址）,5、位（状态）存储区寻址依CPU型号，存储器大小为2568192B不等，支持位寻址、字节寻址、字寻址和双字寻址。 位存储区以M标识，如：M0.0、M
20、B0、MW0、MD0 (字地址为偶数地址0、2、4，双字地址为0、4、8）等。 6、定时、计数器存储区寻址依CPU型号不同，一般有2562048个定时器，2562048个计数器。定时器标识符为T，计数器标识符为C。如：T0、T5，C0、C13等。,7、数据块DB 1）共享数据块(Shared DB)共享数据块为系统或用户自定义的数据结构（与C语言中的结构类似），可供所有逻辑块使用。名称为DBn，n为编号（一般为12047，具体可定义的个数，视CPU型号而定），其属性为Shared 。在DB中可定义各种类型的数据变量，且可对变量赋初值。支持DB绝对地址访问及变量形式访问。 2）背景数据块(Ins
21、tance DB)与某一功能块(FB)或系统功能块(SFB)相关联，名称也为DBn ，但其结构由对应的FB/SFB决定。其属性为Instance，且属性中有其所归属的FB或SFB标识。,3）数据块的访问共享数据块与背景数据块的访问方法相同。 数据块中的数据可采用先打开,后访问或直接访问的方法来访问。先打开后访问时，先用数据块打开指令打开要访问的DBn，然后可直接采用DBXm1.m2、DBBm、DBWm、DBDm的直接地址形式访问。DBX为数据块中数据位的标识，如寻址数据块中某一位时采用DBXm1.m2形式，m1为字节地址，m2为位地址。DBB为数据块中的数据字节，字节寻址为DBBm，m为字节地
22、址。,DBW为数据块中的数据字，字寻址为DBWm，m为偶数地址。DBD为数据块中的数据双字，双字寻址为DBDm，m为0、4、8等。直接访问时采用绝对地址访问或变量名称访问形式来访问。采用绝对地址访问的形式为DBn.DBXm1.m2、 DBn.DBBm、 DBn.DBWm、 DBn.DBDm。采用变量名称访问的形式为DBn.变量名,STEP 7 指令有四种寻址方式，即立即寻址、直接寻址、存储器间接寻址和寄存器间接寻址。 1、立即寻址操作数本身就在指令中，或因操作数是唯一的，在指令中不再给出。立即寻址主要用于常数操作数和某些状态寄存器操作。例如：L 37 /整数37装入ACCU1L ABCD /A
23、SCII字符装入ACCU1L C#12 /计数常数12装入ACCU1AW W#16#0F1A /ACCU1低字和常数逐位“与”SET /RLO置1,4.1.5 指令系统寻址方式,2、直接寻址所谓直接寻址，就是指令中直接给出操作数的存储单元。例如：A I0.0 /I0.0 & ROLROLL IB0 /将IB0的内容装入运算累加器 1（ACCU1）L MW64 /将MW64的内容装入ACCU1= Q0.0 /将RLO的内容赋给Q0.0S M1.0 /M1.0置1T DBD12 /将ACCU1中的内容传送至 DBD12中,3、存储器间接寻址存储器间接寻址就是以存储器的内容作为地址，通过这个地址间接
24、找到操作数。对于T、C、DB、FB和FC的编号，因其范围在065535之间，只需16位地址，故使用字指针。其它地址（如I、Q、M及DB块中的位、字节、字、双字寻址），则采用双字地址。 例如：16位地址 OPN DBMW2 /若MW2内容为5，则为 打开DB5 SD TMW4 /若MW4内容为2，则为 启动T2,双字指针格式： 3119位均为0； 183位字节地址；20位位地址； 地址指针常数以P#标识，双字存储器，如MD、LD和DBD等，可用于存储地址指针。 32位地址示例程序： L P#2.3 /将地址2.3装入ACCU1 T MD2 /将ACCU1的内容（即地址 2.3）传送至MD2 A
25、IMD2 /对输入位I2.3进行与操作 = QMD2 /结果输出至Q2.3 （注：P#2.3 为2#0000 0000 0000 0000 0000 0000 0001 0011),4、地址寄存器间接寻址 地址寄存器间接寻址是使用地址寄存器AR1和AR2对存储区寻址，分为区域内寄存器间接寻址和区域间寄存器间接寻址，由地址寄存器的第31位来区分。 区域内寄存器间接寻址：第31位=0。 区域间寄存器间接寻址：第31位=1。此时还需使用地址寄存器第26、25和24位来存储区域标识码。000 P区; 001 I区； 010 Q区; 011 M区； 100 DBX（共享数据块，全局）; 101 DIX（
26、背景数据块，全局）；110 L区（本地数据，局域）;,区域内寄存器间接寻址程序示例如下： L P#8.7 /将地址8.7装入ACCU1 LAR1 /将ACCU1内容装入AR1 A I AR1，P#0.0 /对I8.7进行“与”操作 = QAR1，P#1.1 /结果输出至Q10.0注：AR1，P#0.0为AR1内容（8.7）加上偏移量0.0（仍为8.7）； AR1，P1.1为AR1内容（8.7）加上偏移量1.1，即10.0。（注意：位运算为八进制，字节运算为十进制）,区域间寄存器间接寻址程序示例如下： L P#I7.3 /将I7.3的地址装入ACCU1 LAR1 /将ACCU1内容装入AR1 L P#Q8.7 /将Q8.7的地址装入ACCU1 LAR2 /将ACCU1内容装入AR2 A AR1，P#0.0 /对I7.3进行“与”操作 = AR2，P#1.1 /结果输出至Q10.0 与区域内寻址的区别是:区域间寄存器间接寻址的地址中直接指定了区域（I和Q），而在区域间寄存器间接寻址的操作中不再指定区域（区域由地址寄存器第26、25和24位来表示。,
