工業電氣自動化及網絡控制技術培訓主講教師重慶大學廖常初廖常初編寫的部分教材《S7-300/400PLC應用技術》：獲機械工業出版社2006年科技進步獎，中國書刊發行業協會2012~2013年度全行業優秀暢銷書。

《跟我動手學S7-300/400PLC》：入門教程，以大量的仿真實驗為主。《PLC編程及應用》（S7-200），中國書刊發行業協會“2006年度全行業優秀暢銷品種”。2014年第4版有視頻教程。《S7-200PLC編程及應用》為十一五國家級規劃教材。《S7-200SMARTPLC編程及應用》，有視頻教程。《西門子人機界面（觸摸屏）組態與應用技術》第2版。《西門子工業網絡組態編程與故障診斷》隨書光盤有大量軟件、手冊和例程。《FX系列PLC編程及應用》，獲機械工業出版社2007年科技進步獎。2013年第2版有視頻教程。《S7-1200PLC編程及應用》第2版，有視頻教程。作者榮獲機械工業出版社60周年最具影響力作者稱號。歡迎訪問中華工控網“廖常初老師的博客”。中華工控網論壇的帖子“跟我動手學S7-300/400”有1500多個回帖，14萬多次訪問量。

1.學習S7-300/400PLC的意義

S7-300/400是國際國內市場占有率最高的大中型PLC，在國內得到非常廣泛的應用。與小型PLC相比，S7-300/400引入了很多計算機高級語言的先進編程思想，程序結構、數據結構、網絡通信都比較復雜，自學非常困難，有很多在職人員自費參加S7-300/400的培訓。高職高專學生學好了S7-300/400，將給他的職業生涯打下一個良好的基礎。

2.培訓使用的教材主要教材是廖常初編寫的《S7-300/400PLC應用技術》，該書獲得機械工業出版社2006年科技進步獎，和中國書刊發行業協會2012~2013年度全行業優秀暢銷書獎。

參考教材是廖常初編寫的《跟我動手學S7-300/400PLC》，該書是入門級教程，以大量的仿真實驗為主，內容涵蓋了S7-300/400應用的主要知識，可作為高職高專教材。《S7-300/400PLC應用教程》是《S7-300/400PLC應用技術》的教材版，有習題和實驗指導書，可提供電子教案。本培訓假設學員已有小型PLC（例如三菱的FX和西門子的S7-200）的基礎。1.2PLC的工作原理1.2.1邏輯運算

用邏輯代數中的1和0來表示數字量控制系統中變量的兩種相反的工作狀態。線圈通電、常開觸點接通、常閉觸點斷開為1狀態，反之為0狀態。在波形圖中，用高、低電平分別表示1、0狀態。“與”、“或”、“非”邏輯運算的輸入輸出關系見表1-1。圖1-3異步電動機控制電路第2章S7-300/400的硬件與STEP7使用入門2.1

SIMATIC自動控制系統簡介2.1.1SIMATIC自動化控制系統的組成

1．SIMATICPLCS7系列是傳統意義的PLC產品。M7、C7已停產。

S7-200/S7-1200/S7-200SMART是小型PLC。

S7-300是模塊式中小型PLC，最多可以擴展3個機架、32個模塊。

S7-400是大型PLC，可以擴展300多個模塊。S7-1500是新型大中型PLC。

WinACRTX是安裝在PC上的S7實時軟PLC。2．PROFIBUS-DP分布式I/O：例如ET200和驅動設備。3．PROFINETIO系統中的分布式IO：ET200等。4．SIMATICHMI：人機界面的縮寫，組態軟件為WinCCflexible。

5．SIMATICNET：西門子工業通信網絡。

6．標準工具STEP7：對所有SIMATIC部件的硬件和通信連接組態、參數設置和編程，還有測試、啟動、維護、文件建檔、運行和診斷等功能。2.1.2全集成自動化

統一的組態和編程，統一的數據管理，統一的通信。2.2S7-300系列PLC簡介

2.2.1S7-300概述

是模塊化的中小型PLC，CPU模塊有一個MPI(RS-485)接口，有的CPU還有PROFIBUS-DP接口、PROFINET（以太網）接口、PtP(點對點)串行通信接口。

最多3個擴展機架(ER)，每個機架最多8個SM、FM或CP。2.3S7-300的CPU模塊與電源模塊2.3.1CPU模塊的元件

1．狀態與故障顯示LED

SF（系統出錯/故障顯示，紅色）：CPU硬件故障或軟件錯誤時亮。

BF（總線錯誤，紅色）。

DC5V（＋5V電源指示，綠色）：5V電源正常時亮。

FRCE（強制，黃色）：至少有一個I/O被強制時亮。

RUN（運行方式，綠色）：CPU處于RUN狀態時亮。

STOP（黃色）：CPU處于STOP時亮。

2．CPU的操作模式

1）STOP（停止）位置：不執行用戶程序。2）RUN(運行)位置：執行用戶程序。

3）HOLD模式：運行時遇到斷點，用戶程序暫停。

4）STARTUP（啟動）模式。模式選擇開關在RUN位置，通電時自動啟動。

用模式選擇開關初始化存儲區，清除程序的方法，MMC使用注意事項。

用模式選擇開關初始化存儲區，清除程序的方法，MMC使用注意事項。2.3.2CPU的存儲器

1．PLC使用的物理存儲器RAM（隨機存取存儲器）的工作速度高、價格便宜、改寫方便。斷電后儲存的信息丟失。ROM（只讀存儲器）只能讀出，不能寫入。斷電后儲存的信息不會丟失。

快閃存儲器（FEPROM）和EEPROM（可以電擦除可編程的只讀存儲器）的數據可以讀出和改寫，斷電后信息不會丟失。寫入數據的時間比RAM長。

2．微存儲卡

簡稱為MMC，用于斷電時保存用戶程序和某些數據。3．CPU的存儲區

2.3.3CPU模塊的技術規范

1．緊湊型CPUCPU312C、CPU313C、CPU313-2DP、CPU313-2PtP、CPU314-2DP、CPU314-2PtP和CPU314C-2PN/DP。均有計數、頻率測量和脈沖寬度調制功能，有的有定位功能，2～4個高速計數通道，性價比高。

2．標準型CPU：CPU312、CPU314、CPU315-2DP、CPU315-2PN/DP、CPU317-2DP、CPU317-2PN/DP和CPU319-3PN/DP。

3．技術功能型CPU：具有智能技術和運動控制功能，CPU315T-2DP、CPU317T-2DP。

4．SIPLUS戶外型CPU：-25°C到+70°C。

5．故障安全型：CPU315F-2DP、CPU315F-2PN/DP、CPU317F-2DP和CPU317F-2PN/DP。2.4S7-400系列PLC簡介

2.4.1S7-400的基本結構與特點

1．S7-400的基本結構

模塊的尺寸為25(寬)×290(高)×210(深)mm。

用ET200分布式I/O可以進行遠程擴展，用于分布范圍很廣的系統。2.4.2機架與接口模塊

（1）通用機架UR1/UR2

P總線是I/O總線，C（K）總線是通信總線。

（2）中央機架，有I/O總線和通信總線。CR2有10＋8槽,需要一個電源模塊和兩個CPU模塊。CR3是4槽的中央機架。

（3）擴展機架ER1/ER2分別有18槽和9槽，只有I/O總線。

（4）UR2-H機架

UR2-H機架用于在一個機架上配置一個完整的S7-400H冗余系統，每個均有自己的I/O。兩個電源模塊和兩個冗余CPU模塊。2.5STEP7編程軟件的安裝與使用2.5.1STEP7的版本與許可證密鑰分為基本版與專業版。用AutomationLicenseManager（自動化許可證管理器）來傳送、顯示和刪除許可證密鑰。2.5.2安裝STEP7與PLCSIMSTEP7V5.5SP2可用于WindowsXP和Windows7的專業版。安裝過程：接受許可協議的條款，安裝類型選“典型的”。選“否，以后再傳送許可證密匙”。安裝完后重新啟動計算機，安裝PLCSIM。

安裝STEP7的注意事項

出現“ssf文件錯誤”的處理，要求重新啟動系統的處理。安裝順序：先安裝STEP7，再安裝其他軟件。2.5.3項目的創建

1．用新項目向導創建項目，CPU訂貨號有限制。

2．直接創建項目

3．項目的分層結構2.5.4STEP7與PLC通信連接的組態

1．STEP7與PLC通信的硬件PC/MPI適配器，USB/MPI適配器。MPI/DP卡：CP5511或CP5512。工業以太網卡CP1612、1616或普通以太網卡。2．STEP7與PLC通信的組態

在SIMATIC管理器中執行菜單命令“選項”→“設置PG/PC接口”，在“設置PG/PC接口”對話框的列表選中通信用的硬件和通信協議。

如果通信硬件列表沒有實際使用的通信硬件，點擊“選擇”按鈕，打開“安裝/刪除接口”對話框，安裝通信用的硬件的驅動程序。

使用USB/MPI適配器、CP5611和CP343-1下載程序的演示。2.6硬件組態2.6.1硬件組態概述硬件組態的任務：生成一個與實際的硬件系統完全相同的系統。

硬件組態確定了PLC輸入/輸出變量的地址，為設計用戶程序打下了基礎。S7-300的電源模塊、CPU和接口模塊固定放1、2、3號槽。插入模塊的兩種方法。生成擴展機架，用接口模塊連接機架。只有一個擴展機架最好使用價格便宜的IM365，多個擴展機架可使用IM360/IM361。

編譯和保存組態信息的方法。更換CPU時保留程序的方法。2.6.2多機架系統的組態2.6.3I/O模塊的地址分配

1．S7-300信號模塊的地址分配組態時軟件自動分配模塊地址，用戶可以修改。0號機架4號槽的數字量模塊的起始字節地址為0，每個槽位分配4個字節的地址。0號機架4號槽從256號字節開始，每個模擬量模塊占16B，一個通道占2B。

2．S7-400I/O模塊的地址分配

1）模塊地址與機架號和槽號無關。

2）自動統一分配主站和非智能DP從站模塊的地址。

3）DI、DO、AI、AO分為4類，同類模塊的字節地址按組態的先后次序依次自動分配，可以修改。數字量I/O從0號字節開始，模擬量I/O模塊的地址從512號字節開始，每點占2B。2.6.4CPU模塊的參數設置

時鐘脈沖字節、保持存儲器、密碼、中斷的設置。

2.6.5STEP7的幫助功能與防止誤操作的措施

2.7輸入/輸出模塊

2.7.1數字量輸入模塊

輸入/輸出模塊統稱為信號模塊(SM)。前連接器插在前蓋后面的凹槽內。漏輸入電路（見圖2-26）的輸入回路電流從模塊的信號輸入端流進來，源輸入電路反之。有中斷功能的輸入模塊參數設置。

圖2-41數字量輸入模塊電路圖2-42數字量輸入模塊電路2.7.2數字量輸出模塊

繼電器輸出電路可以驅動直流負載和交流負載，承受瞬時過電壓和過電流的能力較強，動作速度慢，動作次數有限制。

固態繼電器型輸出模塊只能用于交流負載，晶體管型、場效應晶體管型輸出模塊只能用于直流負載，它們的響應速度快，壽命長，過載能力稍差。

數字量輸出模塊的參數設置，啟用診斷中斷，對CPUSTOP模式的響應的設置。圖2-45繼電器輸出模塊電路圖2-46固態繼電器輸出模塊電路2.7.3模擬量輸入模塊

表2-49模擬量輸入模塊示意圖圖2-47晶體管或場效應管輸出模塊電路AI模塊的輸入信號類型用量程卡來設置。每兩個通道共用一個量程卡。2.7.4模擬量輸入模塊的參數設置

模塊以每兩個通道為一組，設置好每組的測量型號和測量范圍后，軟件給出通道組對應的量程卡的位置。應按組態的要求設置好量程卡的實際位置。SM331采用積分式A/D轉換器，積分時間與干擾抑制頻率互為倒數。積分時間與轉換精度的關系見表2-6。為了抑制工頻信號對模擬量信號的干擾，一般選擇積分時間為20ms。2.7.5將模擬量輸入模塊的輸出值轉換為實際的物理量

模擬量輸入/輸出模塊中模擬量對應的數字稱為模擬值，模擬值用16位二進制補碼來表示。最高位為符號位，正數的符號位為0，負數的符號位為1。單極性輸入模擬量滿量程對應0～27648，雙極性輸入模擬量滿量程對應-27648～+27648。

【例2-1】壓力變送器的量程為0～10MPa，輸出信號為4～20mA，模擬量輸入模塊的量程為4～20mA，轉換后的數字量為0～27648，設轉換后得到的數字為N，試求以kPa為單位的壓力值。

解：0～10MPa(0～10000kPa)對應于轉換后的數字0～27648，轉換公式為

P=10000

N/27648（kPa）

2.7.6模擬量輸出模塊與模擬量輸入/輸出模塊

電壓輸出可用2線制或4線制，后者抗干擾能力較強。電流輸出用2線制。

AO模塊的組態與DO模塊差不多。

2.7.7其他信號模塊與前連接器

1．EX系列數字量/模擬量I/O模塊用于隔離外部的本質-安全回路（安裝在有爆炸危險區域的傳感器和執行器）與PLC的非本質-安全內部回路。

2．F系列數字量/模擬量輸入/輸出模塊

具有故障安全運行的集成安全功能，在ET200M分布式I/