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1、第二章 PLC300,2.1 S7-300 PLC硬件简介 2.2 电源模块 2.3 中央处理器 2.4 接口模块 2.5 信号模块 2.6 功能模块 2.7 通信处理器,2.1 S7-300 PLC硬件简介,SIMATIC S7-300系列PLC是模块化结构设计，根据应用对象的不同，可选用不同型号和不同数量的模块，并可以将这些模块安装在同一机架(导轨)或多个机架上。 S7-300由多种模块部件组成，包括导轨（Rack）、电源模块（PS）、CPU模块、接口模块（IM）、输入输出模块（SM）。它通过MPI网的接口直接与编程器PG、操作员面板OP和其它S7 PLC相连。各种模块能以不同方式组合在一
2、起，从而可使控制系统设计更加灵活、满足不同的应用需求。,2.1 S7-300 PLC硬件简介,通用型S7-300PLC的外型结构如图2.1所示。,图2.1 通用型S7-300PLC的外型结构,2.2 电源模块（1#槽 PS模块）,电源模块是构成PLC控制系统的重要组成部分，针对不同系列的CPU，西门子有匹配的电源模块与之对应，用于对PLC内部电路和外部负载供电，比如PS305、PS307。本节以PS307电源模块为例作详细介绍。 PS307电源模块将AC120/230V电压转换为DC24V电压，为S7-300/400、传感器和执行器供电。输出电流有2A、5A和10A三种，其工作原理相同，各种参
3、数如表2.1。,2.2 电源模块（1#槽 PS模块）,表2.1 PS307电源模块,电源模块安装在DIN导轨上的插槽1，仅靠在CPU或扩展机架上IM361的左侧，用电源连接器接到CPU或IM361上。,2.2 电源模块（1#槽 PS模块）,图2.2为PS307 10A的模块端子接线图,图2.2 PS307 10 A模块端子接线图,2.3 中央处理器（CPU）,1、CPU模块概述,CPU是PLC系统的运算控制核心，它按照系统程序赋予的功能完成的主要任务是： (1)接收并存储用户由编程器输入的用户程序和数据； (2)检查编程过程中的语法错误，诊断电源及PLC内部的工作故障； (3)用扫描方式工作，
4、接收来自现场的输入信号，并输入到输入映像寄存器和数据存储器中；,2.3 中央处理器（CPU）,(4)在进入运行方式后，从存储器中逐条读取并执行用户程序，完成用户程序所规定的逻辑运算、算术运算及数据处理等操作； (5)根据运算结果，更新有关标志位的状态，刷新输出映像寄存器的内容，再经输出部件实现输出控制、打印制表或数据通信等功能。,2.3 中央处理器（CPU）,(1)紧凑型CPU： 适用于有较高要求的系统。 (2)标准型CPU： 适用于大中规模的I/O配置的系统，对二进制和浮点数有较高的处理性能。 (3)户外型CPU： 适用于恶劣环境、具有中规模的I/O配置。 (4)高端CPU： 适用于大规模I
5、/O配置和建立分布式I/O结构的系统。 (5)故障安全型CPU： 适用组态故障安全性的自动化系统CPU 315F。,2、CPU的分类,2.3 中央处理器（CPU）,3、CPU模块的方式选择和状态指示,图2.3为CPU模块面板布置示意图,图2.3 CPU面板布置示意图,2.3 中央处理器（CPU）,3、CPU模块的方式选择和状态指示,(1)状态和故障指示,CPU上安装有6个指示灯，显示运行状态和故障。表2.2列出了用于状态和故障显示的发光二极管的含义。,2.3 中央处理器（CPU）,表2.2 用于状态和故障显示LED的含义,表2.2 用于状态和故障显示LED的含义,2.3 中央处理器（CPU）,
6、STOP模式 RUN模式,STARTUP模式 HOLD模式,3、CPU模块的方式选择和状态指示,(2)运行模式,S7-300系列的CPU312IFM/313/314/314 、IFM/315/315-2DP/316-2DP/318-2DP模块有四种操作模式:STOP(停机)、STARTUP(启动)、RUN(运行)和HOLD(保持)。在所有的模式中，都可以通过MPI接口与其他设备通信。,2.3 中央处理器（CPU）,3、CPU模块的方式选择和状态指示,(3)操作模式选择开关,CPU的运行模式可以使用模式开关来设置，开关有四个位置，其含义如下：,RUN-P：可编程运行方式。 RUN：运行方式。 S
7、TOP：停止方式。 MRES：该位置瞬间接通，用以清除CPU的存储器。,2.3 中央处理器（CPU）,3、CPU模块的方式选择和状态指示,(4) SIMATIC微存储卡(MMC)插槽,Flash EPROM微存储卡用于在断电时保存用户程序和某些数据，它可以扩展CPU的存储器容量，也可以将有些CPU的操作系统包括在MMC中，这对于操作系统的升级是非常方便的。MMC用作装载存储器或便携式保存媒体，它的读写直接在CPU内进行，不需要专用的编程器。 由于CPU 31xC没有安装集成的装载存储器，在使用CPU时必须插入MMC。CPU与MMC是分开订货的。,表2.3中央处理单元CPU的主要特性,2.3 中
8、央处理器（CPU）,表2.3中央处理单元CPU的主要特性,2.4 接口模块（IM）,接口模块将各个机架连接在一起。不同型号的接口模块可支持机架扩展或PROFIBUS DP连接。在S7-300PLC中接口模块主要有IM360、IM361及IM365，接口模块主要特性见表2.4。,表2.4 接口模块的主要特性,2.5 信号模块（SM，Signal Model）,信号模块也叫输入/输出模块，是CPU模块与现场输入输出原件和设备连接的桥梁，用户可根据现场输入输出设备选择各种用途的I/O模块 。 S7-300的输入输出模块外部连线接在插入式的前端连接器的端子上，前端连接器插在前盖后面的凹槽内。不需要断开
9、前端连接器上的外部连接线，就可以迅速的更换模块。 信号模块面板上的LED用来显示数字量输入输出点的信号状态 ，模块安装在DIN标准导轨上，通过总线连接器与相邻的模块连接。,2.5 信号模块（SM，Signal Model）,2.5.1 数字量输入模块,数字量输入模块将现场过程送来的数字信号电平转换成S7-300内部信号电平。它有直流输入方式和交流输入方式。对现场输入元件，仅要求提供开关触点即可。 输入信号进入模块后，一般都经过光电隔离和滤波，然后才送至输入缓冲器等待CPU采样。采样时，信号经过背板总线进入到输入映像区。,2.5.1 数字量输入模块,S7-300的数字量输入模块（DI）有直流输入
10、方式和交流输入方式，有直流16点输入、直流32点输入、交流16点输入、交流8点输入模块四种型号模块可供选择。模块的每个输入点有一个绿色发光二极管显示输入状态，输入开关闭合既有电压输入，二极管点亮。数字量输入模块SM321的技术特性表见表2.5。,2.5.1 数字量输入模块,表2.5 SM321数字量输入模块技术特性,2.5.1 数字量输入模块,图2.6所示为直流32点输入和图2.7所示为交流16点输入对应的端子连接及原理图。,图2.6 数字量(直流)输入模块SM321端子连接及原理图,2.5.1 数字量输入模块,图2.7 数字量(交流)输入模块SM321端子连接及原理图,2.5.1 数字量输入
11、模块,图2.6所示为直流32点输入和图2.7所示为交流16点输入对应的端子连接及原理图。,图2.6 数字量(直流)输入模块SM321端子连接及原理图,2.5.2 数字量输出模块,数字量输出模块SM322将S7-300内部信号电平转换成现场所需要的外部信号电平，可直接用于驱动电磁阀、接触器、小型电动机、灯和电动机启动器等。数字量输出模块SM322有多种型号输出模块可供选择，常用模块有8点晶体管输出、16点晶体管输出、32点晶体管输出、8点可控硅输出、16点可控硅输出、8点继电器输出和16点继电器输出，其技术特性见表2-6。模块的每个输出点有一个绿色发光二极管显示输出状态，输出逻辑“1”时，二级管
12、点亮。,2.5.2 数字量输出模块,32点数字量晶体管输出模块的端子接线图和原理如图2.8所示。,图2.8 32点数字量晶体管输出模块的内部电路及外部端子接线图,2.5.2 数字量输出模块,16点数字量继电器输出模块的端子接线图和原理如图2.9所示。,图2.9 16点数字量继电器输出模块的内部电路及外部端子接线图,表2.6数字量输出模块SM322技术特性,2.5.3 数字输入/输出模块,SM323数字量输入输出模块是在一个模块上同时具有数字量输入点和数字量输出点，有两种类型：一种是带有8个共地输入端和8个共地输出端，另一种是带有16个共地输入端和16个共地输出端，这两种模块的输入/输出特性相同
13、。 I/O额定负载电压24V DC，输入电压：“1”信号电平为11-30V，“0”信号电平为-35V，通过光耦合器与背板总线隔离。在额定输入电压下，输入延迟为1.24.8ms。输出具有短路保护功能。,2.5.3 数字输入/输出模块,表 2.7 SM323数字量输入/输出模块技术特性,2.5.3 数字输入/输出模块,图2.10 SM323 DI16/DO1624VDC/0.5A内部电路及外部端子接线图,2.5.4模拟量输入模块,当控制过程含有模拟信号时，采用模拟量输入/输出（AI/AO）模块。S7-300的模拟量模块包括模拟量输入模块、模拟量输出模块和模拟量输入/输出模块。 (1)模拟量值的表示
14、方法 S7-300的CPU用16位的二进制补码表示模拟量值。其中最高位为符号位S，“0”表示正值，“1”表示负值，被测值的精度可以调整，取决于模拟量模块的性能和它的设定参数，对于精度小于15位的模拟量值，低字节中幂项低的位不用。表2.8表示了S7-300模拟量值所有可能的精度，标有“”的位就是不用的位，一般填入“0”。,表 2.8 S7-300模拟量值的精度,S7-300模拟量输入模块可以直接输入电压、电流、电阻、热电偶等信号，而模拟量输出模块可以输出010V，15V，10V10V，020mA，420mA，2020mA等模拟信号，具体的各种模拟量输入范围的数字化表示以及数字量与不同的模拟量输出
15、范围间的对应关系，请参考相关技术手册。,2.5.4模拟量输入模块,(2)SM331模拟量输入模块的基本结构 模拟量输入模块用于将模拟量信号转换为CPU内部处理的数字信号，其主要组成部分是A/D (Analog/Digit)转换器。模拟量输入模块的输入信号一般是模拟量变送器输出的标准直流电压、电流信号。SM331也可以直接连接不带附加放大器的温度传感器(热电偶或热电阻)，这样可以省去温度变送器，不但节约了硬件成本，控制系统的结构也更加紧凑。 SM331模块中的各个通道可以分别使用电流输入或电压输入，并选用不同的量程。有多种分辨率可供选择，分辨率不同转换时间也不同。,2.5.4模拟量输入模块,模拟
16、量转换是顺序执行的，每个模拟量通道的输入信号是被依次轮流转换的。 模拟量输入模块由多路开关、A/D转换器、光隔离元件、内部电源和逻辑电路组成。8个模拟量输入通道共用一个A/D转换器，通过多路开关切换被转换的通道，模拟量输入模块输入通道的A/D转换和转换结果的存储与传送是顺序进行的。 各个通道的转换结果被保存到各自的存储器，直到被下一次的转换值覆盖。可以用装入指令“L PIW”来访问转换的结果。,2.5.4模拟量输入模块,(3)S7-300模拟量输入模块的技术参数 模拟量输入模块SM331目前有三种规格型号，即8AI*12位模块、2AI*12位模块和8AI*16位模块，分别为8通道的12位模拟量输入模块、2通道的12位模拟量输入模块、8通道的16位模拟量输入模块。其中具有12位输入的模块除了通道数不一样外，其工作原理、性能、参数设置等各方面都完全一样，具体见表2.9。 (4)传感器、变送器与模拟量输入模块的接线 AI8*13位模拟量输入模块的端子接线图和框图如图2.11所示。,表2.9模拟量输入模块SM331技术特性,
