第2章 硬件結(jié)構(gòu)與性能指標(biāo)

SIMATICS7-300主講：羅庚興大中型PLC應(yīng)用教程學(xué)習(xí)第2章12.0SIMATICPLC綜述西門子公司的控制器（PLC）產(chǎn)品有：S7系列——傳統(tǒng)意義的PLC產(chǎn)品；包括S7-200（針對(duì)低性能要求的小型PLC），S7-300，S7-400。

M7系列——采用與S7-300/400相同的功能；具有AT兼容計(jì)算機(jī)功能，可以用C、C++、CFC這類高級(jí)語言編程的PLC；C7系列——由S7-300、HMI、I/O、

通信和過程監(jiān)控系統(tǒng)組成，結(jié)構(gòu)緊湊，性價(jià)比高，節(jié)約安裝空間。*22.1S7-300系列PLC簡(jiǎn)介針對(duì)中等性能要求的模塊式中小控制系統(tǒng)；可以擴(kuò)展多達(dá)32個(gè)模塊；模塊內(nèi)集成背板總線；網(wǎng)絡(luò)連接：MPI、PROFIBUSIndustrialEthernet無插槽限制2.1.1S7-300PLC的特點(diǎn)S7-300PLC外觀如圖2-1*32.1.2S7-300的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模板鉤在DIN導(dǎo)軌上，從左開始的順序如下:

電源模板(PS)、CPU、接口模板(IM)、信號(hào)模板(SM),功能模板(FM),通訊處理器(CP)

用于主機(jī)架中時(shí)，接口模板必須插入3號(hào)槽。只需要擴(kuò)展一個(gè)機(jī)架，可以使用價(jià)格便宜的IM365接口模塊對(duì)。每個(gè)機(jī)架上最多可以插8個(gè)信號(hào)模板(SM)、功能模板(FM)或通訊處理器(CP)。S7-300PLC安裝如圖2-2S7-300PLC的最高配置如圖2-3*42.1.3I/O模塊地址的確定開關(guān)量地址由標(biāo)識(shí)符、地址的字節(jié)部分和位部分組成。開關(guān)量按位、字節(jié)、字和雙字尋址。數(shù)字量模塊從0號(hào)機(jī)架的4號(hào)槽開始，每個(gè)槽分配4B的地址，相當(dāng)于32個(gè)I/O點(diǎn)。模擬量模塊以通道為單位，一個(gè)通道占一個(gè)字地址（兩個(gè)字節(jié)地址）。一個(gè)模擬量模塊最多有8個(gè)通道，從256開始。I/O模塊的字節(jié)地址如表2-1*地址練習(xí)：52.1.4模塊診斷與過程中斷1.模塊診斷功能可以診斷出以下故障：失壓，熔斷器熔斷，看門狗故障，EPROM、RAM故障。模擬量模塊共模故障、組態(tài)/參數(shù)錯(cuò)誤、斷線、上下溢出。2.過程中斷數(shù)字量輸入信號(hào)上升沿、下降沿中斷，模擬量輸入超限，CPU暫停當(dāng)前程序，處理OB40。*62.2S7-300的CPU模塊1.狀態(tài)與故障顯示LED2.CPU的運(yùn)行模式：停機(jī)、啟動(dòng)、運(yùn)行、保持3.模式選擇開關(guān)

復(fù)位存儲(chǔ)器操作：通電后從STOP位置扳到MRES位置，“STOP”LED熄滅1s，亮1s，再熄滅1s后保持亮。放開開關(guān)，使它回到STOP位置，然后又回到MRES，“STOP”LED以2Hz的頻率至少閃動(dòng)3s，表示正在執(zhí)行復(fù)位，最后STOP”LED一直亮。CPU315的面板如圖2-42.2.2CPU模塊的元件*72.2.2CPU模塊簡(jiǎn)介1.緊湊型CPU：CPU312C，313C，313C-PtP，313C-2DP，314C-PtP和314C-2DP。各CPU均有計(jì)數(shù)、頻率測(cè)量和脈沖寬度調(diào)制功能。有的有定位功能，有的帶有I/O。2.標(biāo)準(zhǔn)型CPU：CPU312，CPU313，314，315，315-2DP和316-2DP。3.戶外型CPU：CPU312IFM，314IFM，314戶外型和315-2DP。在惡劣的環(huán)境下使用。4.高端CPU1：317-2DP和CPU318-2DP。5.故障安全型CPU：CPU315F。*82.3S7-300的輸入/輸出模塊*輸入/輸出模塊統(tǒng)稱為信號(hào)模塊(SM)。前連接器插在前蓋后面的凹槽內(nèi)。一個(gè)編碼元件與之嚙合，該連接器只能插入同類模塊。數(shù)字量模塊模擬量模塊數(shù)字量輸入模塊：SM321數(shù)字量輸出模塊：SM322數(shù)字量輸入/輸出模塊：SM323模擬量輸入模塊：SM331模擬量輸出模塊：SM332模擬量輸入/輸出模塊：SM334和SM33592.3.1數(shù)字量輸入模塊1.

作用：用于連接開關(guān)和兩線接近開關(guān)(BERO)

。8，16或32輸入。2.類型：直流輸入方式，如圖2-5所示。交流輸入方式，如圖2-6所示。

源輸入電路，接NPN集電極開路輸出傳感器。

漏輸入電路，接PNP

集電極開路輸出傳感器。3.最大長(zhǎng)度：1000m或600m。

（屏蔽電纜）（非屏蔽電纜）

*102.3.2數(shù)字量輸出模塊1.

作用：用于連接電磁閥、接觸器、小型電機(jī)、燈和電機(jī)起動(dòng)器。具有電平轉(zhuǎn)換、隔離和功率放大的作用。8，16或32輸出。2.類型：繼電器輸出方式，如圖2-7所示。 晶閘管輸出方式，如圖2-8所示。 晶體管輸出方式，如圖2-9所示。

直流輸出電路，

交流輸出電路，*112.3.3數(shù)字量輸入/輸出模塊*輸入電壓DC24V/負(fù)載電壓DC24V晶體管輸出類型。8/8或16/16輸入/輸出。122.3.4

模擬量輸入模塊SM331*由多路開關(guān)、A/D轉(zhuǎn)換器、光電隔離器件和邏輯電路等組成。如圖2-10所示。用于連接電壓和電流傳感器、熱耦合器、電阻器和電阻溫度計(jì)。電壓/電流輸入:0-10V;1-5V;±10V;±80mA;20mA;0/4-20mA熱電偶:TypN/E/J/K/L

熱傳感器:Pt100/200/500/1000;Ni100/1000,LG-Ni1000;Cu102或8個(gè)模擬量輸入口。132.3.5

模擬量輸出模塊SM332*用于連接模擬量執(zhí)行器。結(jié)構(gòu)見圖2-12。電壓/電流輸出:±10V;0-10V;±20mA;0-20mA;4-20mA。2,4或8個(gè)模擬量輸出口。用紅色LED（SF）指示故障，可以讀取診斷信息。額定負(fù)載電壓均為DC24V，都有短路保護(hù)。142.3.6

模擬量輸入/輸出模塊SM334*電壓/電流輸入:0-10Vand0-20mA

熱傳感器:Pt100電壓/電流輸出:0-10V;0-20mA

4/2個(gè)模擬量輸入/輸出口152.4功能模塊（FM）*功能模板將CPU從計(jì)數(shù)、定位和控制之類的繁重工作中解放出來模板:計(jì)數(shù)器模板FM350-1,FM350-2用于快速/慢速驅(qū)動(dòng)的定位模板FM351用于步進(jìn)電機(jī)的定位模板FM353用于侍服電機(jī)的定位模板FM354定位和連續(xù)通道控制模板FM357-2超聲波位置探測(cè)模板SM338SSI位置探測(cè)模板SM338電子凸輪控制器FM352高速布爾運(yùn)算處理器FM352-5PID模板FM355,溫度PID控制模板FM355-216工業(yè)以太網(wǎng)PROFIBUSFMSPROFIBUSDPAS接口點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接PSCPUCP341CP343-2CP342-5CP343-5CP343-12.5通訊模板（CP）*S7-300中通訊模板通過點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接、AS接口、PROFIBUSDP/FMS和工業(yè)以太網(wǎng)來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的交換CP340,341 用于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接的通訊模板CP343-2 用于AS接口的通訊模板CP342-5,342-5FO 用于PROFIBUS

DP的通訊模板CP343-5 用于連接PROFIBUS

FMS的通訊模板CP343-1,343-1IT,343-1PN用于連接工業(yè)以太網(wǎng)的通訊模板172.6電源模塊（PS）*將AC120/230V電壓轉(zhuǎn)換為24V

DC電壓輸出電流2A、5A和10A高效率電源失效橋接時(shí)間：最快20ms輸出短路保護(hù)PS3075APS3072A365-0BA01-0AA0X2

34PS307

5A

DC5VVOLTAGE

SELECTORON

OFF307-1BA00-0AA0PS307

5AX2

34

DC5VVOLTAGE

SELECTORON

OFF307-1BA00-0AA0PS307

5AX2

34

DC5VVOLTAGE

SELECTORON

OFFPS30710A50mm80mm200mm182.7接口模塊（IM）*IM

360/IM

361和IM

365接口模板允許S7-300自動(dòng)化系統(tǒng)的多層結(jié)構(gòu)IM總是使用3號(hào)槽位并位于第一個(gè)信號(hào)模板的左側(cè)每個(gè)副機(jī)架最多可以接8個(gè)模板每層的功耗不能超過1.2A360-3CA01-0AA0IM360X2

34

SFDC5V360-3CA01-0AA0IM360X2

34

SFDC5V365-0BA01-0AA0IM365

RECEIVEX2

34365-0BA01-0AA0IM365

RECEIVEX2

34IM360IM361IM365192.8特殊模塊（SM/DM）*SM374仿真器

用于在起動(dòng)和運(yùn)行時(shí)調(diào)試程序的仿真模板；通過開關(guān)對(duì)編碼器信號(hào)仿真；通過發(fā)光二極管顯示輸出的信號(hào)狀態(tài)；輸入:16開關(guān)；輸出:16發(fā)光二極管。占位模板DM370占位模板用來為未參數(shù)化的信號(hào)模板保留槽位；

在以信號(hào)模板替換時(shí)，保持結(jié)構(gòu)和地址分配。202.9裝配連接系統(tǒng)*結(jié)構(gòu)20針的前連接器，e.g.用于接16通道模板40針的前連接器，e.g.用于接32通道模板連接附加譯碼元件的槽消除接線受力連接系統(tǒng)螺釘型接線系統(tǒng)彈簧型接線系統(tǒng)工具/附件信號(hào)模板上的特定標(biāo)貼在因特網(wǎng)上可找到打印模板的面板標(biāo)貼S7-智能標(biāo)貼:直接由STEP7生成模板標(biāo)簽212.10S7-400系列PLC簡(jiǎn)介*2.10.1S7-400的基本機(jī)構(gòu)與特點(diǎn)用于中等到高級(jí)性能要求的強(qiáng)大PLC?？梢詳U(kuò)展21個(gè)機(jī)架，多達(dá)300個(gè)模塊。背板總線集成在機(jī)架內(nèi)。可以聯(lián)網(wǎng)：MPI，PROFIBUS，Ethernet沒有插槽限制。多處理器計(jì)算（CR上可多達(dá)4個(gè)CPU）。S7-400PLC的基本結(jié)構(gòu)如圖2-15，可以安裝的模塊如圖2-16。222.10.2機(jī)架與接口模塊1.

機(jī)架：如圖2-17所示

通用機(jī)架UR1（18槽）/UR2（9槽），可用作CC和EU

中央機(jī)架CR2（18槽）/CR3（4槽） 擴(kuò)展機(jī)架ER1（18槽）/ER2（9槽）

UR2-H機(jī)架：配置一個(gè)完整的冗余系統(tǒng)2.總線

P總線：I/O總線，用于I/O信號(hào)的高速交換和對(duì)SM模塊數(shù)據(jù)的高速訪問。

C總線：通信總線，或稱K總線。用于在C總線上各站之間的高速數(shù)據(jù)交換。*232.10.3S7-400的通信功能1.MPI、PROFIBUS-DP、工業(yè)以太網(wǎng)或AS-i現(xiàn)場(chǎng)總線2.周期性自動(dòng)交換I/O模塊的數(shù)據(jù)或基于事件驅(qū)動(dòng)，由用戶程序塊調(diào)用。*242.10.4冗余設(shè)計(jì)的容錯(cuò)自動(dòng)化系統(tǒng)S7-400H1.使用場(chǎng)合：由于故障引起的停機(jī)將會(huì)帶來重大經(jīng)濟(jì)損失。2.結(jié)構(gòu)：使用分為兩個(gè)區(qū)（每個(gè)區(qū)9個(gè)槽）的機(jī)架UR2H，或兩個(gè)獨(dú)立的UR1/UR2。CPU414-4H或CPU417-4H、一塊PS407電源模塊。同步子模塊用于連接兩個(gè)CPU，由光纜互聯(lián)。如圖2-18所示。3.工作原理：S7-400H采用“熱備用”模式的主動(dòng)冗余原理，在發(fā)生故障時(shí)，無擾動(dòng)地自動(dòng)切換。兩個(gè)控制器使用相同的用戶程序，接收相同的數(shù)據(jù)，兩個(gè)控制器同步地更新內(nèi)容，任意一個(gè)子系統(tǒng)有故障時(shí)，另一個(gè)承擔(dān)全部控制任務(wù)。*252.10.5多CPU處理1.S7-400中央機(jī)架上最多4個(gè)具有多CPU處理能力的CPU同時(shí)運(yùn)行。這些CPU自動(dòng)地、同步地變換其運(yùn)行模式。2.適用場(chǎng)合：程序太長(zhǎng)，存儲(chǔ)空間不夠，系統(tǒng)可以分。通過通信總線，CPU彼此互連。*262.10.6輸入/輸出模塊1.S7-400信號(hào)模塊地址自動(dòng)生成，用戶可以修改。2.模擬量模塊地址：默認(rèn)起始地址512，每個(gè)模擬量輸入/輸出占2B，同類模塊的地址按順序連續(xù)排列。*S7-400信號(hào)模塊地址練習(xí)：272.11ET200分布式I/O*2.11.1ET200的特點(diǎn)1.是基于PROFIBUS-DP現(xiàn)場(chǎng)總線的分布式I/O。2.功能： （1）電動(dòng)機(jī)起動(dòng)器； （2）起動(dòng)系統(tǒng)； （3）變頻器； （4）智能傳感器； （5）安全技術(shù)； （6）分布式智能； （7）功能模塊。282.11.2ET200的分類*(1)ET200S

是分布式I/O系統(tǒng)。(2)ET200M

是模塊化的分布式I/O，采用S7-300全系列模塊，最多8個(gè)模塊。ET200M戶外型溫度范圍-25°C到+60°C。(3)ET200is

是本質(zhì)安全系統(tǒng)，適用于有爆炸危險(xiǎn)的區(qū)域。(4)ET200X：高保護(hù)等級(jí)（IP65/67）的分布式I/O，相當(dāng)于CPU314，可用于有粉末和水流噴濺的場(chǎng)合。(5)ET200eco

是經(jīng)濟(jì)實(shí)用的I/O，很高保護(hù)等級(jí)（IP67）。(6)ET200R

適用于機(jī)器人，能抗焊接火花的飛濺。(7)ET200L

是小巧經(jīng)濟(jì)的分布式I/O，像明信片大小的I/O模塊。(8)ET200B：整體式的一體化分布式I/O。29本章到此結(jié)束敬請(qǐng)?zhí)釂枺?0圖2-1S7-300PLC1－電源模塊2－后備電池3－DC24C連接器4－模式開關(guān)5－狀態(tài)和故障指示燈6－存儲(chǔ)器卡7－MPI接口8－前連接器9－前蓋31圖2-2S7-300PLC的安裝圖DIN導(dǎo)軌

PS(可選)CPU

IM(可選)SM:DISM:DOSM:AISM:AO

FM:-計(jì)數(shù)-定位-閉環(huán)控制

CP:-點(diǎn)-到-點(diǎn)-PROFIBUS-工業(yè)以太網(wǎng)總線連接器32圖2-3S7-300PLC的最高配置槽號(hào)12

34567891011CPUIMSFM中央機(jī)架0PSSMSMSMSMCPCPCPPSIMR擴(kuò)展機(jī)架1SMSMIMRPS擴(kuò)展機(jī)架2SMSMIMRPS擴(kuò)展機(jī)架3SMSM33表2-1I/O模塊的字節(jié)地址機(jī)架號(hào)模塊類型45678910110D0~34~78~1112~1516~1920~2324~2728~31A256~271272~287288~303304~319320~335336~351352~367368~3831D32~3536~3940~4344~4748~5152~5556~5960~63A384~399400~415416~431432~447448~463464~479480~495496~5112D64~6768~7172~7576~7980~8384~8788~9192~95A512~527528~543544~559560~575576~591592~607608~623624~6393D96~99100-103104-107108-111112-115116-119120-123124-127A640~655656~671672~687688~703704~719720~735736~751752-76734S7-300信號(hào)模塊地址練習(xí)機(jī)架號(hào)模塊類型槽號(hào)456789DI16DI16DI32DI32DO160模塊類型地址AI8AO81模塊類型地址AI2AO2DO8DO32--I0.0~I1.7