《電氣控制基礎(chǔ)與可編程控制器應(yīng)用教程》課件第五章

5.1S7-300系列PLC的特點和構(gòu)成5.2S7-300系列PLC的模塊性能簡介5.3S7-300的配置思考題與習(xí)題第5章SIMATICS7-300系列PLC的硬件系統(tǒng)

主要內(nèi)容：

(1)熟悉S7-300系列PLC的構(gòu)成。

(2)掌握CPU模塊構(gòu)成、I/O模塊原理和應(yīng)用。

(3)熟悉功能模塊的作用。

(4)熟悉各種模塊的編址。

SIMATICS7系列PLC是德國西門子公司于1995年陸續(xù)推出的，它是在S5系列基礎(chǔ)上開發(fā)的一種高性能PLC系列。該系列有小型的S7-200系列、中小型的S7-300系列和高性能的S7-400系列PLC。SIMATICS7系列PLC均采用模塊化、無風(fēng)扇的結(jié)構(gòu)，易于用戶掌握，各種單獨的模塊之間可進(jìn)行廣泛組合以利于擴(kuò)展。其應(yīng)用領(lǐng)域包括專用機(jī)床、紡織機(jī)械、包裝機(jī)械、通用機(jī)械工程應(yīng)用、控制系統(tǒng)、機(jī)床、樓宇自動化、電器制造工業(yè)及相關(guān)產(chǎn)業(yè)。多種性能遞增的CPU和帶有許多方便功能的I/O擴(kuò)展模塊及功能模塊，使用戶可以完全根據(jù)實際應(yīng)用而選擇。

S7-300是模塊化的中小型PLC系統(tǒng)，它能滿足中等性能要求的應(yīng)用，目前已成為各種從小規(guī)模到中等性能要求控制任務(wù)中方便又經(jīng)濟(jì)的解決方案。

本章主要介紹SIMATICS7-300系列PLC的硬件系統(tǒng)，包括各個硬件的特性和主要模塊。和其他PLC一樣，SIMATICS7-300系列PLC也是采用循環(huán)掃描方式，即CPU首先掃描輸入模塊的狀態(tài)并更新過程映像寄存區(qū)，接著執(zhí)行用戶程序，并且按照用戶程序?qū)⑤敵鲇诚窦拇鎱^(qū)的值輸出到輸出模塊。PLC會不斷循環(huán)地執(zhí)行上述過程。

S7-300系列PLC提供了多種性能遞增的CPU和豐富的且?guī)в性S多方便功能的I/O擴(kuò)展模塊和功能模塊，使得用戶能夠根據(jù)具體任務(wù)選擇相應(yīng)的模塊來進(jìn)行控制任務(wù)的設(shè)計。該系列PLC具有強(qiáng)大的功能支持及用戶進(jìn)行編程啟動和維護(hù)等幫助功能，其主要功能如下：5.1S7-300系列PLC的特點和構(gòu)成

(1)高速的指令處理。0.1～0.6μs的指令處理時間在中等到較低的性能要求范圍內(nèi)開辟了全新的應(yīng)用領(lǐng)域。

(2)浮點數(shù)運(yùn)算。用此功能可以有效地實現(xiàn)更為復(fù)雜的算術(shù)運(yùn)算。

(3)方便用戶的參數(shù)賦值。一個帶有標(biāo)準(zhǔn)用戶接口的工程軟件可給所有模塊進(jìn)行參數(shù)賦值，從而節(jié)省了入門和培訓(xùn)的費(fèi)用。

(4)人機(jī)界面(HMI)。方便的人機(jī)界面服務(wù)已經(jīng)集成在S7-300操作系統(tǒng)內(nèi)，因此，人機(jī)對話的編程要求大大減少。SIMATIC人機(jī)界面(HMI)從S7-300中交換數(shù)據(jù)，S7-300按用戶指定的刷新速度傳送這些數(shù)據(jù)。S7-300操作系統(tǒng)自動地處理數(shù)據(jù)的傳送。

(5)診斷功能。CPU的智能化的診斷系統(tǒng)連續(xù)監(jiān)控系統(tǒng)的功能是否正常、記錄錯誤和特殊系統(tǒng)事件(例如超時、模塊更換等)。

(6)口令保護(hù)。多級口令保護(hù)可以使用戶高度、有效地保護(hù)其技術(shù)機(jī)密，防止未經(jīng)允許的復(fù)制和修改。

(7)操作方式選擇開關(guān)。操作方式選擇開關(guān)像鑰匙一樣可以拔出，當(dāng)其拔出時，就不能改變操作方式。新式的已改為位置開關(guān)，無鑰匙。5.1.1S7-300系列PLC的特點

S7-300系列PLC具有模塊化設(shè)計、安裝方便、模板的診斷及過程監(jiān)視等特點。

1.模塊化設(shè)計

如圖5-1所示，S7-300系列PLC為模塊化的無風(fēng)扇設(shè)計，由電源模塊(PS)、CPU模塊、接口模塊(IM)和信號模塊(SM)等構(gòu)成，各種性能的模塊可以非常好地滿足和適應(yīng)自動化控制任務(wù)。同時，其具有簡單實用的分布式結(jié)構(gòu)和多界面網(wǎng)絡(luò)能力，使得應(yīng)用十分靈活。當(dāng)用戶的控制任務(wù)增加時，可自由擴(kuò)展模塊，所有這些模塊均安裝在一個或者多個DIN導(dǎo)軌上，模塊和模塊之間用總線連接器連接，CPU模塊通過總線給每一個模塊的每一個輸入/輸出點安排相應(yīng)的地址，用戶只需對這些點按照地址進(jìn)行編程即可使用。大量的集成功能使S7-300系列PLC的功能非常強(qiáng)勁，而模塊化微型PLC系統(tǒng)的設(shè)計可以滿足中、小規(guī)模的控制性能要求。

圖5-1S7-300系列PLC結(jié)構(gòu)

2.安裝方便

安裝方便主要表現(xiàn)在以下幾個方面：

(1)

DIN標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)軌安裝。只需簡單地將模塊掛在DIN標(biāo)準(zhǔn)的安裝導(dǎo)軌上，轉(zhuǎn)動到位，然后用螺栓鎖緊即可，如圖5-1所示。

(2)集成的背板總線。背板總線集成在模塊上，模塊通過總線連接器相連，總線連接器插在機(jī)殼的背后。

(3)更換模塊簡單并且不會弄錯。更換模塊時，只需松開安裝螺釘，拔下已經(jīng)接線的前連接器。連接器上的編碼可防止將已接線的連接器插到其他的模塊上。

(4)可靠的接線端子。信號模塊可以使用螺釘型接線端子或彈簧型接線端子。

(5)

TOP連接。采用一個帶螺釘或夾緊連接的1～3線系統(tǒng)預(yù)接線，或者直接在信號模塊上接線。

(6)確定的安裝深度。所有的端子和連接器都在模塊上的凹槽內(nèi)，并有端蓋保護(hù)，因此，所有的模塊都有相同的安裝深度。

(7)沒有槽位的限制。信號模塊和通信處理器模塊可以不受限制地插到任何一個槽上，系統(tǒng)自行組態(tài)。

(8)靈活布置。機(jī)架(CR/ER)可以根據(jù)最佳布局需要，水平或垂直安裝。

(9)獨立安裝。每個機(jī)架可以距離其他機(jī)架很遠(yuǎn)進(jìn)行安裝，兩個機(jī)架間(主機(jī)架與擴(kuò)展機(jī)架，擴(kuò)展機(jī)架與擴(kuò)展機(jī)架)的距離最長為10m。

(10)如果用戶的自控系統(tǒng)任務(wù)需要多于8個信號模塊或通信處理器模塊，則可以擴(kuò)展S7-300機(jī)架(CPU314以上)。

3.模塊的診斷及過程監(jiān)視

S7-300系列PLC具有能對輸入/輸出模塊的信號進(jìn)行監(jiān)視(診斷)和對過程信號進(jìn)行監(jiān)視(過程中斷)等多種功能。一旦獲得中斷信號，CPU將中斷執(zhí)行用戶程序，或中斷執(zhí)行低優(yōu)先級的中斷，來處理相應(yīng)的診斷中斷功能。

(1)診斷。通過診斷可以確定模塊所獲取的信號(例如數(shù)字量模塊)或模擬量處理(例如模擬量模塊)是否正確。如果發(fā)送診斷信息(例如無編碼器電源)，則模塊執(zhí)行一個診斷中斷。

(2)過程中斷。通過過程中斷，可以對過程信號進(jìn)行監(jiān)視和響應(yīng)。

①數(shù)字量輸入模塊中斷。根據(jù)設(shè)置的參數(shù)，模塊可以對每個通道組進(jìn)行過程中斷，可以選擇信號變化的上升沿、下降沿或兩個沿均可。

②模擬量輸入模塊中斷。通過上限值和下限值定義一個工作范圍，模塊將對測量值與這些限制值進(jìn)行比較，如果超限，則執(zhí)行過程中斷。5.1.2S7-300系列PLC編程軟件和工具軟件

使用基本的STEP7或STEP7-Lite軟件包，以及高級的集成軟件包STEP7Professional便可對S7-300進(jìn)行編程，并能以簡單、用戶友好的方式利用S7-300的全部功能。該工程軟件還包含自動化項目中所有階段(從項目組態(tài)到調(diào)試、測試以及服務(wù))的功能。

1．編程軟件

1)

STEP7-Lite

STEP7-Lite是一種低成本、高效率的軟件，使用SIMATICS7-300可以完成獨立的應(yīng)用。STEP7-Lite的特點是能迅速地進(jìn)入編程和簡單的項目處理。它不能與輔助的SIMATIC軟件包(例如工程工具)一起使用。同時，STEP7-Lite編寫的程序可以由STEP7進(jìn)行處理。

2)

STEP7

STEP7編程軟件用于SIMATICS7、M7、C7和基于PC的WinAC，是供它們編程、監(jiān)控和參數(shù)設(shè)置的標(biāo)準(zhǔn)工具，使用廣泛。STEP7編程軟件界面如圖5-2所示。STEP7的使用將在第8章中詳細(xì)介紹。

圖5-2STEP7編程軟件界面

STEP7具有硬件配置和參數(shù)設(shè)置、通信組態(tài)、編程、測試、啟動和維護(hù)、文件建檔、運(yùn)行和診斷等功能。使用STEP7可完成較大或較復(fù)雜的應(yīng)用，例如，需要用高級語言、圖形化語言進(jìn)行編程或使用功能、通信模塊。STEP7能和輔助的SIMATIC軟件包(例如編程工具)互相兼容。

STEP7中可以使用以下編程語言：

(1)

LAD梯形圖語言。它是一種符號語言，結(jié)構(gòu)類似于電氣梯形圖。

(2)

FBD功能圖。類似于數(shù)字邏輯電路圖，根據(jù)邏輯關(guān)系來設(shè)計控制系統(tǒng)。

(3)

STL功能指令。用助記符指令來編寫控制程序，類似于匯編程序，其功能強(qiáng)大。

另外，還有順序功能圖和結(jié)構(gòu)化文本(STEP7Professional)，及由這些語言所建立的程序的離線仿真工具。

2.工具軟件

工具軟件以用戶友好、面向任務(wù)的方式對自動化系統(tǒng)進(jìn)行附加的編程。工具軟件所提供的編程工具如表5-1所示。

表5-1S7-300編程工具CPU的編程工具有下列幾種：

(1)所有的CPU均能使用STL、LAD和FBD基本語言進(jìn)行編程。

(2)如需使用S7-SCL高級語言，建議選擇CPU313C、CPU314或更高等級的CPU。

(3)如需使用圖形化語言(S7-GRAPH，S7-HiGraph?和CFC)，建議選擇CPU314或更高等級的CPU。5.1.3S7-300系列PLC的硬件構(gòu)成

S7-300系列PLC采用了模塊化的設(shè)計結(jié)構(gòu)，各種模塊之間可以進(jìn)行組合和擴(kuò)展。在進(jìn)行硬件設(shè)計時，可根據(jù)具體控制任務(wù)選用相應(yīng)的模塊。

一臺S7-300系列PLC是由一個機(jī)架和一個或者多個擴(kuò)展機(jī)架組成的。擴(kuò)展機(jī)架是當(dāng)主機(jī)架無法滿足多個安裝時所采用的機(jī)架，其中CPU所在的機(jī)架為主機(jī)架。S7-300系列的模塊機(jī)架是導(dǎo)軌(RACK)，使用該導(dǎo)軌可以安裝所有S7-300的模塊，主要有電源模塊(PS)、CPU模塊(CPU)、接口模塊(IM)、信號模塊(SM)和功能模塊(FM)等。S7-300系列PLC可以通過MPI網(wǎng)和編程器PG、操作員面板OP與其他PLC進(jìn)行連接通信。S7-300

系統(tǒng)硬件如圖5-3所示。

圖5-3S7-300系統(tǒng)硬件

5.2.1電源模塊(PS307)

1.功能和型號

電源模塊提供了機(jī)架和CPU內(nèi)部的供電電源，必須置于1號機(jī)架的位置。電源模塊用于將SIMATICS7-300連接到120/230V交流電源(PS307)或者連接到直流電源(PS305)。電源模塊將120/230V交流電壓或者24/48/72/96/110V直流電壓轉(zhuǎn)換為PLC所需要的24V直流工作電壓，輸出電流有2

A、5A和10A三種類型，用戶可以根據(jù)選擇的PLC和現(xiàn)場供電情況來選擇相應(yīng)的電源模塊。5.2S7-300系列PLC的模塊性能簡介電源模塊是通過電纜和CPU模塊及其他模塊之間進(jìn)行連接供電的，而不是通過背板總線與其他模塊進(jìn)行連接。也就是說，背板總線不和電源連接。電源模塊特性如表5-2所示，選用時需要注意其驅(qū)動能力(電流值)。

表5-2S7-300電源模塊特性2.結(jié)構(gòu)

電源模塊的總體結(jié)構(gòu)如圖5-4所示(以PS307為例)，其各部分功能如下：

(1)

24

V(DC)指示燈：該燈用來指示24

V直流電的有無，當(dāng)有24

V電源時，該指燈亮。

(2)電壓選擇開關(guān)：電源模塊可以接入110V(AC)或者230V(AC)，在我國使230V(AC)，所以需要撥至230V位置處。

(3)

24V通/斷開關(guān)：當(dāng)置于1時，電源提供24V(DC)電源；當(dāng)置于0時，24V(DC)電源被切斷。

(4)系統(tǒng)電壓接線端子：用來接入110V(AC)/230V(AC)電源，其中L1端輸入為相線，N端為零線，另一端子為接地線。

(5)

24V(DC)輸出端子：輸出24V(DC)電源，其中L+為正極，M為負(fù)極。

圖5-4電源模塊的總體結(jié)構(gòu)

3.電源

如圖5-5所示為電源模塊PS3072A的基本電路原理圖。

圖中110/230V(AC)電源通過

整流后轉(zhuǎn)換為直流電源，在控制電路控制開關(guān)管的高頻工作下，將直流電源變?yōu)楦哳l的交變電流，通過開關(guān)變壓器后，在次級產(chǎn)生高頻的24V電壓，再經(jīng)過整流變?yōu)?4V直流電源，供給PLC工作。

圖5-5電源模塊PS3072A基本電路原理圖

S7-300中，除了使用CPU模塊的電源外，其他模塊所需的電源是由背板總線提供的，一些模塊還需從外部負(fù)載電源供電。在組建S7-300應(yīng)用系統(tǒng)時，考慮每個模塊的電流耗量和功率損耗是非常必要的。所有模塊從S7-300背板總線吸取的電流總和不能超過1200mA，對于CPU312IFM，則不能超過800mA。一個實際的S7-300PLC系統(tǒng)，在確定所有的模塊后，要選擇合適的電源模塊。要保證所選擇的電源模塊的輸出功率必須大于CPU模塊、所有I/O模塊和其他模塊總消耗的功率之和。而且，當(dāng)同一電源模塊同時為主機(jī)單元和擴(kuò)展電源供電時，要保證從主機(jī)電源到最遠(yuǎn)一個擴(kuò)展電源的線路壓降不超過0.25V，通常，對于多機(jī)架系統(tǒng)，每個機(jī)架有一個電源模塊。5.2.2CPU模塊

CPU存儲并處理用戶程序，為模塊分配參數(shù)，通過嵌入的MPI總線處理編程設(shè)備和PC、模塊、其他站點之間的通信，并可以為DP主站或從站操作裝配一個集成的DP接口，置于2號機(jī)架。各種CPU有不同的性能，如有的CPU上集成有輸入/輸出點，有的CPU上集成有PROFIBUS-DP通信接口等。

S7-300系列PLC有多種類型，其中每一種類型的PLC又有多種CPU模塊型號可供選擇，表5-3為S7-300系列PLC的種類及其CPU系列號和功能。不同類型的PLC有不同的用途，其中S7-300為通用型，S7-300C為緊湊型，S7-300F為故障安全型，S7-300T為技術(shù)型，SIPLUSS7-300為寬溫度型。為了方便，本書后面所提到的S7-300系列PLC均指S7-300通用型系列。S7-300可選用多種不同系列的CPU，其CPU技術(shù)數(shù)據(jù)如表5-4所示。

表5-3S7-300系列PLC的種類及其CPU系列號和功能

續(xù)表表5-4S7-300系列PLC的CPU技術(shù)數(shù)據(jù)1.?CPU模塊操作員控制和顯示單元

PLC的CPU模塊中集成了CPU、存儲器和部分通信接口。各種不同的CPU有各自不同的性能，例如，有些CPU模塊還集成了模擬量輸入/輸出模塊和數(shù)字量輸入/輸出模塊部件，類似于計算機(jī)主機(jī)，PLC的CPU模塊集成了一臺計算機(jī)的基本功能。下面以CPU315-2DP為例介紹CPU模塊結(jié)構(gòu)，如圖5-6所示，其中各部分功能如下：

圖5-6CPU模塊結(jié)構(gòu)

(1)指示燈：用來作常規(guī)狀態(tài)和故障顯示。

①

SF：紅色指示燈，表示硬件故障或軟件錯誤。

②

DC5V：綠色指示燈，為CPU和S7-300總線提供5V電源。

③

FRCE：黃色指示燈，當(dāng)LED亮?xí)r，表示已激活的強(qiáng)制作業(yè)有效。④

RUN：綠色指示燈，CPU在“RUN”狀態(tài)下，STARTUP期間LED以2Hz的頻率閃爍，在“HOLD”狀態(tài)下以0.5Hz的頻率閃爍。

⑤

STOP：黃色指示燈，CPU處于“STOP”或“HOLD”或“STARTUP”狀態(tài)下，當(dāng)CPU請求存儲器復(fù)位時，LED以0.5Hz的頻率閃爍，在復(fù)位期間以2Hz的頻率閃爍。

⑥

BUSF：紅色指示燈，用于表示DP接口(X2)處的總線錯誤。對于其他CPU模塊還有其他指示燈，可查閱相關(guān)手冊。

(2)開關(guān)：用于設(shè)置CPU的操作模式。

①

RUN：RUN模式，CPU執(zhí)行用戶程序。

②

STOP：STOP模式，CPU不執(zhí)行用戶程序。

③

MRES：帶有用于CPU存儲器復(fù)位的按鈕功能的模式選擇器開關(guān)位置。置于該位置

時可以使存儲器復(fù)位。

(3)

MPI通信接口：所有CPU都配有一個MPI接口X1，它表示用于PG/OP(編程器/操作面板)連接或在MPI子網(wǎng)中進(jìn)行通信的CPU接口。

(4)

DP通信接口：帶有“DP”名稱后綴的CPU至少配有一個DPX2接口，主要用于連接分布式I/O。例如，PROFIBUS-DP允許創(chuàng)建大型子網(wǎng)?？蓪ROFIBUS-DP接口設(shè)置為在主站或從站模式下運(yùn)行，支持的傳輸率最高可達(dá)12Mb/s。

(5)電源接線端子：每個CPU都配有一個雙孔電源插座。CPU出廠時，帶有螺絲接線端子的連接器即插在此插座中，連接110V/230V(AC)電源(PS307)。

(6)微型存儲卡(MMC)的插槽：用來插入MMC卡，包括彈出器和SIMATIC微型存儲卡(MMC)，MMC卡被用作存儲器模塊。用戶可以將MMC用作裝載存儲器和便攜式存儲介質(zhì)。

(7)電池盒：用來裝入備用電池。備用電池的作用是保存用戶程序。使用MMC則不需保護(hù)電池。

上面介紹了CPU模塊的結(jié)構(gòu)，但是每一種CPU模塊又有自己的特性，所以在使用時需要查閱相關(guān)技術(shù)手冊。

2.?S7-300的CPU模塊組成

S7-300系列PLC和其他類型的PLC類似，其CPU模塊也是由中央處理器單元(CPU)、存儲器單元、輸入/輸出單元、通信端口和I/O擴(kuò)展端口等組成的，它將這幾種單元組裝在一個箱體內(nèi)構(gòu)成PLC的主機(jī)，即CPU模塊。

1)中央處理器單元(CPU)

和通用計算機(jī)一樣，CPU是PLC的核心部分，它按照PLC中的系統(tǒng)程序來控制整個PLC有條不紊的運(yùn)行，其主要任務(wù)是接受并存儲從編程器或者接口輸入的用戶程序，在運(yùn)行時不斷掃描I/O口輸入的現(xiàn)場狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并且存入輸入映像存儲器和數(shù)據(jù)存儲器中，從存儲器中逐條讀取用戶指令，按照用戶指令進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳遞或者運(yùn)算，并且根據(jù)運(yùn)算結(jié)果更新標(biāo)志位的狀態(tài)和輸出映像存儲器中的內(nèi)容，再經(jīng)過輸出邏輯部件實現(xiàn)輸出控制、指標(biāo)打印或者數(shù)據(jù)的通信等功能。同時，PLC具有診斷內(nèi)部電路的工作故障和指令的語法錯誤的功能。

2)存儲器單元

PLC的CPU存儲器單元包括系統(tǒng)存儲器和用戶存儲器兩部分。系統(tǒng)存儲器用來存放PLC生產(chǎn)廠家編寫的系統(tǒng)程序，其被固化在ROM中，用戶不能直接修改。用戶存儲器分為用戶程序存儲器(存放用戶程序)和功能存儲器(存放數(shù)據(jù))兩部分。下面根據(jù)其功能將存儲區(qū)分為三個部分來介紹，分別是系統(tǒng)存儲區(qū)、裝載存儲區(qū)和工作存儲區(qū)。

(1)系統(tǒng)存儲區(qū)。系統(tǒng)存儲區(qū)集成在CPU中，無法擴(kuò)展，包括標(biāo)志位、定時器和計數(shù)器的地址區(qū)、I/O的過程映像和局域數(shù)據(jù)。

(2)裝載存儲區(qū)。微存儲卡MMC可作為CPU的存儲器，用來保存用戶程序(所有的程序塊)、歸檔和配方、組態(tài)數(shù)據(jù)(STEP7項目)和操作系統(tǒng)更新及備份數(shù)據(jù)等。微存儲卡有2MB、4MB、8MB、64KB、128KB、512KB等多種型號。MMC中的數(shù)據(jù)(程序)在程序下載時便寫入，其使用EPROM結(jié)構(gòu)，使得它在電源故障或者存儲器復(fù)位時均能保持?jǐn)?shù)據(jù)。同樣，工作內(nèi)存的數(shù)據(jù)在斷電時也是備份在MMC中，所以數(shù)據(jù)塊的內(nèi)容能永久保存。

(3)工作存儲區(qū)(RAM)。RAM都是被集成在CPU模塊中，使用時無法進(jìn)行擴(kuò)展。它可用來運(yùn)行程序指令并處理用戶程序數(shù)據(jù)。像計算機(jī)一樣，程序只能在RAM和系統(tǒng)存儲區(qū)中運(yùn)行，RAM具有保持功能。

3.通信接口

SIMATICS7-300的CPU中集成了MPI和DP等不同的通信接口。

1)多點接口(MPI)

多點接口(MPI)用于連接編程器、PC機(jī)、人機(jī)界面系統(tǒng)及其他SIMATICS7/M7/C7等自動化控制系統(tǒng)。它是一個經(jīng)濟(jì)而有效的解決方案，方便用戶的STEP7界面提供了通信組態(tài)功能，使得組態(tài)非常容易、簡單，如圖5-7所示。

圖5-7S7-300/400的通信網(wǎng)絡(luò)所有CPU都配有一個MPI接口X1，組態(tài)配有MPI/DP接口的CPU作為MPI節(jié)點可實現(xiàn)MPI通信，而要使用DP接口時，需要在STEP7中設(shè)置DP接口模式。MPI(多點接口)表示用于PG/OP連接或在MPI子網(wǎng)中進(jìn)行通信的CPU接口，所有CPU的典型(缺省)傳輸率為187.5kb/s。對于與S7-200的通信，還可以將傳輸率設(shè)置為19.2kb/s，而315-2PN/DP和317CPU支持高達(dá)12Mb/s的傳輸率。

2)通過PROFIBUS-DP接口通信

所有的CPU模塊至少配有一個DPX2接口。315-2PN/DP和317CPU配有一個MPI/DPX1接口。帶有MPI/DP接口的CPU帶有缺省的MPI組態(tài)。如果要使用DP接口，則需要在STEP7中設(shè)置DP模式。

PROFIBUS-DP接口主要用于連接分布式I/O。例如，PROFIBUS-DP允許創(chuàng)建大型子網(wǎng)?？蓪ROFIBUS-DP接口設(shè)置為在主站或從站模式下運(yùn)行，支持的傳輸率最高可達(dá)12Mb/s。

如圖5-8所示，能進(jìn)行PROFIBUS-DP通信的設(shè)備有PG/PC、OP/PG和帶有PROFIBUS-DP接口的ET200等。

圖5-8PROFIBUS-DP通信

3)通過PROFINET(PN)通信

帶有“PN”名稱后綴的CPU配有一個PNX2接口。使用CPU的集成PROFINET接口可與“工業(yè)以太網(wǎng)”建立連接?？赏ㄟ^MPI或PROFINET組態(tài)CPU的集成PROFINE接口。

能進(jìn)行PROFINET(PN)通信的設(shè)備有PROFINETIO組件(如ET200S中的接口模塊IM151-3PN)、帶有PROFINET接口的S7-300/S7-400、激活的網(wǎng)絡(luò)組件(如開關(guān))和帶有網(wǎng)卡的PG/PC。

4)通過點對點(PtP)通信

帶有“PtP”名稱后綴的CPU配有一個PtPX2接口。使用CPU的PtP接口，可使串行接口連接外部設(shè)備。PtP接口可以在全雙工模式下以高達(dá)19.2kb/s的傳輸率(RS-422)或半雙工模式下以高達(dá)38.4kb/s的傳輸率(RS-485)來運(yùn)行。

使用PtP通信可以通過串行端口交換數(shù)據(jù)。PtP通信可用于自動化設(shè)備、計算機(jī)或由其他廠商提供的具有通信功能的系統(tǒng)之間的互連。該功能還允許使用通信伙伴的協(xié)議。

可通過PtP通信的設(shè)備有SIMATICS7和SIMATICS5及第三方系統(tǒng)、打印機(jī)、機(jī)器人控制、掃描儀和條碼閱讀器等，如圖5-9所示。

圖5-9點對點(PtP)通信

4.循環(huán)和響應(yīng)時間

每一個過程都有其循環(huán)時間和響應(yīng)時間。

1)循環(huán)時間

一個程序被執(zhí)行一周所占用的時間為程序循環(huán)時間，其執(zhí)行順序如下：

操作系統(tǒng)啟動→CPU將輸出的過程映像數(shù)值復(fù)制到輸出模塊→CPU讀輸入模塊的狀態(tài)并刷新輸入過程映像→CPU處理并執(zhí)行用戶程序→循環(huán)結(jié)束→CPU回到循環(huán)開始處并重新啟動循環(huán)時間監(jiān)控。

由于每一個用戶程序都是不同的，因此循環(huán)時間各不相同，但是在STEP7中監(jiān)視時間均有其最大值和最小值，用戶可以規(guī)定CPU的執(zhí)行時間超過最大循環(huán)時間為超時錯誤，并予以處理。

2)響應(yīng)時間

響應(yīng)時間是指從檢測到一個輸入信號至響應(yīng)輸出信號之間所需的時間。響應(yīng)時間受到循環(huán)時間和其他因素的影響，使得其介于最短響應(yīng)時間和最大響應(yīng)時間之間。為了使PLC能快速響應(yīng)用戶程序，在程序中我們可以通過訪問I/O或者使用中斷來提高響應(yīng)時間。5.2.3信號模塊

S7-300系列PLC有多種型號的信號模塊，如表5-5所示。信號模塊通過背板總線和CPU模塊連接，由CPU模塊為其提供電源，并且給信號模塊的每一個輸入和輸出點分配地址。當(dāng)有數(shù)據(jù)輸入時，輸入數(shù)據(jù)被邏輯電路存放于輸入映像存儲區(qū)，由CPU進(jìn)行掃描獲得；當(dāng)有數(shù)據(jù)輸出時，CPU將刷新輸出映像存儲區(qū)，邏輯電路將輸出映像存儲區(qū)的數(shù)據(jù)通過輸出模塊輸出。

表5-5S7-300系列PLC的I/O模塊技術(shù)數(shù)據(jù)表信號模塊(SM)包括數(shù)字量輸入/輸出模塊(DI/DO)和模擬量輸入/輸出(AI/AO)模塊。它可用于數(shù)字信號和模擬信號的輸入/輸出，或者進(jìn)行連接，如傳感器和啟動器的連接。信號處理模塊主要分為四類，即開關(guān)量輸入DI、開關(guān)量輸出DO、模擬量輸入AI、模擬量輸出AO。如經(jīng)常使用的SM321是16點輸入的開關(guān)量輸入模塊；SM322為16/8點輸入/輸出的開關(guān)量輸出模塊；SM331為8點模擬量輸入模塊，用于電阻測量時為4點輸入；而SM332為4點模擬量輸出模塊。每一種信號模塊有不同的性能。數(shù)字量輸入模塊將工業(yè)現(xiàn)場信號通過光電隔離和濾波處理后送至背板總線，等待CPU的處理。數(shù)字量輸出模塊將CPU的數(shù)據(jù)信號通過光電隔離和驅(qū)動等處理后送至模塊的接口，驅(qū)動外部電路。模擬量輸入模塊將工業(yè)現(xiàn)場信號經(jīng)過模擬通道開關(guān)和A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成位數(shù)字信號，并通過光電隔離后送至CPU的數(shù)據(jù)總線上，由CPU進(jìn)行采集處理。模擬量輸出模塊則將CPU的數(shù)據(jù)信號通過光電隔離、D/A轉(zhuǎn)換后送至模塊接口。下面通過一部分典型模塊對其進(jìn)行介紹。

1．?dāng)?shù)字量輸入/輸出模塊

1)數(shù)字量輸入模塊SM321

數(shù)字量輸入模塊的作用是將工業(yè)現(xiàn)場的數(shù)字信號電平轉(zhuǎn)換成S7-300的內(nèi)部信號電平。信號從現(xiàn)場輸入到模塊后，通過光電隔離和濾波處理轉(zhuǎn)換成PLC的電平信號送至輸入緩沖器，等待CPU采樣，采樣后的數(shù)據(jù)信號通過背板總線進(jìn)入輸入映像區(qū)，由CPU進(jìn)行響應(yīng)處理。

S7-300有近三十種數(shù)字量輸入模塊(SM321)，其原理和功能是相同的，只是不同序列號的模塊的性能有所差異，在使用中需要注意。

數(shù)字量輸入模塊根據(jù)輸入方式有直流輸入方式和交流輸入方式兩種。SM321數(shù)字量輸入模塊通常按輸入點數(shù)區(qū)分為四種型號，即直流16點輸入、直流32點輸入、交流16點輸入和交流8點輸入，如表5-6所示。與直流輸入模塊相比，交流輸入模塊在信號通道前部有一個全橋整流，交流信號經(jīng)過整流、濾波后轉(zhuǎn)換直流信號，在進(jìn)入光電隔離器隔離后進(jìn)入數(shù)據(jù)總線。

表5-6SM321數(shù)字量輸入模塊數(shù)字量信號的每一通道信號進(jìn)入數(shù)據(jù)總線后只占一位。也就是說，8個數(shù)據(jù)通道為1Byte數(shù)據(jù)。

圖5-10為SM321：DI32_24VDC模塊原理圖，其輸入為32點，24V直流輸入信號，適用于開關(guān)輸入或者2/3/4線接近開關(guān)輸入。

圖5-11為該模塊的信道地址分配。

圖5-12為SM321：DI16_120VAC模塊原理圖，該模塊具有16點輸入，獨立組數(shù)為4組，120V交流電壓信號輸入，適合于開關(guān)或者2/3線交流接近開關(guān)信號。

圖5-10SM321：DI32_24VDC模塊原理圖

圖5-11SM321：DI32_24VDC模塊的信道地址分配

圖5-12SM321：DI16_120VAC模塊原理圖

2)數(shù)字量輸出模塊SM322

數(shù)字量輸出模塊的作用是將PLC的數(shù)字信號電平通過光電隔離和驅(qū)動等處理后轉(zhuǎn)換為外部數(shù)字量信號，該輸出信號可用來驅(qū)動電磁閥、接觸器、繼電器、微電機(jī)、電燈等負(fù)載，具體驅(qū)動能力需要看其驅(qū)動電流的大小。

CPU輸出的數(shù)據(jù)信號通過背板數(shù)據(jù)總線送至模塊，通過光電隔離后進(jìn)入驅(qū)動電路，驅(qū)動電路可以由晶體管、可控硅或者繼電器輸出，輸出信號可以驅(qū)動一定的負(fù)載。其中邏輯1為高電平輸出，0為低電平輸出。按照負(fù)載回路所使用的電源可將數(shù)字量輸出模塊分為直流輸出模塊、交流輸出模塊和交直流輸出模塊三種。

按照輸出開關(guān)器件的不同，可將數(shù)字量輸出模塊的方式分為晶體管輸出、可控硅輸出和繼電器輸出。其中：晶體管輸出為直流輸出方式，其具有響應(yīng)速度快的優(yōu)點，適合于高速信號；可控硅輸出為交流輸出方式，其響應(yīng)速度較慢，具有無觸點、壽命長等優(yōu)點；繼電器輸出為交直流輸出方式，其響應(yīng)速度慢，但是隔離效果好。

數(shù)字量輸出模塊SM322有多種型號可供選擇，常用的有8點晶體管輸出、16點晶體管輸出、32點晶體管輸出、8點可控硅輸出、16點可控硅輸出、8點繼電器輸出和16點繼電器輸出等。如表5-7所示，其中列出了各種類型的性能。表5-7SM322數(shù)字量輸出模塊圖5-13為SM322：DO32_24VDC/0.5A模塊原理圖，其具有8組32點輸出，直流24V/0.5A的驅(qū)動負(fù)載能力，可驅(qū)動干簧管、直流接觸器和指示燈等負(fù)載。

該模塊的信道地址分配如圖5-14所示，同樣，每一個輸出通道為1bit，8個通道為1

Byte。

圖5-15為SM322：DO16_24VDC/0.5A模塊原理圖，其具有8組16點輸出，直流24V/0.5A的驅(qū)動負(fù)載能力，可驅(qū)動干簧管、直流接觸器和指示燈等負(fù)載。

圖5-13SM322：DO32_24VDC/0.5A模塊原理圖圖5-14SM322：DO32_24VDC/0.5A模塊的信道地址分配圖5-15數(shù)字量輸出模塊SM322：DO16_24VDC/0.5A繼電器輸出模塊的響應(yīng)速度較慢，但是對負(fù)載電壓的范圍很寬，直流范圍為24～120V，交流范圍為48～230V，并且可以使用交流，也可以使用直流。其電流取決于輸出電容量和電壓值，電壓越高，電流越小。

晶體管輸出模塊沒有反極性保護(hù)措施，但是輸出具有短路保護(hù)功能，適用于電磁閥和直流接觸器，并且僅用于直流輸出，輸出電壓范圍很小?？煽毓栎敵瞿K可以驅(qū)動交流電磁閥、交流接觸器和指示燈等交流負(fù)載?？梢詫⒁唤M內(nèi)的兩個點并聯(lián)輸出，以使輸出功率增大或者進(jìn)行邏輯運(yùn)算。該類模塊上有紅色指示燈，用來指示故障或者錯誤，當(dāng)輸出保險絲斷路或者負(fù)載電源脫開時，該指示燈變紅。

選用模塊時，因為每個模塊的共地情況不同，所以不僅要考慮輸出類型，而且要考慮現(xiàn)場輸出信號的負(fù)載回路供電情況。如現(xiàn)場需要4點信號，但是每一點的電源回路各不相同，則選用8點繼電器輸出的模塊最為合適。

3)數(shù)字量輸入/輸出模塊SM323

數(shù)字量輸入/輸出模塊將數(shù)字量的輸入和輸出集成在了一個模塊上。對于SM323而言，有8點共地輸入/8點共地輸出和16點共地輸入/16點共地輸出兩種類型。

數(shù)字量輸入/輸出模塊SM323的類型及功能特點如表5-8所示。

表5-8數(shù)字量輸入/輸出模塊SM3232．模擬量輸入/輸出模塊

S7-300有一系列的模擬量輸入/輸出模塊，用來采集傳感器的信號，或者直接輸出給執(zhí)行機(jī)構(gòu)以驅(qū)動負(fù)載。CPU只能處理數(shù)字信號，所以對于模擬量輸入模塊，其作用是將輸入的模擬量經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)字量，由CPU采集處理；而模擬量輸出模塊的作用是將CPU的輸出二進(jìn)制數(shù)字信號通過D/A轉(zhuǎn)換為模擬量后輸出，如圖5-16所示。

S7-300的CPU用16位的二進(jìn)制補(bǔ)碼表示模擬量值，最高位為符號位，1為負(fù)數(shù)，0為正數(shù)。當(dāng)數(shù)字量位數(shù)(A/D轉(zhuǎn)換后)少于15位時(如12位和14位等)，將在數(shù)字量左側(cè)(低位)填以0，僅用高位表示。被測值的精度可以調(diào)整，它取決于模擬量模塊的位數(shù)和它的設(shè)定參數(shù)，如表5-9所示。

圖5-16模擬量模塊

表5-9S7-300模擬量位數(shù)

S7-300的模擬量輸入模塊的輸入范圍很寬，可以接入電壓、電流、電阻和熱電偶等信號，而模擬量輸出模塊可以輸出0～10V，1～5V、-10～10V電壓信號或者4～20mA、0～20mA、-20～20mA等模擬電流信號。具體的模塊可參閱相關(guān)技術(shù)手冊。

1)模擬量輸入模塊SM331

模擬量輸入模塊主要由A/D轉(zhuǎn)換器、模擬通道開關(guān)和光電隔離器等部件組成。其功能是將輸入的模擬量信號(0～10V或者4～20mA)經(jīng)過通道開關(guān)逐次接通，由A/D轉(zhuǎn)換成為數(shù)字信號，經(jīng)過光電隔離后送入存儲映像區(qū)，等待CPU的采樣。根據(jù)A/D轉(zhuǎn)換器的位數(shù)不同，模擬量輸入模塊分為12位和16位兩種。

(1)

SM331的主要特點及性能。模擬量輸入模塊SM331的特點及性能如表5-10所示。

SM331有AI812位模塊(AI表示模擬量輸入)、AI2

12位模塊和AI8

16位模塊三種類型。前兩種除了通道數(shù)不相同之外，性能均相同。SM331的A/D轉(zhuǎn)換器為積分轉(zhuǎn)換，積分時間直接影響到A/D轉(zhuǎn)換時間和A/D轉(zhuǎn)換的精度，轉(zhuǎn)換時間越長，轉(zhuǎn)換精度越高。SM331有四種積分時間：2.5ms、16.7ms、20ms和100ms，對應(yīng)的精度分別為8位，12位、14位和16位，相對應(yīng)的位數(shù)分別為8位、12位、12位和14位。每一種積分時間都有一個最佳的噪聲抑制頻率f0，以上四種積分時間分別對應(yīng)400Hz、60Hz、50Hz和10Hz。如當(dāng)A/D的積分時間設(shè)為20ms時，其轉(zhuǎn)換精度為12位并且對頻率為50Hz的噪聲干擾有很強(qiáng)的噪聲抑制能力。由于我國的電源頻率為50Hz，故通常選用20ms的轉(zhuǎn)換時間。

表5-10模擬量輸入模塊SM331續(xù)表

SM331的轉(zhuǎn)換時間由A/D積分時間和用途決定，用于電阻測量、斷線監(jiān)視等。對應(yīng)于上述四種積分時間的基本轉(zhuǎn)換時間分別為3ms、17ms、22ms和102ms，電阻測量的轉(zhuǎn)換時間為1

ms，斷線監(jiān)視的附加轉(zhuǎn)換時間為10

ms，電阻測量和斷線監(jiān)視都有的附加時間為16ms。由于SM331的輸入通道共享一個A/D轉(zhuǎn)換器，故某一通道的模擬量信號從初次轉(zhuǎn)換到再次轉(zhuǎn)換需要一定的時間間隔，這種時間間隔稱為循環(huán)時間。循環(huán)時間是將所有通道轉(zhuǎn)換一次所需要的時間，也就是對所有外部通道模擬量轉(zhuǎn)換時間的總和。為了縮短循環(huán)時間，應(yīng)用STEP7組態(tài)工具可屏蔽掉不需要的通道，從而縮短循環(huán)時間。同樣，為了更快地采樣模擬量，在實際使用時，需要選用適合通道數(shù)的A/D轉(zhuǎn)換模塊。

SM331的每兩個輸入通道構(gòu)成一個輸入信道組，可以按照信道組來選擇測量方法和測量范圍，每一組的參數(shù)是相同的。模塊上需要接24V(DC)和負(fù)載電壓L+。模塊有反接極性保護(hù)功能，對于變送器和熱電偶的輸入具有短路保護(hù)功能。由于模塊與CPU模塊之間的信號采用了光電隔離，故它具有一定的抗干擾性能。

(2)SM331與傳感器的連接。SM331模塊與CPU及負(fù)載電源之間采用了光電隔離。輸入模塊與電壓型傳感器、熱電阻和熱電偶的連接方法分別如圖5-17～圖5-19所示。

熱電偶是由兩根不同的金屬或合金的導(dǎo)線相互焊接在一起制成的。熱電偶根據(jù)使用的材料不同而分為K、J、E和N型等。如果熱電偶測量端和自由端的溫度不同，則在自由端之間會產(chǎn)生一個電壓或熱電勢。

圖5-17輸入模塊與電壓型傳感器的連接

圖5-18輸入模塊與熱電阻的連接

圖5-19輸入模塊與帶補(bǔ)償盒的熱電偶的連接當(dāng)模擬量模塊與熱電偶相連時，可根據(jù)參考點的位置選擇內(nèi)部補(bǔ)償或外部補(bǔ)償。如果使用內(nèi)部補(bǔ)償，則模塊的內(nèi)部溫度作為比較的溫度；如果使用外部補(bǔ)償，則通過補(bǔ)償盒來考慮熱電偶的參考點的溫度。

SM331使用參考接點溫度為0℃的補(bǔ)償盒，補(bǔ)償盒必須使用一個帶隔離的電源。和補(bǔ)償盒連接的所有通道必須使用同一種類型的熱電偶。

2)模擬量輸出模塊SM332

模擬量輸出模塊將CPU模塊輸出的數(shù)字信號通過光電隔離、D/A轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)處理后送至驅(qū)動電路。驅(qū)動電路主要有晶體管、可控硅和繼電器三種。

SM332有AO4×12位模塊、AO2×12位模塊和AO4×16位模塊三種，分別為4通道12位D/A轉(zhuǎn)換、2通道12位D/A轉(zhuǎn)換和4通道16位D/A轉(zhuǎn)換輸出模塊。其類型和特點如表5-11所示。圖5-20為AO2×12位輸出模塊的電氣原理圖。由于通道數(shù)量和D/A轉(zhuǎn)換器的影響，故模擬量輸出模塊需要一定的轉(zhuǎn)換時間、循環(huán)時間和響應(yīng)時間。在模擬量輸出模塊中，每一個通道的轉(zhuǎn)換是順序循環(huán)執(zhí)行的，D/A轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換時間為每一通道的轉(zhuǎn)換時間，當(dāng)順序地將所有通道轉(zhuǎn)換完成后又一次開始轉(zhuǎn)換時所用的時間為一個循環(huán)時間。在工業(yè)現(xiàn)場，為了快速響應(yīng)輸出量，需要較短的響應(yīng)時間。響應(yīng)時間是模擬量輸出的重要指標(biāo)之一，指內(nèi)部存儲器中出現(xiàn)數(shù)字量輸出值開始到模擬量輸出達(dá)到規(guī)定值所用時間的總和。它和負(fù)載的特性有關(guān)，負(fù)載不同(如阻性、感性和容性)，響應(yīng)時間也不同。

表5-11模擬量輸出模塊SM332

圖5-20SM332模塊端子接線及電氣原理圖

SM332可以輸出電壓或者電流，如圖5-21所示，當(dāng)采用2線回路或者4線回路與負(fù)載連接時，輸出為電壓值。將S0+/S1+

和S0/S1-

直接連接到負(fù)載，可在負(fù)載上直接測量和校準(zhǔn)電壓，而采用2線回路時，S0+/S1+

和S0/S1-

開路，形成開環(huán)輸出，精度較4線回路低。如將負(fù)載連接到QI和M上時輸出為電流，QI和QV為同一端子。

圖5-21SM332與負(fù)載的連接

SM322的每一個通道可以通過軟件編程使其為電壓輸出或者電流輸出，精度和D/A轉(zhuǎn)換器的精度相關(guān)。為了防止干擾和保護(hù)PLC，在數(shù)據(jù)總線和模塊之間使用了光電隔離。

通過STEP7組態(tài)工具或者SFC系統(tǒng)功能可設(shè)定SM332的中斷允許、輸出診斷、輸出類型和范圍、L+掉電或者模塊故障后的替代值等參數(shù)。輸出模塊的每一個通道為設(shè)置的一個通道，當(dāng)某幾個通道不使用時，可以通過設(shè)定輸出類型撤除該信道，并讓該信道輸出保持開路。

SM332與負(fù)載連接時，可以輸出電壓，也可以輸出電流。在輸出電壓時，可采用2線回路和4線回路兩種方式與負(fù)載連接。采用4線回路能夠獲得較高精度。圖5-22所示為采用電流輸出方式。

圖5-22SM332與負(fù)載的連接

3)模擬量輸入/輸出模塊SM334

SM334模塊將模擬量輸入和輸出集成在了一個模塊上，其有4輸入/2輸出、精度為8位和12位兩種類型。該模塊輸入/輸出量為0～10V或者0～20mA，所以在進(jìn)行控制任務(wù)的設(shè)計時需要對輸入信號和輸出信號進(jìn)行電信號的變換。模擬量輸入/輸出模塊SM334的通信地址如表5-12所示。

表5-12模擬量輸入/輸出模塊SM334的通信地址

4)其他輸入/輸出模塊

(1)仿真模塊SM374。在PLC系統(tǒng)開發(fā)中，需要調(diào)試模擬現(xiàn)場的情況，在此使用仿真模塊SM374，該模塊可以仿真數(shù)字量的16點輸入、16點輸出或者8點輸入、8點輸出。圖5-23為SM374的前視圖，其上有一系列輸入/輸出開關(guān)，當(dāng)撥動開關(guān)時，可以仿真輸入為1和0的狀態(tài)。其上每一個開關(guān)對應(yīng)一個指示燈，當(dāng)輸入為1時，指示燈變綠。

圖5-23仿真模塊

S7的組態(tài)工具中沒有該模塊，也就是說，S7系統(tǒng)不承認(rèn)仿真模塊的工作方式，但是我們可以在組態(tài)過程中填入仿真模塊的序列號，這樣S7就可以認(rèn)出該模塊，并使用該模塊進(jìn)行仿真工作。如：當(dāng)使用16點輸出時，可以填入序列號6ES7322-1BH00-0AA00；當(dāng)仿真16點輸入時，則填入6ES7311-1BH00-0AA00。

(2)占位模塊DM370。占位模塊DM370的作用是給數(shù)字量模塊保留一個插槽，使得所設(shè)計的PLC系統(tǒng)具有更大的靈活性和適應(yīng)性。如果使用某一模塊替代占位模塊，則系統(tǒng)的機(jī)械布局和地址的設(shè)置等不發(fā)生任何變化。圖5-24為占位模塊DM370的前視圖和后視圖。

圖5-24占位模塊DM370的前視圖和后視圖后視圖上有一個撥動開關(guān)，當(dāng)開關(guān)置于NA位置時，占位模塊僅保留機(jī)械位置，而不保留地址；當(dāng)開關(guān)置于A位置時，不僅保留機(jī)械位置，而且保留地址，為以后的適應(yīng)性和擴(kuò)展做準(zhǔn)備。5.2.4接口模塊

接口模塊(IM)用于多機(jī)架配置時連接主機(jī)架(CR)和擴(kuò)展機(jī)架(ER)。S7-300通過分布式的主機(jī)架(CR)和3個擴(kuò)展機(jī)架(ER)，可以操作多達(dá)32個模塊，且運(yùn)行時無需風(fēng)扇。

接口模塊有IM360、IM361和IM365。如：IM365用于一個中央機(jī)架和一個擴(kuò)展機(jī)架的配置中，IM360/IM361用于一個中央機(jī)架和最多3個擴(kuò)展機(jī)架的配置中。接口模塊如表5-13所示。

表5-13接口模塊不同型號的接口模塊均可支持機(jī)架擴(kuò)展或PROFIBUS-DP連接，置于3號機(jī)架，沒有接口模塊時，機(jī)架位置為空。一個S7-300PLC系統(tǒng)的信號模塊如果超過8塊，就必須配置接口模塊進(jìn)行擴(kuò)展。

使用IM360/IM361

接口模塊最多可以擴(kuò)展3個機(jī)架(加上主機(jī)架共有４個機(jī)架)，即一個傳統(tǒng)的PLC系統(tǒng)最多處理32個信號模塊。5.2.5通信模塊

S7-300通信模塊(CP)是用于連接網(wǎng)絡(luò)和點對點通信用的專用模塊，比如用于S7-300和SIMATICC7通過PROFIBUS通信的模塊CP343-5，用于S7-300和工業(yè)以太網(wǎng)通信的模塊CP343-1及CP343-1IT等。

1.?PROFIBUS-DP模塊CP342-5

CP342-5用于連接SIEMENSS7-300和PROFIBUS-DP的主/從的接口模塊；通過PROFIBUS簡單地進(jìn)行配置和編程；支持的通信協(xié)議有PROFIBUS-DP、S7通信功能、PG\OP通信；傳輸率為9.6～12Mb/s自由選擇；主要用于和ET200子站配合，組成分布式I/O系統(tǒng)。

2.?PROFIBUS-FMS模塊CP343-5

CP343-5用于連接SIEMENSS7-300和PROFIBUS-FMS的接口模塊；通過PROFIBUS簡單地進(jìn)行配置和編程；支持的通信協(xié)議有PROFIBUS-FMS、S7通信功能、PG\OP通信；傳輸率為9.6～1.5Mb/s自由選擇；主要用于和操作員站的連接。

3.工業(yè)以太網(wǎng)模塊CP343-1

CP343-1用于連接SIEMENSS7-300和工業(yè)以太網(wǎng)接口模塊；10/100Mb/s全雙工，自動切換接口連接：RJ45、AUI；支持的通信協(xié)議有ISO、TCP/IP通信協(xié)議；和S7通信、PG\OP通信；主要用于和操作員站的連接。

這三個模塊在機(jī)架上可以任意放置，系統(tǒng)可以自動分配模塊的地址。5.2.6功能模塊

S7-300PLC有許多功能模塊，用于進(jìn)行復(fù)雜的、重要的但獨立于CPU的過程，如高速計數(shù)和定位操作(開環(huán)或閉環(huán)控制)等。西門子S7-300功能模塊適用于各種場合，功能模塊的所有參數(shù)都在STEP7中分配，操作方便，而且不必編程。其包括計數(shù)器模塊(FM350)、定位模塊(FM351)、凸輪控制模塊(FM352)和閉環(huán)控制模塊(FM355)等許多用于特定場合的模塊。

1.計數(shù)器模塊

FM350是智能化計數(shù)器模塊，可以進(jìn)行頻率測量、轉(zhuǎn)速測量、長度測量和位置檢測。常用的計數(shù)器模塊型號有：

(1)

FM350-1：智能化單通道計數(shù)器模塊，可以檢測最高頻率達(dá)500Hz的脈沖。它有連續(xù)計數(shù)、單向計數(shù)和循環(huán)計數(shù)3種工作模式。

(2)

FM350-2：8通道智能計數(shù)模塊。它有7種不同的工作方式，即連續(xù)計數(shù)、單次計數(shù)、周期計數(shù)、頻率測量、速度測量、周期測量和比例運(yùn)算。

(3)

CM35計數(shù)器模塊：8通道智能計數(shù)模塊，可執(zhí)行通用的計數(shù)和測量任務(wù)，也可以用于最多4軸的簡單定位控制。它有4種工作模式，即加計數(shù)器/減計數(shù)器、8通道定時器、8通道周期測量和4軸簡易定位。

2.定位模塊與凸輪控制模塊

常用的定位模塊與凸輪控制模塊有：

(1)雙通道定位模塊FM351：用于控制變級電動機(jī)和標(biāo)準(zhǔn)電動機(jī)的變頻器。

(2)電子式凸輪控制模塊FM352：在某些場合，例如需要在運(yùn)行時間內(nèi)處理工件，電子式凸輪控制模塊FM352是機(jī)械解決方案的一種經(jīng)濟(jì)的替代方案，它能在32個凸輪軌跡中形成128個凸輪。

(3)

步進(jìn)電機(jī)模塊FM353：高速機(jī)械設(shè)備中使用的步進(jìn)電機(jī)定位模塊，可應(yīng)用于有高的時鐘脈沖速率的高度