第一篇 基 础 篇 PLC(programmable logical controller )中文名称可编程控制器，今天PLC其应用已经十分的广泛，在工业领域已经是家喻户晓，PLC的厂家、型号和规格同样也层出不穷。对于有志于PLC应用的人员来说如何面对眼花缭乱的产品，是一个大的挑战。如何面对挑战呢，首先选择一个典型的应用广泛的PLC作为学习、研究的对象，本书选择西门子S7-300系列PLC作为对象。其次，了解和学习PLC的基础知识，最后，掌握综合应用PLC解决实际问题的技术和能力。如果遇到其它plc就可以举一反三了。 本篇包括前三章，第一章 S7-300PLC硬件和安装、第二章 step 7软件安装和使用、第三章 STEP7编程。主要介绍了 S7-300PLC的基础知识和基本操作规范和方法，包括硬件的安装和选型规范，包括setp7软件的安装和使用的基本方法，包括各种常用的指令的使用的方法。这部分内容是应用的基础，反映了S7-300PLC区别于其他不同类型PLC的主要特性。本篇更多的是一些知识性、规范性的内容，强调的是记忆、操作规范和方法。

第一章 S7-300PLC硬件和安装 SIMATIC S7-300是一种通用型的PLC，能适合自动化工程中的各种应用场合，尤其是在生产制造工程中的应用。模块化、无风扇结构、易于实现分布式的配置以及易于掌握等特点，使得S7-300在各种工业领域中实施各种控制任务时，成为一种既经济又切合实际的解决方案。本章详细介绍各模块结构和安装规范。 1.1 S7-300PLC硬件简介 1.2 S7-300PLC电气安装规范 1.3 实训一：安装一个典型的S7-300PLC硬件系统

1.1 S7-300PLC硬件简介 S7-300（见图1-1）由多种模块部件组成，包括导轨（Rack）、电源模块（PS）、CPU模块、接口模块（IM）、输入输出模块（SM）。各种模块能以不同方式组合在一起，从而可使控制系统设计更加灵活，满足不同的应用需求。 图1-1 S7-300 PLC的基本结构

1.1.1 电源模块 电源模块是构成PLC控制系统的重要组成部分，针对不同系列的CPU，西门子有匹配的电源模块与之对应，用于对PLC内部电路和外部负载供电。 1. PS 30X系列电源模块 有多种S7-300电源模块可为编程控制器供电，也可以向需要24V直流的传感器/执行器供电，比如PS305、PS307。PS 305电源模块是直流供电，PS 307是交流供电。本节以PS 307电源模块为例作详细介绍。图1-2是PS 307（2A）的模块示意图。 PS 307电源模块(2A)具有以下显著特性： （1）输出电流2A。 （2）输出电压24VDC，防短路和开路保护。 （3）连接单相交流系统 (输入电压120/230V AC，50/60Hz)。 （4）可靠的隔离特性，符合EN 60950标准。 （5）可用作负载电源。

图1-2 PS 307电源模块

电源模块在非正常工作状态下的反应，可参考表1-1。 如果… 则… 24V直流指示灯 输出电流过载 I＞3.9A 电压跌落，电压自动恢复 闪烁 3A＜I＜=3.9A（稳态） 电压下降，缩短使用寿命 输出短路 输出电压0V；短路故障排除后，电压自动恢复 暗 在一次侧过电压 可能彻底毁坏 — 在一次侧欠电压 自动切断；欠电压排除后，电压自动恢复 表1-1 电源模块在非正常工作状态下的反应

2. S7-300的电流消耗量和功率损耗 一个实际的S7-300 PLC系统，在确定所有的模块后，要选择合适的电源模块。所选定的电源模块的输出功率必须大于CPU模块、所有I/O模块、各种智能模块的总消耗功率之和，有时甚至还要考虑某些执行单元的功率，并且要留有30％左右的余量。在具体产品设计时，应该仔细研究各个模块的功率参数，最后确定电源模块的型号、规格。当同一电源模块既要为主机单元又要为扩展单元供电时，从主机单元到最远一个扩展单元的线路压降必须小于0.25 V。

1.1.2 CPU模块 CPU是PLC系统的运算控制核心。它根据系统程序的要求完成以下任务：接收并存储用户程序和数据，接收现场输入设备的状态和数据，诊断PLC内部电路工作状态和编程过程中的语法错误，完成用户程序规定的运算任务，更新有关标志位的状态和输出状态寄存器的内容，实现输出控制或数据通信等功能。 S7-300 CPU有20种不同型号，各种CPU按性能等级划分，可以涵盖各种应用范围。S7-300的各款CPU都有非常详尽的性能数据表（具体参数可查阅相关资料），其中最值得关注的CPU性能有以下五方面： I/O扩展能力 指令执行速度 工作内存容量 通讯能力 CPU上的集成功能

注：①：模拟量输入和模拟量输出；②：8个数字量输入；③8个数字量输出。 1. 操作员控制和显示单元 图1-3所示为CPU 31xC的控制和显示单元。 图1-4所示为CPU 31xC打开前面板后的集成数字和模拟I/O。 （1）状态和故障显示 CPU上安装有6个LED指示灯，显示运行状态和故障。表1-2列出了用于状态和故障显示的发光二极管的含义。 注：①：模拟量输入和模拟量输出；②：8个数字量输入；③8个数字量输出。 图1-4 CPU 31xC的集成数字量I/O模块 图1-3 CPU 31xC的面板

表1-2 用于状态和故障显示LED的含义 发光二极管LED 含 义 说 明 SF(红色) 系统错误／故障 下列事件引起灯亮： 硬件故障 含 义 说 明 SF(红色) 系统错误／故障 下列事件引起灯亮： 硬件故障 固件出错 编程出错 参数设置出错 算术运算出错 定时器出错 存储器卡故障(只在CPU313和314上) 电池故障或电源接通时无后备电池(只用于CPU313和314上) 输入／输出的故障或错误(只对外部I/O) 用编程装置读出诊断缓冲器中的内容，以确定错误／故障的真正原因 BATF(红色，只在CPU313和314上有) 电池故障 如果电池有下列情况，则灯亮：①失效；②未装入 DC 5 V(绿色) 用于CPU和S7-300的 5 V DC电源 如果内部的5 V直流电源正常，则灯亮 FRCE(黄色) 保留专用 表1-2 用于状态和故障显示LED的含义

（2）CPU的运行模式 CPU有四种操作模式：STOP（停机）、STARTUP（启动）、RUN（运行）和HOLD（保持）。在所有的模式中，都可以通过MPI接口与其他设备通信。 ①STOP模式：CPU模块通电后自动进入STOP模式，在该模式不执行用户程序，可以接收全局数据和检查系统。 ②STARTUP模式：可以用模式选择开关或编程软件启动CPU。如果模式选择开关在RUN或RUN-P位置，通电时自动进入启动模式。 ③RUN模式：执行用户程序，刷新输入和输出，处理中断和故障信息服务。 ④HOLD模式：在STARTUP和RUN模式执行程序时遇到调试用的断点，用户程序的执行被挂起（暂停），定时器被冻结。

可使用模式选择开关设置当前的CPU运行模式。开关有4个位置，其含义如表1-3所列。 （3）操作模式选择开关 可使用模式选择开关设置当前的CPU运行模式。开关有4个位置，其含义如表1-3所列。 位置 含义 说明 RUN-P（部分CPU） 运行-编程模式 CPU不仅执行用户程序，在运行时还可以通过编程软件读出和修改用户程序，以及改变运行方式 RUN 运行模式 CPU执行用户程序，可以通过编程软件读出用户程序，但是不能修改用户程序 STOP 停止模式 CPU不执行用户程序，通过编程软件可以读出和修改用户程序 MRES 存储器复位模式 MERES位置不能保持，在这个位置松手时开关将自动返回STOP位置。将模式选择开关从STOP状态扳到MRES位置，可以复位存储器，使CPU回到初始状态。工作存储器、装载存储器中的用户程序和地址区被清除，全部存储器位、定时器、计数器和数据块均被删除，即复位为零，包括有保持功能的数据。系统参数、CPU和模块的参数被恢复为默认设置，MPI的参数被保留。如果有存储器卡，CPU在复位后将它里面的用户程序和系统参数复制到工作存储器区 表1-3模式选择开关的位置含义

（4）SIMATIC微存储卡（MMC）插槽 Flash EPROM微存储卡用于在断电时保存用户程序和某些数据，它可以扩展CPU的存储器容量，也可以将有些CPU的操作系统包括在MMC中，这对于操作系统的升级是非常方便的。MMC用作装载存储器或便携式保存媒体，它的读写直接在CPU内进行，不需要专用的编程器。由于CPU 31xC没有安装集成的装载存储器，在使用CPU时必须插入MMC。CPU与MMC是分开订货的。如图1-5。 图1-5 MMC卡

如果在写访问过程中拆下SIMATIC微存储器卡，卡中的数据会被破坏。在这种情况下，必须将MMC插入CPU中并删除它，或在CPU中格式化存储卡。只有在断电状态或CPU处于“STOP”状态时，才能取下存储卡。

2.存储器区域 PLC的系统程序相当于个人计算机的操作系统，它使PLC具有基本的智能，能够完成PLC设计者规定的各种工作。系统程序由PLC生产厂家设计并固化在ROM中，用户不能读取。用户程序由用户设计，它使PLC能完成用户要求的特定功能。用户程序存储器的容量以字节为单位，不同的程序对应不同的存储区域。 CPU存储器可以分为三个区域，如图1-6。 CPU 装载存储器 (保存在MMC中) 工作存储器 系统存储区 CPU 工作存储器 装载存储器 (保存在MMC中) 系统存储区 图1-6 CPU的存储区

（1）装载存储器 装载存储器位于SIMATIC微型存储卡（MMC）中。装载存储器的容量与MMC的容量一致。用于保存程序指令块和数据块以及系统数据，也可以将项目的整个组态数据保存在MMC中。 （2）工作存储器（RAM） RAM集成在CPU中，不能被扩展。它可用于运行程序指令，并处理用户程序数据。程序只能在RAM和系统存储器中运行。 CPU的RAM都具有保持功能。 （3）系统存储区 RAM系统存储区集成在CPU中，不能被扩展。它包括： ①标志位、定时器和计数器的地址区 ②I/O的过程映像 ③局域数据

3.介绍几种典型CPU模块 （1）CPU 313：CPU313是标准型CPU。具有更大的程序存储器、低成本的解决方案，适用于对速度要求较高、程序较大的小型应用领域。CPU313内置12 KB的RAM，其装载存储器为内置20 KB的RAM，可用存储卡扩充装载存储器，最大容量为4MB，指令执行速度为600 ns/二进制指令。扩展模块只能装在一个导轨上，最大扩展128点数字量和32路模拟量。 CPU313采用的是软件时钟，它给用户提供一个工作时间计时器。该计时器可用来计量CPU或所连接设备的工作时间长度。 （2）CPU 313C：CPU 313C是紧凑型CPU，带集成的数字量和模拟量的输入和输出。无内置装载存储器，操作时必须用MMC卡扩充装载存储器。适用于具有较高要求的系统中。 （3）CPU 313C-2DP：紧凑型CPU，带集成的数字量输入和输出，以及PROFIBUS DP主站/从站接口。操作时也必须用MMC卡扩充装载存储器。 （4）CPU315/CPU315-2DP：CPU315是具有中到大容量程序存储器和大规模I/O配置的CPU。CPU315-2DP是具有中到大容量程序存储器和PROFIBUS-DP主/从接口的CPU，它用于包括分布式及集中式I/O的任务中。CPU315/CPU315-2DP具有48 KB/64 KB，内置80/96 KB的装载存储器(RAM)，可用存储卡扩充装载存储器，最大容量为512 KB，指令执行速度为300 ns/二进制指令，最大可扩展1024/2048点数字量或128/256个模拟量通道。其他特性与CPU314相同。 CPU315-2DP是带现场总线(PROFIBUS)SINEC L2-DP接口的CPU模块，其他特性与CPU315模块相同。

1.1.3 SM模块 信号模块（SM）也叫输入/输出模块，是CPU 模块与现场输入输出元件和设备连接的桥梁，用户可根据现场输入/输出设备选择各种用途的I/O模块。 S7-300的输入/输出模块外部连线接在插入式的前连接器的端子上，前连接器插在前盖后面的凹槽内。不需断开前连接器上的外部连线，就可以迅速的更换模块。 信号模块面板上的LED用来显示各数字量输入/输出点的信号状态，模块安装在DIN标准导轨上，通过总线连接器与相邻的模块连接。 信号模块和接口模块的尺寸为40mm(宽)x125mm(高)x120mm.(深)。有少量模块的宽度为80mm。

1.数字量模块 S7-300有多种型号的数字量I/O模块供选择。本节主要介绍数字量输入模块SM321、数字量输出模块SM322 、数字量I/O模块SM323和仿真模块SM374。 （1）数字量输入模块SM321 数字量输入模块将现场送来的数字信号电平转换成S7-300内部信号电平。数字量输入模块有直流输入方式和交流输入方式。对现场输入元件，仅要求提供开关触点即可。输入信号进入模块后，一般都经过光电隔离和滤波，然后才送至输入缓冲器等待CPU采样。采样时，信号经过背板总线进入到输入映像区。 数字量输入模块SM321有四种型号模块可供选择，即直流16点输入、直流32点输入、交流16点输入、交流8点输入模块。 模块的每个输入点有一个绿色发光二极管显示输入状态，输入开关闭合即有输入电压时，二极管点亮。

（2）数字量输出模块SM322 数字量输出模块SM322将S7-300内部信号电平转换成过程所要求的外部信号电平，可直接用于驱动电磁阀、接触器、小型电动机、灯和电动机启动器等。按负载回路使用的电源不同，它可分为直流输出模块、交流输出模块和交直流两用输出模块。按输出开关器件的种类不同，它又可分为晶体管输出方式、可控硅输出方式和继电器触点输出方式。晶体管输出方式的模块只能带直流负载，属于直流输出模块；可控硅输出方式属于交流输出模块；继电器触点输出方式的模块属于交直流两用输出模块。从响应速度上看，晶体管响应最快，继电器响应最慢；从安全隔离效果及应用灵活性角度来看，以继电器触点输出型最佳。 数字量输出模块SM322有多种型号输出模块可供选择，常用模块的有8点晶体管输出、16点晶体管输出、32点晶体管输出、8点可控硅输出、16点可控硅输出、8点继电器输出和16点继电器输出。模块的每个输出点有一个绿色发光二极管显示输出状态，输出逻辑“1”时，二极管点亮。

（3）数字量I/O模块SM323 SM323模块有两种类型，一种是带有8个共地输入端和8个共地输出端，另一种是带有16个共地输入端和16个共地输出端，两种特性相同。图1-7是8个共地的输入端、输出端SM323模块的端子连接及电气原理图，端子1～10用于输入，端子11～20用于输出。I/O额定负载电压24 V DC，输入电压“1”信号电平为11～30 V，“0”信号电平为－3～＋5 V，I/O通过光耦与背板总线隔离。在额定输入电压下，输入延迟为1.2～4.8 ms。输出具有电子短路保护功能。 图1-7 SM323模块端子连接及电气原理图

2.模拟量模块 本节阐述S7-300中模拟量值的表示方法，简单介绍模拟量输入模块SM331、模拟量输出模块SM332、模拟量I/O模块SM334的原理、性能参数等内容。 （1）模拟量值的表示方法 S7-300的CPU用16位的二进制补码表示模拟量值。其中最高位为符号位S，“0”表示正值，“1”表示负值，被测值的精度可以调整，取决于模拟量模块的性能和它的设定参数，对于精度小于15位的模拟量值，低字节中幂项低的位不用。表1-4表示了S7-300模拟量值所有可能的精度，标有“×”的位就是不用的位，一般填入“0”。 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 9 10 11 12 13 14 15 128 64 32 16 4 2 1 80H 40H 20H 10H 8H 4H 2H 1H S 0 0 0 0 0 0 0 1 × × × × × × × 0 1 × × × × × × 0 0 1 × × × × × 0 0 0 1 × × × × 0 0 0 0 1 × × × 0 0 0 0 0 1 × × 0 0 0 0 0 0 1 × 0 0 0 0 0 0 0 1 表1-4 模拟量值可能的精度

S7-300模拟量输入模块的输入测量范围很宽，它可以直接输入电压、电流、电阻、热电偶等信号，而S7-300模拟量输出模块可以输出0～10 V，1～5 V，－10 V～10 V，0～20 mA，4～20 mA，－20～20 mA等模拟信号，具体的各种模拟量输入范围的数字化表示以及数字量与不同的模拟输出范围间的对应关系，请参考相关技术手册。 （2）模拟量输入模块SM331 模拟量输入模块SM331目前有三种规格型号，即8AI×l2位模块、2AI×l2位模块和8AI×l6位模块，分别为8通道的12位模拟量输入模块、2通道的12位模拟量输入模块、8通道的16位模拟量输入模块。其中具有12位输入的模块除了通道数不一样外，其工作原理、性能、参数设置等各方面都完全一样。

SM331主要由A/D转换部件、模拟切换开关、补偿电路、恒流源、光电隔离部件、逻辑电路等组成。A/D转换部件是模块的核心，其转换原理采用积分方法，积分时间直接影响到A/D转换时间和A/D转换的精度。被测模拟量的精度是所设定的积分时间的正函数，也即积分时间越长，被测值的精度越高。SM331可选四档积分时间：2.5 ms、16.7 ms、20 ms和l00 ms，相对应的以位表示的精度为8、12、12和14。每一种积分时间有一个最佳的噪声抑制频率f0，以上四种积分时间分别对应400 Hz、60 Hz、50 Hz和10 Hz。 （3）模拟量输出模块SM332 模拟量输出模块SM332目前有三种规格型号，即4AO×l2位模块、2AO×12位模块和4AO×l6位模块，分别为4通道的12位模拟量输出模块、2通道的12位模拟量输出模块、4通道的16位模拟量输出模块。其中具有12位输入的模块除通道数不一样外，其工作原理、性能、参数设置等各方面都完全一样。

模出模块的转换时间包括内部存储器传送数字化输出值的时间和数/模转换的时间，模拟量输出各通道的转换是顺序进行的。模块的循环时间是所有活动的模拟量输出通道的转换时间的总和。模出的响应时间是一个比较重要的指标，响应时间就是在内部存储器中出现数字量输出值开始到模拟输出达到规定值所用时间的总和。它和负载特性有关，负载不同(如容性、阻性和感性负载)，响应时间也不一样。 （4）模拟量I/O模块SM334 模拟量I/O模块SM334有两种规格，一种是有4模入/2模出的模拟量模块，其输入、输出精度为8位，另一种也是有4模入/2模出的模拟量模块，其输入、输出精度为12位。SM334模块输入测量范围为0～10 V或0～20 mA，输出范围为0～10 V或0～20 mA。它的I/O测量范围的选择是通过恰当的接线而不是通过组态软件编程设定的。与其它模拟量模块不同，SM334没有负的测量范围，且精度比较低。SM334的通道地址见表1-5。

通 道 地 址 输入通道0 模块的起始 输入通道1 模块的起始＋2 B的地址偏移量 输入通道2 模块的起始＋4 B的地址偏移量 输入通道3 通 道 地 址 输入通道0 模块的起始 输入通道1 模块的起始＋2 B的地址偏移量 输入通道2 模块的起始＋4 B的地址偏移量 输入通道3 模块的起始＋6 B的地址偏移量 输出通道0 输出通道1 表1-5 SM334的通道地址

除了最通用的I/O模块，表1-6介绍了三种特殊模块的主要特性。下面重点介绍仿真模块SM374的使用。 3.特殊模块 除了最通用的I/O模块，表1-6介绍了三种特殊模块的主要特性。下面重点介绍仿真模块SM374的使用。 模块 特性 仿真模块SM374 输入/输出16 占位模块DM370 位置编码器模块SM338； POS-INPUT 输入/输出点数 最多16个输入或输出 为没有参数化的模块保留一个插槽 3个输入连接绝对值编码器（SSI） 2个数字量输入用于保留编码值 适用对象 仿真： 16点输入（小开关） 16点输出 8点输入和输出 占位用于： 接口模块 不可编程的信号模块 占用两个插槽的模块 最多检测3个绝对值编码器（SSI） 编码器类型：带13位、21位或25位报文帧长度的编码器（SSI） 数据格式：格雷码或二进制码 支持时钟操作 × √ 可编程诊断 诊断中断 可调整 备注 可通过调整拨位开关设定功能 当用其他模块更换DM370时，其机械结构和地址不变 超过64μs的绝对值编码器不能用在SM338上 表1-6 特殊信号模块

仿真模块SM374可以仿真16点输入、16点输出、8点输入和8点输出的数字量模块。图1-8是SM374的前视图，用螺丝刀改变面板中间开关的位置，即可仿真所需的数字量模块。仿真模块没有列入S7组态工具的模块目录中，也即S7的结构不承认仿真模块的工作方式，但组态时可以填入被仿真模块的代号。例如，组态时若SM374仿真16点输入的模块，就填入16点数字量输入模块的代号：6ES7 311-1BH00-0AA00；若SM374仿真16点输出的模块，就填入16点数字量输出模块的代号：6ES7 322-1BH00-0AA00。SM374面板上有16个开关，用于输入状态的设置，还有16个绿色LED，用于指示I/O状态。使用SM374后，PLC应用系统的模拟调试变得简单而方便。

图1-8 仿真模块SM374的前视图

1.1.4 FM模块 功能模块主要用于对实时性和存储容量要求高的控制任务，例如计数器模块、快速/慢速进给驱动位置控制模块、电子凸轮控制其模块、步进电动机定位模块、伺服电动机定位模块、定位和连苏路径控制模块、闭环控制模块、工业标示系统的接口模块、称重模块、位置输入模块、超声波位置解码器等。

1.1.5 CP模块 S7-300系列PLC有多种用途的通信处理器模块，如CP340、CP342-5 DP、CP343-FMS等，其中既有为装置进行点对点通信设计的模块，也有为PLC上网到西门子的低速现场总线网SINEC L2和高速SINEC H1网设计的网络接口模块。下面重点介绍CP342-5DP模块。 CP342-5 DP是为把S7-300系列PLC连接到西门子SINEC L2网络上而设计的成本优化的通信模块。它是一个智能化的通信模块，能大大减轻CPU的负担，也支持很多其它通信电路。 CP342-5 DP应用于S7-300系统中，提供给用户SINECL2网的各种通信服务。它既可以作为主机或从机，将ET200远程I/O系统连接到PROFIBUS现场总线中去，也可以与编程装置或人机接口(MMI)通信，还可以与其它SIMATIC S7 PLC或SIMATIC S5通信，并且可以与配有CP5412(A2)的AT PC机以及来自其它制造商的具有FBL(Field Bus Link)接口的系统建立连接，还能与MPI分支网上的其它CPU进行全局数据通信。 NCM S7-L2组态软件可以为实现以上功能进行参数配置。CP342-5 DP内部有128 KB的Flash EPROM，可以可靠地对参数进行备份，在掉电时参数也能被保持。CP342-5 DP主要技术数据如下： ●用户存储器(Flash EPROM)128 KB； ●SINEC L2 LAN标准符合DIN 19245； ●RS-485传输方式，波特率为9.6～1500 kb/s； ●可连接的设备数量达127个。 另外，CP343-FMS是采用PROFIBUS-FMS协议的现场总线通信模块，可以用于更加复杂的现场通信任务。

1.1.6 通讯接口 CPU模块上有三种通讯接口。 （1）MPI接口：多点接口MPI（Multipoint Interface）是用于连接CPU和PG/OP的接口，或用于MPI子网中的通讯接口。一般传输速率为187.5kbps。如果与S7 -200进行通讯，也可以指定19.2kbps的传输速率。不能指定其他传输速率。编程器可以自动侦测到CPU MPI接口的正确参数，并建立连接。 （2）PROFIBUS-DP接口：PROFIBUS-DP接口主要用于连接分布式I/O。PROFIBUS-DP，用于创建大型、扩展子网。例如：PROFIBUS-DP接口既可组态为主站，也可组态为从站，传输速率可达12Mbps。编程器也可以自动侦测到CPU DP接口的正确参数，并建立连接。 （3）PtP接口：可在CPU上使用PtP（点到点）接口，来连接外部设备至串口，例如条形码阅读器、打印机等。对于全双工（RS422）模式，波特率对打为19.2kbps，对于半双工（RS485）模式，波特率对打为38.4kbps 。在CPU PtP的接口中安装有以下通讯驱动程序，其报文格式是公开的： ●ASCII驱动 ●协议 ●只适用于CPU314C-2 这三种接口方式所适用的设备如表1-7所列。

表1-7 网络接口适用设备 MPI PROFIBUS-DP PtP PG/PC OP/TP S7-300/400，带有MPI接口 执行器/传感器 S7 -300/400，带有PROFIBUS-DP接口 配装有串口的设备，例如条形码阅读器、打印机等。 表1-7 网络接口适用设备

1.1.7 PLC的工作过程 PLC有比计算机更强的工业过程接口，可视为一种特殊的工业控制计算机。但编程语言和工作原理与计算机相比有一定的差别，与继电器控制逻辑的工作过程也有很大差别。 PLC的工作过程一般可分为三个主要阶段：输入采样阶段，程序执行阶段和输出刷新阶段。如图1-9所示。 图1-9 PLC的工作过程

(1) 输入采样阶段 PLC以扫描工作方式，按顺序将所有信号读入到寄存输入状态的输入映像区中存储，这一过程称为采样。在整个工作周期内，这个采样结果的内容不会改变，而且这个采样结果将在PLC执行程序时被使用。 (2) 程序执行阶段 PLC按顺序进行扫描，即从上到下、从左到右地扫描每条指令，并分别从输入映像区和输出映像区中获得所需的数据进行运算、处理，再将程序执行的结果写入寄存执行结果的输出映像区中保存。这个结果在程序执行期间可能发生变化，但在整个程序未执行完毕之前不会到输出端口。 (3) 输出刷新阶段 在执行完用户所有程序后，PLC将输出映像区中的内容送到寄存输出状态的输出锁存器中，再去驱动用户设备。

PLC重复执行上述三个阶段，每重复一次的时间称为一个扫描周期。PLC在一个工作周期中，输入采样和输出刷新的时间一般为毫秒级，而程序执行时间因程序的长度不同而不同。PLC一个扫描周期因CPU模块的运算速度差别很大。 当PLC投入运行后，重复完成以上三个阶段的工作，即采用循环扫描工作过程。PLC工作的主要特点是输入输出采样、程序执行、输出刷新的“串行”工作坊式，这样既可避免继电器、接触器控制系统中的触电竞争和时序混乱，又可提高PLC的运算速度，这是PLC系统可靠性高、响应快的原因。但是，也导致输出对输入在时间上的滞后。 PLC在执行程序时所用doa的状态值不是直接从实际输入口所获得，而是来源于输入映像区和输出映像区。输入映像区的状态取决于上一扫描周期从输入端子中采样取得的数据，并在程序执行阶段保持不变。输出映像区的状态取决于执行程序输出指令的结果。输出锁存器中的状态值是上一个扫描周期的输出刷新结果。

1.2 S7-300 PLC电气安装规范 正确的硬件安装是系统正常工作的前提，要严格按照电气安装规范安装。 1.2.1 安装导轨 ● 在安装导轨时，应留有足够的空间用于安装模板和散热（模板上下至少应有 40 mm 的空间，左右至少应有20mm空间），如图1-13； ● 在安装表面划安装孔。在所划线的孔上钻直径为 6.5 +.2 mm 的孔； ●用M6 螺钉安装导轨； ●把保护地连到导轨上（通过保护地螺丝，导线的最小截面积为10mm2）。如图1-14。 应注意，在导轨和安装表面（接地金属板或设备安装板）之间会产生一个低阻抗连接。如果在表面涂漆或者经阳极氧化处理，应使用合适的接触剂或接触垫片。

图 1-10 S7-300 系统安装所需空间 图 1-11 导轨上的保护地连接

1.2.2 安装和更换模块 从左边开始，按照如图1-12顺序，将模块安装在导轨上： ①电源模块 ②CPU ③信号模块、功能模块、通讯模块、接口模块 图1-12 S7-300模块安装顺序

表1-8说明了模块安装的步骤。 表1-8 模块安装步骤 步骤 连接方法 图例 1 将总线连接器插入CPU和信号模块/功能模块/通讯模块/接口模块。 每个模块（除了CPU以外）都有一个总线连接器。 ●在插入总线连接器时，必须从CPU开始 ●将总线连接器插入前一个模块。最后一块模块不能安装总线连接器 2 按照模块的规定顺序，将所有模块悬挂在导轨上①，将模块化到左边的模块边上②，然后向下安装模块③ 3 使用0.8～1.1Nm的扭矩，用螺钉固定所有模块 表1-8 模块安装步骤

需要更换模块时，应先解锁前连接器，然后取下模块。如图1-13。 在开始安装一个新的模块之前，应将前连接器的上半部编码插针从该模块上取下来，如图1-14所示。这样做是因为该编码部件早已插入到已接线的前连接器，如不把它取下，会阻碍前连接器插回原位置。 图1-13 解锁前连接器并取下模块 图1-14拆卸前连接器编码插针

1.2.3 电气屏蔽与接地 在实时控制系统中，接地是抑制干扰以使系统可靠工作的主要方法。在设计中如能把接地和屏蔽正确地结合起来使用，则可以解决大部分干扰问题。 PS307除了给CPU供电外，还给24 V DC模块提供负载电流，图1-15给出了S7-300一般结构的系统供电和接地连接，图中S7-300参考电位M是接地的。在一些场合，可能需要参考电位不接地的S7-300系统，此时应该把在CPU313/314上M端子和功能性地之间跨接线拆下。对CPU312 IFM，只能实现一个接地结构，参考电位和地在内部已连接好。在带隔离的模块结构中，控制回路的参考电位和负载回路的参考电位是隔离的。

图1-15 S7-300一般结构的系统供电

1.2.4 机柜的选型与安装 对于大型设备的运行或安装环境中有干扰或污染时，应该将S7-300安装在一个机柜中。在选择机柜时，应注意以下事项： ●机柜安装位置处的环境条件（温度、湿度、尘埃、化学影响、爆炸危险）决定了机柜所需的防护等级（IP xx） ●模块导轨间的安装间隙 ●机柜中所有组建的总功率消耗 在确定S7-300机柜安装尺寸时，应注意以下技术参数： ●模块导轨所需安装空间 ●模块导轨和机柜柜壁之间的最小间隙 ●模块导轨之间的最小间隙 ●电缆导管或风扇的所需安装空间 ●机柜固定位置

1.3 实训一：安装一个典型的S7-300 PLC硬件系统 1、实训目的 ①熟悉S7-300常用模块 ②掌握S7-300常用模块安装规范 2、实训任务和要求 安装一个单导轨PLC控制系统，包含一个数字量模块，一个模拟量模块，一个仿真模块。要求各模块安装符合安装规范， 实训设备 电源模块PS 307（10A）、CPU模块313C-2DP、数字量模块SM322、模拟量模块SM334、仿真模块SM374、连接器、导轨、螺钉、螺丝刀、导线若干。

3、安装步骤 ①对照部件清单检查部件是否齐备； ②安装导轨 ③安装电源 ④把总线连接器连到CPU，并安装模块； ⑤把总线连接器连到 I/O 模块，并安装模块； ⑥连接前连接器，并插入标签条和槽号； ⑦给模块配线（电源，CPU 和 I/O 模块）。 4、实训报告 ①写出PLC硬件系统安装顺序； ②写出每一个部件的安装规范。