S7-300PLC_硬件課程資料

1、 S7-300 PLC系統(tǒng)硬件一、S7-300 系統(tǒng)硬件主要包括以下幾個部分：1、 信號處理模塊；2、 接口模塊；3、 功能模塊；4、 CPU 中央處理器；5、 通訊處理器6、 通訊網(wǎng)卡7、 工程師、操作員站和操作屏二、硬件詳細(xì)介紹2.1信號處理模塊n 信號處理模塊主要分為四類：開關(guān)量輸入DI、開關(guān)量輸出DO、模擬量輸入AI、模擬量輸出AOn 經(jīng)常使用的開關(guān)量輸入模塊名稱和性能ü SM321 16點輸入，24V DC；13-30V 為信號1；-305V為信號0；ü SM321 16點輸入，120V/230V AC；79-264V 為信號1；040V為信號0；n 經(jīng)常使用的開

2、關(guān)量輸出模塊名稱和性能ü SM322 16點輸出，24V DC；信號1時輸出L+-0.8V；每通道的最大輸出電流0.5A; 阻性負(fù)載的最高輸出頻率100HZ,感性為0.5HZ;帶短路電子保護；ü SM322 8點輸出，繼電器接點；信號1時輸出接點閉合；信號0時輸出接點斷開；接點容量8A（230V AC）或5A （24V DC）；n 經(jīng)常使用的模擬量輸入模塊名稱和性能ü SM331 8點模擬量輸入；用于電阻測量時，為4點；ü 輸入信號類型：電壓 +-80毫伏; +-250毫伏;+-500毫 伏;+-1V;+-2.5V;+-5V;1-5V;+-10V;電流

3、+-10毫安;+-20毫安;0-20毫安;4-20毫安;電阻 150歐姆;300歐姆;600歐姆熱電偶 E,N,J,K型熱電阻 Pt100 標(biāo)準(zhǔn),Ni100標(biāo)準(zhǔn)ü 分辨率:14位 n 經(jīng)常使用的模擬量輸出模塊名稱和性能ü SM332 4點模擬量輸出;ü 信號類型：電壓輸出0-10V；+-10V；1-5V； 電流輸出4-20mA；+-20mA；0-20mAü 分辨率:12位2.2接口模塊n 接口模塊主要用于連接多機架的PLC系統(tǒng)，即一個S7-300 PLC系統(tǒng)的信號模塊如果超過8塊，就必須配置接口模塊進(jìn)行擴展。n 經(jīng)常使用的接口模塊名稱和性能ü

4、IM360/IM361 接口模塊是最為理想的擴展方案；ü IM360插入到CR（中央機架，CPU所在的機架）；ü IM361插入到ER（擴展機架，擴展信號模塊所在的機架）；ü 使用IM360/IM361 接口模塊最多可以擴展3個機架，既一個傳統(tǒng)的PLC系統(tǒng)最多處理32個信號模塊；2.3功能模塊 n 計數(shù)器模塊；可直接連接增量編碼器，實現(xiàn)連續(xù)、單向和循環(huán)記數(shù)；n 步進(jìn)電機控制模塊；和步進(jìn)電機配套使用，實現(xiàn)設(shè)備的定位任務(wù)；n PID控制模塊；實現(xiàn)溫度、壓力和流量等的閉環(huán)控制2.4 CPU 中央處理器 n S7-300總共有8種不同的CPU；n CPU312 IFM ，

5、帶集成的數(shù)字輸入/輸出的緊湊型CPU，用于帶或不帶模擬量的小系統(tǒng)，最多8個模塊；n CPU313用于有更多編程要求的小型設(shè)備；n CPU314IFM，帶有集成的數(shù)字和模擬輸入/輸出的緊湊型CPU；n CPU 314 用于安裝中等規(guī)模的程序以及中等指令執(zhí)行速度的程序；n CPU 315/315-2DP 用于要求中到大規(guī)模的程序和通過PROFIBUS-DP進(jìn)行分布式配置的設(shè)備；n CPU316 用于有大量編程要求的設(shè)備；n CPU318-2 用于有要求極大規(guī)模的程序和通過PROFIBUS-DP進(jìn)行分布式配置的設(shè)備；n CPU315-2DP 和CPU313 的重要性能參數(shù)比較：序號參數(shù)名稱CPU31

6、3CPU315-2DP1工作存儲器12K字節(jié)/4K語句64K2裝載存儲器20K字節(jié)96K內(nèi)置3塊數(shù)量128FC/128FB/127DB192FC/192FB/255DB4位存儲器204820485記數(shù)器C1-C64C1-C646定時器T1-T128T1-T1287數(shù)字I/O總數(shù)256通道81928模擬I/O總數(shù)64I/32O5129支持的軟件STEP7STEP7/SCL/CFC10PROFIBUS-DP口無有 2.5通訊處理器n 常用的通訊處理器包括：PROFIBUS-DP處理器、PROFIBUS-FMS處理器和工業(yè)以太網(wǎng)處理器;n PROFIBUS-DP處理器名稱：CP342-5;ü

7、; 用于連接SIEMENS S7-300和PROFIBUS-DP的主/從的接口模塊;ü 通過PROFIBUS簡單的進(jìn)行配置和編程;ü 支持的通訊協(xié)議：PROFIBUS-DP、S7通訊功能、PGOP通訊;ü 傳輸率：9 .612Mbit/s自由選擇;ü 主要用于和ET200子站配合,組成分布式I/O系統(tǒng);n PROFIBUS-FMS處理器名稱：CP343-5;ü 用于連接SIEMENS S7-300和PROFIBUS-FMS的接口模塊;ü 通過PROFIBUS簡單的進(jìn)行配置和編程;ü 支持的通訊協(xié)議：PROFIBUS-FMS、

8、S7通訊功能、PGOP通訊;ü 傳輸率：9 .61.5Mbit/s自由選擇;ü 主要用于和操作員站的連接;n 工業(yè)以太網(wǎng)處理器名稱：CP343-1;ü 用于連接SIEMENS S7-300和工業(yè)以太網(wǎng)接口模塊;ü 10/100M bit/s全雙工,自動切換ü 接口連接:RJ45、AUIü 支持的通訊協(xié)議：ISO、TCP/IP通訊協(xié)議;和S7通訊、PGOP通訊ü 主要用于和操作員站的連接;2.6通訊網(wǎng)卡n PC-ADAPTER 用于PC的串口和PLC的MPI口直接連接n CP5611 通訊卡,支持MPI協(xié)議、PROFIBUS-

9、DP協(xié)議、S7 connections；用于工程師站操作員站和PLC的多點連接;n CP5613通訊卡,支持MPI協(xié)議、PROFIBUS-DP協(xié)議、S7 connections；用于工程師站操作員站和PLC的多點連接;n CP1613 通訊卡，支持ISO協(xié)議、TCP/IP協(xié)議、S7 connections；用于工程師站操作員站和PLC的多點連接;n CP5412 A2通訊卡，支持PROFIBUS FMS協(xié)議；用于工程師站操作員站和PLC的多點連接;2.7工程師站、操作員站和操作屏n 一臺裝有STEP 7軟件的PC我們就稱之為工程師站，它主要完成系統(tǒng)硬件和組態(tài)、符號編輯以及程序編程等任務(wù)；l 硬

10、件配置：用于對自動化系統(tǒng)和模塊進(jìn)行參數(shù)設(shè)置；l 網(wǎng)絡(luò)通訊：用于配置MPI、PROFIBUS或工業(yè)以太網(wǎng)進(jìn)行的數(shù)據(jù)傳輸；l 符號編輯：用于定義符號名稱、數(shù)據(jù)類型和注釋，將物理地址名稱化；l 程序編程：三種編程語言可供選用；語句表（STL）、梯形圖（LAD）、功能塊圖（FBD）； n 一臺裝有WINCC軟件的PC我們就稱之為操作員站，其主要完成操作員站畫面組態(tài)、變量連接、系統(tǒng)報警、變量曲線生成等功能；我公司承做的項目，大多基于WIN2000或WINXP的PCS7軟件制作。n 人機界面HMIü 文本顯示的操作屏，OP3、OP7、OP17；可以連接S7-200300400系統(tǒng)ü 圖

11、形顯示的操作屏，OP27、OP37；可以連接S7-200300400系統(tǒng)ü 圖形顯示的觸摸屏，TP27、TP37；可以連接S7-200300400系統(tǒng)圖例： 三、網(wǎng)絡(luò)詳細(xì)介紹和幾個典型配置實例n S7-300系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)主要包括以下幾個部分；ü MPI多點接口網(wǎng)絡(luò)； 特點：一個網(wǎng)絡(luò)可達(dá)32個站；通訊速率：187.5Kbits/s或12Mbits/s;通訊距離50米；所有S7-300400的CPU都集成了該口。該網(wǎng)主要用來連接短距離的工程師站和操作員站。 ü PROFIBUS FMS網(wǎng)絡(luò)；通訊速率：1.5Mbits/s;通訊距離600米； 該網(wǎng)主要用來連接長距離的操作員

12、站；ü PROFIBUS DP網(wǎng)絡(luò)；一個網(wǎng)絡(luò)可達(dá)125個站通訊，但同網(wǎng)中只能有一個主站；速率：可達(dá)12Mbits/s;在12M時，通訊距離100米，在187.5K時，通訊距離1000米；該網(wǎng)主要用來連接現(xiàn)場分布式I/O站和與別的SIEMENS PLC通訊；ü 以太網(wǎng)；通訊速率：10/100Mbits/s;通訊距離100米；可使用光纖，通訊距離3100米； 該網(wǎng)廣泛用來連接長距離的工程師站和操作員站；3.1 Profibus-DP1.DP協(xié)議允許CPU與分布式I/O之間進(jìn)行高速的（最快12Mbps）數(shù)據(jù)交換，也是當(dāng)前應(yīng)用最廣泛、支持設(shè)備最多的現(xiàn)場總線協(xié)議。2.Profibus

13、-DP的傳輸技術(shù)采用RS485，通過兩根導(dǎo)線連接。為保證系統(tǒng)的可靠性，系統(tǒng)配備西門子公司的專用Profibus-DP電纜，在使用過程中如果出現(xiàn)電纜損壞，應(yīng)購買專用電纜更換。3.DP總線連接器提供總線與IM153-x的連接，同時提供端點的跳線，如上圖所示，當(dāng)撥到ON位置時表示總線端點，短接220，撥到OFF時不是端點，直接與出端連接。由此可看出連接正常的總線兩線間有110左右的電阻值。這也是判斷總線連接是否正常的檢測手段之一。4. 通訊與設(shè)備在總線上的位置無關(guān)，只與地址有關(guān)。3.2 ET 200 分布式I/O 1.ET 200 分布式I/O是基于PROFIBUS-DP 現(xiàn)場總線的分布式I/O。I

14、/O 傳送信號到CPU只需ms 級。只需要很小的空間，能在非常嚴(yán)酷的環(huán)境（例如酷熱、嚴(yán)寒、強壓、潮濕或多粉塵）中使用。 2.ET 200 的分類 (1) ET200S 是分布式I/O 系統(tǒng)。(2) ET 200M 是模塊化的分布式I/O，采用S7-300 全系列模塊，最多8 個模塊。ET 200M 戶外型溫度范圍-25°C 到+60°C。(3) ET 200is 是本質(zhì)安全系統(tǒng)，適用于有爆炸危險的區(qū)域。(4) ET 200X：IP65/67 的分布式I/O，相當(dāng)于CPU 314，可用于有粉末和水流噴濺的場合。(5) ET 200eco 是經(jīng)濟實用的I/O，IP67。(6)

15、ET 200R 適用于機器人，能抗焊接火花的飛濺。(7) ET 200L 是小巧經(jīng)濟的分布式I/O，像明信片大小的I/O 模塊。(8) ET 200B：整體式的一體化分布式I/O。 3.ET 200M通過Profibus-DP與CPU連接和通訊。可實現(xiàn)I/O模塊的就近放置，例如可將電機控制的I/O模塊集中在一個或多個ET200M上，裝在獨立的電機柜，放置在MCC室中，這樣從MCC室至DCS控制室只有一根Profibus-DP電纜，可以大量節(jié)省電機控制電纜，同時可以大幅度降低線路故障率， 縮短維護時間。3.2典型配置實例配置1：一個工程師站操作員站（裝有STEP7 和WINCC軟件）；一個編程適

16、配器（將PLC的MPI口和ES的串口連接，以進(jìn)行程序下載調(diào)試以及變量傳輸）；一個S7-300 CPU；一個電源模塊（24VDC）；和幾個信號處理模塊。組建一個小系統(tǒng)。配置2：組建一個中等控制系統(tǒng)n 一個工程師站操作員站（裝有STEP7 和WINCC軟件）；n 一個操作員站（裝WINCC軟件）,n 兩個56115613網(wǎng)卡（將PLC的MPI口和ES和OS連接，以進(jìn)行程序下載調(diào)試以及變量傳輸）；n 一個S7-300 CPU；n 一個擴展機架；n 兩個電源模塊（24VDC）；n 幾個信號處理模塊；配置3：組建一個大型分布式控制系統(tǒng)n 一個工程師站操作員站（裝有STEP7 和WINCC軟件）；n 兩個

17、操作員站（裝WINCC軟件）;n 三個1613網(wǎng)卡（將PLC系統(tǒng)以以太網(wǎng)絡(luò)和ES和OS連接，以進(jìn)行程序下載調(diào)試以及變量傳輸）；n 一個S7-315-2DP CPU；n 二個分布式I/O站ET200M;n 三個電源模塊（24VDC）；n 幾個信號處理模塊。組建一個中等控制系統(tǒng)。四、系統(tǒng)電路4.1模擬量輸入 模擬量輸入直接從端子接入模擬量輸入模塊（SM331），一般四線制電流信號（如電磁流量計信號和電機電流）經(jīng)常會有較強的干擾，需要將其負(fù)端與10和11腳短接，否則不能檢測到信號。兩線制電流信號一般不需要將負(fù)端短接，但當(dāng)同一塊模塊中同時接入四線制和兩線制電流信號時，有可能出現(xiàn)兩線制電流信號受到四線制

18、電流信號的干擾，此時可將任意一路兩線制電流信號的負(fù)端與10和11短接，可排除該故障。 四線制電流信號可直接在端子上量取電壓換算成420mA電流，兩線制電流信號可量取負(fù)端與0V之間電壓換算成420mA電流，模塊內(nèi)部采樣電阻阻值為25，因此對應(yīng)電壓為0.1V0.5V。4.2模擬量輸出模擬量輸出信號直接從模塊（SM332）連接到端子輸出，直接連接現(xiàn)場閥門定位器或電機變頻器，一般輸出為420mA。由于接收端有采樣電阻，可直接量取端子間電壓變化來間接反映電流變化，電壓大小與采樣電阻阻值相關(guān)。4.3數(shù)字量輸入數(shù)字量輸入由柜內(nèi)供電（24V），當(dāng)該數(shù)字量信號為電機狀態(tài)時，由獨立開關(guān)電源供電。當(dāng)外部常開觸點斷開

19、，接收0V，當(dāng)外部常開觸點閉合，接收24V。4.4數(shù)字量輸出數(shù)字量輸出為1時，模塊輸出24V；為0時，模塊輸出0V。主要有以下應(yīng)用：1 電機啟停 普通電機 / 變頻電機 軟啟動電機2 狀態(tài)閥門切換（三通閥，開關(guān)閥）五、下載在使用過程中如果出現(xiàn)主控制器故障需更換或主控制器程序丟失，需要將程序和硬件組態(tài)下載到主控制器中。由于網(wǎng)絡(luò)沒有設(shè)置或設(shè)置已經(jīng)丟失，不能通過管理總線下載，而必須先通過MPI方式下載硬件組態(tài)，才能建立以太網(wǎng)通訊，然后通過以太網(wǎng)下載程序。通過MPI也可以下載程序，但由于程序數(shù)據(jù)量較大，而MPI方式通訊速度較低，因此建議在以太網(wǎng)方式下下載程序。5.1下載硬件組態(tài)MPI總線提供ES與主控制器的直接連接，用MPI方式連接需以下設(shè)備：CP5611卡1張、DP頭2個，DP電纜若干。首先將CP5611卡正確安裝到ES站中，再將DP頭用DP電纜用如下方式連接，然后將一個DP頭插到CP5611的接口，另一個接到主控制器的MPI口。 硬件連接好了以后，需要在Control PanelàSet PG/PC中做以