西门子S7-300 PLC简介
2.1 PLC技术的概念及发展
2.1.1 PLC技术的概念
PLC即可编程控制器（Programmable logic Controller），是指以计算机技术为基础的工业控制装置。PLC是一种专门为在工业下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产。
2.1.2 PLC技术的发展历史
长期以来，计算机控制和PLC控制一直是工业控制领域的两种主要控制，PLC自1969年问世以来，以其功能强、可靠性高、使用方便、体积小等优点在工业自动化领域迅速推广，成为工业自动化领域中极具竞争力的控制工具。但的PLC体系结构是封闭的，各个PLC厂家的硬件体系互不兼容，编程语言及指令各异，用户选择了一种PLC产品后，必须选择与其相应的控制规程，学特定的编程语言，不利于终端用户功能的扩展。近年来，工业自动化控制的规模不断扩大，控制结构更趋于分散化和复杂化，需要更多的用户接口。同时，企业整合和开放式体系的发展要求自动控制应具有强大的网络通讯能力，使企业能及时地了解生产中的诸多信息，灵活选择解决方案，配置硬件和。此外为了扩大控制的功能，许多传感器被加装到控制单元上。我国工业控制自动化的发展道路，大多是在引进成套设备的同时进行消化吸收，然后进行二次和应用。目前我国工业控制自动化技术、产业和应用都有了很大的发展，我国工业计算机行业已经形成。工业控制自动化技术正在向智能化、网络化和集成化方向发展。
2.1.3 PLC的发展趋势
1、功能向增强化和化的方向发展，针对不同行业的应用特点，出化的PLC产品。以此来产品的性能和产品的成本，产品的易用性和化水平。
2、规模向小型化和大型化的方向发展，小型化是指可靠性基础上，产品的体积越来越小，功能越来越强；大型化是指应用在工业控制领域较大的应用市场，应用的规模从几十点扩展到上千点应用功能从单一的逻辑运算扩展几乎能所有的用户要求。
3、向化和开放化方向发展，以个人计算机为基础，在windows平台上符合全新一体化开放体系结构的PLC。通过提供化和开放化的接口，可以很方便地将PLC接入其它[2]。
2.2
PLC的功能特点
2.2.1
PLC的功能
随着自动化技术、计算机技术及网络通信技术的迅速发展，PLC的功能日益增多。它不仅能实现单机控制，而且能实现多机群控制；不仅能实现逻辑控制，还能实现控制、运动控制和数据处理等，其主要功能如下：
1、开关量逻辑控制
这是PLC的总线基本的功能。PLC具有强大的逻辑运算能力，它提供了与、或、非等各种逻辑指令，可实现继电器触点的串联、并联和串并联等各种连接的开关控制，常用于取代的继电器控制。使用PLC提供的定时、计数指令，可实现定时、计数功能，其定时值和计数值既可由用户在编程时设定，也可用数字拨码开关来设定，其值可进行在线修改，操作十分灵活方便。
2、模拟量控制
在工业生产中，有许多连续变化的量，如温度、压力、流量、液位和速度等都是模拟量。PLC提供了各种智能模块，如模拟量输入模块、模拟量输出模块、模拟量输入输出模块、热电阻用模拟量输入模块、热电阻用模拟量输出模块等，通过使用这些模块，把现场输入的模拟量经A/D转换后送CPU处理；而CPU处理的数字结果，经D/A转换成模拟量去控制被控设备，以完成对连续量的控制。
3、闭环控制
使用PLC不仅可以对模拟量进行开环控制，而且还可以进行闭环控制。配置PID控制单元或模块，对控制中某一变量（如速度、温度、电流、电压等）进行PID控制。
4、定时、定位、计数控制
PLC具有定时控制的功能，它为用户提供了若干个定时器，定时器的时间可以由用户在编写程序时设定，也可以用拨盘开关在外部设定，实现定时或延时控制。定位控制是PLC不可缺少的控制功能。PLC提供了定位模块、脉冲输出模块等智能模块，以实现各种需求的定位控制。PLC具有计数控制的功能，它为用户提供了若干个计数器或高速计数模块。计数器的计数值可以由用户在编写程序时设定，也可以用拨盘开关在外部设定，实现计数控制。
5、顺序（步进）控制
在工业控制中，选用PLC实现顺序控制，可以采用IEC规定的用于顺序控制的化语言——顺序功能图进行设计，可以用移位寄存器和顺序控制指令编写程序。
6、网络通信
现代PLC具有网络通信的功能，它既可以对远程I/O进行控制，又能实现PLC与计算机之间的通信，从而构成“集中，分散控制”的分布式控制，实现工厂自动化。PLC通过RS232接口可与各种RS232设备进行通信。PLC还可与其它智能控制设备（如变频器、数控装置）实现通信。PLC与变频器组成联合控制，可交流电动机的自动化控制水平。
7、数据处理
现代PLC具有数算（含矩阵运算、函数运算、逻辑运算）、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。这些数据可以与存储在存储器中的参考值比较，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能传送到别的智能装置，或将它们打印制表[2]。
2.2.2
PLC的特点
1、通用性强、灵活性好、功能齐全
PLC是专为在工业下应用而设计的，具有面向工业控制的鲜明特点。通过选配相应的控制模块便可适用于各种不同的工业控制。同时，由于PLC采用存储逻辑，其控制逻辑以程序存储在内存中，当生产工艺改变或生产设备更新时，不必改变PLC的硬件，只需改变程序，改变控制逻辑，其连线少，体积小，加之PLC中每只软继电器的触点数理论上无，因此，灵活性和扩展性都很好。
2、可靠性高、抗能力强
为了确保PLC在恶劣的工业下能可靠的工作。在设计中强化了PLC的抗能力，使之能抗诸如电噪声、电源波动、振动、电磁等的。PLC能承受电网电压的变化，可直接由交流市电供电，直接取自电控箱电源。即使在电源瞬间断电的情况下，仍可正常工作。PLC在设计、生产中除了对元器件严格筛选外，硬件和还采用屏蔽、滤波。光电隔离和故障诊断、自动恢复等措施，有的PLC还采用了冗余技术等，进一步增强了PLC的可靠性。
3、编程简单、使用方便
PLC在基本控制方面采用梯形图语言进行编程，这种梯形图是与继电器控制电路图相呼应的，形式简单、直观性强，广大电气人员容易接受。用梯形图编程出错率比汇编语言低得多。梯形图、流程图、语句表之间可以有条件的相互转换，使用极其方便。
4、模块化结构、安装简单、调试方便
PLC的各个部件，包括CPU、电源、I/O等均采用模块化结构设计，由机架和电缆将各模块连接起来，由于配置灵活，使扩展、更加方便。另外，PLC的接线十分方便，只需将输入的设备（如按钮、开关等）与PLC的输入端子相连，将接受控制的执行元件（器、电磁阀等）与输出端子相连即可。调试工作大部分是室内调试，用模拟开关模拟输入，其输入状态和输出状态可以观察PLC上相应的发光二极管，可以根据它进行、排错和修改[2]。
2.3 西门子S7-300 PLC
2.3.1
S7-300的结构
S7-300 PLC是模拟式中小型PLC，电源、CPU和其他模块都是的，可以通过U形总线把电源（PS）、CPU和其他模块紧密固定在西门子S7-300的轨道上。每个模块都有一个总线连接器，后者插在各模块的背后。电源模块是安装在机架的总线左边，CPU模块电源模块。CPU的右边是可以选择的IM接口模块，如果只用主架导轨而没有使用扩展支架可以不选择IM接口模块。S7编程组态主架导轨硬件时，电源，CPU和IM分别导轨的1号槽、2号槽和3号槽上。一条导轨共有11个槽号：1号槽至11号槽，其中4号槽至11号槽可以随意放置除电源、CPU和IM以外的其他模块。如：DI（数字量输入）、DO（数字量输出）、AI（模拟量输入）、AO（模拟量输出）、FM（功能模块）和CP（通信模块）等[3]。
2.3.2 S7-300 CPU模块
CPU模块是控制的核心，负责的控制责任，存储并执行程序，实现通信功能，为U形总线5V电源。CPU有4种操作：STOP（停机），STARTUP（启动），RUN（运行）和HOLD（保持）。在所有的中，都可以通过MPI接口与其他设备通信。S7-300的CPU模块大致可以分为以下几类：
1、6种紧凑型CPU，带有集成的功能和I/O：CPU 312C、313C、313C-PtP、313C-2DP、314C-PtP和314C-2DP。
2、革新的型CPU：CPU 312、314和315-2DP。
3、5种的CPU：CPU 313、314、315、315-2DP和316-2DP。
4、户外型CPU：CPU 312 IFM、314 IFM、314户外型和315-2DP。
5、大容量高端型CPU：317-2DP和CPU 318-2DP。
6、主从接口型CPU：CPU 315F-2DP[3]。
2.3.3
S7-300的模拟量输入模块在生产中有大量的连续变化的模拟量需要用PLC来测量或控制。有的是非电
量，例如温度、压力、流量物体的成分和等。有的是强电量，例如发电机组的电流、电压、有功功率和无功功率等。变送器用于将传感器提供的电量或非电量转换成的量程的直流电流和直流电压，例如DC1~5V和D~20mA。模拟量输入模块用于将模拟量转换为CPU内部处理用的数字，其主要组成部分是A/D转换器。模拟量输入模块的输入一般都是模拟量变送器输出的量程的直流电压，直流电流。模拟量输入/输出模块中模拟量对应的数字称为模拟值，模拟值用16位二进制补码来表示总线高位为符号位。模拟量输入模块的模拟值与百分数表示的模拟量之间的对应关系为：双极性模拟量量程的上下限(和-)分别对应模拟值27648和-27648。单极性模拟量量程的上下限(和0%)分别对应于模拟值27648和0[3]。
--- S7-300是模块化中小型 PLC ，它能中等性能要求的应用。
---- 模块化，无排风扇结构，易于实现分布，易于用户等特点使得S7-300成为各种从小规模到中等性能要求控制任务的方便又经济的解决方案。
---- SIMATIC S7-300的应用领域包括：
机床
纺织机械
包装机械
通用机械工程应用
控制
机床
楼宇自动化
电器制造工业及相关产业
---- 多种的性能递增的CPU和丰富的且带有许多方便功能的I/O扩展模块，使用户可以完据实际应用选择的模块。
---- 当任务规模扩大并且愈加复杂时，可随时使用附加模块对PLC进行扩展。
---- SIMATIC S7-300已经以下国内和：
DIN
UL
CSA
FM1级1区，A, B, C, D 组
温度组T4(≤135°C)
船级
- 美国船级社
- 法国船级社
- 挪威船级社
- 德国劳氏船级社
- 英国劳氏船级社
结构
---- SIMATIC S7-300可编程序控制器是模块化结构设计。各种单独的模块之间可进行广泛组合以用于扩展。
---- 组成：
处理单元 (CPU)
各种CPU 有各种不同的性能，例如，有的CPU 上集成有输入/输出点，有的CPU上集成有PROFI- BUS-DP通讯接口等。
模块 (SM)
用于数字量和模拟量输入/输出
通讯处理器 (CP)
用于连接网络和点对点连接
功能模块 (FM)
用于高速计数，定位操作 (开环或闭环控制) 和闭环控制。
根据客户要求，还可以提供以下设备：
负载电源模块 (PS)
用于将SIMATIC S7-300 连接到120/230V AC电源。
接口模块 (IM)
用于多机架配置时连接主机架(CR)和扩展机架 (ER)。S7-300通过分布式的主机架(CR)和3个扩展机架(ER)，可以操作多达32个模块。运行时无需风扇。
SIMATIC M7自动化计算机
AT-兼容的计算机用于解决对时间要求非常高的技术问题。它既可作为 CPU，也可以作为功能模块使用。
SIMATIC S7-300适用于通用领域：
高电磁兼容性和强抗振动，冲击性，使其具有的工业适应性。
S7-300 有两种类型：
型
温度范围从0到60°C
条件扩展型
温度范围从-25°C到 +60°C，更强的耐受振动和污染特性。
用在扩展条件的特殊模块可以单独订货。
简单的结构使得S7-300灵活而易于
DIN导轨安装
只需简单地将模块钩在 DIN的安装导轨上，转动到位，然后用螺栓锁紧。
集成的背板总线
背板总线集成在模块上，模块通过总线连接器相连，总线连接器插在机壳的背后。
更换模块简单并且不会弄错
更换模块时，只需松开安装螺钉。很简单地拔下已经接线的前连接器。在连接器上的编码防止将已接线的连接器插到其他的模块上。
可靠的接线端子
对于模块可以使用螺钉型接线端子或弹簧型接线端子
TOP连接
采用一个带螺钉或连接的1至3线进行预接线。或者直接在模块上进行接线。
确定的安装深度
所有的端子和连接器都在模块上的凹槽内，并有端盖保护，因此所有的模块都有相同的安装深度。
没有槽位的
模块和通讯处理模块可以不受地插到任何一个槽上，自行组态。
如果用户的自控任务需要多于8个模块或通讯处理器模块时，则可以扩展 s7-300机架(CPU314以上)
在4个机架上多可安装 32个模块
多3个扩展机架(ER) 可以接到机架(CR) 上，每个机架(CR/ER)可以8个模块。
通过接口模块连接
- 每个机架上(CR/ER)都有它自己的接口模块。它是插在CPU旁边的槽内，负责与其他扩展机架自动地进行通讯。
- 通过IM365扩展，可扩展1个机架，长1米，电源也是由此扩展提供。
- 通过IM360/361扩展，可扩展3个机架，机架(CR)到扩展机架(ER)及扩展机架之间的距离为10米。
图17. 高速计数程序功能块
计数器工艺功能的主要参数：
序号 名称 功能
1 SwGate 门：通过该控制位来控制计数器启动和停止；
2 ErrorACK 错误应答：出现错误并处理错误后通过此控制位来复位故障状态；
3 EventACK 事件应答：确认计数器事件状态，如：计数值限等；
4 SetCountValue 设置计数值：通过该控制位可以将当前计数值更改为其他值，注意：修改值需要写到工艺对象静态变量“NewCountValue”中；
5 StatusHW 工艺模块状态位： 模块已组态并好运行， 模块数据有效；
6 StatusGate 门状态位：该状态位反映了内部门的实际状态，只有改状态为为"True"时，计数器才会工作；
7 StatusUp 增计数状态位：表示当前计数方向为增计数；
8 StatusDown 减计数状态位：表示当前计数方向为减计数；
9 PosOverflow 上限状态位：表示当前计数值已经过设定的计数值上限；
10 NegOverflow 下限状态位：表示当前计数值已经过设定的计数值下限；
11 Error 错误状态位：表示当前计数工艺对象有错误；
12 ErrorID 错误代码：显示当前工艺对象错误的故障代码；
13 CounterValue 计数值：计数器工艺对象的实际计数值；
表02. 计数器工艺功能的主要参数
7. 通过用户程序修改实际计数值：
在很况下都有可能需要人工修改一下当前的实际计数值，这需要首先将要修改的值传送到工艺DB的新计数值"NewCountValue"中，然后置位功能块输入管脚“SetCountValue” 则新计数值生效（图18）。具体步骤如下：
(1). 选中左面项目树的"High_Speed_Couter"工艺对象；
(2). 展开下面的详细视图，则可以看到工艺DB中的所有变量；
(3). 找到"NewCountValue"变量，并将其拖拽到用户程序的传送指令输出端；
(4). 将新的计数值传送到"NewCountValue"；
(5). 置位功能块输入管脚“SetCountValue” ；
(6). 新的计数值生效。
图18. 通过用户程序修改实际计数值
8. 通过用户程序修改比较值：
同修改实际计数值的类似，用户也可以通过用户程序修改该组态里面预制的比较值（图19），具体步骤如下：
(1). 选中左面项目树的"High_Speed_Couter"工艺对象；
(2). 展开下面的详细视图，则可以看到工艺DB中的所有变量；
(3). 找到"NewReferencevalue0"变量，并将其拖拽到用户程序中进行赋值；
(4). 找到"SetReferencevalue0"变量，并将其拖拽到用户程序中进行置位，就可以将刚刚修改的新比较值写到计数器模块中。
图19. 通过用户程序修改比较值
9. 查看工艺对象 DB 中的所有变量
上 述查找工艺对象变量的适用于 STEP 7 TIA Protal V13 以上版本，之前的版本可以通过鼠标右键工艺对象名称，选则下面的"打开 DB 编辑器" ，这样可以通过数据视图显示工艺对象 DB 里面的所有变量，使用变量的时候可以在用户程序中直接敲入相应的变量名即可（图20）。
S7-1500 中有两种电源可供选择，电源和负载电源。
S7-300
提供有大量功能，支持用户的S7-300编程、调试和等工作。
SIMATIC S7-300符合的和有：
SIMATIC S7-300的CPU 支持以下通信类型：
STEP 7的操作界面极为友好，显著地简化了用户的通信功能组态工作。
数据通讯
SIMATIC S7-300拥有不同的数据通信机制：
全局数据
借助“全局数据通信”服务，联网CPU彼此之间可以循环地交换数据（多可达8 GD 数据包，每周期22个字节）。据此，可以实现，例如，某个CPU访问另一个CPU的数据、位存储单元和图像等信息。只能通过 MPI 进行全局数据交换。组态通过STEP 7的GD表完成。
通讯功能
使用已经集成的块，可以建立S7/C7伙伴之间的通信服务。
这些服务是：
使用reloadable块，可以建立与S5伙伴和非西门子设备之间的通信服务。
这些服务是：
与全局数据不同的是，对于通信功能，必须为其建立通信连接。
集成到 IT 领域中
借助自动化工程组态，使用S7-300，可以更加方便地接入现代化的信息技术。使用CP 343-1 Advanced，可以实现以下信息技术功能：
S7-300 PROFINET CPU集成有Web。因此，Web浏览器可以读出S7-300站中的信息：
使用功能“同步”，可以同步耦合
总线周期时间的程序运行。
创建了自动化解决方案，可以以固定间隔时间（常量总线周期时间）并处理输入和输出。同时创建了前后一致的部分图像。
借助常量总线周期时间和分布式I/O同步处理技术，S7-300确保可以地重现规定的响应时间。
为同步功能提供了极为丰富的支持组件，可以处理运动控制、测量值采集和高速控制等领域的苛刻任务。
在分布式自动化解决方案中，目前的SIMATIC S7-300开始涉足重要的高速加工处理应用领域，并确保可以的精度和可重现性。这意味着可以以的产品不断地扩大生产数量。
SIMATIC S7-300的大量输入/输出模块都具有智能功能：
诊断
诊断功能可以用来判断模块的采集（针对数字量模块）或者模拟量处理（针对模拟模块）是否工作于无故障状态。在诊断分析中，必须区分可参数化和非参数化诊断消息：
如果某个诊断消息处于状态（例如“无传感器输入”），则模块会发起一个诊断中断（若已经为该诊断消息设置了参数，则仅在相应的参数化之后才会产生中断）。CPU会中断用户程序或较低优先级任务的执行，并接下来执行相关的诊断中断块（OB 82）。
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数字量输入/输出模块 |
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诊断报文 |
可能的故障原因 |
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无传感器输入 |
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无外部辅助电压 |
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无内部辅助电压 |
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丝烧断 |
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模块中的参数不正确 |
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时间监控功能已经编址（看门狗） |
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EPROM 故障 |
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RAM 故障 |
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硬件中断丢失 |
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模拟量输入模块 |
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诊断报文 |
可能的故障原因 |
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无外部负载电压 |
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组态/参数化错误 |
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共模错误 |
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断路 |
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低于测量范围的下限 |
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高于测量范围的上限 |
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模拟量输出模块 |
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诊断报文 |
可能的故障原因 |
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无外部负载电压 |
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组态/参数化错误 |
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M 短路 |
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断路 |
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硬件中断
通过硬件中断可以监控，并且，可以触发针对变化的响应。
S7-300F
S7-300F的功能包含在CPU的F程序中，并且位于故障模块之内。
模块采用差异分析和注入技术实现输出和输入的监控。
借助周期性自检、指令检测、程序逻辑检测和程序顺序流检测等，CPU可以检测控制器是否工作正常。此外，通过“活跃标志（sign-of-life）”请求，还可以对I/O进行检测。
若判定中存在故障，则将该切换至状态。
CPU 315F与有关的程序采用STEP 7语言的梯形图（LAD）和功能图（FBD）编制。与运行有关的功能范围和数据类型均限于在此处设置。编译时使用特定的格式和参数，可以创建相关程序。在单个CPU中，程序可以同时与故障程序一起运行（共存），无任何。
该包的另一个组件是F库，配有TUV认可的相关功能的编程实例。这些编程实例可以更改，但更改必须再次。
6ES73221BH014AA16ES73221BH014AA1
