Theory and Application of PLC

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西门子S7-300PLC的硬件组成及硬件配置参考文献：大中型PLC应用教程，廖常初，机械工业出版社电气学院自动化系

本章内容提纲 2.1 2.2 2.3 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 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）

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。 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。 M7是西门子面对欧洲的产品，在亚洲地区不销售，可以使用C语言开发包进行程序开发。

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。

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。

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

S7-300的硬件结构图1

S7-300的结构组成电源连接器或导线背板总线和U型连接器接口模块信号模块（I/O） CPU模块电源模块功能模块通讯模块 1、S7-300的电源模块通过电源连接器或导线与CPU模块相连，为CPU模块提供DC24V电源，也可为信号模块提供DC24V电源。 2、注意安放顺序（固定） S7-300模块结构组态

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。 S7-300用背板总线将除电源模块之外的各个模块连接起来。背板总线集成在各个模块上，各个模块都通过U形总线连接器相连，每个模块都有一个总线连接器，总线连接器插在模块的背后。安装时，先将总线连接器插在CPU模块的背后并固定在导轨上，然后，依次装入各个模块。 S7-300的电源模块通过电源连接器或导线与CPU模块相连，为CPU模块提供DC24V电源，也可为信号模块提供DC24V电源。

S7-300的电源模块（2） PS307接线端子及内部原理图左右

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 BUSF:具有DP（Distributed Peripheral,分布式外设）街口的才有总线故障（红）； RUN: CPU处于RUN状态、重新启动时以2Hz的频率闪亮；Hold 状态时以0.5Hz的频率闪亮。 STOP: STOP、 HOLD或重启时亮，存储器复位闪亮 MPI 通讯接口电源接口

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

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

S7-300的CPU模块（4） 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。模式选择开关（钥匙开关）为防止未经授权的人员非法删除、复制或改写用户程序，将模式选择器设置为钥匙开关（普通开关）

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。

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。

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

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。

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，

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。

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。

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。 IM361可以有多个。

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？

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。回忆各种模块的功能，特点

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。

听课愉快！

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