西门子S7300及400PLC控制系统Word文档格式.docx
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（1）．模块诊断功能
可以诊断出以下故障：
失压，熔断器熔断，看门狗故障，EPROM、RAM故障。
模拟量模块共模故障、组态/参数错误、断线、上下溢出。
（2）．过程中断
数字量输入信号上升沿、下降沿中断，模拟量输入超限，CPU暂停当前程序，处理OB40。
[1]状态与故障显示LED
SF（系统出错/故障显示，红色）：
CPU硬件故障或软件错误时亮。
BATF（电池故障，红色）：
电池电压低或没有电池时亮。
DC5V（＋5V电源指示，绿色）：
5V电源正常时亮。
FRCE（强制，黄色）：
至少有一个I/O被强制时亮。
RUN（运行方式，绿色）：
CPU处于RUN状态时亮；
重新启动时以2Hz的频率闪亮；
HOLD（单步、断点）状态时以0.5Hz的频率闪亮。
STOP（停止方式，黄色）：
CPU处于STOP，HOLD状态或重新启动时常亮。
BUSF（总线错误，红色）。
图2-4CPU318-2的面板
[2]模式选择开关
（a）RUN-P（运行-编程）位置：
运行时还可以读出和修改用户程序，改变运行方式。
（b）RUN（运行）位置：
CPU执行、读出用户程序，但是不能修改用户程序。
（c）STOP（停止）位置：
不执行用户程序，可以读出和修改用户程序。
（d）MRES（清除存储器）：
不能保持。
将钥匙开关从STOP状态搬到MRES位置，可复位存储器，使CPU回到初始状态。
复位存储器操作：
通电后从STOP位置扳到MRES位置，“STOP”LED熄灭1s，亮1s，再熄灭1s后保持亮。
放开开关，使它回到STOP位置，然后又回到MRES，“STOP”LED以2Hz的频率至少闪动3s，表示正在执行复位，最后“STOP”LED一直亮。
某些CPU模块上有集成I/O。
PLC使用的物理存储器：
RAM，ROM，快闪存储器（FlashEPROM）和EEPROM。
2、S7-300的输入/输出模块
输入/输出模块统称为信号模块（SM）。
前连接器插在前盖后面的凹槽内。
一个编码元件与之啮合，该连接器只能插入同类模块。
两线式接近开关的漏电流小于输入模块允许的静态电流，汇点输入的电流流进输入模块，反之为源输入电路。
SM323是S7-300的数字量输入输出模块，8DI/8DO，16DI/16DO。
表2-11SM331模拟量输入模块的模拟值
范围
双极性
百分比
十进制
十六进制
±
5V
10V
20mA
上溢出
118.515%
32767
7FFFH
5.926V
11.851V
23.70mA
超出范围
117.589%
32511
7EFFH
5.879V
11.759V
23.52mA
正常范围
100.000%
27648
6C00H
0%
0H
0V
0V
0mA
-100.000%
-27648
9400H
-5V
-10V
-20mA
低于范围
-117.593%
-32512
8100H
-5.879V
-11.759V
-23.52mA
下溢出
-118.519%
-32768
8000H
-5.926V
-11.851V
-23.70mA
单极性
0~10V
0~20mA
4~20mA
11.852V
22.96mA
11.759V
22.81mA
0mA
4mA
-17.593%
-4864
ED00H
-3.52mA
1.185mA
模拟值的精度小于15位，则模拟值左移，左对齐。
【例】压力变送器的量程为0～10MPa，输出信号为4～20mA，模拟量输入模块的量程为4～20mA，转换后的数字量为0～27648，设转换后得到的数字为N，试求以kPa为单位的压力值。
解：
0～10MPa（0～10000kPa）对应于转换后的数字0～27648，转换公式为
P=10000N/27648（kPa）
注意在运算时一定要先乘后除，否则可能会损失原始数据的精度。
图2-11量程卡
3、电源模块
PS307电源模块将120/230伏交流电压转换为24V直流电压，为S7-300/400、传感器和执行器供电。
输出电流有2A、5A或10A3种。
电源模块安装在DIN导轨上的插槽1。
图2-13S7-300的浮动参考电位
某些大型工厂（例如化工厂和发电厂）为了监视对地的短路电流，可能采用浮动参考电位，可以将M点与接地点之间的短接片去掉。
二、S7-400系列PLC的硬件组成
1系统结构
模块的尺寸为25（宽）×
290（高）×
210（深）mm。
图2-14S7—400PLC
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1.5m（带5V电源）或3m（不带5V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100m（S7EU）或600m（S5EU）。
用ET200分布式I/O可以进行远程扩展，用于分布范围很广的系统。
通过CPU中的PROFIBUS-DP接口，最多连接125个总线节点。
使用光缆时CC和最后一个节点的距离为23km。
2、S7-400的特点
（1）运行速度高，S7416执行一条二进制指令只要0.08s。
（2）存储器容量大，例如CPU417-4的RAM可以扩展到16MB，装载存储器（FEPROM或RAM）可以扩展到64MB。
（3）I/O扩展功能强，可以扩展21个机架，S7417-4最多可以扩展262144个数字量I/O点和16384个模拟量I/O。
（4）有极强的通信能力，集成的MPI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，用来建立高速的分布式系统,通信速率最高12Mbit/s。
（7）集成的HMI服务，只需要为HMI服务定义源和目的地址，自动传送信息。
3、机架与接口模块
（1）通用机架UR1/UR2
（2）中央机架，CR2是18槽,一个电源模块和两个CPU模块。
CR3是4槽的中央机架，有I/O总线和通信总线。
图2-16机架与总线
（3）扩展机架ER1/ER2
ER1和ER2是扩展机架，分别有18槽和9槽，只有I/O总线。
（4）UR2-H机架
UR2-H机架用于在一个机架上配置一个完整的S7-400H冗余系统，每个均有自己的I/O。
两个电源模块和两个冗余CPU模块。
4、S7-400的通信功能
MPI、PROFIBUS-DP、工业以太网或AS-i现场总线，周期性自动交换I/O模块的数据。
或基于事件驱动，由用户程序块调用。
5、冗余设计的容错自动化系统S7-400H
S7SoftwareRedundancy（软件冗余性）可选软件在S7-300和S7-400标准系统上运行。
生产过程出现故障时，在几秒内切换到替代系统。
S7-400H主要器件都是双重的：
CPU、电源模块以及连接两个CPU的硬件……
使用分为两个区（每个区9个槽）的机架UR2H，或两个独立的UR1/UR2。
CPU414-4H或CPU417-4H，一块PS407电源模块。
同步子模块用于连接两个CPU，由光缆互连。
每个CC上有S7I/O模块，也可以有扩展机架或ET200M分布式I/O。
中央功能总是冗余配置的，I/O模块可以是常规配置、切换型配置或冗余配置。
可以采用冗余供电的方式。
S7-400H可以使用系统总线或点对点通信，支持PROFIBUS或工业以太网的容错通信。
6、S7-400H冗余控制PLC的工作原理
S7-400H采用“热备用”模式的主动冗余原理，在发生故障时，无扰动地自动切换。
两个控制器使用相同的用户程序，接收相同的数据，两个控制器同步地更新内容，任意
一个子系统有故障时，另一个承担全部控制任务。
（1）、安全型自动化系统S7-400F/FH
[1]S7-400F：
安全型自动化系统，出现故障时转为安全状态，并执行中断。
[2]S7-400FH：
安全及容错自动化系统，如果系统出现故障，生产过程能继续执行。
S7-400F/FH使用标准模块和安全型模块，整个工厂用相同的标准工具软件来配置和编程。
PRFISafePROFIBUS规范允许安全型功能的数据和标准报文帧一起传送。
（2）、多CPU处理
S7-400中央机架上最多4个具有多CPU处理能力的CPU同时运行。
这些CPU自动地、同步地变换其运行模式。
适用场合：
程序太长，存储空间不够，系统可以分。
通过通信总线，CPU彼此互连。
（3）、输入/输出模块
S7-400的信号模块地址是在STEP7中自动生成的。
用户可以修改。
S7-400的模拟量模块起始地址从512开始，同类模块的地址按顺序连续排列。
第三节S7-300/400的编程语言与指令系统
一、S7-300/400的编程语言
1.1PLC编程语言的国际标准
IEC61131是PLC的国际标准，1992～1995年发布了IEC61131标准中的1～4部分，我国在1995年11月发布了GB/T15969-1/2/3/4（等同于IEC61131-1/2/3/4）。
IEC61131-3广泛地应用PLC、DCS和工控机、“软件PLC”、数控系统、RTU等产品。
定义了5种编程语言
1）指令表IL（Instructionlist）：
西门子称为语句表STL。
2）结构文本ST（Structuredtext）：
西门子称为结构化控制语言（SCL）。
3）梯形图LD（Ladderdiagram）：
西门子简称为LAD。
4）功能块图FBD（Functionblockdiagram）：
标准中称为功能方框图语言。
5）顺序功能图SFC（Sequentialfunctionchart）：
对应于西门子的S7Graph。
图3—1PLC的编程语言
1.2STEP7中的编程语言
梯形图、语句表和功能块图是3种基本编程语言，可以相互转换。
1）．顺序功能图（SFC）：
STEP7中的S7Graph
2）．梯形图（LAD）
直观易懂，适合于数字量逻辑控制。
“能流”（Powerflow）与程序执行的方向。
3）.语句表（STL）：
功能比梯形图或功能块图强。
4）．功能块图（FBD）：
“LOGO！
”系列微型PLC使用功能块图编程。
5）．结构文本（ST）：
STEP7的S7SCL（结构化控制语言）符合EN61131-3标准。
SCL适合于复杂的公式计算、复杂的计算任务和最优化算法，或管理大量的数据等。
6）．S7HiGraph编程语言
图形编程语言S7HiGraph属于可选软件包，它用状态图（stategraphs）来描述异步、非顺序过程的编程语言。
7）．S7CFC编程语言
可选软件包CFC（ContinuousFunctionChart，连续功能图）用图形方式连接程序库中以块的形式提供的各种功能。
8）．编程语言的相互转换与选用
在STEP7编程软件中，如果程序块没有错误，并且被正确地划分为网络，在梯形图、功能块图和语句表之间可以转换。
如果部分网络不能转换，则用语句表表示。
语句表可供喜欢用汇编语言编程的用户使用。
语句表的输入快，可以在每条语句后面加
上注释。
设计高级应用程序时建议使用语句表。
梯形图适合于熟悉继电器电路的人员使用。
设计复杂的触点电路时最好用梯形图。
功能块图适合于熟悉数字电路的人使用。
S7SCL编程语言适合于熟悉高级编程语言（例如PASCAL或C语言）的人使用。
S7Graph，HiGraph和CFC可供有技术背景，但是没有PLC编程经验的用户使用。
S7Graph对顺序控制过程的编程非常方便，HiGraph适合于异步非顺序过程的编程，CFC适合于连续过程控制的编程。
二、S7-300/400CPU的存储区
2.1数制
1）．二进制数
二进制数的1位（bit）只能取0和1这两个不同的值，用来表示开关量的两种不同的状态。
该位的值与线圈、触点的关系。
ON/OFF，TURE/FALSE。
二进制常数：
2#1111_0110_1001_0001。
2）．十六进制数
十六进制的16个数字是0～9和A～F,每个占二进制数的4位。
B#16#，W#16#，DW#16#，W#16#13AF（13AFH）。
逢16进1，例如B#16#3C＝3×
16＋12＝60。
3）．BCD码
BCD码用4位二进制数表示一位十进制数，十进制数9对应的二进制数为1001。
最高4位用来表示符号，16/32位BCD码的范围。
BCD码实际上是十六进制数，但是各位之间逢十进一。
296对应的BCD码为W#16#296，或2#0000001010010110。
2#0000000100101000对应的十进制数也是296，对应的十进制数为
。
2.2基本数据类型
图3-5位数据的存放
1）．位（bit）：
位数据的数据类型为BOOL（布尔）型。
I3.2的意义。
2）．字节（Byte）
3）．字（Word）表示无符号数。
取值范围为W#16#0000～W#16#FFFF。
4）．双字（DoubleWord）表示无符号数。
范围DW#16#0000_0000～DW#16#FFFF_FFFF。
5）．16位整数（INT，Integer）是有符号数，补码。
最高位为符号位，为0时为正数，取值范围为32768～32767。
6）．32位整数（DINT，DoubleInteger）最高位为符号位，取值范围为
2147483648～2147483647。
图3-6字节、字和双字
7）．32位浮点数
浮点数又称实数（REAL），表示为1.m
，例如123.4可表示为1.234
根据ANSI/IEEE标准
浮点数＝1.m
式中指数e=E+127（1≤e≤254），为8位正整数。
ANSI/IEEE标准浮点数占用一个双字（32位）。
因为规定尾数的整数部分总是为1，只保留尾数的小数部分m（0～22位）。
浮点数的表示范围为±
1.175495
～±
3.4028231038。
图3-7浮点数的结构
用很小的存储空间（4个字节）可以表示非常大和非常小的数。
PLC输入和输出的数值大多是整数，浮点数的运算速度比整数运算的慢。
L#为32位双整数常数，例如L#+5。
P#为地址指针常数，例如P#M2.0是M2.0的地址。
S5T#是16位S5时间常数，格式为S5T#aD_bH_cM_dS_eMS。
S5T#4S30MS=4s30ms，取值范围为S5T#0～S5T#2H_46M_30S_0MS（9990s），时间增量为10ms。
C#为计数器常数（BCD码），例如C#250。
8位ASCII字符用单引号表示，例如‘ABC’。
T#为带符号的32位IEC时间常数，例如T#1D_12H_30M_0S_250MS，时间增量为1ms。
DATE是IEC日期常数，例如D#2004-1-15。
取值范围为D#1990-1-1～D#2168-12-31。
TOD#是32位实时时间（Timeofday）常数，时间增量为1ms，例如TOD#23:
50:
45.300。
B（b1，b2）B（b1，b2，b3，b4）用来表示2个字节或4个字节常数。
2.3复合数据类型与参数类型
1）．复合数据类型
通过组合基本数据类型和复合数据类型可以生成下面的数据类型：
（1）数组（ARRAY）将一组同一类型的数据组合在一起，形成一个单元。
（2）结构（STRUCT）将一组不同类型的数据组合在一起，形成一个单元。
（3）字符串（STRING）是最多有254个字符（CHAR）的一维数组。
（4）日期和时间（DATE_AND_TIME）用于存储年、月、日、时、分、秒、毫秒和星期，占用8个字节，用BCD格式保存。
星期天的代码为1，星期一～星期六的代码为2～7。
例如DT#2004-07-15-1230:
15.200为2004年7月15日12时30分15.2秒。
（5）用户定义的数据类型UDT（user-defineddatatypes）。
在数据块DB和逻辑块的变量声明表中定义复合数据类型。
2）．参数类型
为在逻辑块之间传递参数的形参（formalparameter，形式参数）定义的数据类型：
（1）TIMER（定时器）和COUNTER（计数器）：
对应的实参（actualparameter，实际参数）应为定时器或计数器的编号，例如T3，C21。
（2）BLOCK（块）：
指定一个块用作输入和输出，实参应为同类型的块。
（3）POINTER（指针）：
指针用地址作为实参。
例如P#M50.0。
（3）ANY：
用于实参的数据类型未知或实参可以使用任意数据类型的情况，占10个字节。
2.4系统存储器
1）．过程映像输入/输出（I/Q）
在扫描循环开始时，CPU读取数字量输入模块的输入信号的状态，并将它们存入过程映像输入（processimageinput，PII）中。
在扫描循环中，用户程序计算输出值，并将它们存入过程映像输出表（processimageoutput，PIQ）。
在循环扫描结束时将过程映像输出表的内容写入数字量输出模块。
I和Q均以按位、字节、字和双字来存取，例如I0.0,IB0,IW0和ID0。
与直接访问I/O模块相比的优缺点。
2）．内部存储器标志位（M）存储器区
3）．定时器（T）存储器区
时间值可以用二进制或BCD码方式读取。
4）．计数器（C）存储器区
计数值（0～999）可以用二进制或BCD码方式读取。
5）．共享数据块（DB）与背景数据块（DI）
DB为共享数据块，DBX2.3，DBB5，DBW10和DBD12。
DI为背景数据块，DIX,DIB，DIW和DID。
6）．外设I/O区（PI/PO）
外设输入（PI）和外设输出（PQ）区允许直接访问本地的和分布式的输入模块和输出模块。
可以按字节（PIB或PQB）、字（PIW或PQW）或双字（PID或PQD）存取，不能以位为单位存取PI和PO。
2.5CPU中的寄存器
1）．累加器（ACCUx）
累加器用于处理字节、字或双字的寄存器。
S7-300有两个32位累加器（ACCU1和ACCU2），S7-400有4个累加器（ACCU1～ACCU4）。
数据放在累加器的低端（右对齐）。
2）．状态字寄存器（16位）
首次检测位/FC,逻辑运算结果（RLO）；
状态位STA不能用指令检测；
OR位暂存逻辑“与”的操作结果（先与后或）；
算术运算或比较指令执行时出现错误，溢出位OV被置1。
OV位被置1时溢出状态保持位OS位也被置1，OV位被清0时OS仍保持为1，用于指明前面的指令执行过程中是否产生过错误。
条件码1（CC1）和条件码0（CCO）综合起来用于表示在累加器1中产生的算术运算或逻辑运算的结果与0的大小关系、比较指令的执行结果或移位指令的移出位状态。
二进制结果位（BR）在一段既有位操作又有字操作的程序中，用于表示字操作结果是否正确。
在梯形图的方框指令中，BR位与ENO有对应关系，用于表明方框指令是否被正确执行：
如果执行出现了错误，BR位为0，ENO也为0；
如果功能被正确执行，BR位为1，ENO也为1。
图3-8状态字的结构
图3-9传送指令
3）．数据块寄存器：
DB和DI寄存器分别用来保存打开的共享数据块和背景数据块的编号。
三、位逻辑指令
位逻辑指令用于二进制数的逻辑运算。
位逻辑运算的结果简称为RLO。
3.1触点指令
1）触点与线圈
A（And，与）指令来表示串联的常开触点。
O（Or，或）指令来表示并联的常开触点。
AN（AndNot，与非）来表示串联的常闭触点，
ON
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