S7300PLC的硬件

1、S7-300PLC的硬件的硬件 劉美俊劉美俊 SIEMENS公司在20世紀(jì)末推出的SIMATIC S7-300系列PLC，性價比高，電磁兼容性強，抗震動沖擊性強，使其具有非常好的工業(yè)環(huán)境適應(yīng)性，廣泛應(yīng)用于冶金、石油、化工、交通運輸、輕工、電力、汽車、通用機械、專用機床、制造業(yè)、食品加工、包裝機械、紡織機械、智能建筑等各個領(lǐng)域。 S7-300是模塊化PLC系統(tǒng)，能滿足中等性能控制系統(tǒng)的要求。各種單獨的模塊之間可進(jìn)行廣泛組合構(gòu)成不同的系統(tǒng)。S7-300具有強大的通信功能，通過STEP-7編程軟件的用戶界面提供通信組態(tài)功能，這使得組態(tài)非常容易、簡單。此外，S7-300 PLC還具有多種不同的通信接口

2、，通過多種通信處理器來連接AS-I總線接口和工業(yè)以太網(wǎng)總線系統(tǒng)。 1. 負(fù)載電源 (選項) 2. 后備電池 (CPU 313 以上) 3. 24V DC 連接 4. 模式開關(guān) 5. 狀態(tài)和故障指示燈6. 存儲器卡 (CPU 313 以上) 7. MPI 多點接口 8. 前連接器 9. 前蓋 S7-300 PLC由以下幾部分組成(1)中央處理單元(CPU) 各種CPU有不同的性能，例如有的CPU集成有數(shù)字量和模擬量輸入/輸出點，有的CPU集成有PROFIBUS-DP等通信接口。CPU前面板上有狀態(tài)故障指示燈、模式開關(guān)、24V電源端子、電池盒與存儲器模塊盒(有的CPU沒有)。(2)負(fù)載電源模塊(P

3、S) 負(fù)載電源模塊用于將AC220V電源轉(zhuǎn)換為DC24V電源，供CPU和I/0模塊使用。額定輸出電流有2A、5A和l0A三種，過載時模塊上的LED閃爍。 (3)信號模塊(SM) 信號模塊是數(shù)字量輸入/輸出模塊和模擬量輸入輸出/輸出模塊的總稱，它們使不同的過程信號電壓或電流與PLC內(nèi)部的信號電平匹配。信號模塊主要有數(shù)字量輸入模塊SM321和數(shù)字量輸出模塊SM322，模擬量輸入模塊SM331和模擬量輸出模塊SM332。模擬量輸入模塊可以輸入熱電阻、熱電偶、DC420mA和DC010V等多種不同類型和不同量程的模擬信號。每個模塊上有一個背板總線連接器，現(xiàn)場的過程信號連接到前連接器的端子上。 數(shù)字量輸

4、入/輸出模塊 (4)功能模塊(FM) 功能模塊主要用于對實時性和存儲容量要求高的控制任務(wù)，例如計數(shù)器模塊、快速/慢速進(jìn)給驅(qū)動位置控制模塊、電子凸輪控制器模塊、步進(jìn)電動機定位模塊、伺服電動機定位模塊、定位和連續(xù)路徑控制模塊、閉環(huán)控制模塊、工業(yè)標(biāo)識系統(tǒng)的接口模塊、稱重模塊、位置輸入模塊、超聲波位置解碼器等。 (5)通信處理器(CP) 通信處理器用于PLC之間、PLC與計算機和其他智能設(shè)備之間的通信，可以將PLC接入PROFlBUS-DP、AS-I和工業(yè)以太網(wǎng)，或用于實現(xiàn)點對點通信等。通信處理器可以減輕CPU處理通信的負(fù)擔(dān)，并減少用戶對通信的編程工作。 (6)接口模塊(IM) 接口模塊IM用于多機架

5、配置時連接主機架(CR)和擴展機架(ER)。S7-300通過分布式的主機架和3個擴展機架，最多可以配置32個信號模塊、功能模塊和通信處理器。 (7)導(dǎo)軌 鋁質(zhì)導(dǎo)軌用來固定和安裝S7-300上述的各種模塊。 除了帶CPU的中央機架(CR)，S7-300PLC最多可以增加3個擴展機架(ER)，每個機架可以插8個模塊(不包括電源模塊、CPU模塊和接口模塊IM)，4個機架最多可以安裝32個模塊。機架的最左邊是1號槽，最右邊是11號槽，電源模塊總是在I號槽的位置。中央機架(0號機架)的2號槽上是CPU模塊，3號槽是接口模塊。這3個槽號被固定占用，信號模塊、功能模塊和通信處理器使用411號槽，如圖所示。因

6、為模塊是用總線連接器連接的，而不是像其他模塊式PLC那樣，用焊在背板上的總線插座來安裝模塊，所以槽號是相對的，在機架導(dǎo)軌上并不存在物理槽位。例如在不需要擴展機架時，中央機架上沒有接口模塊，此時雖然3號槽位仍然被實際上并不存在的接口模塊占用，中央機架上的CPU模塊和4號槽的模塊實際上是挨在一起的。 如果有擴展機架，接口模塊占用3號槽位，負(fù)責(zé)與其他擴展機架自動地進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。 如果只需要擴展一個機架，可以使用價格便宜的lM365接口模塊對，兩個接口模塊用lm長的固定電纜連接，由于IM365不能給機架1提供通信總線，機架1上只能安裝信號模塊，不能安裝通信模塊和其他智能模塊。擴展機架的電源由lM365

7、提供，兩個機架的DC5V電源的總電流應(yīng)在允許值之內(nèi)。 使用IM360/361接口模塊可以擴展3個機架，中央機架(CR)使用IM360，擴展機架(ER)使用IM361，各相鄰機架之間的電纜最長為l0m。每個IM361需要一個外部DC24V電源，向擴展機架上的所有模塊供電，可以通過電源連接器連接PS307負(fù)載電源。所有的S7-300模塊均可以安裝在ER上。接口模塊是自組態(tài)的，無需進(jìn)行地址分配。 每個機架上安裝的信號模塊、功能模塊和通信處理器，除了不能超過8塊外，還受到背板總線DC5V供電電流的限制。0號機架的DC5V電源由CPU模塊提供，其額定電流值與CPU的型號有關(guān)。擴展機架的背板總線的DC5V

8、電源由接口模塊IM361提供，各類模塊消耗的電流需查相應(yīng)的模塊手冊。 PS307 2A的模塊示意圖 S7-300有20種不同型號的CPU，以適應(yīng)不同等級的控制系統(tǒng)。有的CPU上集成有輸入/輸出點，有的CPU上集成有PROFIBUS-DP通信接口，有的CPU上集成有PtP接口等，目前大致可以分為以下幾類：(1) 6種緊湊型CPU，帶有集成功能和I/O: CPU3l2C，313C，313C-PtP，313C-2DP，314C-PtP和314C-2DP。 (2) 3種重新定義的CPU: CPU312，314和315-2DP。 (3) 5種標(biāo)準(zhǔn)的CPU: CPU313，314，315，315-2DP和

9、316-2DP。 (4) 4種戶外型 CPU: CPU312IFM ，314IFM，314戶外型和315-2DP。 (5) 高端CPU: 317-2DP和CPU318-2DP。 (6) 故障安全型CPU: CPU3l5F和CPU317F-2DP。 CPU31xC系列PLC的結(jié)構(gòu)示意圖 數(shù)字量模塊 S7-300有多種數(shù)字量輸入/輸出模塊，其輸入/輸出電纜最大長度為1000m（屏蔽電纜）或600m（非屏蔽電纜）。1 數(shù)字量輸入模塊SM321 數(shù)字量輸入模塊將來自現(xiàn)場的數(shù)字信號電平轉(zhuǎn)換成PLC內(nèi)部信號電平，經(jīng)過光電隔離和濾波后，送到輸出緩沖區(qū)等待CPU采樣，采樣后的信號狀態(tài)經(jīng)過背板總線進(jìn)入輸入映像區(qū)

10、。根據(jù)輸入信號的極性和輸入點數(shù)，SM321共有14種數(shù)字量輸入模塊，下表為常用數(shù)字量輸入模塊的技術(shù)特性。 2 數(shù)字量輸出模塊SM322 數(shù)字量輸出模塊將S7-300內(nèi)部信號電平轉(zhuǎn)換成現(xiàn)場所需要的外部信號電平，可直接驅(qū)動電磁閥線圈、接觸器線圈、微型電動機、指示燈等負(fù)載。根據(jù)負(fù)載回路使用電源的要求，數(shù)字量輸出模塊有：直流輸出模塊（晶體管輸出方式）；交流輸出模塊（晶閘管輸出方式）；交直流輸出模塊（繼電器輸出方式）；SM322數(shù)字量輸出模塊的技術(shù)特性如表所示， SM322數(shù)字量輸出模塊的技術(shù)特性 模擬量模塊 S7-300的模擬量I/O模塊包括模擬量輸入模塊SM331、模擬量輸出模塊SM332和模擬量輸

11、入/輸出模塊SM334和SM335。SM331模塊主要由A/D轉(zhuǎn)換器、切換開關(guān)、恒流源、補償電路、光隔離器及邏輯電路組成，它將控制過程中的模擬信號轉(zhuǎn)換為PLC內(nèi)部處理用的數(shù)字信號。其主要功能有：分辨率可調(diào)，可從915位加符號位；A/D轉(zhuǎn)換器采用積分法，4檔積分時間為2.5ms、16.7ms、20ms和100ms;測量范圍廣，電壓和電流傳感器、熱電偶、電阻和電阻式溫度計均可作為傳感器與之連接。 在實際應(yīng)用中，應(yīng)該用STEP7的組態(tài)工具對未使用的模擬量通道進(jìn)行屏蔽。 SM332模擬量輸出模塊目前有3種型號，即AO412位模塊、AO212位模塊、AO416位模塊、如AO412位模塊，有4個通道，每個

12、通道都可單獨設(shè)置為電壓輸出或電流輸出，輸出精度為12位，模塊對CPU背板總線和負(fù)載電壓都有光隔離。在輸出電壓時，可以采用二線回路或四線回路兩種方式與負(fù)載相連。 模擬量輸出模塊SM332 模擬量輸出通道的轉(zhuǎn)換時間和模塊的循環(huán)時間：每個通道的最大轉(zhuǎn)換時間為0.81.5ms，建立時間為0.10.5ms，模塊的循環(huán)時間為所有激活的AO通道的轉(zhuǎn)換時間與建立時間的總和； 模擬值的表示 模擬量輸入/輸出模塊中模擬量對應(yīng)的數(shù)字稱為模擬值，模擬值用16位二進(jìn)制補碼定點數(shù)來表示，最高位（第15位）為符號位，正數(shù)的符號位為0，負(fù)數(shù)的符號位為1。模擬量模塊的模擬值位數(shù)（即轉(zhuǎn)換精度）可以設(shè)置為915位（與模塊的型號有關(guān)

13、，不包括符號位），如果模擬值的精度小于15位，則模擬值左移，使其最高位（符號位）在16位字的最高位（第15位），模擬值左移后未使用的低位則填入“0”，這種處理方法稱為“左對齊”。 電壓測量范圍為l0lV的模擬值表示如表所示 模擬量輸入模塊測量范圍的設(shè)定 模擬量輸入模塊的輸入信號種類用安裝在模塊側(cè)面的量程卡（量程模塊）來設(shè)置，量程卡安裝在模擬量輸入模塊的側(cè)面，每兩個通道為一組，共用一個量程卡，下圖中的模塊共用8個通道，因此有4個量程卡。量程卡可以設(shè)定為“A”、“B”、“C”、“D”4個位置，其常見的含義為：“A”為熱電阻、熱電偶；“B”為電壓；“C”為四線制電流；“D”為兩線制電流。 量程卡插入

14、輸入模塊后，如果量程卡上的標(biāo)記C與輸入模塊上的標(biāo)記相對，則量程卡被設(shè)置在C位置。模塊出廠時，量程卡預(yù)設(shè)在B位置。如果需要調(diào)整量程卡，步驟如下： 將量程卡從模擬量輸入模塊中卸下 將量程卡插入模擬量輸入模塊 模擬量模塊具有許多特性，可以通過參數(shù)賦值，來設(shè)定模塊的特性。參數(shù)分為動態(tài)參數(shù)和靜態(tài)參數(shù)兩種。通常使用STEP7對模擬量模塊進(jìn)行靜態(tài)與動態(tài)參數(shù)賦值，此時CPU必須處于“STOP”模式。當(dāng)設(shè)定完所有的參數(shù)后，應(yīng)將參數(shù)下載到CPU。當(dāng)CPU從“STOP”模式轉(zhuǎn)換為“RUN”模式時，CPU即可將參數(shù)傳送到每個模擬量模塊；如果沒有使用STEP7進(jìn)行參數(shù)賦值，模塊將使用默認(rèn)設(shè)置。 通過系統(tǒng)功能SFC55，

15、可以修改當(dāng)前用戶程序中的動態(tài)參數(shù)，但必須注意，在CPU進(jìn)行RUNSTOP、STOPRUN轉(zhuǎn)換后，使用STEP7所設(shè)定的參數(shù)將再次恢復(fù)。模擬量模塊參數(shù) 模擬量輸入模塊與傳感器的連接 為了減少電磁干擾，對于模擬信號應(yīng)使用屏蔽雙絞電纜，并且模擬信號電纜的屏蔽層應(yīng)該兩端接地。如果電纜兩端存在電位差，將會在屏蔽層中產(chǎn)生等電勢耦合電流，造成對模擬信號的干擾。在這種情況下，應(yīng)該讓電纜的屏蔽層一端接地。1 帶隔離的模擬量輸入模塊 一般情況下，CPU的接地端子與M端子用短接片連接。帶隔離的模擬量輸入模塊的測量電路參考點MANA與CPU模塊的M端子之間沒有電氣連接，見圖.。如果參考電壓UANA和CPU的M端存在一

16、個電位差UISO，必須選用帶隔離的模擬量輸入模塊，通過在MANA端子和CPU的M端子之間使用一根等電位連接導(dǎo)線，可以確保UISO不會超過允許值。連接帶隔離的傳感器與帶隔離的模擬量輸入模塊 連接不帶隔離的傳感器與帶隔離的模擬量輸入模塊 連接帶隔離的傳感器與不帶隔離的模擬量輸入模塊 連接不帶隔離的傳感器與不帶隔離的模擬量輸入模塊 電壓傳感器與帶隔離的模擬量輸入模塊的連接 兩線制變送器與帶隔離的模擬量輸入模塊的連接由L+供電的兩線制變送器與帶隔離的模擬量輸入模塊的連接 四線制變送器與帶隔離的模擬量輸入模塊的連接 熱敏電阻與帶隔離的模擬量輸入模塊的四線制連接 熱敏電阻與帶隔離的模擬量輸入模塊的三線制連

17、接 熱敏電阻與帶隔離的模擬量輸入模塊的兩線制連接 熱電偶的結(jié)構(gòu) 使用內(nèi)部補償?shù)臒犭娕寂c模擬量輸入模塊的連接 使用補償盒的熱電偶與模擬量輸入模塊的連接 帶有熱敏電阻的熱電偶與SM331、AI8TC的連接 帶隔離的模擬量電壓輸出模塊與負(fù)載的四線制連接 不帶隔離的模擬量電壓輸出模塊與負(fù)載的雙線制連接 模擬量電流輸出模塊與負(fù)載的連接 模擬量模塊的診斷 模塊有故障出現(xiàn)時將會執(zhí)行下列操作: (1) 將診斷報文送入模擬量模塊的診斷區(qū)中，并傳送到CPU。 (2) 模擬量模塊中的故障指示燈亮 (3) 如果己經(jīng)用STEP7中允許產(chǎn)生診斷中斷功能，將觸發(fā)一個診斷中斷，并調(diào)用OB82。 用戶可以通過用戶程序中的SFC

18、，讀出詳細(xì)的診斷報文。在模塊診斷中，可以查看STEP7中的故障原因 (參見STEP7的在線幫助)。 當(dāng)CPU檢測到錯誤時，不管參數(shù)如何設(shè)置，模擬量輸入模塊輸出模擬測量值7FFFH，它表示上溢出、故障或通道被禁止使用。通信處理器模塊 CPU通過MPI接口或PROFIBUS-DP接口在網(wǎng)絡(luò)上自動廣播它設(shè)置的總線參數(shù)，PLC可以自動地“掛到”MPI網(wǎng)絡(luò)上。所有的CPU模塊都有一個多點接口MPI，有的CPU模塊有一個MPI和一個PROFIBUS-DP接口，有的CPU模塊有一個MPI/DP接口和一個DP接口。 通信處理器(CP)用于PLC之間、PLC與計算機和其他智能設(shè)備之間的通信，可以將PLC接入PR

19、OFIBUS-DP、AS-I和工業(yè)以太網(wǎng)，或用于實現(xiàn)點對點通信等。通信處理器可以減輕CPU處理器的通信任務(wù)，并減少用戶對通信的編程工作。1 通信處理器模塊CP340 CP340用于建立點對點（Point to Point，PtP）低速連接，最大傳輸速率為19.2kbps,有3種通信接口，即RS-232C(V.24)，20mA(TTY)，RS-422/RS-485(X.27)?？赏ㄟ^ASCII、3964(R)通信協(xié)議及打印機驅(qū)動軟件，實現(xiàn)與S5系列PLC、S7系列PLC及其他廠商的控制系統(tǒng)、機器人控制器、條形碼閱讀器、掃描儀等設(shè)備的通信連接。2. 通信處理器模塊CP342-2/CP343-2 C

20、P342-2/CP343-2用于實現(xiàn)S7-300到AS-I接口總線的連接。最多可連接31個AS-I從站，如果選用二進(jìn)制從站，最多可選址248個二進(jìn)制元素。具有監(jiān)測AS-I電纜的電源電壓和大量的狀態(tài)和診斷功能。3、通信處理器模塊CP342-5 CP342-5用于實現(xiàn)S7-300到PROFIBUS-DP現(xiàn)場總線的連接。它分擔(dān)CPU的通信任務(wù)，并允許增加其他連接，為用戶提供各種 PROFIBUS總線系統(tǒng)服務(wù)，可以通過PROFIB US-DP對系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程組態(tài)和遠(yuǎn)程編程。 當(dāng)CP342-5作為主站時，可完全自動處理數(shù)據(jù)傳輸，允許CP從站或ET200-DP從站連接到S7-300。當(dāng)CP342-5作為從站

21、時，允許S7-300與其他PROFIBUS主站交換數(shù)據(jù)。4、 通信處理器模塊CP343-1 CP343-1用于實現(xiàn)S7-300到工業(yè)以太網(wǎng)總線的連接。它自身具有處理器，在工業(yè)以太網(wǎng)上獨立處理數(shù)據(jù)通信并允許進(jìn)一步的連接，完成與編程器、PC、人機界面裝置、S5系列PLC、S7系列PLC的數(shù)據(jù)通信。5、通信處理器模塊CP343-1 TCP CP343-l TCP使用標(biāo)準(zhǔn)的TCP/IP通信協(xié)議，實現(xiàn)S7-300(只限服務(wù)器)、S7-400(服務(wù)器和客戶機)到工業(yè)以太網(wǎng)的連接。它自身具有處理器，在工業(yè)以太網(wǎng)上獨立處理數(shù)據(jù)通信并允許進(jìn)一步的連接，完成與編程器、PC、人機界面裝置、S5系列PLC、S7系列P

22、LC的數(shù)據(jù)通信。6、通信處理器模塊CP343-5 CP343-5用于實現(xiàn)S7-300到PROFIBUS-FMS現(xiàn)場總線的連接。它分擔(dān)CPU的通信任務(wù)，并允許進(jìn)一步的其他連接，為用戶提供各PROFIBUS總線系統(tǒng)服務(wù)，可以通過PROFIBUS-FMS對系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程組態(tài)和遠(yuǎn)程編程。接口（IM）模塊 接口模塊用于S7-300系列PLC的中央機架到擴展機架的連接，主要有三種規(guī)格：1 接口模塊IM365 IM365用于連接中央機架與一個擴展機架，由兩個模塊組成，一個插入中央機架，通過1m長的連接電纜，將另一塊插入擴展機架，在一個擴展機架上最多可安裝8個模塊。2 接口模塊IM360/361 當(dāng)擴展機架超過

23、一個時，將接口模塊IM360插入中央機架，在擴展機架中插入接口模塊IM361，S7-300系列的最大配置為1個中央機架與3個擴展機架，每個擴展機架最多可安裝8個模塊，相鄰機架的間隔為4cm10m。觸摸屏TP17,TP27，TP37 觸摸屏是通過觸摸在屏幕畫面上的按鈕即可進(jìn)行直觀操作的裝置，它可以對要監(jiān)控的機器和生產(chǎn)過程進(jìn)行真實的圖形顯示。觸摸屏TP27，TP37的主要功能有：1）顯示過程變量；2）監(jiān)控變量域的極限值；3）帶有靜態(tài)元素、曲線、圖形和條形圖表的過程顯示；4）帶有信息狀態(tài)的記錄和故障信息的管理；5）定義信息優(yōu)先級別；6）顯示信息、變量和過程中的幫助及信息文本；7）口令保護(hù)；8）菜單管

24、理；9）3種在線語言選擇；10）TP37可采用內(nèi)存卡 (PCMCIA/Jeida卡)存儲組態(tài)參數(shù)和菜單；11）內(nèi)置打印機接口。 將PLC和OP整合在一起 SIMATIC C7-635能夠?qū)?CPU 314C-2DP和TP 170B 面板整合在一起。 因此，C7-635擁有CPU 314C的所有功能。 S7-300的系統(tǒng)配置S7-300 PLC是模塊化的組合結(jié)構(gòu)，用戶按照實際需求選取的各種模塊可以直接安裝在機架（導(dǎo)軌）上，通過背板總線（機座）把這些模塊連接起來。在機架上安裝模塊的順序是：在1號槽安裝電源模塊，2號槽安裝CPU，以后安裝I/O接口模塊、功能模塊/通信處理器或I/O信號模塊。S7-3

25、00 PLC系統(tǒng)配置分兩種情況：1 裝在一個機架上的S7-300結(jié)構(gòu)裝在一個機架上的S7-300 PLC必須符合以下規(guī)定： 在CPU單元右邊安裝的信號模塊不超過8個。 背板總線電流值的限制裝在一個機架上的全部模塊都要受到S7-300背板總線提供的總電流值的限制，對于CPU313/314，這個總電流值不超過1.2A；對于CPU312IFM，不超過0.8A。2 裝在多個機架上的S7-300結(jié)構(gòu)（不包括CPU312IFM/313）根據(jù)實際需要，如果一個機架不夠用，最多可擴展4個機架（與CPU312IFM和CPU313配套的模塊只能裝在一個機架上），多個機架上的配置必須遵循下述原則： 接口模塊（IM）總是位于3號槽、第一個信號模塊的左邊。 每個機架上不能超過8個信號模塊（SM、FM、CP），這些模塊總是位于接口模塊的右邊。但有一個情況例外，如果選用CPU314IFM，模塊不能插入到機架3的第11號槽。 插入的模塊數(shù)（SM、FM、CP）受到背板總線允許提供電流的限制，每一排或每一機架總的電流消耗量不應(yīng)超過1.2A。多機架配置 一臺裝在4個機架上的S7-300結(jié)構(gòu)和全部模板可用的插槽。注意這種結(jié)構(gòu)不能選用CPU312IFM和CPU313。 不管采用以上哪種結(jié)構(gòu)，都必須注意選擇最小安裝間隙，以確保S7-300各模塊不要過熱，同時應(yīng)為插拔S7-3