西门子S7-300自动售货机的设计-

摘要

本论文设计的是基于西门子S7-300系列PLC构成的自动售货机系统。本文阐述了自

动售货机的来源与发展.以及它在国内外发展的现状，对自动售货机的方案进行了论证，

介绍了PLC的基本组成、特点以及工作原理，对基于西门子S7-300系列PLC构成的自动

售货机系统整体设计过程进行较为细致的论述。

文中详尽地介绍了自动售货机的各硬件组成，I/O点的分配。编写程序实现计币系统、

选择系统、饮料供应系统及退币系统，完成臼动售货界面设计与交易过程。PLC梯形图的

编写采用的是西门子PLC梯形图专用编译软件STEP?来进行编写，人工控制界面则采用

WINCC组态软件完成。在介绍了自动售货机的基本原理以及工作流程的基础上，以一次交

易过程为例，把交易过程分为几个程序块，然后分别对程序块进行编程。具体说明了可编

程序控制器在自动售货巩中的作用。程序涉及到了自动售货机工作的绝大部分过程。

关键词：西门子S7-300；PLC；梯形图；1VINCC组态软件；STEP7；

I

Abstract

ThisthesisisbasedonSiemensS7-300seriesPLCconstitutionvendingmachine

system.Thispaperdescribestheoriginanddevelopmentofvendingmachines,as

wellasitsdevelopmentstatusathomeandabroad,onthevendingmachineprogram

weredemonstratedtointroducethebasiccomponentsofPLC,characteristicsand

workingprinciple,basedonSiemensS7-300seriesPLCvendingmachinesystem

composedoftheoveralldesignprocessmoredetailedexposition.

Thispaperdescribesindetailthevarioushardwarecomponentsofthevending

machine,I/Opointsassigned.Writeaprogramtoachievetotalcurrencysystem,

selectSystem,beveragesupplysystemandcoinsystem,completevendinginterface

designandtransaction.PLCladderisusedinthepreparationoftheSiemensSTEP7

PLCladdercompilersoftwarededicatedtothepreparation,manualcontrolinterface

isusedWINCCconfigurationsoftware.Aftertheintroductionofthebasic

principlesofthevendingmachineandtheworkflowbasedontheprocess,for

exampletoatransaction,thetransactionprocessisdividedintoseveralblocks,and

eachblockoftheprogramtobeprogrammed.Specifiestheprogrammable

controller'sroleinthevendingmachine.Theprocedureinvolvesthemajorityofthe

workprocessofthevendingmachine.VendingmachineusePLCcontrolimproves

thesystemstability,toensurelong-termstableoperationofvendingmachines.

Keywords：SiemensS7-300；PLC；Ladder；STEP7；WINCCconfiguration

software；

II

目录

摘要（中文）....................................................................I

（英文）....................................................................I

第一章概述..........................................................1

1.1自动售货机的理论背景与实际意义..............................................1

1.2自动售货机的工作原理.........................................................1

1.3自动售货机的设计.............................................................2

1.3.1自动售货机设计的基本思路.........................................2

1.3.2自动售货机设计的主要内容.............................................3

第二章PLC的概述......................................................4

2.1PLC的简介...............................................................4

2.1.1PLC的产生.........................................................4

2.1.2PLC的定义.........................................................5

2.2可编程控制器组成的控制系统..............................................5

2.3PLC的功能及特点........................................................6

2.1.1PLC的主要功能.....................................................6

2.1.1PLC的特点.........................................................7

2.4PLC的结构及工作过程....................................................8

2.1.1PLC的硬件组成.....................................................8

2.1.1PLC的工作原理.....................................................9

2.1.1PLC的循环扫描工作................................................10

2.5PLC的编程语言..........................................................11

2.6西门子S7-300系列PLC的基本特性.......................................11

2.6.1S7—300的系统结构...............................................11

2.6.2S7-300CPU模块................................................12

2.6.3S7—300的PROFIBUS通讯.........................................12

2.6.4S7-300的数字量I/O模块........................................13

第三章自动售货机的设计..............................................14

3.1自动售货机框架的设计...................................................14

3.1.1PLC自动色货机的值件选型......................................14

3.1.2PLC自动售货机I/O的地址分配..................................14

3.2自动售货机的硬件组态及梯形图编程......................................15

3.2.1STEP7软件介绍.................................................15

3.2.2本次设计中涉及的指令介绍......................................16

3.2.3S7-300PLC的硬件组态过程......................................18

3.2.4梯形图编程程序.................................................26

3.3自动售货机的界面组态..................................................29

3.3.1WINCC组态软件的介绍...........................................29

III

第一章概述

1.1自动售货机的理论背景与实际意义

自动售货机是一种全新的商业零售形式，20世纪70年代自日本和欧美发展起来，又

被称为24小时营业的微型超市。在中国自动售货机19g9年开始进人中国市场.如今，

在机场、地铁、商场、公园等客流较大的场所，己不难发现自动售货机的身影。

从发展趋势来看，自动售货机的出现是由「劳动密集型的产业构造向技术密集型社会转

变的产物。它是生产技术巩械化、智能化和自动化的体现。从供给的条件来看，自动售货机

可以充分补充人力资源的不足，适应消费环境和消费模式的变化，24小时无人售货的系统

可以更省力，运营时需要的资本少、面积小，可以很

好地解决人工费用及场地限制等问题。

传统的自动售货机系统采用单片机作为控制核

心。这样不仅会在输入输出接口上耗费大量工作，而

且系统的抗干扰能力也差，PLC是综合了计算机技术,

自动控制技术和通讯技术发展起来的一种新型控制方

法，主要由CPU、输入输出模块、通讯接口、寄存器

等组成。它具有可靠性高、编程简单、维护方便等优

点。而自动售货机因场地、人力等资源的限制要求其

结构必须简单可高，稳定性和执行效率高。因而新型

的自动售货机大多采用PLC作为控制核心。

本次设计是基于西门子S7-300系列PLC及WINCC

组态软件来模拟实现自动售货机的交易过程，完成系

统的硬件设计和软件设计，

1.2自动售货机工作原理

实际生活中，我们见到的售货机可以销售一些简单的日用品，如饮料、常用药品和小

的生活用品等。售货机的基本功能就是对投入的货币进行运算，并根据货币数值判断是否能

够购买某种商品，并作出相应的反应。举一个简单的例子来说明，例如：售货机中有8中商

1

品，其中01号商品（代表第一种商品）价格为2.60元，02商品为3.50元，其余类推。现

投入1个1元硬币，当投入的货币超过01商品的价格时，01商品的选择按钮处应有变化，

提示可以购买，其他商品同比。当按下选择01商品的价格时，售货机进行减法运算，从投

入的货币总值中减去01商品的价格，同时启动相应的电机，提取01号商品到出货口。此时

售货机继续进行等待外部命令，如继续交

易，则同上，如果此时不再购买而按下

退币按钮，售货机则要进行退币操作，

退回相应的货币，并在程序中清零，完

按

下

择

成此次父易。选

钮

按

由此看来，售货机一次交易要涉及

加法运算、减法运算以及在退币时的除购买状态

是否

法运算，这是它的内部功能C还要有货有剩

余N

币识别系统和货币的传动来实现完整的按下「

退币

按钮.

售货、退币功能。自动售货机的工作流

退币状态

程图如图1-1所示。

1.3自动售货机的设计

1.3.1自动售货机设计的基本思路

本次设计的主要内容是对自动售货机工作流程及工作环

境的模拟实现。要求在分布控制实验室现场总线实验平台上进

行（如右图），在掌握自动售货机的基本原理及工作流程的基

础上，学习西门子S7-300PLC各模块相关知识，完成自动售货

机的硬件设计；学习西门子PLCSTEP7及TVINCC组态软件，编

写各部分程序，完成系统硬件组态及界面设计；最后进行系统

调试实现自动售货交易过程，完成自动售货机的设计。

本次设计的自动售货机硬件系统由西门子S7-300PLC

控制柜、CF5611卡及PC机构成。软件方面及人机交换界在

STEP7及WINCC组态软件环境下实现。本次设计的重要部分是第三章的设计部分，即自

动化:货机梯形图的设计-根据设计内容和控制要求准确设计出它的梯形图，并反好调忒

2

做到程序无误。

1.3.2自动售货机设计的主要内容

本次设计可投入四种钱币，分别是1元、2元、5元、10元，采用四个按钮进行模拟，

自动售货机共出售四种货物，其价格分别定为1元（矿泉水）、2元（绿茶）、4元（橙汁）、

6元（啤酒）。四种货物分别用四个小灯代替进行模拟。

当物品不足时，对应的物品指示灯亮，顾客按下相应的按键无反应。

当投入货币的总值小于货物最小价格（1元）时，物品指示灯亮红灯。此时表示无法

进行任何购买。

当投币总值大于等于货物最小价格时，物品指示灯亮绿灯，表示可以进行购买。与

此同时系统进行判断，小于等于投币总值的货物相对应的灯亮绿灯。按下按下相应的按

键，相应的物品排出。

当投入的货币总值超过所选物品的价值时，自动售货机会自动将余款退还顾客。

结合自动售货机的原理及工作流程，本次设计的自动售货机系统包括以下几个模块：

1、计币模块

在投币过程中，通过点击代表4种货币的模拟按钮投入货币，通过点击次数与按钮代表

的相应货币的市值的相加或相乘计算出投入的货币总值，并存入系统。

2、价格比较模块

价格的比较要贯穿设计过程的始终，只要余额大于某种商品价格时，就需要输出一个

信号，提示可以购买。

投币完成后,系统将在货币总值与最小货物价格（1元）之间进行比较。若小于货物最

小价格，则货物指示灯Y0亮红灯。按键无反应，推出货币不进行任何操作。若大于等于货

物最小价格，则与可以购买的货物价格进行区间比较：若大于或等于商品1的价格，则可以

购买商品1，对应指示灯1亮；若大于或等于商品2的价格，则指示灯2亮，以此类推。

3、商品选择模块

此模块可以实现用户对商品的选择购买。在系统进行比较判断后，小于等于投币总

值的货物相对应的灯亮绿灯。此时按卜相应的按键，相应的物品排出。

4、退币模块

系统可在顾客购买完商品后退I可余币。在退币过程中，最主要的是要完成退币的运算过

程,运算结果放在数据寄存器、根据结果起动退币工作，输出相应的钱币。

3

第二章PLC的概述

PLC(ProgrammableLogicConter1ler可编程逻辑控制器)是以CPU为核心，综合了

自动控制技术、计算机技术、通信技术发展起来的一种通用的工业自动控制装置，是现代工

业控制的三大支柱之一。它是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装

置。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

生产过程。

2.1PLC的简介

2.1.1PLC的产生

由各种继电器、定时器、接触器及其触点按一定的逻辑关系连接起来，控制各种生产

机械的控制系统，就是大家所熟悉的传统继电接触器控制系统。继电接触器控制系统结构简

单、容易掌握、价格便宜，在一定范围内能满足控制要求。但由于继电接触器控制系统设备

体积大，可靠性差，动作速度慢，功能少，难与实现较兔杂的控制等因素，特别是它由硬件

连线逻辑构成，接线复杂、故障率高、生产周期长的缺点。无法满足现代工业生产要求的通

用性和灵活性。

20世纪60年代末期，美国的汽车制造业竞争激烈，各生产厂家的汽车型号不断更新，

它必然要求生产线的控制系统亦随之改变。为了克服传统的继电接触器控制系统的束缚，适

应市场竞争要求，1968年美国通用汽车公司(GM)提•种设想：将计算机通用灵活的特

点与继电器控制系统的简单易懂、操作方便等特点结合起来，制成一种通用装置。美国数字

设备公司根据这一设想于1969年制成第一台可编程逻辑控制器。

PLC的出现很快引起其他国家的重:视“1971日木从美国引进这项技术并很快制成第一

台PLC1973年西欧国家也研制出PLC。中国从974年开始研制家C,并于1977年开始工业

应用。

目前，世界上生产PLC的主要厂家有65个，其中最有名气的厂家在日本、美国和

德国。口本的几个厂家为三菱、口立、东芝、光洋、夏普等公司。美国的几个厂家为德

州食品公司、通用电器公司、歌德公司、数字设备公司等。还有德国的西门子，荷兰的

飞利浦，香港的鹰达等公司。

4

2.1.2PLC的定义

美国国际电工委员会（IEC）于1987年对PLC做出如下定义：可编程序控制器是一类专

门为在工业环境下应用而设计的数字式电子系统，它采月了可编程序的存储器，用来在其内

部进行存储执行逻辑运算、顺序运算、定时、记数和算术运算等功能的面向用户的指令，并

通过数字式或模拟式的输入或输出，控制各种类型的机械或生产过程。可遍程序控制器极其

相关外部设备，都应按照易卜与工业控制系统联成一个整体，易卜扩展其功能的原则而设计。

2.2可编程控制器组成的控制系统

由PLC构成的控制系统组成可分为输入设备、输出设备、可编程控制器和外围设备

等几部分。

可给程序抄制2s

图2-1PLC组成的控制系统

1.输入设备

输入设备的作用是产生输入控制信号送入PLCo常用的输入设备包括控制开关和

传感器。控制开关可以是按钮限位开关、行程开关、光电开关、继电器和接触器的接点

等。传感器包括各种数字式和模拟式传感器。

2.输出设备

输出设备的作用是将可编程控制器的输出控制信号转换为能够驱动被控对象工作

的信号。

3.可编程控制器

5

可编程控制器在控制系统中起控制器的作用。它将输入信号读入后按一定的控制规

律进行处理，然后产生控制信号输出，驱动输出设备工作。

4.外围设备

外围设备可完成用户与可编程控制器对话、程序的存储及打印等功能。

2.3PLC的功能及特点

2.3.1PLC的主要功能

1.逻辑控制功能

逻辑控制（或顺序控制）功能是指用PLC的与、或、非指令取代继电器接触的串联、并

联极其他各种逻辑连接，进行开关控制。

2.定时/记数控制功能

定时/记数控制功能指用PLC提供的定时器、记数器指令实现对某种操作的定时或记数

控制，以取代时间继电器和记数继电器。

3.数据处理功能

数据处理功能是指PLC能进行数据传送、比较、移位、数制转换、算术运算、逻辑运

算以及编码和译码等操作，

4.步进控制功能

步进控制功能是指用步进指令来实现在有多道加工工序的控制中，只有前一道工序完

成以后，才能进行下一道工序操作的控制，以取代由硬件构成的步进控制器。

5.A/D与D/A转换功能

A/D与D/A转换功能是指通过A/D、D/A模块完成噗拟量和数字量之间的转换。

6.运动控制功能

运动控制功能是指通过高速记数模块和位置控制模块等进行单轴或多轴运动控制。

7.过程控制功能

过程控制功能是指通过PLC的PID控制指令或模块实现Xj温度、压力、速度、流量等

物理参数的闭环控制。

8.通信联网功能

通信联网功能是指通过PLC之间的联网、PLC与上位机的链接等，实现远程I/O控制或

数据交换，以完成较大规模系统的复杂控制。

6

9.监控功能

监控功能是指PLC能监视系统各部分的进行状态和进程，对系统中出现的异常情况进

行报警和记录，甚至自动终止运行；也可•在线调整、修改控制程序中的定时器、记数器等设

定值或强制I/O状态。

10.扩展功能

扩展功能是指通过连接输入输出扩展单元（即I/O扩展单元）模块来增加输入输出点

数，也可通过附加各种智能单元及特殊功能单元来提高PLC的控制功能。

11.远程I/O功能

远程I/O功能是指通过I/O单元将分散在远距离的各种输入、输出设备与PLC主机相

连接，进行远程控制，接收输入信号、传出输出信号。

2.3.2PLC的特点

（I）抗干扰能力强，可靠性好

PLC在电子线路、机械结构以及软件结构上都吸取了生产厂家长期积累的生产控制经

验，主要模块均采用大规碟与超大规模集成电路。I/O系统设计有完善的通道保护与信号调

理电路；在结构上对耐热、防潮、防尘、抗震等都有周到的考虑。

（2）控制系统结构简单，通用性强

PLC及外围模块品种多，可由各种组件灵活组合成各种大小和不同要求的控制系

统。

（3）编程方便，易于使用

PLC是面向用户的设备，设计者充分考虑到现场工程技术人员的技能和习惯，PLC

程序的编制，采用梯形图或面向工业控制的简单指令形式。梯形图与继电器原理图相类

似，这种编程语言现象直观，容易掌握，不需要专门的计算机知识和语言，只要具有一

定的电工和工艺的知识的人员都可在短时间内学会。

（4）功能完善

在PLC内部具有许多控制功能，诸如时序、计算机、主控继电器以及移位寄存器、中

间寄存器等。PLC的输出/输入功能完善，性能可靠，能够适应与任何形式和性质的开

关量和模拟量的输入/输出。

7

（5）设计、施工、调试、的周期短

PLC采用模块化积木式结构，故仅需按性能、容量等选用组装，因而缩短了设计

周期，使设计和施工可同时进行。

（6）体积小,维护操作方便

PLC体积小，质量轻，便于安装。

（7）易于实现网络化

PLC可连成功能很强的网络系统。

（8）可实现三电一体化

PLC将电控、电仪和电结三电集于一体。可以方便灵活地组合成各种不同规模和功

能，以适应不同工业控制系统的需要。

2.4PLC的结构及工作过程

2.4.1PLC的硬件组成

PLC实际是一种工业计算机，只不过比一般的计算机有更强的与工业过程相连接的

接口，因此与计算机的结构很相似。从硬件结构来看PLC主要由中央处理器（CPU）、存

储器、I/O模块、通信接口、扩展接口、电源等几部分组成。其中CPU是PLC的核心；

I/O单元是CPU与现场输入/输出设备之间的接I」电路；通信接口用于连接编程器、上位

计算机等外部设备.共硬伫组成图如图2-1所示.

图2-2PLC硬件结构图

PLC各部分的作用

（1）中央处理器（CPU）

CPU是由控制耀和运算器组成的。是整个PLC的核心，起着总指挥的作用，是PLC的运

8

算和控制中心。其主要功能：

①诊断PLC电源、内部电路的工作状态及编制程序中的语法错误。

②采集由现场输人装置送来的状态或数据，并送入PLC的寄存器中。

③按用户程序存储器中存放的先后顺序逐条读取指令，进行编译解释后，按指令规定

的任务完成各种运算和操作。

④将存于寄存器中的处理结果送至输出端。

⑤响应各种外部设备的工作请求。

(2)存储器

PLC的存储器分为两大部分：一部分是系统程序存储器。另一部分是用户存储器，包括

用户程序存储区及工作数据存储区。

(3)输入输出接口电路

PLC通过输入输出(”0)接口电路实现与外围设备的连接°

(4)电源

为PLC提供CPU、存储器、输人输出接口等内部电路工作需要的电源。

(5)编程设备

编程设备是人与PLC我系和对话的工具，是PLC重要的外围设备。用户可以利用编程设

备来输入、读出、检查、修改和调试用户程序，也可用它监视PLC的工作状态、显示错误代

码或修改系统寄存器的设置参数等。

(6)输入输出I/O扩展接口

输入输出信号在PLC接线端子上的地址分配是进行PLC控制系统设计的基础。对软件

来说，I/O地址分配以后才可进行编程：对控制柜及PLC的外围接线来说，只有I/O地址确

定以后。才可以绘制电气接线图、装配图，让装配人员根据线路图和安装图安装控制柜。

2.4.2PLC的工作原理

PLC的工作原理与计算机的工作原理基本是一致的，可以简单地表述为在系统程序

的管理下，通过运行应用程序完成用户任务。所以，从亡的角度上讲，可编程控制器实

质上也是一种计算机控制系统。但与计算机相比，它与工业控制相连的接口具有更强的

性能，其编程语言也更易于编写。而更主要的区别则是PLC采用顺序的逐条的扫描用户

程序的运行方式。PLC通电后，首先对硬件和软件作一些初始化操作，初始化反复不停

地分阶段处埋各种不同的任务。但是PLC也有它自己的特点，PLC在确定了JL作任务，

9

装入了专用程序后成为一种专用机，它采用循环扫描工作方式，系统工作任务管理及应

用程序执行都是用循环扫描方式完成的。

2.4.3PLC的循环扫描工作

PLC实质上是采用了对整个用户程序循环执行的工作方式。即执行用户程序不是只执

行一遍，而是一遍一遍不停的循环执行，每执行一遍称为扫描一次。扫描一遍全部用户程序

的时间叫做扫描周期。扫描周期的长短，取决于程序中指令的数量以及每条指令执行时间的

长短。因此我们应保障扫描周期足够短，以保证在前一次扫描中刚好未捕捉到的某变量的变

化状态，在下一次扫描过程中必定被捕捉到。

对每个程序，CPU从第一条指令开始执行，按指令步序号做周期性的程序循环扫描，

如果无跳转指令，则从则从第一条指令开始逐条顺序执行用户程序，直至遇到结束符后

又返回第一条指令,如此周而复始不断循环,每一个循环称为一个扫描周期.PLC的扫

描全过程如图2-2所示。

（1）输入刷新阶段

在输入刷新阶段，CPU扫描全部输入端口，读取其状态并写入输入状态寄存器。完

成后关闭输入端口，转入程序执行阶段。

（2）程序执行阶段

在程序执行阶段，根据用户输入的控制程序，从第一条开始逐条执行，并将相应的

逻辑运算结果存入对应的内部辅助寄存器和输出状态寄存器。

（3）输出刷新阶段

当所有指令执行完毕后，将输出状态寄存器中的内容，依次送到输出锁存电路，并

通过一定输出方式输出，驱动外部相应执行元件工作，这才形成PLC的实际输出。

输输

用

出

用辐入程输

输映户

户入映序

入像出输

执

输锁寄

端作晒

行出

入存寄存子

子器设

设器存

备

备器

10

2.5PLC的编程语言

PLC作为专为工业控制而开发的自控装置，其主要使用者为工厂的广大电气技术人

员，考虑到他们的传统习惯以利于使用推广普及，它提供的编程语言通常有以下5种：

梯形图（LAD）、语句表（STL）、顺序功能图（SFC）、功能块图（FBD）和结构文本（ST）。

在这些语言中，尤以梯形图、语句表、功能块图最为常用。本设计主要应用的是梯形图

语言。

PLC的梯形图在形式上沿袭了传统的继电器一接触器控制图，是在原继电器-接触器控

制系统的继电器梯形图基础上演变而来的一种图形语言。它将PLC内部的各种编程元件（如

继电器的触点、线圈、定时器、计数器等）和各种具有特定功能的命令用专用图形符号、标

号定义，并按逻辑要求及连接规律组合和排列，从而构成了表示PLC输人、输出之间控制关

系的图形。由于它在继电接触器的基础上加进了许多功能强大、使用灵活的指令，并将计算

机的特点结合进去，使逻辑关系清晰直观、编程容易、可读性强，所实现的功能大大超过传

统的继电接触控制电路，所以很受用户欢迎。它是目前用得最多的PLC编程语言。

2.6西门子公司S7-300系列PLC的基本特性

2.6.1S7-300的系统结构

S7-300PLC属于模拟式中小型PLC,电源、CPU

和其他模块都是独立的，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

的标准轨道上。每个模块都有•个总线连接器，后者

插在各模块的背后。电源模块总是安装在机架的最左

边，CPU模块紧靠电源模块。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。

11

S7编程软件组态主架导轨硬件时，电源，CPU和1M分别放在导轨的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、CPL-和IM以外的其他模块。例如：DI（数字量输入）、DO（数字量输出）、AI（模

拟量输入）、A0（模拟量输出）、FM（功能模块）和CP（通信模块）等。

2.6.2S7-300CPU模块

CPU模块是控制系统。勺核心，负责系统的中央控制责任，存储并执行程序，实现通信功

能，为U形总线提高5V电源。

CPU有4种操作模式：STOP（停机）、STARTUP（启动）、RLN（运行）、HOLD（保持）。

在所有的模式中，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：CPU312C、313C、313C-PtP、313C-2DP、

314C-PtP和314C-2DPo

2、5种标准的CPU：CPU313、314、315、315-2DP和316-2DP。

3、革新的标准型CPU：CPU312、314和315-2DP。

4、户外型CPU：CPL312IFM、314IFM、314户外型和315-2DP。

5、大容量高端型CPU：317-2DP和CPU318-2DP。

6、主从接口安全型CPU；CPU315F-2DPo

2.6.3西门子S7-300的PROFIBUS通讯

CPU模块上有三种通讯接口。

（DMPI接口:多点接口MPI是用于连接CPU和PG/OP的接口,或用于MPI子网中的通讯

接口。不能指定其他传输速率。编程器可以自动侦测到CPUMPI接口的正确参数，并建立连

接。

（2）（2）PROFIBUS-DP接口：PROFIBUS-DP接口主要用于连接分布式I/O。PROFIBUS-DP,

用于创建大型、扩展子网，例如：PROFIBUS-DP接口既可组态为主站，也可组态为从站，传

输速率可达12Mbpso

（3）（3）PTP接口：可在CPU上使用PTP（点到点）接口，来连接外部设备至串口，例如

条形码阅读器、打印机等，

在此我们主要介绍西门子S7-300PLC通过PROFIBLS的过程通讯

S7-300通过通讯处埋器，或通过集成在CPU上的PROF1BUS-DP接口连接PR（）blBUS-DP

12

网络上。带有PROFIBIS-DP主站/从站接口的CPU能够实现高速的、用户方便的分布式自动

化组态。从用户观点出发，通过PROFIBUS-DP分布式I/O就像处理集中的I/O一样，具有相

同的组态、地址和编程。

2.6.4S7-300数字量的I/O模块

输入/输出模块（I/O模块）也叫信号模块（SM）,是CPU模块与现场输入输出元件

和设备连接的桥梁，主要有两种类型：数字量I/O模块和模拟量I/O模块。

S7-300的数字量模块有多种型号。在此我们主要介绍数字量输入模块SM321、数字量

输出模块SM322、数字量I/O模块SM323和仿真模块SM374。

（1）数字量输入模块SM321数字量输入模块用于将现场送来的数字信号电平转换

成S7-300内部信号电平。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

关闭合即有输入电压时，二极管点亮。

（2）数字量输出模块SM322数字量输出模块SM322中要用干将87-300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

电动机启动器等。可分为宜流输出模块、交流输出模块和交直流两用输出模块。模块佗每个

输出点有一个绿色发光二极管显示输出状态，输出逻辑“1”时，二极管点亮。

（3）数字量I/O模块SM323SM323模块分为两种类型：一种是带有8个共地输入端

和8个共地输出端。另一种是带有16个共地输入端和16个共地输出端。

13

第三章自动售货机的设计

3.1自动售货机框架的设计

3.1.1自动售货机硬件选型

1.电源:PS3075A

PS307是西门子公司为S7-300专配的一种24VDC电源。PS307系列模块除输出额定电流不

同外(2A、5A.10A),其工作原理和各种参数都相同。PS307可安装在S7-300的专用导

轨上，除了给S7-300CPI供电外，也可给I/O模块提供负载电源。

2.CPU：315-2DP

CPU315-2DP具有中到大容量程序存储器，同时具有带现场总线(PROFIBUS-DP)主/

从接口。CPU315-2DP主要用于包括分布式及集中式I/O的任务中。

3.CP模块:CP343-1

4.接口模块:IM153-1

5.信号模块：两个I)I16/D016x24V/0.5A型号6ES7323-1BL00-0AA0

两个AI8xl2Bit型号6ES7321-7KF02-0AB0

一个A04xl2Bit型号6ES7322-5HD01-0AB0

3.1.2PLC自动售货机输入输出地址分配

输入输出

名称代码地址编码名称代码地址编码

人工复位FW10.0报警BIQ0.0

选矿泉水SF110.1矿泉水指示灯PB1Q0.1

选绿茶FS210.2指示灯绿茶PB2Q0.2

选橙汁SF310.3橙汁指示灯PB3Q0.3

选啤酒SF410.4啤酒指示灯PB4Q0.4

1元SF511.1余额指示灯YE1Q1.0

27ESF611.2矿泉水出货灯PB5Q1.1

5元SF711.3绿茶出货灯PB6Q1.2

10元SF811.4橙汁出货灯PB7Q1.3

投币确认TB11.0啤酒出货灯PB8Q1.4

结账JZ12.0余额出口YE2Q2.0

退币TW12.1矿泉水余量MW5Q3.1

结束选货JX12.2绿茶余量MW6Q3.2

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橙汁余量MW7Q3.3

啤酒余量MW8Q3.4

表3-1

3.2PLC自动售货机的硬件组态及梯形图编程。

3.2.1STEP7软件介绍

STEP7软件是一种用于西门子PLC进行组态和编程的专用软件集成包，它是西门子业

软件的一部分，可进行梯形图、功能块图和语句表的编程操作。

1.STEP7软件有以下几种版本：

(1)STEP7Micro/Dos和STEP7Micro/win:适用于S7-200系列小型PLC的编程与组

态。是最简化单机应用程序。

(2)STEP7Lite：适用于S7-300、C7系列等PLCL的编程、维护、和调试。支持LAD、

FBD、STL语言。

(3)STEP7Basis：适用于S7-300、S7-400M7-300\400系列以及C7系列PLC编程与

组态的基本软件包。支持LAD、FBD、STL及STL源文件语言。

(4)STEP7ProfessionEdition:是STEP7功能最强的编程软件,除具有STEP7Basis

的所有功能外，还集成了PPLLCSIM、SCL、GRAPH等扩展软件包。

2.SEPT7标准软件的组成

(1)SIMATIC管理器：

SIMATIC是STEP7的窗口，是用于s7-300\400PLC项目组态、编程和管理的基本应

用程序。在SIMATIC管理器中可以进行项目设置.、配置硬件并为其分配参数、组态硬件网络、

程序块、对程序进行调试等操作。

(2)符号编辑器：

符号编辑器管理所有全局变量，用于定义符号名称、数据类型。

(3)通信组态：

通讯组态包括同信的连接和现示。

(4)硬件组态：

硬件组态用于对硬件设备进行配置和参数设置，包括系统组态(选择机架、给各个

槽位分配模块、自动生成I/O地址)、CPU参数设置和模块参数设置。

(5)编程语言：

编程语言包括梯形图(LAD)、功能块(FBD)、语句表(STL)。

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（6）硬件诊断工具：

硬件诊断工具为用户提供自动化系统的状态。可快速浏览CPU的数据以及用户程序

运行中的故障原因，也可以用图形显示硬件配置。

3.STEP7软件的基本功能

（1）支持梯形图（LAD）、功能块（FBD）、语句表（STL）。

（2）具有密码保护功能

（3）提供帮助，使用者可以调试和测试程序。

3.2.2.本次设计中涉及的指令介绍

1•位逻辑指令

位逻辑指令使用两个数字1和0。这两个数字构成二进制系统的基础。这两个数字1

和0称为二进制数字或体.对于触点和线圈而言,1表示已激活或H励磁,0表示未激活或未

励磁。位逻辑指令解释信号状态1和（），并根据布尔逻辑将其组合。这些组合产生称为“逻辑

运算结果”的结果1或0。由位逻辑指令触发的逻辑运算可以执行各种功能。可以执行下列功

能的位逻辑指令：

—II—常开触点（地址）

—I/I—常闭触点（地址）

—（）输出线圈

—（R）复位线圈

-MOVE-

醺国"写入指令：将数字3装入寄存器MW6

3-INOUT-W6

2.比较指令

根据用户选择的比较类型比较【N1和1N2：

==IN1等于IN2

<>IN1不等于IN2

>IN1大于IN2

<IN1小于IN2

>=1N1大于等于1N2

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<=INI小于等于IN2

如果比较结果为true,则此函数的RLO为“1”。如果以串联方式使用比较单元，则使用“与”

运算将其链接至梯级程序段的RLO；如果以并联方式使用该框，则使用“或”运算将其链接

至梯级程序段的RLO。可使用下列比较指令：

CMP?I整数比较

CMP?D长整数比较

CMP?R实数比较

例:

CMP»=1

IN1

IN2

若MW4大干等干2则输出为1.Q0.1亮.

3.计数器指令

在CPU存储器中，有为计数器保留的区域。此存储区为每个计数器地址保留一个16位字。

梯形图指令集支持256个计数器。计数器指令是仅有的可访问计数器存储区的函数。

计数器字中的0至9位包含二进制代码形式的计数值。当设置某个计数器时，计数值移

至计数器字。计数值的范围为0至999。可使用下列计数器指令在此范围内改变计数值:

•S_CUD双向计数器

•S_CD降值计数器

•s_cu升值计数器

・一-(SC)设置计数器线圈

•一-(CU)升值计数器线圈

♦一-(CD)降值计数器线圈

4.整型数学运算指令

使用整数运算，可以对两个整数(16和32位)执行以下运算:

•ADD_I整数加

•SUB」整数减

•MUL」整数乘

•D1V_1整数除

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例:

ADDJ

ENENO

IN1OUT

IN2

11.1输入一次，MWO+1结果存放在MWO中。MW5-1,结果存放在MH5中。

3.2.3S7-300PLC的硬件组态过程

1.新建工程

在File中点击New,如图3-1

在弹出的对话柢中输入新的工程名和路径，如图3-2

Project

Vserprojects|Libraries|Wultipr0jects|

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曲

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