第4章 S7-300 PLC的系统配置

1南阳理工学院——电子与电气工程系电气教研室电气控制与PLC应用技术电气控制与PLC应用技术2可编程序控制器（第3-9章）下篇3第4章S7-300/400PLC的系统配置本章内容4.1西门子PLC分类4.2S7-300系统的基本组成4.3S7-300的功能模块4教学目的了解S7-300PLC的分类掌握S7-300系统的基本组成教学重点S7-300系统的基本组成教学难点S7-300系统的基本组成第6章S7-300/400PLC的系统配置5SIMATIC是西门子自动化系统(SIEMENSAUTOMATIC)的缩写SIMATICPG和PC等编程设备SIMATICHMI人机界面SIMATICDPSIMATICNETSIMATIC控制器4.1西门子PLC分类6SIMATIC控制器SIEMENSSIMATICSFRUNSTOPQ0.0Q0.1Q0.2Q0.3Q0.4Q0.5I0.0I0.1I0.2I0.3I0.4I0.5I0.6I0.7S7-200CPU212SIMATICPGSIMATICPCPG740SIEMENS7894561230.DEFABCINSDELSHIFTHELPESCENTERACKSIMATICOP17SHIFTHELPK1K5K6K7K8K2K3K4K9K10K11K12K13K14K15K16SIMATICHMIFMSVSIMATICDPSIMATICNETPROFIBUS-DP工业以太网PROFIBUSMPI-网络SIMATICNETASISIMATIC综述7模块化SIMATICS7-400模块化SIMATICS7-300一体化SIMATICC7-620SIMATICS7-200模块式高中性能系列较低性能系列微型PLCSIMATICWinACProSIMATICWinACBasic4.1西门子PLC分类8•模块化中小控制系统•不同档次的CPU•可选择不同类型的扩展模块•可以扩展多达32个模块•模块内集成背板总线•网络连接-多点接口(MPI)-PROFIBUS-工业以太网•通过PG访问所有的模块•无插槽限制4.2S7-300系统的基本组成S7-300特性•借助于“HWConfig“工具可以进行组态和设置参数9•导轨（Rack）•电源模块（PS）•CPU模块•接口模块（IM）•输入输出模块（SM）4.2S7-300系统的基本组成S7-300组成10部件功能导轨...是S7-300的机架电源（PS）...将电网电压(120/230V)变换为S7-300所需的24VDC工作电压中央处理单元（CPU）...执行用户程序附件：存储器模块，后备电池接口模块（IM）...连接两个机架的总线信号模块（SM）（数字量/模拟量）...把不同的过程信号与S7-300相匹配附件：总线连接器，前连接器功能模块（FM）...完成定位、闭环控制等功能通讯处理器（CP）...连接可编程控制器附件：电缆、软件、接口模块4.2S7-300系统的基本组成114.2.1导轨（Rack）•使用DIN导轨•没有背板总线•CPU与模块通过U型连接器连接•最多可以安装八个信号模板S7-300导轨12检查表部件清单1.................2..................3...................硬件手册安装导轨4.2.1导轨（Rack）13482mm530mm830mm57.2mm466mm500mm800mm连接保护地4.2.1导轨（Rack）安装导轨–应留有足够的空间用于安装模板和散热（模板上下至少应有40mm的空间，左右至少应有20mm空间)–在安装表面划安装孔。在所划线的孔上钻直径为4.5+.2mm的孔–用M6螺钉安装导轨–把保护地连到导轨上（通过保护地螺丝，导线的最小截面积为10mm2)144.2.1导轨（Rack）安装位置温度0-600C：对于水平安装0-400C：对于垂直安装–水平或垂直安装安装导轨154.2.2电源模块（PS）用选择开关来选择不同的供电压：电源模块用于将AC或DC电网电压转换PS30X电源的输出是24VDC,有2A、5A输出电压是隔离的，并具有短路保护，LED用来指示电源是否正常，当输出为CPU所需的DC24V和DC5V电压.不带负载时输出稳定。和10A三种型号.电压过载时，LED指示灯闪烁。120V和230V。16•S7-300模块使用的电源由S7-300背板总线提供，一些模块还需从外部负载电源供电。4.2.2电源模块（PS）S7-300的电流耗量和功率损耗•电源模块的输出功率必须大于CPU模块、所有I/O模块、各种智能模块等总功率之和，并且要留有30％左右的裕量•当同一电源模块既要为主机单元又要为扩展单元供电时，从主机单元到最远一个扩展单元的线路压降须小于0.25V17表4.1S7-300模块的电流耗量和功率损耗(24VDC负载电源)模块从S7-300背板总线吸取的电流(最大值)从24V负载电源吸取的电流(不带负载运行)功率损耗(正常运行)CPU312IFM0.8A0.8A9WCPU3131.2A1A8WCPU3141.2A1A8W接口模块IM360350mA—2W接口模块IM3610.8A0.5A5W接口模块IM3651.2A—0.5W数字量输入模块SM32116×24VDC25mA1mA3.5W4.2.2电源模块（PS）18模块从背板吸取电流(最大值)从电源吸取的电流(不带负载运行)功率损耗(正常运行)仿真模块SM37416×I/O80mA—0.35W继电器输出模块SM3228×24VDC/0.5A40mA75mA2.2W数字量输出模块SM32216×24VDC/0.5A70mA100mA4.9W数字量输出模块SM3228×24VDC/2A40mA55mA6.8W模拟量输入模块SM3318×12位60mA200mA1.3W模拟量输入模块SM3312×12位60mA200mA1.3W模拟量输出模块SM3324×12位60mA240mA3W模拟量输出模块SM3322×12位60mA240mA3W模拟量I/O模块SM3344入/2出×8位40mA100mA2.6W4.2.2电源模块（PS）19表4.2S7-300模块的电流耗量和功率损耗(120/230VAC负载电源)模块从S7-300背板总线吸取的电流(最大值)功率损耗(正常运行)SM321，数字量输入8×120/230VAC22mA4.8WSM321，数字量输入16×120VAC3mA4.0WSM322，数字量输入8×120/230VAC200mA9.0WSM322，数字量输入8×120VAC200mA9.0W4.2.2电源模块（PS）20一个S7-300PLC系统由下面的模块组成：1块中央处理单元CPU3142块数字量输入模块SM321，16×24Vl块继电器输出模块SM322，8×230VACl块数字量输出模块SM322，16×24VDCl块模拟量输入模块SM331，8×12位2块模拟量输出模块SM332，4×12位试选择合适的电源模块。4.2.2电源模块（PS）21各模块从S7-300背板总线吸取的电流为：2×25＋40＋70＋60＋2×60＝340mA各模块从24V负载电源吸取的电流为：1000＋2×1＋75＋100＋200＋2×240＝1857mA各模块的功率损耗为：8＋2×3.5＋2.2＋4.9＋1.3＋2×3＝29.4W•由上可知，信号模块从S7-300背板总线吸取的总电流是340mA，没有超过CPU314提供的1.2A电流。各模块从24V电源吸取的总电流约为1.857A，没有超过2A，但要考虑一定裕量，所以电源模块应选PS3075A。•考虑接输出执行机构或其它负荷时的电流消耗，PS3075A的功率损耗为18W，所以该S7-300结构总的功率损耗是18＋29.4＝47.4W。该功率不应超过机柜所能散发的最大功率，在确定机柜的大小时要确保这一点。4.2.2电源模块（PS）22–接收并存储用户程序和数据–接收现场输入设备的状态和数据–诊断PLC内部电路工作状态和编程过程中的语法错误–完成用户程序规定的运算任务–更新有关标志位的状态和输出状态寄存器的内容–实现输出控制或数据通信等功能.4.2.3CPU模块CPU是PLC系统的运算控制核心。它根据系统程序的要求完成以下任务：234.2.3CPU模块–I/O扩展能力–指令执行速度–工作内存容量–通讯能力–CPU上的集成功能最值得关注的CPU性能的五方面：24PLC的系统程序使PLC具有基本的智能，能够完成PLC设计者规定的各种工作。系统程序由PLC生产厂家设计并固化在ROM中，用户不能读取。用户程序由用户设计，它使PLC能完成用户要求的特定功能。用户程序存储器的容量以字节为单位，不同的程序对应不同的存储区域。CPU存储器可以分为三个区域，如右图CPU装载存储器(保存在MMC中)工作存储器系统存储区4.2.3CPU模块25装载存储器–位于SIMATIC微型存储卡（MMC）中–容量与MMC的容量一致–用于保存程序指令块和数据块以及系统数据，也可以将项目的整个组态数据保存在MMC中工作存储器（RAM）–RAM集成在CPU中，不能被扩展–它可用于运行程序指令，并处理用户程序数据–程序只能在RAM和系统存储器中运行–CPU的RAM都具有保持功能4.2.3CPU模块26系统存储区–RAM系统存储区集成在CPU中，不能被扩展。它包括：①标志位、定时器和计数器的地址区②I/O的过程映像③局域数据4.2.3CPU模块27CPU315-2DPSIEMENSRUN-PRUNSTOPMRESSIMATICS7-300BatterieDPSFBATFDC5VFRCERUNSTOPMPISFDPBUSFCPU315-2DPSIEMENSRUN-PRUNSTOPMRESSIMATICS7-300BatterieDPSFBATFDC5VFRCERUNSTOPMPISFDPBUSFCPU315-2DPSIEMENSRUN-PRUNSTOPMRESSIMATICS7-300BatterieDPSFBATFDC5VFRCERUNSTOPSFBATFDC5VFRCERUNSTOPMPISFDPBUSF模式选择器MRES=模块复位功能STOP=停止模式：程序不执行RUN=程序执行，编程器只读操作RUN-P=程序执行，编程器读写操作CPU315-2DPSIEMENSRUN-PRUNSTOPMRESSIMATICS7-300BatterieDPSFBATFDC5VFRCERUNSTOPMPISFDPBUSFCPU315-2DPSIEMENSRUN-PRUNSTOPMRESSIMATICS7-300BatterieDPSFBATFDC5VFRCERUNSTOPSFBATFDC5VFRCERUNSTOPMPISFDPBUSF状态指示器SF=组错误：CPU内部错误或带诊断功能模块错误BATF=电池故障：电池不足或不存在DC5V=内部5VDC电压指示FRCE=FORCE：指示至少有一个输入或输出被强制RUN=当CPU启动时闪烁，在运行模式下常亮STOP=在停止模式下常亮有存储器复位请求时慢速闪烁正在执行存储器复位时快速闪烁CPU315-2DPSIEMENSRUN-PRUNSTOPMRESSIMATICS7-300BatterieDPSFBATFDC5VFRCERUNSTOPMPISFDPBUSFCPU315-2DPSIEMENSRUN-PRUNSTOPMRESSIMATICS7-300BatterieDPSFBATFDC5VFRCERUNSTOPSFBATFDC5VFRCERUNSTOPMPISFDPBUSF电池盒在前盖下有一个装锂电池的空间，当出现断电时锂电池用来保存RAM中的内容。存储器卡为存储器卡提供一个插槽。当发生断电时利用存储器卡可以不需要电池就可以保存程序•MPI连接用MPI接口连接到编程设备或其它设备•DP接口分布式I/O直接连接到CPU的