西门子PLCS300/400技术教程

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第一章S7-300/400 的基本结构

1、S7-300/400 属于模块式 PLC，主要由机架、CPU 模块、信号模块、功能模块、接

口模块、通信处理器、电源模块和编程设备（工程师、操作员站和操作屏）组成。

图 1-1PLC 控制系统示意图

PLC 的主要生产厂家：德国的西门子(Siemens)公司，美国 Rockwell 公司所属的 AB 公司，

GE-Fanuc 公司，法国的施耐德(Schneider)公司，日本的三菱和欧姆龙(OMRON)公司。

PLC 的工作过程



表 1-1逻辑运算关系表

与

或非

Q4.0=I0.0*I0.1 Q4.1=I0.2+I0.3 Q4.2=/I0.4

I0.0 I0.1 Q4.0 I0.2 I0.3 Q4.1 I0.4 Q4.2

0 0 0 0 0 0 0 1

0 1 0 0 1 1 1 0

1 0 0 1 0 1

1 1 1 1 1 1



在 CPU 模块上有存储器(用来存放系统程序、用户程序、逻辑变量和其它一些信息)，包括

ROM 和 RAM。可通过扩展槽扩展用户 RAM。

lRAM：主程序区 OB1+子程序区（FB、FCB、定时中断块等）断电时由锂电池供电

（几年）以免 RAM 中信息丢失。锂电池电压<规定值，灯报警，换电池（期间靠电容充电

几分钟）。

lPLC 采用循环执行用户程序的方式。

OB1 是用于循环处理的组织块（主程序），它可以调用别的逻辑块，或被中断程序（组织

块）中断。在起动完成后，不断地循环调用 OB1，在 OB1 中可以调用其它逻辑块(FB,SF

B,FC 或 SFC)。

循环程序处理过程可以被某些事件中断。

在循环程序处理过程中，CPU 并不直接访问 I/O 模块中的输入地址区和输出地址区，而是

访问 CPU 内部的输入/输出过程映像区。批量输入、批量输出。



梯形图中 Q4.0 的线圈（称为内部线圈）“通电”时，对应的输出过程映像位为 1 状态。信号

经输出模块隔离和功率放大后，继电器型输出模块中对应的硬件继电器的线圈（外部线

圈）通电，其常开触点闭合，使外部负载通电工作。

外部输入电路接通时，对应的输入过程映像位(例如 I0.0)为 1 状态，梯形图中对应的输入位

的常开触点接通，常闭触点断开。

某一编程元件对应的过程映像位为 1 状态时，称该编程元件为 ON，过程映像位为 0 状态

时，称该编程元件为 OFF。

循环时间（Cycletime）:是指操作系统执行一次图 1-4 所示的循环操作所需的时间，又称

为扫描循环时间（ScanCycleTime）或扫描周期。如 0.7ms、1.7ms 等

l性能指标：

I/O 点数、扫描周期、指令数目、功能模块多少、



OI0.1//接在左侧母线上的 I0.1 的常开触点

OQ4.0//与 I0.1 的常开触点并联的 Q4.0 的常开触点

)

ANI0.2//与并联电路串联的 I0.2 的常闭触点

=Q4.0//Q4.0 的线圈

梯形图对应的逻辑表达式：Q4.0=(I0.1+Q4.0)

lPLC 性能指标：

第二章西门子 PLC 的分类

1．S7 系列：传统意义的 PLC 产品，S7-200 是针对低性能要求的小型 PLC。S7-300 是

模块式中小型 PLC，最多可以扩展 32 个模块。S7-400 是大型 PLC，可以扩展 300 多个模

块。S7-300/400 可以组成 MPI、PROFIBUS 和工业以太网等。

2．M7-300/400：采用与 S7-300/400 相同的结构，它可以作为 CPU 或功能模块使用。具

有 AT 兼容计算机的功能，可以用 C，C＋＋或 CFC 等语言来编程。

3．C7 由 S7-300PLC，HMI（人机接口）操作面板、I/O、通信和过程监控系统组成。

4．WinAC 基于 Windows 和标准的接口(ActiveX，OPC)，提供软件 PLC 或插槽 PLC。

S7-300 系列 PLC 简介

S7-300 的 CPU 模块（简称为 CPU）都有一个编程用的 RS-485 接口，有的有

PROFIBUS-DP 接口或 PtP 串行通信接口，可以建立一个 MPI（多点接口）网络或 DP 网

络。



1.电源模块2.后备电池3.24VDC连接器4.模式开关5.状态和故障指示灯

6.存储器卡(CPU313以上)7.MPI 多点接口8.前连接器9.前盖

图 2-2S7-300PLC

功能最强的 CPU 的 RAM 为 512KB，最大 8192 个存储器位，512 个定时器和 512 个计数

器，数字量最大 65536I/O 点，模拟量通道最大为 4096。有 350 多条指令。一个数字量为

1 点，一个模拟量为 16 点。

计数器的计数范围为 1～999，定时器的定时范围为 10ms～9990s。



图 2-3S7-300 的安装



图 2-4多机架的 S7-300PLC

只需要扩展一个机架，可以使用价格便宜的 IM365 接口模块对。

数字量模块：从 0 号机架的 4 号槽开始，每个槽位分配 4 个字节的地址，32 个 I/O 点。

模拟量模块：一个通道占一个字地址。从 IB256 开始，给每一个模拟量模块分配 8 个字。

1．模块诊断功能

可以诊断出以下故障：失压，熔断器熔断，看门狗故障，EPROM、RAM 故障。

模拟量模块共模故障、组态/参数错误、断线、上下溢出。

2．过程中断

数字量输入信号上升沿、下降沿中断，模拟量输入超限，CPU 暂停当前程序，处理

OB40。

3．状态与故障显示 LED

SF（系统出错/故障显示，红色）：CPU 硬件故障或软件错误时亮。

BATF（电池故障，红色）：电池电压低或没有电池时亮。

DC5V（＋5V 电源指示，绿色）：5V 电源正常时亮。

FRCE（强制，黄色）：至少有一个 I/O 被强制时亮。

RUN（运行方式，绿色）：CPU 处于 RUN 状态时亮；重新启动时以 2Hz 的频率闪亮；H

OLD（单步、断点）状态时以 0.5Hz 的频率闪亮。

STOP（停止方式，黄色）：CPU 处于 STOP，HOLD 状态或重新启动时常亮。

BUSF（总线错误，红色）。



图 2-5CPU318-2 的面板

4．模式选择开关

（1）RUN-P(运行-编程)位置：运行时还可以读出和修改用户程序，改变运行方式。

（2）RUN(运行)位置：CPU 执行、读出用户程序，但是不能修改用户程序。

（3）STOP（停止）位置：不执行用户程序，可以读出和修改用户程序。

（4）MRES（清除存储器）：不能保持。将钥匙开关从 STOP 状态搬到 MRES 位置，可

复位存储器，使 CPU 回到初始状态。

复位存储器操作：通电后从 STOP 位置扳到 MRES 位置，“STOP”LED 熄灭 1s，亮 1s，再

熄灭 1s 后保持亮。放开开关，使它回到 STOP 位置，然后又回到 MRES，“STOP”LED 以

2Hz 的频率至少闪动 3s，表示正在执行复位，最后“STOP”LED 一直亮。

某些 CPU 模块上有集成 I/O。

PLC 使用的物理存储器：RAM，ROM，快闪存储器（FlashEPROM）和 EEPROM。

S7-300CPU 的分类

1．紧凑型 CPU：CPU312C，313C，313C-PtP，313C-2DP，314C-PtP 和 314C-

2DP。各 CPU 均有计数、频率测量和脉冲宽度调制功能。有的有定位功能，有的带有

I/O。

2．标准型 CPU：CPU312，CPU313，314，315，315-2DP 和 316-2DP。

3．户外型 CPU：CPU312IFM，314IFM，314 户外型和 315-2DP。在恶劣的环境下使

用。

4．高端 CPU：317-2DP 和 CPU318-2DP。

5．故障安全型 CPU：CPU315F。

S7-300 的输入/输出模块

输入/输出模块统称为信号模块(SM)。

前连接器插在前盖后面的凹槽内。一个编码元件与之啮合，该连接器只能插入同类模块。



两线式接近开关的漏电流小于输入模块允许的静态电流，汇点输入的电流流进输入模块，

反之为源输入电路。



SM323 是 S7-300 的数字量输入输出模块，8DI/8DO，16DI/16DO。



表 2-13SM331 模拟量输入模块的模拟值

范围双极性

百分比十进制十六进制±5V±10V±20mA

上溢出118.515%327677FFFH5.926V11.851V23.70mA

超出范围117.589%325117EFFH5.879V11.759V23.52mA

正常范围100.000%276486C00H5V10V20mA

0%00H0V0V0mA

-100.000%-276489400H-5V-10V-20mA

低于范围-117.593%-325128100H-5.879V-11.759V-23.52mA

下溢出-118.519%-327688000H-5.926V-11.851V-23.70mA

范围单极性

百分比十进制十六进制0~10V0~20mA4~20mA

上溢出118.515%327677FFFH11.852V23.70mA22.96mA

超出范围117.589%325117EFFH11.759V23.52mA22.81mA

正常范围100.000%276486C00H10V20mA20mA

0%00H0V0mA4mA

低于范围-17.593%-4864ED00H-3.52mA1.185mA

模拟值的精度小于 15位，则模拟值左移，左对齐。

【例 2-2】压力变送器的量程为 0～10MPa，输出信号为 4～20mA，模拟量输入模块的量

程为 4～20mA，转换后的数字量为 0～27648，设转换后得到的数字为 N，试求以 kPa 为

单位的压力值。

解：0～10MPa(0～10000kPa)对应于转换后的数字 0～27648，转换公式为

P=10000´N/27648（kPa）

注意：在运算时一定要先乘后除，否则可能会损失原始数据的精度。



图 2-13量程卡

【例 2-3】某发电机的电压互感器的变比为 10kV/100V（线电压），电流互感器的变比

为 1000A/5A，功率变送器的额定输入电压和额定输入电流分别为 AC100V 和 5A，额定输

出电压为DC±10V，模拟量输入模块将 DC±10V 输入信号转换为数字+27648 和-27649。

设转换后得到的数字为 N，求以 kW 为单位的有功功率值。

解：根据互感器额定值计算的原边有功功率额定值为



由以上关系不难推算出互感器原边的有功功率与转换后的数字之间的关系为 17321/27648

=0.62648kW/字。转换后的数字为 N 时，对应的有功功率为 0.6265N(kW)，如果以 kW

为单位显示功率 P，使用定点数运算时的计算公式为

P=N´6265/10000（kW）

【例 2-4】用于测量锅炉炉膛压力（−60Pa～60Pa）的变送器的输出信号为 4～

20mA，模拟量输入模块将 0～20mA 转换为数字 0～27648，设转换后得到的数字为 N，

试求以 0.1Pa 为单位的压力值。

解：4～20mA 的模拟量对应于数字量 5530～27648，即−600～600（0.1Pa）对

应于数字量 5530～27648，压力的计算公式应为



1．EX 系列数字量模拟量输入/输出模块

EX 模块在化工等行业使用。将外部的本质-安全设备（用于有爆炸危险区域的传感器和执

行器）与 PLC 非本质-安全内部回路隔离。

2．F 系列数字量模拟量输入/输出模块

这些模块具有故障安全运行的集成安全功能，在 ET200M 分布式 I/O 或 S7-300F 中使用。

用于连接有爆炸危险区域的设备。

S7-300 的功能模块

1．计数器模块

模块的计数器均为 0～32 位或31 位加减计数器，可以判断脉冲的方向，模块给编码器供

电。达到比较值时发出中断。可以 2 倍频和 4 倍频计数。有集成的 DI/DO。

FM350-1 是单通道计数器模块，可以检测最高达 500kHz 的脉冲，有连续计数、单向计数、

循环计数 3 种工作模式。FM350-2和 CM35 都是 8 通道智能型计数器模块。

2．位置控制与位置检测模块

FM351 双通道定位模块用于控制变级调速电动机或变频器。FM353 是步进电机定位模块。

FM354 伺服电机定位模块。FM357 可以用于最多 4 个插补轴的协同定位。FM352 高速

电子凸轮控制器，它有 32 个凸轮轨迹，13 个集成的 DO，采用增量式编码器或绝对式编码

器。

SM338 超声波传感器检测位置，无磨损、保护等级高、精度稳定不变。

3．闭环控制模块

FM355 闭环控制模块有 4 个闭环控制通道，有自优化温度控制算法和 PID 算法。

4．称重模块

SIWAREXU 称重模块是紧凑型电子称，测定料仓和贮斗的料位，对吊车载荷进行监控，

对传送带载荷进行测量或对工业提升机、轧机超载进行安全防护等。

SIWAREXM 称重模块是有校验能力的电子称重和配料单元，可以组成多料称系统，安装

在易爆区域。

5．电源模块

PS307 电源模块将 120/230 伏交流电压转换为 24V 直流电压，为 S7-300/400、传感器和

执行器供电。输出电流有 2A、5A 或 10A3 种。电源模块安装在 DIN 导轨上的插槽 1。



图 2-17S7-300 的浮动参考电位

某些大型工厂（例如化工厂和发电厂）为了监视对地的短路电流，可能采用浮动参考电位，

可以将 M 点与接地点之间的短接片去掉。

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