第二講 S7-300系統(tǒng)特性及硬件介紹

第二章西門子PLC系統(tǒng)特性及硬件介紹第2章S7-300系統(tǒng)特性及硬件介紹§2.1SIMATICS7-300系統(tǒng)結(jié)構(gòu)§2.2S7-300CPU模塊§2.3信號(hào)模塊（SM）§2.4電源模塊（PS）§2.5接口模塊（IM）§2.6其他模塊（IM）§2.7SIMATICS7-300的硬件組態(tài)§2.1.1中央處理單元(CPU)§2.1.2電源單元(PS)§2.1.3信號(hào)模板(SM)§2.1.4接口模板(IM)§2.1.5功能模板(FM)§2.1.6通訊模板(CP)§2.1.7特殊模板(SM374仿真器)

§2.1S7-300系統(tǒng)組成導(dǎo)軌

PS電源模塊CPU

IM接口模塊SM:DISM:DOSM:AISM:AO

FM:-計(jì)數(shù)-定位-閉環(huán)控制

CP:-點(diǎn)-到-點(diǎn)-PROFIBUS-工業(yè)以太網(wǎng)系統(tǒng)背版總線導(dǎo)軌（機(jī)架）S7-300模塊電源模塊（選項(xiàng)）

后備電池（CPU313以上）

24VDC連接器

CPU工作模式選擇開關(guān)

CPU模塊

CPU狀態(tài)及故障指示燈

MMC存儲(chǔ)卡（CPU313以上）

MPI多點(diǎn)接口

信號(hào)模塊的前連接器

前門

信號(hào)模塊

典型系統(tǒng)結(jié)構(gòu)S7-300系統(tǒng)結(jié)構(gòu)§2.2S7-300CPU模塊§2.2.1S7-300CPU模塊的分類§2.2.2S7-300CPU模塊操作§2.2.1S7-300CPU模塊的分類緊湊型CPU（6種）標(biāo)準(zhǔn)型CPU（5種）革新型CPU（5種）戶外型CPU（3種）故障安全型CPU（3種）特種型CPU（2種）1.緊湊型CPU(1/2)CPU312C：帶有集成的數(shù)字量輸入和輸出，并具有與過程相關(guān)的功能，比較適用于具有較高要求的小型應(yīng)用。CPU運(yùn)行時(shí)需要微存儲(chǔ)卡（MMC）。CPU313C：帶有集成的數(shù)字量和模擬量的輸入和輸出，并具有與過程相關(guān)的功能，能夠滿足對(duì)處理能力和響應(yīng)時(shí)間要求較高的場(chǎng)合。CPU運(yùn)行時(shí)需要微存儲(chǔ)卡（MMC）。CPU313C-2PtP：帶有集成的數(shù)字量輸入和輸出及一個(gè)RS422/485串口，并具有與過程相關(guān)的功能，能夠滿足處理量大、響應(yīng)時(shí)間高的場(chǎng)合。CPU運(yùn)行時(shí)需要微存儲(chǔ)卡（MMC）。1.緊湊型CPU(2/2)CPU313C-2DP：帶有集成的數(shù)字量輸入和輸出，以及PROFIBUSDP主/從接口，并具有與過程相關(guān)的功能，可以完成具有特殊功能的任務(wù)，可以連接標(biāo)準(zhǔn)I/O設(shè)備。CPU運(yùn)行時(shí)需要微存儲(chǔ)卡MMC。

CPU314C-2PtP：帶有集成的數(shù)字量和模擬量I/O及一個(gè)RS422/485串口，并具有與過程相關(guān)的功能，能夠滿足對(duì)處理能力和響應(yīng)時(shí)間要求較高的場(chǎng)合。CPU運(yùn)行時(shí)需要微存儲(chǔ)卡MMC。

CPU314C-2DP：帶有集成的數(shù)字量和模擬量的輸入和輸出，以及PROFIBUSDP主/從接口，并具有與過程相關(guān)的功能，可以完成具有特殊功能的任務(wù)，可以連接單獨(dú)的I/O設(shè)備。CPU運(yùn)行時(shí)需要微存儲(chǔ)卡MMC。2.標(biāo)準(zhǔn)型CPU

CPU313：具有擴(kuò)展程序存儲(chǔ)區(qū)的低成本的CPU，比較適用于需要高速處理的小型設(shè)備。

CPU314：可以進(jìn)行高速處理以及中等規(guī)模的I/O配置，用于安裝中等規(guī)模的程序以及中等指令執(zhí)行速度的程序。

CPU315：具有中到大容量程序存儲(chǔ)器，比較適用于大規(guī)模的I/O配置。

CPU315-2DP：具有中到大容量程序存儲(chǔ)器和PROFIBUSDP主/接口，比較適用于大規(guī)模的I/O配置或建立分布式I/O系統(tǒng)。CPU316-2DP：具有大容量程序存儲(chǔ)器和PROFIBUSDP主/從接，可進(jìn)行大規(guī)模的I/O配置，比較適用于具有分布式或集中式I/O配置的工廠應(yīng)用。3.革新型CPU(1/2)

CPU312（新型）：是一款全集成自動(dòng)化（TIA）的CPU，比較適用于對(duì)處理速度中等要求的小規(guī)模應(yīng)用。CPU運(yùn)行時(shí)需要微存儲(chǔ)卡MMC。

CPU314（新型）：對(duì)二進(jìn)制和浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算具有較高的處理性能，比較適用于對(duì)程序量中等要求的應(yīng)用。CPU運(yùn)行時(shí)需要微存儲(chǔ)卡MMC。

CPU315-2DP（新型）：具有中、大規(guī)模的程序存儲(chǔ)容量和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，如果需要可以使用SIMATIC功能工具；對(duì)二進(jìn)制和浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算具有較高的處理性能；具有PROFIBUSDP主/從接口。可用于大規(guī)模的I/O配置或建立分布式I/O結(jié)構(gòu)。CPU運(yùn)行時(shí)需要微存儲(chǔ)卡MMC。3.革新型CPU(2/2)

CPU317-2DP：具有大容量程序存儲(chǔ)器，可用于要求很高的應(yīng)用；能夠滿足系列化機(jī)床、特殊機(jī)床以及車間應(yīng)用的多任務(wù)自動(dòng)化系統(tǒng)；與集中式I/O和分布式I/O一起，可用作生產(chǎn)線上的中央控制器；對(duì)二進(jìn)制和浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算具有較高的處理能力；具有PROFIBUSDP主/從接口，可用于大規(guī)模的I/O配置，可用于建立分布式I/O結(jié)構(gòu)；可選用SIMATIC工程工具，能夠在基于組件的自動(dòng)化中實(shí)現(xiàn)分布式智能系統(tǒng)。CPU運(yùn)行時(shí)需要微存儲(chǔ)卡MMC。

CPU318-2DP：具有大容量程序存儲(chǔ)器和PROFIBUSDP主/從接口，可進(jìn)行大規(guī)模的I/O配置，比較適用于分布式I/O結(jié)構(gòu)。4.戶外型CPU

CPU312IFM：具有緊湊式結(jié)構(gòu)的戶外型產(chǎn)品。內(nèi)部帶有集成的數(shù)字量I/O，具有特殊功能和特殊功能的特殊輸入。比較適用于惡劣環(huán)境下的小系統(tǒng)。

CPU314IFM：具有緊湊式結(jié)構(gòu)的戶外型產(chǎn)品。內(nèi)部帶有集成的數(shù)字量I/O，并具有擴(kuò)展的特殊功能，具有特殊功能和特殊功能的特殊輸入。比較適用于惡劣環(huán)境下且對(duì)響應(yīng)時(shí)間和特殊功能有較高要求的系統(tǒng)。

CPU314（戶外型）：具有高速處理時(shí)間和中等規(guī)模I/O配置的CPU。比較適用于惡劣環(huán)境下，要求中等規(guī)模的程序量和中等規(guī)模的指令執(zhí)行時(shí)間的系統(tǒng)。5.故障安全型CPU(1/3)

CPU315F：基于SIMATICCPUS7-300C，集成有PROFIBUSDP主/從接口，可以組態(tài)為一個(gè)故障安全型系統(tǒng)，滿足安全運(yùn)行的需要。使用帶有PROFIBUS協(xié)議的PROFIBUSDP可實(shí)現(xiàn)與安全相關(guān)的通訊；CPU運(yùn)行時(shí)需要微存儲(chǔ)卡MMC。5.故障安全型CPU(2/3)

CPU315F-2DP：基于SIMATICCPU315-2DP，集成有一個(gè)MPI接口、一個(gè)DP/MPI接口，可以組態(tài)為一個(gè)故障安全型自動(dòng)化系統(tǒng)，滿足安全運(yùn)行的需要。使用帶有PROFIsafe協(xié)議的PROFIBUSDP可實(shí)現(xiàn)與安全無關(guān)的通訊；標(biāo)準(zhǔn)模塊的集中式和分布式使用，可滿足與故障安全無關(guān)的應(yīng)用。CPU運(yùn)行時(shí)需要微存儲(chǔ)卡MMC。5.故障安全型CPU(3/3)

CPU317F-2DP：具有大容量程序存儲(chǔ)器、一個(gè)PROFIBUSDP主/從接口、一個(gè)DP主/從MPI接口，兩個(gè)接口可用于集成故障安全模塊，可以組態(tài)為一個(gè)故障安全型自動(dòng)化系統(tǒng)，可滿足安全運(yùn)行的需要?？梢耘c故障安全型ET200MI/O模塊進(jìn)行集中式和分布式連接；與故障安全型ET200SPROFIsafeI/O模塊可進(jìn)行分布式連接；標(biāo)準(zhǔn)模塊的集中式和分布式使用，可滿足與故障安全無關(guān)的應(yīng)用。CPU運(yùn)行時(shí)需要微存儲(chǔ)卡MMC。6.特種型CPU(1/2)

CPU317T-2DP：除具有CPU317-2DP的全部功能外，增加了智能技術(shù)/運(yùn)動(dòng)控制功能，能夠滿足系列化機(jī)床、特殊機(jī)床以及車間應(yīng)用的多任務(wù)自動(dòng)化系統(tǒng)，特別適用于同步運(yùn)動(dòng)序列（如與虛擬/實(shí)際主設(shè)備的耦合、減速器同步、凸輪盤或印刷點(diǎn)修正等）；增加了本機(jī)I/O，可實(shí)現(xiàn)快速技術(shù)功能（如凸輪切換、參考點(diǎn)探測(cè)等）；增加了PROFBUSDP（DRIVE）接口，可用來實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)部件的等時(shí)連接。與集中式I/O和分布式I/O一起，可用作生產(chǎn)線上的中央控制器；在PROFIBUSDP上，可實(shí)現(xiàn)基于組件的自動(dòng)化分布式智能系統(tǒng)。

6.特種型CPU(2/2)

CPU317-2PN/DP：具有大容量程序存儲(chǔ)器，可用于要求很高的應(yīng)用；能夠在PROFInet上實(shí)現(xiàn)基于組件的自動(dòng)化分布式智能系統(tǒng)；借助PROFInet代理，可用于基于部件的自動(dòng)化（CBA）中的PROFIBUSDP智能設(shè)備；借助集成的PROFInetI/O控制器，可用在PROFInet上運(yùn)行分布式I/O；能夠滿足系列化機(jī)床、特殊機(jī)床以及車間應(yīng)用的多任務(wù)自動(dòng)化系統(tǒng)；與集中式I/O和分布式I/O一起，可用作生產(chǎn)線上的中央控制器；可用于大規(guī)模的I/O配置、建立分布式I/O結(jié)構(gòu)；對(duì)二進(jìn)制和浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算具有較高的處理能力；組合了MPI/PROFIBUSDP主/從接口；可選用SIMATIC工程工具。CPU運(yùn)行時(shí)需要微存儲(chǔ)卡MMC。

§2.2.2S7-300CPU模塊操作

RUN-P：可編程運(yùn)行模式。在此模式下，CPU不僅可以執(zhí)行用戶程序，在運(yùn)行的同時(shí)，還可以通過編程設(shè)備（如裝有STEP7的PG、裝有STEP7的計(jì)算機(jī)等）讀出、修改、監(jiān)控用戶程序。

RUN：運(yùn)行模式。在此模式下，CPU執(zhí)行用戶程序，還可以通過編程設(shè)備讀出、監(jiān)控用戶程序，但不能修改用戶程序。1.模式選擇開關(guān)(1/1)STOP：停機(jī)模式。在此模式下，CPU不執(zhí)行用戶程序，但可以通過編程設(shè)備（如裝有STEP7的PG、裝有STEP7的計(jì)算機(jī)等）從CPU中讀出或修改用戶程序。在此位置可以拔出鑰匙。

MRES：存儲(chǔ)器復(fù)位模式。該位置不能保持，當(dāng)開關(guān)在此位置釋放時(shí)將自動(dòng)返回到STOP位置。將鑰匙從STOP模式切換到MRES模式時(shí)，可復(fù)位存儲(chǔ)器，使CPU回到初始狀態(tài)。1.模式選擇開關(guān)(2/2)2.狀態(tài)及故障顯示(1/2)

SF（紅色）：系統(tǒng)出錯(cuò)/故障指示燈。CPU硬件或軟件錯(cuò)誤時(shí)亮。

BATF（紅色）：電池故障指示燈（只有CPU313和314配備）。當(dāng)電池失效或未裝入時(shí)，指示燈亮。

DC5V（綠色）：＋5V電源指示燈。CPU和S7-300總線的5V電源正常時(shí)亮。

FRCE（黃色）：強(qiáng)制作業(yè)有效指示燈。至少有一個(gè)I/O被強(qiáng)制狀態(tài)時(shí)亮。

RUN（綠色）：運(yùn)行狀態(tài)指示燈。CPU處于“RUN”狀態(tài)時(shí)亮；LED在“Startup”狀態(tài)以2Hz頻率閃爍；在“HOLD”狀態(tài)以0.5Hz頻率閃爍。2.狀態(tài)及故障顯示(2/2)

STOP（黃色）：停止?fàn)顟B(tài)指示燈。CPU處于“STOP”或“HOLD”或“Startup”狀態(tài)時(shí)亮；在存儲(chǔ)器復(fù)位時(shí)LED以0.5Hz頻率閃爍；在存儲(chǔ)器置位時(shí)LED以2Hz頻率閃爍。

BUSDF（BF）（紅色）：總線出錯(cuò)指示燈（只適用于帶有DP接口的CPU）。出錯(cuò)時(shí)亮。

SFDP：DP接口錯(cuò)誤指示燈（只適用于帶有DP接口的CPU）。當(dāng)DP接口故障時(shí)亮?！?.3.1數(shù)字量信號(hào)模塊§2.3.2模擬量信號(hào)模塊§2.3.3傳感器與AI的連接§2.3.4熱敏電阻與AI的連接§2.3.5熱電偶與AI的連接§2.3.6電壓輸出型模塊的連接§2.3.7電流輸出型模塊的連接§2.3信號(hào)模塊（SM）§2.3.1數(shù)字量信號(hào)模塊SM321數(shù)字量輸入模塊（DI）SM322數(shù)字量輸出模塊（DO）SM323/SM327數(shù)字量輸入/輸出模塊（DI/DO）SM374仿真模塊

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(chǎng)的數(shù)字信號(hào)電平轉(zhuǎn)換成PLC內(nèi)部信號(hào)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(hào)狀態(tài)經(jīng)過背板總線進(jìn)入輸入映像區(qū)。根據(jù)輸入信號(hào)的極性和輸入點(diǎn)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。直流32點(diǎn)數(shù)字量輸入模塊的內(nèi)部電路及外部端子接線圖1.數(shù)字量輸入模塊(DI)(1/2)交流32點(diǎn)數(shù)字量輸入模塊的內(nèi)部電路及外部端子接線圖1.數(shù)字量輸入模塊(DI)(2/2)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(hào)電平轉(zhuǎn)換成現(xiàn)場(chǎng)所需要的外部信號(hào)電平，可直接驅(qū)動(dòng)電磁閥線圈、接觸器線圈、微型電動(dòng)機(jī)、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32點(diǎn)數(shù)字量晶體管輸出模塊的內(nèi)部電路及外部端子接線圖2.數(shù)字量輸出模塊(DO)(1/3)32點(diǎn)數(shù)字量晶閘管輸出模塊的內(nèi)部電路及外部端子接線圖2.數(shù)字量輸出模塊(DO)(2/3)16點(diǎn)數(shù)字量繼電器輸出模塊的內(nèi)部電路及外部端子接線圖2.數(shù)字量輸出模塊(DO)(3/3)SM323DI16/DO16×24VDC/0.5A內(nèi)部電路及外部端子接線圖3.數(shù)字量輸入/輸出模塊(DI/DO)(1/2)SM327DI8/DX8內(nèi)部電路及外部端子接線圖3.數(shù)字量輸入/輸出模塊(DI/DO)(2/2)§2.3.2

模擬量信號(hào)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和模擬量輸入/輸出模塊SM334和SM335。SM331模擬量輸入模塊（AI）SM332模擬量輸出模塊（AO）SM334模擬量輸入/輸出模塊（AI/AO）模擬量輸入模塊SM331模塊主要由A/D轉(zhuǎn)換器、切換開關(guān)、恒流源、補(bǔ)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(hào)轉(zhuǎn)換為PLC內(nèi)部處理用的數(shù)字信號(hào)。其主要功能有：分辨率可調(diào)，可從9~15位加符號(hào)位；A/D轉(zhuǎn)換器采用積分法，4檔積分時(shí)間為2.5ms、16.7ms、20ms和100ms;測(cè)量范圍廣，電壓和電流傳感器、熱電偶、電阻和電阻式溫度計(jì)均可作為傳感器與之連接。在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)該用STEP7的組態(tài)工具對(duì)未使用的模擬量通道進(jìn)行屏蔽。AI8×13位模擬量輸入模塊1.模擬量輸入模塊(AI)模擬量輸出模塊

SM332模擬量輸出模塊目前有3種型號(hào)，即AO4×12位模塊、AO2×12位模塊、AO4×16位模塊、如AO4×12位模塊，有4個(gè)通道，每個(gè)通道都可單獨(dú)設(shè)置為電壓輸出或電流輸出，輸出精度為12位，模塊對(duì)CPU背板總線和負(fù)載電壓都有光隔離。在輸出電壓時(shí)，可以采用二線回路或四線回路兩種方式與負(fù)載相連。模擬量輸出通道的轉(zhuǎn)換時(shí)間和模塊的循環(huán)時(shí)間：每個(gè)通道的最大轉(zhuǎn)換時(shí)間為0.8~1.5ms，建立時(shí)間為0.1~0.5ms，模塊的循環(huán)時(shí)間為所有激活的AO通道的轉(zhuǎn)換時(shí)間與建立時(shí)間的總和；AO4×12位模擬量輸出模塊2.模擬量輸出模塊(AO)SM334AI4/AO2×8/8Bit的模擬量輸入/輸出模塊3.模擬量輸入/輸出模塊(AI/AO)模擬值的表示模擬量輸入/輸出模塊中模擬量對(duì)應(yīng)的數(shù)字稱為模擬值，模擬值用16位二進(jìn)制補(bǔ)碼定點(diǎn)數(shù)來表示，最高位（第15位）為符號(hào)位，正數(shù)的符號(hào)位為0，負(fù)數(shù)的符號(hào)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9~15位（與模塊的型號(hào)有關(guān)，不包括符號(hào)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(hào)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(duì)齊”。電壓測(cè)量范圍為±l0~±lV的模擬值表示如表所示模擬量輸入模塊測(cè)量范圍的設(shè)定模擬量輸入模塊的輸入信號(hào)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(gè)通道為一組，共用一個(gè)量程卡，下圖中的模塊共用8個(gè)通道，因此有4個(gè)量程卡。量程卡可以設(shè)定為“A”、“B”、“C”、“D”4個(gè)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(duì)，則量程卡被設(shè)置在C位置。模塊出廠時(shí)，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：模擬量模塊參數(shù)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(dòng)態(tài)參數(shù)和靜態(tài)參數(shù)兩種。通常使用STEP7對(duì)模擬量模塊進(jìn)行靜態(tài)與動(dòng)態(tài)參數(shù)賦值，此時(shí)CPU