西门子中国江西省一级代理商

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一般情况下，交流供电的PLC还为用户提供24V直流电源作为输入电源或负载电源。
1.2.2 PLC的输入/输出单元
输入/输出单元分为开关量输入/输出单元和特殊功能输入/输出单元两部分。特殊功能包括模拟量控制、温度控制、精确定位和速度控制等。1.开关量输入/输出单元
该单元用来接收和采集现场设备的输入信号，包括由按钮、选择开关、行程开关、继电器触点、接近开关、光电开关、数字拨码开关等的开关量输入信号和用来向各执行机构进行输出的控制信号，包括向接触器、电磁阀、指示灯和开关等输出的数字量输出信号。它们有能直接接受和输出交流电压（110V或220V）信号的交流输入/输出单元、直流电压（24V、12V或5V TTL电平）信号的直流输入/输出单元。采用光电耦合器或隔离脉冲变压器将来自现场的输入信号或驱动现场设备的输出信号与CPU隔离，以防止外来干扰引起的误动作或故障。
（3）I/O单元
输入/输出接口电路用来连接PLC主机与外部设备。为了提高抗干扰能力，一般的输入/输出接口均有光电隔离装置，应用最广泛的是由发光二极管和光电三极管组成的光电隔离器。
来自现场的指令元件、检测元件的信号经输入接口进入PLC。指令元件的信号是指由用户在控制台、操作台或控制键盘上发出的控制信号，如启动、停止、转换、调整、停等；检测元件的信号是指用检测元件（如各种传感器、继电器接点、限位开关、行程开关等）对生产过程中的参数（如压力、流量、温度、速度、位置、行程、电流、电压等）发出的信号。这些信号有的是开关量、有的是模拟量，有的是直流信号，有的是交流信号，要根据输入信号的类型选择合适的输入接口。
由PLC产生的各种输出控制信号经输出接口去控制和驱动负载，如指示灯的亮灭，电动机的启停和正反转，设备的转动、平移、升降，阀门的开闭等。与输入接口一样，输出接口的负载有的是数字量，有的是模拟量，要根据负载性质选择合适的输出接口。
根据现场执行部件的不同需要，输出接口的功率放大环节又分为继电器型、双向硅型和晶体管型三种型式。继电器容量大，交直流通用，响应时间为毫秒级；可控硅只能带交流负载，响应时间为微秒级；晶体管只能带直流负载，响应速度器供电，输出电流有3种，分别为2A、5A、10A。电源模块安装在Dl N导轨上的插槽1，紧靠在CPU或扩展机架IM 361的左侧，用电源连接器连接到CPU或IM361上。
PS307 10A模块的输入接单相交流系统，输入电压120V/230V，50Hz/60Hz，在输入和输出之间有可靠的隔离。如果正常输出额定电压24V，则绿色LED点亮；如果输出电路过载，则LED闪烁。输出电流长期在10～13A之间时，输出电压下降，电源寿命缩短，电流超过13A时，电压跌落，跌落后可自动恢复；如果输出短路，输出电压为0V，LED变暗，在短路消失后电压自动恢复。输出电压允许范围24V±5％，最大上升时间2.5s，最大残留纹波150mV，电源效率89％，功率输入270W，功率损耗30W。
电源模块除了CPU模块提供电源外，还要给予输入/输出模块提供DC 24V电源。CPU模块上的M端子（系统的参考点）一般是接地的，接地端子与M端子用短接片连接。某些大型工厂（如厂和发电厂）为了监视对地的短路电流，可能采用浮S7-300系统拥有多种通信模块，可以实现点对点（Point to Point）、AS-I、Profibus-DP、Profibus-FMS、工业以太网、TCP/IP等通信连接。这些模块均带有处理器，因此称为通信处理器模块（Communications Processor，CP）。
（1）CP340通信模块。CP340是一种经济型低速串行通信处理器模块，用于建立点对点（Point to Point）连接，最大传输速率为19.2kbit/s。有3种通信接口：RS-232C（V.24）、20mA（TTY）、RS-422/485。可实现与S5系列PLC、S7系列PLC及其他厂商的控制系统、机器人控制器、条形码阅读器、扫描仪等设备的通信连接。
（2）CP341通信模块。可用于S7-300 PLC和ET200M（S7作为主站），可通过点对点连接用于高速数据交换，最大传输速率为76.8kbit/s。可通过ASCII、3964（R）、RK512及可装载驱动等通信协议，实现与S5系列PLC、S7系列PLC及其他控制设备、打印机或扫描仪之间的通信连接。
（3）CP343-1通信模块。用于实现S7-300 PLC到工业以太网总线的连接，是全双工串行通信模块，通信速率为10Mbit/s，拥有自己的处理器，能在工业以太网上独立处理数据通信，可完成与编程器、计算机、人机界面、S5系列PLC和S7系列PLC的数据通信。
（4）CP343-2通信模块。CP343-2为AS-i主站模块，可用于S7-300系列PLC及ET200M，用来实现执行器传感器接口（Actuator Sensor Interface，AS-i），最多可连接31个模拟量或62个数字量AS-i从站。
（5）CP343-5通信模块。号，或通过背板总线向CPU发出中断。可以2倍频和4倍频计数，4倍频是指在两个互差90°的A、B相信号的上升沿、下降沿都计数。通过集成的数字应输入直接接收启功、停止计数器等数字量信号。
以FM350-1为例，它是单通道计数器模块，可以检测最高达500kHz的脉冲，有连续计数、单向计数、循环计数3种工作模式。有3种特殊功能：设定计数器、门计数器和用门功能控制计数器的启/停。达到基准值、过零点和超限时可以产生中断。有3个数字量输入和2个数字量输出。
（2）位置控制与检测模块。FM351双通道定位模块用于控制变级调速电动机或变频器。
FM352高速电子凸轮控制器用于顺序控制，它有32个凸轮轨迹，13个集成的数字输出端用于动作的直接输出，采用增量式编码器或绝对式编码器。FM352高速布尔处理器高速地进行布尔控制（即数字量控制）。
FM353是步进电动机定位模块，主要应用于高速机械设备中所用的步进电动机，可实现简单的点到点定位，也可用于复杂的运动模式，可定位进给轴、调整轴、设定轴和传送带式轴（直线和旋转轴）等。
FM354伺服电动机定位模块用于要求动态性能快、高精度的定位系统。
FM357用于最多4个插补轴的协同定位，既能用于伺服电动机也能用于步进电动机。
SM338用超声波传感器检局部接地，并通过信号总线将不同模块连接在一起。模块插座焊在机架中的总线连接板上，模块插在模块插座上，有不同槽数的机架供用户选用。
安装S7-400 PLC必须保证如下的最小间距：机架左右间距为20mm，机架上方间距为40mm，机架下方间距为22mm，机架之间间距为110mm。
S7-400 PLC的模块安装应遵循以下原则。
（1）中央机架（或者称为中央处理器，CC）必须配置CPU模块和一个电源模块，可安装除用于接收的接口模块（IM）外的所有S7-400模块。
（2）除电源和扩展机架的接口模块外，所有模块可插入任何槽位。其中电源模块只能放在机架最左边的1号槽；接口模块必须放置在机架最右边的槽中。注意，由于S7-400 PLC的机架中带有背板总线，故机架中相邻两个模块之间可以有空槽位。
（3）一个机架插入模块的数量与机架的槽位，通信资源和消耗背板总线电流有关，有些模块可能占用多个槽位，将模块放置到机架后，就可以看到它占的槽位数。
（4）如果一个机架容纳不下所有模块，可增设一个或者多个扩展机架（或称扩展单元，EU），S7-400最多有21个扩展单元，这21个扩展单元都可以连接到中央控制器（CC），各机架之间用接口模块和通信电缆交换信息。中央控制器CC和扩展单元EU通过发送IM和接收IM连接。中央控制器可插入最多6个发送IM，每个EU可容纳l个接收IM。每个发送IM有2个接口，每个接口最多可支持4个EU。
（5）发送模块IM460-X与接收模块IM461-X的最后一个数字X应相同，通信模块CP只能安装在编号不大于6的扩展机架中。S7-400 CPU模块面板上的模式选择开关是一种钥匙开关，有4个位置，可以将CPU处于RUN、RUN-P、STOP或存储器复位状态。当发生故障时，不管模式选择开关位于何处，CPU将进入或保持STOP模式。模式选择开关的使用方法与S7-300的完全相同。2）存储卡 在CPU模块的存储器卡插槽内插入FEPROM或RAM存储卡，可增加装载存储器的程序容量。RAM卡没有内置的备用电池，从CPU卸下RAM卡后，卡上接口，该接口最多可连接32个DP从站；可将接口模块插入CPU41X-3及CPU41X-4的接口模块插槽中，也可将H-SYNC模块插入CPU414-4H和CPU417-4H的接口模块插槽中。4）后备电源 根据模块类型的不同，在S7-S7-板上有运行和故障/出错指示LED。
当安装交流电源模块时，必须提供一个电源断开设备。如果电源模块插错插槽，则它
将不能工作，该模块SIMATIC S7、SIMATIC S5 PLC和第三方控制器；编程设备、PC；机器人控制器；扫描仪、条形码阅读器；称重设备；测量设备。用于工业以太网总线系统的通信处理器。利用该通信处理器，可显著减轻CPU的通信负担并进一步扩展连接。其拥有10/100Mbit/s自适应全双工连接，可自动切换，可用于ITP、RJ45和AUI的全球连接，并且带有ISO和TCP/IP的多协议操作；集成了带有电子邮件技术和Web技术的信息技术（IT）；此外，它还可将机械文档、用户指南以及HTML页容纳到其庞大的文件系统中。S7-400通过CP443-1 IT可实现与以下设备的通信：编程设备、计算机、HMI设备；SIMATIC S5可编程序控制器；其他SIMATIC S7系统。7）CP444 CP444通信处理器可使SIMATIC S7-400连接到工业以太网，减轻CPU的通信任务，同时依据MAP3.0通信标准提供了MMS（制造业信息规范）服务。4．S7-400的功能模块1）FM453定位模块 主要用于驱动伺服或步进电机以高时钟频率控制机械运动，既可实现简单的点对点定位任务，也能实现对响应、精度和速度有极高要求的复杂运动控制，能控制最多3个彼此独立的电动机。每个通道有6点数字量输入、4点数字量输出。通过编码器输入位置信号，控制步进电机时可不使用编码器。控制伺服电动机时输出-10～＋10V模拟信号，控制步进电动机时输出的是脉冲和方向信号。FM453具有变化率限制、长度测量、运行中设置实际值、通过高速输入使定位运动启动或停止等特殊功能。2）FM455闭环控制模块 FM455是一个有16点数字量输入通道的闭环控制模块，在通用闭环控制任务中的温度控制、压力控制和流量控制方面功能卓越。12位分辨率时的采样时间为20～180ms，14位分辨率时为100～1700ms，与实际使用的模拟量输入的数量有关。3）FM450-1计数器模块 FM450-1计数器模块是一种用来实现简单计数的双通CPU的存储器主要用来存储系统程序和用户程序（包括组态信息），主要类型有RAM、ROM、FEPROM和EEPROM等物理存储器。其中，RAM存储用户的程序；ROM用来存储PLC的系统程序；而FEPROM和EEPROM兼有ROM非易失性和RAM的随机存取的优点，用来存放用户程序和需要长期保存的重要数据。1．装载存储器
装载存储器可以是RAM或FEPROM，用于存放不包含符号地址或注释（这些保留在编程设备的存储器中）的用户程序与系统数据。有的CPU有集成的装载存储区，集成式装载存储区不能扩展，容量最大为256KB；有的CPU用MMC来扩展装载存储区，如CPU31xC的用户程序只能装入插入式的MMC。用MMC卡扩展FEPROM和RAM最大各64KB。
断电时数据保存在MMC存储器中，因此数据块的内容基本上被永久保留。
下载程序时，用户程序（逻辑块和数据块）被下载到CPU的装载存储器，CPU把可执行部分复制到工作存储器，符号表和注释保存在编程设备中。2．工作存储器
工作存储器占用CPU模块中的部）位存储区（M） 位存储区用来存储控制逻辑的中间状态或其他控制信息，其作用类似于低压电器控制系统中的中间继电器。不同型号的S7-300 PLC的位存储区的大小从128B到8KB不等，可以通过CPU的硬件组态来设置M区中掉电保持的数据区的大小。3）定时器（T） 定时器相当于继电器控制系统中的时间继电器，用定时器标识符和定时器号（如T3）来表示。给定时器分配的字用于存储时间基值和时间值（0～999），时间值可用二进制或BCD码方式读取。4）计数器（C） 计数器用来累计输入脉冲的个数，用计数器标识符和计数器号（如C8）来表示，有加计数器、减计数器和加减计数器。给计数器分配的字用于存储计数当前值（0～999），计数值可用二进制或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，在整个项目中所有的程序都可以访问。DBX是共享数据块中的数据位，DBB、DBW和DBD分别是共享数据块中的数据字节、数据字和数据双字。
DI为背景数据块，它只与指定的功能块（FB）或系统功能（SFB）相关联，DIX是背景数据库块中的数据位，DIB、DIW和DID分别是背景数据块中的数据字节、数据字和数据双字。6）局部数据区（L） 局部数据区用来保存组织块的临时态字寄存器 状态字是一个16位的寄存器，用于存储CPU执行指令的状态。状态字中的某些位用于决定某些标准软件包在Windows 95/98/2000/NT/XP下，与Windows的图形和面向对象操作原则相匹配，支持自动控制任务创建过程的各个阶段。标准软件包提供的应用程序的主要功能如下。1）SIMATIC管理器（SIMATIC Manager） 管理可编程控制系统（S7/M7/C7）设计的自动化项目的所有数据。编辑数据所需要的工具由SIMATIC Manager自行启动。2）符号编辑器（Symbol Editor） 管理所有的共享符号。它具有以下功能。为过程信号（输入/输出）、位存储和块设定符号名和注释。从/向其他的Windows程序导入/导出。分类功能。
使用符号编辑器生成的符号表可供其他所有工具使用。对一个符号特性的任何变化都能自动被其他工具识别。3）硬件诊断 向用户提供可编程序控制器的状态概况。在概况中显示符号，指示每个模块是否正常或有故障。双击故障模块，显示有关故障的详细信息，信息的范围视使用模块而定。显示中央I/O和分布式从站的模块信息（如通道故障）。显示关于模块的一般信息（如订货号、版本、名称）以及模块状态（如故障）。显示来自诊编程语言 S7-300和S7-400的编程语言［梯形逻辑图（Ladder Logic，LAD）、语句表（Statement List，STL）和功能块图（Function Block Diagram，FBD）］都集成在一个标准软件包中。梯形逻辑图是STEP 7编程语言的图形表达方式。它的指令语法与一个继电器的梯形逻辑图相似，当电信号通过各个触点、复合元件以及输出线圈时，使用梯形图，可追踪电信号在电源示意线之间的流动。语句表是STEP 7编程语言的文本表达方式。如果一个程序是用语句表编写的，则CPU执行程序时按每条指令一步一步地执行。为使编程更容易，语句表已进行扩展，还包括一些高层语言结构（如结构数据的访问和块参数）。功能块图是STEP 7编程语言的图形表达方式，使用与布尔代数相类似的逻辑框来表达逻辑。复合功能（如数学功能）用逻辑框相连直接表达。其他编程语言作为可选软件包使用。
STEP 7有多种版本，这里是针对STEP 7 V5.4版本的。
与以前版本的STEP 7相比，STEP 7 V5.4增加了如下新的功能特性。项目访问保护：只有已授权的客户可打开受保护的项目。SIMATIC Manager：时间日期（Date and Time）显示格式可选择。向/从CAx系统（如、CAE）以XML格式导出/导入CAx数据。3.1 STEP 7软件安装
为了确保STEP 7软件正常、稳定地运行，不同版本、型号对硬件、软件安装环境有不同的要求。下面以STEP 7 V5.4为例进行说明。在安装的过程中，必须严格按照要求进行安装。此外，STEP 7软件在安装的过程中还需要进行一系列的设置，比如通信接口的设置等。1．STEP 7的安装要求1）安装的硬件要求 安装STEP 7对硬件的要求不仅与具体的软件版本有关，还与计算机的操作系统有关。对于MS Windows 2000 Professional或MS Windows XP Professional操作系统来说，具体的硬件要求如下。内存：512MB以上，推荐为1GB。CPU：主频600MHz以上。显示设备：XGA，支持1024×768像素分辨率，16位以上的深度色彩。
对于MS Windows Server 2003操作系统来说，具体的硬件要求如下。内存：1GB以上。CPU：主频2.4GHz以上。显示设备：XGA，支持1024×768像素分辨率，16位以上的深度色彩。2）安装的软件要求 一般来说，软件版本高时对计算机的硬件要求相对较弱一点；相反，软件的版本低时对硬件的要求则高一些。但并不是所有的软件版本都能通过硬件的补偿达到正常稳定地运行STEP 7软件，STEP 7软件对计算机的软件也提出了明确的要求。断缓存区的报文。
对于CPU，可显示以下附加信息：显示循环时间（最长的、最短的和最近一次的）；用户程序处理过程中的故障原因；MPI的通信可能性及负载；显示性能数据（可能的输入/输出、位存储、计数器、定时器和块的数量）。4）硬件组态 为自动化项目的硬件进行组态和参数设置。硬件组态的功能如下。组态分布式I/O与组态中央I/O一致，也支持以通道为单位的I/O。组态可编程序控制器时，从电子目录中选择一个机架，并在机架中将选中的模块安排在所需要的槽上。在给CPU参数设置的过程中，通过菜单的指导设置属性，比如，启动特性和循环扫描时间监控。支持多处理方式。输入的数据保存在系统数据块中。在向模块作参数设置的过程中，所有设置的参数都是用对话框来设置的。没有任何设置使用DIP开关。参数设置向模块的传送是在CPU启动过程中自动完成的，即模块相互交换而无须赋值新的参数。与其他模块的赋值方法一样，功能模块（FM）和通信处理器（CP）的参数设置，也是在硬件组态工具中完成的。对于每个FM和CP，都有模块指定对话框和规则（包括在FM/CP功能软件包范围内）。系统通过只在对话框中提供有效的选项，防止不正确的输入。5）网络组态 通过MPI，使用组态工具选择通信的网站，在表中输入数据源和数据目标，自动生成要下载的所有块（SDB），并且自动完整地下载到所有的CPU中。实现事件驱动的数据传送：设置通信连接，从集成的块库中选择通信或功能块，以选择的编程语言为所选的通信或功能块赋值参数。指令是否执行和以什么样的方式执行，执行指令时可能改变状态字中的某些位，用位逻辑指令和逻辑指令可访问和检测它们。思考与练习变量、启动信息、参数传递信息和来自梯形图程序的中间逻辑运算结果要介绍STEP 7软件安装、SIMATIC管理器的操作、STEP 7快速入门、S7-PLCSIM软件使用等内容。通过本章学习，读者应掌握STEP 7编程软件基础知识，为以后的深入学习打下基础。
STEP 7编程软件适用于西门子系列工控产品，是供SIMATIC S7、M7、C7和基于PC的Wi的编程、监控和进行参数设置的标准工具，是SIMATIC工业软件的重要组成部分。
如图3-1所示，STEP 7标准软件包提供一系列的应用程序，它具有硬件组态和参数设置、通信组态、编程、测试、启动和维护、文件建档、运行和诊断等功能。STEP 7的所有功能均有大量的在线帮助，打开或选中某一对象，按F1键便可得到该对象的在线帮助。。名逻辑块都有它的局部数据区，局部变量在逻辑块的变量声明表中生成，只能在它被创建的块中使用。CPU按组织块的优先级划分局部数据区，S7-300 PLC同一优先级的组织块及其调用逻辑块所占用的临时局部数据区为256B。S7-400 PLC每个优先级的局部数据区可以在硬件组态中改变大小，最大可达几十KB。7）外部输入/输出存储区（PI/PQ） 用户通过外部输入区（PI）可以直接访问本地的和分布式的输入模块。对PI区的访问只能是读取，不能改写，被称为“立即读”。
用户通过外部输出区（PQ）可以直接访问本地的和分布式的输出模块。对PQ区的访问只能是改写，不能读取，被称为“立即写”。通过“立即读”用户程序可以快速得到输入模块的当前状态，而不必等到下一个扫描周期。通过“立即写”用户程序可以快速向输出模块写入数据，而不必等到下一个扫描周期。
PI/PQ区可以按字节、字和双字访问，但不能按位访问。
2.4.2 CPU中的寄存器1）累加器（ACCUx） 32位累加器是用于处理字节、字或者双字的寄存器，是执行语句表指令的关键部件。S7-300有2个累加器（ACCU1和ACCU2），S7-400有4个累加器（ACCU1～ACCU4）。可把操作数送入累加器，并在累加器中进行运算和处理，保存在ACCU1中的运算结果可传送到存储区。处理8位或16位数据时，数据放在累加器的低端，即右对齐。2）地址寄存器 两个32位的地址寄存器AR1和AR2作为地址指针，用于寄存器间接寻址。3）数据块寄存器 32位数据块寄存器DB和DI的高16位分别用来保存打开的共享数据块和背景数据块的编号，低16位用来保存打开的数据块的字节长度分过程映像输入/输出存储区过程映像输入区的标识符为I，它是PLC接收外部输入信号的窗口。由PLC的工作原理可知，CPU在执行用户程序时，并不直接访问输入模块，而是访问过程映像输入区。在每个扫描循环开始阶段，CPU读取输入模块的外部输入电路的状态，并将其存入过程映像输入区，若外部输入电路接通，则向过程映像输入区的相应位 写入“1”；反之，若外部输入电路断开，则向过程映像输入区的相应位写入“0”。若用户需要在程序中访问输入模块中的某一个输入点，在程序中应表示为：Ix．y，其中“I”表示输入标识符，“x”表示字节地址，“．”表示字节与位的分隔符，“y”表示位地址，因一个字节包含8位，所以位地址的范围为0～7。

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