s7-300硬件组成68037.ppt

第3章SIMATICS7 300系列PLC系统特性及硬件构成 3 1SIMATICS7 300系列PLC的硬件系统3 2SIMATICS7 300系列PLC模块性能简介思考与练习题 3 1SIMATICS7 300系列PLC的硬件系统 3 1 1概述SIMATICS7系列PLC是德国西门子公司在S5系列PLC基础上于1995年陆续推出的性能价格比较高的PLC系统 其中 微型的有SIMATICS7 200系列 最小配置为8DI 6DO 可扩展2 7个模块 最大I O点数为64DI DO 12AI 4AO 中小型的有SIMATICS7 300系列 中高档性能的有S7 400系列 SIMATICS7系列PLC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S7系列PLC成为各种从小规模到中等性能要求以及大规模应用的首选产品 SIMATICS7 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 1 0 6us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 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 3 1 2SIMATICS7 300系列PLC系统基本构成1 SIMATICS7 300的组成SIMATICS7 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3 1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S7PLC相连 图3 1S7 300系列PLC系统构成框图 2 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CPU312IFM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3 2所示 图3 2S7 300机架和槽位图 3 S7 300模块地址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4B 等于32个I O点 模拟I O模块每个槽划分为16B 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3 1为S7 300信号模板的起始地址 表3 1S7 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 0 3 7 一个16点的输入模块只占用地址0 0 1 7 地址2 0 3 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 4 S7 300PLC存储区 图3 3S7 300存储区示意图 1 系统存储区 RAM类型 用于存放操作数据 I O 位存储 定时器 计数器等 2 装载存储区 物理上是CPU模块中的部分RAM 加上内置的EEPROM或选用的可拆卸FEPROM卡 用于存放用户程序 3 工作存储区 物理上占用CPU模块中的部分RAM 其存储内容是CPU运行时所执行的用户程序单元 逻辑块和数据块 的复制件 CPU程序所能访问的存储区为系统存储区的全部 工作存储区中的数据块DB 暂时局部数据存储区 外设I O存储区 P 等 其功能见表3 2 表3 2程序可访问的存储区及功能 3 2S7 300系列PLC模块性能简介 3 2 1CPU模块1 CPU模块概述S7 300有CPU312IFM CPU313 CPU314 CPU314IFM 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3 3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3 3中央处理单元CPU的主要特性 表3 3中央处理单元CPU的主要特性 CPU315 CPU315 2DP CPU315是具有中到大容量程序存储器和大规模I O配置的CPU CPU315 2DP是具有中到大容量程序存储器和PROFIBUS DP主 从接口的CPU 它用于包括分布式及集中式I O的任务中 CPU315 CPU315 2DP具有48KB 64KB 内置80 96KB的装载存储器 RAM 可用存储卡扩充装载存储器 最大容量为512KB 指令执行速度为300ns 二进制指令 最大可扩展1024 2048点数字量或128 256个模拟量通道 CPU315 2DP是带现场总线 PROFIBUS SINECL2 DP接口的CPU模块 其他特性与CPU315模块相同 2 CPU模块的方式选择和状态指示S7 300系列的CPU312IFM 313 314 314IFM 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3 4为CPU模块面板布置示意图 图3 4CPU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PLCCPU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3 4用于状态和故障显示LED的含义 3 2 2数字量模块 1 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3 5 a b 所示为直流32点输入和交流16点输入对应的端子连接及电气原理图 图3 5数字量输入模块SM321端子连接及电气原理图 图3 5数字量输入模块SM321端子连接及电气原理图 2 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灵活性角度来看 以继电器触点输出型最佳 表3 6数字量输出模块SM322的技术特性 3 数字量I O模块SM323SM323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24VDC 输入电压 1 信号电平为11 30V 0 信号电平为 3 5V 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 2 4 8ms 输出具有电子短路保护功能 3 2 3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0 10V 1 5V 10V 10V 0 20mA 4 20mA 20 20mA等模拟信号 表3 7模拟量值可能的精度 2 模拟量输入模块SM331模拟量输入 简称模入 AI 模块SM331目前有三种规格型号 即8AI l2位模块 2AI l2位模块和8AI l6位模块 1 SM331概述SM331主要由A D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 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 5ms 16 7ms 20ms和l00ms 相对应的以位表示的精度为8 12 12和14 2 SM33l与传感器 变送器的连接 1 SM331与电压型传感器的连接 如图3 6所示 图3 6输入模块与电压型传感器的连接 2 SM331与2线电流变送器的连接如图3 7所示 与4线电流变送器的连接如图3 8所示 4线电流变送器应有单独的电源 图3 7输入模块与2线变送器电流输入的连接 图3 8输入模块与4线变送器电流输入的连接 3 图3 9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3 9热电阻 如Ptl00 与输入模块的4线连接回路示意图 3 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4AO l2位模块 2AO 12位模块和4AO l6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 如图3 10所示 图3 10通过4线回路将负载与隔离的模出模块相连 4 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0 10V或0 20mA 输出范围为0 10V或0 20mA 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3 8 表3 8SM334的通道地址 3 2 4S7 300系列PLC系统供电与接地1 PS307电源模块PS307是西门子公司为S7 300专配的24VDC电源 PS307系列模块除输出额定电流不同外 有2A 5A 10A三种 其工作原理和各种参数都相同 PS307可安装在S7 300的专用导轨上 除了给S7 300CPU供电外 也可给I O模块提供负载电源 图3 11为PS30710A模块端子接线图 图3 11PS30710A模块端子接线图 2 S7 300的电流耗量和功率损耗S7 300模块使用的电源由S7 300背板总线提供 一些模块还需从外部负载电源供电 在组建S7 300应用系统时 考虑每块模块的电流耗量和功率损耗是非常必要的 表3 9列出了在24V直流负载电源情况下 各种S7 300模块的电流耗量 功率损耗以及从24V负载电源吸取的电流 表3 10列出了在120 230VAC负载电源下 模块的电流耗量和功率损耗 表3 9S7 300模块的电流耗量和功率损耗 24VDC负载电源 续表 表3 10S7 300模块的电流耗量和功率损耗 120 230VAC负载电源 一个实际的S7 300PLC系统 确定所有的模块后 要选择合适的电源模块 所选定的电源模块的输出功率必须大于CPU模块 所有I O模块 各种智能模块等总消耗功率之和 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 例如 一个S7 300PLC系统由下面的模块组成 1块中央处理单元CPU3142块数字量输入模块SM321 16