1、7.3 S7-300硬件介绍SIMATIC S7-300是一种通用型 PLC，满足中、小规模的控制要求，适用于自动化工程中的各种场合，尤其是在生产制造工程中有广泛的应用。模块化、无排风扇结构、易于实现分布式的配置以及用户易于掌握等特点，使得 S7-300在很多工业行业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。S7-300采用紧凑的、无槽位限制的模块化组合结构，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。一、 S7-300主要组成部分S7-300主要组成部分有：机架（ RACK）、电源模块（ PS）、中央处理单元模块（
2、CPU）、信号模块（ SM）、功能模块（ FM），还可加上接口模块（ IM）和通信模块（ CP）。如图所示。1. 机架用于安装和连接 PLC系统的所有模块。 S7-300 PLC的机架是一种 DIN标准导轨，即特制不锈钢异型板，如图所示。厦门大学物理与机电工程学院各模块安装在导轨上，并用螺钉固定。机架中没有背板总线，背板总线集成在模块上，通过模块背面的背板总线连接器将各个模块逐个连接，除了电源、 CPU和接口模块外，每个机架上最多只能安装 8个信号模块或功能模块，每个模块只占用一个槽号。S7-300 PLC的机架按照长度的不同有 160mm，482mm， 530mm， 830mm,2000五种
3、，可根据实际需要选择，也可以切割成任意尺寸，以便于安装。S7-300 PLC的机架按功能分为中央机架和扩展机架。一个 S7-300站最多可使用 1个中央机架和 3个扩展机架，通过接口模块（ IM）连接，将背板总线从上一个机架扩展到下一个机架。机架的选型由所使用的模块的总宽度决定。2.电源模块S7-300 PLC的电源模块如图所示，将电源电压转换为 DC 24V工作电压，为 CPU和外围控制电路，甚至负载提供可靠的电源。 CPU和扩展接口模块将 24V电源转换为 5V电源，给背板总线供电。通过背板总线， CPU监控所有与背板总线连接的接口模块。电源模块上有 LED指示灯来指示电源状态，输出电压为
4、24V时，绿色 LED灯亮，输出过载时， LED灯闪烁。输出电流大于 13A时，电压跌落，跌落后自动恢复。输出短路时，输出电压消失，短路消失后，电压自动恢复。S7-300 PLC的电源模块具有 4种型号， PS305（ 2A）， PS307（ 2A）， PS307（ 5A）和 PS307（ 10A）。按照不同的标准可以划分为以下几类，（ 1）按输入电压分类，有直流输入 DC24到 110V型和交流输入 AC120/230V型，其中 PS305（ 2A）为直流输入 DC24到 110V型，交流输入 AC120/230V型包括 PS307（ 2A）， PS307（ 5A）和 PS307（ 10A）
5、。按输出电流分类可以分为 2A型， 5A型， 10A型。在电源模块选型时需要注意的事项如下：电源模块安装在 DIN导轨上的插槽 1，用电源连接器连接到 CPU或接口模块上。CPU和扩展接口模块后面最多可以连接 8个模块， 8个模块消耗背板总线的总电流不能超过 CPU和扩展接口模块的输出电流。3.CPU模块SIMATIC S7-300提供了多种不同性能的 CPU模块，以满足用户不同的要求。S7-300的 CPU模块种类有 CPU 312、 313、 314、315、 317、 319，按照功能主要分为 4种类型，标准型、紧凑型、技术功能型和故障安全型。每一种类型的 CPU在这里不再赘述。每一种类
6、型的 CPU都对应一个型号，我们实验室配置的 CPU是 314C-2PN/DP。CPU技术指标主要包括 CPU的内存空间、计算速度、通信资源和编程资源。 CPU模块一般包括：后备电池、 DC24V连接器、模式选择开关、状态及故障指示器、 RS485编程接口、 MPI。 CPU313以上产品还配有存储卡 (MMC)。部分 CPU还配置有PROFIBUS DP、 PROFINET或 PtP串行通信接口。有的 CPU还集成有数字量和模拟量 I/O通道。CPU有以下几种运行模式：（ 1） RUN-P：称为可编程运行模式，部分 CPU有这种模式。在此模式下， CPU不仅可以执行用户程序，在运行的同时，还
7、可以通过编程设备读出、修改、监控用户程序。（ 2） RUN：称为运行模式。在此模式下， CPU不仅执行用户程序，还可以通过编程设备读出、监控用户程序，但是不能修改用户程序。（ 3） STOP：称为停机模式。在此模式下， CPU不执行用户程序，但可以通过编程设备从 CPU中读出或修改用户程序。（ 4） MRES：称为存储器复位模式。该位置不能保持，当开关在此位置释放时将自动返回到 STOP位置。从 STOP模式切换到 MRES模式时，可复位存储器，使 CPU回到初始状态。4.接口模块 （ IM）接口模块用于多机架配置时连接主机架（或称中央机架， CR）和扩展机架（ ER）。 S7-300的接口模
8、块种类有 IM 360、 IM 361、 IM 365等。接口模块安装在 CPU的右面，一个机架上最多插 8个模块（信号模块、功能模块、通讯处理器）最多可以扩展 32个模块（蓝色），如图所示。5.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，它提供不同的过程信号电压或电流与外部设备连接，并通过信号调理，使其实现与CPU的信号连接。CPU模块内部的工作电压是直流 5V，而 I/O模块的信号与之独立且不同，一般为一些标准电压或电流，例如直流 24V、 420mA等。由于 I/O信号引入的电压和干扰可能损坏 CPU模块中的元器件，或使 PL C不能正常工作，因此，
9、信号模块除了传递信号外，还有电平转换与隔离的作用。在信号模块中，用光耦合器、光敏晶闸管、小型继电器等器件来隔离PLC的内部电路和外部的输入、输出电路。6.功能模块（ FM）功能模块主要可以实现某些特殊应用，这些功能应用单靠 CPU无法实现或不容易实现。功能模块集成处理器，可以独立处理与应用相关的功能。对于没有集成 I/O点的 S7-300CPU而言，使用时除了扩展I/O模块外，还需要扩展相应的功能模块。 S7-300的功能模块主要包括计数器模块、位置控制与位置检测模块和闭环控制模块。7.通信模块（ CP）通信模块称为通信处理器（ Communication Processor,CP），它们提供
10、与网络之间的物理连接，负责建立网络连接并通过网络进行数据通信，提供 CPU和用户程序所需的必要通信服务，还可以减轻 CPU的通信任务负荷。二、西门子工业网络随着计算机技术和网络技术的飞速发展，工业自动化水平的不断提高，分布式控制系统在工厂自动化和过程自动化中的应用迅速增长，工业控制网络已经成为现代工业控制系统中不可或缺的组成部分。从计算机、 PLC、人机界面到现场驱动器、 I/O设备，工业网络通信技术无处不在。西门子于 1996年提出全集成自动化技术（ Totally Integrated Automation, TIA） ,是西门子自动化技术与产品的核心思想和主导理念。 TIA将所有的设备和
11、系统完整、彻底地嵌入到一个自动控制解决方案中，其核心理念是采用共同的组态和编程、共同的数据管理和共同的通信，其概念可如图所示。 TIA将全集成自动化体系结构分为四个自动化层次：管理层、运行层、控制层及现场层。SIMATIC NET是西门子工业通信网络解决方案的统称，可以分为两类网络类型：第一类为符合国际标准通信网络类型这类网络性能优异、功能强大、互连性好，但应用复杂，软硬件投资成本高，网络类型如表所示。第二类为西门子专有通信网络类型这类网路开发应用方便、软硬件投资成本低，但与国际标准通信网络类型比较，性能、互联性都低于以上标准，网络类型如表所示。三、 PLC控制系统本讲我们概述了 PLC的基础知识，帮助你先认识 PLC，在后续的学习中 ，获取资料、软件及帮助可以到西门子自动化的中文网站（http:/ PLC资料。1. 在该网站的主页中单击“支持中心”，然后单击“下载中心（技术文档 /软件 /产品资料）”，就可以进入各种工控产品的中英文说明书、使用手册、产品介绍和相关软件的下载页面，也可以直接访问网站的 download页面，也可以在网站 http:/
