第4章西门子S7-300PLC

1、大连理工大学出版社大连理工大学出版社2目录目录2022年年3月月6日星期日日星期日目目 录录4.1 S7-300 PLC4.1 S7-300 PLC系统结构系统结构4.2 S7-300 PLC4.2 S7-300 PLC基本系统构成基本系统构成4.3 S7-300 PLC4.3 S7-300 PLC指令系统指令系统4.3 S7-300 PLC4.3 S7-300 PLC网络通信网络通信3目录目录2022年年3月月6日星期日日星期日第第4章章 西门子西门子S7-300 PLCSIMATIC S7-300是一种通用型的是一种通用型的PLC，能适合自动化，能适合自动化工程中的各种应用场合，尤其是在生

2、产制造中的应用。工程中的各种应用场合，尤其是在生产制造中的应用。模块化、无风扇结构、易于实现分布的配置以及易于模块化、无风扇结构、易于实现分布的配置以及易于掌握等特点，使得掌握等特点，使得S7-300在各种工业领域中实施各种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。控制任务时，成为一种既经济又切合实际的解决方案。本章详细介绍本章详细介绍S7-300 PLC系统结构、基本系统构成、系统结构、基本系统构成、指令系统和网络通信等内容。指令系统和网络通信等内容。 4目录目录2022年年3月月6日星期日日星期日4.1S7-300 PLC系统结构系统结构4.1.1S7-300

3、 PLC的硬件构成的硬件构成S7-300系列的系列的PLC是中型模块式是中型模块式PLC，各种模块，各种模块(CPU模模块、信号模块块、信号模块SM、功能模块、功能模块FM、通信模块、通信模块CP、电源模、电源模块块PS等等)及人机界面（及人机界面（HMI）可以根据控制要求进行广泛）可以根据控制要求进行广泛的组合和扩展。各个模块之间的联系由背部的的组合和扩展。各个模块之间的联系由背部的U形总线完形总线完成。成。S7-300的模块、导轨和的模块、导轨和U形总线的组合情况如下图所形总线的组合情况如下图所示。示。 5目录目录2022年年3月月6日星期日日星期日S7-300系列可供选用的模块种类如下图

4、所示系列可供选用的模块种类如下图所示 PS（电源模块）（电源模块） 把市电转换成把市电转换成DC 24 V电源供给电源供给PLC系统使用。系统使用。CPU模块模块 PLC的核心，存的核心，存储并执行用户程序，实现某储并执行用户程序，实现某些类型的通信，为背部些类型的通信，为背部U形形总线提供总线提供DC 5 V电源。电源。IM（接口模块）（接口模块） 用于不同用于不同导轨之间的总线连接。导轨之间的总线连接。开关量输入（开关量输入（DI）模块）模块开关量输出（开关量输出（DO）模块）模块模拟量输入（模拟量输入（AI）模块）模块模拟量输出模拟量输出(AO)模块。模块。FM（功能模块）（功能模块）

5、实现特实现特殊的功能，如高速计数、殊的功能，如高速计数、点位控制、闭环控制等。点位控制、闭环控制等。CP（通信处理器）（通信处理器） 用作联网用作联网接口，可用作接口，可用作PROFIBUS网、网、工业以太网、点对点等连接。工业以太网、点对点等连接。6目录目录2022年年3月月6日星期日日星期日4.1.2 S7-300的结构特点的结构特点基于模块化结构设计的基于模块化结构设计的S7-300系列系列PLC，具有以下结构，具有以下结构特点。特点。1.采用集成的背板总线（采用集成的背板总线（Back Plane Bus）2.采用采用DIN标准导轨，安装和更换模块方便标准导轨，安装和更换模块方便3.硬

6、件组态灵活硬件组态灵活4.机架扩展方便机架扩展方便S7-300改变了以往模块式改变了以往模块式PLC采用的总线板结构，从硬件上采用的总线板结构，从硬件上省去了总线板和排风扇，而采省去了总线板和排风扇，而采用了背板总线，即将总线集成用了背板总线，即将总线集成在每个模块上，所有的模块通在每个模块上，所有的模块通过总线连接器进行级联扩展，过总线连接器进行级联扩展，使得结构简单。使得结构简单。安装模块时，只需要将模块插在导轨安装模块时，只需要将模块插在导轨上，转动到位后用螺钉锁紧。有可拆上，转动到位后用螺钉锁紧。有可拆卸式机械编码前连接器、螺钉型或弹卸式机械编码前连接器、螺钉型或弹簧型接线端子，更换模

7、块时只需要松簧型接线端子，更换模块时只需要松开安装螺钉，拔下已经接线的前连接开安装螺钉，拔下已经接线的前连接器，即可更换。器，即可更换。所有的模块都有相同的安装深所有的模块都有相同的安装深度，因此，信号模块和通信模度，因此，信号模块和通信模块可以不受限制地插到块可以不受限制地插到SM区的区的任何一个槽位上，使得硬件组任何一个槽位上，使得硬件组态非常灵活。态非常灵活。每个机架上最多可安装每个机架上最多可安装8个信号模块个信号模块（SM），当需要的），当需要的SM超过超过8个时，个时，可以通过可以通过IM365（机架距离最远（机架距离最远1 m）或者或者IM360/361（机架距离最远（机架距离最

8、远10 m）安装扩展机架，每个扩展机架上最多安装扩展机架，每个扩展机架上最多可安装可安装8个信号模块，一个个信号模块，一个S7-300系系统最多可安装统最多可安装3个扩展机架，最多可个扩展机架，最多可安装安装32个信号模块个信号模块7目录目录2022年年3月月6日星期日日星期日4.2 S7-300 PLC基本系统构成基本系统构成 S7-300 PLC基本系统由基本系统由CPU模块、数字量模块、模拟量模块和供电模块、数字量模块、模拟量模块和供电模块等构成。模块等构成。4.2.1S7-300 PLC CPU（中央处理单元）模块（中央处理单元）模块CPU是是PLC系统的运算控制核心。它根据系统程序的

9、要求完成以下任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；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；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。实现输出控制或数据通信等功能。S7-300的的CPU有有20种不同型号，各种种不同型号，各种CPU按性能等级划分，可以涵按性能等级划分，可以涵盖各种

10、应用范围。盖各种应用范围。S7-300的各款的各款CPU都有非常详尽的性能数据表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（具体参数可查阅相关资料），其中最值得关注的CPU性能有以下性能有以下5个方面：个方面：I/O扩展能力；指令执行速度；工作内存容量；通信能力；扩展能力；指令执行速度；工作内存容量；通信能力；CPU上的集成功能。上的集成功能。8目录目录2022年年3月月6日星期日日星期日4.2.2 S7-300 PLC数字量模块数字量模块 S7-300有多种型号的数字量有多种型号的数字量I/O模块供选择。以下主要介绍数字量输模块供选择。以下主要介绍数字量输入模块入模

11、块SM321、数字量输出模块、数字量输出模块SM322、数字量、数字量I/O模块模块SM323。（1）数字量输入模块）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区等待光电隔离和滤波，然后才送至输入缓冲区等待CPU采样。采样时，信

12、采样。采样时，信号经过背板总线进入到输入映像区。号经过背板总线进入到输入映像区。数字量输入模块数字量输入模块SM321有有4种型号可供选择，即直流种型号可供选择，即直流16点输入模块、点输入模块、直流直流32点输入模块、交流点输入模块、交流16点输入模块、交流点输入模块、交流8点输入模块。模块的点输入模块。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。输入电压时，二极管点亮。9目录目录2022年年3月月6日星期日日星期日（2）数字量输出模块）数字量输出模块SM322数字量输出模块数字量输出模

13、块SM322将将S7-300内部信号电平转换成过程所要求的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。按负载回路使用电源的不同，它可分为直流输出模电动机启动器等。按负载回路使用电源的不同，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。按输出开关器件种类的不块、交流输出模块和交直流两用输出模块。按输出开关器件种类的不同，它又可分为晶体管输出方式、晶闸管输出方式和继电器触点输出同，它又可分为晶体管输出方式、晶闸管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

14、直流负载，属于直流输出模块；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；晶闸管输出方式的模块属于交流输出模块；继电器触点输出方式的模晶闸管输出方式的模块属于交流输出模块；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好。点输出型最好。数字量输出模块数字量输出模块SM322有多种型号可供选择，常用有有多种型号可供选择，常用有8点晶体管输出点晶体管输出模块、模

15、块、16点晶体管输出模块、点晶体管输出模块、32点晶体管输出模块、点晶体管输出模块、8点晶闸管输出点晶闸管输出模块、模块、16点晶闸管输出模块、点晶闸管输出模块、8点继电器输出模块和点继电器输出模块和16点继电器输出点继电器输出模块。模块的每个输出点有一个绿色发光二极管显示输出状态，输出模块。模块的每个输出点有一个绿色发光二极管显示输出状态，输出逻辑逻辑“1”时，二极管点亮。时，二极管点亮。4.2.2 S7-300 PLC数字量模块数字量模块10目录目录2022年年3月月6日星期日日星期日（3）数字量）数字量I/O模块模块SM323SM323模块有两种类型：一种是带有模块有两种类型：一种是带有

16、8个共地输入端和个共地输入端和8个共地输出端；另一种是带有个共地输出端；另一种是带有16个共地输入端和个共地输入端和16个共个共地输出端。两种特性相同，如下页图所示是地输出端。两种特性相同，如下页图所示是SM323模块模块的端子连接及电气原理图，端子的端子连接及电气原理图，端子110用于输入，端子用于输入，端子1120用于输出。用于输出。I/O额定负载电压额定负载电压24 V DC，输入电压，输入电压“1”信号电平为信号电平为1130 V，“0”信号电平为信号电平为-3+5 V，I/O通过光耦与背板总线隔离。在额定输入电压下，输入延迟通过光耦与背板总线隔离。在额定输入电压下，输入延迟为为1.2

17、4.8 ms。输出具有电子短路保护功能。输出具有电子短路保护功能。4.2.2 S7-300 PLC数字量模块数字量模块11目录目录2022年年3月月6日星期日日星期日SM323SM323模块的端子连接及电气原理图模块的端子连接及电气原理图12目录目录2022年年3月月6日星期日日星期日4.2.3 S7-300 PLC模拟量模块模拟量模块本节简单介绍模拟量输入模块本节简单介绍模拟量输入模块SM331、模拟量输出模块、模拟量输出模块SM332、模拟量、模拟量I/O模块模块SM334的原理、性能参数等内容。的原理、性能参数等内容。S7-300模拟量输入模块的输入测量范围很宽，它可以直模拟量输入模块的

18、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，而接输入电压、电流、电阻、热电偶等信号，而S7-300模模拟量输出模块可以输出拟量输出模块可以输出010 V、15 V、-1010 V、020 mA、420 mA、-2020 mA等模拟信号。具体的各种模等模拟信号。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量输拟量输入范围的数字化表示以及数字量与不同的模拟量输出范围间的对应关系，请参考相关技术手册出范围间的对应关系，请参考相关技术手册 13目录目录2022年年3月月6日星期日日星期日模拟量输入模块模拟量输入模块SM331模拟量输入模块模拟量输入模块SM331目前有

19、目前有3种规格型号，即种规格型号，即8AI12位模块、位模块、2AI12位模块和位模块和8AI16位模块，分别为位模块，分别为8通道的通道的12位模拟量输入模位模拟量输入模块、块、2通道的通道的12位模拟量输入模块、位模拟量输入模块、8通道的通道的16位模拟量输入模块。位模拟量输入模块。其中具有其中具有12位输入的模块除了通道数不一样外，其工作原理、性能、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。参数设置等各方面都完全一样。SM331主要由主要由A/D转换部件、模拟切换开关、补偿电路、恒流源、光转换部件、模拟切换开关、补偿电路、恒流源、光电隔离部件、逻辑电路

20、等组成。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原理采用积分方法，积分时间直接影响到A/D转换的时间和转换的时间和A/D转换转换的精度。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。时间越长，被测值的精度越高。SM331可选可选4挡积分时间：挡积分时间：2.5、16.7、20和和100 ms，相对应的以位表示的精度为，相对应的以位表示的精度为8、12、12和和14。每一种。每一种积分时间有一个最佳的噪声抑制频率积分时

21、间有一个最佳的噪声抑制频率f0,以上以上4种积分时间分别对应种积分时间分别对应400、60、50和和10 Hz 14目录目录2022年年3月月6日星期日日星期日模拟量输出模块模拟量输出模块SM332模拟量输出模块模拟量输出模块SM332目前有目前有3种规格型号，即种规格型号，即4AO12位模块、位模块、2AO12位模块和位模块和4AO16位模块，分别为位模块，分别为4通通道的道的12位模拟量输出模块、位模拟量输出模块、2通道的通道的12位模拟量输出模块、位模拟量输出模块、4通道的通道的16位模拟量输出模块。其中具有位模拟量输出模块。其中具有12位输入的模块位输入的模块除通道数不一样外，其工作原

22、理、性能、参数设置等各方除通道数不一样外，其工作原理、性能、参数设置等各方面都完全一样。面都完全一样。模拟量输出模块的转换时间包括内部存储器传送数字化输模拟量输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出值的时间和数/模转换的时间，模拟量输出各通道的转模转换的时间，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。模拟量输出的响应时间是一个出通道的转换时间的总和。模拟量输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比较重要的指标，响应时间就是在内部存储器中出现数字

23、量输出值开始到模拟量输出达到规定值所用时间的总和。量输出值开始到模拟量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。载），响应时间也不一样。15目录目录2022年年3月月6日星期日日星期日模拟量模拟量I/O模块模块SM334模拟量模拟量I/O模块模块SM334有两种规格型号：一种是有有两种规格型号：一种是有4模入模入（即模拟量输入，下同）（即模拟量输入，下同）/2模出（即模拟量输出，下同）模出（即模拟量输出，下同）的模拟量模块，其输入、输出精度为的模拟量模块，其输入、输出精度为8位；另一种也

24、是有位；另一种也是有4模入模入/2模出的模拟量模块，其输入、输出精度为模出的模拟量模块，其输入、输出精度为12位。位。SM334模块输入测量范围为模块输入测量范围为010 V或或020 mA。它的。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。与其他模拟量模块不同，程设定的。与其他模拟量模块不同，SM334没有负的测没有负的测量范围，且精度比较低。量范围，且精度比较低。SM334的通道地址见的通道地址见 16目录目录2022年年3月月6日星期日日星期日SM334的通道地址的通道地址通道地址输入通道0模块的起始输入通道1模

25、块的起始+2B的地址偏移量输入通道2模块的起始+4B的地址偏移量输入通道3模块的起始+6B的地址偏移量输出通道0模块的起始输出通道1模块的起始+2B的地址偏移量17目录目录2022年年3月月6日星期日日星期日4.2.4 S7-300 PLC系统供电与接地系统供电与接地PS307电源模块电源模块 PS307是西门子公司为是西门子公司为S7-300专配的专配的DC 24 V电源。电源。PS307系列模块除输出额定电流不同外（有系列模块除输出额定电流不同外（有2、5、10 A），其工作原理和参数都一样。），其工作原理和参数都一样。PS307电源模板（电源模板（10 A）的基本电路如下页图所示。）的基

26、本电路如下页图所示。PS307 10 A模块的输入接单相交流系统，输入电压模块的输入接单相交流系统，输入电压120/230 V、50/60 Hz，在输入和输出之间有可靠的隔离。，在输入和输出之间有可靠的隔离。输出电压允许范围输出电压允许范围24（5%） V，最大上升时间，最大上升时间2.5 s，最大残留纹波最大残留纹波150 mV（峰（峰-峰值），峰值），PS307可安装在导轨可安装在导轨上，除了给上，除了给S7-300 CPU供电，也可给供电，也可给I/O模块提供负载电模块提供负载电源。源。18目录目录2022年年3月月6日星期日日星期日PS307PS307电源模板（电源模板（10 A10

27、A）的基本电路图）的基本电路图19目录目录2022年年3月月6日星期日日星期日S7-300系统接地系统接地 在实时控制系统中，接地是抑制干扰使系统可靠工作的主在实时控制系统中，接地是抑制干扰使系统可靠工作的主要方法。要方法。PS307既供电给既供电给CPU，还给，还给24 V DC模块提供负载电流。模块提供负载电流。20目录目录2022年年3月月6日星期日日星期日4.3 S7-300 PLC指令系统指令系统指令是程序的最小单位，指令的有序排列就构成用户程序。指令是程序的最小单位，指令的有序排列就构成用户程序。STEP 7编程语言是在编程语言是在STEP 5编程语言基础上发展起来的，编程语言基础

28、上发展起来的，其指令功能非常丰富。其指令功能非常丰富。 标准标准STEP 7软件包提供的编程语软件包提供的编程语言有梯形图（言有梯形图（LAD）、功能图（）、功能图（FBD）以及指令表）以及指令表（STL）。限于篇幅，本书无法对所有指令一一详述。关）。限于篇幅，本书无法对所有指令一一详述。关于这些指令的详细内容可以参考于这些指令的详细内容可以参考S7-300/400梯形逻辑梯形逻辑-编辑手册编辑手册、S7-300/400功能块图编程手册功能块图编程手册和和S7-300/400语句表编程手册语句表编程手册，或者可以在，或者可以在STEP-7程序编辑程序编辑器中选中相应的指令，按器中选中相应的指令

29、，按F1键获得在线帮助。键获得在线帮助。21目录目录2022年年3月月6日星期日日星期日4.4 S7-300 PLC的网络通信的网络通信4.4.1西门子西门子PLC网络网络1.西门子西门子PLC网络概述网络概述 西门子西门子PLC的网络是为适合不同控制需要制定的，也为各的网络是为适合不同控制需要制定的，也为各个网络层次之间提供了互连模块或装置。个网络层次之间提供了互连模块或装置。西门子西门子PLC符合符合MAP 3.0协议，采用协议，采用MMS(ISO 9506)标准。标准。下面对西门子下面对西门子PLC网络产品的网络产品的4个层次的一些性能进行对个层次的一些性能进行对比。书中的表比。书中的表

30、4-19 列出了一些性能对比列出了一些性能对比 22目录目录2022年年3月月6日星期日日星期日（1）SINEC S1 SINEC S1是用于连接执行器、传感器、驱动器等现场是用于连接执行器、传感器、驱动器等现场器件的总线规范，符合执行器器件的总线规范，符合执行器-传感器接口（传感器接口（IEC TG17B）规范，介质为双绞线电缆，连接长度为规范，介质为双绞线电缆，连接长度为100 m，单主机时，单主机时可以有可以有31个从站，最大优点是可以用通信电缆直接供电。个从站，最大优点是可以用通信电缆直接供电。 SINEC S1即即ASI传感器传感器-执行器接口协议，执行器接口协议， SINEC S1

31、网是通过直接相连的电缆传输简单的二进制编码的传网是通过直接相连的电缆传输简单的二进制编码的传感器和执行器信号，感器和执行器信号，S1的信息流为的信息流为4位编码，用于每个从位编码，用于每个从站传递信息到主站，主站可以是站传递信息到主站，主站可以是PLC或或PC，S1的规则允的规则允许以简单的方式对现场装置直接相连，西门子公司设计的许以简单的方式对现场装置直接相连，西门子公司设计的CP2413用于用于PC与与S1网络的连接，网络的连接，CP2433用于用于S5系列系列PLC与与S1网的连接。网的连接。4.4 S7-300 PLC的网络通信的网络通信23目录目录2022年年3月月6日星期日日星期日

32、（2）SINEC L2 SINEC L2是面向现场级的通信网，属于现场总线系统，是面向现场级的通信网，属于现场总线系统，因为它有如下优点：对于各种装置、各个部门行业、特殊因为它有如下优点：对于各种装置、各个部门行业、特殊应用具有普遍适用性；符合应用具有普遍适用性；符合ISO、DIN或相关组织的标准，或相关组织的标准，具有开放性和发展性。具有开放性和发展性。 SINEC L2遵从遵从DIN 19245标准，是西门子的过程现场总标准，是西门子的过程现场总线标准（线标准（PROFIBUS），它为分布式），它为分布式I/O站或驱动器等现站或驱动器等现场总线提供了高速通信所需的用户接口，以及在主站间大场

33、总线提供了高速通信所需的用户接口，以及在主站间大量数据内部交换的接口。介质为双绞线或光缆，为光缆时量数据内部交换的接口。介质为双绞线或光缆，为光缆时表示为表示为L2F0，节点数为，节点数为127个，光缆长度为个，光缆长度为23.8 km，双，双绞线长度为绞线长度为9.6 km。 SINEC L2又分为如下协议：又分为如下协议：L2-TF、L2-FMS、L2-DP及及L2-AP。4.4 S7-300 PLC的网络通信的网络通信24目录目录2022年年3月月6日星期日日星期日（3）SINEC H1 SINEC H1遵从以太网（遵从以太网（IEEE 802.3）协议，介质为双绞）协议，介质为双绞线电

34、缆或光缆，为光缆时表示为线电缆或光缆，为光缆时表示为H1F0，可以用于构成单，可以用于构成单元网络或局域网络。网络节点数可以达到元网络或局域网络。网络节点数可以达到1024个，使用个，使用光缆时距离可以达到光缆时距离可以达到4.6 km，使用电缆时距离为，使用电缆时距离为1.5 km，协议采用协议采用H1-TF和和H1-MAP。SINEC H1是基于以太网的工业标准总线系统，它将是基于以太网的工业标准总线系统，它将MAP通信所认定的以太网作为通信的基础。通信所认定的以太网作为通信的基础。 SINEC H1网络可网络可用在大量的总线部件、接口模块的连接上，用在大量的总线部件、接口模块的连接上，S

35、INEC H1电电缆有附加的屏蔽层，因此有更高的可靠性。缆有附加的屏蔽层，因此有更高的可靠性。SINEC H1的的独特的接地技术可以保护接入的各种装置，使用带有两端独特的接地技术可以保护接入的各种装置，使用带有两端口的收发器可以节约系统成本。口的收发器可以节约系统成本。 4.4 S7-300 PLC的网络通信的网络通信25目录目录2022年年3月月6日星期日日星期日（4）SINEC H3 SINEC H3是遵从是遵从FDDI(ISO 9314)规范的主干网，通信介规范的主干网，通信介质为光缆，双环拓扑结构，可以扩至质为光缆，双环拓扑结构，可以扩至500个网络节点，距个网络节点，距离可以达到离可

36、以达到100 km。SINEC H3采用双环冗余设计，数据传输率为采用双环冗余设计，数据传输率为100 Mbit/s，允许分布区域的最大环周长为允许分布区域的最大环周长为100 km，并有高的负载承，并有高的负载承受能力受能力 4.4 S7-300 PLC的网络通信的网络通信26目录目录2022年年3月月6日星期日日星期日2.S7-300网络与通信网络与通信 S7-300根据实际应用需要可以具有不同的通信方式。用根据实际应用需要可以具有不同的通信方式。用MPI接口可构成低成本的接口可构成低成本的MPI网，实现网上各网，实现网上各S7 PLC间数间数据共享。还可采用专用的通信模块组成不同层次的网

37、络，据共享。还可采用专用的通信模块组成不同层次的网络，与与S5/S7 PLC、外部设备或其他厂家的、外部设备或其他厂家的PLC组成网络。组成网络。（1）MPI网网 S7-300 PLC的的CPU模块内置有模块内置有MPI接口，接口，MPI网络在内置网络在内置的的S7协议支持下工作，在协议支持下工作，在S7系统内，对编程器、系统内，对编程器、CPU和和I/O等进行内部数据交换。等进行内部数据交换。MPI接口有两个用途：接口有两个用途：把各种具有把各种具有MPI的设备连接起来组成的设备连接起来组成MPI网。能接入网。能接入MPI网的设备有：网的设备有：PG（编程器）、（编程器）、OP（操作面板）、

38、（操作面板）、S7-300/S7-400 PLC或其他或其他MPI的设备。的设备。以全局数据通信方式实现网上以全局数据通信方式实现网上CPU间的少量数据交换。间的少量数据交换。4.4 S7-300 PLC的网络通信的网络通信27目录目录2022年年3月月6日星期日日星期日（2）S7-300通信模块通信模块S7-300 PLC有多种用途的通信模块供系统应用选择，如有多种用途的通信模块供系统应用选择，如CP340、CP341、CP342-2、CP342-5DP、CP343-5、CP343-1IT、CP343-1TCP、CP343-FMS等，下面重点介绍等，下面重点介绍CP340和和CP342-5D

39、P两种通信模块的性能，其他模块两种通信模块的性能，其他模块请参考相关的技术手册：请参考相关的技术手册：CP340 CP340是一种经济型串行通信模块，数据通过是一种经济型串行通信模块，数据通过RS232C(V.24)接口进行传输，接口进行传输，适合于点到点设备的连接。通过适合于点到点设备的连接。通过CP340不仅能实现不仅能实现S5/S7系列系列PLC的互连，的互连，而且能与其他品牌的系统或设备互连，如打印机、机器人控制系统等。而且能与其他品牌的系统或设备互连，如打印机、机器人控制系统等。CP340具有一个具有一个RS-232C接口，前面板有数据发收和错误指示。内部固化有接口，前面板有数据发收

40、和错误指示。内部固化有ASCII和和3964（R）两种协议，可以与多种设备进行数据交换。）两种协议，可以与多种设备进行数据交换。CP340通信模块具有友好的用户界面，参数设定简便。通过集成在通信模块具有友好的用户界面，参数设定简便。通过集成在STEP 7软软件中的参数配置功能，用户可方便地选择件中的参数配置功能，用户可方便地选择CP340通信协议及参数，其参数设通信协议及参数，其参数设定通过定通过CPU来进行，来进行，CPU内部有一存放配置的专用数据块。内部有一存放配置的专用数据块。CP340通信模块的主要技术数据有：一个通信模块的主要技术数据有：一个RS-232接口，信号对接口，信号对S7电

41、源隔离；电源隔离；数据传输率：数据传输率：2.4、4.5、9.6 kbit/s，可选；数据传输距离：，可选；数据传输距离：15 m；通信协议：；通信协议：ASCII或或3964（R） 4.4 S7-300 PLC的网络通信的网络通信28目录目录2022年年3月月6日星期日日星期日CP342-5DP CP342-5DP是连接是连接S7和和S7到到PROFIBUS总线系统的低成本的通信模总线系统的低成本的通信模块。它减少块。它减少CPU的通信任务，同时支持其他的通信设备。的通信任务，同时支持其他的通信设备。CP342-5DP应用于应用于S7-300系统中，提供给用户系统中，提供给用户SINEC L

42、2网的各种通网的各种通信服务。既可以作为主机或从机，将信服务。既可以作为主机或从机，将ET200远程远程I/O系统连接到符合系统连接到符合DIN 19245、Part3的的PROFIBUS 现场总线中去，也可以与编程装置现场总线中去，也可以与编程装置或人机接口通信，还可以与其他或人机接口通信，还可以与其他S7 PLC或或S5通信，并且可以与配有通信，并且可以与配有CP5412（A2）的）的AT PC机以及其他品牌的具有机以及其他品牌的具有FDI接口的系统建立接口的系统建立连接。连接。CP342-5DP也能与也能与MPI分支网上的其他分支网上的其他CPU进行全局数据通进行全局数据通信。信。NCM

43、 S7-L2组态软件可以为实现上面功能进行参数配置。组态软件可以为实现上面功能进行参数配置。CP342-5DP内部有内部有128 KB的的Flash-EPROM，能够可靠地进行参数备份，在，能够可靠地进行参数备份，在掉电时参数也能被保持。掉电时参数也能被保持。CP342-5DP通信模块的主要技术数据有：用户存储器通信模块的主要技术数据有：用户存储器Flash-EPROM为为128 KB；SINEC L2LAN标准符合标准符合DIN 19245；RS485传输方式，传输方式，波特率为波特率为9.615000 kbit/s；可连接的设备数量达；可连接的设备数量达127个。个。4.4 S7-300

44、PLC的网络通信的网络通信29目录目录2022年年3月月6日星期日日星期日4.4.2 MPI网络与全局数据通信网络与全局数据通信S7-300可以通过可以通过MPI接口组成接口组成PLC网络，网络，MPI网采用全局数据通信模网采用全局数据通信模式，可在式，可在PLC之间进行少量数据交换。之间进行少量数据交换。MPI网不需要额外的硬件和软网不需要额外的硬件和软件，具有使用简单、成本低的特点。件，具有使用简单、成本低的特点。 1.MPI网络网络 MPI用于连接多个不同的用于连接多个不同的CPU或设备。或设备。MPI符合符合RS-485标准具有多点标准具有多点通信的性质通信的性质 MPI的波特率设定为

45、的波特率设定为187.5 kbit/s。接入到。接入到MPI网的设备网的设备称为一个节点，仅用称为一个节点，仅用MPI接口构成的网络，称为接口构成的网络，称为MPI分支网，最多可分支网，最多可以有以有32个节点。两个或多个个节点。两个或多个MPI分支网，用网间连接器或路由器连接分支网，用网间连接器或路由器连接起来，可以构成复杂的网络结构，实现更大范围的设备连接。起来，可以构成复杂的网络结构，实现更大范围的设备连接。MPI网网能够连接不同区段的中继器。每个能够连接不同区段的中继器。每个MPI分支网有一个分支网络号，以分支网有一个分支网络号，以区别不同的区别不同的MPI分支网。分支网上的每个节点都

46、有一个网络地址，称分支网。分支网上的每个节点都有一个网络地址，称为为MPI地址。用地址。用PG可以为设备分配需要的可以为设备分配需要的MPI地址，修改最高地址，修改最高MPI地地址。分配地址要求遵守一定的分配原则，具体内容参见相关技术手册。址。分配地址要求遵守一定的分配原则，具体内容参见相关技术手册。 30目录目录2022年年3月月6日星期日日星期日注意：在注意：在MPI组网操作期间，不能插入、拔出模板。组网操作期间，不能插入、拔出模板。如下图所示为如下图所示为MPI网络示意图，它包括网络示意图，它包括S7-300系列的系列的CPU、OP及及PG等等 4.4.2 MPI网络与全局数据通信网络与

47、全局数据通信31目录目录2022年年3月月6日星期日日星期日用用STEP 7软件包中的软件包中的Configuration功能可以为每个网络功能可以为每个网络节点分配一个节点分配一个MPI地址和最高地址。如果在地址和最高地址。如果在MPI网上添加网上添加一个新节点，需切断一个新节点，需切断MPI网中的电源。连接网中的电源。连接MPI网络常用网络常用到的部件有网络插头和网络中继器。对应到的部件有网络插头和网络中继器。对应MPI网络，从第网络，从第一个节点到最后一个节点最长距离为一个节点到最后一个节点最长距离为50 m。对于一个要。对于一个要求较大区域的信号传输或分散控制的系统，采用两个中继求较大

48、区域的信号传输或分散控制的系统，采用两个中继器可以将两个节点间的距离增大到器可以将两个节点间的距离增大到1000 m，但是两个节，但是两个节点间不应再有其他节点，如下图所示。点间不应再有其他节点，如下图所示。4.4.2 MPI网络与全局数据通信网络与全局数据通信32目录目录2022年年3月月6日星期日日星期日在采用分支线的结构中，分支线的距离与分支线的数量有在采用分支线的结构中，分支线的距离与分支线的数量有关，其中，中继器除可以放大信号、扩展节点间的连接距关，其中，中继器除可以放大信号、扩展节点间的连接距离，还可以用作抗干扰隔离。离，还可以用作抗干扰隔离。2.全局数据通信全局数据通信 全局数据

49、（全局数据（GD）通信方式以）通信方式以MPI分支为基础，是为循环分支为基础，是为循环地传送少量数据而设计的。地传送少量数据而设计的。GD通信方式仅限于同一分支通信方式仅限于同一分支网的网的S7系列系列PLC的的CPU之间，构成的通信网络简单，只之间，构成的通信网络简单，只实现两个或多个实现两个或多个CPU间的数据共享。间的数据共享。S7程序中的功能块程序中的功能块（FB）、功能块）、功能块(FC)、组织块（、组织块（OB）都能用绝对地址来）都能用绝对地址来访问全局数据。在一个访问全局数据。在一个MPI分支网中，最多有分支网中，最多有5个个CPU能能通过通过GD通信交换数据。通信交换数据。4.

50、4.2 MPI网络与全局数据通信网络与全局数据通信33目录目录2022年年3月月6日星期日日星期日4.4.3 S7-300 PLC与其他计算机的通信与其他计算机的通信西门子系列西门子系列PLC与计算机通信有多种途径，其中，在通信与计算机通信有多种途径，其中，在通信处理器模块的支持下，用处理器模块的支持下，用RS-232C进行点到点通信是一种进行点到点通信是一种低成本解决方案。本节主要介绍通信模块低成本解决方案。本节主要介绍通信模块CP430实现通信实现通信的方法和有关串行通信的协议的方法和有关串行通信的协议 34目录目录2022年年3月月6日星期日日星期日1.CP430工作原理工作原理 CP4

51、30通信处理模块有一个通信处理模块有一个RS-232C串行通信接口，它串行通信接口，它使使S7-300 PLC能与其他具有能与其他具有RS-232C接口的设备进行数接口的设备进行数据交换，一般地将其称为计算机。据交换，一般地将其称为计算机。CP430是是PLC与计算机进行数据交换的通道，如图与计算机进行数据交换的通道，如图4-13所所示。一方面，示。一方面，CP430的的RS-232C接口与计算机相连；另接口与计算机相连；另一方面，一方面，CP430通过背板总线与通过背板总线与PLC的的CPU相连。相连。CP430模块能根据模块能根据CPU模块的命令自主管理串行口的收模块的命令自主管理串行口的

52、收发工作。发工作。CP430模块固化有两个标准通信协议，即模块固化有两个标准通信协议，即3964（R）通信协议和）通信协议和ASCII通信协议。用通信协议。用STEP 7中的专用工中的专用工具可选择通信协议并确定协议的参数，该参数存入具可选择通信协议并确定协议的参数，该参数存入CPU模模块的系统数据中，该内容随块的系统数据中，该内容随PLC的其他组态数据被下载。的其他组态数据被下载。当当PLC启动时，有关的参数传入启动时，有关的参数传入CP430，然后，然后CP430按照按照选定的通信协议传输数据。选定的通信协议传输数据。4.4.3 S7-300 PLC与其他计算机的通信与其他计算机的通信35

53、目录目录2022年年3月月6日星期日日星期日2.3964（R）通信协议）通信协议 3964（R）通信协议是一个半双工通信协议，在数据传输）通信协议是一个半双工通信协议，在数据传输时，时，3964（R）在发送数据前后加入了控制符组成发送信）在发送数据前后加入了控制符组成发送信息帧。下图是描述了息帧。下图是描述了3964（R）发送信息帧的格式。）发送信息帧的格式。3964（R）正文长度最长为）正文长度最长为1024 B。3964（R）协议技术）协议技术参数见下页表所示。参数见下页表所示。4.4.3 S7-300 PLC与其他计算机的通信与其他计算机的通信36目录目录2022年年3月月6日星期日日星

54、期日3964（R）协议技术参数）协议技术参数参数说明范围默认值字符格式如图4-13所示字符间隔时间连续接收信息帧中两个字符的最大允许间隔时间20655 350 ms（10 ms增量）220 ms应答延时时间接收方送应答信号的最大允许延时时间10655 350 ms（10 ms增量）2000 ms重建链路次数为建立通信链路，CPU 430的最多允许重建次数12556重传次数传输信息帧出错时，最多允许重传次数12556优先级优先级高的通信方的发送请求优先得到响应高或低高启动时清除接收缓冲区该参数决定CP的接收缓冲区是否在启动时清除是或否是37目录目录2022年年3月月6日星期日日星期日3.ASCI

55、I通信协议通信协议 ASCII通信协议有通信协议有3种类型的信息帧格式供选择，包括：种类型的信息帧格式供选择，包括：（1）有结束标志的信息帧格式，特点是通过使用一个或有结束标志的信息帧格式，特点是通过使用一个或两个特定字符作为判断信息帧结束的依据。两个特定字符作为判断信息帧结束的依据。（2）定长度信息帧格式，是通过接收约定个数的字符即定长度信息帧格式，是通过接收约定个数的字符即认为信息帧结束。认为信息帧结束。（3）自由信息帧格式，既无特定结束标志又无确定长度，自由信息帧格式，既无特定结束标志又无确定长度，接收方以在约定的时间内收不到新字符作为信息帧结束依接收方以在约定的时间内收不到新字符作为信

56、息帧结束依据。据。注意：三种格式的信息帧长度均不能超过注意：三种格式的信息帧长度均不能超过1 KB。下页表下页表 给出了给出了ASCII通信协议的技术参数，参数与信息帧通信协议的技术参数，参数与信息帧格式相关，不用某功能，则相关参数不用设置格式相关，不用某功能，则相关参数不用设置 4.4.3 S7-300 PLC与其他计算机的通信与其他计算机的通信38目录目录2022年年3月月6日星期日日星期日ASCII通信协议技术参数通信协议技术参数参数说明范围默认值接收信息帧结束标志以此为依据，CP判断信息帧是否结束接收字符间隔超时；有结束字符；接收长度到超时结束字符间隔时间连续接收信息帧中两个字符的最大

57、允许间隔时间465 535 ms4 ms信息帧结束字符1第一结束标志代码任何字符3信息帧结束字符1第二结束标志代码任何字符0接收信息帧长度当以长度为结束依据时有意义11024240 B数据流控制定义使用什么数据流控制序列不用；用XON/XOFF；用RTS/CTS不用XON字符任何字符11XOFF字符任何字符13等待XON的时间在CP430发送时等待发送允许信号的最长时间20655 350 ms2000 ms启动时清除接收缓冲区该参数决定CP的接受缓冲区是否在启动时清除是或否是缓冲区中信息帧数允许在接收缓冲区中同时存储的最多信息帧数1250250防止重写是否允许新收到的信息帧重写缓冲区中的旧信息

58、帧是或否是39目录目录2022年年3月月6日星期日日星期日4.4.4 PROFIBUS现场总线现场总线 PROFIBUS是目前最成功的现场总线之一，是目前最成功的现场总线之一，SIMATIC S7采用现场总线构成采用现场总线构成的系统，具有以下优点：的系统，具有以下优点：PLC、I/O模块、智能化现场总线设备可通过现场总模块、智能化现场总线设备可通过现场总线来连接；线来连接；I/O模块可安装在传感器和执行机构的附近；过程信号可就地转换模块可安装在传感器和执行机构的附近；过程信号可就地转换和处理；编程仍旧采用传统的组态方式。和处理；编程仍旧采用传统的组态方式。在西门子在西门子PLC系列产品中，下

59、面系统能够连接到系列产品中，下面系统能够连接到PROFIBUS-DP的现场总线的现场总线上的主动站（主站）：上的主动站（主站）：（1）使用内置的）使用内置的PROFIBUS-DP接口，或采用接口，或采用IF964或或CP342-5DP接口模块接口模块的的S7-300/400，M7 300/400的自动化系统，最大波特率为的自动化系统，最大波特率为1.5 Mbit/s。（2）使用）使用IM308-C或降低了响应时间的或降低了响应时间的CP5430/5431的的S5-115U/H、S5-135U、S5-155U/H PLC，S5-95U/DP主站机，最大波特率为主站机，最大波特率为1.5 Mbit

60、/s。（3）带有主机模块或接口的其他企业的）带有主机模块或接口的其他企业的PLC。（4）带有内置接口的编程装置，如）带有内置接口的编程装置，如PG720/PG740/PG760,1.5 Mbit/s。（5）使用）使用CP5411/5412（A2）的）的PG730/PG740/PG750/PG760/PG770，最，最大波特率为大波特率为12 Mbit/s。（6）使用了带）使用了带CP5412（A2）的个人计算机，最大波特率为）的个人计算机，最大波特率为12 Mbit/s。40目录目录2022年年3月月6日星期日日星期日被动站（从站）：被动站（从站）：（1）分布）分布I/O系统中的系统中的ET2