PLC的扫描工作过程。PLC上电后，CPU进入STARTUP模式，执行系统程序（内部处理和通信处理）。内部处理包括：①复位过程映像输入区（I区）。

②用上一次RUN模式后的值或替代值来初始化输出。

③执行一个或多个启动OB，将非保持性M存储器和数据块初始化为其初始值并启用组态的循环中断事件和时钟事件。

④将外设输入状态复制到过程映像输入区。

⑤将中断事件保存到队列，以便在RUN模式下进行处理。

⑥将过程映像输出区（Q区）的值写到外设输出。

如果有通信请求，CPU执行通信任务。

如果检查到某些错误，将禁止CPU进入RUN模式，进入STOP模式。在STOP模式下，CPU不执行用户程序，不会自动更新过程映像。

启动阶段结束后，如果没有错误，CPU进入RUN模式。为了使PLC的输出及时响应各种输入信号，CPU反复地执行下列过程（循环扫描过程）：

（1）输入刷新

在输入刷新阶段，PLC的CPU将每个输入端口的状态复制到输入数据映像寄存器（也称为输入继电器）中，程序执行和输出刷新被屏蔽。外接的输入电路接通时，对应的过程映像输入位为二进制的1，梯形图中对应输入点的常开触点接通，常闭触点断开。外接的输入电路断开时，对应的过程映像输入位为二进制的0，梯形图中对应输入点的常开触点断开，常闭触点接通。

在非输入刷新阶段，即使输入状态发生变化，程序也不会读入新的输入数据，这种方式是为了增强PLC的抗干扰能力和程序执行的可靠性。

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（2）程序执行

在程序执行阶段，CPU执行一个或多个程序循环OB，首先执行主程序OB1，同时进行逻辑运算和处理（即前一条指令的逻辑结果影响后一条指令），终运算结果存入输出数据映像寄存器（也称为输出继电器）中。在程序执行过程中，输入刷新和输出刷新被屏蔽。

（3）输出刷新

在输出刷新阶段，CPU将输出数据映像寄存器中存储的数据复制到物理硬件继电器。梯形图中某输出位的线圈“通电”时，对应的过程映像输出位为二进制的1。当输出位为二进制的1时，继电器输出型可以使对应的继电器线圈通电，其常开触点闭合，使外部负载通电工作。梯形图中某输出位的线圈“断电”时，对应的过程映像输出位为二进制的0。继电器输出型可以使对应的继电器线圈断电，其常开触点断开，使外部负载断电，停止工作。

1.1.3 PLC的分类

PLC按结构可分为整体式和模块式。整体式的PLC具有结构紧凑、体积小、价格低的优势，适合常规电气控制。整体式的PLC也称为PLC的基本单元，在基本单元的基础上可以加装扩展模块以扩大其使用范围。模块式的PLC是把CPU、输入接口、输出接口等做成独立的单元模块，具有配置灵活、组装方便的优势，适合输入/输出点数差异较大或有特殊功能要求的控制系统。

PLC按输入/输出接口（I/O接口）总数的多少可分为小型机、中型机和大型机。I/O点数小于128点为小型机；I/O点数在129～512点为中型机；I/O点数在512点以上为大型机。PLC的I/O接口数越多，其存储容量也越大，价格也越贵，因此，在设计电气控制系统时应尽量减少使用I/O接口的数目。

西门子S7-200系列属于整体式的小型PLC，S7-300系列属于模块式的中小型PLC，S7-400系列属于模块式的大型PLC。

S7-300 PLC常用模块有电源模块PS、CPU模块、接口模块IM、数字量输入模块DI、数字量输出模块DO、模拟量输入模块AI、模拟量输出模块AO、功能模块FM、通信模块CP等。

①电源模块PS将AC 120V/230V电压转换成DC24V电压，供S7-300、传感器和执行器使用。常用的电源模块有PS307，额定输出电流为2A、5A、10A。

②CPU模块是控制系统的核心，大致分为以下几类。

a.紧凑型CPU：CPU 312C、CPU 313C、CPU 313C-PtP、CPU 313C-2DP、CPU 314C-PtP和CPU 314C-2DP。各CPU均有计数、频率测量和脉冲宽度调制功能，有的还具有定位功能。

b.标准型CPU：CPU 312、CPU 313、CPU 314、CPU 315、CPU 315-2DP和CPU 316-2DP。

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

d.高端CPU：CPU 317-2DP和CPU 318-2DP。

e.故障安全型CPU：CPU 315F。

③IM接口模块负责主机架和扩展机架之间的总线连接。IM模块有IM365、IM360和IM361。

④SM信号模块是数字量输入模块DI、数字量输出模块DO、模拟量输入模块AI、模拟量输出模块AO的总称。

⑤FM功能模块是实现特殊功能的模块，常用的有高速计数器模块FM350、定位控制模块FM351/352、闭环控制模块FM355等。

⑥CP通信模块是组态网络使用的接口模块，常用的有点到点模块CP340和CP341、PROFIBUS总线模块CP342-5、工业以太网模块CP343-1、AS-i接口模块CP343-2等。

1.2.2 S7-300 PLC的扩展和地址分配

（1）S7-300 PLC的主机架硬件结构

S7-300 PLC的电源模块PS、CPU和其他模块通过U形总线或背板总线连接起来，然后固定在西门子S7-300的标准导轨（rail）上。

电源模块PS一定放在左端（也可以选择其他24V直流电源），右边一定放CPU（主机架），如果需要扩展机架，CPU的右边放置IM接口模块；如果只有主机架，可以不放置IM。一个背板总线多有11个槽，1～3号槽一定放置电源、CPU和IM，4～11号槽可以放置除电源、CPU、IM之外的其他模块。

（2）S7-300 PLC的扩展

S7-300 PLC允许扩展模块的数量有差异，多可以扩展32个模块，主机架CU（机架0）和扩展机架EM（机架1～3）共有4个机架，每个机架多可以安装8个模块。主机架的槽1～3放置电源PS、CPU和IM360，槽4～11放置除PS、CPU、IM之外的其他模块；扩展机架的槽1放置电源PS为该机架模块供电，槽2不放置，槽3放置IM361，槽4～11放置信号模块SM，对于图1-5中机架3的插槽11上的“非CPU 31×C”，表示非紧凑型的PLC（CPU 31×C）不能使用该插槽。

如果只需扩展一个机架而且扩展机架上不需要安装智能或通信模块，接口模块可以选择价格便宜的IM365。

（3）地址分配

数字量模块从0号机架的4号槽开始，分配的地址是IB0～IB127（QB0～QB127），每个槽位分配4个字节的地址，32个I/O点。比如机架2的4号槽，如果插入的是DI16，则分配地址为IB64～IB65，IB66～IB67不用。

模拟量模块一个通道占一个字地址，从PIW256 开始，给每一个模拟量模块分配8 个字。

S7-300 PLC的地址分配可以使用编程软件在组态硬件时进行定义，好使用默认的地址分配。

1.2.3 S7-300 CPU314C-2DP紧凑型PLC

CPU314C-2DP属于紧凑型的PLC，具有96KB工作存储器，0.1ms/1000 条指令，DI24/DO16，集成AI5/AO2，4路脉冲输出 （2.5kHz），使用 24V （60kHz） 增量式编码器进行4通道计数和测量，集成定位功能，MPI+DP接口（DP主站或DP从站），多可扩展连接 31个模块。

（1）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。

BF（DP故障，红色）：DP总线错误时亮。

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2Hz的频率闪烁； HOLD（单步、断点）状态时以0.5Hz的频率闪烁。

STOP（停止方式，黄色）：CPU处于STOP、HOLD状态或重新启动时常亮。当CPU请求存储器复位时，LED以0.5Hz的频率闪烁，在复位期间以2Hz的频率闪烁。

（2）模式选择开关

RUN （运行）位置：CPU执行、读出用户程序，但是不能修改用户程序。

STOP（停止）位置：不执行用户程序，可以读出和修改用户程序。

MRES（清除存储器）：不能保持。将模式选择开关从STOP状态扳到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，直至“STOP”LED第二次亮起并持续大约3s，然后将其松开。然后必须在3s内将模式选择开关扳到MRES位置，“STOP” LED开始快速闪烁，表示CPU正在执行复位，现在即可松开模式选择开关。当“STOP”LED再次持续亮起时，CPU已完成存储器复位。

外部接线连接。数字量输入端子分别为前连接器X2的2～9（DI+0.0～DI+0.7）、12～19（DI+1.0～DI+1.7），前连接器X1的22～29（DI+2.0～DI+2.7）；数字量输出端子分别为前连接器X2的22～29（DO+0.0～DO+0.7）、32～39（DO+1.0～DO+1.7）；模拟量输入端子分别为前连接器X1的2～13（A0～A3通道）、14～15（A4通道，铂电阻PT100测温输入）；模拟量输出端子分别为16～19（AO0～AO1）。

S7-300的系统存储区

（1）过程映像输入/输出（I/Q）

在扫描循环开始时，CPU读取数字量输入模块的输入信号的状态，并将它们存入过程映像输入区。过程映像I的状态有常开点和常闭点，常开点与外部输入状态一致，常闭点与外部输入状态相反。常开点和常闭点在编程时可以无限次使用。

在扫描循环中，用户程序计算输出值，并将它们存入过程映像输出表。在循环扫描结束时将过程映像输出表的内容写入数字量输出模块。过程映像Q的状态有常开点和常闭点，常开点与外部输出状态一致，常闭点与外部输出状态相反。常开点和常闭点在编程时可以无限次使用。

I和Q均按位、字节、字和双字来存取，可以直接或间接访问，例如I0.0、IB0、IW0和ID0。程序编辑器自动地在操作数前面插入%，表示该地址为地址，例如%I0.0。

（2）位存储器（M）

位存储器M分为保持型和普通型，比如CPU314C-2DP有256个字节的M存储器，MB0～MB15为保持型，其余为普通型。所谓保持型，其性质是即使在STOP状态或断电情况下，其保持之前的状态不变；而普通型会全部自动复位。

在编程时，M存储器常用于存储中间计算结果的状态或其他标志信息。M存储器允许按位、字节、字和双字来存取，可以直接或间接访问。