自动化学院实验指导书系列 可编程控制器及应用 实验指导书 董冀媛 编 北京科技大学自动化学院 控制科学与工程系 二○一一年九月 前 言 本书是配合自动化专业本科生专业选修课《可编程控制器及应用》的课堂教学而设置的，目的是通过实验环节能够使学生掌握可编程控制器的基本原理和使用方法。本书共设置了六个实验，前两个实验的内容是电动机的启动与停止、正反转等基本的控制环节，目的是通过实验熟悉Step7软件和S7-300的基本编程指令以及电动机的基本控制环节。实验三到五是综合指令实验，目的是通过实验让学生掌握基于可编程控制器的控制系统的一般设计原则和步骤，为今后实际工作打下基础。 在本书的编写过程中，得到了孙昌国老师和王尚君老师的热忱帮助和指导，在此表示感谢。 由于作者水平有限，书中难免存在不足之处，敬请读者批评指正。 编者 2015年9月29日 注：2017年10月添加实验六，模拟量输入模板的接线和模拟量数据采集一般的编程方法。 第 2 页 目 录 前 言 ................................................................................................................ 2 实验一 电动机的启动和停止控制 .................................................................... 5 一、 实验目的 ................................................................................ 5 二、 实验内容 ................................................................................ 5 三、 实验所用仪表及设备 ............................................................ 7 四、 实验步骤 ................................................................................ 7 五、 思考题 .................................................................................. 11 六、 实验报告要求 ...................................................................... 11 实验二 电动机的正反转控制 .......................................................................... 12 一、 实验目的 .............................................................................. 12 二、 实验内容 .............................................................................. 12 三、 实验所用仪表及设备 .......................................................... 13 四、 实验步骤 .............................................................................. 13 五、 思考题 .................................................................................. 15 六、 实验报告要求 ...................................................................... 15 实验三 八层电梯的控制系统的设计 .............................................................. 16 一、 实验目的 .............................................................................. 16 二、 实验内容 .............................................................................. 16 三、 实验所用仪表及设备 .......................................................... 17 四、 实验步骤 .............................................................................. 18 五、 思考题 .................................................................................. 20 六、 实验报告要求 ...................................................................... 20 实验四 物品分选系统设计 .............................................................................. 22 一、 实验目的 .............................................................................. 22 二、 实验内容 .............................................................................. 22 三、 实验所用仪表及设备 .......................................................... 23 四、 实验步骤 .............................................................................. 23 五、 思考题 .................................................................................. 26 六、 实验报告要求 ...................................................................... 26 实验五 十字路口交通灯控制 .......................................................................... 27 一、 实验目的 .............................................................................. 27 二、 实验内容 .............................................................................. 27 三、 实验所用仪表及设备 .......................................................... 28 四、 实验步骤 .............................................................................. 28 五、 思考题 .................................................................................. 33 六、 实验报告要求 ...................................................................... 33 第 3 页 实验六 模拟量输入模板接线 .......................................................................... 34 一、 实验目的 .............................................................................. 34 二、 实验内容 .............................................................................. 34 三、 实验所用仪表及设备 .......................................................... 34 四、 实验步骤 .............................................................................. 34 五、 思考题 .................................................................................. 49 六、 实验报告要求 ...................................................................... 49 附录一：实验报告格式 ...................................................................................... 50 第 4 页 实验一 电动机的启动和停止控制 一、 实验目的 1．熟悉西门子S7-300可编程控制器，掌握STEP7编程软件的使用方法。 2．掌握基本顺序指令的功能。 3．掌握电动机的启动与停止的基本控制环节。 二、 实验内容 电动机的启动和停止是最常见的控制，通常需要设置启动按钮（常开触点）、停止按钮（常闭触点）及接触器等电器进行控制。本实验PLC的外部接线如图1.1所示。假定I/O地址分配见表1-1。 SB2 I0.0 1L ~ KM I0.1 SB1 Q0.0 COM 图1.1 PLC外部接线图 第 5 页 表1-1 信号类型 信号 停止按钮SB1(常闭) 输入信号 启动按钮SB2(常开) 输出信号 正转接触器KM1 I0.1 Q0.0 地址 I0.0 1．停止优先控制程序 为确保安全，通常电动机的起、停控制总是选用图1.1所示的 停止优先控制程序。对于该程序，若同时按下启动、停止按钮，则停止优先。 “启动” “停止” “KM1” “KM1” (ED) 图1.2停止优先控制梯形图 2．启动优先控制程序 对于有些控制场合（例如消防水泵的启动），需要选用图1.2所示的启动优先的控制程序。对于该程序，若同时按下启动和停止按钮，则启动优先。 第 6 页 “启动” “停止” “KM1” “KM1” (ED) 图1.3启动优先控制梯形图程序 三、 实验所用仪表及设备 1. 微机一台（装有Step7编程软件）。 2. s7-300可编程控制器一台。 3. 一个常开按钮和一个常闭按钮。 4. 连接线（微机与可编程控制器的通信线）和S7-300的电源线。 5. 交流电机1台。 6. 接触器及电线。 四、 实验步骤 1.按照图1.1所示电路完成PLC与外部按钮和电动机的硬件连接工作。 2.连接计算机与可编程控制器S7-300，启动计算机，接通PLC装置的电源。 3.按照图1.2及图1.3所示的梯形图程序输入计算机。 1)启动SIMATIC管理器， 在桌面上有一个“SIMATIC® Manager”图标，在启动菜单下有一 个 “SIMATIC® Manager”程序项 。可以像启动任何Windows 应用程序一样双击图标 或通过菜单START -> SIMATIC® -> 。 第 7 页 2)建立一个名为myproject的项目。点击文件菜单新建命令。如图1.4所示，出现图1.5所示新建项目的对话框，在name栏键入项目名称Myproject，设置项目保存的路径。 图1.4 新建项目示意图 图1.5 新建项目对话框 第 8 页 3)硬件组态并下装到PLC。通过选择菜单Insert -> Station -> SIMATIC 300 Station 或 SIMATIC 400 Station 可以在当前项目下插入一个新站，如图1.6所示。 自动为该站分配一个名称SIMATIC 300 (1) ，以后可以修改。选择菜单Edit --> Open Object 或双击硬件对象图标 来启动硬件工具，如图1.7所示。 图1.7 启动硬件工具 第 9 页 图1.6 插入站示意图 4) 产生设定组态。在硬件目录中打开一个 SIMATIC 300 站，在“RACK-300”目录中包含一个DIN导轨的图标。双击（或拖拉）该图标可以在“硬件组态”窗口中插入一个导轨。在分成两部分的窗口中出现两个机架表：上面的部分显示一个简表，下面的部分显示带有定货号、MPI地址和 I/O 地址的详细信息。如图1.8所示。依次装入电源、CPU及信号模块。双击或拖拉目录中的“PS-300”模块，放到表中的一号槽位上。从“CPU-300”的目录中选择CPU，把它插入二号槽位。三号槽位为接口模块保留 (用于多层组态)。从四号槽位开始、从目录利用拖拉或双击、可以插入最多八个信号模块 (SM)、通讯处理器 (CP) 或功能模块 (FM)。可以插入所选模块的槽位自动变绿。（注：具体模块型号按照实际的PLC来配置。） 图1.8 硬件组态 5)选择菜单 Station->Save and Compile 或点击工具条中的 图标 时，就把组态和参数分配保存到系统数据块中。选择菜单 PLC -> Download 或点击工具条中的 图标，就可以把选择的第 10 页 组态下载到PLC。（PLC必须在“STOP”模式！） 6)如图1.9所示插入新块FC1。双击SIMATIC 管理器中的FC1块，打开程序编辑器，按照图1.2所示的停止优先控制梯形图程序输入计算机。 图1.9 插入块示意图 7) 选择菜单 PLC -> Download把程序下装到PLC，分别按下启动按钮和停止按钮看运行结果。 8)再输入图1.3所示启动优先程序并下装到PLC查看运行结果。 五、 思考题 1.如果停止按钮和启动按钮都是常开按钮，则程序需要做那些改动？ 六、 实验报告要求 1.写出I/O分配表并画出系统接线图。 2.写出硬件组态和实验程序，并给出必要的说明。 3.写出实验条件及结果。 第 11 页 实验二 电动机的正反转控制 一、 实验目的 1. 熟悉西门子S7-300可编程控制器，掌握STEP7编程软件的使用方法。 2. 掌握基本顺序指令的功能。 3. 掌握电动机的正反转控制环节。 二、 实验内容 电动机的正反转控制也是最常见的控制形式，输入信号设有正向启动按钮（常开触点）、反向启动按钮、停止按钮（常闭触点）。输出信号设有正反转接触器KM1,KM2。本实验PLC的外部接线如图2.1所示。假定I/O地址分配见表2-1。 SB2 I0.0 SB3 I0.2 Q0.0 I0.1 SB1 Q0.1 COM KM2 图2.1 PLC外部接线图 表1-1 第 12 页 1L ~ KM1 信号类型 信号 停止按钮SB1(常闭) 输入信号 正向启动按钮SB2(常开) 反向启动按钮SB3(常开) 正转接触器KM1 输出信号 正转接触器KM2 电动机正反转的切换是通过接触器的切换完成的。必须注意在切换时由于电源相序改变所引起的短路事故。因此断开正转接触器后，必须延时一段时间才能使反转接触器闭合。反之亦然。图2.2是电动机正反转控制梯形图程序。 Q0.1 地址 I0.0 I0.1 I0.2 Q0.0 三、 实验所用仪表及设备 1. 微机一台（装有Step7编程软件）。 2. s7-300可编程控制器一台。 3. 两个常开按钮和一个常闭按钮。 4. 连接线（微机与可编程控制器的通信线）和S7-300的电源线。 5. 交流电机1台。 6. 两个接触器及一些电线。 四、 实验步骤 1.按照图2.1所示电路完成PLC与外部按钮和电动机的硬件连接第 13 页 工作。 2.连接计算机与可编程控制器S7-300，启动计算机，接通PLC装置的电源。 “SB1” “SB2” “SB3” M0.1 M0.0 M0.0 “SB3” “SB2” M0.0 M0.1 M0.1 T1 SD M0.0 T1 S5T#10S “KM1” M0.1 T2 SD T2 S5T#10S “KM2” 图2.2 电动机正、反转控制梯形图程序 第 14 页 3.按照图2.2所示的梯形图程序输入计算机。 1)启动SIMATIC管理器， 在桌面上有一个“SIMATIC® Manager”图标，在启动菜单下有一 个 “SIMATIC® Manager”程序项 。可以像启动任何Windows 应用程序一样双击图标 或通过菜单START -> SIMATIC® -> 。 2)打开名为myproject的项目。 3)打开程序编辑器，按照图2.2所示的停止优先控制梯形图程序输入计算机。 4)把程序下装到PLC，分别查看正反转运行结果。 五、 思考题 1.程序中为什么要用到定时器？作用是什么？ 2.正向启动按钮与反向启动按钮为什么要互锁？ 六、 实验报告要求 1.写出I/O分配表并画出系统接线图。 2.写出硬件组态和实验程序，并给出必要的说明。 3.写出实验条件及结果。 第 15 页 实验三 八层电梯的控制系统的设计 一、 实验目的 1. 熟练掌握step7的使用和S7-300的使用方法。 2. 熟练掌握电动机启停、正反转等基本控制环节梯形图编程及程 序的调试方法。 3. 通过实验掌握电梯控制的PLC编程及调试。 4. 通过实验掌握PLC控制系统设计的一般原则和步骤。 二、 实验内容 本实验是利用PLC来控制一部八层的电梯。实验控制要求为： 1.电梯楼层信号分为电梯轿厢外每一楼层的召唤信号和轿厢内楼层的选定信号。轿厢外每一楼层的召唤信号有上行和下行两种信号（注：一层只有上行召唤信号，八层只有下行召唤信号）。 2.电梯运行分为上行和下行两个方向。 3.电梯运行时，前方楼层有内楼层选定信号或轿厢外同方向召唤信号时，电梯到达该层将要开门响应请求信号；若是已经过的楼层有内选定信号或外召唤信号时，意味着电梯要改变运行方向，这时只登记请求，电梯继续按原方向运行，直到原运行方向所有请求均响应完成，开始反方向运行。具体可分为以下几点： 1)上行时，前方楼层有内层选定信号或梯外同方向召唤信号时，电梯到达该层将要开门响应请求信号。 2)上行时，前方各楼层若只有轿厢外下行方向的召唤信号而均无上行信号或内层选定信号时，电梯将登记请求信号，继续上行至有外反方向召唤信号的前方楼层的最高层，到达该层开门响应请求信号，并反方向运行。 第 16 页 3)下行时，前方楼层有内层选定信号或梯外同方向召唤信号时，电梯到达该层将要开门响应请求信号。 4)下行时，前方各楼层若只有轿厢外上行方向的召唤信号而均无下行信号或内层选定信号时，电梯将登记请求信号，继续下行至有上行方向召唤信号的前方楼层的最低层，到达该层开门响应请求信号，并反方向运行。 4.电梯响应某一个请求信号时，首先开门。如果有人按下关门按钮，轿厢将关门。如果没有人按下关门按钮，电梯轿厢门将延时10秒后自动关门，在关门过程中，如果有人按下开门按钮，则停止关门，开门响应请求。 5.电梯轿厢开始启动运行时，逐渐加速，达到最高运行速度后正常运行；当轿厢需要到下一层停下时，轿厢进入该层减速区后，先从最高速度减速，减到最低速度后，直到平层停止。 6.PLC将开关门及上行和下行等信号传送给变频器，由变频器控制两台交流电动机，分别实现电梯轿厢门的开关和井道中电梯的上下运动。 7.显示功能要求：轿厢外每一楼层及轿厢内应有运行方向的指示灯以及电梯所在楼层数码显示；轿厢内楼层选定按钮被按下时当点亮，当有该楼层的外召唤信号时，也应该亮，当到达该楼层之后，完成开门响应，关门继续运行时，按钮的指示灯灭；轿厢外每一楼层的上行或下行按钮被按下时，按钮灯应亮，当电梯开门响应请求后，指示灯灭。 三、 实验所用仪表及设备 1. 微机一台（装有Step7编程软件） 2. s7-300可编程控制器一台 第 17 页 3. 连接线（微机与可编程控制器的通信线）和S7-300的电源线。 4. 变频器一台 5. 交流电机2台 四、 实验步骤 1.明确控制对象，分析电梯的控制信号。 根据控制要求，PLC的输入信号和输出的信号有： 1)数字量输入信号 (1) 每一楼层的外召唤信号，分上下两个方向，一层只有上行，八层只有下行，共14个。 (2) 轿厢内每一楼层的选定信号，共8个。 (3) 轿厢内的开门和关门信号。 (4) 井道内每一楼层的平层信号，共8个限位开关。 (5) 井道内每一楼层的进入减速区的信号，共7个限位开关。 (6) 轿厢门开到位信号和关到位信号。 2)数字量输出信号 (1)轿厢内外电梯运行方向显示和楼层显示，需要与数码显示管相联。具体自行设计输出的数目。（例如：指示方向需要6个，楼层显示需要7个。如图1所示） (2)轿厢外上行或下行按钮指示灯，共14个。 图1 数码显示示例 第 18 页 (3)电梯内楼层选定按钮指示灯及开关按钮指示灯共10个。 (4)电动机启动和停止信号，正转与反转信号共8个（2台电机）。 3)模拟量输出信号 (1)输出给变频器的速度设定信号。 2.S7-300硬件配置 1)机型的选择 (1) 选择导轨（UR） (2) 选择电源模块（PS 307） (3) 选择CPU（CPU 314） (4) 选择数字输入模块（DI32xDC24V） (5) 选择数字输出模块（DO32xDC24V） (6) 选择模拟输出模块（SM331） 2)I/O分配 对每一个输入和输出信号分配地址，列出输入输出信号分配表并画出系统接线图。 注：选择合适的机型是系统硬件配置的关键问题，在满足控制要求的前提下，应选择最佳的性价比，一般从I/O点数、用户存储器容量、CPU性能和结构等方面，还要为扩展系统留有余地。 PLC有多种I/O模块供用户选择。选择数字输入模块主要考虑工作电压等级、模块密度、门槛电平、输入端漏电流等方面。选择数字输出模块主要看输出方式（晶闸管、晶体管、继电器）、输出电流等方面。选择模拟量输入模块时主要考虑输入范围、分辨率、精度、转换时间等。模拟量输出模块则考虑输出类型（电压、电流）、输出范围、输出功率等。 3.软件设计 第 19 页 按照控制要求，进行软件模块的划分，采用结构化编程，画出顺序功能图，根据顺序功能图设计自己的电梯控制程序。下面给出一个示例，仅供参考，见图2和图3。 4.根据设计过程写出详细的设计报告 五、 思考题 1.如果将所设计的电梯控制系统实际应用到某一大楼，你认为还需要进行哪些方面的考虑？ 六、 实验报告要求 1.写出I/O分配表并画出系统接线图。 2.画出电梯控制系统顺序功能图。 3.写出调试好的实验程序，并给出必要的说明。 4.写出实验中的问题及分析。 1 停靠 2 开门按钮 呼梯 3 开关门 4 20s 9 存在呼梯请运行 呼梯 登记呼梯请求 10 响应呼梯请0 初始状态 7 8 本层非逆 向外呼梯 5 开关门 6 其他呼登记呼梯请求 图2 电梯控制顺序功能第 20 页 存在呼梯信号 10．1 匀速出加速区 10．2 匀速 10．3 入减速区且停靠该楼层 减速 平层 10．4 停靠开门 开关门间隔时间到或关门按钮 10．5 关门 10．7 入减速区但不停靠 匀速 10．6 开门按钮或特殊情况 开门 已安全关门 图3 电梯控制顺序功能图中第10步的子图 第 21 页 实验四 物品分选系统设计 一、 实验目的 1．掌握位逻辑指令、定时器指令、计数器指令的使用方法。 2．掌握移位指令等数字指令，能够根据要求综合运用。 3．掌握系统设计的一般步骤。 二、 实验内容 设计如图4.1所示的物品分选系统。 YV PH1PH2 MPH3LS 图4.1 物品分选系统原理图 1. 传送带的主动轮由一台交流电动机M拖动，该电动机的通断由接触器KM控制； 2. 从动轮上装有脉冲发生器LS，每传送一个物品，LS发出一个脉冲，作为物品发送的检测信号； 3. 次品检测在传送带的0号位进行，由光电检测装置PH1检测，当次品在传送带上继续往前走，到4号位置时应使电磁铁YV通电，电磁铁向前推，次品落下，当光电开关PH2检测到次品落下时，给出信号，让电磁铁YV断电，电磁铁缩回； 4. 正品到第9号位置时装入箱中，光电开关PH3为正品装箱计第 22 页 数检测用。当正品达到一定数量时箱满指示灯亮，提示工人换空箱重新计数。 5. 要求使用S7300作为控制器，完成软硬件设计，编程实现上述功能。 三、 实验所用仪表及设备 1. 微机一台（装有Step7编程软件）。 2. s7-300可编程控制器一台。 3. 常开按钮、常闭按钮、指示灯若干（如果使用PLCSIM，则可省去）。 4. 连接线（微机与可编程控制器的通信线）和S7-300的电源线。 四、 实验步骤 1. 明确控制对象，分析物品分选系统的输入输出信号。 根据控制要求，PLC的输入信号和输出的信号参见表4.1。. 表4.1 物品分选系统输入输出信号
2. S7-300硬件配置 第 23 页 1)机型的选择 (1) 选择导轨（UR） (2) 选择电源模块（PS 307） (3) 选择CPU（CPU 314） (4) 选择数字输入模块（DI32xDC24V） (5) 选择数字输出模块（DO32xDC24V） 2)I/O分配 对每一个输入和输出信号分配地址，列出输入输出信号分配表并画出系统接线图。参见如4.2。 图4.2 物品分选系统硬件连接图 3.根据设计要求编写程序。 参考程序如下，解读程序，体会数字指令的运用，录入程序。 第 24 页 4. 测试程序。 第 25 页 使用PLCSIM软件仿真运行，验证设计的正确性。要求写出测试方案，记录测试结果，对测试结果作出必要的解释。 五、 思考题 1. 次品是怎样分开的？使用哪些指令完成这一功能？ 2. 程序中的“F1”“F4”对应的地址是多少？ 六、 实验报告要求 1.写出I/O分配表并画出系统接线图。 2.写出调试好的实验程序，并给出必要的说明。 3.设计测试方案，给出测试结果及分析。 第 26 页 实验五 十字路口交通灯控制 一、 实验目的 1． 掌握有参功能块的使用。 2． 掌握交通信号灯控制方法。 3． 掌握系统设计的一般步骤。 二、 实验内容 设计如图5.1所示的交通信号灯控制系统。 西向
北向
绿 红 绿 黄 黄 红 绿 红 黄 南向 红 东向 黄 绿
图5.1 交通信号灯示意图
1. 图5.1所示为双干道交通信号灯设置示意图。信号灯的动作受开关总体控制，按一下起动按钮，信号灯系统开始工作，并周而复始地循环动作；按一下停止按钮，所有信号灯都熄灭。 2. 信号灯控制的具体要求见表5.1，试编写信号灯控制程序。 表5.1 信号灯工作时间 第 27 页 三、 实验所用仪表及设备 1. 微机一台（装有Step7编程软件）。 2. s7-300可编程控制器一台。 3. 常开按钮、常闭按钮、指示灯若干（如果使用PLCSIM，则可省去）。 4. 连接线（微机与可编程控制器的通信线）和S7-300的电源线。 四、 实验步骤 1. 明确控制对象，分析交通信号灯的输入输出信号。 数字输入信号有启动和停止两个数字量；数字输出信号有东西和南北两个方向共计六个信号灯。 2. 根据十字路口交通信号灯的控制要求，画出信号灯的控制时序图。参考如图5.2、 NS_R南北向红灯NS_G南北向绿灯NS_Y南北向黄灯EW_R东西向红灯EW_G东西向绿灯EW_Y东西向黄灯25s3s2s45s3s2s 图5.3 交通信号灯控制时序图
3. 根据控制要求，规划程序结构。参考图5.4。 第 28 页 启动 OB100 正 常 循 环 OB 1 FB1 1 背景 DB 1 FB 2 背景 DB. 图5.4 交通信号灯系统程序规划图
4. 创建OB1和FB1，确定符号表。参考表5.2和表5.3。 表5.2 OB1中的符号 表5.3红绿灯控制功能块 FB1的局部变量表 第 29 页 5. 编写红绿灯控制功能块FB1的代码。可参考图5.5。 第 30 页 图5.5 红绿灯控制功能块程序
6. 建立背景数据块DB1和DB2。 7. 编写启动组织块程序代码。参考图5.6。. 第 31 页 图5.6 启动组织块程序
8. 编写OB1主程序。参考图5.7。 第 32 页 图5.7 OB1中调用FB1程序
9. 录入程序后，使用PLCSIM软件仿真运行，验证设计的正确性。要求写出测试方案，记录测试结果，对测试结果作出必要的解释。 五、 思考题 1. 为什么如图5.2规划程序？这样做有什么好处？ 2. FB1中局部变量是怎样生成的？ 3. FB1里的静态参数是什么？ 六、 实验报告要求 1.写出I/O分配表并画出系统接线图。 2.写出调试好的实验程序，并给出必要的说明。 3..设计测试方案，给出测试结果及分析。 第 33 页 实验六 模拟量输入模板接线 一、 实验目的 1. 掌握模拟量输入模板的接线方法。 2. 掌握使用模拟量输入模板采集电压信号和电流信号的方法。 3. 掌握量程卡的设置方法。 4. 掌握在STEP7中对模拟量输入通道量程范围等的设置方法。 5. 掌握处理模拟量的编程方法。 二、 实验内容 1. 使用模拟量输入模板SM331 8×12bit(订货号：6ES7 331-7KF01-OABO)完成0-5V电压信号、0~20mA电流信号的采集和处理。 三、 实验所用仪表及设备 1. 微机一台（装有Step7编程软件）。 2. S7-300可编程控制器一台，具有模拟量输入输出模块。 3. 直流电源一台，可提供0~15V的电压和4~20mA的电流。 4. 编程电缆（微机与可编程控制器的通信线）和S7-300的电源线。 5. 导线若干、螺丝刀1把。 四、 实验步骤 1. S7300主要模块及使用方法 (1) 电源开关 第 34 页 (2) 外接的电源线 (3) CPU和电源相连 第 35 页 (4) 下载电缆，箭头所指是要接到电脑主机上的接口。 (5) 打开电源之后，可以看到会有灯在闪，此时是系统开机自检状态。 此处不同的灯亮代表不同的信息：SF（红色）：系统出错/故障指示灯。CPU硬件或软件错误时亮。 BATF（红色）：电池故障指示灯（只有CPU313和314配备）。当电池失效或未装入时，指示灯亮。 DC5V（绿色）：＋5V电源指示灯。CPU和S7-300总线的5V电源正常时亮。FRCE（黄色）：强制作业有效指示灯。至少有一个I/O被强制状态时亮。RUN（绿色）：运行状态指示灯。CPU处于“RUN”状态时亮；LED在“Startup”状态以2Hz频率闪烁；在“HOLD”状态以0.5Hz频率闪烁。STOP（黄色）：停止状态指示灯。CPU处于“STOP”或“HOLD”或“Startup”状态时亮；在存储器复位时LED以0.5Hz频率闪烁；在存储器置位时LED以2Hz频率闪烁。BUS DF。（BF）（红色）：总线出错指示灯（只适用于带有DP接口的CPU）出错时亮。SF DP：DP接口错误指示灯（只适用于带有DP接口的CPU）。当DP接口故障时亮。 第 36 页 (6) CPU模块模式选择开关 第 37 页 (7) 背板总线将CPU和AI模块相连 (8) 使用前连接器，一定要用力按一下，当一端的部分弹出才表示该部分装好，否则供电后故障灯会亮的。 (9) 模拟量输入模块的量程选项卡。模拟量输入模块每两个通道组成一组，共用一个量程卡。模拟量输入模块最多有八路通道，因此共有四个量程卡。量程选项卡是黑色方块，每一个边代表一个量程，共A/B/C/D四个量程，分别规定了信号的类型(电压/电流)和大小范围。当量程卡的某一边如B与白色箭头相对时表明此时的量程为B。 第 38 页 2. 模拟量输入模块的软件设置部分 (1) 我们新建一个工程，选择下一步。 (2) 根据实际机型选择CPU的型号。 第 39 页 (3) 选择LAD，梯形图语言。 (4) 修改工程名字。输入你自己觉得好识别的名字。 (5) 在SIMATIC 300 站点选择硬件，进行我们的硬件配置。 (6) 首先选择电源模块，电源选择PS 307 5A（这里要根据实际的第 40 页 机型选择）。 (7) 在SM中选择AI模块(例如6ES7 331-7KF01-OABO) (8) 双击AI模块，打开属性对话框，可以看到AI输入的地址范围. (9) 设置量程，这里选择+5V。如果只采集一路信号，将其他三项选择为取消激活状态。 第 41 页 (10) 此时可以看到量程选项卡对应的量程，例如图中的B。模拟量输入模块每两个通道共用一个量程卡，模拟量输入模块最多可以采集八路模拟量，因此有四个量程卡。 (11) AI模块的量程卡是图示的黑色方块，每一个边代表一个量程，有A\\B\\C\\D四个量程位置。使用螺丝刀设置量程卡为B，即将AI模块上量程卡箭头位置的B与白色的箭头相对。 第 42 页 (12) 按照S7300模块手册中对应的AI模块型号技术文档连接电路图，第10和11位用导线短接，第1位接24V直流电源的正极，最后1位是电源的负极。现在采集的模拟信号是+5V的电压信号，使用模拟量输入模块的第一个通道采集。这时第2位是输入电压的正极，第3位数输入电压的负极。 第 43 页 (13) 将电源的正负极和CPU连接。 (14) 把模拟量输入模块接到滑轨上。 (15) 用编程电缆连接电脑与S7-300。编程电缆有两种，一种是MPI转232，一种是USB-MPI。图示是电脑主板的232口。 第 44 页 (16) 把硬件配置下载到CPU，注意此时一定先给CPU供电。 (17) 下载完成，通过观察下图所示箭头处的灯来判断我们的硬件是否出错。如果灯亮，说明配置有问题。可能量程选项卡选择错误，CPU与AI模块之间没有紧密连接，也可能硬件选择出错等。 (18) 如果硬件配置连接均无误，则可以编写程序，采集数据。硬件采回来的电压值以16位二进制数字量的形式存储在PIW256开第 45 页 始的地址里，这个二进制的数值范围是-27648~+27648，需要转化到实际电压量程范围。这里是0-5V的范围，也就是+5V对应的是+27648，因此需要做一个线性变换进行量程转换，才得到我们的实际电压值。 (19) 例如实际输入的电压是2.56V。那么程序运行之后应该也是这个数。 (20) 下载程序后，开启到run模式，点击step7的“小眼镜”，打开监视，即可在线观察我们的值。 第 46 页 (21) 运行中可以看到转化后的值是2.57v,和实际的值2.56V十分接近。 3. 电流信号的采集 (1) 打开硬件配置的应用程序，如图将第二个通道组设置为四线制电流信号的输入，量程范围为4~20mA。此时可以看见量程卡的选项为“C”。 第 47 页 (2) 使用螺丝刀松开模拟量输入模块下方的螺丝，从导轨上取下模拟模块量输入模块，将第二个通道组的量程卡设置为C。 (3) 重新将模拟量输入模块安装到导轨上。 (4) 将电流信号的正极接入模拟量输入模块的5号端子，负极接在6号端子，其他接线保留。 (5) 使用编程电缆将电脑上STEP7 中的硬件配置重新下载到CPU中。 (6) 调节电流源大小，用万用表测量得到输入的电流为6.49mA。 (7) 量程转换，把刚才电压采集的程序拷贝过来，原来的5更改为20即可. (8) 下载程序，在线监控，可以看到采集的电流是6.28mA。与实际第 48 页 相符。 五、 思考题 1.模拟量输入模块的量程选项卡有几档？一个量程卡控制几个模拟量输入通道？不用的通道在软件设置中设为未激活有何好处？ 2.模拟量输入模块与0~5V的电压信号怎样连接？ 3.电压在PIW256中的是怎样表示的？怎样转换为实际的数值？ 4.模拟量输入模块满量程对应的二进制数字量是多少？ 5.什么是四线制？什么是二线制？为什么电流输入不能采用第二个通道？ 六、 实验报告要求 1.画出具体硬件接线图。 2.写出调试好的实验程序，并给出必要的说明。 3.设计测试方案，给出测试结果及分析。 第 49 页 附录一：实验报告格式 实验报告要求用A4纸。实验报告应包含如下内容： 一、实验目的 二、实验内容 三、实验所用仪表及设备 四、实验步骤 五、实验结果及分析。 正文使用宋体，小四号，单倍行距，标题黑体，第 50 页 号。四