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1、,西门子公司的PLC以其极高的性能价格比，在国内占有很大的市场份额，在我国的各行各业得到了广泛的应用。S7-300/400属于模块式PLC，主要由机架、CPU模块、信号模块、功能模块、接口模块、通讯模块、电源模块和编程设备组成，各种模块安装在机架上。通过CPU模块或通信模块上的通信接口，PLC被连接到通信网络上，可以与计算机、其他PLC或其他设备通信。本章简要介绍S7-300/400系列PLC的硬件组成和编程软件step7的使用方法。,9.1 S7-300系列PLC简介,9.1.1 S7-300系列PLC概况,大、中型PLC(例如西门子的S7-300和S7-400系列)一般采用模块式结构，用搭
2、积木的方式来组成系统，模块式PLC由机架和模块组成。S7-300是模块化的中小型PLC(见图9-1)，适用于中等性能的控制要求。品种繁多的CPU模块、信号模块和功能模块能满足各种领域的自动控制任务，用户可以根据系统的具体情况选择合适的模块，维修时更换模块也很方便。当系统规模扩大和更为复杂时，可以增加模块，对PLC进行扩展。,图9-1 S7-300可编程控制器,1-电源模块 2-后备电池（CPU313以上） 3-DC24V连接器 4-模式开关 5-状态和故障指示灯 6-存储器卡（CPU313以上） 7-MPI多点接口 8-前连接器 9-前盖,S7-300的CPU模块(简称为CPU)集成过程控制功
3、能，用于执行用户程序。 每个CPU都有一个编程用的RS-485接口，有的还带有集成的现场总线PROFIBUS-DP接口或PtP(点对点)串行通信接口，S7-300不需要附加任何硬件、软件和编程，就可以建立一个MPI(多点接口)网络，如果有PROFIBUS-DP接口，可以建立一个DP网络。 功能最强的CPU的RAM存储容量为512KB，有8192个存储器位，512个定时器和512个计数器，数字量通道最大为65536点，模拟量通道最大为4096个。由于使用FlashEPROM，CPU断电后无需后备电池也可以长时间保存动态数据，使S7-300成为完全无维护的控制设备。 S7-300/400的编程软件
4、，STEP 7功能强大，使用方便。S7-300PLC有350多条指令。,CPU用智能化的诊断系统连续监控系统的功能是否正常、记录错误和特殊系统事件(例如超时、模块更换等)。S7-300有看门狗中断、过程报警、日期时间中断和定时中断功能。,操作员控制和监视显得日益重要，S7-300/400已将HMI(人机接口)服务集成到操作系统内，因此大大减少了人机对话的编程要求。,9.1.2 S7-300的组成部件,S7-300采用紧凑的、无槽位限制的模块结构，电源模块(PS)、CPU模块、信号模块(SM)、功能模块(FM)、接口模块(IM)和通信处理器(CP)都安装在导轨上。导轨是一种专用的金属机架，只需将
5、模块钩在DIN标准的安装导轨上，然后用螺栓锁紧就可以了。有多种不同长度规格的导轨供用户选择。 电源模块总是安装在机架的最左边，CPU模块紧靠电源模块。如果有接口模块，它放在CPU模块的右侧。S7-300用背板总线将除电源模块之外的各个模块连接起来。,S7-300PLC是模块式的PLC，它由以下几部分组成： 1.中央处理单元(CPU) 2.负载电源模块(PS) 3.信号模块(SM) 4.功能模块(FM) 5.通信处理器(CP),9.1.3 I/O模块地址的确定 S7-300的信号模块的字节地址与模块所在的机架号和槽号有关，位地址与信号线接在模块上的哪一个端子有关。对于数字量模块，从0号机架的4号
6、槽开始，每个槽位分配4B(4个字节)的地址，相当于32个I/O点(见表9-1)。最多可能有32个数字量模块，共占用324B=128B。 模拟量模块以通道为单位，一个通道占一个字地址，或两个字节地址。例如模拟量输入通道IW640由字节IB640和IB641组成。S7-300为模拟量模块保留了专用的地址区域，字节地址范围为IB256767。可以用装载指令和传送指令访问模拟量模块。 一个模拟量模块最多有8个通道，从256开始，给每一个模拟量模块分配16B(8个字)的地址。,表9-1 I/O模块的字节地址,表9-2 信号模块的地址示例,9.2 S7-300PLC的CPU模块,9.2.1 CPU模块的结
7、构 S7-300有20种不同型号的CPU，分别适用于不同等级的控制要求。有的CPU模块集成了数字量I/O，有的同时集成了数字量I/O和模拟量I/O。 CPU内的元件封装在一个牢固而紧凑的塑料机壳内，面板上有状态和故障指示LED、模式选择开关和通信接口。大多数CPU还有后备电池盒，存储器插槽可以插入多达数兆字节的FlashEPROM微存储器卡(简称为MMC)，用于掉电后程序和数据的保存。CPU 318-2的面板如图9-2所示。,图9-2 CPU 318-2的面板示意图,9.2.2 CPU模块的技术规范,1. 存储器 存储器分为系统程序存储器和用户程序存储器。系统程序相 当于个人计算机的操作系统，
8、它使PLC具有基本的智能，能够完 成PLC设计者规定的各种工作。系统程序由PLC生产厂家设计并 固化在ROM(只读存储器)中，用户不能读取。用户程序由用户设 计，它使PLC能完成用户要求的特定功能。用户程序存储器的容 量以字(16位二进制数)为单位。用户程序和需要长期保存的重要 数据可存储在电池后备的读写存储器RAM中或快闪存储器 FlashEPROM（简称为FEPROM）中。,2. S7-300CPU的分类,S7-300的CPU模块大致可以分为以下几类： (1) 紧凑型CPU6种，带有集成的功能和I/O：CPU 312C，313C，313C-PtP，313C-2DP，314C-PtP和314
9、C-2DP。（参数见表9-3） (2) 重新定义的CPU3种：CPU 312，314和315-2DP。 (3) 标准的CPU5种：CPU 313，314，315，315-2DP和316-2DP。 (4) 户外型CPU4种：CPU 312 IFM，314 IFM，314户外型和315-2DP。 (5) 高端CPU：317-2DP和CPU 318-2DP。 (6) 故障安全型CPU：CPU 315F。,表9-3 紧凑型CPU技术参数,9.3 S7-300的输入/输出模块,输入/输出模块统称为信号模块(SM)，包括数字量(或称开关量)输入模块、数字量输出模块、数字量输入/输出模块、模拟量输入模块、模
10、拟量输出模块和模拟量输入/输出模块。 S7-300的输入/输出模块的外部接线接在插入式的前连接器的端子上，前连接器插在前盖后面的凹槽内。不需断开前连接器上的外部连线，就可以迅速地更换模块。第一次插入连接器，有一个编码元件与之啮合，这样该连接器就只能插入同样类型的模块中。,9.3.1数字量输人模块,数字量输入模块用于连接外部的机械触点和电子数字式传感器，例如二线式光电开关和接近开关等。数字量输入模块将从现场传来的外部数字信号的电平转换为PLC内部的信号电平。数字量输入模块的型号为SM321。,表9-4 SM 321数字量输入模块技术参数,9.3.2 数字量输出模块,数字量输出模块用于驱动电磁阀、
11、接触器、小功率电动机、 灯和电动机起动器等负载。数字量输出模块将S7-300的内部信号电 平转化为控制过程所需的外部信号电平，同时有隔离和功率放大的 作用。数字量输出模块的型号为SM322。 输出模块的功率放大元件有驱动直流负载的大功率晶体管和 场效应晶体管、驱动交流负载的双向晶闸管或固态继电器，以及既 可以驱动交流负载又可以驱动直流负载的小型继电器。输出电流的 典型值为0.5-2A，负载电源由外部现场提供。,表9-5 SM322数字量输出模块技术参数,表9-6 SM 322继电器型数字量输出模块技术参数,9.3.3 数字量输入/输出模块,SM 323是S7-300的数字量输入/输出模块，它有
12、两种型号可供选择。一种是8点输入和8点输出的模块，输人点和输出点均只有一个公共端。另外一种有16点输入(8点1组)和16点输出(8点1组)。输入、输出的额定电压均为DC24V，输入电流为7mA，最大输出电流为0.5A，每组总输出电流为4A。输入电路和输出电路通过光耦合器与背板总线相连，输出电路为晶体管型，有电子保护功能。,9.3.4 模拟量输入模块,S7-300的模拟量I/O模块包括模拟量输人模块SM331、模拟量输 出模块SM332和模拟量输入/输出模块SM334和SM335,1. 模拟量输人模块的结构,2.模拟输入量转换后的模拟值表示方法,模拟量输入/输出模块中模拟量对应的数字称为模拟值，
13、模拟值用16位二进制补码定点数来表示。最高位(第15位)为符号位，正数的符号位为0，负数的符号位为1。 模拟量模块的模拟值位数(即转换精度)可以设置为915位(与模块的型号有关，不包括符号位)，如果模拟值的精度小于15位，则模拟值左移，使其最高位(符号位)在16位字的最高位(第15位)，模拟值左移后未使用的低位则填人“0”，这种处理方法称为“左对齐”。设模拟值的精度为12位加符号位，未使用的低位(第02位)为0，相当于实际的模拟值被乘以8。,表9-7 SM321模拟量输入模块的模拟值,3. 模拟量输入模块测量范围的设置,图9-4量程卡的设置和安装,表9-8 模拟量输入模块的默认设置,例9-1
14、：压力变送器的量程为010MPa，输出信号为420mA，模拟量输入模块的量程为4-20mA，转换后的数字量为0-27648，设转换后得到的数字为N，试求以kPa为单位的压力值。 解：010MPa(010000kPa)对应于转换后的数字027648，转换 公式为P = 10000N27648 kPa 注意：在运算时一定要先乘后除，否则会损失原始数据的精度。,9.3.5模拟量输出模块,1. 模拟量输出模块的基本结构,2. 模拟量输出模块的技术参数,9.3.6 模拟量输入/输出模块,9.4 S7-300的其他模块,除了最通用的I/O模块，西门子公司还提供大量的功能模块、特殊模块和通讯模块，用于完成计
15、数、定位、仿真、占位、通讯等功能。下表列出了部分模块的型号和功能特点。,9.5 S7-400系列PLC的硬件组成,9.5.1 S7-400的一般特性,SIMATIC S7-400PLC是为满足自动化领域中、高端的应用而设计的，其功能十分强大。S7-400 PLC具有以下的一般特性。 (1) 运行速度高，CPU417-4执行一条二进制指令只要0.03s。 (2) 存储器容量大，例如CPU 417-4的工作内存可达20MB，装载存储器(EEPROM或RAM)可以扩展到64MB。 (3) 可多CPU并行计算（最多4个CPU并行处理复杂任务）。 (4) 支持集中式和分布式信号模板的热插拔。 (5) I
16、/O扩展功能强，可以扩展21个机架，CPU417-4最多可以扩展 262144个数字量I/O点和16384个模拟量I/O。,(6)有极强的通信能力，容易实现分布式结构和冗余控制系统，集成的 MPI(多点接口)能建立最多32个站的简单网络。大多数CPU集成有 PROFIBUS-DP主站接口，可以用来建立高速的分布式系统，使操作大 大简化。从用户的角度看，分布式IO的处理与集中式IO没有什么 区别，具有相同的配置、寻址和编程方法。CPU能与在通信总线和 MPI上的站点建立联系，最多1644个站点，通信速率最高12Mbits。 (7)通过钥匙开关和口令实现安全保护。 (8)诊断功能强，最新的故障和中断时间保存在FIFO(先人先出)缓冲区中。 (9)集成的HMI(人机接口)服务，用户只需要为HMI服务定义源和目的地址动地传送信息。 (10)无风扇运行。,9.5.2 S7-400的硬件组成,S7-400由机架、电源模块(PS)、中央处理单元(CPU)、数字量输入/输出(DI/DO)
