（阜阳）中国西门子PLC模块代理商

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应用

机架构成SIMATIC S7-400 基本机械机构。它们执行以下任务：

机架的设计具有墙装式、框架安装式和机柜安装式。

SIMATIC S7-400可以安装多种机架。

UR1（通用机架）

UR2（通用机架）

CR2（中央机架）

CR3（中央机架）

UR2-H

ER1（扩展机架）

ER2（扩展机架）

设计

包括所有机架：

西门子300/400PLC的程序与存储器结构

①S7-300/400的程序功能块 S7-300/400的PLC用户程序结构与S7-200有明显的不同，可以使用线性化结构以及功能调用式结构与结构化编程。

  采用调用式结构与结构化编程时，程序以组织块(OB)、程序块(FC)、功能块(FB)、系统程序块(SFC)、系统功能块(SFB)、数据块(DB)等形式出现。其中，组织块(OB)、程序块(FC)、功能块(FB)统称为“逻辑块(Logic Block)”;系统程序块(SFC)、系统功能块(SFB)统称为“系统块”。

  a.组织块(OB)。组织块(Organization Blocks，简称OB)提供了PLC内部CPU操作系统与用户程序间的接口，它是由CPU操作系统直接进行调用的逻辑块，用来管理PLC 程序中各组成部分的调用和执行中断。OB决定了PLC用户程序的结构与块的调用顺序，起到了“管理”用户程序的作用。

  S7-300/400不同的CPU类型，可以选择、支持不同的OB块，但OB1是所有PLC用户程序的循环控制块，它是运行PLC用户程序的前提条件，因此，任何PLC程序、任何CPU都不可以缺少OB1。

  OB块的调用条件被称为"触发事件"，根据"触发事件"的不同，OB块可以分为若干级别，各个级别有不同的级。的 OB可以中断低级 OB的执行。如果需要，S7系列PLC除OB1外，还可以使用多个OB块。

  b.程序块(FC)●。程序块(Function，简称FC)是由用户编写的、不需要数据块的常用逻辑块。

  FC块在程序中一般不可以重复调用，在大多数场合，FC块应直接使用PLC的"地址"或"符号地址"进行编程，但根据需要，可以定义部分程序变量。

  与S7-200一样，FC块的“临时变量”同样存储在局部变量数据堆栈(L)中，这一区域为全部程序块所公用，只可以用于FC块内部使用的中间运算结果寄存(这些中间运算结果不可以用于FC块外部);程序块执行完成后，局部变量数据堆栈内的数据将被其他块所需要的内容所替代。如果需要保存可以用于其他逻辑块的状态，应使用PLC的内部标志寄存器 M或使用“数据块DB”。

  在程序块FC中，有部分为PLC生产厂家所提供的、集成在S7CPU操作系统中的逻辑块，称为系统程序块(System Function，简称SFC)。系统程序块SFC属于PLC内部操作系统的一部分，用户不需要编写，也不可以对其进行编辑，但可以根据需要直接调用。

  c.功能块(FB)。功能块(Function Blocks，简称FB块)是由用户编写的、需要数据块(Instance Data Blocks，称为"即时数据块"或"背景数据块"，简称 DI)支持的常用逻辑块。

  FB块与FC块的作用基本相同，但FB中除可以使用"地址"或"符号地址"进行编程外，在结构化编程时使用"程序变量"进行编程，因此，FB配套立的数据存储区域，即"即时数据块DI"。DI一方面可以为调用FB提供执行程序所需要的"程序变量"赋值与其他数据;另一方面，功能块FB也能通过DI给调用它的逻辑块返回所需要的数据。

  与功能调用块FC一样，功能块FB中也有部分为PLC生产厂家所提供的、集成在S7 CPU操作系统中的功能块，称为系统功能块(System Function Blocks，简称 SFB)。系统功能块SFB同样属于PLC内部操作系统的一部分，用户不需要编写，也不可以对其进行编辑，但可以根据需要直接调用。

  d.数据块(DB)。数据块(Data Blocks，简称DB)是用来存放执行用户程序时所需的数据与存储程序执行结果的数据存储区，其作用与标志寄存器类似，但数量更多。数据块DB按不同的用途可以分为即时数据块(Instance Data Blocks，又称背景数据块，简称 DI)和通用数据块(Data Blocks，又称共享数据块，简称DB)两类。

  即时数据块(DI)用于传递功能块的参数，只能被的功能块FB访问。调用功能块

  ●：在SIEMENS早期的SS系列PLC中，只有组织块(OB)、功能块(FB)、数据块(DB)与程序块(PB)四类逻乳块。在S7系列PLC中，取消了程序块(PB)的名字，而是用英文的“Function”代替了原程序块(PB)。“Function”可以直译为功能，因此，在许多书中称为“功能”，在这里考虑到S5的继承性，同时便于读者与“功能块”区别，仍然将“Function”称为“程序块”。

  FB时，同时用于该功能块的即时数据块DI，即时数据块内的数据可以自动生成、它们可以是FB变量声明表中的数据(不含临时变量)。

  通用数据块(DB)用于存储PLC的全局数据，所有的FB、FC或OB都可以对通用数据块进行读写操作，因此，它又被称为共享数据块。通用数据块内的数据不会因用户程序的结束而删除。

  有关功能块、数据块的调用、编程以及程序变量、局部变量等概念，将在下面的实例中予以详细介绍。

  ②S7-300/400的程序结构S7-300/400的PLC程序结构随着编程人员所采用的程序设计方法的不同而不同。一般而言，程序设计可以采用线性化编程、调用式编程、结构化编程的方法，如图5-53所示。

  采用线性化编程时，所有程序指令都编写在一个连续的程序块——组织块OB1中，无需编制程序块、功能块、数据块等。

  采用调用式编程的程序由组织块(OB)、程序块(FC)、功能块(FB)、系统程序块(SFC)、系统功能块(SFB)、数据块(DB)等组成，由组织块OB1对各逻辑块与数据块进行组织与管理。

  采用结构化编程的程序结构形式与调用式编程相同，程序同样由组织块(OB)、程序块(FC)、功能块(FB)、系统程序块(SFC)、系统功能块(SFB)、数据块(DB)等组成，并通过组织块OB1对其进行组织与管理。功能块(FB)可以用于结构化编程，为了满足参数化编程的需要，功能块(FB)需要配套的即时数据块(DI)，组织块(DB1在调用FB时，需要根据不同的控制要求，通过即时数据块(DI)对参数进行赋值。

  图5-53为采用三种不同编程方式的程序结构示意图，在实际调用式编程、结构化编程时，被组织块OB1调用的逻辑块还可以调用其他逻辑块(程序嵌套)。

  ③S7-300/400的存储器结构 S7-300/400 PLC的存储器结构可以分为基本存储区域与程序处理区两大部分。

  a.基本存储区域。S7-300/400PLC的基本存储区域又可以分为装载存储区、系统存储区、工作存储区3部分，具体如下。

  (a)装载存储区(Load Memory)。相当于S7-200的程序存储区，用于PLC用户程序逻辑块、数据块的存储。

  (b)系统存储区(System Memory)。相当于S7-200的数据存储区，用于存储PLC运算、处理的中间结果。如输入/输出映像，标志、变量的状态存储，计数器、定时器的中间值，模拟量输入/输出状态等，使用PLC内部RAM。

  (c)工作存储区(Work Memory)。用于存储当前处理的可执行程序块、程序块所生成的局部变量L等。3个存储器区域的作用以及相互间的关系如图5-54所示。

  b.程序处理区域。S7-300/400 PLC的程序处理区域又可以分为累加器、地址寄存器、数据块地址寄存器、状态寄存器4部分，具体如下。

  (a)累加器。S7-300/400共有2个32位累加器ACCU1、ACCU2，用来进行读入、传送、运算、移位等操作。

  (b)地址寄存器。S7-300/400共有2个32位地址寄存器 AR1、AR2，用于存放寄存器间接寻址时的地址指针。

  (c)数据块地址寄存器。S7-300/400共有2个32位数据块地址寄存器DB、DI，用于存放程序中被打开的数据块地址。程序执行过程中允许同时被打开的数据块大为2个，其中一个为共享数据块(DB)，在程序中可以任意使用;另一个为瞬时数据块(DI)，它是与功能块FB配套使用的数据块，在调用FB时同时打开。

  (d)状态寄存器。S7-300/400共有1个16位状态寄存器STW，状态寄存器用于存放程序的处理结果，如逻辑运算结果RLO、溢出标志OV、溢出记忆OS、条件码CC0与C1、二进制值BR等，以显示指令的执行结果。

 PLC控制系统的设计与其他任何工作一样，首先得知道“干什么”，才能考虑“怎么干”与如何“干得好”的问题。因此，不管控制系统Zui终采用何种类型，其根本目的都是为了满足对象的控制要求，为此，而向Zui终控制对象的控制要求必须在设计前得到明确。

  设计人员通过对控制对象的现场了解或对机械、气动、液压工作原理的研究，明确了控制对象的控制要求后，为了便于设计，需要对要求的动作进一步分析与分解处理。如对液压、气动控制的机械，应该将其控制要求转化为动作循环图、液/气压控制系统组成简图、电磁元件动作表；对于单纯电气控制的动作，应转化为动作时序图或控制要求表等。根据循环图、液/气压系统简图、时序图、控制要求表的动作需要，就可以规划必要的指令元件(如按钮、触摸屏开关)、行程检测开关、执行元件、功能部件等。这些简洁、清晰的图形资料，可以为PLC的选型、用户程序的设计提供依据。

  (1) 动作循环图。动作循环图(包括电磁元件动作表)是一种通过生产设备或生产过程的“动作”，以及实现这些动作所需的执行元件、检测元件的状态，来描述控制要求的一种方法。

  动作循环图的特点是控制要求明确，动作过程清晰；执行元件与检测元件间的相互关系具体。在机(械)、电(气)、液(压)、气(动)联合控制的设备或生产线(如组合机床、自动线)上多采用这种方法来表达控制要求。

  图5-2(a)为某进口机床的工作台“夹紧/松开”液压控制简图，根据机床实际动作要求转化成的动作循环图、电磁元件动作表如图5-2(b)所示。

  动作循环图一般由机械、液压系统的设计人员提供，但电气设计人员必须对此进行具体了解(机电一体化设计人员自行解决)。特别是图中所使用的执行元件性能与参数(如电磁阀的额定电压、电流等)，检测元件的性质(有触点开关、接近开关等)，设计人员必须掌握，以便确定驱动方式与设计必要的驱动线路。

  图5-2 某进口机床的工作台“夹紧/松开”控制

  (a)液压控制简图;(b)动作循环图

  (2) 时序图。时序图是根据输入信号与输出信号的时序关系，通过“波形”的形式描述控制要求的一种方法。对于单纯的电气控制动作要求，通过时序图可以明确各输入信号与输出信号间的相互关系与动作的次序，为PLC程序设计提供依据。

  图5-3是某机床冷却电动机的手动“启动/停止”控制方案图。机床冷却控制的要求是：按下按钮，如果原来冷却电动机处在停止状态，则启动；如果原来冷却电动机处在工作状态，则停止。

  图5-3 某机床冷却电动机控制方案图

  在冷却控制方案中，图5-3(a)所示为主回路。根据控制要求，可以达到指令信号Sl与Kl的控制时序关系如图5-3(b)所示。其中的Sl为根据控制要求设计、安装在操作面板上的冷却"启动/停止"按钮；K1是控制冷却电动机主回路需要的接触器。

  (3) 控制要求表。

  控制要求表是利用表格形式表达控制条件与控制输出间相互关系的一种方法。通常适用于控制条件较多，信号间相互关系复杂，无法通过简单的图形、时序关系描述控制要求的场合。

  表5-1是机械主轴"启动/停止"控制方案表。如主轴启动条件不具备，主轴不能进行旋转。当启动条件具备时，机床主轴控制的动作如下：

  1) 在手动操作方式下，按下操作面板上的“主轴启动”按钮可以使主轴启动；按下操作面板上的“主轴停止”按钮可以使主轴停止。

  2) 在自动操作方式下，通过来自PLC定位控制模块的MO3代码指令，可以使主轴启动；通过M05代码指令，可以使主轴停止。

  3) 如操作方式不为手动或自动，或主轴启动条件不具备，主轴不能旋转；而且，操作面板上的"主轴启动"按钮无效。

  4) 当主轴在自动方式下旋转时，通过“主轴停止”按钮，仍然可以停止主轴。

  5) 当主轴在自动方式下停止时，不可以通过"主轴启动"按钮启动主轴。

  6) 在其他操作方式下，不可以启动主轴。

  机床主轴正转输出信号为中间继电器，利用中间继电器的动合触点控制主轴驱动器“位能”。以上控制要求对应的操作方式见表5-1。

  表5-1 主轴电机启动/停止控制要求表