第4章+PLC的硬件设计.ppt

1、2020/9/26,第4章 PLC的硬件设计,1/36,S7-300/400硬件模块,S7-300/400属于模块式PLC，主要由机架、电源模块、CPU模块、信号模块、通信模块、功能模块、接口模块等组成，所有模块均安装在机架上。,3,1,2,4,S7-400系列PLC 1-电源 2- CPU 3-信号模块 4-机架,3,2,S7-300系列PLC 1-电源 2-CPU 3-信号模块 4-机架,1,4,2020/9/26,第4章 PLC的硬件设计,2/36,机架,S7-300 机架,S7-400 机架,1. 中央机架 中央机架带有K总线（串行通讯总线）和P总线（并行I/O总线），可以安装CPU模

2、块、信号模块、通信模块、功能模块和接口模块等。 2. 扩展机架 扩展机架只带有P总线，不能安装需要K总线通讯的功能模块和通信模块。 3. 通用机架 通用机架带有K总线和P总线，既可以用于中央机架也可以用于扩展机架，在扩展机架上也可以安装功能模块和通信模块。,五种不同的长度： 160毫米，482毫米，530毫米，830毫米，2000毫米,2020/9/26,第4章 PLC的硬件设计,3/36,电源模块 （PS，Power Supply）,S7-300 电源模块,S7-400 电源模块,2020/9/26,第4章 PLC的硬件设计,4/36,S7-300系列CPU的类型,通用型 S7-312S7-

3、319 实现计算、逻辑处理、定时、通信等CPU的基本功能。 紧凑型 S7-300C CPU集成了输入/输出端口、高速计数器、简单定位和脉冲输出等功能，适用于对处理能力有较高要求的中小型设备的控制。 故障安全型 S7-300F CPU经过TUV（技术监督学会）组织的认证，可以组态为一个故障安全型自动化系统。当发生故障时，确保控制系统切换到安全的模式，用于对安全要求较高的设备。 技术功能型 S7-300T 具有智能技术/ 运动控制功能的SIMATIC CPU。 宽温型 S7-300SIPLUS 水平安装-25 60 ，垂直安装-25 40 。,CPU 315T -2DP,CPU313C,CPU31

4、5-2DP,CPU 317F -2DP,2020/9/26,第4章 PLC的硬件设计,5/36,S7-400系列CPU的特色,可在运行中更改组态 在操作过程中，可修改S7-400的分布式I/O组态。 热插拔 可带电连接和断开信号模块（热插拔）。这使得扩展系统非常容易，在发生故障时方便更换模块。 冗余结构 S7-400H是附带两个同类型H-CPU的控制器，所有的重要部件都是冗余配置。在发生故障时，可从主站系统切换至备用站。适用于要求高可用性的、具有热备份的控制过程（即切换时间不超过100 ms 的过程）。,CPU400H,2020/9/26,第4章 PLC的硬件设计,6/36,S7-300/40

5、0CPU面板,1-模式选择器 STOP 停止模式 RUN 运行模式 MRES 模块复位（Module Reset），CPU清除硬件组态信息和用户程序。,3-指示灯 SF（红色）= 系统错误，CPU内部错误或带诊断功能模块错误 BF（红色）= 总线错误，（带DP接口的CPU） BATF（红色）= 电池故障，备份电池电量不足或不存在 DC5V（绿色）= 内部5VDC电压指示 FRCE（黄色）= 强制有效，指示至少有一个输入或输出被强制 RUN（绿色）= 当CPU启动时闪烁，在运行模式下常亮 STOP（黄色）= 在停止模式下常亮；存储器复位时闪烁,2-存储器卡 S7-300CPU由于内部没有集成装载

6、存储器，因此CPU必须插入一个MMC，其类型为Flash Memory（非易失存储器），否则无法工作。 S7-400CPU内部集成了装载存储器，其类型为RAM（易失存储器）。需要保存用户程序在掉电的情况下不丢失，可以插入Flash Memory卡。,4-MPI接口 多点接口MPI（Multipoint Interface）用于CPU与编程设备的连接，或用于MPI网络的通讯。,5-DP接口 部分CPU集成了DP通讯接口，CPU型号为CPU31X-2DP或CPU41X-2DP，表明该CPU有两个接口，除了MPI接口外，另一个为DP接口。DP接口用于将分布式I/O通过现场总线PROFIBUS-DP网

7、络连接到CPU。,注意：对于模式选择器是旋转钥匙开关的CPU，处于RUN运行模式时，不能向CPU下载组态数据和程序。只有在RUN-P 模式下，CPU执行用户程序，并可以向CPU下载组态数据和程序。,2020/9/26,第4章 PLC的硬件设计,7/36,接口模块 （IM，Interface Modulel）,CPU模块所在的机架称为中央机架，如果一个机架不能容纳控制系统的全部模块，可以增设一个或多个扩展机架。在中央机架上安装的接口模块为IMS（发送器），在扩展机架上安装的接口模块为IMR（接收器）。,IM360和IM361 IM460-0和IM461-0,2020/9/26,第4章 PLC的硬

8、件设计,8/36,PLC的扩展能力,S7-300的扩展能力,S7-400的扩展能力,S7-400系列PLC最多可以扩展21个机架。在中央机架最多可插入6个IMS模块，每个IMS有2个接口，每个接口最多可支持4个IMR模块。S7-400CPU的最大扩展能力为300多个模块。,2020/9/26,第4章 PLC的硬件设计,9/36,信号模块（SM，Signal Module）,数字量输入模块DI 数字量输出模块DO 数字量输入/输出模块DI/DO （S7-300系列 ） 模拟量输入模块AI 模拟量输出模块AO 模拟量输入/输出模块AI/AO （S7-300系列 ） 前连接器,S7-300 信号模块

9、 及前连接器,S7-400 信号模块 及前连接器,2020/9/26,第4章 PLC的硬件设计,10/36,通信模块（CP，Communication Processor）,用于PLC之间、PLC与远程I/O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MPI、PROFIBUS-DP、AS-i和工业以太网，或者用于实现点对点通信。 用于PROFIBUS-DP网络的CP342-5和CP443-5扩展型 用于工业以太网的CP343-1和CP443-1 用于AS-i网络的CP343-2,CP343-1,CP342-5,CP443-1,CP443-5扩展型,2020/9/26,第4章

10、PLC的硬件设计,11/36,功能模块（FM，Function Module）,功能模块负责处理那些CPU通常无法以规定速度执行的任务，例如高速脉冲计数、定位控制、闭环控制或驱动控制等，从而释放CPU资源用于其它重要的过程控制任务。,FM350计数器模块,FM351定位模块,FM352电子凸轮控制器,FM355闭环控制模块,2020/9/26,第4章 PLC的硬件设计,12/36,仿真器模块,有些场合调试程序时没有现场的I/O信号，可以使用仿真器模块替代现场的信号。SM374上有16个开关和16个LED灯，通过功能选择开关可以使其工作在三种模式下： （1）16个输入点，此时16个开关有效。 （

11、2）16个输出点，此时16个LED灯有效。 （3）8个输入点和8个输出点，此时下半部分的8个开关和上半部分的8个LED灯有效。,功能选择开关,2020/9/26,第4章 PLC的硬件设计,13/36,硬件安装,S7-300的部件,2020/9/26,第4章 PLC的硬件设计,14/36,S7-300的安装位置,根据安装位置不同，可编程控制器的控制柜的环境温度要求如下： 垂直装配 0至40 水平装配 0至60,机架在控制柜中的最小安装间距： 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,2020/9/26,第4章 PLC的硬件设计,15/36,更换模块,

12、更换S7-300的SM模块: 1. 将CPU处于“STOP”模式，并切断该模块的负载电源 2. 先取下前连接器，再拧松模块的固定螺钉拆下模块 3. 更换同型号的新模块，在插入原前连接器之前，应将前连接器上面的编码块拔下来,更换S7-400的SM模块 : S7-400PLC允许带电插拔I/O模块，但要确保用户程序允许在RUN模式下更换模块。更换模块时会产生插/拔模块中断，用户需要编写OB83处理中断，为新模块分配参数，使其投入运行。,2020/9/26,第4章 PLC的硬件设计,16/36,硬件组态,硬件组态包括两部分的内容，“组态硬件模块”和“配置模块参数”。 组态硬件模块在STEP7软件的“

13、硬件配置”工具中模拟真实的PLC硬件系统，将工程项目中选用的电源、CPU、信号模块（SM）、功能模块（FM）、通信处理器模块（CP）以及分布式I/O模块等硬件设备安装到表示机架的组态表中。 配置模块参数对PLC硬件模块属性以及网络通信参数等进行设置。例如：设置CPU的中断系统，设置SM模块的I/O地址，设置网络通信速率及各站地址等。,2020/9/26,第4章 PLC的硬件设计,17/36,双击,启动硬件组态编辑器,打开“硬件目录”,2020/9/26,第4章 PLC的硬件设计,18/36,安装机架,2020/9/26,第4章 PLC的硬件设计,19/36,安装模块,订货号,2020/9/26

14、,第4章 PLC的硬件设计,20/36,配置CPU的属性,“常规”标签,2020/9/26,第4章 PLC的硬件设计,21/36,配置CPU的属性,“启动”标签,2020/9/26,第4章 PLC的硬件设计,22/36,配置CPU的属性,“周期/时钟存储器 ”标签,2020/9/26,第4章 PLC的硬件设计,23/36,配置CPU的属性,“保存存储器”标签,2020/9/26,第4章 PLC的硬件设计,24/36,配置CPU的属性,“保护”标签,早期的CPU314,新型的CPU315-2DP,2020/9/26,第4章 PLC的硬件设计,25/36,S7-300 DI/DO 固定的编址方式,

15、2020/9/26,第4章 PLC的硬件设计,26/36,可变的编址方式,双击,2020/9/26,第4章 PLC的硬件设计,27/36,配置输入/输出属性,2020/9/26,第4章 PLC的硬件设计,28/36,保存组态参数 将组态下载到CPU,2020/9/26,第4章 PLC的硬件设计,29/36,快速硬件组态,选择模块的订货号,2020/9/26,第4章 PLC的硬件设计,30/36,复位CPU和暖启动,1. S7-400CPU和带钥匙开关的S7-300CPU 通过钥匙开关进行复位，删除用户程序块及硬件配置信息。复位步骤如下： 把钥匙开关放在“STOP”位置 把钥匙开关保持在“MRE

16、S”位置，直到“STOP”指示灯闪烁两次（慢速） 松开钥匙开关（自动回到“STOP”位置） 再把钥匙开关快速拨回“MRES”位置然后松开（STOP指示灯快速闪烁表示模块正在复位） 把钥匙开关拨到“RUN”或“RUN-P”位置，实现暖启动,2020/9/26,第4章 PLC的硬件设计,31/36,复位CPU和暖启动,2. 插有微存储器卡（MMC）的S7-300CPU 对于新型的CPU，需要在线删除MMC的内容。删除方法如下： 在SIMATIC Manager窗口中选中块文件夹，点击“在线”按钮显示当前CPU中的程序块，选中用户程序删除。,S打头的程序块（如SFC、SFB）是出厂时已经固化在CPU中的标准子程序块，用户是无法删除的。 “系统数据”是硬件配置信息。,2020/9/26,第4章 PLC的硬件设计,32/36,自动生产线硬件设计,物料灌装自动生产线的硬件模块选择与配置,2020/9/26,第4章 PLC的硬件设计,33/36,物料灌装自