S7-300使用方法说明

S7-300 系列 PLC组态简介

一、系统构成

西门子S7-300系列的常用组件主要有电源模块（1）、CPU模块（1）、开关量模块（2）、开关量输出模块（2）、模拟量输入模块（2）、模拟量输出模块。说明如下： 1． 2．

电源模块：PS307—5A；为PLC系统提供稳定的24V直流电源。 CPU模块：CPU314；是系统的核心负责程序的运行，数据的

存储与处理，与上位机的通讯和数据的传输。 3．

开关量输入模块：SM321；可进行32路开关量的检测，输入信

号为24V有效，若输入为无源触点，可利用电源模块提供24V驱动信号。 4．

开关量输出模块：SM322；可提供8路开关量输出，为继电器

输出方式；分为4组每两路公用一个公共端。 5．

模拟量输入模块：SM331；为实现对8路模拟量数据采集，输

入信号可以是电流信号、电压信号、热电偶输入、热电阻输入，可根据不同的应用场合对模块进行设置。 6．

模拟量输出模块：SM332；可提供4路模拟量输出信号，根据

应用可将各路输出设置为电压输出或电流输出。

PS307 SIMENS SM321 SM321 SM322 SM331 SM331 SM332 5A CPU314 DI32 DI32 DO8 AI8 AI8 AO4

图1、系统模块组成。

二、硬件组态 1．

基本机架（中心机架）

机架即是用于安装固定各个模块的专用槽架。PLC的各个模块就遵循一定的规则固定在上面。每个机架中：插槽1为电源模板插槽；插槽2为CPU模板插槽；插槽3留给通讯模板接口模板及扩展模板。插槽4以后留给应用模板。每个模块最多可以安装8个应用模块。模块的底部通过总线连接器与前后的模块想连接，构成一个整体系统。中心机架至少应装配电源模块和CPU模块，再根据需要配置其他功能模块。

说明：所谓插槽，在这里只是抽象的概念，S7—300系统中的机架物理形态上只是一个槽形轨道，上面没有具体的插槽，模块也只是按一定顺序固定在上面，模块之间也无须保留空间，而是紧密地相邻安装。插槽的概念只有在对系统进行软件组态时才能具体化。（软件组态将在后面介绍） 2．机架的扩展

当基本机架不能满足系统要求时，可通过扩展机架对系统进行扩展，扩展方式有两种： ①、 用IM365模板：

可扩展一个机架，需用两块IM365模板，连接长度最长为一米。一块IM653模板插在机架的3槽，另一块IM365插在扩展机架的第一

槽，扩展机架的电源通过IM365扩展提供。扩展机架上最多可有8块应用模板。

②、用IM360/361模板：

可扩展3个机架，IM360插在机架的第三槽，IM361插在扩展机架的第一槽，第一个扩展机架的IM361与机架的IM360相连，其余机架的IM361顺序与前一机架的IM361相连接，机架之间的最大连接长度为10米。扩展机架的电源可通过IM361连接外部24V电源。每个扩展机架最多可安装8块应用模板。

3．地址的确定

每个机架中应用模板始于插槽4，因此编址也从插槽4开始。 ①、开关量模板的编址：

自插槽4 开始起始地址为0，每一个插槽分配4个连续地址，每向后一个插槽，起始地

址值加4，而不管其前面是否为开关量模板。开关量模板上每个I/O通道占用一个地址位。 起始地址=（插槽号－4）×4； ②、 模拟量模板的编址：

自插槽4开始起始地址为256，每个模拟量模板分配16个连续地址，每向后一个插槽模板起始地址加16，而不管其前面是否为模拟量模板。在模拟量模板上每个I/O通道 占用2个地址字节。

起始地址=（插槽号－4）×16； ③、其它功能模板的编址：

其它功能模板的编址方式与模拟量模板的编址规律完全相同。即：

起始地址=（插槽号－4）×16；

当使用扩展机架时，模板地址按照以上规律顺序向后延伸。 4．模板功能的设置

在应用模板中有些模板毋需设置便可直接使用，如开关量I/O模板；而一些多用途模板以及功能模板则需要对模板进行准确的设置。模板的设定方式包括硬件设定和软件设定两部分，需要联合使用才能使模板正常工作。

例如，系统所使用的模拟量输入模板SM331（7KF01-0AB0），共有8路输入通道，每两路为一组。对应每一组输入，在模板的侧面有一个方型选择块，可选择该组通道用于电压输入还是电流输入，按站侧面板上所标注的说明，使选择块上不同方向上的字母与所标箭头相对，就实现了对模板的硬件设置。但是具体到信号的量程大小，如电流是0—10mA，还是4--20mA则需要利用软件进行设置。软件的设置方法将在后面介绍。

三、CPU模块功能简介 (以CPU 314为例) 1．

CPU的存储空间：

CPU的存储空间分为两部分，一部分是24K字节的工作存储区，用于存储用户程序。

另一部分是负载存储区，用于存储用户定义的各种数据，其中4K字节可无电池后备

此外还可以用插入式存储卡扩展存储空间，最大可扩展512K字节。 2．

组织块的支持

自由周期块：OB1，也就是程序的循环扫描块。

定时中断块：OB35，按给定时间间隔产生定时中断，缺省定时时间为100ms。

初始化模块：OB100，只在系统开始运行时调用一次，可用它对某些数据进行初始化。

中断驱动模块：OB40，用于对硬件中断进行响应和处理，在应用模块

中，有些模块提供了硬件中断功能，如脉冲计数器模块FM350-1。

实时驱动模块：OB10，可用于在给定的时间按给定的方式运行指定的

程序。

其中OB1，OB35，OB100三个模块是常用的三个基本组织块。 3．

程序块的支持

功能FC： 可支持128个 功能块FB：可支持28个 数据块DB：可支持128个 4．

其它编程元件的支持

位存储器：2048位 （M0.0---M255.7） 计数器：个 (C0---C63) 计数范围1---999 定时器：128个 (T0---T127) 定时时间10ms---9990s

四、软件的应用

与S7—300系统配套而来的是SIMATIC STEP 7软件系统，利用它可

以进行系统硬件的组态，模板的设置及通讯连接的设定。 1．

用户软件的组成

一个完整的用户软件由以下几个部分构成：

①、硬件系统的组态：硬件系统除了需要在模板本身进行必要的选择设置

外，还需要通过软件对具体的功能规范进行设定，才构成了完整的系统硬件组态。组态的信息需下载到PLC中，并进一步通过PLC传入相应的模板。

②、用户程序的全部程序块、数据块及被调用的系统功能模块。 ③、用户程序的相关说明与文档。 2．

新项目的创建

在开发一个新的PLC系统时，首先要建立一个新项目，而后该PLC控制系统全部软件的开发就建立在这个项目内，包括系统的组态，程序的编制，网络连接，文档的建立。 步骤：

①、 从桌面上启动SIMATIC管理器，同时STEP 7被自动启动。进

入管理器主界面。参见图4.1

②、 按下File按钮，选择 ‘New Project Wizard’，进入新项目向导。

图4.1 SIMATIC STEP 7 管理器主界面

图4.2 启动新项目向导

③、选择 ’Next’ 这样可以按照向导的指引逐步生成一个新项目。4.3）

（图

图4.3 按步生成新项目

③、 在CPU 类型中选择CPU314, 按 ‘Next’ ，进入下一步。这就生成了一个一CPU314为核心的PLC系统。

图4.4

⑤、选择你所想要添加的程序块名称，在其前的选择框中打勾。选择

所用的PLC编程语言，单击该语言前面的按钮。按‘NEXT’ 进入下一步。

图4.5

⑥、在Project name：栏输入你为项目所取的名称，按下‘Make’按

钮，一个新的项目就生成了。下面你就进入了程序设计的主画面。

图4.6

⑦本画面为用户编程的主界面，在该界面上可以选择PLC硬件组态，程序块的添加与程序的编写。并能依据编写的程序选择是否自动生成源

程

序

的

文

档

。

图 4.7

⑧、项目生成后，以下的软件设计等操作就主要在该界面下进行。以

后若要进入该项目的编程操作，可从SIMATIC管理器中选择打开项目，在项目列表中双击项目名。

3．

对硬件系统进行软组态

①、进入编程主界面后，单击项目前 + 号，打开项目，再单击SIMATIC 300 Station

图4.8

或其前面的加号，则SIMATIC 300 Station 打开，右侧窗口出现Hardware 与CPU314(1)两项。双击Hardware标志，就进入了硬件组态界面。

③、 在硬件组态界面下，出现了机架的上下两个窗口，下方窗口为机架硬件的详细信息。如图4.9所示。注意：CPU被自动放到了第二插槽，其余插槽为空。其中，第一插槽只能插入电源模板，第三插槽用来插入通讯、扩展及接口模板。单击空白插槽，从界面的选择菜单中单击‘Insert’，再点击‘Hardware Components’，就可以选择所要插入的模板。

图4.9

④、 单击‘Hardware Components’后，出现如下界面，窗口中显示出各种类型的模板，选择相应的模板类型，会列出该类下所有的具体模板型号，然后可选择具体的模板型号。

图4.10

例如，向插槽插入电源模板，模板型号为PS307 5A（可在模板的前面板上看到）。

步骤：单击插槽1---Insert---Hardware Components，弹出图4.10所示

窗口后，然后双击

Simatic 300---双击PS300---双击PS300 5A，会弹出出模板属性

窗口，单击OK

模板就被插入了插槽1。

插槽3空闲，从插槽4开始可以插入应用模板，以模拟量输入模板SM331（7KF01-0AB0）为例，将它放入插槽7，步骤如下： 单击插槽7---Insert---Hardware Comoponents，弹出图4.10所示

窗口，然后双击Simatic 300---双击SM300---双击AI 300---单击SM321 DI32×DC24，模板的型号会以小字符显示在模板的右侧，双击它，模板就被放到插槽7。

其它插槽的配置步骤同上，模板被插入插槽后，在图4.9所示的阻台

界面中，下方的窗

口M，I，Q栏可以看到模板占用的通道地址，可以对照前面所述的硬

件编址规则，比 较地址是否一致。 4．

模板的设置

组态完成后，需要对模板的具体信号规范进行设置。仍以插槽7中的模拟量输入模板为例，双击插槽7中AI模板，弹出模板属性窗口。

图4.11

General显示是模板的一般属性，单击Address 显示模板所占用的通道地址，单击Inputs 就进入了每个输入通道的信号规范的设定。界面如图4.12所示：

界面内显示了8个输入通道每两个通道为一组，Type of Measurement

栏为信号的输入类型，缺省方式为电压，点击各组信号的信号类型，可设定为电流，热电偶及热电阻输入，信号类型的设定必须与硬件设置保持一致。信号类型下方为信号量程，例如电压信号可以选择-10V--+10V，0—10V，1—5V等。模板各项属性设置完成后，单击OK，模板的设置完成。

图4.12

5．通讯连接的设置

①、在软件设计主界面（图4.7）下，单击CPU314(1) ，右侧窗口显示出系统连接。

图4.13

②、双击connections，进入PLC的通讯连接设置，如图4.14所示。上端

显示一条连线为MPI网络总线，单击SIMATIC 300 Station 中的CPU314，从主菜单中选择Insert，然后选择connections，则在CPU314与MPI总线之间建立起了连接。单击OK，通讯连接的建立就完成了。

图4.14

五、程序的开发

PLC程序利用系统提供的STEP7 V5.01编程工具进行编程。可供选

择的编程语言有语句表语言（STL），梯形图（LADDER）和功能块语言 (FBL)。编程操作从用户编程主界面（图4.8）进入，首先要生成空的程序块，然后双击该块就进入了该块的程序编辑。 1．

程序的构成

STEP7的程序设计采用了模块化的程序设计方法，程序按照运行的需要构成不同的程序块，各个程序块的运行调度由程序的组织块完成，用户通过对组织块的编程实现整个系统的有机结合。STEP7的程序主要由以下模块构成：

①、 程序的组织块(OB)：OB100，OB35，OB1，（OB82，OB4O） 负责各个功能模块的调度运行。

OB100为初始化模块，系统加电时自动运行且只运行一次，可以用它对系统的初始数据、初始运行条件进行设定。

OB35为定时中断模块，每100毫秒产生一次中断，其它低优先级操作被临时挂起转而运行OB35中的程序。可以用她来运行那些对时间周期精度要求较为严格的程序模块，如周期较短，实时性较强的控制运算。

OB1为循环扫描模块，它也是程序主模块，绝大部分的参数检测、控制、运算操作的功能调用都由它来完成。

②、 数据块(DB)：用于存储系统的各种I/O数据，数算和逻辑运算的中间值，与上位机之间的传输数据。包括共享数据块、背景数据块和局部数据块，共享数据块中的数据可以为所有的程序块共享；背景数据块是对应于某一函数块的数据块，主要是为功能块提供背景数据。它的数据与功能块中的变量定义相对应，但也可以被其它程序块读写。局部数据块只能为定义它的功能函数或功能块所用。

③、 功能函数(FC)：是程序的基本模块之一，大多数的数据采集、

数据处理、以及数据传输程序最后都以功能函数的形式存在，本质上这些功能函数就是能完成一定功能的子程序。功能函数可以有形式参数也可以没有形式参数。

④、 功能块（FB）：是程序的另一种基本模块，它的应用范围与功能函数基本相同；所不同的是功能块有自己的背景数据块，它与定义的形式参数相对应，用于存储这些参数的数值。并且允许在功能块内定义自己的静态变量，这些变量全程有效，但不允许其它程序块访问。

⑤、 系统功能及系统功能块：是由系统提供的，可以对系统参数进行访问的功能函数及功能块，如读取系统时间，PLC的启动和停止等。这些模块存放在系统函数库中，需要时，可以COPY到用户的程序中，以供调用，但是源代码不可见。 2．

程序的组织

程序的组织首先沿着一条主线OB1进行，把它作为主程序来看，设计出它的主流程。如一个PID单回路控制，按如下顺序：

现场参数采样---输入数据处理---PID控制---输出数据处理---控

制输出。

我们可以把所有的程序都放入OB1中，然后只运行它即可。但如果程序量较大，程序的可读性会很差，且不便于调试。为此，我们可以把程序分割为一个个承担一定功能的子程序，这就是所谓的功能函

数和功能块。如上述流程可以分割为参数采样模块、输入数据处理模块、PID控制模块、输出数据处理模块、控制输出模块几个部分。每一个部分就成为一个功能函数或一个功能块，程序模块之间通过形式参数或共享数据块传递数据。把通过数据共享传递的参数归纳到一起，可建立一个共享数据块。

有些模块定义的参数较多，且大多数是模块独有的参数，如PID模块，则可以把该模块定义为功能块，然后为它生成背景数据块，这样它可以使用属于自己的背景数据。调用该功能块是，需要连同背景数据块一起调用。

功能块建立完成之后，程序的主干OB1中就只有对功能模块的调用和少量的数据处理工作了，主流程线路很明了，调试时也可以对各个模块逐一调试。

程序主干建立后，开始添加外围程序。程序运行之前，需要对某些参数预置初始值， 而不希望在OB1中反复赋值，那么我们把对这些参数预置初值的程序编写在初始化模块OB100中，这些赋值语句只在系统启动时运行一次，初始化就完成了。

在程序中如果某些数据的处理对时间周期要求严格，例如PID模块，如果要求控制周期为200毫秒，而OB1的循环扫描时间又在十几或者几十秒，那么在OB1中用定时器计时，就会产生较大误差，为保证准确的控制周期，我们可以把PID控制模块放到定时中断模块OB35中。这样每隔100ms，控制就能执行一次。

至此，一个程序模块的基本组织结构就完成了。

3． 功能函数的调用

功能函数可以被其它程序块如OB、FC、FB调用，如果功能函数中不含形式参数，调用命令格式为：CALL FCn ，其中n为功能函数序号。

如果功能函数带有形式参数，则必须为形式参数传递数据。 命令格式为：CALL FCn

para1:=Data1 para2:=Data2 para3:=Data3

：

：

其中n为功能函数的序号；para1, para2……为形式参数；

Data1,Data2……是给形式参数传递的数据或变量值。 4．

功能块的调用

一个功能块有自己的形式参数以及相对应的背景数据块。调用时，可通过背景数据块进行参数传递。调用格式为： CALL FBn, DBn para1:= para2:= para3:= ： ：

其中，FBn为功能块的名称，DBn为功能块对应的背景数据块的名称。而Para1, para2, para3……为形式参数，调用功能块可以不为形式参数传值。 5．

编写一个程序

①、从SIMATIC管理器的主界面中选 择File --- Open --- Project，则弹出右 图所示窗口。窗口中列出了最近创建和访问过的项

目，双击所要打开的项目名称，此例中以S7_Pro2为例，就进入了用户编程操作的主界面。如图5.2所示。

图5.1

②、在右图所

示的 界面中项目S7_Pro2

已经被打开，单击Blocks文件夹，在右侧窗口出现已经存在的程序块及数据块。

从主菜单中选择Insert---S7 Block在右侧出现级连菜单，选择想要插入的程序块的类型，我们以功能块为例。选择Function Block，弹出图5.3所示界面。

③、在下图所示的界面中输入功能块的名称这里为 FC1，选择语言为

STL，即语句表语言。模块的其他属性可不必填写。在Comment栏可以填写模块功能的简单说明。填写完毕单击OK进入功能块程序的编辑界面。

图5.3

④、模块内部程序全部编辑工作都在这个界面下完成。以下该界面作一简单说明。

界面窗口分为上下两个部分，上半部分为变量声明窗口，用于定义、

声明功能块中的变量。Address栏：为变量的相对地址，起始偏移量为0，变量地址不需用户填写，由系统自动生成。Decl. 栏：为变量的形式，有以下几种：

In------- 该变量是输入参数，用于接受传递给功能块的数

据。属于形式参数。

Out----- 该变量是输出参数，用于向功能块外传递数据；

属于形式参数。

In_Out- 该变量是输入输出参数，既能向块内传入参数，也能

向块外传出参数。也属于形式参数。

Stat----- 该变量是静态变量，在程序运行的全过程有效，但是

它只在本功能块内起作用，块外无效。静态变量是功能块特有的变量类型。

Temp---- 该变量为局部变量，只在本功能块，本次调用时有

效；调用结束不保持数值。

Name 栏：用于输入变量名，用户可按照合法的命名规则任意给定变量名。

Type 栏：用于指定变量的数据类型，用户可直接键入。也可以单击

该栏从数据类型列表中选择变量的数据类型。

Initial Vlue：该栏只对静态变量有意义。用于给定变量的初始值。 Comment 栏：在该栏可以填写关于变量的简单注释，也可以省略。

变量定义完成后，变量的地址会自动出现最左端的地址栏中。

窗口的下半部分是程序编辑区，Title是功能块的标题，可以省略。Comment用于填写对功能

块的说明性文字。在Network中的Comment 可填写该Network的简

要说明。 在Network 中

Comment 下方的方框是程序区，用户程序就填写在各个Network的

程序区。Network是为了适应梯形图方式设置的，用语句表编程，所有程序可以写在一个Network中，也可以分散在多个Network中，只要程序语句的顺序相同，运行结果就相同。我们推荐把功能块中的程

序按照功能单元分散在多个Network中。

DB1模块的生成：在用户编程主界面中，逐级打开程序文件夹，在右侧窗口中出现模块列表。单击想要编辑的数据块例如DB1，则出现下图界面，界面中有三个选项。

选择Data block则生成的是共享数据块。单击OK，进入数据块的变量定义与编辑。见图5.5 。

选择

Data block

eferenci… data type则按照用户定义的数据结构自动生成共享数据

块。用户不需要再添加变量定义。

选择 Data block …… a function block 则生成某一功能块的背景数据块。并列出了所有的功能块，选择相应的功能块，单击OK，数据块就根据功能块中的变量定义自动生成。

选择生成共享数据块后，单击OK，就进入了下买内的编辑界面。在数据

块中输入所要定义的变量名及数据类型，在地址栏会自动显示出变量的地址。

所有变量输入完成后，单击File---Save保存数据块，一个数据块的生成就完成了。

图5.5

六、一个实例（编程语言——STL） 1．

系统框图：

下图是一个PID控制回路，设定值范围是0—100%；输入信号经过模拟量输入模块经A/D转换进入PID控制器，PID控制器的输出经模拟量输出模板送给实际对象，控制对象的行为，这样构成了一个闭环回路。对象的输入信号前为手/自动切换开关，投入手动状态时，手动控

制对象的行为。对象的输入与输出信号都是0---10V。

手动操作 ＋ K 输出 设定值 PID控制 输出变换 1/（10s+1） － 输入变换 采样 2．

系统组态

需要的模板，信号规范及地址： 电源模板PS307 5A：位于插槽1； CPU314模板：位于插槽2；

开关量输入模板SM321，插槽4，地址0--3； 一路开关量输入：手自动切换信号；

开关量输出模板SM322，插槽5，地址4--7； 一路开关量输出：超限报警。

模拟量输入模板SM331，插槽6：地址288--303；一路模拟量输入：0—10V

模拟量输出模板SM332，插槽7：地址304--319；一路模拟量输出：0---10V

按照前述组态步骤，进行软件组态，并对模板的信号规范进行设置并记录各模板分配的通道地址，以便为I/O参数编址。

3． 程序功能块的划分

由于系统较为简单，不需要作出程序的流程框图，可以根据给出的控制框图直接进行程序模块的分割。图中虚线内的部分是PLC所需处理的部分。可以分割为以下几个模块： ①、

参数采样与处理模块：对应图中的输入变换

部分，负责参数的采样及量程变换。 ②、

控制输出与变换模块：对应于图中的输出变

换部分，负责PID控制输出的量程变换。 ③、

PID控制器模块：根据给定值及采样参数的

大小，实施控制功能，手/自动的切换的处理也由该模块完成。对象时间常数为10秒，可取控制周期为0.1秒。 ④、

输出等参数。 ⑤、

PID控制器的背景数据块。用于存放PID控共享数据块：用于存放采样数据及PID控制

制器的控制参数及控制算法中需要保存的历史数据。 4．

程序的基本组织 OB100，OB1，OB35

OB100：初始化模块：对控制回路的手自动状态，控制器的积分状态，

数据存储区进行必要的初始化

OB1：循环扫描模块，它是系统的主循环程序，系统的输入输出处理可放在OB1中。

OB35：100ms中断处理模块，可以将控制周期为0.1秒的PID控制放

在这个模块，以保证时间的准确性。

5． 程序的功能模块

功能函数FC0：负责输入参数的采样处理，不带参数。 功能函数FC1：负责输出变换不带参数。

功能块FB5：实现PID控制功能。相关背景数据块DB5 6．

程序的数据块

共享数据块为DB1，用于输入输出数据的变换。结构见附页。 PID控制器的背景数据块DB5，结构与FB5的变量定义相对应。