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Theory and Application of PLC

Theory and Application of PLC. 第二章 PLC 的硬件组成与结构 (2). 西门子 S7-300PLC 的硬件组成及硬件配置. 电气学院自动化系. 2.1. 2.3. 2.2. 本章内容提纲. 西门子产品概况 S7-200 概况 S7-300 概况 S7-300 的硬件组成（模块简介） S7-300 的分布式 I/O 简介 S7-300PLC 的硬件配置（或硬件组态）. PLC 的基本组成及其原理. PLC 的 I/O 模块及外设. 典型 PLC 产品介绍 --- 西门子 S7-300. 西门子产品概况.

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  1. Theory and Application of PLC 第二章 PLC的硬件组成与结构(2) 西门子S7-300PLC的硬件组成及硬件配置 电气学院自动化系

  2. 2.1 2.3 2.2 本章内容提纲 • 西门子产品概况 • S7-200 概况 • S7-300 概况 • S7-300的硬件组成（模块简介） • S7-300的分布式I/O简介 • S7-300PLC的硬件配置（或硬件组态） PLC的基本组成及其原理 PLC的I/O模块及外设 典型PLC产品介绍---西门子S7-300

  3. 西门子产品概况 • 西门子PLC主要有SIMATIC S5 、S7、M7和C7等系列； • S7系列包括S7-200、 S7-300/400等型号。 • S7-200源于美国德州仪器公司的小型PLC；S7-300/400源于西门子S5系列PLC；两者有多共同之处，但在指令系统、程序结构和编程软件等方面有很大差异。 • S7-300是一种通用的模块式中小型PLC，最多可扩展32个模块。S7-400则适用于中高性能要求的大型PLC，可扩展300个模块，两者均可接入MPI、工业以太网、现场总线和Profibus等通信网络。

  4. S7-300 概况（1） • 模块式、无风扇设计，适用于中等性能的控制要求，品种繁多的功能模块可以很好满足和适应多种领域自动控制任务。 • 可灵活进行功能扩充，易于实现分布、易于用户掌握。 • 每个CPU均有编程通讯接口，使用西门子MPI通讯协议，无需增加任何硬件、软件和编程就可建立一个MPI网络，通过Profibus-Dp接口建立DP网络。 • 最强的 RAM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，模拟量通道为4096个。 • 具有较高的电磁兼容性、抗震动抗冲击能力、抗低温耐高温、耐污染性能。

  5. S7-300 概况（2） • S7-300/400有350多条指令，其编程软件STEP7功能强大，通过软件工具来为所有的模块和网络设置参数，支持梯形图、指令表、功能块图等多种编程语言，且可以相互转换 • CPU具有智能化的诊断功能，监控系统是否正常、记录错误和特殊事件，有WDT监控中断、过程报警、定时中断等等功能。 • S7-300/400将HMI服务集成到操作系统内，大大减少人机对话的编程要求。 S7-300/400按指定的刷新速度自动将数据传送给人机界面。

  6. S7-300的硬件组成 • S7-300的硬件结构 • 电源模块（Power Supply，PS） • CPU模块 • 接口模块 （Interface Module，IM） • 信号模块 （Signal Module，SM） • 功能模块 （Function Module， FM） • 通信模块 （Communication Module，CM） • 前连接器与其它模块

  7. S7-300的硬件结构 图1

  8. 电源模块 接口模块 信号模块（I/O） CPU模块 功能模块 通讯模块 S7-300的结构组成 电源连接器或导线 背板总线和U型连接器 • S7-300模块结构组态

  9. S7-300的电源模块（1） • S7-300PLC有多种电源模块可供选择 • PS305为户外型电源模块，输入电压为直流DC24/48/72/96/110V，输出电压为直流DC24V； • PS307普通型电源模块，输入电压为交流AC120/230V，输出电压为直流DC24V，有三种不同规格的输出电流（2A、5A、10A ），适合大多数应用场合。 • 电源模块的作用：为CPU、信号模块、传感器、执行机构供电。 • 电源模块的选择： • 输出功率必须大于其所供电的所有模块消耗功率之和，并且要留有30%左右的裕量。 • 当同一电源模块既要为主机单元供电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0.25V。

  10. S7-300的电源模块（2） PS307接线端子及内部原理图 左 右

  11. S7-300的CPU模块（1） 微存储器卡 输入输出接口 MMC卡插槽 RUN RUN-P STOP MRES 模式 选择 开关 MPI 通讯 接口 电源接口

  12. S7-300的CPU模块（2） 状态和故障LED SF:系统出错/故障显示（红色） BF:电池故障（红） DC5V:CPU和S7300总线的电源指示（绿色） FRCE（强制，黄）：至少有一个I/O被强制 RUN（运行，绿）：重启和HOLD分别以2Hz和0.5Hz闪亮 STOP（ 停止，黄）：STOP、 HOLD或重启时亮，存储器复位闪亮 BUSF（总线错误，红色）：PROFIBUS-DP接口硬件或软件故障时亮。只有此接口的CPU才有

  13. S7-300的CPU模块（3） STOP （停机）：CPU通电后自动进入该模式，此模式下不执行用户程序，可接受全局数据和检查系统 STARTUP（启动）：通过模式选择开关或编程软件启动CPU。如果模式开关处于RUN或RUN-P位置，通电时自动进入启动模式。 RUN（运行）：执行用户程序，刷新输入输出，处理中断和故障信息 HOLD（保持）：在STARTUP和RUN模式执行程序时遇到调试用的断点，用户程序的执行被暂停挂起，定时器被冻结 C P U的运行模式

  14. S7-300的CPU模块（4） 模式选择开关 • RUN-P：CPU执行用户程序，还可通过编程软件读出、改写用户程序，此时不能拔出钥匙开关 • RUN位置：执行且可通过编程软件读出用户程序，不能改写，可以取出钥匙开关。 • STOP位置：不执行用户程序，通过编程软件可以读出和修改用户程序，钥匙开关可以取出。 • MRES：存储器清零复位。该位置数弹触型，松手后自动回复至STOP位置。作用时，工作存储器、用户程序和地址区被清除；全部存储器、定时器、计数器和数据块被删除；CPU初始化硬件和系统程序参数；MPI的参数被保留；MMC中的用户程序和系统参数CPU复位后被复制到工作存储区。 （钥匙开关） （普通开关）

  15. S7-300的CPU模块（5） • 复位存储器LED指示和操作过程： • PLC通电后，将钥匙开关从STOP位置扳到MRES位置，“STOP”LED熄灭1s，亮1s，再熄灭1s后保持常亮。 • 放开开关，自动回复至STOP位置。 • 第二次将其扳到MRES位置， “STOP”LED以2Hz频率至少闪动3s，指示正在执行复位。最后，“STOP”LED常亮，复位结束，松开模式开关自动回复。

  16. S7-300的CPU模块（6） • 微存储器卡的使用： • 断电保护用户程序和数据，用以扩展CPU的存储器容量，也可保存CPU的操作程序，便于操作系统升级。 • 其读写直接在CPU内部进行，不需要专用编程器。 • CPU31xC无装载存储器，故使用时必须插入MMC，CPU和MMC分开订货。 • 存储卡在取掉或插入时，CPU发出系统复位请求，此时应将模式选择开关扳到MRES位置，执行复位操作。 • 注意事项：只有在断电状态或CPU处于STOP状态时，才能可靠取下MMC，否则数据将会破坏；数据一旦破坏，必须将其插入CPU中删除或格式化后在使用。

  17. S7-300的CPU模块（7） • CPU模块分类及特点： • 标准型 • 紧凑型 • 故障安全型 • 技术功能型 • 户外型

  18. S7-300的CPU模块（7） • CPU模块分类及特点——标准型： • 包括CPU312、CPU314、CPU315-2DP、CPU315-2PN/2DP、CPU317-2DP、CPU317-2PN/2DP、CPU318-2DP等七种规格，且都没有集成I/O点。 • CPU312，只有一个主机架，每一机架可安装8个模块，每个模块最大数字I/O点数为32点，故整个CPU可提供最大数字I/O点数为8 X 32。 • 其余规格的，均可以带3个扩展机架，故可提供最大数字I/O点数为4X 8 X 32。

  19. CPU模块分类及特点——紧凑型： • 紧凑型包括CPU312C、CPU313C、CPU313C-2PtP、CPU313C-2DP、CPU314C-2PtP、CPU314C-2DP等六种规格。 • 紧凑型与标准型CPU模块的主要区别是CPU模块本身带有数量不等的集成数字I/O点和模拟I/O通道、集成高速计数输入，高速脉冲输出等功能，同样也可以根据需要选择不同的I/O模块进行扩展。 • 与标准型一样，紧凑型的CPU312C同样不可以连接扩展机架，其余CPU模块均可以连接最多3个扩展机架。 • 紧凑型CPU模块均带有固定点数的高速计数输入与高速脉冲输出，输入/输出频率可以达到10～60kHz，

  20. CPU模块分类及特点——故障安全型： • 故障安全型CPU模块包括CPU315F-2DP、CPU317F-2DP两种规格。 • 故障安全型PLC内部安装有经德国技术监督委员会认可的基本功能块与安全型I/O模块参数化工具， • 可以用于锅炉，索道以及对安全性要求极高的特殊控制场合，它可以在系统出现故障时立即进入安全状态或安全模式，以确保人身与设备的安全。

  21. CPU模块分类及特点 • 技术功能型——目前只有CPU317T-2DP一种规格。 • 是一种专门用于运动控制的CPU，最大可以控制16轴。CPU除可以控制轴定位外，还可以实现简单的插补与同步控制，可以用于需要进行坐标位置，速度等控制的场合。 • 户外型——常用的户外型有CPU312IFM、CPU314、CPU314IFM三种规格。 • 户外型CPU模块的基本性能与同规格的紧凑型、标准型CPU类似，其主要特点是防护等级高，允许在-25～+700C并且含有氯、硫气体的环境下使用。

  22. S7-300的接口模块 • 功能：用于S7-300PLC中央机架到扩展机架的连接。 • 规格：IM360、IM361、IM365 • 使用： • IM360和IM361接口模块必须配合使用，用于S7-300PLC的多机架连接，两者间使用电缆368连接。 • IM365专用于S7-300PLC的双机架系统扩展，由两个IM365配对使用，通过电缆368连接。 • 接口模块之间通信电缆不超过10m。

  23. IM365 Receiver IM365 Sender Receiver Sender 安装在 机架1 安装在 机架0 368电缆 第几号机架和几号槽位？

  24. S7-300的信号模块 • 1、数字量输入输出模块 • 功能： • 规格型号：SM321, SM322, SM323 • 使用： • SM321---数字输入模块(DI)，共有14种，常用的有直流16、32点，交流8、32点 • SM322---数字输出模块(DO)，共有7种。 • SM323---数字输入/输出模块(DI/DO), 共有2种。

  25. 2、模拟量输入输出模块 • 功能： • 规格型号：SM331, SM332, SM334\335 • 使用： • SM331---模拟量输入模块(AI)，共有8种，常用的有直流16、32点，交流8、32点 • SM332---模拟量输出模块(AO)，共有7种。 • SM334\335---模拟量输入/输出模块(AI/AO), 334为通用型，335为高速输入型。

  26. 听课愉快！

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