PLC應(yīng)用技術(shù)圖解項(xiàng)目化教程（西門子S7-300）(第3版)課件-項(xiàng)目2 典型S7-300PLC硬件控制系統(tǒng)安裝

項(xiàng)目2典型S7-300PLC硬件控制系統(tǒng)安裝1.理解并能掌握中央處理器CPU的功能2．學(xué)習(xí)并掌握典型S7-300PLC硬件外觀結(jié)構(gòu)圖及CPU的功能及模塊種類3.掌握信號(hào)模塊、電源模塊、編程器的功能及應(yīng)用4.了解智能I/O接口、通信接口、HMI及S7-300PLC結(jié)構(gòu)特點(diǎn)5.能獨(dú)立操作完成典型S7-300PLC硬件安裝過(guò)程。6.學(xué)習(xí)并掌握典型S7-300PLC的硬件安裝及注意事項(xiàng)2.1項(xiàng)目要求及學(xué)習(xí)目標(biāo)2.2相關(guān)知識(shí)

2.2.1典型S7-300PLC的硬件外觀結(jié)構(gòu)02

模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的S7-300PLC系列安裝結(jié)構(gòu)2.2.2CPU模塊種類（1）接收與存儲(chǔ)用戶由編程器鍵入的用戶程序和數(shù)據(jù)；（2）檢查編程過(guò)程中的語(yǔ)法錯(cuò)誤，診斷電源及PLC內(nèi)部的工作故障；（3）用掃描方式工作，接收來(lái)自現(xiàn)場(chǎng)的輸入信號(hào)，并輸入到輸入映像寄存器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中；（4）在進(jìn)入運(yùn)行方式后，從存儲(chǔ)器中逐條讀取并執(zhí)行用戶程序，完成用戶程序所規(guī)定的邏輯運(yùn)算、算術(shù)運(yùn)算及數(shù)據(jù)處理等操作；（5）根據(jù)運(yùn)算結(jié)果，更新有關(guān)標(biāo)志位的狀態(tài)，刷新輸出映像寄存器的內(nèi)容，再經(jīng)輸出部件實(shí)現(xiàn)輸出控制、打印制表或數(shù)據(jù)通信等功能。S7-300有各種型號(hào)CPU適用于不同等級(jí)的控制要求，有的CPU模塊集成了數(shù)字量I/O，有的同時(shí)集成了數(shù)字量的I/O和模擬量I/O。CPU內(nèi)的元件封裝在一個(gè)精致塑料殼內(nèi)，面板上有狀態(tài)和故障LED指示燈、模式選擇開關(guān)和通信接口。微存儲(chǔ)卡插槽可以插入多達(dá)數(shù)兆字節(jié)的微存儲(chǔ)卡（MMC），用于斷電后程序和數(shù)據(jù)的保存。MMC卡用做CPU的裝載存儲(chǔ)器，程序和數(shù)據(jù)下載后保存在MMC卡內(nèi)。1.中央處理器CPU的功能2.CPU模塊分為S7-31xC有6種緊湊型CPU，CPU312C、CPU313C、CPU313C-2PtP、CPU313C-2DP、CPU314C-2PtP、CPU314C-2DP。它們均有集成的數(shù)字量輸入和輸出，有的集成模擬量的輸入和輸出，它們還有集成的高速計(jì)數(shù)、頻率測(cè)量、脈沖輸出、閉環(huán)控制和定位等技術(shù)功能，脈寬調(diào)制頻率最高為2.5kHz。CPU運(yùn)行時(shí)需要微存儲(chǔ)卡。型號(hào)中帶2DP的CPU有一個(gè)MPI接口和一個(gè)DP接口，型號(hào)中帶2PtP的CPU表示有一個(gè)MPI接口和一個(gè)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)串行通信接口。（1）緊湊型CPU系列2.CPU模塊分為標(biāo)準(zhǔn)型CPU包括CPU312、CPU314、CPU315-2DP、CPU315-2PN/DP、CPU317-2DP、CPU317-2PN/DP和CPU319-3PN/DP。型號(hào)中帶有PN/DP的CPU有一個(gè)PROFINET接口和一個(gè)MPI/DP接口。（2）標(biāo)準(zhǔn)型CPU系列CPU315T-2DP和CPU317T-2DP有極高的處理速度，用于對(duì)PLC性能以及運(yùn)動(dòng)控制功能具有較高要求的設(shè)備。除了準(zhǔn)確的單軸定位功能外，還適用于復(fù)雜的同步運(yùn)動(dòng)控制，一個(gè)通信接口是DP/MPI接口，另一個(gè)DP接口用于連接帶PROFIBUS接口的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。技術(shù)功能型CPU還有本機(jī)集成的4點(diǎn)數(shù)字量輸入和8點(diǎn)數(shù)字量輸出，使用標(biāo)準(zhǔn)的編程語(yǔ)言編程，無(wú)需專用的運(yùn)動(dòng)控制語(yǔ)言。（3）技術(shù)功能型CPU系列（4）故障安全型CPU系列

故障安全型CPU包括CPU315F-2DP、CPU315F-2PN/DP、CPU317F-2DP和CPU317F-2PN/DP。它們用于組成故障安全型自動(dòng)化系統(tǒng)，以滿足安全運(yùn)行的需要，使用內(nèi)置的DP接口和PROFIsafe協(xié)議，可以在標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)報(bào)文中傳輸帶有安全功能的用戶數(shù)據(jù)。不需要對(duì)故障安全I(xiàn)/O進(jìn)行額外的布線，就可以實(shí)現(xiàn)與故障安全有關(guān)的通信。(5)SIPLUS戶外型CPU

SIPLUSCPU包括SIPLUS緊湊型CPU、SIPLUS標(biāo)準(zhǔn)型CPU和SIPLUS故障安全型CPU。這些模塊可以在環(huán)境溫度-25~+70攝氏度和有害氣體的環(huán)境運(yùn)行。CPU31xC系列的CPU模塊的結(jié)構(gòu)2.2.3信號(hào)模塊（SM）

信號(hào)模塊（SM），包括數(shù)字量（開關(guān)量）輸入模塊（DI）、數(shù)字量（開關(guān)量）輸出模塊（DO）、數(shù)字量輸入/輸出(DI/DO)模塊、模擬量輸入(AI)模塊、模擬量輸出(AO)模塊、模擬量輸入/輸出（AI/AO）模塊、FM模塊等。

S7-300系列PLC的輸入/輸出模塊的外部接線接在插入式前連接器的端子上，前連接器插在前門后面的凹槽內(nèi)。這樣不需要斷開前連接器上的外部接線，就可以迅速地更換模塊。第一次插入前連接器時(shí)，它被編碼，以后該前連接器只能插入同樣類型的模塊中。2.2.3信號(hào)模塊（SM）

信號(hào)模塊面板上的LED燈用來(lái)顯示各數(shù)字量輸入/輸出點(diǎn)的信號(hào)狀態(tài)，現(xiàn)場(chǎng)輸入信號(hào)觸點(diǎn)接通時(shí)，相應(yīng)地址的模塊面板LED燈亮，當(dāng)有輸出信號(hào)時(shí)，相應(yīng)地址的模塊面板LED燈亮，結(jié)合程序的監(jiān)控狀態(tài)，用來(lái)調(diào)試程序，很重要。模塊安裝在DIN標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)軌上，通過(guò)總線連接器與相鄰的模塊連接。模塊的默認(rèn)地址由模塊所在位置決定，也可以用STEP7軟件在硬件組態(tài)中指定模塊的地址。2.2.3信號(hào)模塊（SM）PLC的前連接器、前門和模塊面板LED燈的位置。1.數(shù)字量輸入（DI）模塊SM321來(lái)自現(xiàn)場(chǎng)的開關(guān)信號(hào)有按鈕信號(hào)、各種行程開關(guān)信號(hào)、過(guò)載信號(hào)、繼電器觸點(diǎn)的斷開和閉合信號(hào)、傳感器信號(hào)等。數(shù)字量輸入模塊將來(lái)自現(xiàn)場(chǎng)的開關(guān)信號(hào)電平轉(zhuǎn)換成PLC內(nèi)部信號(hào)電平，經(jīng)過(guò)光電隔離和濾波后，送到輸入緩沖區(qū)等待CPU采樣，采樣后的信號(hào)狀態(tài)經(jīng)過(guò)背板總線進(jìn)入到輸入映像寄存器區(qū)。用于采集直流信號(hào)的模塊稱為直流輸入模塊，其名稱含有24VDC，額定輸入電壓為直流24V；用于采集交流信號(hào)的模塊稱為交流輸入模塊，其名稱含120/230VAC，額定輸入電壓為交流120V或230V。如果信號(hào)線不是很長(zhǎng)，PLC所處的物理環(huán)境較好，電磁干擾較輕，應(yīng)考慮優(yōu)先選用以DC24V的直流輸入模塊。交流輸入方式適合于有油霧、粉塵的惡劣環(huán)境下使用。1.數(shù)字量輸入（DI）模塊SM321對(duì)用戶來(lái)說(shuō)，數(shù)字量輸入模塊SM321有多種型號(hào)的模塊可供選擇，分別是DC16點(diǎn)輸入、DC32點(diǎn)輸入、AC16點(diǎn)輸入、AC8點(diǎn)輸入模塊。數(shù)字量輸入模塊上每個(gè)輸入點(diǎn)的輸入狀態(tài)是用一個(gè)綠色的發(fā)光二極管LED指示燈來(lái)顯示的，輸入開關(guān)閉合，發(fā)光二極管LED點(diǎn)亮。反之，輸入開關(guān)斷開時(shí)，發(fā)光二極管LED燈滅。1.數(shù)字量輸入（DI）模塊SM3212.數(shù)字量輸出（DO）模塊SM322由PLC產(chǎn)生的各種輸出控制信號(hào)經(jīng)輸出接口去控制和驅(qū)動(dòng)負(fù)載(如指示燈的亮或滅、電動(dòng)機(jī)的啟?；蛘崔D(zhuǎn)、設(shè)備的轉(zhuǎn)動(dòng)、平移、升降、閥門的通斷等)。所以PLC輸出接口所帶的負(fù)載，通常是接觸器的線圈、電磁閥的線圈、信號(hào)指示燈等。按負(fù)載回路使用的電源不同，數(shù)字輸出模塊可以分為直流輸出模塊、交流輸出模塊、交直流兩用輸出模塊。2.數(shù)字量輸出（DO）模塊SM322

可分為晶體管輸出型、雙向晶閘管(可控硅)輸出型和繼電器輸出型。如圖2-8，2-9，2-10所示。3.數(shù)字量輸入/輸出（DI/DO）模塊SM3234.模擬量輸入/輸出（AI/AO）模塊（1）模擬量輸入（AI）模塊SM331（2）模擬量輸出（AO）模塊SM332（3）模擬量輸入/輸出（AI/AO）模塊SM3342.2.4電源（PS）模塊PS3071.電源模塊PS307用于將120/230V交流電壓轉(zhuǎn)換為24V直流電壓。2.根據(jù)輸出電流的不同。有3種規(guī)格的電源模塊可選，2A、5A、10A。2.2.5編程器

編程器：用于用戶程序的輸入、編輯、調(diào)試和監(jiān)視，還可以通過(guò)其鍵盤去調(diào)用和顯示PLC的一些內(nèi)部繼電器狀態(tài)和系統(tǒng)參數(shù)。它經(jīng)過(guò)編程器接口與CPU聯(lián)系，完成人機(jī)對(duì)話。用PC機(jī)作編程器。2.2.6智能I/O接口

為適應(yīng)和滿足更加復(fù)雜控制功能的需要，PLC生產(chǎn)廠家均生產(chǎn)了各種不同功能的智能I/O接口，這些I/O接口塊上一般都有獨(dú)立的微處理器和控制軟件，可以獨(dú)立地工作，以便減少CPU模塊的壓力。2.2.7通信接口

通信接口有串行接口和并行接口兩種。它們都在專用系統(tǒng)軟件的控制下，遵循國(guó)際上多種規(guī)范的通信協(xié)議來(lái)工作。用戶應(yīng)根據(jù)不同的設(shè)備要求選擇相應(yīng)的通信方式并配置合適的通信接口。2.2.8人-機(jī)操作界面HMI

1.觸摸屏觸摸屏是通過(guò)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(duì)要監(jiān)控的機(jī)器和生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行真實(shí)的圖形顯示。2.組態(tài)軟件SIMATICWinCC變量管理器：用于管理內(nèi)部變量和外部變量。圖形編輯器：用于可自由組態(tài)的監(jiān)控和操作。報(bào)警記錄編輯器：用于在DIN19-235的基礎(chǔ)上獲取和存檔事件。變量記錄編輯器：用于壓縮和存儲(chǔ)被測(cè)數(shù)值和菜單處理。報(bào)表編輯器：用于受時(shí)間控制和事件驅(qū)動(dòng)的帶有可自由組態(tài)的項(xiàng)目文件。2.2.9S7-300PLC結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

S7-300改變了以往模塊式PLC采用的總線底板結(jié)構(gòu)，從硬件上省去總線底板和排風(fēng)扇，而采用了背板總線，即將總線集成在每個(gè)模塊上，所有的模塊通過(guò)總線連接器進(jìn)行級(jí)連擴(kuò)展，使得結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。1.采用集成的背板總線2.2.9S7-300PLC結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

由于省去了總線底板，使得安裝各個(gè)模塊的機(jī)架只有DIN標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)軌，可以選擇橫向或者豎向安裝。安裝模塊時(shí)只需要將模塊鉤在導(dǎo)軌上，轉(zhuǎn)動(dòng)到位后用螺釘鎖緊。有可拆卸式機(jī)械編碼前連接器，螺釘型或彈簧型接線端子，更換模塊時(shí)只需要松開安裝螺釘，拔下已經(jīng)接線的前連接器，即可更換。2.采用DIN標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)軌，安裝和更換模塊方便2.2.9S7-300PLC結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

所有的模塊都有相同的安裝深度，因此信號(hào)模塊和通信模塊可以不受限制地插到SM區(qū)的任何一個(gè)槽位上，使得硬件組態(tài)非常靈活。3.硬件組態(tài)靈活2.2.9S7-300PLC結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

每個(gè)機(jī)架上最多可安裝8個(gè)信號(hào)模塊（SM），當(dāng)需要的SM超過(guò)8個(gè)時(shí)，可以通過(guò)IM365（機(jī)架距離最遠(yuǎn)1米）或者IM360/361（機(jī)架距離最遠(yuǎn)10米），安裝擴(kuò)展機(jī)架，每個(gè)擴(kuò)展機(jī)架上最多可安裝8個(gè)信號(hào)模塊，一個(gè)S7-300系統(tǒng)最多可安裝3個(gè)擴(kuò)展機(jī)架，最多可安裝32個(gè)信號(hào)模塊。4.機(jī)架擴(kuò)展方便2.3項(xiàng)目解決步驟

步驟1.畫出典型S7-300PLC的硬件外觀結(jié)構(gòu)圖步驟2.理解并熟悉中央處理器CPU的功能及CPU模塊種類步驟3.講述信號(hào)模塊、電源模塊、編程器的功能及應(yīng)用步驟4.講述智能I/O接口、通信接口、HMI及S7-300PLC結(jié)構(gòu)特點(diǎn)2.3項(xiàng)目解決步驟

步驟5.講述PLC安裝環(huán)境，能獨(dú)立操作完成典型S7-300PLC的硬件安裝過(guò)程。1.安裝導(dǎo)軌，必須安裝接地線及導(dǎo)軌的安裝距離要符合標(biāo)準(zhǔn)。2.在導(dǎo)軌上安裝電源模塊。將連好電源線的電源模塊一端套在導(dǎo)軌凸起處，旋轉(zhuǎn)向下，用螺絲旋緊，將市電接入電源模塊上的三個(gè)端子（L1、N、接地）上。3.不需要擴(kuò)展機(jī)架，CPU模塊緊挨著電源模塊安裝，將總線連接器插到CPU模塊背板總線處，一端套在導(dǎo)軌的凸起處，另一端向下旋轉(zhuǎn)，到達(dá)導(dǎo)軌位置后，旋緊螺絲，此時(shí)可以將模塊插入標(biāo)簽，將電源模塊的輸出DC24V線連到CPU模塊的L+和M。4.把輸入模塊背板總線一側(cè)插入總線連接器，一端套在導(dǎo)軌凸起處，背板總線另一側(cè)