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1、SIEMENS硬件安装与维护硬件安装与维护刘华波刘华波 何文雪何文雪 王雪王雪 编著编著机械工业出版社机械工业出版社 2021第2章SIMATICS7-300硬件安装与维护第2章硬件安装与维护2.1 SIMATIC S7-300系列系列PLC的硬件系统的硬件系统2.2 SIMATIC S7-300系列系列PLC模块性能简介模块性能简介思考与练习题思考与练习题第2章SIMATICS7-300硬件安装与维护2.1 SIMATIC S7-300 系列系列PLC的硬件系统的硬件系统2.1.1 概述概述 SIMATIC S7 系列系列PLC是德国西门子公司在是德国西门子公司在S5系系列列PLC根底上于根
2、底上于1995年陆续推出的性能价格比较高的年陆续推出的性能价格比较高的PLC系统。其中，微型的有系统。其中，微型的有SIMATIC S7-200系列，最系列，最小配置为小配置为8DI/6DO，可扩展，可扩展27个模块，最大个模块，最大I/O点数点数为为64 DI/DO、12 AI/4 AO；中小型的有；中小型的有SIMATIC S7-300系列；中高档性能的有系列；中高档性能的有S7-400系列。系列。SIMATIC S7系列系列PLC都采用了模块化、无排风扇结构且具有易于都采用了模块化、无排风扇结构且具有易于用户掌握等特点，使得用户掌握等特点，使得S7系列系列PLC成为各种从小规模成为各种从
3、小规模到中等性能要求以及大规模应用的首选产品。到中等性能要求以及大规模应用的首选产品。第2章SIMATICS7-300硬件安装与维护 SIMATIC S7-300的大量功能能够支持和帮助用户进行编程、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：启动和维护，其主要功能如下： (1) 高速的指令处理。高速的指令处理。0.6 us的指令处理时间在中等到较低的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。性能要求范围内开辟了全新的应用领域。 (2) 人机界面人机界面(HMI)。方便的人机界面效劳已经集成在。方便的人机界面效劳已经集成在S7-300操操作系统内，因
4、此人机对话的编程要求大大减少。作系统内，因此人机对话的编程要求大大减少。 (3) 诊断功能。诊断功能。CPU的智能化的诊断系统可连续监控系统的功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。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。技术机密，防止未经允许的复制和修改。第2章SIMATICS7-300硬件安装与维护3.1.2 SIMATIC S7-300系列系列PLC系统根本构成系统根本构成 1. SIMATIC S7-300的组成
5、的组成 SIMATIC S7-300系列系列PLC是模块化结构设计，各是模块化结构设计，各种单独模块之间可进行广泛组合和扩展。其系统构成种单独模块之间可进行广泛组合和扩展。其系统构成如下图。它的主要组成局部有导轨如下图。它的主要组成局部有导轨(RACK)、电源模块、电源模块(PS)、中央处理单元模块、中央处理单元模块(CPU)、接口模块、接口模块(IM)、信号、信号模块模块(SM)、功能模块、功能模块(FM)等。它通过等。它通过MPI网的接口直网的接口直接与编程器接与编程器PG、操作员面板、操作员面板OP和其它和其它S7 PLC相连。相连。 第2章SIMATICS7-300硬件安装与维护图图3
6、.1 S7-300系列系列PLC系统构成框图系统构成框图第2章SIMATICS7-300硬件安装与维护vSIMATIC S7-300是一种通用型的PLC，能适合自动化工程中的各种应用场合，尤其是在生产制造工程中的应用。模块化、无风扇结构、易于实现分布式的配置以及易于掌握等特点，使得S7-300在各种工业领域中实施各种控制任务时，成为一种既经济又切合实际的解决方案。本章详细介绍各模块结构和安装标准。第2章SIMATICS7-300硬件安装与维护2.1 S7-300PLC硬件简介vS7-300见图1-1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。
7、各种模块能以不同方式组合在一起，从而可使控制系统设计更加灵活，满足不同的应用需求。图1-1 S7-300 PLC的根本结构SIEMENSS7-300 的组件的组件部件部件功能功能导轨导轨. 是是S7-300的机架的机架电源电源（PS）.将电网电压将电网电压 (120/230 V) (120/230 V) 变换为变换为S7-300 S7-300 所需的所需的24 V DC 24 V DC 工作电压工作电压中央处理单元中央处理单元 （CPU）. 执行用户程序执行用户程序 附件：存储器模块，后备电池附件：存储器模块，后备电池接口模块接口模块（IM）.连接两个机架的总线连接两个机架的总线信号模块（信号
8、模块（SM）（数字量数字量/模拟量）模拟量）. 把不同的过程信号与把不同的过程信号与S7-300相匹配相匹配 附件：总线连接器，前连接器附件：总线连接器，前连接器功能模块（功能模块（FM）. 完成定位、闭环控制等功能完成定位、闭环控制等功能通讯处理器（通讯处理器（CP）. 连接可编程控制器连接可编程控制器 附件：电缆、软件、接口模块附件：电缆、软件、接口模块SIEMENSS7-300: 模块模块 PS(可选)CPU IM(可选)SM: DISM: DOSM: AISM: AO FM:- 计数- 定位- 闭环控制 CP:- 点-到-点- PROFIBUS- 工业以太网SIEMENSS7-300的
9、安装位置的安装位置SIEMENSCPU314SIEMENSSFBATFDC5VFRCERUNSTOPRUN-PRUNSTOPM RESSIMATIC S7-300BatterieMPICPU315-2 DPSIEMENSRUN-PRUNSTOPM RESSIMATIC S7-300BatterieDPSFBATFDC5VFRCERUNSTOPMPISF DPBUSFS7-300: CPU 设计设计SIEMENS图2-2 PS 307电源模块 SIEMENS电源模块在非正常工作状态下的反响，可参考表2-1。 如果则24V直流指示灯输出电流过载I3.9A电压跌落，电压自动恢复闪烁3AI=3.9A（
10、稳态）电压下降，缩短使用寿命输出短路输出电压0V；短路故障排除后，电压自动恢复暗在一次侧过电压可能彻底毁坏在一次侧欠电压自动切断；欠电压排除后，电压自动恢复暗表表2-1 电源模块在非正常工作状态下的反响电源模块在非正常工作状态下的反响SIEMENS2. S7-300的电流消耗量和功率损耗的电流消耗量和功率损耗一个实际的一个实际的S7-300 PLC系统，在确定所有的模块后，要系统，在确定所有的模块后，要选择适宜的电源模块。所选定的电源模块的输出功率必须选择适宜的电源模块。所选定的电源模块的输出功率必须大于大于CPU模块、所有模块、所有I/O模块、各种智能模块的总消耗功模块、各种智能模块的总消耗
11、功率之和，有时甚至还要考虑某些执行单元的功率，并且要率之和，有时甚至还要考虑某些执行单元的功率，并且要留有留有30左右的余量。在具体产品设计时，应该仔细研究左右的余量。在具体产品设计时，应该仔细研究各个模块的功率参数，最后确定电源模块的型号、规格。各个模块的功率参数，最后确定电源模块的型号、规格。当同一电源模块既要为主机单元又要为扩展单元供电时，当同一电源模块既要为主机单元又要为扩展单元供电时，从主机单元到最远一个扩展单元的线路压降必须小于从主机单元到最远一个扩展单元的线路压降必须小于0.25 V。SIEMENS1.1.2 CPU模块CPU是PLC系统的运算控制核心。它根据系统程序的要求完成以
12、下任务：接收并存储用户程序和数据，接收现场输入设备的状态和数据，诊断PLC内部电路工作状态和编程过程中的语法错误，完成用户程序规定的运算任务，更新有关标志位的状态和输出状态存放器的内容，实现输出控制或数据通信等功能。S7-300 CPU有20种不同型号，各种CPU按性能等级划分，可以涵盖各种应用范围。S7-300的各款CPU都有非常详尽的性能数据表具体参数可查阅相关资料，其中最值得关注的CPU性能有以下五方面：I/O扩展能力指令执行速度工作内存容量通讯能力CPU上的集成功能n n1. 1. 操作员控制和显示单元操作员控制和显示单元操作员控制和显示单元操作员控制和显示单元n n图图图图1-31-
13、3所示为所示为所示为所示为CPU 31xCCPU 31xC的控制和显示单元。的控制和显示单元。的控制和显示单元。的控制和显示单元。n n图图图图1-41-4所示为所示为所示为所示为CPU 31xCCPU 31xC翻开前面板后的集成数字和模拟翻开前面板后的集成数字和模拟翻开前面板后的集成数字和模拟翻开前面板后的集成数字和模拟I/OI/O。n n1 1状态和故障显示状态和故障显示状态和故障显示状态和故障显示n nCPUCPU上安装有上安装有上安装有上安装有6 6个个个个LEDLED指示灯，显示运行状态和故障。表指示灯，显示运行状态和故障。表指示灯，显示运行状态和故障。表指示灯，显示运行状态和故障。
14、表1-21-2列出了用于状态和故障显示的发光二极管的含义。列出了用于状态和故障显示的发光二极管的含义。列出了用于状态和故障显示的发光二极管的含义。列出了用于状态和故障显示的发光二极管的含义。图图1-3 CPU 31xC的面板的面板注：注：模拟量输入和模拟量输出；：模拟量输入和模拟量输出；：8个数字量输入；个数字量输入；8个数个数字量输出。字量输出。图图1-4 CPU 31xC的集成数字量的集成数字量I/O模块模块发发光二极管光二极管LEDLED含含 义义说说 明明SF(SF(红红色色) )系系统错误统错误故障故障下列事件引起灯亮：下列事件引起灯亮：硬件故障硬件故障固件出固件出错错编编程出程出错
15、错参数参数设设置出置出错错算算术术运算出运算出错错定定时时器出器出错错存存储储器卡故障器卡故障( (只在只在CPU313CPU313和和314314上上) ) 电电池故障或池故障或电电源接通源接通时时无后无后备电备电池池( (只用于只用于CPU313CPU313和和314314上上) ) 输输入入输输出的故障或出的故障或错误错误( (只只对对外部外部I/O) I/O) 用用编编程装置程装置读读出出诊诊断断缓缓冲器中的内容，以确定冲器中的内容，以确定错误错误故障故障的真正原因的真正原因BATF(BATF(红红色，只在色，只在CPU313CPU313和和314314上有上有) )电电池故障池故障如
16、果如果电电池有下列情况，池有下列情况，则则灯亮：灯亮：失效；失效；未装入未装入DC 5 V(DC 5 V(绿绿色色) )用于用于CPUCPU和和S7S7- -300300的的5 V DC5 V DC电电源源如果内部的如果内部的5 V5 V直流直流电电源正常，源正常，则则灯亮灯亮FRCE(FRCE(黄色黄色) ) 保留保留专专用用表表1-2 用于状态和故障显示用于状态和故障显示LED的含义的含义n n2 2CPUCPU的运行模式的运行模式n nCPUCPU有四种操作模式：有四种操作模式：STOPSTOP停机、停机、STARTUPSTARTUP启启动、动、RUNRUN运行和运行和HOLDHOLD保
17、持。在所有的模式中，保持。在所有的模式中，都可以通过都可以通过MPIMPI接口与其他设备通信。接口与其他设备通信。n nSTOPSTOP模式：模式：CPUCPU模块通电后自动进入模块通电后自动进入STOPSTOP模式，在模式，在该模式不执行用户程序，可以接收全局数据和检查系统。该模式不执行用户程序，可以接收全局数据和检查系统。n nSTARTUPSTARTUP模式：可以用模式选择开关或编程软件启动模式：可以用模式选择开关或编程软件启动CPUCPU。如果模式选择开关在。如果模式选择开关在RUNRUN或或RUN-PRUN-P位置，通电时位置，通电时自动进入启动模式。自动进入启动模式。n nRUNR
18、UN模式：执行用户程序，刷新输入和输出，处理中模式：执行用户程序，刷新输入和输出，处理中断和故障信息效劳。断和故障信息效劳。n nHOLDHOLD模式：在模式：在STARTUPSTARTUP和和RUNRUN模式执行程序时遇到模式执行程序时遇到调试用的断点，用户程序的执行被挂起暂停，定时器调试用的断点，用户程序的执行被挂起暂停，定时器被冻结。被冻结。n n3 3操作模式选择开关操作模式选择开关n n可使用模式选择开关设置当前的可使用模式选择开关设置当前的CPUCPU运行模式。开关有运行模式。开关有4 4个位置，其含义如表个位置，其含义如表1-31-3所列。所列。 位置位置含含义义说说明明RUN-
19、PRUN-P（部分（部分CPUCPU）运行运行- -编编程模式程模式CPUCPU不不仅执仅执行用行用户户程序，在运行程序，在运行时还时还可以通可以通过编过编程程软软件件读读出和修改出和修改用用户户程序，以及改程序，以及改变变运行方式运行方式RUNRUN运行模式运行模式CPUCPU执执行用行用户户程序，可以通程序，可以通过编过编程程软软件件读读出用出用户户程序，但是不能修程序，但是不能修改用改用户户程序程序STOPSTOP停止模式停止模式CPUCPU不不执执行用行用户户程序，通程序，通过编过编程程软软件可以件可以读读出和修改用出和修改用户户程序程序MRESMRES存存储储器复位模器复位模式式ME
20、RESMERES位置不能保持，在位置不能保持，在这这个位置松手个位置松手时时开关将自开关将自动动返回返回STOPSTOP位位置。将模式置。将模式选择选择开关从开关从STOPSTOP状状态态扳到扳到MRESMRES位置，可以复位存位置，可以复位存储储器，使器，使CPUCPU回到初始状回到初始状态态。工作存。工作存储储器、装器、装载载存存储储器中的用器中的用户户程序和地址区被清除，全部存程序和地址区被清除，全部存储储器位、定器位、定时时器、器、计计数器和数数器和数据据块块均被均被删删除，即复位除，即复位为为零，包括有保持功能的数据。系零，包括有保持功能的数据。系统统参参数、数、CPUCPU和模和模
21、块块的参数被恢复的参数被恢复为为默默认设认设置，置，MPIMPI的参数被保留。的参数被保留。如果有存如果有存储储器卡，器卡，CPUCPU在复位后将它里面的用在复位后将它里面的用户户程序和系程序和系统统参参数复制到工作存数复制到工作存储储器区器区表1-3模式选择开关的位置含义n n4 4SIMATICSIMATIC微存储卡微存储卡MMCMMC插槽插槽n nFlash EPROMFlash EPROM微存储卡用于在断电时保存用户程序和某微存储卡用于在断电时保存用户程序和某些数据，它可以扩展些数据，它可以扩展CPUCPU的存储器容量，也可以将有些的存储器容量，也可以将有些CPUCPU的操作系统包括在
22、的操作系统包括在MMCMMC中，这对于操作系统的升级中，这对于操作系统的升级是非常方便的。是非常方便的。MMCMMC用作装载存储器或便携式保存媒体，用作装载存储器或便携式保存媒体，它的读写直接在它的读写直接在CPUCPU内进行，不需要专用的编程器。由于内进行，不需要专用的编程器。由于CPU 31xCCPU 31xC没有安装集成的装载存储器，在使用没有安装集成的装载存储器，在使用CPUCPU时必时必须插入须插入MMCMMC。CPUCPU与与MMCMMC是分开订货的。如图是分开订货的。如图1-51-5。 图图1-5 MMC卡卡 n n如果在写访问过程中拆下如果在写访问过程中拆下SIMATICSIM
23、ATIC微存储器卡，微存储器卡，卡中的数据会被破坏。在这种情况下，必须将卡中的数据会被破坏。在这种情况下，必须将MMCMMC插入插入CPUCPU中并删除它，或在中并删除它，或在CPUCPU中格式化存中格式化存储卡。只有在断电状态或储卡。只有在断电状态或CPUCPU处于处于“STOP“STOP状态状态时，才能取下存储卡。时，才能取下存储卡。n n2.2.存储器区域存储器区域存储器区域存储器区域n nPLCPLC的系统程序相当于个人计算机的操作系统，它使的系统程序相当于个人计算机的操作系统，它使的系统程序相当于个人计算机的操作系统，它使的系统程序相当于个人计算机的操作系统，它使PLCPLC具有根本
24、的智能，能够完成具有根本的智能，能够完成具有根本的智能，能够完成具有根本的智能，能够完成PLCPLC设计者规定的各种工作。设计者规定的各种工作。设计者规定的各种工作。设计者规定的各种工作。系统程序由系统程序由系统程序由系统程序由PLCPLC生产厂家设计并固化在生产厂家设计并固化在生产厂家设计并固化在生产厂家设计并固化在ROMROM中，用户不中，用户不中，用户不中，用户不能读取。用户程序由用户设计，它使能读取。用户程序由用户设计，它使能读取。用户程序由用户设计，它使能读取。用户程序由用户设计，它使PLCPLC能完成用户要求能完成用户要求能完成用户要求能完成用户要求的特定功能。用户程序存储器的容量
25、以字节为单位，不同的特定功能。用户程序存储器的容量以字节为单位，不同的特定功能。用户程序存储器的容量以字节为单位，不同的特定功能。用户程序存储器的容量以字节为单位，不同的程序对应不同的存储区域。的程序对应不同的存储区域。的程序对应不同的存储区域。的程序对应不同的存储区域。n nCPUCPU存储器可以分为三个区域，如图存储器可以分为三个区域，如图存储器可以分为三个区域，如图存储器可以分为三个区域，如图1-61-6。CPU装载存储器(保存在MMC中)工作存储器系统存储区工作存储器系统存储区装载存储器(保存在MMC中)CPU图图1-6 CPU的存储区的存储区n n1 1装载存储器装载存储器n n装载
26、存储器位于装载存储器位于SIMATICSIMATIC微型存储卡微型存储卡MMCMMC中。装载中。装载存储器的容量与存储器的容量与MMCMMC的容量一致。用于保存程序指令块的容量一致。用于保存程序指令块和数据块以及系统数据，也可以将工程的整个组态数据保和数据块以及系统数据，也可以将工程的整个组态数据保存在存在MMCMMC中。中。n n2 2工作存储器工作存储器RAMRAMn nRAMRAM集成在集成在CPUCPU中，不能被扩展。它可用于运行程序指中，不能被扩展。它可用于运行程序指令，并处理用户程序数据。程序只能在令，并处理用户程序数据。程序只能在RAMRAM和系统存储器和系统存储器中运行。中运行
27、。n nCPUCPU的的RAMRAM都具有保持功能。都具有保持功能。n n3 3系统存储区系统存储区n nRAMRAM系统存储区集成在系统存储区集成在CPUCPU中，不能被扩展。它包括：中，不能被扩展。它包括：n n标志位、定时器和计数器的地址区标志位、定时器和计数器的地址区n nI/OI/O的过程映像的过程映像n n局域数据局域数据 n n3.3.介绍几种典型介绍几种典型介绍几种典型介绍几种典型CPUCPU模块模块模块模块n n1 1CPU 313CPU 313：CPU313CPU313是标准型是标准型是标准型是标准型CPUCPU。具有更大的程序存储器、低本。具有更大的程序存储器、低本。具有
28、更大的程序存储器、低本。具有更大的程序存储器、低本钱的解决方案，适用于对速度要求较高、程序较大的小型应用领域。钱的解决方案，适用于对速度要求较高、程序较大的小型应用领域。钱的解决方案，适用于对速度要求较高、程序较大的小型应用领域。钱的解决方案，适用于对速度要求较高、程序较大的小型应用领域。CPU313CPU313内置内置内置内置12 KB12 KB的的的的RAMRAM，其装载存储器为内置，其装载存储器为内置，其装载存储器为内置，其装载存储器为内置20 KB20 KB的的的的RAMRAM，可用，可用，可用，可用存储卡扩充装载存储器，最大容量为存储卡扩充装载存储器，最大容量为存储卡扩充装载存储器，
29、最大容量为存储卡扩充装载存储器，最大容量为4MB4MB，指令执行速度为，指令执行速度为，指令执行速度为，指令执行速度为600 ns/600 ns/二进二进二进二进制指令。扩展模块只能装在一个导轨上，最大扩展制指令。扩展模块只能装在一个导轨上，最大扩展制指令。扩展模块只能装在一个导轨上，最大扩展制指令。扩展模块只能装在一个导轨上，最大扩展128128点数字量和点数字量和点数字量和点数字量和3232路模路模路模路模拟量。拟量。拟量。拟量。n nCPU313CPU313采用的是软件时钟，它给用户提供一个工作时间计时器。该计时采用的是软件时钟，它给用户提供一个工作时间计时器。该计时采用的是软件时钟，它
30、给用户提供一个工作时间计时器。该计时采用的是软件时钟，它给用户提供一个工作时间计时器。该计时器可用来计量器可用来计量器可用来计量器可用来计量CPUCPU或所连接设备的工作时间长度。或所连接设备的工作时间长度。或所连接设备的工作时间长度。或所连接设备的工作时间长度。 n n2 2CPU 313CCPU 313C：CPU 313CCPU 313C是紧凑型是紧凑型是紧凑型是紧凑型CPUCPU，带集成的数字量和模拟量，带集成的数字量和模拟量，带集成的数字量和模拟量，带集成的数字量和模拟量的输入和输出。无内置装载存储器，操作时必须用的输入和输出。无内置装载存储器，操作时必须用的输入和输出。无内置装载存储
31、器，操作时必须用的输入和输出。无内置装载存储器，操作时必须用MMCMMC卡扩充装载存储卡扩充装载存储卡扩充装载存储卡扩充装载存储器。适用于具有较高要求的系统中。器。适用于具有较高要求的系统中。器。适用于具有较高要求的系统中。器。适用于具有较高要求的系统中。n n3 3CPU 313C-2DPCPU 313C-2DP：紧凑型：紧凑型：紧凑型：紧凑型CPUCPU，带集成的数字量输入和输出，以及，带集成的数字量输入和输出，以及，带集成的数字量输入和输出，以及，带集成的数字量输入和输出，以及PROFIBUS DPPROFIBUS DP主站主站主站主站/ /从站接口。操作时也必须用从站接口。操作时也必须
32、用从站接口。操作时也必须用从站接口。操作时也必须用MMCMMC卡扩充装载存储器。卡扩充装载存储器。卡扩充装载存储器。卡扩充装载存储器。n n4 4CPU315/CPU315-2DPCPU315/CPU315-2DP：CPU315CPU315是具有中到大容量程序存储器和是具有中到大容量程序存储器和是具有中到大容量程序存储器和是具有中到大容量程序存储器和大规模大规模大规模大规模I/OI/O配置的配置的配置的配置的CPUCPU。CPU315-2DPCPU315-2DP是具有中到大容量程序存储器和是具有中到大容量程序存储器和是具有中到大容量程序存储器和是具有中到大容量程序存储器和PROFIBUS-DP
33、PROFIBUS-DP主主主主/ /从接口的从接口的从接口的从接口的CPUCPU，它用于包括分布式及集中式，它用于包括分布式及集中式，它用于包括分布式及集中式，它用于包括分布式及集中式I/OI/O的任务的任务的任务的任务中。中。中。中。CPU315/CPU315-2DPCPU315/CPU315-2DP具有具有具有具有48 KB/64 KB48 KB/64 KB，内置，内置，内置，内置80/96 KB80/96 KB的装载存的装载存的装载存的装载存储器储器储器储器(RAM)(RAM)，可用存储卡扩充装载存储器，最大容量为，可用存储卡扩充装载存储器，最大容量为，可用存储卡扩充装载存储器，最大容量
34、为，可用存储卡扩充装载存储器，最大容量为512 KB512 KB，指令执行，指令执行，指令执行，指令执行速度为速度为速度为速度为300 ns/300 ns/二进制指令，最大可扩展二进制指令，最大可扩展二进制指令，最大可扩展二进制指令，最大可扩展1024/20481024/2048点数字量或点数字量或点数字量或点数字量或128/256128/256个个个个模拟量通道。其他特性与模拟量通道。其他特性与模拟量通道。其他特性与模拟量通道。其他特性与CPU314CPU314相同。相同。相同。相同。n nCPU315-2DPCPU315-2DP是带现场总线是带现场总线是带现场总线是带现场总线(PROFIB
35、US)SINEC L2-DP(PROFIBUS)SINEC L2-DP接口的接口的接口的接口的CPUCPU模块，其模块，其模块，其模块，其他特性与他特性与他特性与他特性与CPU315CPU315模块相同。模块相同。模块相同。模块相同。 1.1.3 SM1.1.3 SM模块模块模块模块n n信号模块信号模块SMSM也叫输入也叫输入/ /输出模块，是输出模块，是CPU CPU 模块与现模块与现场输入输出元件和设备连接的桥梁，用户可根据现场输入场输入输出元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输出设备选择各种用途的I/OI/O模块。模块。n nS7-300S7-300的输
36、入的输入/ /输出模块外部连线接在插入式的前连接器输出模块外部连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，就可以迅速的更换模块。连接器上的外部连线，就可以迅速的更换模块。n n信号模块面板上的信号模块面板上的LEDLED用来显示各数字量输入用来显示各数字量输入/ /输出点的输出点的信号状态，模块安装在信号状态，模块安装在DINDIN标准导轨上，通过总线连接器标准导轨上，通过总线连接器与相邻的模块连接。与相邻的模块连接。n n信号模块和接口模块的尺寸为信号模块和接口模块的尺寸为40mm(40mm(
37、宽宽)x125mm()x125mm(高高)x120mm.()x120mm.(深深) )。有少量模块的宽度为。有少量模块的宽度为80mm80mm。n n1.1.数字量模块数字量模块数字量模块数字量模块n nS7-300S7-300有多种型号的数字量有多种型号的数字量有多种型号的数字量有多种型号的数字量I/OI/O模块供选择。本节主要介模块供选择。本节主要介模块供选择。本节主要介模块供选择。本节主要介绍数字量输入模块绍数字量输入模块绍数字量输入模块绍数字量输入模块SM321SM321、数字量输出模块、数字量输出模块、数字量输出模块、数字量输出模块SM322 SM322 、数、数、数、数字量字量字量
38、字量I/OI/O模块模块模块模块SM323SM323和仿真模块和仿真模块和仿真模块和仿真模块SM374SM374。n n1 1数字量输入模块数字量输入模块数字量输入模块数字量输入模块SM321SM321n n数字量输入模块将现场送来的数字信号电平转换成数字量输入模块将现场送来的数字信号电平转换成数字量输入模块将现场送来的数字信号电平转换成数字量输入模块将现场送来的数字信号电平转换成S7-300S7-300内部信号电平。数字量输入模块有直流输入方式和交流输内部信号电平。数字量输入模块有直流输入方式和交流输内部信号电平。数字量输入模块有直流输入方式和交流输内部信号电平。数字量输入模块有直流输入方式
39、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。输入方式。对现场输入元件，仅要求提供开关触点即可。输入方式。对现场输入元件，仅要求提供开关触点即可。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，然后才入信号进入模块后，一般都经过光电隔离和滤波，然后才入信号进入模块后，一般都经过光电隔离和滤波，然后才入信号进入模块后，一般都经过光电隔离和滤波，然后才送至输入缓冲器等待送至输入缓冲器等待送至输入缓冲器等待送至输入缓冲器等待CPUCPU采样。采样时，信号经过背板总采样。采样时，信号经过背板总采样。采样时，信号经过背板总采样。采样时，信号经过背
40、板总线进入到输入映像区。线进入到输入映像区。线进入到输入映像区。线进入到输入映像区。 n n数字量输入模块数字量输入模块数字量输入模块数字量输入模块SM321SM321有四种型号模块可供选择，即直流有四种型号模块可供选择，即直流有四种型号模块可供选择，即直流有四种型号模块可供选择，即直流1616点输入、直流点输入、直流点输入、直流点输入、直流3232点输入、交流点输入、交流点输入、交流点输入、交流1616点输入、交流点输入、交流点输入、交流点输入、交流8 8点输入点输入点输入点输入模块。模块。模块。模块。n n模块的每个输入点有一个绿色发光二极管显示输入状态，模块的每个输入点有一个绿色发光二极
41、管显示输入状态，模块的每个输入点有一个绿色发光二极管显示输入状态，模块的每个输入点有一个绿色发光二极管显示输入状态，输入开关闭合即有输入电压时，二极管点亮。输入开关闭合即有输入电压时，二极管点亮。输入开关闭合即有输入电压时，二极管点亮。输入开关闭合即有输入电压时，二极管点亮。n n2 2数字量输出模块数字量输出模块SM322SM322n n数字量输出模块数字量输出模块SM322SM322将将S7-300S7-300内部信号电平转换成过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。按负载
42、回路使用器、小型电动机、灯和电动机启动器等。按负载回路使用的电源不同，它可分为直流输出模块、交流输出模块和交的电源不同，它可分为直流输出模块、交流输出模块和交直流两用输出模块。按输出开关器件的种类不同，它又可直流两用输出模块。按输出开关器件的种类不同，它又可分为晶体管输出方式、可控硅输出方式和继电器触点输出分为晶体管输出方式、可控硅输出方式和继电器触点输出方式。晶体管输出方式的模块只能带直流负载，属于直流方式。晶体管输出方式的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
43、响应速度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；从平安隔离效上看，晶体管响应最快，继电器响应最慢；从平安隔离效果及应用灵活性角度来看，以继电器触点输出型最正确。果及应用灵活性角度来看，以继电器触点输出型最正确。n n数字量输出模块数字量输出模块SM322SM322有多种型号输出模块可供选择，常有多种型号输出模块可供选择，常用模块的有用模块的有8 8点晶体管输出、点晶体管输出、1616点晶体管输出、点晶体管输出、3232点晶体点晶体管输出、管输出、8 8点可控硅输出、点可控硅输出、1616点可控硅输出、点可控硅输出、8 8点继电器输点继电器输出和出
44、和1616点继电器输出。模块的每个输出点有一个绿色发光点继电器输出。模块的每个输出点有一个绿色发光二极管显示输出状态，输出逻辑二极管显示输出状态，输出逻辑“1“1时，二极管点亮。时，二极管点亮。n n3 3数字量数字量I/OI/O模块模块SM323SM323n nSM323SM323模块有两种类型，一种是带有模块有两种类型，一种是带有8 8个共地输入端和个共地输入端和8 8个共地输出端，个共地输出端，另一种是带有另一种是带有1616个共地输入端和个共地输入端和1616个共地输出端，两种特性相同。图个共地输出端，两种特性相同。图1-71-7是是8 8个共地的输入端、输出端个共地的输入端、输出端S
45、M323SM323模块的端子连接及电气原理图，模块的端子连接及电气原理图，端子端子1 11010用于输入，端子用于输入，端子11112020用于输出。用于输出。I/OI/O额定负载电压额定负载电压24 V 24 V DCDC，输入电压，输入电压“1“1信号电平为信号电平为111130 V30 V，“0“0信号电平为信号电平为3 35 V5 V，I/OI/O通过光耦与背板总线隔离。在额定输入电压下，输入延迟为通过光耦与背板总线隔离。在额定输入电压下，输入延迟为4.8 ms4.8 ms。输出具有电子短路保护功能。输出具有电子短路保护功能。图1-7 SM323模块端子连接及电气原理图n n2.2.模
46、拟量模块模拟量模块n n本节阐述本节阐述S7-300S7-300中模拟量值的表示方法，简单介绍模拟量输入模块中模拟量值的表示方法，简单介绍模拟量输入模块SM331SM331、模拟量输出模块、模拟量输出模块SM332SM332、模拟量、模拟量I/OI/O模块模块SM334SM334的原理、性能的原理、性能参数等内容。参数等内容。n n1 1模拟量值的表示方法模拟量值的表示方法n nS7-300S7-300的的CPUCPU用用1616位的二进制补码表示模拟量值。其中最高位为符号位的二进制补码表示模拟量值。其中最高位为符号位位S S，“0“0表示正值，表示正值，“1“1表示负值，被测值的精度可以调整
47、，取决表示负值，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，对于精度小于于模拟量模块的性能和它的设定参数，对于精度小于1515位的模拟量值，位的模拟量值，低字节中幂项低的位不用。表低字节中幂项低的位不用。表1-41-4表示了表示了S7-300S7-300模拟量值所有可能的精模拟量值所有可能的精度，标有度，标有“的位就是不用的位，一般填入的位就是不用的位，一般填入“0“0。 以位数表示的精以位数表示的精度度( (带带符号位符号位) )单单 位位模模拟值拟值十十进进制制十六十六进进制制高字高字节节低字低字节节8 89 91010111112121313141415151281286
48、464323216168 84 42 21 180H80H40H40H20H20H10H10H8H8H4H4H2H2H1H1HS 0 0 0 0 0 0 0 S 0 0 0 0 0 0 0 S 0 0 0 0 0 0 0 S 0 0 0 0 0 0 0 S 0 0 0 0 0 0 0 S 0 0 0 0 0 0 0 S 0 0 0 0 0 0 0 S 0 0 0 0 0 0 0 S 0 0 0 0 0 0 0 S 0 0 0 0 0 0 0 S 0 0 0 0 0 0 0 S 0 0 0 0 0 0 0 S 0 0 0 0 0 0 0 S 0 0 0 0 0 0 0 S 0 0 0 0 0 0
49、 0 S 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 1 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 10 0 0 0 0 0 0 1表表1-4 模拟量值可能的精度模拟量值可能的精度n nS7-300S7-300模拟量输入模块的输入测量范围很宽，它可以直接模拟量输入模块的输入测量范围很宽，它可以直接输入电压、电流、电阻、热电偶等信号，而输入电压、电流、电阻、热电偶等信号，而S7-300S7-300模拟量模拟量
50、输出模块可以输出输出模块可以输出0 010 V10 V，1 15 V5 V，10 V10 V10 V10 V，0 020 mA20 mA，4 420 mA20 mA，202020 mA20 mA等模拟信号，具体等模拟信号，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输出范围间的对应关系，请参考相关技术手册。模拟输出范围间的对应关系，请参考相关技术手册。n n2 2模拟量输入模块模拟量输入模块SM331 SM331 n n模拟量输入模块模拟量输入模块SM331SM331目前有三种规格型号，即目前有三种规格型号，即8AIl28AIl2
51、位位模块、模块、2AIl22AIl2位模块和位模块和8AIl68AIl6位模块，分别为位模块，分别为8 8通道的通道的1212位模拟量输入模块、位模拟量输入模块、2 2通道的通道的1212位模拟量输入模块、位模拟量输入模块、8 8通道通道的的1616位模拟量输入模块。其中具有位模拟量输入模块。其中具有1212位输入的模块除了通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。完全一样。n n SM331 SM331主要由主要由A/DA/D转换部件、模拟切换开关、补偿电路、转换部件、模拟切换开关、补偿电路、恒流源、光电
52、隔离部件、逻辑电路等组成。恒流源、光电隔离部件、逻辑电路等组成。A/DA/D转换部件转换部件是模块的核心，其转换原理采用积分方法，积分时间直接是模块的核心，其转换原理采用积分方法，积分时间直接影响到影响到A/DA/D转换时间和转换时间和A/DA/D转换的精度。被测模拟量的精转换的精度。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。测值的精度越高。SM331SM331可选四档积分时间：可选四档积分时间：2.5 ms2.5 ms、16.7 ms16.7 ms、20 ms20 ms和和l00 msl00 ms，相对应
53、的以位表示的精度为，相对应的以位表示的精度为9 9、1212、1212和和1414。每一种积分时间有一个最正确的噪声抑制。每一种积分时间有一个最正确的噪声抑制频率频率f0f0，以上四种积分时间分别对应，以上四种积分时间分别对应400 Hz400 Hz、60 Hz60 Hz、50 50 HzHz和和10 Hz10 Hz。n n3 3模拟量输出模块模拟量输出模块SM332 SM332 n n模拟量输出模块模拟量输出模块SM332SM332目前有三种规格型号，即目前有三种规格型号，即4AOl24AOl2位模块、位模块、2AO122AO12位模块和位模块和4AOl64AOl6位模块，分别为位模块，分别
54、为4 4通道通道的的1212位模拟量输出模块、位模拟量输出模块、2 2通道的通道的1212位模拟量输出模块、位模拟量输出模块、4 4通道的通道的1616位模拟量输出模块。其中具有位模拟量输出模块。其中具有1212位输入的模块位输入的模块除通道数不一样外，其工作原理、性能、参数设置等各方除通道数不一样外，其工作原理、性能、参数设置等各方面都完全一样。面都完全一样。n n模出模块的转换时间包括内部存储器传送数字化输出值的模出模块的转换时间包括内部存储器传送数字化输出值的时间和数时间和数/ /模转换的时间，模拟量输出各通道的转换是顺模转换的时间，模拟量输出各通道的转换是顺序进行的。模块的循环时间是所
55、有活动的模拟量输出通道序进行的。模块的循环时间是所有活动的模拟量输出通道的转换时间的总和。模出的响应时间是一个比较重要的指的转换时间的总和。模出的响应时间是一个比较重要的指标，响应时间就是在内部存储器中出现数字量输出值开始标，响应时间就是在内部存储器中出现数字量输出值开始到模拟输出到达规定值所用时间的总和。它和负载特性有到模拟输出到达规定值所用时间的总和。它和负载特性有关，负载不同关，负载不同( (如容性、阻性和感性负载如容性、阻性和感性负载) )，响应时间也不，响应时间也不一样。一样。n n4 4模拟量模拟量I/OI/O模块模块SM334 SM334 n n 模拟量模拟量I/OI/O模块模块
56、SM334SM334有两种规格，一种是有有两种规格，一种是有4 4模入模入/2/2模模出的模拟量模块，其输入、输出精度为出的模拟量模块，其输入、输出精度为8 8位，另一种也是位，另一种也是有有4 4模入模入/2/2模出的模拟量模块，其输入、输出精度为模出的模拟量模块，其输入、输出精度为1212位。位。SM334SM334模块输入测量范围为模块输入测量范围为0 010 V10 V或或0 020 mA20 mA，输出范，输出范围为围为0 010 V10 V或或0 020 mA20 mA。它的。它的I/OI/O测量范围的选择是通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。与其它模过恰
57、当的接线而不是通过组态软件编程设定的。与其它模拟量模块不同，拟量模块不同，SM334SM334没有负的测量范围，且精度比较低。没有负的测量范围，且精度比较低。SM334SM334的通道地址见表的通道地址见表1-51-5。通通 道道地地 址址输输入通道入通道0 0模模块块的起始的起始输输入通道入通道1 1模模块块的起始的起始2 B2 B的地址偏移量的地址偏移量输输入通道入通道2 2模模块块的起始的起始4 B4 B的地址偏移量的地址偏移量输输入通道入通道3 3模模块块的起始的起始6 B6 B的地址偏移量的地址偏移量输输出通道出通道0 0模模块块的起始的起始输输出通道出通道1 1模模块块的起始的起始
58、2 B2 B的地址偏移量的地址偏移量表表1-5 SM334的通道地址的通道地址n n3.3.特殊模块特殊模块特殊模块特殊模块n n除了最通用的除了最通用的I/OI/O模块，表模块，表1-61-6介绍了三种特殊模块的主要介绍了三种特殊模块的主要特性。下面重点介绍仿真模块特性。下面重点介绍仿真模块SM374SM374的使用。的使用。 模模块块特性特性 仿真模仿真模块块SM374SM374输输入入/ /输输出出1616占位模占位模块块DM370DM370位置位置编码编码器模器模块块SM338SM338；POS-INPUTPOS-INPUT输输入入/ /输输出点数出点数最多最多1616个个输输入或入或
59、输输出出为为没有参数化的模没有参数化的模块块保保留一个插槽留一个插槽3 3个个输输入入连连接接绝对值编码绝对值编码器（器（SSISSI）2 2个数字量个数字量输输入用于保留入用于保留编码值编码值适用适用对对象象仿真：仿真：1616点点输输入（小开关）入（小开关）1616点点输输出出8 8点点输输入和入和输输出出占位用于：占位用于：接口模接口模块块不可不可编编程的信号模程的信号模块块占用两个插槽的模占用两个插槽的模块块最多最多检测检测3 3个个绝对值编码绝对值编码器（器（SSISSI）编码编码器器类类型：型：带带1313位、位、2121位或位或2525位位报报文文帧帧长长度的度的编码编码器器（S
60、SISSI）数据格式：格雷数据格式：格雷码码或二或二进进制制码码支持支持时钟时钟操作操作 可可编编程程诊诊断断 诊诊断中断断中断 可可调调整整备备注注可通可通过调过调整整拨拨位开关位开关设设定功能定功能当用其他模当用其他模块块更更换换DM370DM370时时，其机械，其机械结结构和地址不构和地址不变变超超过过6464s s的的绝对值编码绝对值编码器器不能用在不能用在SM338SM338上上表表1-6 特殊信号模块特殊信号模块n n仿真模块仿真模块SM374SM374可以仿真可以仿真1616点输入、点输入、1616点输出、点输出、8 8点输入点输入和和8 8点输出的数字量模块。图点输出的数字量模
61、块。图1-81-8是是SM374SM374的前视图，用螺的前视图，用螺丝刀改变面板中间开关的位置，即可仿真所需的数字量模丝刀改变面板中间开关的位置，即可仿真所需的数字量模块。仿真模块没有列入块。仿真模块没有列入S7S7组态工具的模块目录中，也即组态工具的模块目录中，也即S7S7的结构不成认仿真模块的工作方式，但组态时可以填入的结构不成认仿真模块的工作方式，但组态时可以填入被仿真模块的代号。例如，组态时假设被仿真模块的代号。例如，组态时假设SM374SM374仿真仿真1616点点输入的模块，就填入输入的模块，就填入1616点数字量输入模块的代号：点数字量输入模块的代号：6ES7 6ES7 311
62、-1BH00-0AA00311-1BH00-0AA00；假设；假设SM374SM374仿真仿真1616点输出的模块，点输出的模块，就填入就填入1616点数字量输出模块的代号：点数字量输出模块的代号：6ES7 322-1BH00-6ES7 322-1BH00-0AA000AA00。SM374SM374面板上有面板上有1616个开关，用于输入状态的设个开关，用于输入状态的设置，还有置，还有1616个绿色个绿色LEDLED，用于指示，用于指示I/OI/O状态。使用状态。使用SM374SM374后，后，PLCPLC应用系统的模拟调试变得简单而方便。应用系统的模拟调试变得简单而方便。图图1-8 仿真模块
63、仿真模块SM374的前视图的前视图1.1.4 FM1.1.4 FM模块模块模块模块n n功能模块主要用于对实时性和存储容量要求高的功能模块主要用于对实时性和存储容量要求高的控制任务，例如计数器模块、快速控制任务，例如计数器模块、快速/ /慢速进给驱动慢速进给驱动位置控制模块、电子凸轮控制其模块、步进电动位置控制模块、电子凸轮控制其模块、步进电动机定位模块、伺服电动机定位模块、定位和连苏机定位模块、伺服电动机定位模块、定位和连苏路径控制模块、闭环控制模块、工业标示系统的路径控制模块、闭环控制模块、工业标示系统的接口模块、称重模块、位置输入模块、超声波位接口模块、称重模块、位置输入模块、超声波位置
64、解码器等。置解码器等。1.1.5 CP1.1.5 CP模块模块模块模块n nS7-300S7-300系列系列PLCPLC有多种用途的通信处理器模块，如有多种用途的通信处理器模块，如CP340CP340、CP342-5 DPCP342-5 DP、CP343-FMSCP343-FMS等，其中既有为装置进行点对点通信设计的模块，也有为等，其中既有为装置进行点对点通信设计的模块，也有为PLCPLC上网到上网到西门子的低速现场总线网西门子的低速现场总线网SINEC L2SINEC L2和高速和高速SINEC H1SINEC H1网设计的网络接口模块。下网设计的网络接口模块。下面重点介绍面重点介绍CP34
65、2-5DPCP342-5DP模块。模块。n nCP342-5 DPCP342-5 DP是为把是为把S7-300S7-300系列系列PLCPLC连接到西门子连接到西门子SINEC L2SINEC L2网络上而设计的本钱网络上而设计的本钱优化的通信模块。它是一个智能化的通信模块，能大大减轻优化的通信模块。它是一个智能化的通信模块，能大大减轻CPUCPU的负担，也支持的负担，也支持很多其它通信电路。很多其它通信电路。n n CP342-5 DP CP342-5 DP应用于应用于S7-300S7-300系统中，提供给用户系统中，提供给用户SINECL2SINECL2网的各种通信效劳。网的各种通信效劳。
66、它既可以作为主机或从机，将它既可以作为主机或从机，将ET200ET200远程远程I/OI/O系统连接到系统连接到PROFIBUSPROFIBUS现场总线中去，现场总线中去，也可以与编程装置或人机接口也可以与编程装置或人机接口(MMI)(MMI)通信，还可以与其它通信，还可以与其它SIMATIC S7 PLCSIMATIC S7 PLC或或SIMATIC S5SIMATIC S5通信，并且可以与配有通信，并且可以与配有CP5412(A2)CP5412(A2)的的AT PCAT PC机以及来自其它制造商机以及来自其它制造商的具有的具有FBL(Field Bus Link)FBL(Field Bus
67、 Link)接口的系统建立连接，还能与接口的系统建立连接，还能与MPIMPI分支网上的其它分支网上的其它CPUCPU进行全局数据通信。进行全局数据通信。n nNCM S7-L2NCM S7-L2组态软件可以为实现以上功能进行参数配置。组态软件可以为实现以上功能进行参数配置。CP342-5 DPCP342-5 DP内部有内部有128 KB128 KB的的Flash EPROMFlash EPROM，可以可靠地对参数进行备份，在掉电时参数也能被保，可以可靠地对参数进行备份，在掉电时参数也能被保持。持。CP342-5 DPCP342-5 DP主要技术数据如下：主要技术数据如下：n n 用户存储器用户
68、存储器(Flash EPROM)128 KB(Flash EPROM)128 KB；n nSINEC L2 LANSINEC L2 LAN标准符合标准符合DIN 19245DIN 19245；n nRS-485RS-485传输方式，波特率为传输方式，波特率为1500 kb/s1500 kb/s；n n 可连接的设备数量达可连接的设备数量达127127个。个。n n 另外，另外，CP343-FMSCP343-FMS是采用是采用PROFIBUS-FMSPROFIBUS-FMS协议的现场总线通信模块，可以用协议的现场总线通信模块，可以用于更加复杂的现场通信任务。于更加复杂的现场通信任务。 1.1.6
69、 1.1.6 通讯接口通讯接口通讯接口通讯接口n nCPUCPU模块上有三种通讯接口。模块上有三种通讯接口。n n1 1MPIMPI接口：多点接口接口：多点接口MPIMPIMultipoint InterfaceMultipoint Interface是用于连接是用于连接CPUCPU和和PG/OPPG/OP的接口，或用于的接口，或用于MPIMPI子网中的通讯接口。一般传输速率子网中的通讯接口。一般传输速率为。如果与为。如果与S7 -200S7 -200进行通讯，也可以指定的传输速率。不能指定其进行通讯，也可以指定的传输速率。不能指定其他传输速率。编程器可以自动侦测到他传输速率。编程器可以自动侦
70、测到CPU MPICPU MPI接口的正确参数，并建接口的正确参数，并建立连接。立连接。n n2 2PROFIBUS-DPPROFIBUS-DP接口：接口：PROFIBUS-DPPROFIBUS-DP接口主要用于连接分布式接口主要用于连接分布式I/OI/O。PROFIBUS-DPPROFIBUS-DP，用于创立大型、扩展子网。例如：，用于创立大型、扩展子网。例如：PROFIBUS-DPPROFIBUS-DP接口既可组态为主站，也可组态为从站，传输速率可接口既可组态为主站，也可组态为从站，传输速率可达达12Mbps12Mbps。编程器也可以自动侦测到。编程器也可以自动侦测到CPU DPCPU D
71、P接口的正确参数，并接口的正确参数，并建立连接。建立连接。n n3 3PtPPtP接口：可在接口：可在CPUCPU上使用上使用PtPPtP点到点接口，来连接外部设点到点接口，来连接外部设备至串口，例如条形码阅读器、打印机等。对于全双工备至串口，例如条形码阅读器、打印机等。对于全双工RS422RS422模模式，波特率对打为，对于半双工式，波特率对打为，对于半双工RS485RS485模式，波特率对打为模式，波特率对打为38.4kbps 38.4kbps 。在。在CPU PtPCPU PtP的接口中安装有以下通讯驱动程序，其报文格的接口中安装有以下通讯驱动程序，其报文格式是公开的：式是公开的：n n
72、ASCIIASCII驱动驱动n n 协议协议n n 只适用于只适用于CPU314C-2CPU314C-2n n这三种接口方式所适用的设备如表这三种接口方式所适用的设备如表1-71-7所列。所列。MPIMPIPROFIBUS-DPPROFIBUS-DPPtPPtPPG/PCPG/PCOP/TPOP/TPS7-300/400S7-300/400，带带有有MPIMPI接口接口S7 -200S7 -200（作（作为为被被动动站点）站点）PG/PCPG/PCOP/TPOP/TPDPDP从站从站DPDP主站主站执执行器行器/ /传传感器感器S7 -300/400S7 -300/400，带带有有PROFIB
73、US-DPPROFIBUS-DP接口接口配装有串口的配装有串口的设备设备，例如条形例如条形码阅读码阅读器、器、打印机等。打印机等。表表1-7 网络接口适用设备网络接口适用设备 1.1.7 PLC1.1.7 PLC的工作过程的工作过程的工作过程的工作过程n nPLCPLC有比计算机更强的工业过程接口，可视为一种特殊的有比计算机更强的工业过程接口，可视为一种特殊的工业控制计算机。但编程语言和工作原理与计算机相比有工业控制计算机。但编程语言和工作原理与计算机相比有一定的差异，与继电器控制逻辑的工作过程也有很大差异。一定的差异，与继电器控制逻辑的工作过程也有很大差异。n nPLCPLC的工作过程一般可
74、分为三个主要阶段：输入采样阶段，的工作过程一般可分为三个主要阶段：输入采样阶段，程序执行阶段和输出刷新阶段。如图程序执行阶段和输出刷新阶段。如图1-91-9所示。所示。图1-9 PLC的工作过程n n(1) (1) 输入采样阶段输入采样阶段n nPLCPLC以扫描工作方式，按顺序将所有信号读入到存放输入以扫描工作方式，按顺序将所有信号读入到存放输入状态的输入映像区中存储，这一过程称为采样。在整个工状态的输入映像区中存储，这一过程称为采样。在整个工作周期内，这个采样结果的内容不会改变，而且这个采样作周期内，这个采样结果的内容不会改变，而且这个采样结果将在结果将在PLCPLC执行程序时被使用。执行
75、程序时被使用。n n(2) (2) 程序执行阶段程序执行阶段n nPLCPLC按顺序进行扫描，即从上到下、从左到右地扫描每条按顺序进行扫描，即从上到下、从左到右地扫描每条指令，并分别从输入映像区和输出映像区中获得所需的数指令，并分别从输入映像区和输出映像区中获得所需的数据进行运算、处理，再将程序执行的结果写入存放执行结据进行运算、处理，再将程序执行的结果写入存放执行结果的输出映像区中保存。这个结果在程序执行期间可能发果的输出映像区中保存。这个结果在程序执行期间可能发生变化，但在整个程序未执行完毕之前不会到输出端口。生变化，但在整个程序未执行完毕之前不会到输出端口。n n(3) (3) 输出刷新
76、阶段输出刷新阶段n n在执行完用户所有程序后，在执行完用户所有程序后，PLCPLC将输出映像区中的内容送将输出映像区中的内容送到存放输出状态的输出锁存器中，再去驱动用户设备。到存放输出状态的输出锁存器中，再去驱动用户设备。 n nPLCPLC重复执行上述三个阶段，每重复一次的时间称为一个重复执行上述三个阶段，每重复一次的时间称为一个扫描周期。扫描周期。PLCPLC在一个工作周期中，输入采样和输出刷新在一个工作周期中，输入采样和输出刷新的时间一般为毫秒级，而程序执行时间因程序的长度不同的时间一般为毫秒级，而程序执行时间因程序的长度不同而不同。而不同。PLCPLC一个扫描周期因一个扫描周期因CPU
77、CPU模块的运算速度差异很模块的运算速度差异很大。大。n n当当PLCPLC投入运行后，重复完成以上三个阶段的工作，即采投入运行后，重复完成以上三个阶段的工作，即采用循环扫描工作过程。用循环扫描工作过程。PLCPLC工作的主要特点是输入输出采工作的主要特点是输入输出采样、程序执行、输出刷新的样、程序执行、输出刷新的“ “串行工作坊式，这样既可串行工作坊式，这样既可防止继电器、接触器控制系统中的触电竞争和时序混乱，防止继电器、接触器控制系统中的触电竞争和时序混乱，又可提高又可提高PLCPLC的运算速度，这是的运算速度，这是PLCPLC系统可靠性高、响应系统可靠性高、响应快的原因。但是，也导致输出
78、对输入在时间上的滞后。快的原因。但是，也导致输出对输入在时间上的滞后。n nPLCPLC在执行程序时所用在执行程序时所用doadoa的状态值不是直接从实际输入的状态值不是直接从实际输入口所获得，而是来源于输入映像区和输出映像区。输入映口所获得，而是来源于输入映像区和输出映像区。输入映像区的状态取决于上一扫描周期从输入端子中采样取得的像区的状态取决于上一扫描周期从输入端子中采样取得的数据，并在程序执行阶段保持不变。输出映像区的状态取数据，并在程序执行阶段保持不变。输出映像区的状态取决于执行程序输出指令的结果。输出锁存器中的状态值是决于执行程序输出指令的结果。输出锁存器中的状态值是上一个扫描周期的
79、输出刷新结果。上一个扫描周期的输出刷新结果。SIEMENS安装标准安装标准对于水平安装，对于水平安装，CPU和电源必须安装在左面。对于垂直安和电源必须安装在左面。对于垂直安装，装，CPU 和电源必须安装在底部和电源必须安装在底部必须保证下面的最小间距：必须保证下面的最小间距：机架左右为机架左右为20 mm 单层组态安装时，上下为单层组态安装时，上下为40 mm两层组态安装时，上下至少为两层组态安装时，上下至少为80 mm接口模块安装在接口模块安装在CPU的右面的右面一个机架上最多插八个一个机架上最多插八个 I/O 模块信号模块、功能模块、模块信号模块、功能模块、通讯处理器通讯处理器多层组态只适
80、用于多层组态只适用于CPU 314/315/316 SIEMENS安装安装安装帮助文件安装帮助文件 检查表检查表 硬件手册硬件手册部件清单部件清单1. . 2. . 3. .SIEMENS 所有部件是否齐备所有部件是否齐备 ?见部件清单见部件清单 安装导轨！安装导轨！ 安装电源安装电源 ! 把总线连接器连到把总线连接器连到CPU，并安装模块，并安装模块 ! 把总线连接器连到把总线连接器连到 I/O 模块，并安装模块模块，并安装模块 ! 连接前连接器，并插入标签条和槽号！连接前连接器，并插入标签条和槽号！ 给模块配线电源，给模块配线电源，CPU 和和 I/O 模块模块安装检查表安装检查表SIEM
81、ENS电气安装检查表电气安装检查表 1.1. 有模拟信号或总线信号吗？有模拟信号或总线信号吗？2.2. 是否有是否有60V60V的接线？的接线？3.3. 输出触点构成的回路中是否有输出触点构成的回路中是否有感性负载？感性负载？4.4. 是否有室外的接线是否有室外的接线? ?SIEMENS1.2 S7-300 PLC电气安装标准正确的硬件安装是系统正常工作的前提，要严格按照电气安装标准安装。 1.2.1 安装导轨 在安装导轨时，应留有足够的空间用于安装模板和散热模板上下至少应有 40 mm 的空间，左右至少应有20mm空间，如图1-13； 在安装外表划安装孔。在所划线的孔上钻直径为 6.5 +.
82、2 mm 的孔；用M6 螺钉安装导轨；把保护地连到导轨上通过保护地螺丝，导线的最小截面积为10mm2。如图1-14。应注意，在导轨和安装外表接地金属板或设备安装板之间会产生一个低阻抗连接。如果在外表涂漆或者经阳极氧化处理，应使用适宜的接触剂或接触垫片。SIEMENS图图 1-10 S7-300 系统安装所需空间系统安装所需空间图 1-11 导轨上的保护地连接SIEMENS安装导轨安装导轨1482 mm530 mm830 mm57.2mm466 mm500 mm800 mm 用用M 6 螺丝把导轨固定到安装部位！螺丝把导轨固定到安装部位！连接保护地连接保护地 把保护地连到导轨上（通过保护地螺丝！
83、）把保护地连到导轨上（通过保护地螺丝！） 注：导线的最小截面积为注：导线的最小截面积为 10mm2。SIEMENS安装导轨安装导轨2 2导轨导轨总线连接器总线连接器固定螺丝固定螺丝SIEMENS电源和电源和CPU的接线的接线翻开电源模块和翻开电源模块和CPUCPU模块面板上的前盖模块面板上的前盖松开电源模块上接线端子的夹紧螺钉松开电源模块上接线端子的夹紧螺钉将进线电缆连接到端子上，并注意绝缘将进线电缆连接到端子上，并注意绝缘上紧接线端子的夹紧螺钉上紧接线端子的夹紧螺钉用连接器将电源模块与用连接器将电源模块与CPUCPU模块连接起来并上紧螺钉模块连接起来并上紧螺钉关上前盖关上前盖检查进线电压的选
84、择开关把槽号插入前盖！检查进线电压的选择开关把槽号插入前盖！SIEMENS前连接器的接线前连接器的接线翻开信号模块的前盖翻开信号模块的前盖将前连接器放在接线位置将前连接器放在接线位置 将夹紧装置插入前连接器中将夹紧装置插入前连接器中 剥去电缆的绝缘层剥去电缆的绝缘层 (6 mm (6 mm 长度长度) ) 将电缆连接到端子上将电缆连接到端子上用夹紧装置将电缆夹紧用夹紧装置将电缆夹紧将前连接器放在运行位置将前连接器放在运行位置关上前盖关上前盖填写端子标签并将其压入前盖中填写端子标签并将其压入前盖中在前连接器盖上粘贴槽口号码在前连接器盖上粘贴槽口号码1.2.2 1.2.2 安装和更换模块安装和更换
85、模块安装和更换模块安装和更换模块n n从左边开始，按照如图从左边开始，按照如图1-121-12顺序，将模块安装在导轨上：顺序，将模块安装在导轨上：n n电源模块电源模块n nCPUCPUn n信号模块、功能模块、通讯模块、接口模块信号模块、功能模块、通讯模块、接口模块图图1-12 S7-300模块安装顺序模块安装顺序n n表表1-81-8说明了模块安装的步骤。说明了模块安装的步骤。步步骤骤连连接方法接方法图图例例1 1将将总线连总线连接器插入接器插入CPUCPU和信号模和信号模块块/ /功能模功能模块块/ /通通讯讯模模块块/ /接口模接口模块块。每个模每个模块块（除了（除了CPUCPU以外）
86、都有一个以外）都有一个总线连总线连接器。接器。在插入在插入总线连总线连接器接器时时，必，必须须从从CPUCPU开始开始将将总线连总线连接器插入前一个模接器插入前一个模块块。最后一。最后一块块模模块块不不能安装能安装总线连总线连接器接器2 2按照模按照模块块的的规规定定顺顺序，将所有模序，将所有模块悬块悬挂在挂在导轨导轨上上，将模，将模块块化到左化到左边边的模的模块边块边上上，然后向下安装模，然后向下安装模块块3 3使用使用0.80.81.1Nm1.1Nm的扭矩，用螺的扭矩，用螺钉钉固定所有模固定所有模块块表1-8 模块安装步骤n n需要更换模块时，应先解锁前连接器，然后取下模块。如需要更换模块
87、时，应先解锁前连接器，然后取下模块。如图图1-131-13。n n在开始安装一个新的模块之前，应将前连接器的上半部编在开始安装一个新的模块之前，应将前连接器的上半部编码插针从该模块上取下来，如图码插针从该模块上取下来，如图1-141-14所示。这样做是因为所示。这样做是因为该编码部件早已插入到已接线的前连接器，如不把它取下，该编码部件早已插入到已接线的前连接器，如不把它取下，会阻碍前连接器插回原位置。会阻碍前连接器插回原位置。图1-13 解锁前连接器并取下模块 图1-14拆卸前连接器编码插针 1.2.3 1.2.3 电气屏蔽与接地电气屏蔽与接地电气屏蔽与接地电气屏蔽与接地n n在实时控制系统中
88、，接地是抑制干扰以使系统可靠工作的在实时控制系统中，接地是抑制干扰以使系统可靠工作的主要方法。在设计中如能把接地和屏蔽正确地结合起来使主要方法。在设计中如能把接地和屏蔽正确地结合起来使用，那么可以解决大局部干扰问题。用，那么可以解决大局部干扰问题。n n PS307 PS307除了给除了给CPUCPU供电外，还给供电外，还给24 V DC24 V DC模块提供负载模块提供负载电流，图电流，图1-151-15给出了给出了S7-300S7-300一般结构的系统供电和接地连一般结构的系统供电和接地连接，图中接，图中S7-300S7-300参考电位参考电位MM是接地的。在一些场合，可能是接地的。在一些
89、场合，可能需要参考电位不接地的需要参考电位不接地的S7-300S7-300系统，此时应该把在系统，此时应该把在CPU313/314CPU313/314上上MM端子和功能性地之间跨接线拆下。对端子和功能性地之间跨接线拆下。对CPU312 IFMCPU312 IFM，只能实现一个接地结构，参考电位和地在，只能实现一个接地结构，参考电位和地在内部已连接好。在带隔离的模块结构中，控制回路的参考内部已连接好。在带隔离的模块结构中，控制回路的参考电位和负载回路的参考电位是隔离的。电位和负载回路的参考电位是隔离的。图1-15 S7-300一般结构的系统供电 1.2.4 1.2.4 机柜的选型与安装机柜的选型
90、与安装机柜的选型与安装机柜的选型与安装n n对于大型设备的运行或安装环境中有干扰或污染时，应该对于大型设备的运行或安装环境中有干扰或污染时，应该将将S7-300S7-300安装在一个机柜中。在选择机柜时，应注意以下安装在一个机柜中。在选择机柜时，应注意以下事项：事项：n n 机柜安装位置处的环境条件温度、湿度、尘埃、化学机柜安装位置处的环境条件温度、湿度、尘埃、化学影响、爆炸危险决定了机柜所需的防护等级影响、爆炸危险决定了机柜所需的防护等级IP xxIP xxn n 模块导轨间的安装间隙模块导轨间的安装间隙n n 机柜中所有组建的总功率消耗机柜中所有组建的总功率消耗n n在确定在确定S7-30
91、0S7-300机柜安装尺寸时，应注意以下技术参数：机柜安装尺寸时，应注意以下技术参数：n n 模块导轨所需安装空间模块导轨所需安装空间n n 模块导轨和机柜柜壁之间的最小间隙模块导轨和机柜柜壁之间的最小间隙n n 模块导轨之间的最小间隙模块导轨之间的最小间隙n n 电缆导管或风扇的所需安装空间电缆导管或风扇的所需安装空间n n 机柜固定位置机柜固定位置SIEMENS准备启动准备启动把钥匙插入把钥匙插入CPU！插入后备电池！插入后备电池！如果用户程序不是存放在存储器模块中该模块如果用户程序不是存放在存储器模块中该模块中的程序不靠电源保持中的程序不靠电源保持如果出现断电时必须保持大量的数据如果出现
92、断电时必须保持大量的数据如果需要插入存储器模块！如果需要插入存储器模块！不需要后备电池就可以保持用户程序和数据不需要后备电池就可以保持用户程序和数据具有较大的具有较大的“装载存储器装载存储器SIEMENS2.3 实训一：安装一个典型的S7-300 PLC硬件系统1、实训目的熟悉S7-300常用模块掌握S7-300常用模块安装标准2、实训任务和要求安装一个单导轨PLC控制系统，包含一个数字量模块，一个模拟量模块，一个仿真模块。要求各模块安装符合安装标准，实训设备电源模块PS 30710A、CPU模块313C-2DP、数字量模块SM322、模拟量模块SM334、仿真模块SM374、连接器、导轨、螺
93、钉、螺丝刀、导线假设干。SIEMENS3、安装步骤对照部件清单检查部件是否齐备；安装导轨安装电源把总线连接器连到CPU，并安装模块；把总线连接器连到 I/O 模块，并安装模块；连接前连接器，并插入标签条和槽号； 给模块配线电源，CPU 和 I/O 模块。4、实训报告写出PLC硬件系统安装顺序；写出每一个部件的安装标准。第2章SIMATICS7-300硬件安装与维护 2.2.3 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
94、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，如下图。第2章SIMATICS7-300硬件安装与维护S7-300的扩展能力的扩展能力槽号槽号 1 2 3 456 78 9 10 11CPUIMSFM本机PSPSIMRIMRPSIMRPS第2章SIMATICS7-300硬件安装与维护图3.2 S7-300机架和槽位图第2章SIMATICS7-300硬件安装与维护 3. S7-300模块地址确实定 根据机架上模块的
95、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。表为S7-300信号模板的起始地址。第2章SIMATICS7-300硬件安装与维护表表2.1 S7-300信号模板的起始地址信号模板的起始地址第2章SIMATICS7-300硬件安装与维护 0机架的第一个信号模块槽机架的第一个信号模块槽(4号槽号槽)的地址为，一个的地址为，一个16点的输入模块只占用地址，地址未用。数字量模块中的点的输入模块只占用地址，地址未用。数字量模块中的输入点和输出点的地
96、址由字节局部和位局部组成。例如：输入点和输出点的地址由字节局部和位局部组成。例如：I 1.2 输入 字节地址 位地址 第2章SIMATICS7-300硬件安装与维护4. S7-300 PLC存储区存储区图3.3 S7-3 0 0存储区示意图第2章SIMATICS7-300硬件安装与维护 (1) 系统存储区：系统存储区：RAM类型，用于存放操作数据类型，用于存放操作数据(I/O、位、位存储、定时器、计数器等存储、定时器、计数器等)。 (2) 装载存储区：物理上是装载存储区：物理上是CPU模块中的局部模块中的局部RAM，加上，加上内置的内置的EEPROM或选用的可拆卸或选用的可拆卸FEPROM卡，
97、用于存放用户卡，用于存放用户程序。程序。 (3) 工作存储区：物理上占用工作存储区：物理上占用CPU模块中的局部模块中的局部RAM，其，其存储内容是存储内容是CPU运行时所执行的用户程序单元运行时所执行的用户程序单元(逻辑块和数据块逻辑块和数据块)的复制件。的复制件。 CPU程序所能访问的存储区为系统存储区的全部、工作存程序所能访问的存储区为系统存储区的全部、工作存储区中的数据块储区中的数据块DB、暂时局部数据存储区、外设、暂时局部数据存储区、外设I/O存储区存储区(P)等，其功能见表。等，其功能见表。 第2章SIMATICS7-300硬件安装与维护表表2.2 程序可访问的存储区及功能程序可访
98、问的存储区及功能第2章SIMATICS7-300硬件安装与维护3.2 S7-300 系列系列PLC模块性能简介模块性能简介3.2.1 CPU模块模块1. CPU模块概述模块概述 S7-300有有CPU312 IFM、CPU313、CPU314、CPU314 IFM、CPU315/315-2DP、CPU316-2DP、CPU318-2DP等等8种不同的中央处理单元可供选择。种不同的中央处理单元可供选择。CPU315-2DP、CPU316-2DP、CPU318-2DP都具有现场都具有现场总线扩展功能。总线扩展功能。CPU以梯形图以梯形图LAD、功能块、功能块FBD或语句或语句表表STL进行编程。实
99、验室机型为进行编程。实验室机型为CPU315-2DP。 表列出了局部中央处理单元表列出了局部中央处理单元CPU的主要特性，包括的主要特性，包括存储器容量、指令执行时间、最大存储器容量、指令执行时间、最大I/O点数、各类编程点数、各类编程元件元件(位存储器、计数器、定时器、可调用块位存储器、计数器、定时器、可调用块)数量等。数量等。 第2章SIMATICS7-300硬件安装与维护表表3.3 中央处理单元中央处理单元CPU的主要特性的主要特性第2章SIMATICS7-300硬件安装与维护表表3.3 中央处理单元中央处理单元CPU的主要特性的主要特性第2章SIMATICS7-300硬件安装与维护 C
100、PU315/CPU315-2DP：CPU315是具有中到大容量程序存是具有中到大容量程序存储器和大规模储器和大规模I/O配置的配置的CPU。CPU315-2DP是具有中到大容量是具有中到大容量程序存储器和程序存储器和PROFIBUS-DP主主/从接口的从接口的CPU，它用于包括分，它用于包括分布式及集中式布式及集中式I/O的任务中。的任务中。CPU315/CPU315-2DP具有具有48 KB/64 KB，内置，内置80/96 KB的装载存储器的装载存储器(RAM)，可用存储卡扩，可用存储卡扩充装载存储器，最大容量为充装载存储器，最大容量为512 KB，指令执行速度为，指令执行速度为300 n
101、s/二二进制指令，最大可扩展进制指令，最大可扩展1024/2048点数字量或点数字量或128/256个模拟量个模拟量通道。通道。 CPU315-2DP是带现场总线是带现场总线(PROFIBUS)SINEC L2-DP接口的接口的CPU模块，其他特性与模块，其他特性与CPU315模块相同。模块相同。第2章SIMATICS7-300硬件安装与维护 2. CPU模块的方式选择和状态指示模块的方式选择和状态指示 S7-300系列的系列的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，有以下模块的方式选择开关都一样，有
102、以下4种种工作方式，通过可卸的专用钥匙来控制选择。图为工作方式，通过可卸的专用钥匙来控制选择。图为CPU模块面模块面板布置示意图。板布置示意图。第2章SIMATICS7-300硬件安装与维护图图3.4 CPU模块面板布置示意图模块面板布置示意图第2章SIMATICS7-300硬件安装与维护 (1) RUN-P：可编程运行方式。：可编程运行方式。CPU扫描用户程序，既可以扫描用户程序，既可以用编程装置从用编程装置从CPU中读出，也可以由编程装置装入中读出，也可以由编程装置装入CPU中。用中。用编程装置可监控程序的运行。在此位置钥匙不能拔出。编程装置可监控程序的运行。在此位置钥匙不能拔出。 (2)
103、 RUN：运行方式。：运行方式。CPU扫描用户程序，可以用编程装置扫描用户程序，可以用编程装置读出并监控读出并监控PLC CPU中的程序，但不能改变装载存储器中的程中的程序，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被改变序。在此位置可以拔出钥匙，以防止程序在正常运行时被改变操作方式。操作方式。 (3) STOP：停止方式。：停止方式。CPU不扫描用户程序，可以通过编不扫描用户程序，可以通过编程装置从程装置从CPU中读出，也可以下载程序到中读出，也可以下载程序到CPU。在此位置可以。在此位置可以拔出钥匙。拔出钥匙。 (4) MRES：该位置瞬间接通，用以去除：该
104、位置瞬间接通，用以去除CPU的存储器。的存储器。第2章SIMATICS7-300硬件安装与维护表表3.4 用于状态和故障显示用于状态和故障显示LED的含义的含义第2章SIMATICS7-300硬件安装与维护3.2.2 数字量模块数字量模块 1. 数字量输入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。输入信号进方式。对现场输入元件，仅要求提供开关触点即可。
105、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等待CPU采样。采样时，信号经过背板总线进入到输入映像区。采样。采样时，信号经过背板总线进入到输入映像区。 数字量输入模块数字量输入模块SM321有四种型号模块可供选择，即直流有四种型号模块可供选择，即直流16点输入、直流点输入、直流32点输入、交流点输入、交流16点输入、交流点输入、交流8点输入模块。图点输入模块。图3.5(a)、(b)所示为直流所示为直流32点输入和交流点输入和交流16点输入对应的端子连接点输入对应的端子连接及电气原理图。及电气原理图。第2章SIMA
106、TICS7-300硬件安装与维护图图3.5 数字量输入模块数字量输入模块SM321端子连接及电气原理图端子连接及电气原理图第2章SIMATICS7-300硬件安装与维护图图3.5 数字量输入模块数字量输入模块SM321端子连接及电气原理图端子连接及电气原理图第2章SIMATICS7-300硬件安装与维护2. 数字量输出模块数字量输出模块SM322 数字量输出模块数字量输出模块SM322将将S7-300内部信号电平转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。磁阀、接触器、小型电动机、灯和
107、电动机启动器等。 晶体管输出模块只能带直流负载，属于直流输出晶体管输出模块只能带直流负载，属于直流输出模块；模块； 可控硅输出方式属于交流输出模块；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继电器触点输出方式的模块属于交直流两用输出模块。块。 从响应速度上看，晶体管响应最快，继电器响应最从响应速度上看，晶体管响应最快，继电器响应最慢；从平安隔离效果及应用灵活性角度来看，以继电慢；从平安隔离效果及应用灵活性角度来看，以继电器触点输出型最正确。器触点输出型最正确。第2章SIMATICS7-300硬件安装与维护表表3.6 数字量输出模块数字量输出模块SM322的技
108、术特性的技术特性第2章SIMATICS7-300硬件安装与维护3. 数字量数字量I/O模块模块SM323 SM323模块有两种类型，一种是带有模块有两种类型，一种是带有8个共地输入个共地输入端和端和8个共地输出端，另一种是带有个共地输出端，另一种是带有16个共地输入端和个共地输入端和16个共地输出端，两种特性相同。个共地输出端，两种特性相同。I/O额定负载电压额定负载电压24 V DC，输入电压，输入电压“1信号电平为信号电平为1130 V，“0信信号电平为号电平为35 V，I/O通过光耦与背板总线隔离。通过光耦与背板总线隔离。在额定输入电压下，输入延迟为在额定输入电压下，输入延迟为4.8 m
109、s。输出具有电。输出具有电子短路保护功能。子短路保护功能。第2章SIMATICS7-300硬件安装与维护3.2.3 模拟量模块模拟量模块1. 模拟量值的表示方法模拟量值的表示方法 S7-300的的CPU用用16位的二进制补码表示模拟量值。位的二进制补码表示模拟量值。其中最高位为符号位其中最高位为符号位S，“0表示正值，表示正值，“1表示负表示负值，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，对于精度小于和它的设定参数，对于精度小于15位的模拟量值，低字位的模拟量值，低字节中幂项低的位不用。表表示了节中幂项低的位不用。表表示了S7-
110、300模拟量值所有可模拟量值所有可能的精度，标有能的精度，标有“的位就是不用的位，一般填入的位就是不用的位，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阻、热电偶等信号，而模拟量输出模块可以输出010 V，15 V，10 V10 V，020 mA，420 mA，2020 mA等模拟信号。等模拟信号。第2章SIMATICS7-300硬件安装与维护表表3.7 模拟量值可能的精度模拟量值可能的精度第2章SIMATICS7-300硬件安装与维护 2. 模拟量输入模块模拟量输入模块SM331 模拟量
111、输入模拟量输入(简称模入简称模入(AI)模块模块SM331目前有三目前有三种规格型号，即种规格型号，即8AIl2位模块、位模块、2AIl2位模块和位模块和8AIl6位模块。位模块。1) SM331概述概述 SM331主要由主要由A/D转换部件、模拟切换开关、补偿转换部件、模拟切换开关、补偿电路、恒流源、光电隔离部件、逻辑电路等组成。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，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。
112、也即积分时间越长，被测值的精度越高。SM331可选可选四档积分时间：四档积分时间：2.5 ms、16.7 ms、20 ms和和l00 ms，相，相对应的以位表示的精度为对应的以位表示的精度为8、12、12和和14。第2章SIMATICS7-300硬件安装与维护 2) SM33l与传感器、变送器的连接与传感器、变送器的连接(1) SM331与电压型传感器的连接，如下图。与电压型传感器的连接，如下图。图图3.6 输入模块与电压型传感器的连接输入模块与电压型传感器的连接第2章SIMATICS7-300硬件安装与维护 (2) SM331与与2线电流变送器的连接如下图，与线电流变送器的连接如下图，与4线
113、电流变送线电流变送器的连接如下图。器的连接如下图。4线电流变送器应有单独的电源。线电流变送器应有单独的电源。图图3.7 输入模块与输入模块与2线变送器电流输入的连接线变送器电流输入的连接第2章SIMATICS7-300硬件安装与维护图图3.8 输入模块与输入模块与4线变送器电流输入的连接线变送器电流输入的连接第2章SIMATICS7-300硬件安装与维护 (3) 图所示是热电阻图所示是热电阻(如如Ptl00)与输入模块的与输入模块的4线连接回路示线连接回路示意图。通过端意图。通过端IC+和和IC将恒定电流送到电阻型温度计或电阻，将恒定电流送到电阻型温度计或电阻，通过通过M+和和M端子测得在电阻
114、型温度计或电阻上产生的电压，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。如果接成线回路可以获得很高的测量精度。如果接成2线或线或3线回路，线回路，那么必须在那么必须在M+和和IC+之间以及在之间以及在M和和IC之间插入跨接线，之间插入跨接线，不过这将降低测量结果的精度。不过这将降低测量结果的精度。第2章SIMATICS7-300硬件安装与维护图图3.9 热电阻热电阻(如如Ptl00)与输入模块的与输入模块的4线连接回路示意图线连接回路示意图第2章SIMATICS7-300硬件安装与维护 3. 模拟量输出模块模拟量输出模块SM332 模拟量输出模拟量输出(简称模出简
115、称模出(AO)模块模块SM332目前有三种规格型目前有三种规格型号，即号，即4AOl2位模块、位模块、2AO12位模块和位模块和4AOl6位模块，分别位模块，分别为为4通道的通道的12位模拟量输出模块、位模拟量输出模块、2通道的通道的12位模拟量输出模块、位模拟量输出模块、4通道的通道的16位模拟量输出模块。位模拟量输出模块。1) SM332与负载与负载/执行装置的连接执行装置的连接 SM332可以输出电压，也可以输出电流。在输出电压时，可以输出电压，也可以输出电流。在输出电压时，可以采用可以采用2线回路和线回路和4线回路两种方式与负载相连。采用线回路两种方式与负载相连。采用4线回路线回路能获
116、得比较高的输出精度。如下图。能获得比较高的输出精度。如下图。第2章SIMATICS7-300硬件安装与维护图图3.10 通过通过4线回路将负载与隔离的模出模块相连线回路将负载与隔离的模出模块相连第2章SIMATICS7-300硬件安装与维护4. 模拟量模拟量I/O模块模块SM334 模拟量模拟量I/O模块模块SM334有两种规格，一种是有有两种规格，一种是有4模模入入/2模出的模拟量模块，其输入、输出精度为模出的模拟量模块，其输入、输出精度为8位，另位，另一种也是有一种也是有4模入模入/2模出的模拟量模块，其输入、输出模出的模拟量模块，其输入、输出精度为精度为12位。位。SM334模块输入测量
117、范围为模块输入测量范围为010 V或或020 mA，输出范围为，输出范围为010 V或或020 mA。它的。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。件编程设定的。SM334的通道地址见表。的通道地址见表。第2章SIMATICS7-300硬件安装与维护表表3.8 SM334的通道地址的通道地址第2章SIMATICS7-300硬件安装与维护3.2.4 S7-300系列系列PLC系统供电与接地系统供电与接地1. PS307电源模块电源模块 PS307是西门子公司为是西门子公司为S7-300专配的专配的24 V DC电源。电源
118、。PS307系列模块除输出额定电流不同外系列模块除输出额定电流不同外(有有2 A、5 A、10 A三种三种)，其，其工作原理和各种参数都相同。工作原理和各种参数都相同。 PS307可安装在可安装在S7-300的专用导轨上，除了给的专用导轨上，除了给S7-300 CPU供电外，也可给供电外，也可给I/O模块提供负载电源。模块提供负载电源。 图为图为PS307 10A模块端子接线图。模块端子接线图。 第2章SIMATICS7-300硬件安装与维护图图3.11 PS307 10 A模块端子接线图模块端子接线图第2章SIMATICS7-300硬件安装与维护2. S7-300的电流耗量和功率损耗的电流耗
119、量和功率损耗 S7-300模块使用的电源由模块使用的电源由S7-300背板总线提供，背板总线提供，一些模块还需从外部负载电源供电。在组建一些模块还需从外部负载电源供电。在组建S7-300应应用系统时，考虑每块模块的电流耗量和功率损耗是非用系统时，考虑每块模块的电流耗量和功率损耗是非常必要的，表列出了在常必要的，表列出了在24 V直流负载电源情况下，各直流负载电源情况下，各种种S7-300模块的电流耗量、功率损耗以及从模块的电流耗量、功率损耗以及从24 V负载负载电源吸取的电流。表列出了在电源吸取的电流。表列出了在120/230 V AC负载电源负载电源下，模块的电流耗量和功率损耗。下，模块的电
120、流耗量和功率损耗。第2章SIMATICS7-300硬件安装与维护表表3.9 S7-300模块的电流耗量和功率损耗模块的电流耗量和功率损耗(24 V DC负载电源负载电源)第2章SIMATICS7-300硬件安装与维护续表续表第2章SIMATICS7-300硬件安装与维护表表3.10 S7-300模块的电流耗量和功率损耗模块的电流耗量和功率损耗(120/230 V AC负载电源负载电源)第2章SIMATICS7-300硬件安装与维护 一个实际的一个实际的S7-300 PLC系统，确定所有的模块后，要选择系统，确定所有的模块后，要选择适宜的电源模块，所选定的电源模块的输出功率必须大于适宜的电源模块
121、，所选定的电源模块的输出功率必须大于CPU模块、所有模块、所有I/O模块、各种智能模块等总消耗功率之和，并且模块、各种智能模块等总消耗功率之和，并且要留有要留有30左右的裕量。当同一电源模块既要为主机单元又要左右的裕量。当同一电源模块既要为主机单元又要为扩展单元供电时，从主机单元到最远一个扩展单元的线路压为扩展单元供电时，从主机单元到最远一个扩展单元的线路压降必须小于降必须小于0.25 V。第2章SIMATICS7-300硬件安装与维护例如，一个例如，一个S7-300 PLC系统由下面的模块组成：系统由下面的模块组成： 1块中央处理单元块中央处理单元CPU 3142块数字量输入模块块数字量输入
122、模块SM321，1624 Vl块继电器输出模块块继电器输出模块SM322，8230 V ACl块数字量输出模块块数字量输出模块SM322，1624 V DCl块模拟量输入模块块模拟量输入模块SM331，812位位2块模拟量输出模块块模拟量输出模块SM332，412位位各模块从各模块从S7-300背板总线吸取的电流背板总线吸取的电流225407060260340 mA 各模块从各模块从24 V负载电源吸取的电流负载电源吸取的电流1000217510020022401857 mA各模块的功率损耗各模块的功率损耗82329.4 W第2章SIMATICS7-300硬件安装与维护 从上面计算可知，信号模
123、块从从上面计算可知，信号模块从S7-300背板总线吸取的总电背板总线吸取的总电流是流是340 mA，没有超过，没有超过CPU 314提供的提供的1.2 A电流。各模块从电流。各模块从24 V电源吸取的总电流约为电源吸取的总电流约为1.857 A，虽没有超过，虽没有超过2 A，但考虑到电，但考虑到电源应留有一定裕量，所以电源模块应选源应留有一定裕量，所以电源模块应选PS307 5 A。上述计算没。上述计算没有考虑接输出执行机构或其它负荷时的电流消耗，设计中不应有考虑接输出执行机构或其它负荷时的电流消耗，设计中不应忽略这一点。忽略这一点。PS307 5 A的功率损耗为的功率损耗为18 W，所以该，
124、所以该S7-300结构结构总的功率损耗是总的功率损耗是1847.4 W。该功率不应超过机柜所能散发。该功率不应超过机柜所能散发的最大功率，在确定机柜的大小时要确保这一点。的最大功率，在确定机柜的大小时要确保这一点。SIEMENS安装安装 S7-400SIEMENSS7-400的组件的组件部件部件功能功能机架机架用于固定模块并实现模块间的电气连接用于固定模块并实现模块间的电气连接电源电源 （PS）将进线电压转换为模块所需的直流将进线电压转换为模块所需的直流5 5V V和和2424V V工作电压工作电压中央处理单元中央处理单元（CPU）执行用户程序执行用户程序附件：存储器卡附件：存储器卡接口模板接
125、口模板（IM）用于连接其它机架。用于连接其它机架。附件：连接电缆、终端器附件：连接电缆、终端器信号模板（信号模板（SM）（数字量数字量/模拟量）模拟量）把不同的过程信号与把不同的过程信号与S7-400适配适配附件：前连接器附件：前连接器功能模板（功能模板（FM）完成定位、闭环控制等功能。完成定位、闭环控制等功能。通讯处理器（通讯处理器（CP）用于连接其它可编程控制器用于连接其它可编程控制器附件：电缆、软件、接口模板附件：电缆、软件、接口模板SIEMENS机架及其扩展连接机架及其扩展连接机架型号机架型号中央机架中央机架扩展机架扩展机架 可用可用UR1 / UR2（通用机架）YesYesP 总线K
126、 总线CR2（中央机架）NoYesP 总线，第1段K 总线P 总线，第2段P 总线ER1 / ER2（扩展机架）NoYesSIEMENS安装标准安装标准必须保证如下的最小间距：必须保证如下的最小间距：机架的左右：机架的左右：20 mm机架上方：机架上方：40 mm；机架下方：；机架下方：22 mm 机架之间：机架之间：110 mm 电源必须插在最左侧电源必须插在最左侧1号槽，并且接口模块必须插在最号槽，并且接口模块必须插在最右侧右侧机架与保护地的连接导线截面积至少机架与保护地的连接导线截面积至少10 mm2安装模板前请取下插槽盖安装模板前请取下插槽盖SIEMENS安装检查表安装检查表 所有部件
127、齐备吗？见部件清单所有部件齐备吗？见部件清单 安装机架！安装机架！ 安装电源！安装电源！ 取下插槽盖并安装模板！取下插槽盖并安装模板！ 连接前连接器并插入标号条！连接前连接器并插入标号条！ 对模板接线电源和对模板接线电源和 I/O 模板！模板！SIEMENS安装机架安装机架用用M6螺钉把机架固定到安装部位螺钉把机架固定到安装部位！把机架连到保护地，左下方的螺钉用于此目的。把机架连到保护地，左下方的螺钉用于此目的。导线的最小截面积为导线的最小截面积为 10 mm2 ！安装扩展机架，最小间隔为安装扩展机架，最小间隔为110 mm ！SIEMENS安装模板安装模板取下插槽盖。取下插槽盖。 拿住指定位
128、置的槽盖，向前拉即可取下此盖拿住指定位置的槽盖，向前拉即可取下此盖！挂上第一个模板，并用螺丝固定！挂上第一个模板，并用螺丝固定！把模板上下的螺丝拧紧。占三槽的模板和电源的上部把模板上下的螺丝拧紧。占三槽的模板和电源的上部和下部都有两个螺丝！和下部都有两个螺丝！按照上面的步骤安装其它模板！按照上面的步骤安装其它模板！SIEMENS电源的接线电源的接线翻开电源盖！翻开电源盖！调整电源选择开关，选择适宜的电源电压！调整电源选择开关，选择适宜的电源电压！用螺丝刀松开电源插头！用螺丝刀松开电源插头！拔下电源插头！拔下电源插头！把两个电源线不是保护地剪短到把两个电源线不是保护地剪短到 10 mm ！剥去绝
129、缘皮剥去绝缘皮 7 mm ！翻开电源插头和电缆固定座！翻开电源插头和电缆固定座！连接导线并压紧电缆固定座！连接导线并压紧电缆固定座！合上电源插头盖！合上电源插头盖！把电源插头推入电源上的导入凹槽，然后推到底！把电源插头推入电源上的导入凹槽，然后推到底！SIEMENS前连接器的接线前连接器的接线将前连接器盖从下部撬起并拉开将前连接器盖从下部撬起并拉开剥去导线的绝缘层剥去导线的绝缘层连接导线连接导线将电缆固定在前连接器下侧的线夹上将电缆固定在前连接器下侧的线夹上填写标签条，并插入前连接器！填写标签条，并插入前连接器！合上前连接器盖合上前连接器盖将前连接器挂在相应模块下部的编码器上将前连接器挂在相应
130、模块下部的编码器上向上旋转前连接器向上旋转前连接器把前连接器紧固到位把前连接器紧固到位SIEMENS准备启动准备启动把钥匙插入把钥匙插入 CPU 模板模板插入后备电池插入后备电池 调整调整 BATT INDIC 开关监视电源上的电池开关监视电源上的电池把存储器卡插入把存储器卡插入 CPU 模板模板 S7-400总需要存储器卡总需要存储器卡用正确的连接电缆连接各个机架用正确的连接电缆连接各个机架在每个接收在每个接收IM的编码钥匙上设定机架号的编码钥匙上设定机架号1 到到 21把终端器连到最后一个接收把终端器连到最后一个接收 IM执行执行 CPU 存储器的复位存储器的复位连接编程设备连接编程设备S
131、IEMENS维护可编程控制器维护可编程控制器SIEMENS更换更换S7-300的后备电池的后备电池SIEMENS更换更换S7-300的信号模板的信号模板把把CPU 切换到切换到 Stop 状态状态切断负载供电电源切断负载供电电源翻开前盖翻开前盖松开前连接器并取下松开前连接器并取下松开模板上的紧固螺丝松开模板上的紧固螺丝摘下模块摘下模块在新模块上，取下编码器的上半局部在新模块上，取下编码器的上半局部把新模板插入，并固定在导轨上把新模板插入，并固定在导轨上将接好线的前连接器并插入模板并它放到正常工作位置将接好线的前连接器并插入模板并它放到正常工作位置关上前盖关上前盖重新接通负载电源重新接通负载电源
132、执行一次执行一次CPU的完全再启动的完全再启动SIEMENS更换更换S7-300数字量输出模板的保险管数字量输出模板的保险管把把 CPU 切换到切换到 Stop 状态状态切断负载电源切断负载电源取下前连接器取下前连接器松开模板上的紧固螺丝松开模板上的紧固螺丝把模板取下把模板取下拧下模板的保险管座拧下模板的保险管座更换保险管更换保险管重新拧紧保险管座重新拧紧保险管座安装模板安装模板插入前连接器插入前连接器重新接上负载电源重新接上负载电源SIEMENS更换更换S7-400的后备电池的后备电池翻开电源盖翻开电源盖用带子把电池拉出电池盒用带子把电池拉出电池盒插入新电池，并注意电池极性插入新电池，并注意
133、电池极性设定设定 BATTINDIC 开关监视电池：开关监视电池：BAT 位置：用于单宽度电源位置：用于单宽度电源1BAT 位置：用于双或三宽度电源和一个电池位置：用于双或三宽度电源和一个电池2BAT 位置：用于双或三宽度电源和两个电池位置：用于双或三宽度电源和两个电池用用 FMR 确认按钮取消错误信息确认按钮取消错误信息关上电源盖关上电源盖SIEMENS更换更换S7-400的信号模板的信号模板把把 CPU 切换到切换到 Stop，或确保用户程序允许模板可以在，或确保用户程序允许模板可以在RUN状态下更换！状态下更换！松开前连接器的紧固螺丝，并取下前连接器松开前连接器的紧固螺丝，并取下前连接器
134、松开模板上的紧固螺丝，并把模板取出松开模板上的紧固螺丝，并把模板取出挂上新模板，并向下旋转挂上新模板，并向下旋转用两个螺丝把模板向下拧紧用两个螺丝把模板向下拧紧取下编码器的上半局部取下编码器的上半局部将已经接线的前连接器插入模板并拧紧将已经接线的前连接器插入模板并拧紧把把 CPU 切换到切换到 RUN 状态！如果它被切换到状态！如果它被切换到 STOP状态状态第2章SIMATICS7-300硬件安装与维护思考与练习题思考与练习题 1. S7-300系列系列PLC的硬件系统由哪几局部组成的硬件系统由哪几局部组成? 2. S7-300系列系列PLC常用输入、输出模块有哪几种常用输入、输出模块有哪几种?各适用各适用于哪些场合？于哪些场合？ 3. 一个控制系统如果需要一个控制系统如果需要12点数字量输入、点数字量输入、30点数字量输点数字量输出、出、10点模拟量输入和点模拟量输入和2点模拟量输出，那么问：点模拟量输出，那么问： (1) 如何选择输入如何选择输入/输出模块输出模块? (2) 各模块的地址如何分配各模块的地址如何分配?
