《SIMATIC S7 PLC原理及应用 教学课件 ppt 作者 龙志文 第五章 S7300-400的硬件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《SIMATIC S7 PLC原理及应用 教学课件 ppt 作者 龙志文 第五章 S7300-400的硬件（43页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第五章 S7-300/400的硬件,5.1 S7-300系列PLC简介 5.2 S7-300的CPU模块 5.3 S7-300的输入输出模块 5.4 S7-300的其他模块 5.5 S7-400系列PLC的硬件组成 5.6 S7-300400的维护 5.7 ET 200分布式IO,5.1 S7-300系列PLC简介,SIMATIC S7-300的大量功能能够支持和帮助用户进行编程、启动和维护，其主要功能如下： (1) 高速的指令处理。0.10.6 us的指令处理时间在中等到较低的性能要求范围内开辟了全新的应用领域。 (2) 人机界面(HMI)。方便的人机界面服务已经集成在S7-300操作系统内
2、，因此人机对话的编程要求大大减少。 (3) 诊断功能。CPU的智能化的诊断系统可连续监控系统的功能是否正常，记录错误和特殊系统事件。 (4) 口令保护。多级口令保护可以使用户高度、有效地保护其技术机密，防止未经允许的复制和修改。,图5-1 S7-300 PLC,SIMATIC S7-300系列PLC是模块化结构设计，各种单独模块之间可进行广泛组合和扩展。其系统构成如图5-2所示。它的主要组成部分有导轨(RACK)、电源模块(PS)、中央处理单元模块(CPU)、接口模块(IM)、信号模块(SM)、功能模块(FM)等。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。,S
3、IMATIC S7-300的组成,图5-2 S7-300系列PLC系统构成框图,S7-300的扩展能力 S7-300是模块化的组合结构，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。与CPU312 IFM和CPU313配套的模块只能安装在一个机架上。除了电源模块、CPU模块和接口模块外，一个机架上最多只能再安装8个信号模块或功能模块。 CPU314/315/315-2DP最多可扩展4个机架，IM360/IM361接口模块将S7-300背板总线从一个机架连接到下一个机架，如图所示。,图5-3 S7-300机架和槽位图,S7-300模块地址
4、的确定 根据机架上模块的类型，地址可以为输入(I)或输出(O)。数字I/O模块每个槽划分为4 B(等于32个I/O点)。模拟I/O模块每个槽划分为16 B(等于8个模拟量通道)，每个模拟量输入通道或输出通道的地址总是一个字地址。表5-1为S7-300信号模板的起始地址。,表5-1 S7-300信号模板的起始地址,0机架的第一个信号模块槽(4号槽)的地址为0.03.7，一个16点的输入模块只占用地址0.01.7，地址2.03.7未用。数字量模块中的输入点和输出点的地址由字节部分和位部分组成。例如：,5.2 S7-300的CPU模块,CPU模块概述 S7-300有CPU312 IFM、CPU313
5、、CPU314、CPU314 IFM、CPU315/315-2DP、CPU316-2DP、CPU318-2DP等8种不同的中央处理单元可供选择。CPU315-2DP、CPU316-2DP、CPU318-2DP都具有现场总线扩展功能。CPU以梯形图LAD、功能块FBD或语句表STL进行编程。实验室机型为CPU315-2DP。 表列出了部分中央处理单元CPU的主要特性，包括存储器容量、指令执行时间、最大I/O点数、各类编程元件(位存储器、计数器、定时器、可调用块)数量等。,表5-2 中央处理单元CPU的主要特性,表5-3 中央处理单元CPU的主要特性,CPU模块的方式选择和状态指示 S7-300系
6、列的CPU312 IFM/313/314/314 IFM/315/315-2DP/316-2DP/318-2DP模块的方式选择开关都一样，有以下4种工作方式，通过可卸的专用钥匙来控制选择。图5-4为CPU模块面板布置示意图。,图5-4 CPU模块面板布置示意图,(1) RUN-P：可编程运行方式。CPU扫描用户程序，既可以用编程装置从CPU中读出，也可以由编程装置装入CPU中。用编程装置可监控程序的运行。在此位置钥匙不能拔出。 (2) RUN：运行方式。CPU扫描用户程序，可以用编程装置读出并监控PLC CPU中的程序，但不能改变装载存储器中的程序。在此位置可以拔出钥匙，以防止程序在正常运行时
7、被改变操作方式。 (3) STOP：停止方式。CPU不扫描用户程序，可以通过编程装置从CPU中读出，也可以下载程序到CPU。在此位置可以拔出钥匙。 (4) MRES：该位置瞬间接通，用以清除CPU的存储器,表5-4 用于状态和故障显示LED的含义,5.3 S7-300的输入输出模块,数字量输入模块SM321 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。数字 量输入模块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。 数字
8、量输入模块SM321有四种型号模块可供选择，即直流16点输入、直流32点输入、交流16点输入、交流8点输入模块。,图5-5 数字量输入模块SM321端子连接及电气原理图,图5-6 数字量输入模块SM321端子连接及电气原理图,数字量输出模块SM322 数字量输出模块SM322将S7-300内部信号电平转换成过程所要求的外部信号电平，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。 晶体管输出模块只能带直流负载，属于直流输出模块； 可控硅输出方式属于交流输出模块； 继电器触点输出方式的模块属于交直流两用输出模块。 从响应速度上看，晶体管响应最快，继电器响应最慢；从安全隔离效果及应用
9、灵活性角度来看，以继电器触点输出型最佳。,表5-5 数字量输出模块SM322的技术特性,数字量I/O模块SM323 SM323模块有两种类型，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，两种特性相同。I/O额定负载电压24 V DC，输入电压“1”信号电平为1130 V，“0”信号电平为35 V，I/O通过光耦与背板总线隔离。在额定输入电压下，输入延迟为1.24.8 ms。输出具有电子短路保护功能。,模拟量模块 1. 模拟量值的表示方法 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
10、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3.7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”。 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，15 V，10V10V，020mA，420mA，2020mA等模拟信号。,表5-6 模拟量值可能的精度,模拟量输入(简称模入(AI)模块SM331目前有三种规格型号，即8AIl2位模块、2AIl2位模块和8AIl6位模块。 1) SM331概述 SM331主要由A/D转换部件、模拟切换开关、
11、补偿电路、恒流源、光电隔离部件、逻辑电路等组成。A/D转换部件是模块的核心，其转换原理采用积分方法，被测模拟量的精度是所设定的积分时间的正函数，也即积分时间越长，被测值的精度越高。SM331可选四档积分时间：2.5 ms、16.7 ms、20 ms和l00 ms，相对应的以位表示的精度为8、12、12和14。,模拟量输入模块SM331,(1) SM331与电压型传感器的连接，如图所示。,图5-7 输入模块与电压型传感器的连接,SM33l与传感器、变送器的连接,(2) SM331与2线电流变送器的连接如图5-7所示，与4线电流变送器的连接如图5-8所示。4线电流变送器应有单独的电源。,图5-8
12、输入模块与2线变送器电流输入的连接,图5-9 输入模块与4线变送器电流输入的连接,(3) 图5-10所示是热电阻(如Ptl00)与输入模块的4线连接回路示意图。通过端IC+和IC将恒定电流送到电阻型温度计或电阻，通过M+和M端子测得在电阻型温度计或电阻上产生的电压，4线回路可以获得很高的测量精度。如果接成2线或3线回路，则必须在M+和IC+之间以及在M和IC之间插入跨接线，不过这将降低测量结果的精度。,图5-10 热电阻(如Ptl00)与输入模块的4线连接回路,模拟量输出模块SM332 模拟量输出(简称模出(AO)模块SM332目前有三种规格型号，即4AOl2位模块、2AO12位模块和4AOl
13、6位模块，分别为4通道的12位模拟量输出模块、2通道的12位模拟量输出模块、4通道的16位模拟量输出模块。 1)SM332与负载/执行装置的连接 SM332可以输出电压，也可以输出电流。在输出电压时，可以采用2线回路和4线回路两种方式与负载相连。采用4线回路能获得比较高的输出精度。,图5-11 通过4线回路将负载与隔离的模出模块相连,模拟量I/O模块SM334 模拟量I/O模块SM334有两种规格，一种是有4模入/2模出的模拟量模块，其输入、输出精度为8位，另一种也是有4模入/2模出的模拟量模块，其输入、输出精度为12位。SM334模块输入测量范围为010V或020 mA，输出范围为010V或
14、020mA。它的I/O测量范围的选择是通过恰当的接线而不是通过组态软件编程设定的。SM334的通道地址见表5-7。,表5-7 SM334的通道地址,5.4 S7-300的其他模块,计数器模块 位置控制与位置检测模块 FM 355闭环控制模块,5.5 S7-400系列PLC的硬件组成,图5-12 S7-400 PLC,S7-400由机架、电源模块(PS)、中央处理单元(CPU)、数字量输入/输出(DIDO)模块、模拟量输入榆出(AIAO)模块、通信处理器(CP)、功能模块(FM)和接口模块(IM)组成。DIDO模块和AIAO模块统称为信号模块(SM)。 S7-400的模块插座焊在机架中的总线连接
15、板上，模块插在模块插座上，有不同槽数的机架供用户选用，如果一个机架容纳不下所有的模块，可以增设一个或数个扩展机架，各机架之间用接口模块和通信电缆交换信息。,5.6 S7-300400的维护,更换S7-300的后备电池 更换S7-300的信号模块 更换S7-300信号模块的保险管 更换S7-400的后备电池 更换S7-400的信号模块,5.7 ET 200分布式IO,ET 200的特点 西门子的ET200是基于PROFIBUS-DP现场总线的分布式IO，可以与经过认证的非西门子公司生产的PROFIBUS-DP主站协同运行。 PROFIBUS是为全集成自动化定制的开放的现场总线系统，它将现场设备连
16、接到控制装置，并保证在各个部件之间的高速通信，从IO传送信号到PLC的CPU模块只需毫秒级的时间。,ET200集成了以下的功能： 电动机起动器 气动系统 变频器 智能传感器 安全技术 分布式智能 功能模块,ET200的分类 ET200S是分布式IO系统，特别适用于需要电动机起动器和安全装置的开关柜 ET200M是多通道模块化的分布式IO，采用S7-300全系列模块，最多可扩展8个模块，可以连接256个IO通道，适用于大点数、高性能的应用。 ET200is是本质安全系统，通过紧固和本质安全的设计，ET200is适用于有爆炸危险的区域。 ET200X是具有高保护等级IP6567(NEMA4)的分布式IO设备，其功能相当于S7300的CPU 314，最多7个具有多种功能的模块连接在一块基板上，可以连接电动机起动器、气动元件以及变频器，有气动模块和气动接口，实现了机、电、气动一体化。,ET200的分类,ET200eco
