SIMATIC S7-300系列PLC的硬件系统介绍.ppt

1、第三章SIMATIC S7-300系列、3.1 SIMATIC S7-300系列可编程控制器硬件系统、3.2 SIMATIC S7-300系列可编程控制器模块性能简述思路与练习、3.1 SIMATIC S7-300系列可编程控制器硬件系统、3 . 1 . 1 SIMATIC S7系列可编程控制器概述SIMATIC S7系列可编程控制器是由德国西门子公司于1995年在S5系列可编程控制器的基础上推出的一种性能价格更高的可编程控制器系统。其中，微型为SIMATIC S7-200系列，最小配置为8DI/6DO，可扩展27个模块，最大输入输出点为64 DI/DO和12AI/4AO；中小型为SIMATI

2、C S7-300系列；S7-400系列具有中高性能。SIMATIC S7系列可编程序控制器均为模块化，无排气扇结构，易于用户掌握，使S7系列可编程序控制器成为各种中小型性能要求和大型应用的首选。该系统为完成控制任务提供了一种方便、经济的解决方案。其中，S7-300近年来已广泛应用于特种机床、纺织机械、包装机械、通用机械工程应用、控制系统、机床、建筑自动化、电气制造业及相关行业。S7-300提供各种性能不断提高的中央处理器和丰富的输入输出扩展模块，具有许多方便的功能。各种功能模块能够很好地满足和适应自动控制任务，用户可以根据实际应用选择合适的模块。当控制任务增加且变得更加复杂时，可以随时增加额外

3、的模块来扩展可编程控制器，系统扩展灵活。SIMATIC S7-300系列可编程控制器已通过国内外标准认证，包括DIN认证、UL认证、CSA认证、FM1一级区：A、B、C、D组、T4温度组、船舶级认证等。SIMATIC S7-300的许多功能可以支持和帮助用户编程、启动和维护。其主要功能如下：(1)高速指令处理。0.10.6秒的指令处理时间在中低性能要求范围内开辟了一个全新的应用领域。浮点运算：这个函数可以有效地实现更复杂的算术运算。用户友好的参数分配：具有标准用户界面的软件工具可以将参数分配给所有模块。(2)人机界面。S7-300操作系统集成了便捷的人机界面服务，大大降低了人机对话的编程要求。

4、SIMATIC人机界面从S7-300获取数据，S7-300以用户指定的刷新率传输数据。S7-300操作系统自动处理数据传输。(3)诊断功能。中央处理器智能诊断系统可以持续监控系统是否正常运行，记录错误和特殊系统事件(如超时、模块更换等)。)。(4)密码保护。多级密码保护可以使用户高度有效地保护自己的技术秘密，防止未经授权的复制和修改。S7-300的操作模式选择开关可以像钥匙一样拔出。当拔出钥匙时，操作模式不能改变。这可以防止非法删除或重写用户程序。3.1.2西门子S7-300系列可编程控制器系统1的基本组成。SIMATIC S7-300系列可编程控制器的组成是模块化结构设计，各种独立模块可以广

5、泛组合和扩展。系统结构如图3.1所示。其主要部件有机架、电源模块、中央处理器模块、接口模块、信号模块和功能模块。它通过MPI网络接口直接与程控仪PG、操作面板OP和其它S7可编程控制器相连。图3.1 3.1 S7-300系列可编程控制器系统框图，(1)机架。导轨是安装S7-300模块的框架，是一种特殊的不锈钢异型板，长度为160、482、530、830和2000(mm)，可根据实际需要选择。电源模块、中央处理器和其他信号模块可以方便地安装在导轨上。除了中央处理器模块，每个信号模块都有一个总线连接器。安装时，先将总线连接器安装在中央处理器模块上，并将其固定在导轨上，然后依次安装每个模块，通过背板

6、总线将每个模块进行物理和电气连接。(2)电源模块。电源模块用于将SIMATIC S7-300连接到120/230伏交流电源或24/48/60/110伏DC电源。它通过电缆而不是背板总线与中央处理器模块和其他信号模块相连。(3)中央处理器模块。SIMATIC S7-300提供多种不同性能的CPU，以满足用户的不同需求，包括CPU312 IFM、CPU313、CPU314、CPU315、CPU315-2DP等。除了执行用户程序的主要任务外，中央处理器模块还为S7-300背板总线提供5 V DC电源，并通过MPI接口与其他中央处理器或编程设备进行通信。S7-300编程装置可以是西门子专用的编程器，如

7、PG705、PG720、PG740、PG760等。也可以由通用微机、STEP 7软件包、MPI卡和MPI编程电缆组成。(4)接口模块。接口模块用于在多机架配置中连接主机架和扩展机架。S7-300可通过分布式主机架(CR)和3个扩展机架(ER)运行多达32个模块。(5)信号模块。信号模块将不同的过程信号电平与S7-300的内部信号电平相匹配，主要包括数字输入模块SM321、数字输出模块SM322、模拟输入模块SM331和模拟输出模块SM332。每个信号模块都配有一个自编码螺旋式前连接器，外部过程信号可以方便地连接到信号模块的前连接器。特别是，其模拟输入模块是独一无二的，可以访问18个不同的信号，

8、如热电偶，热电阻，420毫安电流和010伏电压，并有广泛的输入范围。(6)功能模块(调频)。功能模块主要用于处理信号处理任务，具有较强的实时性和大量的存储仪表。例如，快速进给和慢速进给驱动定位模块FM351、电子凸轮控制模块FM352、步进电机定位模块FM353、伺服电机位置控制模块FM354、智能位置控制模块SINUMERIK FM-NC等。通信处理器是一种智能模块，用于可编程控制器或可编程控制器与其他设备之间的联网，实现数据共享。例如，带有RS-232C接口的CP340、带有现场总线的CP342-5 DP网络等。2.S7-300 S7-300的扩展能力为模块化组合结构。根据不同的应用对象，

9、可以选择不同的型号和不同数量的模块，这些模块可以安装在同一个机架(导轨)或多个机架上。与CPU312 IFM和CPU313匹配的模块只能安装在一个机架上。除了电源模块、中央处理器模块和接口模块之外，一个机架上最多可以安装8个信号模块或功能模块。CPU314/315/315-2DP最多可扩展到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3.2 S7-300机架和插槽图。0号机架的2号插槽始终装有中央处理器，1号插槽始终装有电源模块，3号插槽始终装有接口模块，411号插槽可以自由分配信号模块、功能模块和通信模块。应该注意，插槽号是相对

10、的，每个机架的导轨上没有物理插槽。发送接口模块IM360安装在0号机架的3号插槽中。它通过专用电缆将数据从IM360发送到具有接收功能的IM361。IM360和IM361之间的最大距离为10米。IM360和IM361具有指示系统状态和故障的发光二极管。如果中央处理器没有确认该机架，指示灯会闪烁。可能是连接电缆连接不正确，或者串联的IM361关闭。具有接收功能的接口模块IM361用于从S7-300的机架1延伸至机架3，并接收来自IM360至IM361的数据或通过连接电缆将数据从一个IM361传输至另一个IM361。IM361和IM361之间的最大距离也是10m。IM361不仅提供数据传输功能，还

11、将24 V DC电压转换为5 V DC电压，并为机架的背板总线提供5 V DC电源，电源输出电流不超过0.8a。0号机架上的5 V DC电源由中央处理器模块产生，CPU313/314/315的电源电流不超过1.2 A，CPU312 IFM的电源电流不超过.因此，每个机架中可安装的模块数量受到背板总线的5伏电源电流的限制，即每个机架中每个模块消耗的5伏电流之和应小于机架的最大电源电流。如果仅扩展两个机架，则可以选择一对经济的IM365接口模块，它们通过长度为1 m的连接电缆相互固定连接.IM365不提供5伏直流电源。此时，两个机架上5伏DC的总电流消耗限制在1.2安.由于IM365不能为机架1提

12、供通信总线，只能在机架1上安装信号模块，不能安装其他智能模块，如通信。3.S7-300模块地址的确定根据机架上模块的类型，地址可以是输入(1)或输出(0)。数字输入输出模块的每个插槽分为4个字节(相当于32个输入输出点)。模拟输入输出模块的每个插槽分为16 B(等于8个模拟通道)，每个模拟输入通道或输出通道的地址总是一个字地址。表3.1显示了S7-300信号模板的起始地址。表3.1起始地址3.1 S7-300信号模板，机架0的第一个信号模块插槽(插槽4)的地址为0.03.7，16点输入模块仅占用地址0.01.7，地址2.03.7未使用。数字量模块中输入点和输出点的地址由字节部分和位部分组成。例

13、如，在图3.3中，四个信号模块安装在两个机架上。SM321安装在0框4槽中，16位数字量的输入地址为0.0、0.1、0.7、1.0、1.1、1.7；SM331安装在0个机架上，有5个插槽，4个模拟输入字的地址为272，274，276，278；SM322安装在一个带有四个插槽的框架中，16位数字量的输出地址为32.0、32.1、32.7、33.0、33.1、33.7；SM332安装在5插槽机架中，四个模拟输出字的地址是400、402、404、406。图3.3模块地址示意图，4。S7-300可编程控制器存储区，图3.4 S7-300存储区示意图。(1)系统存储区：用于存储操作数据(输入输出、位存储

14、、定时器、计数器等)的ram类型。)。(2)加载存储区：物理上，它是中央处理器模块内存的一部分，加上内置的可编程只读存储器或可选的可拆卸可编程只读存储器卡，用于存储用户程序。(3)工作存储区：物理上占用中央处理器模块内存的一部分，其存储内容是中央处理器运行时执行的用户程序单元(逻辑块和数据块)的副本。中央处理器工作存储区还安排一定数量的临时本地数据存储区或调用程序块的L栈。当程序块工作时，l栈中的数据是有效的，并且一直保持有效。当一个新的块被调用时，l栈被重新分配。图3.4还显示了S7中央处理器中有两个累加器、两个地址寄存器、两个块地址寄存器和一个状态字寄存器。可由中央处理器程序访问的存储区域

15、是所有系统存储区域、工作存储区域中的数据块数据库、临时本地数据存储区域、外围输入/输出存储区域等。其功能见表3.2。外围输入(PI)和外围输出(PQ)的存储区域不仅与中央处理器型号有关，还与特定的可编程逻辑控制器应用系统的模块配置有关，最大范围为64 KB。中央处理器可以通过输入输出处理图像存储区(图像表)访问输入输出端口。输入图像表128 B是外围输入存储区域(PI)的头128 B的图像，当在中央处理器周期扫描中读取输入状态时加载该图像。输出映射表128 B是外围输出存储区的头128 B的映射。在写入和输出时，中央处理器可以直接将数据输出到外围输出存储区(PQ)，或者将数据传输到输出映射表。

16、当中央处理器周期性地扫描和更新输出状态时，输出映射表的值被传送到物理输出。模拟模块的最小地址已经超过了输入输出映射表128 B的最大值，因此只能通过外围输入输出存储区以字节、字或双字的形式直接访问，不能使用输入输出映射表进行数据输入输出。而开关模块可以通过输入输出映射表或外围输入输出存储区输入输出数据。表3.2程序的可访问存储区和功能，3.2简介3.2 SIMATIC S7-300系列可编程控制器模块性能，3.2.1中央处理器模块S7-300包括CPU312 IFM、CPU313、CPU314、CPU314 IFM、CPU315/315-2DP、CPU316-2DP和cpu318 CPU312

17、 IFM和CPU314 IFM是具有集成数字和模拟输入/输出的紧凑型中央处理器，用于需要的设备CPU313、CPU314和CPU315模块上没有集成的输入/输出端口，它们的存储容量、指令执行速度、可扩展的输入/输出点、计数器/定时器数和软件块数随着序列号的增加而增加。CPU315-2DP、CPU316-2DP和CPU318-2DP均具有现场总线扩展功能。用梯形图、功能块FBD或语句表STL编写的中央处理器程序。1.中央处理器模块概述表3.3列出了一些中央处理器的主要特征，包括内存容量、指令执行时间、最大输入/输出点以及各种编程元素(位内存、计数器、定时器、可调用块)的数量等。表3.3中央处理器

18、的主要特性，表3.3中央处理器的主要特性，下面简要介绍每个模块。(1) cpu312ifm: cpu312ifm是一款小型设备的紧凑型cpu，不采用模拟技术，模块上的数字I/O端口允许直接与过程连接。中央处理器312的内部存储器具有6 KB的内置随机存取存储器(或大约2 K的指令)，并且其加载存储器是20 KB的内置随机存取存储器和20 KB的可编程只读存储器。指令执行速度为600 ns/二进制指令。在中央处理器312的IFM上集成了10个数字输入端子，其中I124.6、I124.7、I125.1和I125.1提供了中断输入、计数器和频率计等特殊功能。在DC 24 V额定输入电压下，标准输入延迟的典型/最大时间为3/5 ms，中断输入的最大延迟时间为50 s，计数器的最大输入延迟时间为50 s.CPU312 IFM上集成了六个数字输出端子，额定负载电压为DC 24 V，额定负载电流为0.5 A.CPU312 IFM的S7-300扩展模块只能安装在一个机