第2章 硬件安装与维护S7-300400 PLC编程与应用

1、SIEMENS硬件安装与维护硬件安装与维护刘华波刘华波 何文雪何文雪 王雪王雪 编著编著机械工业出版社机械工业出版社 2021第2章 SIMATIC S7-300硬件安装与维护第2章 硬件安装与维护2.1 SIMATIC S7-300系列系列PLC的硬件系统的硬件系统2.2 SIMATIC S7-300系列系列PLC模块性能简介模块性能简介思考与练习题思考与练习题第2章 SIMATIC S7-300硬件安装与维护2.1 SIMATIC S7-300 系列系列PLC的硬件系统的硬件系统2.1.1 概述概述 SIMATIC S7 系列系列PLC是德国西门子公司在是德国西门子公司在S5系系列列PLC

2、根底上于根底上于1995年陆续推出的性能价格比较高的年陆续推出的性能价格比较高的PLC系统。其中，微型的有系统。其中，微型的有SIMATIC S7-200系列，最系列，最小配置为小配置为8DI/6DO，可扩展，可扩展27个模块，最大个模块，最大I/O点数点数为为64 DI/DO、12 AI/4 AO；中小型的有；中小型的有SIMATIC S7-300系列；中高档性能的有系列；中高档性能的有S7-400系列。系列。SIMATIC S7系列系列PLC都采用了模块化、无排风扇结构且具有易于都采用了模块化、无排风扇结构且具有易于用户掌握等特点，使得用户掌握等特点，使得S7系列系列PLC成为各种从小规模

3、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。到中等性能要求以及大规模应用的首选产品。第2章 SIMATIC S7-300硬件安装与维护 SIMATIC S7-300的大量功能能够支持和帮助用户进行编程、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：启动和维护，其主要功能如下： (1) 高速的指令处理。高速的指令处理。0.6 us的指令处理时间在中等到较低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。的性能要求范围内开辟了全新的应用领域。 (2) 人机界面人机界面(HMI)。方便的人机界面效劳已经集成在。方便的人机界面效劳已经集成在S7-300操

4、作系统内，因此人机对话的编程要求大大减少。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。诊断功能。CPU的智能化的诊断系统可连续监控系统的功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。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。技术机密，防止未经允许的复制和修改。第2章 SIMATIC S7-300硬件安装与维护3.1.2 SIMATIC S7-300系列系列PLC系统根本构成系统根本构成 1. SIMATIC

5、S7-300的组成的组成 SIMATIC S7-300系列系列PLC是模块化结构设计，各是模块化结构设计，各种单独模块之间可进行广泛组合和扩展。其系统构成种单独模块之间可进行广泛组合和扩展。其系统构成如下图。它的主要组成局部有导轨如下图。它的主要组成局部有导轨(RACK)、电源模块、电源模块(PS)、中央处理单元模块、中央处理单元模块(CPU)、接口模块、接口模块(IM)、信号、信号模块模块(SM)、功能模块、功能模块(FM)等。它通过等。它通过MPI网的接口直网的接口直接与编程器接与编程器PG、操作员面板、操作员面板OP和其它和其它S7 PLC相连。相连。 第2章 SIMATIC S7-30

6、0硬件安装与维护图图3.1 S7-300系列系列PLC系统构成框图系统构成框图PS307CPU模块处理部件通信部件FM351SM331SM332PGMPI网OP背板总线其他PLCIM360SM321SM332IM361第2章 SIMATIC S7-300硬件安装与维护vSIMATIC S7-300是一种通用型的PLC，能适合自动化工程中的各种应用场合，尤其是在生产制造工程中的应用。模块化、无风扇结构、易于实现分布式的配置以及易于掌握等特点，使得S7-300在各种工业领域中实施各种控制任务时，成为一种既经济又切合实际的解决方案。本章详细介绍各模块结构和安装标准。第2章 SIMATIC S7-30

7、0硬件安装与维护2.1 S7-300PLC硬件简介vS7-300见图1-1由多种模块部件组成，包括导轨Rack、电源模块PS、CPU模块、接口模块IM、输入输出模块SM。各种模块能以不同方式组合在一起，从而可使控制系统设计更加灵活，满足不同的应用需求。图1-1 S7-300 PLC的根本结构SIEMENSS7-300 的组件的组件部件部件功能功能导轨导轨. 是是S7-300的机架的机架电源电源（PS）.将电网电压将电网电压 (120/230 V) (120/230 V) 变换为变换为S7-300 S7-300 所需的所需的24 V DC 24 V DC 工作电压工作电压中央处理单元中央处理单元

8、 （CPU）. 执行用户程序执行用户程序 附件：存储器模块，后备电池附件：存储器模块，后备电池接口模块接口模块（IM）.连接两个机架的总线连接两个机架的总线信号模块（信号模块（SM）（数字量数字量/模拟量）模拟量）. 把不同的过程信号与把不同的过程信号与S7-300相匹配相匹配 附件：总线连接器，前连接器附件：总线连接器，前连接器功能模块（功能模块（FM）. 完成定位、闭环控制等功能完成定位、闭环控制等功能通讯处理器（通讯处理器（CP）. 连接可编程控制器连接可编程控制器 附件：电缆、软件、接口模块附件：电缆、软件、接口模块SIEMENSS7-300: 模块模块 PS(可选)CPU IM(可选

9、)SM: DISM: DOSM: AISM: AO FM:- 计数- 定位- 闭环控制 CP:- 点-到-点- PROFIBUS- 工业以太网SIEMENSS7-300的安装位置的安装位置SIEMENSCPU314SIEMENSSFBATFDC5VFRCERUNSTOPRUN-PRUNSTOPM RESSIMATIC S7-300BatterieMPICPU315-2 DPSIEMENSRUN-PRUNSTOPM RESSIMATIC S7-300BatterieDPSFBATFDC5VFRCERUNSTOPMPISF DPBUSFS7-300: CPU 设计设计SIEMENS图2-2 PS

10、307电源模块 SIEMENS 电源模块在非正常工作状态下的反响，可参考表2-1。 如果则24V直流指示灯输出电流过载I3.9A电压跌落，电压自动恢复闪烁3AI=3.9A（稳态）电压下降，缩短使用寿命输出短路输出电压0V；短路故障排除后，电压自动恢复暗在一次侧过电压可能彻底毁坏在一次侧欠电压自动切断；欠电压排除后，电压自动恢复暗表表2-1 电源模块在非正常工作状态下的反响电源模块在非正常工作状态下的反响SIEMENS 2. S7-300的电流消耗量和功率损耗的电流消耗量和功率损耗 一个实际的一个实际的S7-300 PLC系统，在确定所有的模块后，要系统，在确定所有的模块后，要选择适宜的电源模块

11、。所选定的电源模块的输出功率必须选择适宜的电源模块。所选定的电源模块的输出功率必须大于大于CPU模块、所有模块、所有I/O模块、各种智能模块的总消耗功模块、各种智能模块的总消耗功率之和，有时甚至还要考虑某些执行单元的功率，并且要率之和，有时甚至还要考虑某些执行单元的功率，并且要留有留有30左右的余量。在具体产品设计时，应该仔细研究左右的余量。在具体产品设计时，应该仔细研究各个模块的功率参数，最后确定电源模块的型号、规格。各个模块的功率参数，最后确定电源模块的型号、规格。当同一电源模块既要为主机单元又要为扩展单元供电时，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

12、元的线路压降必须小于从主机单元到最远一个扩展单元的线路压降必须小于0.25 V。SIEMENS1.1.2 CPU模块 CPU是PLC系统的运算控制核心。它根据系统程序的要求完成以下任务：接收并存储用户程序和数据，接收现场输入设备的状态和数据，诊断PLC内部电路工作状态和编程过程中的语法错误，完成用户程序规定的运算任务，更新有关标志位的状态和输出状态存放器的内容，实现输出控制或数据通信等功能。 S7-300 CPU有20种不同型号，各种CPU按性能等级划分，可以涵盖各种应用范围。S7-300的各款CPU都有非常详尽的性能数据表具体参数可查阅相关资料，其中最值得关注的CPU性能有以下五方面： I/

13、O扩展能力 指令执行速度 工作内存容量 通讯能力 CPU上的集成功能图图1-3 CPU 31xC的面板的面板注：注：模拟量输入和模拟量输出；：模拟量输入和模拟量输出；：8个数字量输入；个数字量输入；8个数个数字量输出。字量输出。图图1-4 CPU 31xC的集成数字量的集成数字量I/O模块模块表表1-2 用于状态和故障显示用于状态和故障显示LED的含义的含义表1-3模式选择开关的位置含义图图1-5 MMC卡卡 CPU装载存储器(保存在MMC中)工作存储器系统存储区工作存储器系统存储区装载存储器(保存在MMC中)CPU图图1-6 CPU的存储区的存储区图1-7 SM323模块端子连接及电气原理图

14、表表1-4 模拟量值可能的精度模拟量值可能的精度表表1-5 SM334的通道地址的通道地址表表1-6 特殊信号模块特殊信号模块图图1-8 仿真模块仿真模块SM374的前视图的前视图表表1-7 网络接口适用设备网络接口适用设备 图1-9 PLC的工作过程SIEMENS安装标准安装标准对于水平安装，对于水平安装，CPU和电源必须安装在左面。对于垂直安和电源必须安装在左面。对于垂直安装，装，CPU 和电源必须安装在底部和电源必须安装在底部必须保证下面的最小间距：必须保证下面的最小间距：机架左右为机架左右为20 mm 单层组态安装时，上下为单层组态安装时，上下为40 mm两层组态安装时，上下至少为两层

15、组态安装时，上下至少为80 mm接口模块安装在接口模块安装在CPU的右面的右面一个机架上最多插八个一个机架上最多插八个 I/O 模块信号模块、功能模块、模块信号模块、功能模块、通讯处理器通讯处理器多层组态只适用于多层组态只适用于CPU 314/315/316 SIEMENS安装安装安装帮助文件安装帮助文件 检查表检查表 硬件手册硬件手册部件清单部件清单1. . 2. . 3. .SIEMENS 所有部件是否齐备所有部件是否齐备 ?见部件清单见部件清单 安装导轨！安装导轨！ 安装电源安装电源 ! 把总线连接器连到把总线连接器连到CPU，并安装模块，并安装模块 ! 把总线连接器连到把总线连接器连到

16、 I/O 模块，并安装模块模块，并安装模块 ! 连接前连接器，并插入标签条和槽号！连接前连接器，并插入标签条和槽号！ 给模块配线电源，给模块配线电源，CPU 和和 I/O 模块模块安装检查表安装检查表SIEMENS电气安装检查表电气安装检查表 1.1. 有模拟信号或总线信号吗？有模拟信号或总线信号吗？2.2. 是否有是否有60V60V的接线？的接线？3.3. 输出触点构成的回路中是否有输出触点构成的回路中是否有感性负载？感性负载？4.4. 是否有室外的接线是否有室外的接线? ?SIEMENS1.2 S7-300 PLC电气安装标准 正确的硬件安装是系统正常工作的前提，要严格按照电气安装标准安装

17、。 1.2.1 安装导轨 在安装导轨时，应留有足够的空间用于安装模板和散热模板上下至少应有 40 mm 的空间，左右至少应有20mm空间，如图1-13； 在安装外表划安装孔。在所划线的孔上钻直径为 6.5 +.2 mm 的孔； 用M6 螺钉安装导轨； 把保护地连到导轨上通过保护地螺丝，导线的最小截面积为10mm2。如图1-14。 应注意，在导轨和安装外表接地金属板或设备安装板之间会产生一个低阻抗连接。如果在外表涂漆或者经阳极氧化处理，应使用适宜的接触剂或接触垫片。SIEMENS图图 1-10 S7-300 系统安装所需空间系统安装所需空间图 1-11 导轨上的保护地连接SIEMENS安装导轨安

18、装导轨1482 mm530 mm830 mm57.2mm466 mm500 mm800 mm 用用M 6 螺丝把导轨固定到安装部位！螺丝把导轨固定到安装部位！连接保护地连接保护地 把保护地连到导轨上（通过保护地螺丝！）把保护地连到导轨上（通过保护地螺丝！） 注：导线的最小截面积为注：导线的最小截面积为 10mm2。SIEMENS安装导轨安装导轨2 2导轨导轨总线连接器总线连接器固定螺丝固定螺丝SIEMENS电源和电源和CPU的接线的接线翻开电源模块和翻开电源模块和CPUCPU模块面板上的前盖模块面板上的前盖松开电源模块上接线端子的夹紧螺钉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，

19、并注意绝缘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上紧接线端子的夹紧螺钉用连接器将电源模块与用连接器将电源模块与CPUCPU模块连接起来并上紧螺钉模块连接起来并上紧螺钉关上前盖关上前盖检查进线电压的选择开关把槽号插入前盖！检查进线电压的选择开关把槽号插入前盖！SIEMENS前连接器的接线前连接器的接线翻开信号模块的前盖翻开信号模块的前盖将前连接器放在接线位置将前连接器放在接线位置 将夹紧装置插入前连接器中将夹紧装置插入前连接器中 剥去电缆的绝缘层剥去电缆的绝缘层 (6 mm (6 mm 长度长度) ) 将电缆连接到端子上将电缆连接到端子上用夹紧装置将电缆夹紧用夹紧装置将电缆夹紧

20、将前连接器放在运行位置将前连接器放在运行位置关上前盖关上前盖填写端子标签并将其压入前盖中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在前连接器盖上粘贴槽口号码图图1-12 S7-300模块安装顺序模块安装顺序表1-8 模块安装步骤图1-13 解锁前连接器并取下模块 图1-14拆卸前连接器编码插针 图1-15 S7-300一般结构的系统供电 SIEMENS准备启动准备启动把钥匙插入把钥匙插入CPU！插入后备电池！插入后备电池！如果用户程序不是存放在存储器模块中该模块如果用户程序不是存放在存储器模块中该模块中的程序不靠电源保持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出现断

21、电时必须保持大量的数据如果需要插入存储器模块！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不需要后备电池就可以保持用户程序和数据具有较大的具有较大的“装载存储器装载存储器SIEMENS2.3 实训一：安装一个典型的S7-300 PLC硬件系统1、实训目的熟悉S7-300常用模块掌握S7-300常用模块安装标准2、实训任务和要求安装一个单导轨PLC控制系统，包含一个数字量模块，一个模拟量模块，一个仿真模块。要求各模块安装符合安装标准，实训设备电源模块PS 30710A、CPU模块313C-2DP、数字量模块SM322、模拟量模块SM334、仿真模块SM374、连接器、导轨、螺钉

22、、螺丝刀、导线假设干。SIEMENS3、安装步骤对照部件清单检查部件是否齐备；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。4、实训报告写出PLC硬件系统安装顺序；写出每一个部件的安装标准。第2章 SIMATIC S7-300硬件安装与维护 2.2.3 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CPU312 IFM和CPU313配套的模块只能安装在一

23、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，如下图。第2章 SIMATIC S7-300硬件安装与维护S7-300的扩展能力的扩展能力槽号槽号 1 2 3 456 78 9 10 11CPUIMSFM本机PSPSIMRIMRPSIMRPS第2章 SIMATIC S7-300硬件安装与维护图3.2 S7-300机架和槽位图123槽号4567891011机架0机架1机架2机架3槽号槽号槽号34IM56连接电缆3

24、68789101134IM56连接电缆368789101134IM56连接电缆3687891011第2章 SIMATIC S7-300硬件安装与维护 3. S7-300模块地址确实定 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4 B(等于32个I/O点)。模拟I/O模块每个槽划分为16 B(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。表为S7-300信号模板的起始地址。第2章 SIMATIC S7-300硬件安装与维护表表2.1 S7-300信号模板的起始地址信号模板的起始地址第2章 SIMATIC S7-300硬件安装与维护

25、 0机架的第一个信号模块槽机架的第一个信号模块槽(4号槽号槽)的地址为，一个的地址为，一个16点点的输入模块只占用地址，地址未用。数字量模块中的输的输入模块只占用地址，地址未用。数字量模块中的输入点和输出点的地址由字节局部和位局部组成。例如：入点和输出点的地址由字节局部和位局部组成。例如：I 1.2 输入 字节地址 位地址 第2章 SIMATIC S7-300硬件安装与维护外设I/O存储区输出输入位存储区定时器计数器CPU利用外设(P)存储区直接读/写总线上的模块这些系统存储区的大小由CPU的型号决定可执行用户程序：逻辑块(OB、FB、FC)数据块(DB)临时本地数据存储区(L堆栈)PQIMT

26、C系统存储区工作存储区累加器 1(ACCU1)累加器 2(ACCU2)累加器32位地址寄存器 1(AR1)地址寄存器32位地址寄存器 2(AR2)可选的固定装载存储区(FEPROM)：存放用户程序装载存储区打开的共享数据块号 DB32位状态位状态字寄存器16位动态装载存储区(RAM)：存放用户程序数据块地址寄存器打开的背景数据块号 DB(DI)4. S7-300 PLC存储区存储区图3.3 S7-3 0 0存储区示意图第2章 SIMATIC S7-300硬件安装与维护 (1) 系统存储区：系统存储区：RAM类型，用于存放操作数据类型，用于存放操作数据(I/O、位存、位存储、定时器、计数器等储、

27、定时器、计数器等)。 (2) 装载存储区：物理上是装载存储区：物理上是CPU模块中的局部模块中的局部RAM，加上，加上内置的内置的EEPROM或选用的可拆卸或选用的可拆卸FEPROM卡，用于存放用户卡，用于存放用户程序。程序。 (3) 工作存储区：物理上占用工作存储区：物理上占用CPU模块中的局部模块中的局部RAM，其，其存储内容是存储内容是CPU运行时所执行的用户程序单元运行时所执行的用户程序单元(逻辑块和数据块逻辑块和数据块)的复制件。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储区中的数据块DB、暂时局部数据

28、存储区、外设、暂时局部数据存储区、外设I/O存储区存储区(P)等，其功能见表。等，其功能见表。 第2章 SIMATIC S7-300硬件安装与维护表表2.2 程序可访问的存储区及功能程序可访问的存储区及功能名 称 存储区 存储区功能 输入(I) 过程输入映像表 扫描周期开始，操作系统读取过程输入值并录入表中，在处理过程中，程序使用这些值。每个 CPU 周期，输入存储区在输入映像表中存放输入状态值。输入映像表是外设输入存储区首 128 B 的映像 输出(Q) 过程输出映像表 在扫描周期中，程序计算输出值并存储在该表中；在扫描周期结束后，操作系统从表中读取输出值，并传送到过程输出口。过程输出映像表

29、是外设输出存储区的首 128 B 的映像 位存储区(M) 存储位 存放程序运算的中间结果 外设输入(PI) 外设输出(PQ) I/O：外设输入 I/O：外设输出 外设存储区允许直接访问现场设备(物理的或外部的输入和输出)，外设存储区可以以字节、字和双字格式访问，但不可以以位方式访问 定时器(T) 定时器 为定时器提供存储区，计时时钟访问该存储区中的计时单元，并以减法更新计时值。定时器指令可以访问该存储区和计时单元 计数器(C) 计数器 为计数器提供存储区，计数指令访问该存储区 临时本地数据(L) 本地数据堆栈 (L 堆栈) 在 FB、FC 或 OB 运行时设定，将在块变量声明表中声明的暂时变量

30、存在该存储区中，提供空间以传送某些类型参数和存放梯形图中间结果。块结束执行时，临时本地存储区再行分配，不同的 CPU提供不同数量的临时本地存储区 数据块(DB) 数据块 存放程序数据信息，可被所有逻辑块公用(“共享”数据块)或被FB 特定占用“背景”数据块 第2章 SIMATIC S7-300硬件安装与维护3.2 S7-300 系列系列PLC模块性能简介模块性能简介3.2.1 CPU模块模块1. CPU模块概述模块概述 S7-300有有CPU312 IFM、CPU313、CPU314、CPU314 IFM、CPU315/315-2DP、CPU316-2DP、CPU318-2DP等等8种不同的中

31、央处理单元可供选择。种不同的中央处理单元可供选择。CPU315-2DP、CPU316-2DP、CPU318-2DP都具有现都具有现场总线扩展功能。场总线扩展功能。CPU以梯形图以梯形图LAD、功能块、功能块FBD或或语句表语句表STL进行编程。实验室机型为进行编程。实验室机型为CPU315-2DP。 表列出了局部中央处理单元表列出了局部中央处理单元CPU的主要特性，包括的主要特性，包括存储器容量、指令执行时间、最大存储器容量、指令执行时间、最大I/O点数、各类编程点数、各类编程元件元件(位存储器、计数器、定时器、可调用块位存储器、计数器、定时器、可调用块)数量等。数量等。 第2章 SIMATI

32、C S7-300硬件安装与维护表表3.3 中央处理单元中央处理单元CPU的主要特性的主要特性第2章 SIMATIC S7-300硬件安装与维护表表3.3 中央处理单元中央处理单元CPU的主要特性的主要特性第2章 SIMATIC S7-300硬件安装与维护 CPU315/CPU315-2DP：CPU315是具有中到大容量程序存是具有中到大容量程序存储器和大规模储器和大规模I/O配置的配置的CPU。CPU315-2DP是具有中到大容量是具有中到大容量程序存储器和程序存储器和PROFIBUS-DP主主/从接口的从接口的CPU，它用于包括分，它用于包括分布式及集中式布式及集中式I/O的任务中。的任务中

33、。CPU315/CPU315-2DP具有具有48 KB/64 KB，内置，内置80/96 KB的装载存储器的装载存储器(RAM)，可用存储卡，可用存储卡扩充装载存储器，最大容量为扩充装载存储器，最大容量为512 KB，指令执行速度为，指令执行速度为300 ns/二进制指令，最大可扩展二进制指令，最大可扩展1024/2048点数字量或点数字量或128/256个模拟个模拟量通道。量通道。 CPU315-2DP是带现场总线是带现场总线(PROFIBUS)SINEC L2-DP接接口的口的CPU模块，其他特性与模块，其他特性与CPU315模块相同。模块相同。第2章 SIMATIC S7-300硬件安装

34、与维护 2. CPU模块的方式选择和状态指示模块的方式选择和状态指示 S7-300系列的系列的CPU312 IFM/313/314/314 IFM/315/315-2DP/316-2DP/318-2DP模块的方式选择开关都一样，有以下模块的方式选择开关都一样，有以下4种种工作方式，通过可卸的专用钥匙来控制选择。图为工作方式，通过可卸的专用钥匙来控制选择。图为CPU模块面模块面板布置示意图。板布置示意图。第2章 SIMATIC S7-300硬件安装与维护图图3.4 CPU模块面板布置示意图模块面板布置示意图SIEMENSLED状态和出错指示方式选择开关电池盒跨接线(可卸掉)用于电源和功能地的端子

35、MMLMPI口存储器卡插座RUNRUN-PSTOPMRESCPU313SFBATFDC5VFRCERUNSTOP第2章 SIMATIC S7-300硬件安装与维护 (1) RUN-P：可编程运行方式。：可编程运行方式。CPU扫描用户程序，既可以扫描用户程序，既可以用编程装置从用编程装置从CPU中读出，也可以由编程装置装入中读出，也可以由编程装置装入CPU中。用中。用编程装置可监控程序的运行。在此位置钥匙不能拔出。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。：运行方式。CPU扫描用户程序，可以用编程装扫描用户程序，可以用编程装置读出并监控置读出并监控PLC CPU

36、中的程序，但不能改变装载存储器中的中的程序，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。变操作方式。 (3) STOP：停止方式。：停止方式。CPU不扫描用户程序，可以通过编不扫描用户程序，可以通过编程装置从程装置从CPU中读出，也可以下载程序到中读出，也可以下载程序到CPU。在此位置可以。在此位置可以拔出钥匙。拔出钥匙。 (4) MRES：该位置瞬间接通，用以去除：该位置瞬间接通，用以去除CPU的存储器。的存储器。第2章 SIMATIC S7-300硬件安装与维护表表3.4 用于状态和故障显示

37、用于状态和故障显示LED的含义的含义发光二极管LED 含 义 说 明 SF(红色) 系统错误故障 下列事件引起灯亮： 硬件故障 固件出错 编程出错 参数设置出错 算术运算出错 定时器出错 存储器卡故障(只在CPU313和314上) 电池故障或电源接通时无后备电池(只用于CPU313和314上) 输入输出的故障或错误(只对外部I/O) 用编程装置读出诊断缓冲器中的内容， 以确定错误故障的真正原因 BATF( 红色，只在CPU313和314上有) 电池故障 如果电池有下列情况，则灯亮：失效；未装入 DC 5 V(绿色) 用于CPU和S7-300的 5 V DC电源 如果内部的5 V直流电源正常，则

38、灯亮 FRCE(黄色) 保留专用 第2章 SIMATIC S7-300硬件安装与维护3.2.2 数字量模块数字量模块 1. 数字量输入模块数字量输入模块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

39、等待等待CPU采样。采样时，信号经过背板总线进入到输入映像区。采样。采样时，信号经过背板总线进入到输入映像区。 数字量输入模块数字量输入模块SM321有四种型号模块可供选择，即直流有四种型号模块可供选择，即直流16点输入、直流点输入、直流32点输入、交流点输入、交流16点输入、交流点输入、交流8点输入模块。图点输入模块。图3.5(a)、(b)所示为直流所示为直流32点输入和交流点输入和交流16点输入对应的端子连接点输入对应的端子连接及电气原理图。及电气原理图。第2章 SIMATIC S7-300硬件安装与维护图图3.5 数字量输入模块数字量输入模块SM321端子连接及电气原理图端子连接及电气原

40、理图M0123456701234567通道号状态LED(绿色)24 V0123456701234567L987654321201918171615141312M背板总线接口M24 V2928272625242322403938373635343332M(a)第2章 SIMATIC S7-300硬件安装与维护0123456701234567通道号绿色状态灯10987654321NMM背板总线接口N20191817161514131211 NMMN(b)图图3.5 数字量输入模块数字量输入模块SM321端子连接及电气原理图端子连接及电气原理图第2章 SIMATIC S7-300硬件安装与维护2.

41、数字量输出模块数字量输出模块SM322 数字量输出模块数字量输出模块SM322将将S7-300内部信号电平转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。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，属于直流输出晶体管输出模块只能带直流负载，属于直流输出模块；模块； 可控硅输出方式属于交流输出模块；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继电器触点输出方式的模块属于交直流两用输出模块。模块。 从响应速度上看，晶体管响应最快

42、，继电器响应从响应速度上看，晶体管响应最快，继电器响应最慢；从平安隔离效果及应用灵活性角度来看，以继最慢；从平安隔离效果及应用灵活性角度来看，以继电器触点输出型最正确。电器触点输出型最正确。第2章 SIMATIC S7-300硬件安装与维护表表3.6 数字量输出模块数字量输出模块SM322的技术特性的技术特性SM322模块 16点晶体管 32点晶体管 16点可控硅 8点晶体管 8点可控硅 8点继电器 16点继电器 输出点数 16 32 16 8 8 8 16 额定电压 24 V DC 24 V DC 120 V AC 24 V DC 120/230V AC 额定电压范围 20.428.8 V

43、DC 20.428.8 V DC 93132 V AC 20.428.8 V DC 93264 V AC 与总线隔离方式 光耦 光耦 光耦 光耦 光耦 光耦 光耦 “1”信号 0.5 A 0.5 A 0.5 A 2 A 1 A 最大 输出 电流 “0”信号 0.5 mA 0.5 mA 0.5 mA 0.5 mA 2 mA 最小输出电流( “1”信号) 5 mA 5 mA 5 mA 5 mA 10 mA 触点开关容量 2 A 2 A 阻性负载 100 Hz 100 Hz 100 Hz 100 Hz 10 Hz 2 Hz 2 Hz 感性负载 0.5 Hz 0.5 Hz 0.5 Hz 0.5 Hz

44、0.5 Hz 0.5 Hz 0.5 Hz 触点开关频率 灯负载 100 Hz 100 Hz 100 Hz 100 Hz 1 Hz 2 Hz 2 Hz 触点使用寿命 106次 106次 短路保护 电子保护 电子保护 熔断保护 电子保护 熔断保护 诊断 红色 LED 指示 红色 LED 指示 从背板 总线 80 mA 90 mA 184 mA 40 mA 100 mA 40 mA 100 mA 最大 电流 消耗 从 L+ 120 mA 200 mA 3 mA 60 mA 2 mA 功率损耗 4.9 W 5 W 9 W 6.8 W 8.6 W 2.2 W 4.5 W 第2章 SIMATIC S7-3

45、00硬件安装与维护3. 数字量数字量I/O模块模块SM323 SM323模块有两种类型，一种是带有模块有两种类型，一种是带有8个共地输入个共地输入端和端和8个共地输出端，另一种是带有个共地输出端，另一种是带有16个共地输入端和个共地输入端和16个共地输出端，两种特性相同。个共地输出端，两种特性相同。I/O额定负载电压额定负载电压24 V DC，输入电压，输入电压“1信号电平为信号电平为1130 V，“0信信号电平为号电平为35 V，I/O通过光耦与背板总线隔离。通过光耦与背板总线隔离。在额定输入电压下，输入延迟为在额定输入电压下，输入延迟为4.8 ms。输出具有。输出具有电子短路保护功能。电子

46、短路保护功能。第2章 SIMATIC S7-300硬件安装与维护3.2.3 模拟量模块模拟量模块1. 模拟量值的表示方法模拟量值的表示方法 S7-300的的CPU用用16位的二进制补码表示模拟量值。位的二进制补码表示模拟量值。其中最高位为符号位其中最高位为符号位S，“0表示正值，表示正值，“1表示负表示负值，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，对于精度小于和它的设定参数，对于精度小于15位的模拟量值，低字位的模拟量值，低字节中幂项低的位不用。表表示了节中幂项低的位不用。表表示了S7-300模拟量值所有可模拟量值所有可能的精

47、度，标有能的精度，标有“的位就是不用的位，一般填入的位就是不用的位，一般填入“0。 S7-300模拟量输入模块可以直接输入电压、电流、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电阻、热电偶等信号，而模拟量输出模块可以输出010 V，15 V，10 V10 V，020 mA，420 mA，2020 mA等模拟信号。等模拟信号。第2章 SIMATIC S7-300硬件安装与维护表表3.7 模拟量值可能的精度模拟量值可能的精度第2章 SIMATIC S7-300硬件安装与维护 2. 模拟量输入模块模拟量输入模块SM331 模拟量输入模拟量输入(简称模入简称模入

48、(AI)模块模块SM331目前有三种目前有三种规格型号，即规格型号，即8AIl2位模块、位模块、2AIl2位模块和位模块和8AIl6位模块。位模块。1) SM331概述概述 SM331主要由主要由A/D转换部件、模拟切换开关、补偿转换部件、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。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，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。也即积分时间越长，被测值的精度越

49、高。SM331可选可选四档积分时间：四档积分时间：2.5 ms、16.7 ms、20 ms和和l00 ms，相，相对应的以位表示的精度为对应的以位表示的精度为8、12、12和和14。第2章 SIMATIC S7-300硬件安装与维护 2) SM33l与传感器、变送器的连接与传感器、变送器的连接(1) SM331与电压型传感器的连接，如下图。与电压型传感器的连接，如下图。图图3.6 输入模块与电压型传感器的连接输入模块与电压型传感器的连接ADCUUMMMMMANALM逻辑S7-300背板总线第2章 SIMATIC S7-300硬件安装与维护 (2) SM331与与2线电流变送器的连接如下图，与线

50、电流变送器的连接如下图，与4线电流变送线电流变送器的连接如下图。器的连接如下图。4线电流变送器应有单独的电源。线电流变送器应有单独的电源。图图3.7 输入模块与输入模块与2线变送器电流输入的连接线变送器电流输入的连接MMMMMANALM逻辑S7-300背板总线ADC2线变送器PP传感器例如压力计2线变送器第2章 SIMATIC S7-300硬件安装与维护图图3.8 输入模块与输入模块与4线变送器电流输入的连接线变送器电流输入的连接MMMMMANALM逻辑S7-300背板总线ADC4线变送器LMPP传感器例如压力计第2章 SIMATIC S7-300硬件安装与维护 (3) 图所示是热电阻图所示是

51、热电阻(如如Ptl00)与输入模块的与输入模块的4线连接回路示线连接回路示意图。通过端意图。通过端IC+和和IC将恒定电流送到电阻型温度计或电阻，将恒定电流送到电阻型温度计或电阻，通过通过M+和和M端子测得在电阻型温度计或电阻上产生的电压，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。如果接成线回路可以获得很高的测量精度。如果接成2线或线或3线回路，线回路，那么必须在那么必须在M+和和IC+之间以及在之间以及在M和和IC之间插入跨接线，之间插入跨接线，不过这将降低测量结果的精度。不过这将降低测量结果的精度。第2章 SIMATIC S7-300硬件安装与维护图图3.9

52、 热电阻热电阻(如如Ptl00)与输入模块的与输入模块的4线连接回路示意图线连接回路示意图MMICICMANALM逻辑S7-300背板总线ADCIC第2章 SIMATIC S7-300硬件安装与维护 3. 模拟量输出模块模拟量输出模块SM332 模拟量输出模拟量输出(简称模出简称模出(AO)模块模块SM332目前有三种规格型号，目前有三种规格型号，即即4AOl2位模块、位模块、2AO12位模块和位模块和4AOl6位模块，分别为位模块，分别为4通道的通道的12位模拟量输出模块、位模拟量输出模块、2通道的通道的12位模拟量输出模块、位模拟量输出模块、4通道的通道的16位模拟量输出模块。位模拟量输出

53、模块。1) SM332与负载与负载/执行装置的连接执行装置的连接 SM332可以输出电压，也可以输出电流。在输出电压时，可以输出电压，也可以输出电流。在输出电压时，可以采用可以采用2线回路和线回路和4线回路两种方式与负载相连。采用线回路两种方式与负载相连。采用4线回路线回路能获得比较高的输出精度。如下图。能获得比较高的输出精度。如下图。第2章 SIMATIC S7-300硬件安装与维护图图3.10 通过通过4线回路将负载与隔离的模出模块相连线回路将负载与隔离的模出模块相连SSLM逻辑S7-300背板总线DACMANAQV(QI)RLUISOMMLCPU地线第2章 SIMATIC S7-300硬

54、件安装与维护4. 模拟量模拟量I/O模块模块SM334 模拟量模拟量I/O模块模块SM334有两种规格，一种是有有两种规格，一种是有4模模入入/2模出的模拟量模块，其输入、输出精度为模出的模拟量模块，其输入、输出精度为8位，另位，另一种也是有一种也是有4模入模入/2模出的模拟量模块，其输入、输出模出的模拟量模块，其输入、输出精度为精度为12位。位。SM334模块输入测量范围为模块输入测量范围为010 V或或020 mA，输出范围为，输出范围为010 V或或020 mA。它的。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。件编

55、程设定的。SM334的通道地址见表。的通道地址见表。第2章 SIMATIC S7-300硬件安装与维护表表3.8 SM334的通道地址的通道地址第2章 SIMATIC S7-300硬件安装与维护3.2.4 S7-300系列系列PLC系统供电与接地系统供电与接地1. PS307电源模块电源模块 PS307是西门子公司为是西门子公司为S7-300专配的专配的24 V DC电源。电源。PS307系列模块除输出额定电流不同外系列模块除输出额定电流不同外(有有2 A、5 A、10 A三种三种)，其，其工作原理和各种参数都相同。工作原理和各种参数都相同。 PS307可安装在可安装在S7-300的专用导轨上

56、，除了给的专用导轨上，除了给S7-300 CPU供电外，也可给供电外，也可给I/O模块提供负载电源。模块提供负载电源。 图为图为PS307 10A模块端子接线图。模块端子接线图。 第2章 SIMATIC S7-300硬件安装与维护图图3.11 PS307 10 A模块端子接线图模块端子接线图LMLMLMLML1N防松装置接地端24 V DC输出端24 V DC230 V工作指示灯电压选择开关I24 V DC输出开关第2章 SIMATIC S7-300硬件安装与维护2. S7-300的电流耗量和功率损耗的电流耗量和功率损耗 S7-300模块使用的电源由模块使用的电源由S7-300背板总线提供，背

57、板总线提供，一些模块还需从外部负载电源供电。在组建一些模块还需从外部负载电源供电。在组建S7-300应应用系统时，考虑每块模块的电流耗量和功率损耗是非用系统时，考虑每块模块的电流耗量和功率损耗是非常必要的，表列出了在常必要的，表列出了在24 V直流负载电源情况下，各直流负载电源情况下，各种种S7-300模块的电流耗量、功率损耗以及从模块的电流耗量、功率损耗以及从24 V负载负载电源吸取的电流。表列出了在电源吸取的电流。表列出了在120/230 V AC负载电源负载电源下，模块的电流耗量和功率损耗。下，模块的电流耗量和功率损耗。第2章 SIMATIC S7-300硬件安装与维护表表3.9 S7-

58、300模块的电流耗量和功率损耗模块的电流耗量和功率损耗(24 V DC负载电源负载电源)模 块 从S7-300背板总线吸取的电流(最大值) 从 24 V 负载电源吸取的电流(不带负载运行) 功率损耗(正常运行) CPU 312 IFM 0.8 A 0.8 A 9 W CPU 313 1.2 A 1 A 8 W CPU 314 1.2 A 1 A 8 W 接口模块 IM 360 350 mA 2 W 接口模块 IM 361 0.8 A 0.5 A 5 W 接口模块 IM 365 1.2 A 0.5 W 数字量输入模块SM 321 1624 V DC 25 mA 1 mA 3.5 W 第2章 SI

59、MATIC S7-300硬件安装与维护续表续表第2章 SIMATIC S7-300硬件安装与维护表表3.10 S7-300模块的电流耗量和功率损耗模块的电流耗量和功率损耗(120/230 V AC负载电源负载电源)第2章 SIMATIC S7-300硬件安装与维护 一个实际的一个实际的S7-300 PLC系统，确定所有的模块后，要选系统，确定所有的模块后，要选择适宜的电源模块，所选定的电源模块的输出功率必须大于择适宜的电源模块，所选定的电源模块的输出功率必须大于CPU模块、所有模块、所有I/O模块、各种智能模块等总消耗功率之和，模块、各种智能模块等总消耗功率之和，并且要留有并且要留有30左右的

60、裕量。当同一电源模块既要为主机单元左右的裕量。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路压降必须小于0.25 V。第2章 SIMATIC S7-300硬件安装与维护例如，一个例如，一个S7-300 PLC系统由下面的模块组成：系统由下面的模块组成： 1块中央处理单元块中央处理单元CPU 3142块数字量输入模块块数字量输入模块SM321，1624 Vl块继电器输出模块块继电器输出模块SM322，8230 V ACl块数字量输出模块块数字量输出模块SM322，1624 V DCl块模拟量