S7-300硬件组成PPT

培训类别 高技能培训 培训教师 徐彬 西门子S7 300PLC应用与维修 1 课题二 S7 300硬件组成 问题一 PLC的选用原则 问题二 S7 300概述 问题三 S7 300的CPU模块 问题四 S7 300安装 2 问题一 PLC的选择原则 1 PLC功能2 PLC工作可靠性3 PLC参数 1 CPU性能 2 存储容量 3 驱动能力4 价格 性价比 3 问题二 S7 300概述 S7 300是德国西门子公司生产的可编程序控制器 PLC 系列产品之一 其模块化结构 易于实现分布式的配置以及性价比高 电磁兼容性强 抗震动冲击性能好 使其在广泛的工业控制领域中 成为一种既经济又切合实际的解决方案 一 特性 针对低性能要求的模块化中小控制系统 可配不同档次的CPU 可选择不同类型的扩展模块 可以扩展多达32个模块 4 模块内集成背板总线 网络连接 多点接口 MPI PROFIBUS或 工业以太网 通过编程器PG访问所有的模块 无插槽限制 借助于 HWConfig 工具可以进行组态和设置参数 5 二 特点 循环周期短 处理速度高 指令集功能强大 包含350多条指令 可用于复杂功能 产品设计紧凑 可用于空间有限的场合 模块化结构 设计更加灵活 有不同性能档次的CPU模块可供选用 功能模块和I O模块可选择 有可在露天恶劣条件下使用的模块类型 6 三 编程工具使用STEP7软件对S7 300进行编程 STEP7包含了自动化项目从项目的启动 实施到测试以及服务每一个阶段所需的全部功能 STEP7中的编程语言1 顺序功能图2 梯形图3 语句表4 功能块图5 结构文本 7 四 安装一个S7系统的步骤 8 五 S7 300的模块 9 S7 300PLC 10 1 导轨 Rail S7 300的模块机架 起物理支撑作用 无背板总线 2 电源模块 PS 将市电电压 AC120 230V 转换为DC24V 为CPU和24V直流负载电路 信号模块 传感器 执行器等 提供直流电源 输出电流有2A 5A 10A三种 正常 绿色LED灯亮 过载 绿色LED灯闪 短路 绿色LED灯暗 电压跌落 短路消失后自动恢复 电压波动范围 5 六 S7 300系统的组成部件 11 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 12 PS30710A模块端子接线图 13 3 CPU模块 各种CPU有不同的性能 例如有的CPU集成有数字量和模拟量输入 输出点 有的CPU集成有PROFIBUS DP等通信接口 CPU前面板上有状态故障指示灯 模式开关 24V电源端子 电池盒与存储器模块盒 有的CPU没有 14 4 信号模块 SM 信号模块是数字量输入 输出模块和模拟量输入 输出模块的总称 它们使不同的过程信号电压或电流与PLC内部的信号相匹配 数字量输入模块 SM321系列 24VDC 120 230VAC 数字量输出模块 SM322系列 继电器型 晶体管型 可控硅型 模拟量输入模块 SM331系列 电压 电流 电阻 热电偶 模拟量输出模块 SM332系列 电压 电流功能使不同级的过程信号电平和S7 300的内部信号电平相匹配 15 5 功能模块 FM 功能模块主要用于对时间要求苛刻 存储器容量要求较大的过程信号处理任务 计数 计数器模块定位 快速 慢速进给驱动位置控制模块 电子凸轮控制器模块 步进电动机定位模块 伺服电动机定位模块等闭环控制 闭环控制模块工业标识系统 接口模块 称重模块 位置输入模块 超声波位置解码器等 16 6 接口模块 IM 接口模块用于多机架配置时连接主机架 CR 和扩展机架 ER S7 300通过分布式的主机架和3个扩展机架 最多可以配置32个信号模块 功能模块和通信处理器 连接 IMS360发送 IMR361接收 对于双层组态 常用硬连线的IM365接口模块距离 采用IM365 两层机架 电缆最大长度可达1米 采用IM360 361 多层机架 机架之间电缆最大长度10米 17 7 通讯处理器 CP 扩展中央处理单元的通讯任务 提供以下的连网能力 点到点连接PROFIBUS工业以太网8 附件总线连接器和前连接器 18 七 S7 300的系统结构 S7 300采用紧凑的 无槽位限制的模块结构 电源模块 PS CPU 信号模块 SM 功能模块 FM 接口模块 IM 和通信处理器 CP 都安装在导轨上 导轨是一种专用的金属机架 只需将模块钩在DIN标准的安装导轨上 然后用螺栓锁紧就可以了 有多种不同长度规格的导轨供用户选择 电源模块总是安装在机架的最左边 CPU模块紧靠电源模块 如果有接口模块 它放在CPU模块的右侧 S7 300用背板总线将除电源模块之外的各个模块连接起来 背板总线集成在模块上 模块通过U形总线连接器相连 每个模块都有一个总线连接器 后者插在各模块的背后 安装时先将总线连接器插在CPU模块上 并固定在导轨上 然后依次装入各个模块 19 S7 300的系统结构 外部接线接在信号模块和功能模块的前连接器的端子上 前连接器用插接的方式安装在模块前门后面的凹槽中 前连接器与模块是分开订货的 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 PS307电源模块还有一些端子可以为信号模块提供24V电源 20 问题三 S7 300的CPU模块 S7 300有20种不同型号的CPU 分别适用于不同等级的控制要求 有的CPU集成了数字量I O 有的同时集成了数字量I O和模拟量I O CPU模块面板上有状态和故障指示灯LED 模式选择开关和通信接口 大多数CPU还有后备电池盒 存储器插槽可以插入多达数兆字节的FlashEPROM微存储器卡 简称MMC卡 用于掉电后程序和数据的保存 21 22 一 状态和故障显示LEDSF 红色 系统错误 编程错误或从有诊断功能模板来的故障 BF 或BATF红色 电池故障 电池电压低或没有电池时亮 DC5V 绿色 CPU和S7 300总线的5V电源电压正常时亮 提供给背板总线 FRCE 黄色 至少有一个I O接口被强制时亮 RUN 绿色 CPU启动时闪亮 2Hz 运行时常亮STOP 黄色 CPU在STOP HOLD状态或重新启动时常亮 当要求存储器复位时以0 5Hz的频率闪烁 正在执行存储器复位时以2Hz的频率闪烁 23 24 二 CPU的功能执行用户程序 为S7背板总线提供5V电源 在MPI网络中 通过MPI 多点接口 与其他MPI网络节点进行通信 25 三 CPU的运行模式CPU有四种工作模式 STOP 停机 STARTIP 启动 RUN 运行 HOLD 保持 在所有的模式中 都可以通过MPI接口与其他设备通信 STOP模式 CPU模块通电后自动进入STOP模式 在该模式不执行用户程序 程序被终止 RUN模式 执行用户程序 刷新输入和输出 处理中断和故障信息服务 HOLD模式 在起动和RUN模式执行程序时遇到调试用断点 用户程序的执行被挂起 暂停 定时器被冻结 STARTUP模式 启动模式 可以用钥匙开关或编程软件启动CPU 如果钥匙开关在RUN或RNU P位置 通电时自动进入启动模式 26 四 CPU的模式选择开关有的CPU的模式选择开关是一种钥匙开关 操作时需要插入钥匙 用来设置CPU当前的运行方式 钥匙拔出后 就不能改变操作方式 这样可以防止未经授权的人员非法删除或改写用户程序 RUN P 运行 编程状态 可读写存储器 在此位置不可以拔出钥匙开关 RUN 运行状态 只可读存储器 不可以修改用户程序 在此位置可以取出钥匙开关 STOP 停止运行状态 可修改程序 在此位置可以取出钥匙开关 MRES 清存储器 此位置钥匙开关不能保持 松手时开关将自动返回STOP位置 27 MRES 将钥匙开关从STOP状态扳到MRES位置 可复位存储器 使CPU回到初始状态 工作存储器 RAM装载存储器中的用户程序和地址区被清除 全部存储器位 定时器 计数器和数据块均被删除 即复位为0 包括有保持功能的数据 如果有快闪存储器卡 CPU在复位后将它里面的用户程序和系统参数复制到工作存储区 存储卡被取掉或插入时 CPU发出系统复位请求 STOPLED以0 5Hz的频率闪动 此时应将模式选择开关扳到MRES位置 执行复位操作 28 用钥匙开关执行存储器复位的方法 1 合上电源开关2 把钥匙开关转到STOP位置3 把钥匙开关转到MRES位置 存储器复位 并保持在这个位置直到STOP指示灯慢闪两次 约3秒 4 把钥匙开关转回STOP位置 然后在1秒钟内再转到MRES 直到STOP指示灯快闪 当CPU要求复位时 就进行一次存储器复位 也可用编程器进行存储器复位 29 执行存储器复位和完全再启动 1 把模式开关设定在STOP 30 五 微存储器卡FlashEPROM微存储卡 MMC 用于在断电时保存用户程序和某些数据 它可以扩展CPU的存储器容量 也可以将有些CPU的操作系统保存在MMC中 这对于操作系统的升级是非常方便的 MMC用作装载存储器或便携式保存媒体 MMC的读写直接在CPU内进行 不需要专用的编程器 由于CPU31xC没有安装集成的装载存储器 在使用CPU时必须插入MMC CPU与MMC是分开订货的 如果在写访问过程中拆下SIMATIC微存储卡 卡中的数据会被破坏 在这种情况下 必须将MMC插入CPU中并删除它 或在CPU中格式化存储卡 只有在断电状态或CPU处于STOP状态时 才能取下存储卡 31 六 通信接口所有的CPU模块都有一个多点接口MPI 有的CPU模块一个一MPI和一个PROFIBUS DP接口 有的CPU模块有一个MPI DP接口和一个DP接口 MPI用于PLC与其他西门子PLC PG PC 编程器或个人计算机 OP 操作员接口 通过MPI网络的通信 PROFIBUS DP用于与其他西门子带DP接口的PLC PG PC OP和其他DP主站和从站通信 传输速率最高12Mbit s 32 七 电池盒电池盒是安装锂电池的盒子 在PLC断电时 锂电池用来保证实时钟的正常运行 并可以在RAM中保存用户程序和更多的数据 保存的时间为1年 有的低端CPU 如312FM与313 因为没有实时钟 因此没有配备锂电池 八 电源接线端子电源模块上的L1 N端子接AC220V电源 接地端子和M端子一般用短路片短接后接地 机架的导轨应接地 电源模块上的L 和M端子分别是DC24V输出电压的正 负极 用专用的电源连接器连接电源模块和CPU模块的L 和M端子 33 九 实时钟与运行时间计数器CPU312IFM与CPU313因为没有锂电池 只有软件实时钟 PLC断电时停止计时 恢复供电后从断电瞬时的时刻开始计时 有后备锂电池的CPU有硬件实时钟 右以在PLC电源断电时继续运行 运行小时计数器的计数范围为0 32767h 34 十 存储器存储器分为系统程序存储器和用户程序存储器 系统程序相当于个人计算机的操作系统 由PLC生产厂家设计并固化在ROM 只读存储器 中 用户不能读取 用户程序由用户设计 它使PLC能完成用户要求的特定功能 用户程序存储器的容量以字 16位二进制数 为单位 35 PLC使用以下几种物理存储器 1 随机存取存储器 RAM 用户可以用编程装置将用户程序读出或写入RAM 电源中断后信息将丢失 RAM的工作速度高 价格便宜 改写方便 在中断PLC的外部电源后 右用锂电池保存RAM中的用户程序和某些数据 需要更换锂电池时 由PLC发出信号 通知用户 现在部分PLC仍用RAM来储存用户程序 2 只读存储器 ROM ROM的内容就发出 不能写入 电源消失后仍能保存储存的内容 ROM一般用来存放PLC的系统程序 3 快闪存储器和EEPROM快闪存储器 FlashEPROM 简称为FEPROM 可电擦除可编程的只读存储器的简称为EEPROM 它们兼有ROM和RAM的特点 只是写入信息的时间较长 它们用来存放用户程序和需要长期保存的重要数据 36 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1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2列出了在120 230VAC负载电源下 模块的电流耗量和功率损耗 37 表1 S7 300模块的电流耗量和功率损耗 24VDC负载电源 38 39 表2 S7 300模块的电流耗量和功率损耗 120 230VAC负载电源 40 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 41 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 24Vl块继电器输出模块SM322 8 230VACl块数字量输出模块SM322 16 24VDCl块模拟量输入模块SM331 8 12位2块模拟量输出模块SM332 4 12位各模块从S7 300背板总线吸取的电流 2 25 40 70 60 2 60 340mA各模块从24V负载电源吸取的电流 1000 2 1 75 100 200 2 240 1857mA各模块的功率损耗 8 2 3 5 2 2 4 9 1 3 2 3 29 4W 42 从上面计算可知 信号模块从S7 300背板总线吸取的总电流是340mA 没有超过CPU314提供的1 2A电流 各模块从24V电源吸取的总电流约为1 857A 虽没有超过2A 但考虑到电源应留有一定裕量 所以电源模块应选PS3075A 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 设计中不应忽略这一点 PS3075A的功率损耗为18W 所以该S7 300结构总的功率损耗是18 29 4 47 4W 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 43 1 S7 300的安装位置S7 300既可以水平安装 也可以垂直安装 注意其允许的环境温度 垂直安装0 40 水平安装0 60 问题五 S7 300安装 44 对于水平安装 CPU和电源必须安装在左面对于垂直安装 CPU和电源必须安装在底部 必须保证下面的最小间距 机架左右为20mm 单层组态安装时 上下为40mm两层组态安装时 上下至少为80mm 接口模块安装在CPU的右面 2 安装规范 45 3 单机架安装模块 所需处理的信号量少 在CPU右边可以安装不超过八个模块 SM FM CP 一个单机架上的全部模块的背板总线上的电流不超过以下数值 1 2A 除CPU312 CPU312C和CPU312IFM外 0 8A CPU312 CPU312C和CPU312IFM 46 4 多机架安装模块 所需处理的信号量大 没有足够的插槽 多层组态只适用于CPU314 315 316 接口模块总是位于3号槽 槽1 电源 槽2 CPU 每个机架上不超过8个信号模块 SM FM CP 这些模块总是位于接口模块的右边 能插入的模块数 SM FM CP 受到S7 300背板总线所提供电流的限制 每个机架总线上不应超过1 2A 47 5 S7 300的扩展能力 48 6 最大扩展能力当选用CPU的类型为314或315时 扩展机架部分的槽4 11位最多达32个模板 每个机架 层 8个模板 槽号槽1到3为固定分配槽1 PS 电源 如用外部电源 则组态时用空位槽2 CPU 中央处理器 槽3 IM 接口模板 功能槽4到11自由分配给SM 信号模板 FM 位控模板 CP 通讯模板 49 7 安装导轨 482mm530mm830mm 50 8 安装检查表 所有部件是否齐备 见部件清单 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 51 52 打开电源模块和CPU模块面板上的前盖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 并注意绝缘上紧接线端子的夹紧螺钉用连接器将电源模块与CPU模块连接起来并上紧螺钉关上前盖检查进线电压的选择开关把槽号插入前盖 9 电源和CPU的接线 53 10 前连接器的接线 前连接器用于将系统中的传感器和执行器连接至S7 300PLC 将传感器和执行器连接到前连接器上 并插入模块中 前连接器按端子密度分有两种类型 20针和40针 按联接方式又分为弹簧负载型端子和螺钉型端子 54 安装方法 打开信号模块的前盖将前连接器放在接线位置将夹紧装置插入前连接器中剥去电缆的绝缘层 6mm长度 将电缆连接到端子上用夹紧装置将电缆夹紧将前连接器放在运行位置关上前盖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 55 11 准备启动把钥匙插入CPU插入后备电池如果用户程序不是存入在存储器模块中 该模块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具有较大的 装载存储器 56 钥匙开关用于选择操作模式 STOP RUN和存