有的西门子S7-300信号模块具有对信号进行监视（诊断）和过程中断的智能功能。
1.模块诊断功能
通过模块诊断可以确定数字量模块获取的信号是否正确，或模拟量模块的处理是否正确。
数字量I/O模块可以诊断出无外部电压、共模故障、组态／参数错误、断线、测量范围上溢出或下溢出等故障。模拟量输出模块可以诊断出无外部电压、组态／参数错误、断线和对地短路等故障。
2.过程中断
通过过程中断，可以对过程信号进行监视和响应。
根据设置的参数，可以选择数字量输入模块的每个通道组是否在信号的上升沿、下降沿产生过程中断，或在两个边沿都产生过程中断。信号模块可以对每个通道的一个中断进行暂存。
模拟量输入模块通过上限值和下限值定义一个工作范围，模块将测量值与上、下限值进行比较，如果通过限制，则执行过程中断。
执行过程中断时，CPU暂停执行用户程序，或暂停执行低优先级的中断程序，来处理相应的诊断中断功能模块( OB40)。
在工业控制中，pid控制器是一种广泛应用的控制方法，可编程序控制器plc是一种新型的工业控制装置，利用plc实现对模拟量的pid闭环控制，具有性能价格比高、用户使用方便、可靠性高、抗干扰能力强等特点。用plc对模拟量进行数字pid控制时，可采用3种方法：使用pid专用过程控制模块、使用plc内部的pid功能块或功能指令或者用户自己编制pid控制程序。前两种方法要么价格昂贵，在大型控制系统中才使用；要么算法固定，不够灵活。为了方便构建与灵活应用 pid控制器，本文通过对 pid控制算法及西门子plc功能块性能分析，在siemens s7-300的基础上，提出一种实现pid功能块的结构化设计及具体编制方法，后通过调用及仿真，证明该功能块结构及功能完备正确、调用及算法更替简单方便。
2 pid控制器在plc中的实现算法
在连续系统中，典型的pid闭环控制系统如图1所示。图1中s(t)为给定值，p(t)为反馈量，y(t)为系统输出量，u(t)为pid控制器输出量。
图1 pid闭环控制系统框图
pid的控制规律为：
(1)
plc控制实际上是计算机采样控制，它只能根据采样时刻的偏差值计算控制量。故plc的pid控制器的设计需要将连续系统的pid控制规律数字化写成离散形式的控制方程，再跟据离散方程进行控制程序设计。在此选择采样周期为t，积分初值为0，对式(1)进行离散化得到公式(2)
(2)
由式(2)可得出控制器输出增量为
(3)
3 pid结构化功能块设计
3.1 功能块需求分析及参数定义
在此设计的pid功能块包括三部分的实现功能。一是主体部分，pid主体算法的实现；二是功能块开始结束部分，pid功能块的初始化及退出前处理的实现；三是采样定时处理部分，在pid功能块内部实现每隔一个采样时间进行一次pid主体算法部分的计算。
部分：根据公式(3)，结合plc的算术运算指令，得出程序的分解算法如下：
(4)
迭代：e2=e1，e1= x2，u1=u0；
终输出控制量：u=u0；
由式(4)可以得出实现pid算法需要的参数有：sv0给定值输入量，pv0反馈输入量，控制器参数kp、ki、kd；输出控制量u；过程迭代变量e1、e2、u1及过程普通变量x1、x2、x3、uv、u0。
第二部分：作为一个结构完整的功能块，还需要有初始化及退出前处理功能，并要求在整个功能块的调用过程中各只操作一次。在此需增加输入信号start及设置内部变量p、n。其中，输入信号start将实现pid功能块的启动与结束，变量p、n将配合start在功能块内部实现：start的上升沿时刻进行功能块启动初始化，start的下降沿时刻进行功能块结束前必要的复位处理。
图2 pid功能块初始及退出处理功能实现
第三部分：pid算法是每隔一个采样时间计算一次，实现的方式有多种，通常是采用外部每隔一个采样时间调用一次功能块的方式，在此为尽量降低pid功能块调用的复杂性，采用内部直接处理的方式。在此只需增加输入变量：定时器t，采样时间t_s，内部编程实现每隔一个采样时间计算一次功能块主体部分算法。
pid功能块三部分所输要的参数汇总如表1所示：
表1 pid功能块参数设置
3.2 功能块具体编制实现
在simatic管理器中，插入一个fb块，如fb1，首先在接口(interface)中按表一所列定义各种参数，接下是程序实现部分：
network1～2，如图2所示；为pid功能块初始化及退出处理功能，只在start的上升沿或下降沿进行一次操作。
#start初始接通的上升沿时刻，子程序进行初始化处理；u1=u=0；e1=e2=0；t复位=0；#start断开的下降沿时刻，子程序进行结束退出处理；u=0；t复位。
network3，如图3所示；为pid功能块采样时间及定时器处理部分。定时器t采用ss型(保持接通延时定时器线圈)，由上升沿触发，时间到达后定时器输出位t=1，断电后需要用到复位指令输出位才能置0。
图3 pid功能块采样定时功能实现
在此用(start&~t)=(0→1)上升沿接通定时器t开始计时，采样时间到达后定时器输出位t=1。功能块初始扫描时通过初始化处理有~t=1，故个扫描时刻是由start=(0→1)触发定时器，以后的扫描时刻都是start=1，由~t=(0→1)来触发定时器。
network4～6，如图4所示；为pid主体算法实现部分，具体算法参照式(4)中所列步骤编制如下：
定时器输出位t=1时
network4：x2=sv0-pv0；x1=x2-e1；x3=x1+( e2- e1)；
network5：uv=kp×x1+ki×x2+kd×x3；u0=uv+u1；
network6：迭代e2=e1，e1=x2，u1=u0，输出u=u0，后复位定时器t。
功能块的主体算法开头都放置有定时器输出位t，t每一个采样定时时间接通一次，故pid主体算法跟随t每个采样时间计算一次。
值得注意的是，在算法结束时，需要对定时器t进行复位，这样在下一个扫描周期时，network3才能由~t=(0→1)重新触发定时器开始下一轮的采样计时等待，同时使在采样计时等待过程中pid主体算法无法激活。
仿真模块，用于在启动和运行时调试程序
通过开关仿真传感器信号
通过 LED 显示输出状态
可仿真
16 点输入
16 点数出
8 点输入和 8 点输出
可通过螺丝刀直接在模块上调节功能
应用
在启动和运行时，通过SM 374可以为用户提供便捷的程序调试。
设计
该模板的前面板包括：
输入状态开关：
16 个开关用于仿真输入信号。输出状态LED指示：
16 个 LED，用于指示输出的信号状态。模式选择开关：
用户可以使用螺丝刀设置下列任一模式：16输入（只进行输入仿真），
16输出（只进行输出仿真），
8输入（输入和输出仿真）以及
8输出（输入和输出仿真）。
这些操作单元通过前面板保护。该模板卡装到导轨上并连接到S7-300背板总线上。通过背板总线供电。
图4 pid功能块主体算法实现
3.3 功能块的调用
pid功能块可在主循环ob1中调用，图5为主扫描程序ob1对pid功能块的调用测试，输入及输出信号如表一所示，md100、md110及md120分别为功能块测试时输入输出测验值的实数寄存器。
值得注意的是，调用之前必须设置好调用条件en及功能块输入信号start的关系，即实现在start接通及断开的扫描时刻，功能块的使能端en处于接通状态，使功能块能够实现初始化及退出处理功能。将使能端en设置为无条件状态即能完成此功能需求，但为减少功能块没有被调用时plc的扫描对象，本文采用条件调用方式来实现。
network1中，在信号start的基础上设计了start_en信号，保证接通时，start_en与start同时接通；断开时，start_en比start慢一个扫描周期断开。由这两信号的关联特性，在network2中将 “start_en”信号作为pid功能块的调用使能条件，“start”作为pid功能块的开始停止输入信号。这样即满足上述条件要求，又可在pid功能块无调用时减少plc扫描对象，提高plc运行效率。
图5 pid功能块的调用
4 pid功能块的仿真验证
对于plc中的pid功能块，进行离线的仿真验证比较困难，这里借助matlab软件工具对pid功能块进行验证核对。图6是pid算法在matlab中的仿真框图，其中的s_pid函数与pid功能块主体算法式(4)完全一致，控制参数取图5中pid功能块调用输入参数，即采样时间t_s=10ms，参数[kp ki kd] =[0.5 1 0.1]，将matlab仿真得到的过程数据[sv0 pv0 u]取出保存。
在simatic manager中打开s7-plcsim仿真工具，仿真时采用single scan模式，将[sv0 pv0]实数值逐一成对输入给md100、md110，每输入一对数据进行一步仿真，将得到的plc中md120变量的实数值与matlab中得到的[u]作比较，比较结果如表2所示，在采用相同采样时间、控制参数的条件下，两者基本符合一致。
表2：pid功能块验证数据
图6 pid算法在matlb中的仿真框图
比较指令又称触点比较指令，其功能是将两个数据按指定条件进行比 较，条件成立时触点闭合，否则触点断开。 6.2.1字节触点比较指令 字节触点比较指令用于比较两个字节型整数值 IN1 和 IN2 的大小，字 节比较的数值是无符号的整数触点比较指令整数触点比较指令用于比较两个字型整数值 IN1 和 IN2 的大小，整数 比较的数值是有符号的，比较的整数范围是−32768～+32767，用十六进制 表示为 16#8000～16#7FFFF。