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占位模块DM 370为模块保留一个插槽，如果用一个其他模块代替占位模块，整个配置和地址都保持不变。只有当为可编程信号模块进行模块化处理时，才能在STEP 7中组态DM 370占位模块。如果该模块为某个接口模块预留了插槽，则可在STEP 7中删除模块组态。

9.模拟器模块

模拟器模块DM 374的16个开关可以被设置为16路输入/16输出或8路输入/8路输出。

10.位置解码器模块

位置解码器模块SM 338额定输入电压24VDC，与CPU没有电气隔离，它主要用于连接多达三个**值编码器（SSI）的输入（帧长度为13位的**值编码器、帧长度为21位的**值编码器、帧长度为25位的**值编码器），以及两个用于冻结编码器数值的数字量输入，采集方式为周期采集或同步采集。它允许在运动系统中对编码器值直接做出反应，并且支持同步模式。

11.接口模块

IM 360、IM 361、IM 365为接口模块，通过接口模块实现系统的扩展。IM 360、IM 361用于配置一个中央控制器和三个扩展机架，IM 365用于配置一个中央控制器和一个扩展机架。

11.接口模块

IM 360、IM 361、IM 365为接口模块，通过接口模块实现系统的扩展。IM 360、IM 361用于配置一个中央控制器和三个扩展机架，IM 365用于配置一个中央控制器和一个扩展机架。

5.2　S7-400的硬件组成

S7-400系列PLC采用模块化结构，系统通常包括：一个机架（CR）、一个电源模块（PS）和一个CPU。它所具有的模块的扩展和配置功能使其能够按照每个不同的需求灵活组合。模块能带电插拔且具有很高的电磁兼容性和抗冲击性、耐振动性，因而能较大限度地满足各种工业标准

S7-400的硬件组成

S7-400系列PLC采用模块化结构，系统通常包括：一个机架（CR）、一个电源模块（PS）和一个CPU。它所具有的模块的扩展和配置功能使其能够按照每个不同的需求灵活组合。模块能带电插拔且具有很高的电磁兼容性和抗冲击性、耐振动性，因而能较大限度地满足各种工业标准。

5.2.1　机架

S7-400的机架具有固定模块、提供模块工作电压及通过信号总线将不同模块连接在一起的功能，机架通常由用螺栓固定模块并用横向切口安装机架的铝安装导轨、将模块滑入到其位置用的塑料件、一个背板总线及一个I/O总线组成，图5-15为机架的结构图。

1.通用机架UR1和UR2

UR1（18槽6ES7 400-1TA01-0AA0）和UR2（9槽6ES7 400-1JA01-0AA0）有UR1和UR2机架用于安装*机架和扩展机架。UR1和UR2机架都有I/O总线和通信总线。

当UR1和UR2用作*机架时，可安装除接收IM外的所有S7-400模块。当UR1和UR2用作扩展机架时，可安装除CPU和发送IM外的所有S7-400模块。特殊情况下电源模块不可与IM 461-1接收IM一起使用。

2.UR2-H机架

UR2-H（6ES7 400-2JA00-0AA0）机架用于在一个机架上安装两个*机架或两个扩展机架，它表示在相同机架结构上两个具有电气隔离的UR2机架，其主要应用在冗余S7-400系统的紧凑型结构中（在一个机架上有两个子机架和子系统）。

当UR2-H用作*机架时，可安装除接收IM外的所有S7-400模块。当UR2-H用作扩展机架时，可安装除CPU、发送IM、IM 463-2和适配器外的所有S7-400模块。特殊情况下电源模块不可与IM 461-1接收IM一起使用。3.*CR2机架

CR2（6ES7 401-2TA01-0AA0）机架用于安装分段的*机架。它带有一个I/O总线和一个通信总线。I/O总线分为两个本地总线段，分别带有10个和8个插槽。在CR2机架上可以使用除接收IM外的所有S7-400模板。

4.*CR3机架

CR3（6ES7 401-2DA01-0AA0）机架用于在标准系统中（非故障容错系统）的CR的安装。CR3有一个I/O总线和一个通信总线。在CR3机架上可以使用除接收IM外的所有S7-400模块，但在单独运行时只能使用CPU 414-4H和CPU 417-4H。

5.扩展机架ER1和ER2

ER1（6ES7 403-1TA01-0AA0）和ER2（6ES7 403-1JA01-0AA0）机架用于安装扩展机架。ER1和ER2机架只有一个I/O总线机架。

因为未提供中断线，所以从ER1或ER2中的模块来的中断不起作用，同时，ER1或ER2中的模块没有24V供电，需要24V供电的模块不可用于ER1或ER2。因为ER1或ER2中的模块既不能用电源模块中的电池后备，也不能用从外部为CPU或接收IM供电的电源后备，因此，使用ER1和ER2中电源模块的后备电池没有优势。当电源故障以及后备电源故障时不对CPU报告。插入ER1或ER2中的电源模块的电池监视功能总是断开的。

在ER1和ER2机架中可使用所有的电源模块、接收IM、所有符合上述限制条件的信号模块，但是，电源模块不可与IM 461-1接收IM一起使用。

5.2.2　处理器单元

1.CPU模块概述

S7-400系列PLC有7种CPU，此外S7-400H还有两种CPU。

CPU 412-1是廉价的，低档项目使用的CPU，适用于中等性能范围，用于I/O数量有限的较小系统的安装。然而，组合的MPI接口允许PROFIBUS-DP总线操作。

CPU 412-2适用于中等性能范围的应用。它带有两个PROFIBUS-DP总线可以随时使用。

CPU 414-2和CPU 414-3适用于中等性能应用范围中有较高要求的场合。它们满足对程序规模和指令处理速度的更高要求。集成的PROFIBUS-DP接口使它能够作为主站直接连接到PROFIBUS-DP现场总线。CPU 414-3有一条额外的DP线，可用IF 964-DP接口子模块进行连接。

CPU 416-2和CPU 416-3是功能强大的SIMATIC S7-400系列PLC的CPU。集成的PRO-FIBUS-DP接口，使它能作为主站直接连接到PROFIBUS-DP现场总线。CPU 416-3，有一条额外的DP线，可用IF 964-DP接口子模块进行连接。

CPU 417-4是SIMATIC S7-400*处理单元中功能较强大的。集成的PROFIBUS-DP接口，使它能作为主站直接连接到PROFIBUS-DP现场总线。通过IF 964-DP接口子模块进一步连接两条DP线。

CPU 414-4H用于SIMATIC S7-400H和S7-400F/FH可配置为容错式S7-400H系统。连接上运行许可证后，可以作为安全型S7-400F/FH自动化系统使用。集成的PROFIBUS-DP接口能作为主站直接连接到CPU 414-4H用于SIMATIC S7-400H和S7-400F/FH可配置为容错式S7-400H系统。连接上运行许可证后，可以作为安全型S7-400F/FH自动化系统使用。集成的PROFIBUS-DP接口能作为主站直接连接到PROFIBUS-DP现场总线。

CPU 417-4H是SIMATIC S7-400H和S7-400F/FH中功能较强的CUP，可配置为容错式S7-400H系统。连接上运行许可证后，可以作为S7-400F/FH容错自动化系统使用。集成的PROFIBUS-DP接口能作为主站直接连接到PROFIBUS-DP现场总线。

2.S7-400 CPU模块的共同特性

下面是S7-400 CPU模块的一些共同的特性。

1）S7-400有一个*机架，可扩展21个扩展机架。使用URI或UR2机架的多CPU处理较多安装4个CPU。每个*机架较多使用6个IM，通过适配器在*机架上可以连接6块S5模块。

2）实时钟功能：CPU有后备时钟、8个小时计数器和8个时钟存储器位，有日期时间同步功能，同步时在PLC内和MPI上可以作为主站和从站

PROFIBUS-DP现场总线。

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接口模块

IM 151-7 CPU接口模块用于SIMATIC ET 200S，它是带有集成CPU的接口模块，可以增强整套设备和机器的有效性和系统的可靠性。IM 151-7 CPU接口模块通过PRO-FIBUS-DP进行编程，并提供全新的SIMAT-IC微存储器卡，由于没有电池，因此可以免维护。另外，IM 151-7 CPU接口模块与S7-314的CPU功能一致。

ET 200S CPU脱网运行模式时IM 151-7 CPU作为PLC单独运行，功能与S7-314一致。ET 200S CPU联网运行模式时IM 151-7 CPU作为智能型从站运行，CPU快速响应处理现场I/O信号，并与PROFIBUS主站交换数据。图5-18为IM 151-7 CPU接口模块脱网或联网运行时的示意图。

如果使用用于接口模块IM 151-7 CPU的主站接口模块（订货号MLFB 6ES7151-7AA10-0AB0），则可将接口模块IM 151-7 CPU升级为PROFIBUS主站，即在一个IM 151-7 CPU上扩展一个新的PROFIBUS子网，功能相当于作为S7-314 CPU中DP主站组态的接口。通过主站模块，可以低成本地实现多层PROFIBUS系统，从而提高整个系统的可用性，并在PRO-FIBUS子网上实现高速响应（较高速率为12MBPS，较远传输距离为1000m）。图5-19为用于接口模块IM 151-7 CPU的主站接口模块连接示意图

其他模块

（1）传感器模块4IQ-Sense

4IQ-Sense传感器模块是一种智能化4通道电子模块，用于ET 200S。它可用于连接IQ-Sense传感器。ET 200S为PROFIBUS-DP主站模板提供有各种功能。对于SIMATIC S7简单处理，提供有标准功能块，常规传感器不能使用该模块运行。

传感器模块4IQ-Sense的特点如下。

·可连接较多4个IQ-Sense传感器。

·采用2线制，降低布线费用。

·通过IntelliTeach，调试快速。

·通道精确系统诊断（如断线、短路、模块/传感器故障等）。

·在运行过程中和通电情况下即可进行模块更换（热插拔）。

·采用自动编码，连接到TM-E端子模块。

SSI模块，用于将SSI传感器连接到ET 200S，可实现位置检测和简单的定位功能。可与*比较值进行两次比较操作（标准模式），数字量输入用于锁定实际值（标准模式）采用自动编码，插入到TM-E端子模块在运行过程中和通电情况下即可进行模块更换（热插拔）。

（3）2PULSE脉冲发生器

2PULSE脉冲发生器是双通道脉冲发生器和定时器模块，用于ET 200S，可实现控制较终控制元件、阀、加热元件等，并具有脉冲宽度调制（PWM）、脉冲顺序和脉冲跟踪等功能。

（4）1 STEP步进电机模块

1 STEP步进电机模块是单通道模块，用于ET 200S的步进电机定位控制，带有基准点或增量运行模式，用5V插分信号使功率电路与脉冲/方向接口相连接，具有经过数字量输入的斜坡外部停止和LED状态和故障显示功能。

（5）1 POS SSI/数字量定位模块

1 POS SSI/数字量定位模块是单通道定位模块，其根据快速/爬行进给原理，使用数字量输入进行定位控制。可进行SSI编码器实际位置感测，可在运行过程中更改参数。

（9）1 COUNT 5 V/500/kHz计数器模块

1 COUNT 5V/500/kHz计数器模块是单通道智能32位计数模块，用于通用计数任务和时限测量任务并可用于直接连接5V增量编程器（RS 422）。具有比较功能，可与预定义比较值进行比较。集成2点数字量输出，到达比较值时，输出反应，同时采用自动编码，可连接到TM-E1端子模块。在运行过程中和通电情况下即可进行模块更换（热插拔）。

（10）1 SI接口模块

1 SI接口模块是单通道模块，用于通过点到点连接进行串行数据交换，报文帧长度较大200字节，支持ASCII、3964（R）、Modbus和USS协议。

（11）电机起动器

使用ET 200S电机起动器，可保护和开关任何三相负载。通信接口使之理想用于分布式控制柜或控制箱中。

由于电机起动器出厂时全部接线，控制柜的装配较为快速，结构更为紧凑。高度模块化的设计使得组态简化。对于每个负载馈电器，使用ET 200S，可显着节省部件，即无源端子模块和电机起动器。因此，ET 200S较佳适用于模块化机器解决方案。

通过端子模块排，可实现扩展。由于采用端子模块的端子排（10mm），将不再需要以前必需的导线编组。固定接线与“热插拔”功能意味着电机起动器可在几秒种之内更换完毕。因此，这些电机起动器尤其适用于对可靠性有严格要求的应用。

通过扩展使用制动控制模板xB1～xB4扩展电机起动器，可以控制带有24VDC制动器（xB1，xB3）以及500VDC制动器（xB2，xB4）的电机。24VDC制动器由外部供电，并可通风，与电机起动器的开关状态无关。相比较而言，500VDC制动器主要通过一个整流器直接从电机端子板供电，因此在电机起动器关闭时不能通风。这些制动器不能与DSS1e-x电机起动器（软起动器）组合使用。

制动器控制模板的输出还可用于其他目的，如激活直流阀。通过制动控制模板（xB3，xB4）上的两个任选本地作用输入和高性能型起动器上的其他两个，可以实现独立的特殊功能，与总线和上游PLC无关，如滑动控制中的快速制动。同时这些输入的状态将被传送到PLC。

实践拓展

1.电源模块如何选择

1）确定电源的输入电压。

2）将框架中每块I/O模块所需的总背板电流相加，计算出I/O模块所需的总背板电流值。

3）I/O模块所需的总背板电流值再加上：框架中带有处理器时，则加上处理器的较大电流值；当框架中带有远程适配器模块或扩展本地I/O适配器模块时，加上其较大电流值。4）如果框架中留有空槽用作将来扩展时：列出将来要扩展的I/O模块所需的背板电流；将所有扩展的I/O模块的总背板电流值与步骤3）中计算得出的总背板电流值相加。

5）确定在框架中是否有用于电源的空槽，或者将电源装到框架的外面。

6）根据确定好的输入电压要求和所需的总背板电流值，从用户手册中选择合适的电源。

2.程序需要复位时应该如何操作

复位存储器按下述顺序操作：PLC通电后将钥匙开关从STOP位置扳到MRES位置，“STOP”LED熄灭1s，亮ls，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位置，“STOP”LED以2Hz的频率至少闪动3s，表示正在执行复位，较后“STOP”LED一直亮，可以松开模式开关。

2.程序需要复位时应该如何操作

复位存储器按下述顺序操作：PLC通电后将钥匙开关从STOP位置扳到MRES位置，“STOP”LED熄灭1s，亮ls，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位置，“STOP”LED以2Hz的频率至少闪动3s，表示正在执行复位，较后“STOP”LED一直亮，可以松开模式开关。

5.5　思考与练习

1.S7-300/400 PLC在STOP（停机模式）中，可以通过MPI接口与其他设备通信吗？

2.ET 200S可以作为主站通过PROFIBUS总线和其他PLC通信吗？

3.ET 200S可以同时使用多种电源模块吗？

*6章　S7-300/400系列PLC的指令系统

本章介绍S7-300/400系列PLC的编程语言和存储区，并详细描述S7-300/400系列PLC的梯形图指令系统。PLC的编程语言与一般计算机语言相比，具有明显的特点，它既不同于高级语言，也不同于一般的汇编语言，它既要满足易于编写，又要满足易于调试的要求。目前，还没有一种对各厂家产品都能兼容的编程语言。

S7-300/400系列PLC的指令系统

本章介绍S7-300/400系列PLC的编程语言和存储区，并详细描述S7-300/400系列PLC的梯形图指令系统。PLC的编程语言与一般计算机语言相比，具有明显的特点，它既不同于高级语言，也不同于一般的汇编语言，它既要满足易于编写，又要满足易于调试的要求。目前，还没有一种对各厂家产品都能兼容的编程语言。

S7-300/400系列PLC支持梯形图、语句表（即指令表）和功能块图三种编程语言，本章以比较*理解的梯形图为主，配合实例详细介绍15类梯形图的使用方法。

6.1　S7-300/400的编程语言

STEP 7是S7-300/400系列PLC的编程软件。梯形图、语句表（即指令表）和功能块图是标准的STEP 7软件包配备的3种基本编程语言，这3种语言可以在STEP 7中相互转换。下面主要介绍适合于初学者的梯形图。

编程语言的国际标准

IEC（国际电工**）是为电子技术的所有领域制定**标准的世界性组织。IEC 61131是PLC的国际标准，IEC于1979年成立了IEC 61131工作组，1992～1995年发布了IEC 61131标准，我国参照IEC 61131标准，在1995年11月发布了PLC的国家标准GB/T 15969。该标准基本上采用了IEC 6113l标准的前4部分。

IEC 61131由以下5部分组成。

1）通用信息。

2）设备要求与测试。

3）编程语言。

4）用户指南。

5）通信服务规范。

其中的*三部分（IEC 61131-3）是PLC的编程语言标准，它鼓励不同的PLC制造商提供在外观和操作上相似的指令。IEC 61131-3标准使用户在使用新的PLC时可以减少再培训时间；而对于生产厂家，将减少产品开发的时间，可以投入更多的精力去满足用户的特殊要求。

IEC 61131-3包括以下内容。

1）编译为标准代码的规则：定义了PLC必须满足IEC 61131标准的要求。在文献中必须包含一个符合标准的声明。

2）软件模型、通信模型和编程模型。

3）通用元件，例如数据类型和变量、功能和功能块、程序和任务。

4）规定了PLC编程语言的语法和语义，标准中有下述5种编程语言。

·指令表IL：语言语义的定义，这里只定义了20种基本操作。

·结构文本ST：西门子称为结构化控制语言（SCL）。

·梯形图LD：西门子简称为LAD。

·功能块图FBD：标准中称为功能方框图语言。

·顺序功能图SFC：对应于西门子的S7 Graph。

5）附加的语法规则和编程实例。