第八章大中型PLC控制系统

1、第八章 大中型PLC控制系统8.1 西门子S7系列PLC概述在20世纪90年代，随着现代通信技术和IT技术的迅猛发展，为了满足现代化控制任务对PLC在实时性，快速性，大量的网络通讯和数据管理，分布式控制，集成现场设备的快速诊断等要求，西门子公司在1994年推出了S7系列PLC。根据控制要求和输入输出点数区分，S7系列PLC可以分为S7-200，S7-300，S7-400三个系列。1. S7-200系列PLCS7-200 CPU将微处理器、集成电源和数字量I/O点集成在一个紧凑的封装中，从而形成了一个功能强大的小型PLC， 如图8-1所示。图8-1 S7-200PLC示意图S7-200系列PLC

2、定位为小型PLC控制系统，CPU本身集成输入，输出信号接口，并具有模块化扩展功能，最大输入输出点数可扩展至256点。S7-200CPU自身的输入点集成高速计数器，报警，和中断等功能。输出点分为继电器输出和晶体管输出两种，晶体管输出集成有高速脉冲输出功能。S7-200CPU除了自身集成的PPI通讯接口外还可以通过通信模块扩展不同的网络接口，如通过EM277模块扩展Profibus DP现场总线从站接口，通过CP243-1模块扩展以太网接口。S7-200PLC还具被简单的定位功能，使得控制功能更加完善。S7-200 CPU按照所集成的I/O规模，可分为CPU221，CPU222，CPU224，CP

3、U224XP，CPU226。S7-200PLC使用STEP7 MICRO WIN软件进行编程，目前最新版本为V4.0 SP9，该版本除原有的操作系统外，还支持在WIN 7操作系统下安装使用，具体使用方法本章不做介绍。2. 西门子S7-300系列PLCS7-300系列PLC定位为中型PLC控制系统，具有模块化扩展功能，适合最大输入、输出1000点左右的控制系统。S7-300系列CPU集成了各种中断处理能力，具有强大的通讯能力，如MPI,现场总线,工业以太网。通过扩展具有独立处理能力的特殊模块，S7-300系列PLC可以实现高速计数，单轴定位，具有插补功能的4轴路径控制，而不会影响CPU的处理速度

4、。S7-300系列产品众多，功能强大，在本章以下章节会详细说明。S7-300系列PLC使用STEP7进行编程，目前最新版本为STEP7 V5.5，该版本除原有的操作系统外，还支持在WIN7操作系统下安装使用。3. 西门子S7-400系列PLCS7-400系列PLC定位为大型PLC控制系统,具有模块化扩展功能，适合输入输出点数在数万点左右的控制系统，S7-400系列PLC的CPU完全覆盖了S7-300系列CPU的中断处理能力和通讯能力，并在此基础上增加了数量和种类更多的报警中断，事件中断和循环中断等，即使在同一中断中，还可以选择不同出发事件的中断，在Profibus DP上，S7-400系列CP

5、U能实现等时数据通讯，可以使各个从站的输入信号能同时处理，输出命令可以同时发送给各个从站，极大的提高了系统的响应性和实时性。S7-400系列 PLC控制系统能可以在一个站上同时插入最多4个CPU来完成一个控制任务。S7-400系列PLC还包括冗余H系统和故障安全系统F，冗余系统具有冗余的电源，CPU，通讯处理器，现场总线，通讯接口，输入输出通道等，单一的设备产生故障，不会影响整个控制系统。S7-400系列PLC使用STEP7进行编程，目前最新版本为STEP7 V5.5，该版本除原有的操作系统外，还支持在WIN7操作系统下安装使用。8.2 S7-300系列PLC硬件系统构成一个常见的S7-300

6、系统主要组成部分有导轨（）、电源模块（）、中央处理单元模块、接口模块（）、信号模块（）、功能模块（）等。8.2.1 导轨导轨（RACK）在s7-300系统中作为主机架和中央扩展机架，各个模块均安装在该机架上，机架中没有背板总线，导轨长度可以选择，也可以按照实际需要切割成任意尺寸。在机架上的CPU通过U型背板总线与各个模块连接。每个机架上面，除了电源，CPU和接口模块外，最多可以插入8个模块，每个模块无论体积大小，都占用一个槽号。如果系统模块超过8个，此时就需要新增机架和接口模块，PLC系统的模块扩展能力因PLC型号而异，S7系列314及以上型号的CPU最大扩展能力为32个模板，每个机架（层）安

7、装8个模板，最多扩展3层机架。对于信号模板、功能模板和通讯处理器没有插槽限制，也就是说它们可以插到任何一个槽位。机架扩展示意图如图8-2所示：图8-2 机架扩展示意图在机架上安装模块时，应该注意的是机架前3个槽位所安装的模块是固定的，1号槽位为电源，2号槽位为CPU，3号槽位为接口模块。接口模块IM360（发送）和IM361（接收）用来在机架之间传递总线。IMS接口代表发送，IMR接口代表接收。接口模块必须安装到特定的插槽（3号槽）。两层机架之间的电缆长度是有限定的，采用IM360/361的多层组态之间最大长度为10m，采用IM365的两层之间最大长度为1m。经济型的接口模块IM365支持扩展

8、一层机架，扩展机架上不需要电源模块，由于IM365不提供K总线，所以扩展机架上只能安装SM模块，不能安装FM和PC模块。8.2.2 电源模块 S7-300系列PLC中的电源模块（PS307）将120/230 VAC的电压转换为24 VDC操作电压，然后提供给S7-300及其24 VDC 负载电路。在S7-300PLC系统中，PS307向CPU或接口模块提供24V电源，CPU和接口模块将24V电源转换为5V，向背板总线供电。PS307常见的输出电流为2A，5A和10A，根据系统的实际需求，可以选择不同的电源模块。S7-300系列PLC每个模块都会消耗一定的电流，选择电源模块时，所有模块所消耗的电

9、流总和不能超过电源模块的输出电流。 PS307与CPU之间没有背板总线连接，可以与CPU机架分离安装，CPU不能对电源模块进行诊断。系统也可以选择其他品牌的开关电源，但在输出功率和滤波功能等方面必须满足CPU的供电要求，否则会使CPU烧毁。8.2.3 CPU模块 CPU是PLC控制系统的心脏，所有的计算如外部信号扫描，计算和逻辑处理，输出等工作都是由CPU完成的。S7-300系列的CPU根据功能的不同，有CPU312到CPU319等众多型号。由序号的从低到高，CPU的功能逐渐增强。其技术指标主要区别于计算速度，通信资源和编程资源如计数器，定时器的个数等。常见的S7-300CPU实物图如图8-3

10、所示：a)早期的CPU314 b)新型的CPU314 c)新型的CPU315-2DP1-模式选择器 2-存储器卡 3-指示灯 4-MPI接口 5-DP接口132a)b)4c)5图8-3 S7-300CPU实物图1.模式选择器MRES：模块复位功能(Module Reset)STOP：停止模式，程序不执行RUN ：程序执行，编程器只读操作RUN-P：程序执行，编程器读写操作2.状态指示灯SF：系统错误：CPU内部错误或带诊断功能模块错误BATF：电池故障：电池不足或不存在DC5V：内部 5 V DC 电压指示FRCE：FORCE：指示至少有一个输入或输出被强制RUN：当CPU启动时闪烁，在运行模

11、式下常亮STOP：在停止模式下常亮3.存储器卡为存储器卡提供一个插槽。当发生断电时利用存储器卡可以不需要电池就可以保存程序。对2002年10月以后的CPU，为了运行总需要一个微型存储器卡。它提供电源丧失情况下的后备。新型S7-300系列CPU的数据存储在MMC卡中，选配系统时，还需要为CPU选取MMC存储卡。MMC卡有64KB，128KB，256KB，512KB，2M，4M,8M等几种类型。选取存储卡的容量应根据实际工程中所需要的数据区大小来选择。MMC卡用来存储用户程序，不需要电池保护，系统掉电瞬间依靠内部电容将过程数据复制到MMC卡中。4.电池盒对2002年10月以前的CPU，在前盖下有一

12、个装锂电池的空间，当出现断电时锂电池用来保存RAM中的内容。对2002年10月以后的CPU，不需要电池。5.MPI接口用MPI接口连接到编程设备或其它设备6.DP 接口分布式I/O直接连接到CPU的接口。 CPU本身都集成有各种类型的通信接口，紧凑型的CPU还集成有一定数量的信号模块。通过CPU的型号可以看出CPU本身的功能和集成的通讯接口数量及种类，如CPU314C-2PtP，表示CPU本身集成了数字量输入输出通道和模拟量输入输出通道，同时集成了两个通信接口，一个是MPI口，还有一个是PtP口。CPU315-2DP表示该CPU本身没有集成信号模块，集成了两个通信接口，一个是MPI口（编程接口

13、，可以通过STEP7软件设置成DP口）。另一个是Profibus DP接口。CPU315-2PN/DP表示该CPU集成了一个Profibus DP接口和一个Profinet接口。具体每款不同CPU型号的具体技术规格可以参看西门子PLC选型手册，这里不做一一介绍。8.2.4 信号模块 S7-300系列PLC的信号模块可分为数字量输入模块（SM321）,数字量输出模块（SM322），数字量输入/输出模块（SM323）,模拟量输入/输出模块（SM333）模拟量输入模块（SM331）,模拟量输出模块（SM332）六种。1. 数字量输入模块（SM321）数字量输入模块是PLC系统采集数字量信号的通道，可

14、连电压为DC/AC24-48V，DC48-125V，AC120-230V的输入信号。输入模块的点数分为8、16、32点三种类型，输入模块将这些点数分成不同的组，组与组之间电源隔离，一组通道烧毁后不会影响同一模块的其他组的通道。2. 数字量输出模块（SM322）数字量输出模块是PLC系统控制数字量负载的通道，可连电压为DC24-48V，DC48-125V，AC120-230V的负载。数字量输出模块分为晶体管输出和继电器输出两种类型，输入模块的点数分为8、16、32点三种类型，输出模块将这些点数分成不同的组，组与组之间电源隔离，一组通道烧毁后不会影响同一模块的其他组的通道。3. 数字量输入/输出模

15、块（SM323）数字量输入/输出模块（SM323）是将数字量输入功能和数字量输输出功能集成在一起的模块，其功能与数字量输入模块和数字量输出模块相同。4. 模拟量输入模块（SM331）模拟量输入模块是PLC系统采集模拟量信号的通道，可以连接不同类型的传感器信号，如电压信号，电流信号和电阻信号，并将这些信号转换为二进制数字量信号。模拟量输入模块的通道分为8通道、4通道、2通道三种类型，转换精度有12位和13位两种。5. 模拟量输出模块（SM332）模拟量输出模块是PLC系统将数字量信号转换为模拟量信号并输出的通道，模拟量输出模块可以输出两种不同类型的模拟量信号，电压信号和电流信号。模拟量输出模块的

16、通道分为8通道、4通道、2通道三种类型，转换精度有12位和13位两种。6. 模拟量输入/输出模块（SM333）模拟量输入/输出模块（SM333）是将模拟量输入功能和模拟量输出功能集成在一起的模块，其功能与模拟量输入模块和模拟量输出模块相同。8.2.5 其他模块 除了上述常用模块之外，S7-300系列PLC还有许多模块，例如实现各类通讯功能的通信模块，各类实现特定控制任务的功能模块，用于系统扩展的接口模块等，这些模块品类繁多，功能强大，此处不再一一介绍。8.2.6 S7-300PLC硬件安装方法S7-300PLC可以水平安装也可以垂直安装，水平安装时，CPU和电源必须安装在左面；垂直安装时，CP

17、U和电源必须安装在底部。除CPU外，每个模块都带有一个总线连接器，在组装模块时，必须要先将总线连接器插入到各个模块中，在插入总线连接器时，先从CPU开始然后将总线连接器插入另一个模块。按指定的顺序，将模块依次挂靠到导轨上，滑动到靠近左边的模块，然后向下旋转，安装到位后，用螺丝拧紧模块。具体安装示意图如图8-4所示：图8-4 模块安装示意图8.3 STEP7编程软件 STEP7编程软件是S7-300/400系列PLC完成编程任务的工具软件，通过STEP7软件可以完成系统的硬件组态，软件设计，程序的上传下载，在线调试监控等任务。STEP7软件目前有多种版本，每个版本对操作系统有明确的要求，STEP

18、7 V5.4及以下版本只能安装在XP及以下系统中，V5.5可以安装在WIN7系统中。STEP7安装软件包含AUTOMATION LICENSE MANGER和SIMATIC MANGER两部分，为保证STEP7软件能正常使用，必须保证这两者正确安装。8.3.1创建一个新项目通过双击桌面图标打开SIMATIC MANGER，在菜单栏点击“文件”“新建”按钮，创建一个空白项目，并在如图8-5所示项目创建对话框中设置名称及存储路径，点击确定按钮后，系统会创建一个空白的项目。图8-5 项目创建对话框工程创建完成后，会在SIMATIC MANGER中显示所创建的项目，如图8-6所示：图8-6 新建项目显

19、示图8.3.2 硬件组态在图8-6所示界面的右侧空白处，单击右键，在“插入新对象”栏中选择“SIMATIC 300站点”，在右侧空白处会出现，双击该图标，进入硬件组态选择界面，如图8-7所示：图8-7 硬件组态选择界面双击图标，进入硬件组态界面，如图8-8所示：图8-8硬件组态界面硬件组态界面上方为菜单栏，左上空白处为硬件配置视窗，左下空白处为显示硬件配置视窗，右侧为硬件目录。1.组态机架在硬件目录中点击图标前面的“+”，在RACK-300目录下双击或将RAIL图标拖至硬件配置视窗，组态一个机架，机架示意图如图8-9所示：图8-9 机架示意图在一个S7-300中，可以最多添加4个机架，机架由0

20、至3分布，其中0号机架为中央机架，1至3号机架为扩展机架。在硬件组态中，机架做为PLC模块的具体载体，模块配置的顺序必须与实际硬件配置一致，其关联图如图8-10所示：图8-10 机架组态与实物关联图每个机架有11个槽位，槽号有1-11分布，其中：1）1号槽位只能放置电源模块，由于电源模块不需要与CPU经过背板总线相连，所以可以不用进行硬件配置。2）2号槽位只能放置CPU模块，且不能为空。3）3号槽位只能放置机架扩展模块，如果项目只有一个机架，则不需要配置机架扩展模块，但3号槽位必须预留，不能占用。4）4-11号槽位用来放置各类信号模块和功能模块，每个模块占一个槽位，与实际硬件的大小无关。4-1

21、1号槽位可以随意配置，但必须和实际硬件安装顺序一致。功能模块只能安装在中央机架上。单个机架的硬件组态效果如图8-11所示：图8-11 单机架组态效果图多机架组态效果如图8-12所示：图8-12 多机架组态效果图在扩展机架组态模块时，各个模块也只能放在4-11号槽位中，1,2号槽位留空，3号槽位为机架扩展模块，如果项目只有两个机架，可以用IM365成对扩展模块，如果项目有超过两个以上的机架，那么在中央机架（0号机架）中的3号槽位插入IM360，在1-3号扩展机架中插入IM361。IM365不需要外加电源，IM361需要24V电源供电。2.HW更新 机架组态完成后，可以通过硬件组态界面中的硬件目录

22、栏选择相应的模块插入到机架中。硬件目录栏里包含了所有与PLC站相关的硬件信息，在插入模块时，所选的模块的版本号及订货号必须要与实际硬件的版本号及订货号一致。实际硬件的版本号及模块号可以从模块面板上获知，硬件目录中的模块的版本号可以通过硬件目录下方的信息显示，如图8-13所示：图8-13 硬件信息显示图8-13中的6ES7 315-2EH14-0AB0即为所选CPU的订货号，组态时必须与实际CPU面板上的订货号一致。如果硬件目录中不包含所选用的实际硬件条目，那么必须要进行HW更新或者升级STEP7版本。在硬件组态菜单中的“选项”栏中点击“HW更新”，会弹出如图8-14所示对话框：图8-14 HW

23、更新对话框在图8-14对话框中，在保证PC能正常接入INTNET网络的前提下，点击执行按钮，STEP7会自动从互联网中将硬件信息下载到HW更新栏中，然后勾选所需要的硬件信息，或者点击“全选”选择全部信息，之后点击“安装”，STEP7就会进行HW更新。在更新过程中，系统会提示关闭SIMATIC Manager，按照提示信息一步步进行操作即可。3组态CPU以组态一个CPU315-2PN/DP为例，假设该CPU的版本号为V3.2，订货号为6ES7 315-2EH14-0AB0。首先在硬件目录中找到该硬件条目，具体方法如图8-15所示：图8-15 选择CPU硬件条目将图8-15中的图标拖入机架的2号槽

24、位，此时会弹出如图8-16所示对话框：图8-16 PN接口属性设置对话框在该对话框中，可以按照实际情况设置IP地址，然后点击新建创建一个Ethernet网络。也可以先直接点击确定，稍后进行PN口属性设置。在图8-16中点击新建按钮后，系统会弹出一个对话框，如图8-17所示：图8-17 新建子网属性对话框如无必要，该对话框中的内容以默认即可。点击确定按钮后，在图8-16 PN接口属性设置对话框中会出现新建的子网，然后点击确定按钮，在机架上会显示出插入的CPU，如图8-18所示：图8-18 插入一个CPU在图8-18中，双击图标，会弹出CPU属性设置对话框，如图8-19所示：图8-19 CPU属性

25、设置对话框在该对话框中，可以对CPU的各项属性进行设置，具体各项功能及设置方法可以参看西门子公司的相关技术手册。同样，如果没有特殊要求，可以使用CPU的缺省设置，能满足大部分工程的要求。除了对CPU属性设置外，通过双击图标可以进行MPI/DP设置，双击图标可以进行PN口设置，设置方法在下述章节中会具体介绍，此处暂且略过。4. 组态信号模块信号模块是S7系列PLC数字量输入输出模块，模拟量输入输出模块的统称。组态时，同样要求组态顺序及序列号应与实际模块安装顺序及序列号一致。信号模块只能放在4-11号槽位。以组态数字量输入模块为例，在硬件目录中，选择相应的硬件条目，如图8-20所示：图8-20选择

26、数字量输入模块硬件条目将图标拖入机架的4号槽位，并双击图标，系统会弹出属性设置对话框，如图8-21所示：图8-21 数字量属性设置对话框在数字量属性设置对话框中，可以设置信号模块SM的参数，如通道地址、是否激活故障中断和硬件中断等。信号模块SM的编址方式有两种：固定的编址方式和可变的编址方式。固定的编址方式即面向槽位的编址方式。对每一个机架上的槽位都分配了确定的地址，根据模块所在的槽位就可知道其I/O地址。图8-22为S7-300PLC的多层机架的DI/DO地址分配，从4号槽开始排地址，每个槽位预留出4个字节的地址，无论是输入模块还是输出模块，装在某槽位后其首地址就确定了。例如，如果4号槽装入

27、一块DI16模块，字节的首地址为0，则16位开关量输入地址为I0.0 I1.7；如果5号槽又装入一块DI16模块，字节的首地址为4，则16位开关量输入地址为I4.0 I5.7；如果6号槽装入一块DI16/DO16的混合模块，字节的首地址为8，则16位开关量输入地址为I8.0 I9.7，16位开关量输出地址为Q8.0 Q9.7。图8-22 S7-300PLC的多层机架的DI/DO地址分配可变的编址方式即面向用户的编址方式。所有S7-400CPU和S7-300中带DP端口的CPU允许用户对I/O模块的地址重新分配。双击需要重新分配地址的模块，打开属性设置对话框，在“地址”标签中取消“系统默认”选项

28、，用户可以设置模块的起始地址，没有顺序要求，但是不能与其它模块的地址冲突。如图8-23所示：图8-23 可变地址设置界面硬件组态完成后，点击菜单栏中的图标，对硬件组态信息进行保存并编译，编译结束后，在SIMATIC Manager界面中会显示新组态的CPU，并可以进行用户程序设计，如图8-24所示：图8-24 硬件组态完成后的项目8.3.3 编写用户程序一个PLC站的所有程序块均存储于“S7程序”下的“块”文件中，块文件包含系统数据，逻辑程序块如组织块（OB），功能（FC），功能块（FB），数据库（DB）,变量表（VAT）等。点击“块”图标，在SIMATIC Manager右侧图标空白处点击右

29、键，选择“插入对象”，可逐一添加需要的逻辑程序块。例如添加一个功能（FC），再选择插入一个功能后，系统会弹出FC属性设置对话框，如图8-25所示：图8-25 FC属性设置对话框在属性对话框中可以设置FC的各项属性如编程语言，STEP7有STL，LAD，FBD三种编程语言，其中LAD即为梯形图程序。属性设置完成后点击确定按钮，在块中会生成一个功能FC1。双击FC1，进入程序编辑界面，如图8-26所示：图8-26 程序编辑界面 程序编辑界面有4部分，上方为工具栏，用来存盘，编译，下载，监控等操作，工具栏中还包含LAD编程语言的常用指令。工具栏下方为程序块参数传递的接口区，当子程序（FC，FB）需要

30、带参数调用时，在接口区可以声明输入输出的形参等，如果子程序无形参调用，则可以不定义接口区。界面左侧为编程指令集，在使用LAD或FBD编程时，可以从编程指令集中选择相关的指令。右侧为程序代码区，通过工具栏中的“视图”按钮来选择所需要的编程语言。8.3.4 程序调试1.设置PG/PC接口无论是上传还是下载，或者是监控，诊断，都需要在PC和CPU之间建立通讯连接。PC可以同过MPI，profibus和工业以太网与CPU建立通讯连接，本节以MPI和工业以太网为例，讲述PG/PC设置方法。1）MPI点击SIMATIC Manager界面工具栏中的“选项”，选择“设置PC/PG接口”命令，弹出如图8-27

31、所示对话框：图8-27设置PG/PC接口对话框使用MPI进行通讯时，需要选用PC/MPI编程电缆，在STEP7 V5.4及以下版本中，PC/MPI编程电缆需要单独安装驱动程序，STEP7 V5.5版本则已经将驱动程序集成在软件安装包中。在图8-28中，选择PC Adapter（MPI）协议，点击“属性”按钮，弹出如图8-26所示对话框，在该对话框中设置好端口号及波特率。图8-28 MPI属性设置对话框设置完成后，点击确认按钮，完成MPI设置。利用MPI编程电缆，通过上述设置后，可以和任何型号的S7-300系列CPU建立通讯。2）工业以太网PC通过工业以太网可以和已分配IP地址的CPU建立通讯，

32、在PG/PC接口设置时，选取TCP/IP协议即可，如图8-29所示：图8-29 选取TCP/IP协议需要注意的是，如果CPU本身没有集成以太网口（PN），要实现以太网通讯还需要为系统选配以太网通讯模块CP343-1，而CP343-1出厂时是没有IP地址的，在这种模式下，首次下载PLC程序是不能通过工业以太网实现的，需要用MPI电缆先将已分配好IP地址的硬件组态程序下载至CPU，然后才能通过工业以太网建立通讯。如果CPU自身已经集成有以太网口（PN），则首次下载时可以利用以太网通过MAC地址将IP地址分配到CPU中。具体方法如下：在硬件组态界面工具栏中点击“PLC”项，选取“Ethernet”命

33、令下的“编辑Ethernet节点”，弹出如图8-30所示界面：图8-30编辑Ethernet节点对话框点击该对话框中的“浏览”按钮，弹出MAC地址搜寻对话框，如图8-31所示：图8-31 MAC地址搜寻对话框点击“开始”按钮，系统会将已经与PC建立以太网物理连接的CPU的MAC地址读取出来，然后点击确定按钮，CPU的MAC地址会在图8-28中显示。在IP地址栏中，手动填入期望的IP地址，如192.168.0.1，在默认网关栏中，手动填入网关，如255.255.255.0。此时，原本为灰色的“分配IP组态”按钮会显示为亮色，点击该按钮，系统会将所填的IP地址分配给CPU，之后PC就可以通过工业以

34、太网与CPU建立通讯了。要测试IP地址是否正确分配给CPU，可以在PC操作系统中，点击“开始”按钮，选择“运行”命令，输入命令符cmd，按下回车键后，系统会弹出一个DOS界面，在该界面中输入ping 192.168.0.1，再按回车，就能显示出通讯信息，通过该信息可以判断物理连接是否成功，如图8-32所示：图8-32通讯测试2.下载在SIMATIC Manager完成硬件组态和程序设计后，需要将项目下载至CPU。下载时可以统一打包下载，也可以分块下载。在SIMATIC Manager界面中，先选中所建工程，再点菜单工具栏中的“PLC”，然后选择“编译和下载对象”命令，系统会弹出如图8-33所示

35、界面：图8-33 编译和下载对象对话框在该对话框中，先点击“选择全部”按钮选中要下载的对象，然后再点击“启动”按钮,系统会对整个工程进行编译，并在编译通过后会将程序下载至CPU。在调试过程中，对某部分内容修改后，可以单独将修改内容重新下载而不需要下载所有程序。此时，只要选中相应内容，并在相应部分的工具栏中点击图标，即可将所选部分下载至PLC。3.上传如果需要将CPU中的程序上传到PG，点击SIMATIC Manager界面工具栏中的“PLC”，然后选择将站点上传至PC，即可将程序上传的PG。4.监控在编辑器窗口中，打开已经下载的程序块，点击工具栏中的“眼镜”图标，可以监视程序块的运行情况，对于

36、梯形图编写的程序，通过线性的类型（实线或虚线）和颜色可以判断触点和线圈的通/断状态。如图8-34所示：图8-34 监控界面示意图8.3.5 删除CPU中的程序1.2002年以前的CPU对于2002年以前的CPU可以通过钥匙开关进行复位，删除用户程序块及硬件配置信息。复位步骤如下。1把钥匙开关放在“STOP”位置2把钥匙开关保持在“MRES”位置，直到“STOP”指示灯闪烁两次（慢速）3松开钥匙开关（自动回到“STOP”位置）4再把钥匙开关快速拨回“MRES”位置然后松开（STOP指示灯快速闪烁表示模块正在复位）5把钥匙开关拨到“RUN”或“RUN-P”位置，实现暖启动2.2002年以后的CPU

37、对于2002年以后的CPU，由于用户程序块及硬件配置信息均储存在微存储器卡（MMC）中，复位后MMC的内容会重新写入CPU，所以要删除MMC的内容。删除方法如下。在SIMATIC Manager窗口中选中块文件夹，点击“在线”按钮显示当前CPU中的程序块，如图8-35所示： 图8-35在线显示界面S打头的程序块（如SFC、SFB）是出厂时已经固化在CPU中的标准子程序块，用户是无法删除的。“系统数据”是硬件配置信息。选中用户程序删除。8.4 程序块 用户程序的程序块主要有组织块OB（Organization Block），功能FC（Function），功能块FB（Function Block）

38、，系统功能SFC（System Function），系统功能块SFB（System Function Block），数据块DB（Data Block）六部分组成，他们之间的关系可以由图8-36所示：图8-36 用户程序程序块结构示意图8.4.1 组织块OBOB是操作系统与用户程序之间的接口，只有在OB中编写的指令或调用的程序块才能被CPU的操作系统执行。在不同的情况下操作系统执行不同的OB，例如系统上电后将循环执行OB1。除OB1外，还有其它处理中断或错误的组织块。常用组织块介绍如下：1 启动组织块启动组织块分为暖启动组织块OB100，热启动组织块OB101，冷启动组织块OB102。启动组织块

39、用于处理启动事件，在CPU由STOP启动时，执行一次启动组织块中的内容，在CPU启动完成后，则不再执行启动组织块中的内容。在设计程序时，一般把初始化程序写在启动组织块中。S7-300PLC不能使用热启动组织块OB101和冷启动组织块OB102。2循环组织块OB1OB1是系统的“主程序”，所有的“子程序（FC,SFC,FB,SFB等）”必须由OB1调用才能执行。CPU启动完成后，CPU循环执行OB1，OB1的默认扫描时间为150MS。3循环中断组织块OB30OB38循环中断组织块按设定的时间间隔循环执行，间隔时间在CPU属性中可以设置，每个OB默认的时间间隔不同。以OB35为例，其时间间隔为10

40、0MS，创建0B35之后，CPU会每隔100MS执行一次OB35里面的内容。由于OB1的扫描时间受程序长短的影响，不能处理需要固定扫描周期的用户程序，一般会把这类用户程序放入循环组织块中执行。例如，PID函数需要循环中断调用以处理积分时间的计算。4异步故障中断组织块OB80OB87异步故障组织块用来处理异步故障。如OB86在S7-300系列PLC中用来处理远程站点的故障事件，当故障出现后，CPU自动调用OB86报错，如果程序中没有创建OB86，CPU进入停止模式。例如在一个PROFIBUS DP网络中，当某个从站出现通讯故障切程序中没有创建OB86，CPU BF指示灯会亮，指示故障，同时进入停

41、止状态，进而影响整个系统的运行。如果程序中已经创建OB86，那么CPU BF指示灯会亮，指示故障，但仍然处于运行状态。其他组织块的详细说明及用法可以参看西门子编程手册或者在SIMATIC Manager帮助文件中进行查询。8.4.2功能FC和系统功能SFCFC是由用户自己编写的子程序块或带形参的函数，可以被其它程序块（OB、FC和FB）调用。FC有两个作用，作为子程序使用时，可以将整个程序进行结构划分，将相互独立的控制设备分成不同的FC编写，可以提高程序的可读性，便于程序的调试和修改。作为函数使用时，可以对相似的设备统一编程，通过形参进行数据传递，通过多次调用时对形参赋予不同的值实现多个类似设

42、备的控制。功能只有经过主程序OB1调用才能执行。功能和功能之间可以相互嵌套，但嵌套层数不能超过八层。系统功能SFC是固化在CPU中的程序，相当于一个个有特定作用的FC，例如模拟量处理子程序SFC105/SFC106，系统时钟子程序SFC0/SFC1等，具体系统功能的分类，作用及用法可以参看西门子编程手册或者在SIMATIC Manager帮助文件中进行查询。8.4.3功能块FB和系统功能块SFBFB是由用户自己编写的子程序块或带形参的函数，可以被其它程序块（OB、FC和FB）调用。与FC不同的是FB拥有自己的数据存储区（称为背景数据块）。系统功能块SFB是已经固化在CPU中的预先编好的带形参的

43、函数，但并不包含背景数据块DB，在调用时需要生成相应的背景数据块。8.4.4数据块（DB）数据块（DB）用于存储用户数据及中间变量，在默认状态下，数据块中的数值都是掉电保持的。S7-300系列PLC的CPU可以扩展多个数据块，每个数据块的最大数据空间为32KB。数据块按照使用功能，可以划分为共享数据块和背景数据块及UDT三类。数据块中的数据类型分为基本数据类型和复杂数据类型两类。基本数据类型包括位数据类型 (BOOL, BYTE, WORD, DWORD, CHAR，数学数据类型 (INT, DINT, REAL)和定时器类型 (S5TIME, TIME, DATE, TIME_OF_DAY)

44、。复杂数据类型包括时间 (DATE_AND_TIME)，矩阵 (ARRAY)，结构 (STRUCT)和字符串 (STRING)。1 共享数据块共享数据块可以作为所有程序的使用的全局变量，项目中的任何程序都可以访问共享数据块中的内容。一个程序可以创建多个共享数据块，每个数据块的最大数据空间为32KB。共享数据块必须实现定义才能被程序使用。在SIMATIC Manager窗口中鼠标选中“块”，在“插入”下拉菜单中点击“S7块”，选择“数据块”，在弹出的对话框中输入数据块的代码和类型。如图8-37所示：图8-37 插入一个数据块双击需要编辑的数据块，打开数据块编辑窗口，如图8-38所示。定义每个单元

45、存放的数据名称、类型及初值等。名称只能用字符或数字，不能用汉字。初值不写默认为0。数据块类型有基本数据类型和复杂数据类型，可以用鼠标右键直接选择。图8-38 数据块编辑窗口定义好的数据块一定要下载到CPU才能被程序调用，通过监视功能可以在线监视数据块中数值的变化。其使用界面如图8-39所示：下载监视存盘图8-39 数据块的下载与监视2.背景数据块创建背景数据块时，必须指定所属的FB，而且FB必须已经存在。与共享数据块相比，背景数据块只能存储与FB接口的数据区相关的数据。背景数据块中的数据是自动生成的，不能插入自定义的数据。在SIMATIC Manager窗口中鼠标选中“块”，在“插入”下拉菜单

46、中点击“S7块”，选择“数据块”，在弹出的对话框中输入数据块的代码和类型。如图8-40所示：图8-40 插入一个背景数据块3数据块的寻址方式共享数据块与背景数据块都是全局变量，他们的寻址方式相同。通过完全表示方法访问数据块，可以用四种形式：位访问DB1.DBX0.0字节访问DB1.DBB1字访问DB1.DBW2双字访问DB1.DBD4在上述表达式中，小数点前面的DB1表示具体的数据块号。小数点后面的DBX表示按位寻址，DBB表示按字节寻址，DBW表示按字寻址，DBD表示按双字寻址。表达式最后面的数据表示实际地址。在使用数据块时，同一个数据块的数据地址不能重叠，并且，在按字寻址或按双字寻址时，地

47、址建议从偶数开始，如DB1.DBW2，DB1.DBD4,而不是从奇数开始如DB1.DBW3，DB1.DBD5。8.5 程序设计基础8.5.1 内部资源1输入继电器输入继电器是PLC采集外部开关量信号的唯一通道。在PLC每个扫描周期的开始，CPU扫描输入点的状态，并将这些状态存入输入映像寄存器中。S7-300PLC的输入映像寄存器的助记符是I，可以按位，按字节，按字，按双字寻址。其格式为：按位寻址： I（字节地址）（位地址） 如：I0.1，I10.2按字节，字，双字寻址： I（长度）（起始字节地址） 如：IB2，IW4，ID6 输入继电器是只读型继电器，有常开触点和常闭触点两种类型。其状态只能由

48、外部硬件线路通断状态决定，当外部线路闭合时，常开触点导通，常闭触点断开。当外部线路断开时，常开触点断开，常闭触点导通。2输出继电器输出继电器是PLC控制外部开关量负载的唯一通道，在PLC每个扫描周期的结束时，CPU将输出继电器的状态赋值给输出映像存储区，进而控制PLC实际物理输出点的通断，再由实际物理输出点来控制外部负载的状态。S7-300PLC的输出映像寄存器的助记符是Q，可以按位，按字节，按字，按双字寻址。其格式为：按位寻址： Q（字节地址）（位地址） 如：Q0.1，Q10.2按字节，字，双字寻址： Q（长度）（起始字节地址） 如：QB2，QW4，QD6 输出继电器在程序中的表现形式有线圈

49、，常开触点和常闭触点三种类型。线圈的通断状态由程序逻辑决定，当线圈得电时，其常开触点导通，常闭触点断开；反之，常开触点断开，常闭触点导通。使用输出继电器时，线圈只能用一次，即要注意双线圈输出问题。其辅助触点可以使用多次。3辅助继电器辅助继电器是PLC中用来存取中间控制状态的元件，作用与输出继电器类似，同样有线圈和常开、常闭触点。与输出继电器的不同之处是，辅助继电器是PLC内部的软元件，只能用作程序中间控制状态和逻辑运算，而不能驱动外部负载。S7-300PLC辅助继电器的助记符是M，可以按位，按字节，按字，按双字寻址。其格式为：按位寻址： M（字节地址）（位地址） 如：M0.1，M10.2按字节

50、，字，双字寻址： M（长度）（起始字节地址） 如：MB2，MW4，MD64.定时器S7-300PLC定时器内部是一个16位的计数器，以BCD码的格式存放定时时间值，时间常为0 999，最高4位定义时间基准，分别为0.01s、0.1s、1s和10s。如图8-41所示。××00011011时间常数：0 999 0.01s à0.1s à1s à10s à输出映象寄存器图8-41 定时器数据格式定时器时间范围：1s 9990s（2h46m30s）。定时时间值输入格式：S5T#1h30m，S5T#15m20s100ms等。S7-300PLC中

51、有五种不同类型的定时器。1）接通延时定时器ODT 接通延时定时器应用如图8-42所示：图8-42 接通延时定时器应用示例S定时器启动端。上升沿触发定时器开始计时，延时时间到，Q端（同T3）输出“1”信号（即启动后延时一段时间设备才开始工作）。TV定时时间值输入端。R定时器复位端。上升沿使定时器的时间值清零。BI剩余时间常数值输出端。以二进制格式表示的剩余时间常数值，不带时基信息。BCD剩余时间常数值输出端。以BCD码格式表示的剩余时间常数值，带有时基信息。Q定时器状态输出端。定时时间到输出“1”信号。S处的RLO R处的RLO 定时器操作输入映象寄存器Q注意：接通延时定时器在工作时必须要求启动

52、端S保持“1”信号，否则定时器将停止工作。其时序图如图8-43所示。图8-43 接通延时定时器时序图2）带保持的接通延时定时器ODTS带保持的接通延时定时器应用如图8-44所示：图8-44 带保持的接通延时定时器应用示例带保持的接通延时定时器与接通延时定时器的不同点在于启动定时器以后，不需要S端维持“1”信号定时器也能正常工作，但是定时器的复位只能通过R端的“1”信号。其时序图如图8-45所示。图8-45带保持的接通延时定时器时序图3）关断延时定时器OFFDT带保持的接通延时定时器应用如图8-46所示：图8-46关断延时定时器应用示例 关断延时定时器的工作特点是启动端S的上升沿使Q端输出“1”

53、信号（即设备立即开始工作），启动端S的下降沿出发定时器计时，延时时间到Q端输出“0”信号（即启动端关断后设备延时一段时间才停止工作）。其时序图如图8-47所示。图8-47S处的RLO R处的RLO 定时器操作PLC输入模块Q 关断延时定时器时序图4）脉冲定时器PULSE脉冲定时器应用如图8-48所示：图8-48 脉冲定时器应用用户可以利用脉冲定时器设置一段定长的时间。例如，要求某台设备加热30s。脉冲宽度由定时器的时间值确定。注意：脉冲定时器在工作时必须要求启动端S保持“1”信号，否则定时器将停止工作，Q端输出“0”信号，不能满足要求的工作时间。其时序图如图8-49所示。图8-49脉冲定时器时

54、序图5）扩展脉冲定时器PEXT扩展脉冲定时器应用如图8-50所示：图8-50 扩展脉冲定时器应用扩展脉冲定时器与脉冲定时器的不同点在于启动定时器以后，不需要S端维持“1”信号定时器也能正常工作，保证Q端输出定宽的“1”信号。其时序图如图8-51所示。图8-51 扩展脉冲定时器时序图5计数器S7-300PLC在CPU中保留一块存储区作为计数器计数值存储区，每个计数器占用两个字节，称为计数器字。计数器字中的第0至11位表示计数值（二进制格式），计数范围是0到999。当计数值达到上限999时，累加停止。计数值到达下限0时，将不再减小。其数值位状态如图8-52所示：图8-52 计数器状态图S7-300

55、PLC中的计数器分为S_CU加计数器， S_CD减计数器和S_CUD加减计数器三种。计数器的梯形图方块指令如图8-53所示：图8-53 计数器的梯形图方块指令 其管脚功能如表8.1所示：表8.1 计数器管脚功能管脚数据类型存储区说明N0.COUNTER计数器标识号CUBOOLI,Q,M,D,L加计数输入CDBOOLI,Q,M,D,L减计数输入SBOOLI,Q,M,D,L计数器预置输入PVWORDI,Q,M,D,L计数初始值(0至999)RBOOLI,Q,M,D,L复位计数器输入QBOOLI,Q,M,D,L计数器状态输出CVWORDI,Q,M,D,L当前计数值输出(整数格式)CV_BCDWORD

56、I,Q,M,D,L当前计数值输出(BCD格式)1） 加计数器指令应用加计数器的指令应用示例如图8-54所示：图8-54 加计数器指令应用示例如果I0.2从"0"改变为"1"，则计数器预置为MW10的值。如果I0.0的信号状态从"0"改变为"1"，则计数器C10的值将增加1 - 当C10的值等于"999"时除外。如果C10不等于零，则Q4.0为"1"。2） 减计数器指令应用减计数器的指令应用示例如图8-55所示：图8-55减计数器的指令应用示例图如果I0.2从"0"改变为"1"，则计数器预置为MW10的值。如果I0.0的信号状态从"0"改变为"1"，则计数器C10的值将减1 - 当C10的值等于"0&quo