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7.3 SIMATIC S7-300 PLC 及指令系统

7.3 SIMATIC S7-300 PLC 及指令系统. 7.3.1 系统组成 7.3.2 系统配置 7.3.3 指令系统简介 7.3.4 程序结构 7.3.5 S7 PLC 的网络通信. 电源模块. CPU 模块. 通信模块. I/O 模块. DIN 导轨. 模块. 总线连接器. DIN 导轨. 7.3.1 S7-300 PLC 的系统组成. S7-300 PLC 的硬件构成 ： CPU 模块 接口模块（ IM ） I/O 模块（ SM ） 功能模块（ FM ）

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7.3 SIMATIC S7-300 PLC 及指令系统

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  1. 7.3 SIMATIC S7-300 PLC及指令系统 7.3.1系统组成 7.3.2系统配置 7.3.3指令系统简介 7.3.4程序结构 7.3.5 S7 PLC的网络通信

  2. 电源模块 CPU模块 通信模块 I/O模块 DIN导轨 模块 总线连接器 DIN导轨 7.3.1 S7-300 PLC的系统组成 S7-300 PLC的硬件构成 ： CPU模块 接口模块（IM） I/O模块（SM） 功能模块（FM） 电源模块（PS） 导轨（RACK）等

  3. 7.3.1.1 CPU单元 SIMATIC S7-300有多种性能级别的CPU： ⒈ 各种CPU均封装在一个紧凑的塑料壳体内 ⒉ CPU上集成有MPI多点接口， MPI接口可以使PLC与其它PLC站点、操作站（OS）、编程器（PG）、操作员面板（OP）等建立通信联系，用MPI接口可以建立由多个站点组成的简单网络。 ⒊ CPU31x –2还集成了PROFIBUS-DP接口，适用于大范围分布式自动化结构。 ⒋ PLC的执行速率、存储器容量、可扩展的I/O点数等一般都随着CPU序号的递增而增加。

  4. CPU单元—1

  5. 7.3.1.2 模拟量输入模块 （SM331） 模拟量值的表示方法 SM331的输入测量范围很宽，可直接输入电压、电流、电阻、mV等信号 单极性电压、电流输入的数字化表示：

  6. 4～20mA 1～5VDC 0～10mA 0～20mA …… AI模块 转换程序 工程量，如： 0～200kPa 数字量 0～27648 模拟量值的表示方法 L PIW 400 //从端口地址400读入十进制转换结果 T # Dec_in //存入临时变量Dec_in CALL "SCALE" //直接调用系统提供的转换函数，以下是输入输出参数 IN : =# Dec_in //入口参数：十进制转换结果 HI_LIM : =2.000000e+002 //入口参数：工程量上限200，单位kPa LO_LIM : =0.000000e+000 //入口参数：工程量下限0 BIPOLAR: =FALSE //入口参数：TRUE为双极性，FALSE为单极性 RET_VAL: =#ret //出口参数：返回值 OUT : =#In_result //出口参数：工程量转换结果 OUT=[(IN-K1)/(K2-K1)*(HI_LIM-LO_HIM)]+LO_LIM 上式中当BIPOLAR=TRUE时，K1= -27648，K=27648； BIPOLAR=FALSE时，K1=0，K=27648。

  7. SM331模拟量输入模块的设置 硬件上的设置 软件上的设置

  8. SM331模块的硬件设置 目前有2种规格型号：8通道×12位SM331模块、2通道×12位SM331模块。 ※模拟量模块装有量程块，调整量程块的方位可改变模块内部的硬件结构 ※ SM331每两个相邻输入通道共用一个量程块，构成一个通道组。 ※量程块是一个正方体的短接块，在上方有“A”，“B”，“C”，“D”四个标记 ※不同的量程块位置，适用于不同的测量方法和测量范围。

  9. SM331模块的硬件设置 SM331量程块设置对应关系 ：

  10. 诊断中断允许 限幅中断允许 通道组 通道组诊断 断线检查 信号类型 信号范围 积分时间设置 上下限设置 SM331模块的软件设置

  11. 二线制电流 四线制电流 SM331模块的信号连接 输入信号类型： 电压信号 电流信号 毫伏信号 电阻信号

  12. 电压信号连接 L＋ M 光隔 M+ M－ 背板总线 ADC M+ M－ MANA

  13. L＋ M 光隔 M+ L＋ 背板总线 2线制变送器 M－ M M L＋ M+ ADC 光隔 2线制变送器 M－ M+ 背板 总线 4线制变送器 M－ M+ ADC MANA 4线制变送器 M－ M L＋ MANA 图7-23 二线制电流信号输入的连接 图7-22 四线制电流信号输入的连接 电流信号连接 区别？？

  14. 热电偶 冷端温度补偿 L＋ L＋ 参考点 M M 光隔 光隔 M+ M+ 背板 总线 背板总线 M－ M－ ADC ADC M+ M+ M－ M－ L＋ M COMP+ COMP－／MANA COMP+ COMP－／MANA 补偿盒 补偿导线 补偿导线 图7-24 外部补偿热电偶信号输入的连接接 图7-25内部补偿热电偶信号输入的连接 毫伏信号连接 一般什么仪表输出mV信号？ 该仪表在使用时需要注意什么？

  15. 热电阻 如何克服引线电阻 L＋ M 光隔 M+ 背板 总线 M－ Iref ADC IC+ Rt IC－ + － Vi MANA 图7-26电阻信号输入的连接 电阻信号连接 一般什么仪表输出Ω信号？ 该仪表在使用时需要注意什么？

  16. 7.3.1.3 模拟量输出模块 （SM332） 模拟量值的表示方法 SM332模块可以输出电压和电流两种类型的信号，从表7.7中可以看出，一个模拟量信号的输出，需要把浮点数转换成0～27648或者－27648～27648范围的十进制结果，然后再根据端口地址把十进制结果送到输出缓冲区。

  17. 转换程序 AO模块 4～20mA 0～10VDC 0～20mA …… 阀位 如：0～100％ 单：0～27648 双：－27648～27648 模拟量值的表示方法 CALL "UNSCALE" //直接调用系统提供的转换函数，以下是输入输出参数 IN :=#Out_val //入口参数：阀位值0～100％浮点数 HI_LIM :=1.000000e+002 //入口参数：阀位上限100 LO_LIM :=0.000000e+000 //入口参数：阀位下限0 BIPOLAR:=FALSE //入口参数：TRUE为双极性输出，FALSE为单极性输出 RET_VAL:=#ret //出口参数：返回值 OUT :=#Out_result //出口参数：十进制转换结果存入临时变量 L #Out_result T PQW 416 //十进制转换结果输出到过程输出缓冲区 OUT=[(IN-LI_MIL)/(HI_LIM-LO_MIL)*(K2-K1)]+K1 其中，当BIPOLAR=TRUE时，K1= -27648、K=27648 BIPOLAR=FALSE时，K1=0、K=27648

  18. 诊断中断允许 通道诊断 信号类型I、V 信号范围 0~20mA 4～20mA CPU停止时输出保持 电压输出范围 CPU停止时输出为0 SM332模块的软件设置 SM332有2×12位、4×12位二种AO模块，其特性、参数、工作原理等完全相同。

  19. SM332模块的信号连接 输出信号类型： 电压信号 电流信号

  20. 信号输出的连接示意图 电流 电压 光耦隔离 QI0 QV0 S0＋ DAC S0－ MANA MANA

  21. 电流信号的输出 光隔 DAC I0 负载

  22. 电压信号的输出 光隔 光隔 DAC DAC － V0 ＋ － V0 ＋ 负载 负载 区别？？

  23. SM321开关量输入模块 16×24VDC 32×24VDC 16×120VAC 8×120/230VAC 输入点数 16 32 16 8 输入电压 “1” 15～30VDC 15～30VDC 79～132VAC 79～264VAC “0” －3～5VDC －3～5VDC 0～20VAC 0～40VAC 与背板总线的隔离 光耦 光耦 光耦 光耦 “1”信号典型输入电流 7mA 7.5mA 6mA 6.5mA/11mA 典型输入延迟时间 1.2～4.8ms 1.2～4.8ms 25ms 25ms 诊断中断 某些型号具备 —— —— —— 绝缘耐压测试 500VDC 500VDC 1500VAC 1500VAC 7.3.1.4 开关量输入模块 （SM321） 开关量输入模块SM321主要有直流信号输入和交流信号输入二大类

  24. 7.3.1.5 开关量输出模块 （SM322） SM322模块有晶体管、可控硅和继电器3种输出类型

  25. 电源模块 CPU模块 通信模块 I/O模块 DIN导轨 模块 总线连接器 DIN导轨 7.3.2 系统配置 ※S7系列PLC采用的是模块化的结构形式，根据系统规模用户可选择不同型号和不同数量的模块，并把这些模块安装在一个或多个机架上。 ※除了CPU模块、电源模块、通信接口模块之外，它规定每一个机架最多可以安装8个I/O信号模块。 ※一个PLC系统的最大配置能力（包括I/O点数、机架数等）与CPU的型号直接相关

  26. 48路4～20mA 4路PT100信号 某系统需要输入 需要输出32路1～5V 要求配置S7 PLC的I/O模块并选择合适的CPU单元 每路4~20mA占用1个A/D通道 → 需48个A/D通道 每路电阻输入信号占2个A/D通道 → 需 8个A/D通道 需7块8通道 SM331 需8块4通道 SM332 每路1~5V占用1个D/A通道 → 需32个D/A通道 7.3.2 系统配置 该系统需要15个SM模块，必须安装到2的机架，根据表7.1中的性能参数，该系统可以选用CPU315或CPU315以上的型号。

  27. 7.3.2.1 硬件结构配置 ※PLC模块的安装是有顺序要求的，每个机架从左到右划分为11个逻辑槽号 ※电源模块安装在最左边的1#槽，2#槽安装CPU模块，3#槽安装通信接口模块，4～11#槽可自由分配I/O信号模块、功能模块或扩展通信模块。 ※需要注意的是，槽号是相对的，机架上并不存在物理上的槽位限制。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 逻辑槽号 电源模块 CPU模块 通信模块 I/O模块

  28. 接口模块：IM361(IM365) 信号、功能模块 接口模块：IM360(IM365) 扩展机架（ER） CPU 1 3 4 5 6 7 8 9 10 11 信号、功能模块 中央机架（CR） 槽位号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 机架的连接(一) 方式一： 如果：机架数量≤4 and 各机架安装在控制室and 机架之间的距离≤10米

  29. 接口模块：IM153 连接到DP口 信号、功能模块 信号、功能模块 …… 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 3 4 5 6 7 8 9 10 11 CR：安装在控制室 ER:可以安装在现场 Profibus总线（最大扩展能力与CPU的型号有关） 机架的连接(二) 方式二： 如果：机架数量＞4 or 有机架要安装在现场or 机架之间的距离＞10米 要求：CPU上集成DP口或在CR上扩展DP口（Profibus－DP）

  30. §数字量I/O模块 每个通道的地址占用一位(bit)，数字量模块最大为32通道，模块地址占4字节 §模拟量I/O模块 每个模拟量地址为一个字地址(2byte)，模拟量模块最大为8通道，模拟地址占16byte 7.3.2.2 硬件地址配置 系统的I/O模块分为：模拟量和数字量二种类型，每个模块包含若干个通道。 模块上任何通道均配置独立的地址，应用程序则根据地址实现对他们的操作。

  31. 在硬件配置时，系统提供缺省地址(推荐使用) 手动更改(部分CPU提供这种功能) I/O地址的生成 I/O地址的生成

  32. DI/DO模块缺省地址配置 ER3 ER2 ER1 CR 4 5 6 7 8 9 10 11

  33. AI/AO模块缺省地址配置 ER3 ER2 ER1 CR 4 5 6 7 8 9 10 11

  34. 缺省地址配置示例 ER1 CR SM321缺省地址： SM331缺省地址： SM322缺省地址： SM332缺省地址： 0.0～3.7 272～287 32.0～33.7（34.0～35.7空） 400～407（408～415空）

  35. STEP 7示例

  36. 累加器 32位 累加器1 （A1） 主 2个32位累加器*** 累加器2 （A2） 辅 地址寄存器 32位 地址寄存器1 （AR1） 2个32位地址寄存器** 地址寄存器2 （AR2） 数据块地址寄存器 32位 共享数据块 2个32位数据块地址寄存器 背景数据块 状态字寄存器 16位 1个16位状态字寄存器* 状态位 7.3.2.3 内部寄存器 S7 CPU的寄存器有（7个）：

  37. 外设I/O存储区 P 输出（映像区） Q 输入（映像区） I 系统存储区――存放操作数据（I/O、位存储、定时器等） 物理上是CPU的部分RAM ,存储区的大小因CPU型号而异。 位存储区 M 定时器 T 计数器 C 工作存储区――①存放CPU运行时，所执行的用户程序单元逻辑块（OB、FB、FC）、数据块（DB）的复制件；②存放临时本地数据，这部分存储区称L堆栈（主要是存放用户程序的临时变量） 物理上是CPU模块的部分RAM 可执行用户程序： ·逻辑块（OB、FB、FC） ·数据块（DB） 临时本地数据存储区 （L堆栈） 动态装载存储区： 存放用户程序 装载存储区――存放用户程序 物理上是CPU的部分RAM、EEPROM、外置FEPROM等 可选装载存储区： 存放用户程序 7.3.2.4 存储区 S7－300 CPU有三个基本存储区：

  38. 存储区 CPU能访问的存储区：P、Q、I、M、T、C、DB块、L堆栈

  39. 外设I/O与存储区的映像 外设I/O与存储区有二种映射关系：①外设输入输出存储区（PI、PQ） ②输入输出映像表（I、Q） 外设输入输出存储区：包括外设输入（PI）和外设输出（PQ） 其最大寻址范围为64KB 访问方式有：PIB、PQB、PIW、PQW、PID等。 CPU利用外设（P）存储区直接读写总线上的数据 输入输出映像表：包括输入过程映像表（I）和输出过程映像表（Q） ◎输入映像表为128Byte，是对PI首128Byte的映像， 在循环扫描中读取输入状态时将外设输入存储区（PI）首128Byte装入 ◎输出映像表为128Byte，是对PQ的首128Byte的映像 在CPU循环扫描更新输出状态时，将输出映像表的值传送到物理输出，在写输出时可以将数据直接通过PQ输出，也可以将数据传送到Q口输出，

  40. 结合缺省地址配置示例 输入映像

  41. 结合缺省地址配置示例 输出映像

  42. 7.3.3 指令系统简介 SIMATIC S7系列PLC用户程序的开发软件包：STEP 7 S7系列PLC的编程语言：LAD（梯形图）、STL（语句表）*、 SCL（标准控制语言）、GRAPH（顺序控制）、 HiGraPh（状态图）、CFC（连续功能图）、 C for S7（C语言）等， 用户可以选择一种语言编程，也可混合使用几种语言编程。 常用的编程语言： LAD（梯形图）、STL（语句表）* 适用于模拟量的解算

  43. 7.3.3.1STL指令及其结构 (1) 语句指令的组成 定义要执行的功能 执行该操作所需要的信息 语句指令： 操作码 操作数 A I 0.1 //对输入继电器 I 0.1进行与操作 L MW10 //将字MW10装入累加器1  有些语句指令不带操作数，它们操作的对象是唯一的。 NOT //对逻辑操作结果（RLO）取反。

  44. 表示操作数存放区域及操作数位数（位、字节、字等） 表示操作数在该存储区域内的具体位置 操作数： 标识符标识参数 A I 0.1 辅助标识符进一步说明操作数的位数长度 包括有：X（位），B（字节）， W（字——2字节）， D（双字——4字节） L M W 10 主标识符：表示操作数所在的存储区 主要有：I（输入映像区），Q（输出映像区），M（位存储区），PI（外部输入），PQ（外部输出），T（定时器），C（计数器），DB（数据块），L（本地数据）等 操作数

  45. 操作数(1) M 10.3 MB10 MW10 MB11 MB12 MD10 MB13 MB14 位存储区的操作数表示方式

  46. 操作数(2) 存储区及其操作数表示方法

  47. 操作数(3) 存储区最大寻址范围

  48. 7.3.3.2 寻址方式 操 作 数——指令的操作或运算对象 寻址方式——指令得到操作数的方式。 表示方式┳━━绝对寻址 ┗━━符号寻址（用一个符号指定一个特定的绝对地址） 寻址方式┳━━立即寻址 ┣━━存储器直接寻址 ┣━━存储器间接寻址 ┗━━寄存器间接寻址

  49. 立即寻址 立即寻址：对常数或常量的寻址方式，操作数本身包含在指令中 SET //把RLO （Result of Logic Operation）置“1” L 27 //把整数27装人累加器1 L C＃0100 //把 BCD码常数0100装入累加器1

  50. 直接寻址 直接寻址：在指令中直接给出操作数的存储单元地址 A I0 . 0 //对输入位I0.0进行“与”逻辑操作 S L20 . 0 //把本地数据位L20.0置1 = M115 . 4 // 将RLO的内容传给位存储区中的位M115.4 L DB1 . DBD12 //把数据块DB1双字DBD12中的内容传送给累加器1 //双字表示32位，如浮点数为32为双字

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