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第五章 S7-300 PLC的硬件与组态
一、S7-300 PLC的系统组成
第一节 S7-300 PLC的系统结构
1.S7-300在家族中的低位
中高端应用
S7-400
编程设备
STEP7软件
通讯
人机界面
多才多艺的通用型PLC
面向系统解决方案
销售额首屈一指
中低端应用
S7-300
低端应用
S7-200
2.S7-300系统组成
导轨
中央处理单元 (CPU)
信号模块(SM)
功能模块(FM)
接口模块(IM)
通讯模块(CP)
电源单元 (PS)
返回本节
导轨
PS
电源模块
CPU
IM
接口模块
SM:
DI
SM:
DO
SM:
AI
SM:
AO
FM:
- 计数
- 定位
- 闭环控制
CP:
- 点-到-点
- PROFIBUS
- 工业以太网
系统背版总线
导轨（机架）
S7-300模块
多机架的S7-300PLC
CPU 315-2DP模块
（1）模式选择开关：CPU面板上的模式选择开关用于设置 CPU 的操作模式。CPU一般有三种（RUN、STOP、MRES）或四种（RUN、STOP、MRES、RUN-P）工作模式，有些模式选择开关可通过专用钥匙旋转控制，另外一些可直接用手上下滑动控制。
（2）指示灯：CPU面板上的指示灯用来显示当前的状态和错误。
（3）MPI通讯接口
（4）DP通讯接口
（5）电源接线端子
（6）电池盒
二、S7-300 PLC的模块简介
1.CPU模块
2.电源模块
PS 305户外型电源模块
采用直流供电，输出为24V直流。
PS307标准电源模块
PS307（2A）
PS307（5A）
PS307（10A）
PS 305 2A
365 - 0BA01- 0AA0
X 2 3 4
PS307 5A
DC 5V
VOLTAGE SELECTOR
ON OFF
50mm
PS 307 5A
307 - 1BA00- 0AA0
PS307 5A
X 2 3 4
DC 5V
VOLTAGE SELECTOR
ON OFF
80mm
307 - 1BA00- 0AA0
PS307 5A
X 2 3 4
DC 5V
VOLTAGE SELECTOR
ON OFF
PS 307 10A
200mm
PS 307 2A
307 - 1BA00- 0AA0
PS307 5A
X 2 3 4
DC 5V
VOLTAGE SELECTOR
ON OFF
80mm
信号模块是联系外部现场设备和CPU模块的桥梁。信号模块包括数字量（或开关量）输入（DI）模块、数字量输出（DO）模块、数字量输入/输出(DI/DO)模块、模拟量输入（AI）模块、模拟量输出(AO)模块和模拟量输入输出/模块(AI/AO)。
（1）数字量输入模块
SM321数字量输入模块用于连接外部的按钮、选择开关、接近开关等。数字量输入模块将从现场来的数字信号电平转换为PLC内部的信号电平，经过光电隔离和滤波后，送到输入缓冲区等待CPU采样，采样后的信号状态经过背板总线送到输入印象寄存器区。
根据输入信号所使用的电压种类和输入点数不同，SM321主要有四种数字量输入模块：DI16X24VDC、DI32X24VDC、DI32X120VAC 、DI8X120/230VAC 。
3.信号模块
（2）数字量输出模块
SM322数字量输出模块用于驱动电磁阀、接触器线圈、小功率电动机、指示灯等负载。数字量输出模块将S7-300 PLC的内部信号电平转换为控制过程所需要的外部信号电平，同时有隔离和功率放大的作用。
按照负载回路所使用的电源可将数字量输出模块分为直流输出模块、交流输出模块和交直流输出模块三种。
按照输出开关器件的不同可将数字量输出模块分为晶体管输出、可控硅输出和继电器输出方式。晶体管输出模块响应速度快，适用于电磁阀和直流接触器，并且仅用于直流输出，输出电压范围很小。可控硅输出模块可以驱动交流电磁阀、交流接触器和指示灯等交流负载，响应速度较慢，但是无触点，寿命长。继电器输出模块对负载电压的范围很宽，响应速度慢，但是隔离效果好，并且输出可以使用交流，也可以使用直流。
（3）数字量输入/输出模块
SM323是S7-300的数字量输入偷出模块，它有两种型号可供选择。一种是8点输入和8点输出的模块，输入点和输出点均只有一个公共端。另外一种有16点输入（8点1组）和16点输出(8点1组)。输入、输出的额定电压均为DC 24 V，输入电流为7 mA，最大输出电流为0.5A，每组总输出电流为4A。输入电路和输出电路通过光耦合器与背板总线相连，输出电路为晶体管型，有电子保护功能。
（4）模拟量输入模块
模拟量输入模块用于将模拟量信号转换为CPU内部处理用的数字信号，其主要组成部分是A/D转换器。模拟量输入模块的输入信号一般是模拟量变送器输出的标准直流电压、电流信号。例如DC 0~10 V和DC 4～20 mA。
为了增强PLC的功能，扩大其应用领域，减轻CPU的负担，PLC厂家开发了各种各样的功能模块（简称为FM）。他们主要用于完成某些对实时性和存储容量要求很高的控制任务，例如高速计数器、位置控制和闭环控制等。
（5）模拟量输出模块
SM332模拟量输出模块用于将CPU传送给它的数字量转换为成比例的电流信号或电压信号，对执行机构进行调节或控制，其重要组成部分是D/A转换器。
（6）模拟量输入/输出模块
常用的模拟量输入/输出模块有SM334和SM335。SM334主要有两种型号：AI4/AO2X8位和AI4/AO2X12位。SM335提供4个快速模拟量输入通道/4个快速模拟量输出通道。
4.功能模块
5.接口模块
接口模块（简称为IM）用来实现中央机架与扩展机架之间的通信，有的接口模块还可以为扩展机架供电。
双机架接口模块IM365
IM365发送模块
IM365接收模块。
多机架接口模块
IM360:用于发送数据
IM361:用于接收数据
360 - 3CA01- 0AA0
IM 360
X 2 3 4
SF
DC 5V
360 - 3CA01- 0AA0
IM 360
X 2 3 4
SF
DC 5V
365 - 0BA01- 0AA0
IM 365 RECEIVE
X 2 3 4
S7-300机架安装形式
单机架组态
多机架组态
通信处理模块（简称为CP）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S7-300接入以太网、MPI、PROFIBUS-DP和AS-I，或者用于实现点对点通信等，其附件为连接电缆。
常用的通信处理模块有用于建立点对点高速连接的CP341，用于PROFIBUS-DP现场总线的CP342-5模块，用于PROFIBUS-FMS现场总线的CP343-5模块。这三个模块在机架上可以任意放置，系统可以自动分配模块的地址。
5.通信处理模块
三、 I/Ｏ模块的地址分配
S7-300的信号模块的地址范围与模块所在的机架号和槽号有关，模块内各I/O点的位地址或通道地址与信号线接在模块上的哪个端子有关。
1.S7-300数字量模块位地址的确定
S7-300的数字量（或开关量）地址由地址标识符、地址的字节部分和位部分组成，一个字节由0～7这8位组成。地址标识符I表示输入，Q表示输出，M表示位存储器。
例如I2.5是一个数字量的输入地址，小数点前面的2是地址的字节部分，小数点后面的5 表示这个输入点是2号字节中的第5位。
Q3.7是一个数字量的输出地址，小数点前面的3是地址的字节部分，小数点后面的7 表示这个输出点是3号字节中的第7位。
数字量除了按位寻址外，还可以按字节、字、双字寻址。例如数字量输入I1.0～I1.7组成一个输入字节IB1；字节IB2～IB3组成一个输入字IW2，其中IB2为高位字节；IB2～IB5组成一个输入双字ID2，其中的IB2为最高位的字节。
2.S7-300数字量模块地址的确定
3.S7-300模拟量模块地址的确定
四、将模拟量输入模块的输出值转换为实际的物理值
模拟量输入/输出模块中模拟量对应的数字称为模拟值。
【例5-1】压力变送器的量程为0～10 MPa，输出信号为4～20 mA，模拟量输入模块的量程为4～20 mA，转换后的数字量为0～27648，设转换后得到的数字为N，试求以kPa为单位的压力值。
解：
0～10 MPa(0～10000 kPa)对应于转换后的数字0～27648，
转换公式为
【例5-2】某温度变送器的量程为-100oC～500oC，输出信号为4～20 mA，模拟量输入模块将0～20 mA的电流信号转换为数字0～27648，设转换后得到的数字为N，试求以0.1oC单位的温度值。
解：
4～20 mA的模拟量对应于数字量5530～27648，即单位为0.1oC的温度值 -1000oC～5000oC 对应于数字量5530～27648，根据比例关系，得出温度T的计算公式应为
第二节 STEP 7编程软件的使用
一、SIMATIC管理器
图 STEP 7 工具
项目结构视图
项目对象视图
图 SIMATIC管理器界面
二、项目的创建
图 新建项目向导
图 选择CPU型号
图 选择组织块及编程语言
图 项目命名
图 新建项目对话框
三、STEP7与PLC通信连接的组态
图 设置PG/PC接口对话框
图 安装/删除接口对话框
图 PC Adapter属性对话框
图 网络检测
四、硬件组态
机架
硬件组态窗口
硬件信息显示窗口
硬件目录
图 硬件组态窗口
五、生成梯形图
六、用PLCSIM调试程序

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