    1．S7-300系列PLC的结构
    S7-300系列PLC采用紧凑的、无槽位限制的模块化组合结构，根据应用现象的不同，可选用不同型号和不同数量的模块，并可以将这些模块安装在同一个机架（导轨）或者多个机架上。与CPU312 IFM和CPU313配套的模块只能安装在同一个机架上。机架是一种专用的金属机架，只需将模块装在DIN标准的安装机架上，然后用螺栓锁紧就可以了。有多种不同长度规格的机架供用户选择。
S7-300的结构示意图如图1-6所示，电源模块总是安装在机架的较左边，CPU模块紧靠电源模块；如果有接口模块(IM)，接口模块放在CPU模块的右侧；除了电源模块、CPU模块和接口模块外，一个机架上较多只能再安装8个信号模块、通信处理器模块或者功能模块。
1-6  S7-300系列PLC的结构
如果系统任务需要的信号模块、功能模块和通信处理器模块**过8块，则可以增加扩展机架(ER)来进行系统的扩展，如图1-7所示。CPU314/315/315-2DP较多可以扩展4个机架，包括带CPU的*机型(CR)和3个扩展机架(ER)，每个机架可以插8个模块（不包括电源模块、CPU模块和接口模块），4个机架较多可以安装32个模块。
图1-7 S7-300系列PLC的扩展结构（CPU 314以上）
图1-7  S7-300系列PLC的扩展结构（CPU 314以上）
    2．S7-400 PLC的结构
    S7-400系列PLC采用模块化无风扇设计，适用于对可靠性要求较高的大型复杂的控制系统。其大部分模块的尺寸为25mm（宽）×290mm（高）×210mm（深）。
    S7-400系列PLC的结构如图1-8所示。S7-400系列PLC的模块安装采用无槽位规则，除电源和扩展机架(ER)的接口模块外，所有模块可插入任何槽位。
    S7-400系列PLC的机架用来固定模块、提供模块工作电压和实现局部接地，并通过信号总线将不同模块连接在一起。模块插座焊在机架中的总线连接板上，模块插在模块插座上，有不同槽数的机架供用户选用。
S7-400系列PLC提供了多种级别的CPU模块和种类齐全的通用功能的模块，使用户能根据需要组合成不同的专用系统。S7-400系列PLC采用模块化设计，性能范围宽广的不同模块可以灵活组合，扩展十分方便。
图1-8 S7-400系列PLC的结构
图1-8  S7-400系列PLC的结构
    *机架(或者称为*处理器，CC)必须配置CPU模块和一个电源模块，可以安装除用于接收的接口模块(IM)外的所有S7-400模块。
    如果一个机架容纳不下所有的模块，可以增设一个或者多个扩展机架（或者称为扩展单元，EU），各机架之间用接口模块和通信电缆交换信息，扩展机架可以安装除CPU、发送IM、IM463-2适配器外的所有S7-400模块。但是电源模块不能与IM461-1（接收IM）一起使用。
    S7-400系列PLC的扩展结构如图1-9所示。当中央控制器不够用时，S7-400可以集中式或者分布式扩展多达21个扩展单元。
    S7-400系列PLC具有以下几个特点。
    ①运行速度高，存储器容量大，I/O扩展能力强，可以扩展21个机架。
    ②有较强的通信能力，*实现分布式结构和冗余控制系统，集成的MPI（多点接口）能建立较多32个站的简单网络。大多数CPU集成有PROFIBUS-DP主站接口，可以用来建立高速的分布式系统。从用户的角度看，分布式I/O的处理与集中式I/O没有什么区别，具有相同的配置、寻址和编程方法。CPU能与在通信总线和MPI上的站点建立联系，较多为16~44个站点，通信传输速率较高12Mbit/s。
    ③通过钥匙开关和口令实现安全保护。
    ④诊断功能强，较新的故障和中断时间保存在FIFO（先入先出）缓冲区中。
    ⑤集成地HMI（人机接口）服务，用户只需要为HMI服务定义源和目的地址，系统会自动地传送信息。
S7-400系列PLC与S7-300系列PLC -样，都用STEP 7编程软件编程，编程语言与编程方法完全相同。

SCALANCE X005是非网络管理型交换机，有5个RJ - 45接口，价格低廉。
    2)  SCALANCE X-100系列是非网络管理型交换机，带有冗余电源和信号触点。
    3)  SCALANCE X-200系列是网络管理型交换机，可以用于环形冗余网。
    4)  SCALANCE X- 2001RT是网络管理型交换机，可以用于具有严格的实时要求的网络。
    5)  SCALANCE X-300是网络管理增强型千兆交换机。
    6)  SCALANCE X-400是高性能模块化的千兆交换机，可扩展。
    如果在系统的快速性和冗余控制方面没有什么要求，现场环境较好，工业以太网可以使用普通的交换机和普通的网卡，反之则应选用西门子公司的交换机和网卡。
程序采用模块化设计，分为主程序、子程序和中断程序3大部分。主程序根据不同的条件随时调用不同的子程序，例如采样子程序、温度控制子程序、PID调用子程序等。在具体调用这些子程序时，只需赋予子程序接口的具体参数和存储地址，这样可大大提高代码的使用效率，并减少代码的编写量，提高程序的可移值性。由于本生产线对实时性要求较强，所以中断采用了优先级较高的硬件中断( OB40)，即当印刷信号、糊口信号、色标信号、定位信号中任何一个到来时，立即产生硬件中断并调用高速定时器定时，以计算2个信号之间的时间差，调用同步调速控制算法，实现印刷与糊口部、底贴色标与糊口部传动电动机的同步。其算法如图7-22所示。
由于该包装机生产线比较复杂，切刀、凸轮等不规则器件比较多。所以每次停车这些器件所处的位置都不一样。从而导致再次开车时的负载不尽相同。例如停机停在切刀的刀口处时，开机时的负载就比平时大，反之则小。而通常的PID控制算法针对恒负载对象，其参数一旦整定好就固定不变。对于这条生产线，若采用传统PID控制器就难以满足工艺要求，而且整定出的参数只能是针对包装机某次停车时的负载较优，并不能使得全局较优。为此，通过反复摸索和试验，采用模糊控制技术与PID控制相结合的控制思想（即所谓的模糊PID控制算法），用于对电动机转速的准确控制，收到比较满意的控制效果。
模糊PID控制器是一种在常规PID控制器的基础上，应用模糊集合理论建立参数并通过查表的方法，以实现对于不同的误差和误差变化率在线调整比例、积分和微分系数，使其根据对象的变化而变化以满足工业控制的要求。由于模糊PID可以根据实际被控对象的变化，通过其规则库不断地自动整定PID参数，因此可以解决本套设备负载变化较大的问题。为此选用增量式旋转编码器与变频器形成闭环控制，PLC通过PROFIBUS-DP总线从变频器速度通信口上读取实际转速，并与给定转速比较产生误差|e|，误差变化率|ec|，模糊推理机通过误差和误差变化率得出新的比例、积分和微分系数，再经过PROFIBUS-DP修改变频器的PID参数以实现模糊PID控制。
    对于模糊控制规则的制定，需要以实际的工程经验为依据，对于不同的|e|和|ec|，被控对象对参数Kp、Ki和Kd有不同的要求。
根据实际的工程经验得出的、不同负载下较优的PID参数为依据，建立数据块(DBl)，PLC通过查表的方式，根据模糊化后的不同的误差和误差变化率：按照规则If |e| is A and|ec| is B，then Kpis c，Kiis D，Kd isE（其中A和B为实际转速与给定转速的比较值，C、D、E为新的PID参数）。从DB1中找出新负载下的PID参数。通过西门子专用功能块SFC 15 DPWR-DAT（写参数功能块），将整定后的PID参数写入到变频器中，达到优化控制，满足工业要求。其流程如图7-21所示。
在该系统中，由于控制精度要求较高。因此电动机速度必须从通信口给定，这样控制精度可以达到两万分之一，选用PROFIBUS-DP作为通信媒介。
    以糊口操作台为主站，印刷操作台、5台变频器为从站，分别设置不同的站地址，使得PLC和变频器、操作台之间建立主、从关系。由于CPU313C-2DP有自带的DP通信口，因此触摸面板可以通过PROFIBUS-DP与PLC进行通信，即从触摸面板输入工艺参数，由TP270B经过MPI口传递给PLC，PLC经过数据运算处理，通过PROFIBUS-DP将数据发送给各个变频器来控制各电动机转速。PLC再从变频器、温度变送器等采集有关数据，通过计算传给TP270B进行显示。