S7-400 PLC的工程设计及应用
《电气控制与PLC应用》习题(电子工业出版社 第2版,2012年2月)
PLC原理及应用习题集（适用的教材如下）教材：《电气控制与PLC应用》习题(电子工业出版社第2版,2012年2月) 参考《可编程序控制器原理及应用》习题(机械工业出版社第2版，吴中俊) 适用电气2010级第一章常用低压控制电器习题1、电气图中SB、SA、SQ、FU、KM、KA、KT分别是什么电气元件的文字符号？第二章电气控制线路的基本原则和基本环节习题1、现场调试现手头只有两个按钮、并且每一个按钮只有一个常开触点，设想可以增加别的电气元件，设计一台电动机的启动停止的控制电路。
2、思考题：某工厂控制室有一组照明灯，需要两地可以控制等亮与灭，试绘制其电路原理图。
第三章可编程控制器基础习题1、PLC的定义是什么？2、PLC有哪些主要特点？3、PLC有哪些主要功能？4、简述PLC用户程序的工作过程，有何特点？第四章S7-200PLC的系统配置习题1、特殊存储器标志位SM0.0、SM0.3、SM0.4、SM0.5的代表什么？2、S7-200 CPU221和CPU222的本机I/O是如何分配的？3、S7-200 CPU224和CPU226的本机I/O是如何分配的？4、S7-200 CPU224XP的本机I/O是如何分配的？5、S7-200的模拟量输入模块EM231的地址是如何分配的？6、S7-200的模拟量输出模块EM232的地址是如何分配的？7、S7-200 CPU224+16DI/16DO+4AI的地址是如何分配的？第五章S7-200可PLC的指令系统习题习题（可选做1～2题）1、设计一个开机自检灯闪亮的S7-200 PLC程序，开机后隔一秒，一个灯闪亮一秒停一秒；下一个灯灯闪亮一秒停一秒；共8个灯依次这样闪亮，用以检查灯的好坏。
要求写出I/O分配表，编制梯形图原理程序并写出助记符程序。
2、试写出西门子公司S7-200系列PLC的CPU224XP采集模拟输入值的控制程序（说明：CPU224XP和CPU224 DI/DO一样，只是多了模拟量的2AI/1AO）。
第七章 S7-300和S7-400PLC系统配置与编程
第7章S7-300和S7-400 PLC系统配置与编程本章的内容是向大家介绍西门子公司的SIMATIC S7-300和S7-400两个系列的PLC。
S7-300/400 PLC在结构上属于模块式结构，简单的说，一台完整的S7-300或者S7-400 PLC，是由基板（RACK）+ 各种模块组成的。
各种模块的选择，基于控制系统功能的需要，所有的模块安装在基板上，最终构成一台完整的PLC。
S7-300与S7-400的设计与编程通过STEP 7软件包来完成。
本章的主要内容：●S7-300与S7-400的系统配置●S7-300与S7-400的指令系统●S7-300与S7-400应用系统的编程本章重点是熟悉S7-300/400 系统的结构，了解S7-300与S7-400 PLC的各种模块的功能和特点；掌握STEP 7编程软件的基本知识和使用方法，从而具备设计开发S7-300或S7-400 PLC系统的能力。
7.1 S7-300 PLC和S7-400 PLC的系统配置7.1.1 S7-300 PLC的基本组成S7-300是模块式的PLC，它的组成部件主要有以下几个部分：1. 中央处理单元（CPU）各种CPU单元有不同的性能，有的集成有数字量和模拟量输入/输出点，而有的集成有PROFIBUS-DP等通信接口。
CPU面板上有状态故障显示灯、模式开关、24 V电源输入端子、电池盒与存储器模块盒（有的CPU没有）。
2. 负载电源模块（PS）负载电源模块用于将AC 220 V电源转换为DC 24 V电源，提供给CPU和I/O模块使用。
额定输出电流有2 A、5 A和10 A三种。
3. 信号模块（SM）数字量输入/输出模块和模拟量输入/输出模块的总称，它们使不同的过程信号电压或电流与PLC内部的信号电平匹配。
4. 功能模块（FM）用于对实时性和存储容量高的控制任务，例如高速计数器模块、快速/慢速进给驱动位置控制模块、步进电动机定位模块、伺服电动机定位模块、闭环控制模块、工业标识系统的接口模块、称重模块、位置输入模块等。
S7-400 PLC在高炉热风炉控制系统的应用
体化全Ｐ Ｃ配置， Ｌ 控 制站、 Ｌ 由Ｐ Ｃ 上位计算机操作站
及 工 业 组 态 网 组 成 ， 用 开 放 式 结 构 预 留 区域 管理 机 采 接 口。 点讨论热 风炉系统控 制过程 。 重
ｌ 热风炉控制系统配置
（．ｉ ｂ ｏ ｔ ｈ ｉ Ｎｎ ｂ １８０ ｈ ａ２ｑ ｇｏＳ ｅ Ｎｎｂ １８０ ｈｎ ） １ ｎ ｏ ｌｅ ｎ ， ｉ ｏ ５０ ， ｉ ； ３ｉ ｂ ｅｌ ｉ ｏ ５０， ｉ Ｎ ｇ Ｐ ｙｃ ｃ ｇ ３ Ｃ ｎ ｎ ｔ ， ｇ ３ Ｃ ａ
Ａ ｓｒ ｃ ： ｅ ７４ ０Ｐ Ｃ ｎ ｔ ｒ ｏ ｆ ｕ ａ ｏ ｎ ｃ ｍｂ ｓ ｏ ｏ ｔ ｌ ｆ ｏ ｂａ ｔｕ ｎ ｃ ｏ ｔ ｌｎＮｉ ｇ ｏＳｅ ｌ ＃Ｂｌｓ Ｆ ｒ ａ ｅａｅ ｂ ｔ ｔＴｈ ￥ －０ Ｌ ａ ｅ ｗｏｋｃ ｎ ｇ ｒ ｔ ｎａ ｄ ｏ ｕ ｔ ｎｃ ｎａ ｏ ｈ ｔ ｌ ｆｒ ａ ｅＣ ｎｒ ｉ ｎ ｂ ｔ ｉ ｉ ｉ ＇ ｏ ｓ ｏ ｅ１ ａｔ ｕｎ ｃ ｒ
系 统 解 决 方 案
Ｓ —０ Ｌ ７４ ０Ｐ Ｃ在高炉热风炉控制 系统的应用
丁 洪 起 于 淑 华 ，
（ ． 波 职 业 技 术 学 院 ， 江 宁波 ３ ５ ０ ； ． 波 钢 铁 公 司 ， 江 宁 波 ３ ５ ０ ） １宁 浙 １ ８ ０ ２宁 浙 １ ８ ０
摘
要： 阐述 宁 钢 ｌ 高 炉控 制 系统 热 风 炉 部 分Ｓ — ０ Ｌ ＃ ７４ ０Ｐ Ｃ网 络 组 态 和 燃 烧控 制 过 程 ， 分析 冗 余 系统 的应 用 特 点 ， 探
Ｋ ｙｗｏ ｄ ： ｏ ｌ ； ｏ ｔ ｌ ｙ ｔｍ； ｕ ｚ ｏ ｔ ｌ ｅ ｒ ｓ ｈ ｔ ห้องสมุดไป่ตู้ｔ ｃ ｎｒ ｓｅ ｆ ｚ ｙｃ ｎｒ ｂ ｏｓ ｏ
S7-300PLC编程技术及基本指令
S5T#是16位S5时间常数，格式为S5T#
aD_bH_cM_dS_eMS。其中a，b，c，d，e分别是日、
小时、分、秒和毫秒的数值。输入时可以省掉下划线，
例如S5T#4S30MS＝4s30ms，S5T#2H15M30S=2小 时15分30秒。 • C#为计数器常数(BCD码)，例如C#250。
状态字Biblioteka 7 边沿检测指令当信号状态变化时就产生跳变沿：从0变到1时，产生一个上升 跳变沿检测的方法是：在每个扫描周期（OB1循环扫描一周），把 当前信号状态和它在前一个扫描周期的状态相比较，若不同，则表 明有一个跳变沿。因此，前一个周期里的信号状态必须被存储，以 便能和新的信号状态相比较。 S7-300/400PLC有两种边沿检测指令：一种是对逻辑串操作 结果RLO的跳变沿检测的指令；另一种是对单个触点跳变沿检测的 指令。
包含在指令中，或者指令的操作数是惟一的。例如: SET AW W#16#117 // 将RLO置1 辑运算
//将常数W#16#117与累加器1进行“与”逻
L 43
//将整数43装入累加器1中
2 存储器直接寻址
存储器直接寻址的特点是直接给出操作数的存储
单元地址。例如
O I0.2
//对输入位I0.2进行“或”逻辑运
• 状态字用于表示CPU执行指令时所具有的状态。某些指令 可否执行或以何种方式执行可能取决于状态字中的某些位，指 令执行时也可能改变状态字中的某些位，可以用位逻辑指令或
字逻辑指令访问并检测状态字。状态字的结构如图所示。
•逻辑操作结果(RLO) 状态字的第1位称为逻辑操作结果(Result of Logic Operation， RLO)。该位存储逻辑操作指令或比较指令的结果。在逻辑串 中，RLO位的状态表示有关信号流的信息，RLO的状态为1，
基于S7—400PLC及WinCC的高速数据采集系统的设计
２１ 在 ＷｉＣ 中连 续 数 据 的读 取 ． ｎＣ 在 Ｗｉ ｎ ＣＣ 中 可 以建 立 原 始 数 据 类 型 的变 量 。 谓 的 原始 数 所 据 类 型 ， 是 在 ＷｉＣ 中 定 义 变 量 的 时 候 ， 需 要 指定 数 据 在 就 ｎＣ 只
速 反 应 系 统 ， 整 个 反 应 过 程 小 于 ５ ， 分 析 了解 其 在 整 个 反 其 ｓ要
环 。 个逻 辑 实 现 的 基础 就是 ， 据 的集 中通 讯 比分 散 通 讯 的 效 整 数 率 高得 多 ， 远 远 低 于 数 据 堆 满 一 个 缓 冲 区 的 时 间 内 ， 在 已满 数 据 能够 有充 分 的 时 间转 移 到计 算 机 中 。 据缓 冲 区 大小 的不 同 ， 根 在 缓 冲 区 比较 小 的情 况 下 ， 了保 证 数 据半 满 之 后 ， 够 尽 快 将 数 为 能 据读 出 ， 以满 足 下 一 个 周 期 的使 用 ， 满 信 号 往 往 需 要 较 高 的 优 半 先 级 ， 计 算 机 内 以 中断 的 方 式 ， 知 后 续 的处 理 过 程 。但 如果 在 通
—
对 以上 情 况 的 数 据 处 理 ，通 常 的解 决 方 案 是 使 用 带 高 速 处
理 功 能 的 数 据 采 集 板 卡 ， 据 卡插 在 计 算 机 插 槽 中 ， 过 板 卡 提 数 通
Ｐ Ｃ 中 的开 始 地 址 和长 度 ， 具 体 数 据 的 排 列 方 式 定 义 ， 以 由 Ｌ 而 可 用 户 自行 定 义 。 而 同 时 在 ＷｉＣ 的 趋 势 变 量 记 录 中 支 持 ｎ Ｃ
ＡＲ Ｓ Ｎ 功 能 块 的原 始 数 据 类 型 ，它 分 别 设 计 了 趋 势 变 量 记 Ｅ Ｄ
S7-400H PLC在磁浮运行控制仿真系统中的应用
（ ） 列 车 运 行 集 中 调 度 和 指 挥 。 中 央 控 制 系 统 １ 负 责 磁 悬 浮 铁 路 上 列 车 运 行 的 实 时 信 息 、 安 全 信 息 的 实 时 处 理 ， 建 立 安 全 信 息 实 时 监 测 、 传 输 、 处 理
象 的程 序 设 计 思想 。 软 件 设 计 根 据 功 能 要 求 实 现 模 块 化 ， 具 有 列 车 时 刻 表设 定 和更 改 、实 时运 行地 理 图模拟 、实 时运 行 曲 线 图显 示 、铁 路各 路 段 列车 运 行 速 度 和位 置 指 示 、 故 障 下 紧 急 刹 车 模 拟 等 功 能 。所 有 控 制 信 息 通 过 现 场 总 线 传 送 到 控 制 端 ， 所 有 测 量 信 息 由 以太 网 送 至
以在计 算 机 控制 下快 速安 全 运行 。 因此 ，列 车上 的
状 态 和 信 息 必 须 及 时 反 映 到 地 面 控 制 系 统 上 。 由 于 磁 悬 浮 列 车 的 加 速 、 减 速 、 制 动 、岔 道 控 制 都 是 由 地 面 控 制 系 统 完 成 的 ， 因 此 ， 可 高 速 、 大 容 量 地 实 现 地面 和 列 车 的信 息 实 时 传输 与 自动 交换 。 （ ３）关 键 设 备 的 实 时 状 态 自诊 断 。 列 车 、 供 电 设 备 、通讯 系统 等 关键 设 备 必 须具 备 自诊 断功 能 ， 并 能 将 信 息 及 时 传 送 到 列 车 运 行 指 挥 中心 ， 以保 证 磁悬 浮 铁路 列车 的安全 运 行 。 因 此选 择 高 性能 的 Ｐ Ｃ， 可 以保 证 系统 不 但 能 够 Ｌ
１磁 悬浮 仿 真 系统
磁 悬 浮 列 车 由 于 列 车 速 度 快 、 密 度 大 ， 因 此 对 列 车 的 安 全 运 行 提 出 了 更 高 的 要 求 。 磁 悬 浮 列 车 的
西门子S7400PLC在钢铁行业废水处理及中水软化回用中的设计及应用
与 产业经济
西门子 S7-400PLC 在钢铁行业废水处理 及中水软化回用中的设计及应用
□ 任国晖
江苏・南京 210003) (江苏核工业格林水处理有限责任公司 摘
要： 针对柳钢 A 区工业废水处理及中水软化工程的自动化系统进行研究， 对系统的功能， 硬件的配置及软件
程序的编写进行描述。 系统采用西门子 S7-400PLC+WINCC 上位机的控制系统， 很好的实现了整个废水处理及 中水软化设备的全自动控制， 系统运行稳定， 效果良好。 关键词： PLC 设计应用 废水处理 中水软化 中图分类号： X703 文献标识码： A 文章编号： 1007-3973 2013） （ 001-074-02 化处理后给特定用户使用，反应池及沉淀池底部泥浆定期通 过排水沟排入泥浆池，泥浆池污水通过泥浆泵提升至浓缩池 进一步浓缩处理后至离心机脱水， 脱水后的泥饼装车运出， 由 厂方考虑综合利用。 2 控制系统总体设计 2.1 控制系统概述 根据工艺条件，本系统的控制信号主要是开关量和模拟 量， 涉及到的控制对象除了开关阀以外， 主要是泵设备的控制 与仪表的监控。也就是说系统是一个以开关量、 4-20mA 模拟 量控制为主的系统；所以本控制系统采用可编程逻辑控制器 (PLC)与上位工控机结合， 同时完成电气和仪表部分的自动控 制与监控。 2.2 控制系统配置
西门子 S7-400 是用于中、 高档性能范围的可编程序控制 器， 模块化及无风扇的设计、 坚固耐用、 容易扩展和广泛的通 讯能力、 容易实现分布式结构以及用户友好的操作使得 S7-400 在冶金、 化工、 医药、 废水等各行业得到广泛应用。本文以柳 钢 A 区工业废水处理及中水软化回用工程项目分析西门子 S7-400PLC 的设计及应用。 1 工艺概述 厂区废水汇入截流池由截流泵提升至污水处理站调节池。 经调节后的污水由调节池提升泵提升至旋流反应沉淀池。在 旋流反应池内， 污水与混凝剂充分反应， 生成大颗粒絮花， 污 水再进入斜管沉淀池沉淀。上清液通过集水槽自流至虹吸滤 池， 滤后水自流入回用水池， 加氯消毒后， 经回用水泵加压送 厂区管网， 供厂区各用水户使用。一部分回用水经过除铁、 软
SIMATIC S7-300、400 PLC的设计应用实例
SIMATIC S1-300/400 PLC的设计应用实例3个实际控制系统为例，说明Profibus控制系统的组成和基本应用。
包括硬件结构，组态编程软件STEP7、监控软件WinCC的使用；基于PC的PLC控制系统软件WinAC的使用；基于Profibus的现场总线控制系统组成。
第一节 Profibus现场总线控制网络一．实验室控制网络组成如图1-1所示，实验室控制网络以工业以太网为界分为两层，即监控层和控制层。
监控层主要包括工程师站（工业PC）、监控站和服务器等二类主站；控制层包括一类主站（3台S7400，2台S7300）、各个从站（分布式I/O ET200、变频器等）和现场设备等，他们之间构成了现场总线控制系统。
通过以太网，S7300、S7400等一类主站与监控站、工程师站及服务器等二类主站连接。
图7-1 现场总线控制网络组成二．系统硬件组成1．一类主站选用德国西门子公司生产的SIMATIC S1-300/400可编程控制器。
SIMATIC S1-300/400可编程控制器采用模块化设计，在一块机架底板上可安装电源、CPU、各种信号模板、通信处理器等模块，其中CPU上有一个标准化MPI接口，它既是编程接口，又是数据通信接口，使用S7协议，通过此接口，PLC之间或者与上位机之间都可以进行通信，从而组成多点MPI接口网络。
S1-300/400可编程控制器通过I／O模块采集相关数据和发出控制信号，I／O模块与S1-300/400可编程控制器之间通过PROFIBUS现场总线通信。
2．二类主站PC计算机或工控机都可以作为二类主站。
二类主站主要用于控制系统程序的编写和系统运行过程中的实时监控，如工程师站和监控站等。
通常工程师站装有SIMATIC STEP7 组态编程软件和SIMATIC WINCC 监控组态软件。
3．从站系统从站包括分布式I/O ET200，变频器和通过DP/PA LINK连接的智能从站等。
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S7-400 PLC的工程设计及应用
[摘要]该文是火车采样的电气控制工程实例。
在文章中作者首先对S7-400 PLC以及火车采样控制系统作概述性介绍，列出PLC的选型及硬件组成，绘制了火车采样的工艺流程图。
最后作者介绍了该工程实例的电气控制系统的硬件组态及PLC程序设计等，将应用SL-400PLC的工程实例的电气设计构思及实践完整地展现给读者。
【关键词】火车采样；S7-400PLC工艺流程；程序设计
前言：S7-400PLC是西门子公司的一款大型PLC，通常应用于中大型控制系统中，比如输煤程控系统等。
近年来，随着PLC的广泛应用，S7-400PLC也越来越多地应用于单机设备中，例如发电厂入厂煤汽车采样系统、火车采样系统等。
本文结合应用实例，介绍了S7-400PLC电气控制系统、PLC程序编制等。
1、S7-400PLC概述
SIMATIC S7-400PLC 是用于中、高档性能范围的可编程序控制器。
其自动化系统采用模块化设计，具有模块的扩展和配置功能，能够按照每个不同的需求灵活组合。
各种信号模板（SM）：用于数字量输入输出（DI/DO）以及模拟量的输入输出（AI/AO）。
通讯模板（CP）：用于总线连接和点到点的连接。
模板能带电插、拔。
2、应用工程概述
本应用工程是火车采样系统。
可半自动和全自动采样。
其主要功能是从火车车厢内钻取煤样，并对钻取的煤样进行破碎、缩分，形成子样保存于收集器罐内，作为化验所需的样品。
3、S7-400 PLC的选型
根据采样系统的设备组成，结合工艺要求，对PLC的选型见下表所示：
4、应用工程的工艺流程
控制系统设计之前，首先需要绘制控制系统的工艺流程图。
这样既便于电气控制系统的设计，也方便PLC程序的编制。
本应用工程的工艺流程如下图所示：
工艺流程图
5、应用工程的程序设计
5.1、PLC程序的硬件配置：打开STEP7软件对PLC进行硬件配置，其中I 地址0代表一个字节：为I0.0、I0.1、I0.2、I0.3、I0.4、I0.5、I0.6、I0.7 ，其它地址以此类推。
5.2、PLC的程序编制
符号编辑器：点击S7程序（1），在右侧对话框中点击“符号”打开符号编辑器。
结合电气图纸，先对I/O地址进行符号定义。
对其它点或字（例如内部点M、内部字MW、定时器T、计数器C等），则在编制程序时，随时添加并定义。
程序块FC块：根据设备特点，结合工艺流程，本应用工程一共需要7个FC块，并在OB1块（创建程序时的默认系统块）内对其进行逐一调用。
数据块DB块：为了和上位机进行数据交换，创建数据块，DB1为写入数据块，DB2为数据读取块。
FC块程序编制：结合工艺流程，分别对FC块进行编制。
数据传送：在FC块内，将上位机需要读取的信息传送到DB2数据块对应的字内。
比如将输入点IW0传送到DB2数据块对应的DB0字内：采用MOV指令块，即MOV IW0 DB2.DBW0，以此类推。
IW0对应的位是I0.0-I1.7的16位字。
数据读取：直接在需要的指令内，引用DB1内对应的字。
数据转换：根据需要对数据类型进行转换。
6、应用工程的程序调试及设备运行
程序调试之前，首先需要把控制柜按照电气原理图布好线，并且经过详细的检查，确认无误后，控制柜通电测试。
检查各类电源的工作电压，连接电脑，下载应用工程的PLC程序，观察PLC的状态，进入出厂前程序测调试阶段。
该阶段主要包括：测试PLC程序的执行情况、测试上位机监控软件的通讯情况、数据读取和写入情况等。
另外现场设备安装调试过程时间长，情况复杂，在此从略。
应用工程的设备运行包括：设备的空载调试运行、设备的带载调试运行、设备的试运行以及设备正常运行四个阶段。
另外就是培训：包括维护人员的培训、使用人员的培训等，一般需要几天的时间。
最后，客户对设备验收、检测完成后，设备交付使用。
结束语：本文是一个应用工程实例，结合应用工程的设计，详细的介绍了S7-400 PLC选型、工艺流程图的绘制、程序的设计以及应用工程的设备安装调试等内容，是PLC爱好者及工程设计人员很好的参考资料。
参考文献
[1]Siemens Simatic S7-400 产品目录06/2007 西门子（中国）有限公司
[2]Siemens Simatic 使用Step 7 V5.3 编程手册西门子（中国）有限公司
[3]Siemens Simatic 自动化系统S7-300 入门指南西门子（中国）有限公司
[4]胡学林.可编程控制器教程（基础篇）.电子工业出版社
[5]胡学林.可编程控制器教程（实训篇）电子工业出版社
[6]胡学林.可编程控制器教程（提高篇）电子工业出版社
池长恒，男，汉族，1970年1月生，学士，现任赛摩电气股份有限公司自动化所采样室主任，电气工程师，主要研究方向机械化采样装置的自动化控制及设计。
刘增敢，男，汉族，1976年8月生，本科，现任赛摩电气股份有限公司自动化所设计员，助理电气工程师，主要研究方向机械化采样装置的自动化控制及设计。