工業(yè)自動化技術(shù) 課件 第1-4章 工業(yè)自動化系統(tǒng)概述-PLC的硬件設(shè)計(jì)

工業(yè)自動化概念

隨著計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)的發(fā)展，企業(yè)對生產(chǎn)過程的自動控制和信息通訊提出了更高的要求。工業(yè)自動化系統(tǒng)已經(jīng)從單機(jī)的可編程控制器（PLC，ProgrammableController）控制發(fā)展到多PLC以及包含人機(jī)界面（HMI，HumanMachineInterface）的網(wǎng)絡(luò)控制。目前PLC技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)和HMI監(jiān)控技術(shù)已廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代工業(yè)的各個方面，涵蓋了產(chǎn)品制造與過程控制領(lǐng)域，包括鋼鐵、機(jī)械、冶金、石化、玻璃、水泥、水處理、垃圾處理、食品和飲料業(yè)、包裝、港口、紡織、石油和天然氣、電力、汽車等各個行業(yè)。2024/7/23第1章工業(yè)自動化系統(tǒng)概述1/2西門子工業(yè)自動化系統(tǒng)2024/7/23第1章工業(yè)自動化系統(tǒng)概述2/2可編程序控制器的產(chǎn)生20世紀(jì)60年代，生產(chǎn)過程及各種設(shè)備的控制主要是繼電器控制系統(tǒng)。繼電器控制簡單、實(shí)用，但存在著明顯的缺點(diǎn)：控制設(shè)備體積大，動作速度慢，可靠性低，特別是由于它是靠硬連線邏輯構(gòu)成的系統(tǒng)，接線復(fù)雜，一旦動作順序或生產(chǎn)工藝發(fā)生變化時，就必須進(jìn)行重新設(shè)計(jì)、布線、裝配和調(diào)試，所以通用性和靈活性都較差。生產(chǎn)企業(yè)迫切需要一種使用方便靈活、性能完善、工作可靠的新一代生產(chǎn)過程自動控制系統(tǒng)。

1968年美國最大的汽車制造商通用汽車公司（GM），為了適應(yīng)汽車型號不斷更新的需要，想尋找一種方法，盡可能減少重新設(shè)計(jì)系統(tǒng)和接線的工作量，降低成本。為此，美國通用汽車公司公開招標(biāo)，提出需要一種新型的工業(yè)控制裝置，即保留繼電器控制系統(tǒng)的簡單易懂、操作方便和價格便宜等優(yōu)點(diǎn)，又具有較強(qiáng)的控制功能性、靈活性和通用性。2024/7/23第2章可編程控制器基礎(chǔ)3/9可編程序控制器的產(chǎn)生1969年美國數(shù)字公司（DEC）根據(jù)招標(biāo)的要求研制出了世界上第一臺可編程邏輯控制器（ProgrammableLogicController，簡稱PLC），并在通用公司汽車生產(chǎn)線上首次應(yīng)用成功。初期的PLC僅具備邏輯控制、定時、計(jì)數(shù)等功能，只是用它來取代繼電器控制。

20世紀(jì)70年代中期，由于計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展，PLC采用通用微處理器為核心，不再局限于邏輯控制，具有了函數(shù)運(yùn)算、高速計(jì)數(shù)、中斷技術(shù)和PID控制等功能，并可與上位機(jī)通訊、實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，故改稱為可編程控制器（ProgrammableController，簡稱PC）。但由于PC已成為個人計(jì)算機(jī)（PersonalComputer）的代名詞，為了不與之混淆，人們習(xí)慣上仍將可編程控制器簡稱為PLC。經(jīng)過短短的幾十年發(fā)展，可編程控制器已經(jīng)成為自動化技術(shù)的三大支柱（PLC、機(jī)器人和CAD／CAM）之一。2024/7/23第2章可編程控制器基礎(chǔ)4/9可編程序控制器的定義“可編程序控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)，它采用可編程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作命令，并通過數(shù)字式，模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P(guān)的設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個整體，易于擴(kuò)充功能的原則而設(shè)計(jì)?！?024/7/23第2章可編程控制器基礎(chǔ)5/9可編程序控制器的特點(diǎn)及應(yīng)用特點(diǎn)：可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)結(jié)構(gòu)簡單，應(yīng)用靈活編程方便，易于使用功能完善，適用性強(qiáng)應(yīng)用領(lǐng)域：邏輯控制運(yùn)動控制閉環(huán)過程控制工業(yè)網(wǎng)絡(luò)通信2024/7/23第2章可編程控制器基礎(chǔ)6/9可編程序控制器的分類整體式結(jié)構(gòu)模塊式結(jié)構(gòu)通用型專用型按照I/O點(diǎn)數(shù)容量分類按照結(jié)構(gòu)形式分類按照使用情況分類小型機(jī)中型機(jī)大型機(jī)

2024/7/23第2章可編程控制器基礎(chǔ)7/9可編程序控制器的硬件組成整體式PLC的結(jié)構(gòu)組成2024/7/23第2章可編程控制器基礎(chǔ)8/9可編程序控制器的硬件組成模塊式PLC的結(jié)構(gòu)組成2024/7/23第2章可編程控制器基礎(chǔ)9/9可編程序控制器的工作特點(diǎn)CPU自檢通信處理讀取輸入執(zhí)行程序刷新輸出PLC的掃描周期2024/7/23第2章可編程控制器基礎(chǔ)10/9PLC采用輸入/輸出映象寄存器的優(yōu)點(diǎn)

在CPU一個掃描周期中，輸入映象寄存器向用戶程序提供一個始終一致的過程信號映象，這樣保證CPU在執(zhí)行用戶程序過程中數(shù)據(jù)的一致性。在CPU掃描周期結(jié)束時，將輸出映象寄存器的最終結(jié)果送給外設(shè)，避免了輸出信號的抖動。由于輸入/輸出映象寄存器區(qū)位于CPU的系統(tǒng)存儲器區(qū)，訪問速度比直接訪問信號模塊要快，縮短了程序執(zhí)行時間?？垢蓴_能力強(qiáng)。在CPU掃描周期中，僅在開始的很短時間內(nèi)讀取輸入模塊的狀態(tài)值，存入輸入映象寄存器，以后輸入模塊的干擾信號不會影響CPU程序的執(zhí)行。即使在某個掃描周期干擾侵入，并造成輸出值錯誤，由于掃描周期時間遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于執(zhí)行器的機(jī)電時間常數(shù)，因此當(dāng)它還沒有來得及使執(zhí)行器發(fā)生錯誤的動作，下一個掃描周期正確的輸出就會將其糾正，使PLC的可靠性顯得更高。2024/7/23第2章可編程控制器基礎(chǔ)11/9物料灌裝自動生產(chǎn)線物料灌裝自動生產(chǎn)線示意圖PROFIBUS2024/7/23第3章自動化工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)12/28自動化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程PLC控制方案設(shè)計(jì)流程圖確定系統(tǒng)控制任務(wù)與設(shè)計(jì)要求制定電氣控制方案確定控制系統(tǒng)的輸入輸出信號硬件選型與配置I/O分配、繪制接線圖修改程序交付使用制作控制柜輸入輸出配線編寫符號表、設(shè)計(jì)控制程序現(xiàn)場運(yùn)行調(diào)試項(xiàng)目歸檔YN程序初步調(diào)試安裝硬件模塊、I/O連線是否滿足要求？2024/7/23第3章自動化工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)13/28確定系統(tǒng)控制任務(wù)與設(shè)計(jì)要求了解機(jī)械運(yùn)動與電氣執(zhí)行元件之間的關(guān)系，仔細(xì)分析被控對象的控制過程和控制要求，熟悉工藝流程及設(shè)備性能，明確各項(xiàng)任務(wù)的要求、約束條件及控制方式。對于較復(fù)雜的控制系統(tǒng)，還可將控制任務(wù)分成幾個獨(dú)立的部分，這樣可以化繁為簡，有利于編程和調(diào)試。2024/7/23第3章自動化工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)14/28制定電氣控制方案根據(jù)生產(chǎn)工藝和機(jī)械運(yùn)動的控制要求，確定控制系統(tǒng)的工作方式，例如全自動、半自動、手動、單機(jī)運(yùn)行、多機(jī)聯(lián)線運(yùn)行等。還要確定控制系統(tǒng)應(yīng)有的其他功能，例如故障診斷與顯示報警、緊急情況的處理、管理功能、網(wǎng)絡(luò)通信等。2024/7/23第3章自動化工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)15/28確定控制系統(tǒng)的輸入輸出信號1.控制對象的類型數(shù)字量輸出對象:繼電器電磁閥電動機(jī)起動器指示燈蜂鳴器等模擬量輸入對象:溫度壓力流量液位電動機(jī)電流等數(shù)字（開關(guān)）量型模擬量型數(shù)字量輸入對象:按鈕選擇開關(guān)行程開關(guān)限位開關(guān)光電開關(guān)等模擬量輸出對象:電動調(diào)節(jié)閥變頻器等2024/7/23第3章自動化工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)16/28確定控制系統(tǒng)的輸入輸出信號外部負(fù)載電壓等級:DC24/48VDC48～125VAC120/230V外部輸入傳感器信號的類型（如電壓、電流、電阻等）及測量的量程范圍數(shù)字（開關(guān)）量型模擬量型外部輸入信號電壓等級:DC24VDC48125VAC120/230V外部負(fù)載的類型（如電壓或電流）及對應(yīng)的輸出值范圍2.控制對象的數(shù)值范圍2024/7/23第3章自動化工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)17/28硬件選型與配置PLC選型主要考慮以下幾點(diǎn)：I/O信號的點(diǎn)數(shù)根據(jù)已經(jīng)確定的I/O設(shè)備，統(tǒng)計(jì)所需要的I/O信號的點(diǎn)數(shù)，選擇是否支持?jǐn)U展機(jī)架的CPU網(wǎng)絡(luò)通信的模式特殊功能需求根據(jù)信號傳輸方式所需要的網(wǎng)絡(luò)接口形式，選擇支持現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)、工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)或點(diǎn)到點(diǎn)通信的CPU。如果網(wǎng)絡(luò)有路由要求，則要選擇支持路由功能的CPU如果現(xiàn)場有高速計(jì)數(shù)或高速脈沖輸出要求，可選擇集成了該功能的CPU。選擇硬件模塊時要留有適當(dāng)?shù)挠嗔浚焊鶕?jù)已經(jīng)確定的I/O信號的點(diǎn)數(shù)和類型，預(yù)留10%～15%的容量。2024/7/23第3章自動化工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)18/28I/O分配通過對輸入輸出設(shè)備的分析、分類和整理，進(jìn)行相應(yīng)的I/O地址分配，應(yīng)盡量將相同類型的信號、相同電壓等級的信號地址安排在一起，以便施工和布線，并繪制I/O接線圖。2024/7/23第3章自動化工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)19/28控制程序設(shè)計(jì)按照控制系統(tǒng)的要求進(jìn)行PLC程序設(shè)計(jì)是工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)的核心。程序設(shè)計(jì)時應(yīng)將控制任務(wù)進(jìn)行分解，編寫完成不同功能的程序塊，包括循環(huán)掃描主程序、急停處理子程序、手動運(yùn)行子程序、自動運(yùn)行子程序、故障報警子程序等。編寫的程序要在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行模擬運(yùn)行與調(diào)試，檢查邏輯及語法錯誤，觀察在各種可能的情況下各個輸入量、輸出量之間的變化關(guān)系是否符合設(shè)計(jì)要求，發(fā)現(xiàn)問題及時修改設(shè)計(jì)。2024/7/23第3章自動化工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)20/28現(xiàn)場運(yùn)行調(diào)試在工業(yè)現(xiàn)場所有的設(shè)備都安裝到位，所有的硬件連接都調(diào)試好以后，要進(jìn)行程序的現(xiàn)場運(yùn)行與調(diào)試。在調(diào)試過程中，不僅要進(jìn)行正?？刂七^程的調(diào)試，還要進(jìn)行故障情況的測試，應(yīng)當(dāng)盡量將可能出現(xiàn)的情況全部加以測試，避免程序存在缺陷，確保控制程序的可靠性。只有經(jīng)過現(xiàn)場運(yùn)行的檢驗(yàn)，才能證明設(shè)計(jì)是否成功。2024/7/23第3章自動化工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)21/28項(xiàng)目歸檔在設(shè)計(jì)任務(wù)完成后，要編制工程項(xiàng)目的技術(shù)文件。技術(shù)文件是用戶將來使用、操作和維護(hù)的依據(jù)，也是這個控制系統(tǒng)檔案保存的重要材料，包括總體說明、電氣原理圖、電器布置圖、硬件組態(tài)參數(shù)、符號表、軟件程序清單及使用說明等。2024/7/23第3章自動化工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)22/28物料灌裝自動生產(chǎn)線控制要求就地/遠(yuǎn)程選擇開關(guān)物料灌裝自動生產(chǎn)線模型設(shè)計(jì)了就地和遠(yuǎn)程兩種控制方式。就地控制是用操作面板上的按鈕和開關(guān)來控制設(shè)備的運(yùn)行。遠(yuǎn)程控制是通過網(wǎng)絡(luò)用HMI的監(jiān)控系統(tǒng)來控制設(shè)備的運(yùn)行。

手動/自動選擇開關(guān)物料灌裝自動生產(chǎn)線模型設(shè)計(jì)了手動和自動兩種工作模式。手動模式用于設(shè)備的調(diào)試和系統(tǒng)復(fù)位，包括：允許通過點(diǎn)動按鈕使傳送帶正向或反向運(yùn)行，用來調(diào)試設(shè)備；允許按下計(jì)數(shù)值清零按鈕對計(jì)數(shù)統(tǒng)計(jì)值進(jìn)行復(fù)位。自動模式下允許啟動生產(chǎn)線運(yùn)行。只有在設(shè)備停止運(yùn)行的狀態(tài)下，才允許切換手動/自動模式。

控制面板模型啟動停止就地遠(yuǎn)程故障1故障2故障3急停正向點(diǎn)動反向點(diǎn)動計(jì)數(shù)值清零故障復(fù)位手動自動2024/7/23第3章自動化工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)23/28物料灌裝自動生產(chǎn)線控制要求啟動按鈕在自動模式下，按下啟動按鈕，啟動生產(chǎn)線運(yùn)行。物料灌裝工藝流程為：（1）按下啟動按鈕，電動機(jī)正轉(zhuǎn)，傳送帶正向運(yùn)行。（2）空瓶子到達(dá)灌裝位置時電動機(jī)停止轉(zhuǎn)動，灌裝閥門打開，開始灌裝物料。（3）灌裝時間到，灌裝閥門關(guān)閉，電動機(jī)正轉(zhuǎn)，傳送帶繼續(xù)運(yùn)行，直到下一個空瓶子到達(dá)灌裝位置。

停止按鈕在自動模式下，按下停止按鈕，停止生產(chǎn)線運(yùn)行，電動機(jī)停止轉(zhuǎn)動，傳送帶停止運(yùn)行，灌裝閥門關(guān)閉。急停按鈕當(dāng)設(shè)備發(fā)生故障時，按下急停按鈕停止生產(chǎn)線的一切運(yùn)行。

控制面板模型啟動停止就地遠(yuǎn)程故障1故障2故障3急停正向點(diǎn)動反向點(diǎn)動計(jì)數(shù)值清零故障復(fù)位手動自動2024/7/23第3章自動化工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)24/28物料灌裝自動生產(chǎn)線控制要求

正向點(diǎn)動/反向點(diǎn)動按鈕在手動模式下，正向點(diǎn)動/反向點(diǎn)動按鈕用于調(diào)試設(shè)備。按下正向點(diǎn)動按鈕，傳送帶正向運(yùn)行，松手后傳送帶停止運(yùn)行；按下反向點(diǎn)動按鈕，傳送帶反向運(yùn)行，松手后傳送帶停止運(yùn)行。工件計(jì)數(shù)統(tǒng)計(jì)要求控制系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)工件的計(jì)數(shù)統(tǒng)計(jì)，包括空瓶數(shù)、成品數(shù)和廢品數(shù)。成品數(shù)顯示在操作面板的數(shù)碼管上。

模擬量檢測灌裝液罐的液位由模擬量液位傳感器進(jìn)行監(jiān)視。液位低于下限時要打開進(jìn)料閥門，液位高于上限時要關(guān)閉進(jìn)料閥門。

控制面板模型啟動停止就地遠(yuǎn)程故障1故障2故障3急停正向點(diǎn)動反向點(diǎn)動計(jì)數(shù)值清零故障復(fù)位手動自動2024/7/23第3章自動化工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)25/28物料灌裝自動生產(chǎn)線控制要求故障報警當(dāng)設(shè)備發(fā)生故障時，控制系統(tǒng)能夠立即響應(yīng)，操作面板上相應(yīng)的故障報警燈會閃亮。按下故障應(yīng)答按鈕后，如果故障已經(jīng)排除則故障報警燈不亮；如果故障依然存在則故障報警燈常亮。

PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建現(xiàn)場總線PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)物料灌裝自動生產(chǎn)線上的I/O信號通過PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)與控制柜中的CPU進(jìn)行通信。HMI監(jiān)控系統(tǒng)在計(jì)算機(jī)組態(tài)上位監(jiān)控系統(tǒng)，能夠?qū)崟r監(jiān)視與控制生產(chǎn)線的運(yùn)行。

控制面板模型啟動停止就地遠(yuǎn)程故障1故障2故障3急停正向點(diǎn)動反向點(diǎn)動計(jì)數(shù)值清零故障復(fù)位手動自動2024/7/23第3章自動化工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)26/28物料灌裝自動生產(chǎn)線信號分析序號名稱1生產(chǎn)線運(yùn)行指示燈2手動模式指示燈3自動模式指示燈4就地控制指示燈5遠(yuǎn)程控制指示燈6故障1報警指示燈7故障2報警指示燈8故障3報警指示燈9急停指示燈10灌裝罐進(jìn)料閥門11灌裝罐排料閥門12物料灌裝閥門13終端指示燈14傳送帶正向運(yùn)行15傳送帶反向運(yùn)行16蜂鳴器174位數(shù)碼顯示（占16位）序號名稱1灌裝罐液位傳感器2灌裝罐溫度傳感器數(shù)字量輸入信號數(shù)字量輸出信號模擬量輸入信號序號名稱1啟動按鈕2停止按鈕3正向點(diǎn)動按鈕4反向點(diǎn)動按鈕5手動/自動模式選擇開關(guān)6就地/遠(yuǎn)程控制選擇開關(guān)7計(jì)數(shù)值清零按鈕8故障1信號源9故障2信號源10故障3信號源11故障應(yīng)答按鈕12急停按鈕13空瓶位置接近開關(guān)14灌裝位置接近開關(guān)15成品位置接近開關(guān)2024/7/23第3章自動化工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)27/28工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)報告2024/7/23第3章自動化工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)28/28自動化項(xiàng)目設(shè)計(jì)軟件STEP7或啟動SIMATIC?管理器2024/7/23第3章自動化工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)29/28SIMATIC?管理器用戶自定義選項(xiàng)定義存盤路徑定義軟件和編程的語言退出STEP7重新進(jìn)入有效2024/7/23第3章自動化工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)30/28設(shè)置編程器通信接口2024/7/23第3章自動化工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)31/28檢查通信狀態(tài)2024/7/23第3章自動化工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)32/28STEP7項(xiàng)目結(jié)構(gòu)2024/7/23第3章自動化工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)33/28輸入項(xiàng)目名選擇存盤路徑確定項(xiàng)目名創(chuàng)建S7項(xiàng)目2024/7/23第3章自動化工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)34/28在項(xiàng)目中插入站點(diǎn)2024/7/23第3章自動化工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)35/28設(shè)置項(xiàng)目屬性2024/7/23第3章自動化工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)36/28STEP7的幫助系統(tǒng)幫助文檔2024/7/23第3章自動化工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)37/28STEP7的幫助系統(tǒng)F1功能鍵在線幫助2024/7/23第3章自動化工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)38/28任務(wù)1新建物料灌裝自動生產(chǎn)線項(xiàng)目1．啟動STEP7軟件，設(shè)置用戶自定義選項(xiàng)。2．設(shè)置PC機(jī)與CPU通信的接口，檢查通信狀態(tài)。3．新建物料灌裝自動生產(chǎn)線項(xiàng)目FILL，插入SIMATIC300站點(diǎn)。2024/7/23第3章自動化工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)39/28S7-300/400硬件模塊S7-300/400屬于模塊式PLC，主要由機(jī)架、電源模塊、CPU模塊、信號模塊、通信模塊、功能模塊、接口模塊等組成，所有模塊均安裝在機(jī)架上。3124S7-400系列PLC1-電源2-CPU3-信號模塊4-機(jī)架32S7-300系列PLC1-電源2-CPU3-信號模塊4-機(jī)架142024/7/23第4章PLC的硬件設(shè)計(jì)40/36機(jī)架S7-300機(jī)架S7-400機(jī)架1.中央機(jī)架中央機(jī)架帶有K總線（串行通訊總線）和P總線（并行I/O總線），可以安裝CPU模塊、信號模塊、通信模塊、功能模塊和接口模塊等。2.擴(kuò)展機(jī)架擴(kuò)展機(jī)架只帶有P總線，不能安裝需要K總線通訊的功能模塊和通信模塊。3.通用機(jī)架通用機(jī)架帶有K總線和P總線，既可以用于中央機(jī)架也可以用于擴(kuò)展機(jī)架，在擴(kuò)展機(jī)架上也可以安裝功能模塊和通信模塊。五種不同的長度：160毫米，482毫米，530毫米，830毫米，2000毫米2024/7/23第4章PLC的硬件設(shè)計(jì)41/36電源模塊（PS，PowerSupply）S7-300電源模塊S7-400電源模塊2024/7/23第4章PLC的硬件設(shè)計(jì)42/36S7-300系列CPU的類型通用型S7-312~S7-319

實(shí)現(xiàn)計(jì)算、邏輯處理、定時、通信等CPU的基本功能。緊湊型S7-300CCPU集成了輸入/輸出端口、高速計(jì)數(shù)器、簡單定位和脈沖輸出等功能，適用于對處理能力有較高要求的中小型設(shè)備的控制。故障安全型S7-300FCPU經(jīng)過TUV（技術(shù)監(jiān)督學(xué)會）組織的認(rèn)證，可以組態(tài)為一個故障安全型自動化系統(tǒng)。當(dāng)發(fā)生故障時，確?？刂葡到y(tǒng)切換到安全的模式，用于對安全要求較高的設(shè)備。技術(shù)功能型S7-300T

具有智能技術(shù)/運(yùn)動控制功能的SIMATICCPU。寬溫型S7-300SIPLUS

水平安裝-25~60℃，垂直安裝-25~40℃。CPU315T-2DPCPU313CCPU315-2DPCPU317F-2DP2024/7/23第4章PLC的硬件設(shè)計(jì)43/36S7-400系列CPU的特色

可在運(yùn)行中更改組態(tài)在操作過程中，可修改S7-400的分布式I/O組態(tài)。熱插拔可帶電連接和斷開信號模塊（熱插拔）。這使得擴(kuò)展系統(tǒng)非常容易，在發(fā)生故障時方便更換模塊。冗余結(jié)構(gòu)

S7-400H是附帶兩個同類型H-CPU的控制器，所有的重要部件都是冗余配置。在發(fā)生故障時，可從主站系統(tǒng)切換至備用站。適用于要求高可用性的、具有熱備份的控制過程（即切換時間不超過100ms的過程）。CPU412-1CPU412-2DPCPU400H2024/7/23第4章PLC的硬件設(shè)計(jì)44/36S7-300/400CPU面板512341-模式選擇器STOP——

停止模式RUN——

運(yùn)行模式MRES——

模塊復(fù)位（ModuleReset），CPU清除硬件組態(tài)信息和用戶程序。3-指示燈SF（紅色） =系統(tǒng)錯誤，CPU內(nèi)部錯誤或帶診斷功能模塊錯誤BF（紅色） =總線錯誤，（帶DP接口的CPU）BATF（紅色） =電池故障，備份電池電量不足或不存在DC5V（綠色） =內(nèi)部5VDC電壓指示FRCE（黃色） =強(qiáng)制有效，指示至少有一個輸入或輸出被強(qiáng)制RUN（綠色） =當(dāng)CPU啟動時閃爍，在運(yùn)行模式下常亮STOP（黃色） =在停止模式下常亮；存儲器復(fù)位時閃爍2-存儲器卡S7-300CPU由于內(nèi)部沒有集成裝載存儲器，因此CPU必須插入一個MMC，其類型為FlashMemory（非易失存儲器），否則無法工作。S7-400CPU內(nèi)部集成了裝載存儲器，其類型為RAM（易失存儲器）。需要保存用戶程序在掉電的情況下不丟失，可以插入FlashMemory卡。4-MPI接口多點(diǎn)接口MPI（MultipointInterface）用于CPU與編程設(shè)備的連接，或用于MPI網(wǎng)絡(luò)的通訊。5-DP接口部分CPU集成了DP通訊接口，CPU型號為CPU31X-2DP或CPU41X-2DP，表明該CPU有兩個接口，除了MPI接口外，另一個為DP接口。DP接口用于將分布式I/O通過現(xiàn)場總線PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)連接到CPU。注意：對于模式選擇器是旋轉(zhuǎn)鑰匙開關(guān)的CPU，處于RUN運(yùn)行模式時，不能向CPU下載組態(tài)數(shù)據(jù)和程序。只有在RUN-P模式下，CPU執(zhí)行用戶程序，并可以向CPU下載組態(tài)數(shù)據(jù)和程序。132早期的CPU314新型的CPU31445新型的CPU315-2DP2024/7/23第4章PLC的硬件設(shè)計(jì)45/36接口模塊（IM，InterfaceModulel）CPU模塊所在的機(jī)架稱為中央機(jī)架，如果一個機(jī)架不能容納控制系統(tǒng)的全部模塊，可以增設(shè)一個或多個擴(kuò)展機(jī)架。在中央機(jī)架上安裝的接口模塊為IMS（發(fā)送器），在擴(kuò)展機(jī)架上安裝的接口模塊為IMR（接收器）。IM360和IM361IM460-0和IM461-02024/7/23第4章PLC的硬件設(shè)計(jì)46/36PLC的擴(kuò)展能力S7-300的擴(kuò)展能力S7-400的擴(kuò)展能力S7-400系列PLC最多可以擴(kuò)展21個機(jī)架。在中央機(jī)架最多可插入6個IMS模塊，每個IMS有2個接口，每個接口最多可支持4個IMR模塊。S7-400CPU的最大擴(kuò)展能力為300多個模塊。2024/7/23第4章PLC的硬件設(shè)計(jì)47/36信號模塊（SM，SignalModule）

數(shù)字量輸入模塊DI

數(shù)字量輸出模塊DO

數(shù)字量輸入/輸出模塊DI/DO

（S7-300系列）模擬量輸入模塊AI

模擬量輸出模塊AO

模擬量輸入/輸出模塊AI/AO

（S7-300系列）前連接器S7-300信號模塊及前連接器S7-400信號模塊及前連接器2024/7/23第4章PLC的硬件設(shè)計(jì)48/36通信模塊（CP，CommunicationProcessor）

用于PLC之間、PLC與遠(yuǎn)程I/O之間、PLC與計(jì)算機(jī)和其他智能設(shè)備之間的通信，可以將PLC接入MPI、PROFIBUS-DP、AS-i和工業(yè)以太網(wǎng)，或者用于實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對點(diǎn)通信。用于PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)的CP342-5和CP443-5擴(kuò)展型用于工業(yè)以太網(wǎng)的CP343-1和CP443-1

用于AS-i網(wǎng)絡(luò)的CP343-2CP343-1CP342-5CP443-1CP443-5擴(kuò)展型2024/7/23第4章PLC的硬件設(shè)計(jì)49/36功能模塊（FM，F(xiàn)unctionModule）

功能模塊負(fù)責(zé)處理那些CPU通常無法以規(guī)定速度執(zhí)行的任務(wù)，例如高速脈沖計(jì)數(shù)、定位控制、閉環(huán)控制或驅(qū)動控制等，從而釋放CPU資源用于其它重要的過程控制任務(wù)。FM350計(jì)數(shù)器模塊FM351定位模塊FM352電子凸輪控制器FM355閉環(huán)控制模塊2024/7/23第4章PLC的硬件設(shè)計(jì)50/36仿真器模塊

有些場合調(diào)試程序時沒有現(xiàn)場的I/O信號，可以使用仿真器模塊替代現(xiàn)場的信號。SM374上有16個開關(guān)和16個LED燈，通過功能選擇開關(guān)可以使其工作在三種模式下：（1）16個輸入點(diǎn)，此時16個開關(guān)有效。（2）16個輸出點(diǎn)，此時16個LED燈有效。（3）8個輸入點(diǎn)和8個輸出點(diǎn)，此時下半部分的8個開關(guān)和上半部分的8個LED燈有效。功能選擇開關(guān)2024/7/23第4章PLC的硬件設(shè)計(jì)51/36硬件安裝S7-300的部件

部件功能導(dǎo)軌是S7-300的機(jī)架電源（PS）將電網(wǎng)電壓（120/230V）變換為S7-300所需的24VDC工作電壓中央處理單元（CPU）執(zhí)行用戶程序附件：備份電池，MMC存儲卡接口模塊（IM）連接兩個機(jī)架的總線信號模塊（SM）（數(shù)字量/模擬量）把不同的過程信號與S7-300相匹配附件：總線連接器，前連接器功能模塊（FM）完成定位、閉環(huán)控制等功能通訊處理器（CP）連接可編程控制器附件：電纜、軟件、接口模塊2024/7/23第4章PLC的硬件設(shè)計(jì)52/36S7-300的安裝位置

根據(jù)安裝位置不同，可編程控制器的控制柜的環(huán)境溫度要求如下：垂直裝配0℃至40℃

水平裝配0℃至60℃

機(jī)架在控制柜中的最小安裝間距：機(jī)架左右為20mm

單層組態(tài)安裝時，上下為40mm

兩層組態(tài)安裝時，上下至少為80mm2024/7/23第4章PLC的硬件設(shè)計(jì)53/36更換模塊更換S7-300的SM模塊:1.將CPU處于“STOP”模式，并切斷該模塊的負(fù)載電源2.先取下前連接器，再擰松模塊的固定螺釘拆下模塊3.更換同型號的新模塊，在插入原前連接器之前，應(yīng)將前連接器上面的編碼塊拔下來更換S7-400的SM模塊:S7-400PLC允許帶電插拔I/O模塊，但要確保用戶程序允許在RUN模式下更換模塊。更換模塊時會產(chǎn)生插/拔模塊中斷，用戶需要編寫OB83處理中斷，為新模塊分配參數(shù)，使其投入運(yùn)行。2024/7/23第4章PLC的硬件設(shè)計(jì)54/36硬件組態(tài)硬件組態(tài)包括兩部分的內(nèi)容，“組態(tài)硬件模塊”和“配置模塊參數(shù)”。組態(tài)硬件模塊——在STEP7軟件的“硬件配置”工具中模擬真實(shí)的PLC硬件系統(tǒng)，將工程項(xiàng)目中選用的電源、CPU、信號模塊（SM）、功能模塊（FM）、通信處理器模塊（CP）以及分布式I/O模塊等硬件設(shè)備安裝到表示機(jī)架的組態(tài)表中。配置模塊參數(shù)——對PLC硬件模塊屬性以及網(wǎng)絡(luò)通信參數(shù)等進(jìn)行設(shè)置。例如：設(shè)置CPU的中斷系統(tǒng)，設(shè)置SM模塊的I/O地址，設(shè)置網(wǎng)絡(luò)通信速率及各站地址等。2024/7/23第4章PLC的硬件設(shè)計(jì)55/36雙擊啟動硬件組態(tài)編輯器硬件安裝區(qū)硬件詳細(xì)信息區(qū)打開“硬件目錄”2024/7/23第4章PLC的硬件設(shè)計(jì)56/36安裝機(jī)架2024/7/23第4章PLC的硬件設(shè)計(jì)57/36安裝模塊訂貨號2024/7/23第4章PLC的硬件設(shè)計(jì)58/36配置CPU的屬性“常規(guī)”標(biāo)簽2024/7/23第4章PLC的硬件設(shè)計(jì)59/36配置CPU的屬性“啟動”標(biāo)簽2024/7/23第4章PLC的硬件設(shè)計(jì)60/36配置CPU的屬性“周期/時鐘存儲器”標(biāo)簽時鐘存儲器位76543210周期（s）21.610.80.50.40.20.1頻率（Hz）0.50.62511