S7-300系统硬件(二)

1、日期:2021-7-11 页码： 1 SIMATIC S7 检修工程公司PLC系统培训 S7-300系统培训 S7-300PLC的硬件 日期:2021-7-11 页码： 2 SIMATIC S7 检修工程公司PLC系统培训 S7-300系统培训 SIEMENS公司在公司在20世纪末推出的世纪末推出的SIMATIC S7-300系列系列PLC，性价比高，电，性价比高，电 磁兼容性强，抗震动冲击性强，使其具有非常好的工业环境适应性，广泛应用磁兼容性强，抗震动冲击性强，使其具有非常好的工业环境适应性，广泛应用 于冶金、石油、化工、交通运输、轻工、电力、汽车、通用机械、专用机床、于冶金、石油、化工、交

2、通运输、轻工、电力、汽车、通用机械、专用机床、 制造业、食品加工、包装机械、纺织机械、智能建筑等各个领域。制造业、食品加工、包装机械、纺织机械、智能建筑等各个领域。 S7-300是模块化是模块化PLC系统，能满足中等性能控制系统的要求。各种单独的模块系统，能满足中等性能控制系统的要求。各种单独的模块 之间可进行广泛组合构成不同的系统。之间可进行广泛组合构成不同的系统。 S7-300具有强大的通信功能，通过具有强大的通信功能，通过STEP-7编程软件的用户界面提供通信组态功编程软件的用户界面提供通信组态功 能，这使得组态非常容易、简单。能，这使得组态非常容易、简单。 S7-300 PLC还具有多

3、种不同的通信接口，通过多种通信处理器来连接还具有多种不同的通信接口，通过多种通信处理器来连接AS-I总线总线 接口和工业以太网总线系统。接口和工业以太网总线系统。 日期:2021-7-11 页码： 3 SIMATIC S7 检修工程公司PLC系统培训 S7-300系统培训 1. 负载电源 (选项) 2. 后备电池 (CPU 313 以上) 3. 24V DC 连接 4. 模 式开关 5. 状态和故障指示灯6. 存储器卡 (CPU 313 以上) 7. MPI 多点 接口 8. 前连接器 9. 前盖 日期:2021-7-11 页码： 4 SIMATIC S7 检修工程公司PLC系统培训 S7-3

4、00系统培训 S7-300 PLC由以下几部分组成 (1)中央处理单元(CPU) 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)。 (2)负载电源模块(PS) 负载电源模块用于将AC220V电源转换为DC24V电源，供 CPU和I/0模块使用。额定输出电流有2A、5A和l0A三种， 过载时模块上的LED闪烁。 日期:2021-7-11 页码： 5 SIMATIC S7 检修工程公司PLC系统培训 S7-300系统培训

5、 (3)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/输 出模块的总称，它们使不同的过程信号电压或电流与PLC 内部的信号电平匹配。信号模块主要有数字量输入模块 SM321和数字量输出模块SM322，模拟量输入模块 SM331和模拟量输出模块SM332。模拟量输入模块可以输 入热电阻、热电偶、DC420mA和DC010V等多种不同 类型和不同量程的模拟信号。每个模块上有一个背板总线 连接器，现场的过程信号连接到前连接器的端子上。 日期:2021-7-11 页码： 6 SIMATIC S7 检修工程公司PLC系统培训 S7-300系统培训 数字量输入/输出模块 日期:2021

6、-7-11 页码： 7 SIMATIC S7 检修工程公司PLC系统培训 S7-300系统培训 (4)功能模块(FM) 功能模块主要用于对实时性和存储容量要求高的控制任 务，例如计数器模块、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、定位和连续路径控制模块、闭环控制模块、工业标识 系统的接口模块、称重模块、位置输入模块、超声波位置解 码器等。 日期:2021-7-11 页码： 8 SIMATIC S7 检修工程公司PLC系统培训 S7-300系统培训 (5)通信处理器(CP) 通信处理器用于PLC之间、PLC与计算机和其他智能设备之间的 通信

7、，可以将PLC接入PROFlBUS-DP、AS-I和工业以太网，或用 于实现点对点通信等。通信处理器可以减轻CPU处理通信的负担， 并减少用户对通信的编程工作。 (6)接口模块(IM) 接口模块IM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。 (7)导轨 铝质导轨用来固定和安装S7-300上述的各种模块。 日期:2021-7-11 页码： 9 SIMATIC S7 检修工程公司PLC系统培训 S7-300系统培训 除了带CPU的中央机架(CR)，S7-300PLC最多 可以增加3个扩展

8、机架(ER)，每个机架可以插8个模 块(不包括电源模块、CPU模块和接口模块IM)，4 个机架最多可以安装32个模块。机架的最左边是1 号槽，最右边是11号槽，电源模块总是在I号槽的 位置。中央机架(0号机架)的2号槽上是CPU模块， 3号槽是接口模块。这3个槽号被固定占用，信号模 块、功能模块和通信处理器使用411号槽，如图 所示。 日期:2021-7-11 页码： 10 SIMATIC S7 检修工程公司PLC系统培训 S7-300系统培训 日期:2021-7-11 页码： 11 SIMATIC S7 检修工程公司PLC系统培训 S7-300系统培训 因为模块是用总线连接器连接的，而不是像

9、其他模块式PLC那样，用焊 在背板上的总线插座来安装模块，所以槽号是相对的，在机架导轨上并 不存在物理槽位。例如在不需要扩展机架时，中央机架上没有接口模块， 此时虽然3号槽位仍然被实际上并不存在的接口模块占用，中央机架上 的CPU模块和4号槽的模块实际上是挨在一起的。 如果有扩展机架，接口模块占用3号槽位，负责与其他扩展机架自动 地进行数据通信。 如果只需要扩展一个机架，可以使用价格便宜的lM365接口模块对， 两个接口模块用lm长的固定电缆连接，由于IM365不能给机架1提供通 信总线，机架1上只能安装信号模块，不能安装通信模块和其他智能模 块。扩展机架的电源由lM365提供，两个机架的DC

10、5V电源的总电流应 在允许值之内。 日期:2021-7-11 页码： 12 SIMATIC S7 检修工程公司PLC系统培训 S7-300系统培训 使用IM360/361接口模块可以扩展3个机架，中央机架(CR)使用 IM360，扩展机架(ER)使用IM361，各相邻机架之间的电缆最长为l0m。 每个IM361需要一个外部DC24V电源，向扩展机架上的所有模块供电， 可以通过电源连接器连接PS307负载电源。所有的S7-300模块均可以 安装在ER上。接口模块是自组态的，无需进行地址分配。 每个机架上安装的信号模块、功能模块和通信处理器，除了不能超 过8块外，还受到背板总线DC5V供电电流的限

11、制。0号机架的DC5V电 源由CPU模块提供，其额定电流值与CPU的型号有关。扩展机架的背 板总线的DC5V电源由接口模块IM361提供，各类模块消耗的电流需查 相应的模块手册。 日期:2021-7-11 页码： 13 SIMATIC S7 检修工程公司PLC系统培训 S7-300系统培训 PS307 2A的模块示意图 日期:2021-7-11 页码： 14 SIMATIC S7 检修工程公司PLC系统培训 S7-300系统培训 S7-300有20种不同型号的CPU，以适应不同等级的控制系统。有的 CPU上集成有输入/输出点，有的CPU上集成有PROFIBUS-DP通信接 口，有的CPU上集成

12、有PtP接口等，目前大致可以分为以下几类： (1) 6种紧凑型CPU，带有集成功能和I/O: CPU3l2C，313C，313C- PtP，313C-2DP，314C-PtP和314C-2DP。 (2) 3种重新定义的CPU: CPU312，314和315-2DP。 (3) 5种标准的CPU: CPU313，314，315，315-2DP和316-2DP。 (4) 4种户外型 CPU: CPU312IFM ，314IFM，314户外型和315-2DP。 (5) 高端CPU: 317-2DP和CPU318-2DP。 (6) 故障安全型CPU: CPU3l5F和CPU317F-2DP。 日期:20

13、21-7-11 页码： 15 SIMATIC S7 检修工程公司PLC系统培训 S7-300系统培训 数字量模块 S7-300有多种数字量输入/输出模块，其输入/输出电缆最大 长度为1000m（屏蔽电缆）或600m（非屏蔽电缆）。 1 数字量输入模块SM321 数字量输入模块将来自现场的数字信号电平转换成PLC内 部信号电平，经过光电隔离和滤波后，送到输出缓冲区等待 CPU采样，采样后的信号状态经过背板总线进入输入映像区。 根据输入信号的极性和输入点数，SM321共有14种数字量输 入模块，下表为常用数字量输入模块的技术特性。 日期:2021-7-11 页码： 16 SIMATIC S7 检修

14、工程公司PLC系统培训 S7-300系统培训 日期:2021-7-11 页码： 17 SIMATIC S7 检修工程公司PLC系统培训 S7-300系统培训 输入电路工作原理输入电路工作原理 输入电路按以下方式响应输入信号输入电路按以下方式响应输入信号: u输入滤波滤除因触点抖动或电气干扰而产生的错误信号。输入滤波滤除因触点抖动或电气干扰而产生的错误信号。 u光电隔离将逻辑电路与输入信号隔离以保护输入电路和背板电路。光电隔离将逻辑电路与输入信号隔离以保护输入电路和背板电路。 u逻辑电路处理信号。逻辑电路处理信号。 u用输入指示灯用输入指示灯LED的亮或不亮，指示输入设备的状态。的亮或不亮，指示

15、输入设备的状态。 日期:2021-7-11 页码： 18 SIMATIC S7 检修工程公司PLC系统培训 S7-300系统培训 qSM 321;DI32*DC24V;(6ES7 321-1 BL00-OAAO) q32点输入，电气隔离为点输入，电气隔离为16组组 q额定输入电压额定输入电压24 VDC q适用于开关以及适用于开关以及2-/3-/4一一 线接近开关线接近开关(BERO) 通道号通道号 状态显示一绿色状态显示一绿色 背板总线接口背板总线接口 日期:2021-7-11 页码： 19 SIMATIC S7 检修工程公司PLC系统培训 S7-300系统培训 qSM 321;DI16xD

16、C24V;(6ES7 321-1BH02-OAAO) q16点输入，电气隔离为点输入，电气隔离为16组组 q额定输入电压额定输入电压24 VDC q适用于开关以及适用于开关以及2-/3-/4一一 线接近开关线接近开关(BERO) 通道号通道号 状态显示一绿色状态显示一绿色 背板总线接口背板总线接口 日期:2021-7-11 页码： 20 SIMATIC S7 检修工程公司PLC系统培训 S7-300系统培训 qSM 321; DI 8 x AC 120/230 V (6ES7 321-1FF01-OAAO) q8点输入，电气隔离为点输入，电气隔离为2组组 q额定输入电压额定输入电压120/23

17、0 VAC q适用于开关以及适用于开关以及2-/3-/4一一 线接近开关线接近开关(BERO) 通道号通道号 状态显示一绿色状态显示一绿色 背板总线接口背板总线接口 日期:2021-7-11 页码： 21 SIMATIC S7 检修工程公司PLC系统培训 S7-300系统培训 2 数字量输出模块SM322 数字量输出模块将S7-300内部信号电平转换成现场所 需要的外部信号电平，可直接驱动电磁阀线圈、接触器线 圈、微型电动机、指示灯等负载。 根据负载回路使用电源的要求，数字量输出模块有： 直流输出模块（晶体管输出方式）； 交流输出模块（晶闸管输出方式）； 交直流输出模块（继电器输出方式）； S

18、M322数字量输出模块的技术特性如表所示， 日期:2021-7-11 页码： 22 SIMATIC S7 检修工程公司PLC系统培训 S7-300系统培训 SM322数字量输出模块的技术特性 日期:2021-7-11 页码： 23 SIMATIC S7 检修工程公司PLC系统培训 S7-300系统培训 输出电路工作原理输出电路工作原理 输出电路按下面的方式控制输出信号输出电路按下面的方式控制输出信号: q逻辑电路决定输出状态。逻辑电路决定输出状态。 q输出指示灯输出指示灯LED指示输出信号状态。指示输出信号状态。 q光电隔离将现场信号与输出逻辑电路、背板电路隔离。光电隔离将现场信号与输出逻辑电

19、路、背板电路隔离。 q输出驱动器使相应的输出设备接通或断开。输出驱动器使相应的输出设备接通或断开。 日期:2021-7-11 页码： 24 SIMATIC S7 检修工程公司PLC系统培训 S7-300系统培训 qSM 322; DO 16 x AC 120/230 V/1A(6ES7 322-1FH00-OAAO) q16点输出，带保险丝，电气隔离为点输出，带保险丝，电气隔离为8组组 q输出电流为输出电流为1A q额定负载电压额定负载电压120/230 VAC q适用于适用于AC电磁阀、电磁阀、 执行器、电机启动器、执行器、电机启动器、 FHP电机和信号灯电机和信号灯 通道号通道号 状态状态

20、LED-绿色，绿色， 出错出错LED-红色红色 背板总线接口背板总线接口 日期:2021-7-11 页码： 25 SIMATIC S7 检修工程公司PLC系统培训 S7-300系统培训 qSM 322; DO 8 x Rel. AC 230 V(6ES7 322-1HF01-OAAO) q8点输出，电隔离为点输出，电隔离为2组组 q额定负载电压为额定负载电压为24 VDC到到120 VDC，48 VAC到到230 VAC q适用于适用于AC/DC电磁阀、电磁阀、 接触器、电机起动器、接触器、电机起动器、 FHP电机和信号灯。电机和信号灯。 通道号通道号 状态状态LED-绿色，绿色， 背板总线接

21、口背板总线接口 日期:2021-7-11 页码： 26 SIMATIC S7 检修工程公司PLC系统培训 S7-300系统培训 qSM 322; DO 16 x Rel. AC 120/230 V(6ES7 322-1HH01-OAAO) q16点输出，电隔离为点输出，电隔离为8组组 q额定负载电压为额定负载电压为24 VDC q适用于适用于AC/DC电磁阀、电磁阀、 24V到到120 VDC， 48 VAC到到230 VAC接触器、接触器、 电机起动器、电机起动器、 FHP电机和信号灯。电机和信号灯。 q关闭电源后，内部关闭电源后，内部200 ms 的缓冲电容进行放电，的缓冲电容进行放电，

22、放电到一定程度后允许用户放电到一定程度后允许用户 程序设置定义的继电器状态。程序设置定义的继电器状态。 通道号通道号 状态状态LED-绿色，绿色， 背板总线接口背板总线接口 日期:2021-7-11 页码： 27 SIMATIC S7 检修工程公司PLC系统培训 S7-300系统培训 模拟量模块 lS7-300的模拟量I/O模块包括模拟量输入模块SM331、模拟量输出 模块SM332和模拟量输入/输出模块SM334和SM335。 lSM331模块主要由A/D转换器、切换开关、恒流源、补偿电路、光 隔离器及逻辑电路组成，它将控制过程中的模拟信号转换为PLC内 部处理用的数字信号。其主要功能有：

23、l分辨率可调，可从915位加符号位； lA/D转换器采用积分法，4档积分时间为2.5ms、16.7ms、20ms和 100ms; l测量范围广，电压和电流传感器、热电偶、电阻和电阻式温度计 均可作为传感器与之连接。 l 在实际应用中，应该用STEP7的组态工具对未使用的模拟量通道 进行屏蔽。 日期:2021-7-11 页码： 28 SIMATIC S7 检修工程公司PLC系统培训 S7-300系统培训 SM332模拟量输出模块目前有3种型号，即AO412位模 块、AO212位模块、AO416位模块、如AO412位模 块，有4个通道，每个通道都可单独设置为电压输出或电流 输出，输出精度为12位，

24、模块对CPU背板总线和负载电压都 有光隔离。在输出电压时，可以采用二线回路或四线回路两 种方式与负载相连。 模拟量输出模块SM332 模拟量输出通道的转换时间和模块的循环时间：每个通道 的最大转换时间为0.81.5ms，建立时间为0.10.5ms，模 块的循环时间为所有激活的AO通道的转换时间与建立时间 的总和； 日期:2021-7-11 页码： 29 SIMATIC S7 检修工程公司PLC系统培训 S7-300系统培训 模拟值的表示 模拟量输入/输出模块中模拟量对应的数字称为模拟值， 模拟值用16位二进制补码定点数来表示，最高位（第15位） 为符号位，正数的符号位为0，负数的符号位为1。模

25、拟量 模块的模拟值位数（即转换精度）可以设置为915位（与 模块的型号有关，不包括符号位），如果模拟值的精度小 于15位，则模拟值左移，使其最高位（符号位）在16位字 的最高位（第15位），模拟值左移后未使用的低位则填入 “0”，这种处理方法称为“左对齐”。 电压测量范围为10VlV的模拟值表示如表所示 日期:2021-7-11 页码： 30 SIMATIC S7 检修工程公司PLC系统培训 S7-300系统培训 日期:2021-7-11 页码： 31 SIMATIC S7 检修工程公司PLC系统培训 S7-300系统培训 模拟量输入模块测量范围的设定 模拟量输入模块的输入信号种类用安装在模块

26、侧面的量程卡（量程模 块）来设置，量程卡安装在模拟量输入模块的侧面，每两个通道为一组， 共用一个量程卡，下图中的模块共用8个通道，因此有4个量程卡。量 程卡可以设定为“A”、“B”、“C”、“D”4个位置，其常见的含义为： “A”为热电阻、热电偶；“B”为电压；“C”为四线制电流；“D”为两 线制电流。 量程卡插入输入模块后，如果量程卡上的标记C与输入模块上的标记 相对，则量程卡被设置在C位置。模块出厂时，量程卡预设在B位置。 如果需要调整量程卡，步骤如下： 日期:2021-7-11 页码： 32 SIMATIC S7 检修工程公司PLC系统培训 S7-300系统培训 将量程卡从模拟量输入模块

27、中卸下 日期:2021-7-11 页码： 33 SIMATIC S7 检修工程公司PLC系统培训 S7-300系统培训 将量程卡插入模拟量输入模块 日期:2021-7-11 页码： 34 SIMATIC S7 检修工程公司PLC系统培训 S7-300系统培训 模拟量模块具有许多特性，可以通过参数赋值，来设定模 块的特性。参数分为动态参数和静态参数两种。通常使用 STEP7对模拟量模块进行静态与动态参数赋值，此时CPU必 须处于“STOP”模式。当设定完所有的参数后，应将参数下 载到CPU。当CPU从“STOP”模式转换为“RUN”模式时， CPU即可将参数传送到每个模拟量模块；如果没有使用 S

28、TEP7进行参数赋值，模块将使用默认设置。 模拟量模块参数 日期:2021-7-11 页码： 35 SIMATIC S7 检修工程公司PLC系统培训 S7-300系统培训 模拟量输入模块与传感器的连接 为了减少电磁干扰，对于模拟信号应使用屏蔽双绞电缆，并且模拟 信号电缆的屏蔽层应该两端接地。如果电缆两端存在电位差，将会在 屏蔽层中产生等电势耦合电流，造成对模拟信号的干扰。在这种情况 下，应该让电缆的屏蔽层一端接地。 1 带隔离的模拟量输入模块 一般情况下，CPU的接地端子与M端子用短接片连接。带隔离的模 拟量输入模块的测量电路参考点MANA与CPU模块的M端子之间没有 电气连接，见图.。如果参

29、考电压UANA和CPU的M端存在一个电位差 UISO，必须选用带隔离的模拟量输入模块，通过在MANA端子和 CPU的M端子之间使用一根等电位连接导线，可以确保UISO不会超 过允许值。 日期:2021-7-11 页码： 36 SIMATIC S7 检修工程公司PLC系统培训 S7-300系统培训 连接带隔离的传感器与带隔离的模拟量输入模块 日期:2021-7-11 页码： 37 SIMATIC S7 检修工程公司PLC系统培训 S7-300系统培训 连接不带隔离的传感器与带隔离的模拟量输入模块 日期:2021-7-11 页码： 38 SIMATIC S7 检修工程公司PLC系统培训 S7-30

30、0系统培训 连接带隔离的传感器与不带隔离的模拟量输入模块 日期:2021-7-11 页码： 39 SIMATIC S7 检修工程公司PLC系统培训 S7-300系统培训 连接不带隔离的传感器与不带隔离的模拟量输入模块 日期:2021-7-11 页码： 40 SIMATIC S7 检修工程公司PLC系统培训 S7-300系统培训 电压传感器与带隔离的模拟量输入模块的连接 日期:2021-7-11 页码： 41 SIMATIC S7 检修工程公司PLC系统培训 S7-300系统培训 两线制变送器与带隔离的模拟量输入模块的连接 日期:2021-7-11 页码： 42 SIMATIC S7 检修工程公

31、司PLC系统培训 S7-300系统培训 由L+供电的两线制变送器与带隔离的模拟量输入模块的连接 日期:2021-7-11 页码： 43 SIMATIC S7 检修工程公司PLC系统培训 S7-300系统培训 四线制变送器与带隔离的模拟量输入模块的连接 日期:2021-7-11 页码： 44 SIMATIC S7 检修工程公司PLC系统培训 S7-300系统培训 热敏电阻与带隔离的模拟量输入模块的四线制连接 日期:2021-7-11 页码： 45 SIMATIC S7 检修工程公司PLC系统培训 S7-300系统培训 热敏电阻与带隔离的模拟量输入模块的三线制连接 日期:2021-7-11 页码：

32、 46 SIMATIC S7 检修工程公司PLC系统培训 S7-300系统培训 热敏电阻与带隔离的模拟量输入模块的两线制连接 日期:2021-7-11 页码： 47 SIMATIC S7 检修工程公司PLC系统培训 S7-300系统培训 带隔离的模拟量电压输出模块与负载的四线制连接 日期:2021-7-11 页码： 48 SIMATIC S7 检修工程公司PLC系统培训 S7-300系统培训 不带隔离的模拟量电压输出模块与负载的双线制连接 日期:2021-7-11 页码： 49 SIMATIC S7 检修工程公司PLC系统培训 S7-300系统培训 模拟量电流输出模块与负载的连接 日期:202

33、1-7-11 页码： 50 SIMATIC S7 检修工程公司PLC系统培训 S7-300系统培训 通信处理器模块 CPU通过MPI接口或PROFIBUS-DP接口在网络上 自动广播它设置的总线参数，PLC可以自动地“挂 到”MPI网络上。所有的CPU模块都有一个多点接口 MPI，有的CPU模块有一个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。 通信处理器(CP)用于PLC之间、PLC与计算机和其 他智能设备之间的通信，可以将PLC接入PROFIBUS- DP、AS-I和工业以太网，或用于实现点对点通信等。通 信处理器可以减轻CPU处理器的通信

34、任务，并减少用户 对通信的编程工作。 日期:2021-7-11 页码： 51 SIMATIC S7 检修工程公司PLC系统培训 S7-300系统培训 1、通信处理器模块CP342-5 CP342-5用于实现S7-300到PROFIBUS-DP现场总线的 连接。它分担CPU的通信任务，并允许增加其他连接，为 用户提供各种 PROFIBUS总线系统服务，可以通过 PROFIB US-DP对系统进行远程组态和远程编程。 当 CP342-5作为主站时，可完全自动处理数据传输，允许CP 从站或ET200-DP从站连接到S7-300。当CP342-5作为从站 时，允许S7-300与其他PROFIBUS主站交换数据。 2、 通信处理器模块CP343-1 CP343-1用于实现S7-300到工业以太网总线的连接。它 自身具有处理器，在工业以太网上独立处理数据通信并允许 进一步的连接，完成与编程器、PC、人机界面装置、S5系 列PLC、S7系列PLC的数据通信。 日期:2021-7-11 页码： 52 SIM