培訓(xùn)類別（高技能培訓(xùn)）培訓(xùn)教師：徐彬S7-300PLC應(yīng)用與維修S7-300硬件組成課題二、S7-300硬件組成問題一、PLC的選用原則問題二、S7-300概述問題三、S7-300的CPU模塊問題四、S7-300安裝S7-300硬件組成問題一、PLC的選擇原則1、PLC功能2、PLC工作可靠性3、PLC參數(shù)（1）CPU性能（2）存儲容量（3）驅(qū)動能力4、價格——性價比S7-300硬件組成問題二、S7-300概述

S7-300是德國西門子公司生產(chǎn)的可編程序控制器(PLC)系列產(chǎn)品之一。其模塊化結(jié)構(gòu)、易于實現(xiàn)分布式的配置以及性價比高、電磁兼容性強、抗震動沖擊性能好，使其在廣泛的工業(yè)控制領(lǐng)域中，成為一種既經(jīng)濟又切合實際的解決方案。一、特性?

針對低性能要求的模塊化中小控制系統(tǒng)?

可配不同檔次的CPU?

可選擇不同類型的擴展模塊?

可以擴展多達32個模塊S7-300硬件組成?

模塊內(nèi)集成背板總線?

網(wǎng)絡(luò)連接 -多點接口(MPI), -PROFIBUS或 -工業(yè)以太網(wǎng)?

通過編程器PG訪問所有的模塊?

無插槽限制?

借助于“HWConfig”工具可以進行組態(tài)和設(shè)置參數(shù)S7-300硬件組成二、特點?

循環(huán)周期短、處理速度高?

指令集功能強大（包含350多條指令），可用于復(fù)雜功能?

產(chǎn)品設(shè)計緊湊，可用于空間有限的場合?

模塊化結(jié)構(gòu)，設(shè)計更加靈活?

有不同性能檔次的CPU模塊可供選用?

功能模塊和I/O模塊可選擇?

有可在露天惡劣條件下使用的模塊類型S7-300硬件組成三、編程工具使用STEP7軟件對S7-300進行編程。STEP7包含了自動化項目從項目的啟動、實施到測試以及服務(wù)每一個階段所需的全部功能。STEP7中的編程語言1、順序功能圖2、梯形圖3、語句表4、功能塊圖5、結(jié)構(gòu)文本

S7-300硬件組成四、安裝一個S7系統(tǒng)的步驟S7-300硬件組成五、S7-300的模塊

PS(可選)CPU

IM(可選)SM:DISM:DOSM:AISM:AO

FM:-計數(shù)-定位-閉環(huán)控制

CP:-點-到-點-PROFIBUS-工業(yè)以太網(wǎng)S7-300硬件組成S7－300PLCS7-300硬件組成1、導(dǎo)軌（Rail）S7-300的模塊機架（起物理支撐作用，無背板總線）2、電源模塊（PS）將市電電壓（AC120/230V）轉(zhuǎn)換為DC24V，為CPU和24V直流負載電路（信號模塊、傳感器、執(zhí)行器等）提供直流電源。輸出電流有2A、5A、10A三種●正常：綠色LED燈亮●過載：綠色LED燈閃●短路：綠色LED燈暗（電壓跌落，短路消失后自動恢復(fù)）●電壓波動范圍：5%六、S7－300系統(tǒng)的組成部件S7-300硬件組成PS307電源模塊

PS307是西門子公司為S7-300專配的24VDC電源。PS307系列模塊除輸出額定電流不同外(有2A、5A、10A三種)，其工作原理和各種參數(shù)都相同。

PS307可安裝在S7-300的專用導(dǎo)軌上，除了給S7-300CPU供電外，也可給I/O模塊提供負載電源。S7-300硬件組成PS30710A模塊端子接線圖S7-300硬件組成3、CPU模塊各種CPU有不同的性能，例如有的CPU集成有數(shù)字量和模擬量輸入/輸出點，有的CPU集成有PROFIBUS－DP等通信接口。CPU前面板上有狀態(tài)故障指示燈、模式開關(guān)、24V電源端子、電池盒與存儲器模塊盒（有的CPU沒有）。S7-300硬件組成4、信號模塊(SM)

信號模塊是數(shù)字量輸入/輸出模塊和模擬量輸入/輸出模塊的總稱，它們使不同的過程信號電壓或電流與PLC內(nèi)部的信號相匹配。?數(shù)字量輸入模塊：SM321系列，24VDC，120/230VAC?

數(shù)字量輸出模塊：SM322系列，繼電器型，晶體管型，可控硅型?

模擬量輸入模塊：SM331系列，電壓，電流，電阻，熱電偶?

模擬量輸出模塊：SM332系列，電壓，電流功能使不同級的過程信號電平和S7-300的內(nèi)部信號電平相匹配

S7-300硬件組成5、功能模塊(FM)功能模塊主要用于對時間要求苛刻、存儲器容量要求較大的過程信號處理任務(wù)。計數(shù)：計數(shù)器模塊定位：快速/慢速進給驅(qū)動位置控制模塊、電子凸輪控制器模塊、步進電動機定位模塊、伺服電動機定位模塊等閉環(huán)控制：閉環(huán)控制模塊工業(yè)標(biāo)識系統(tǒng)：接口模塊、稱重模塊、位置輸入模塊、超聲波位置解碼器等。S7-300硬件組成6、接口模塊(IM)接口模塊用于多機架配置時連接主機架（CR）和擴展機架（ER）。S7－300通過分布式的主機架和3個擴展機架，最多可以配置32個信號模塊、功能模塊和通信處理器。連接：IMS360發(fā)送、IMR361接收；對于雙層組態(tài)，常用硬連線的IM365接口模塊距離：采用IM365、兩層機架，電纜最大長度可達1米；采用IM360/361、多層機架，機架之間電纜最大長度10米

S7-300硬件組成7、通訊處理器(CP)

擴展中央處理單元的通訊任務(wù)，提供以下的連網(wǎng)能力：點到點連接PROFIBUS

工業(yè)以太網(wǎng)8、附件總線連接器和前連接器

S7-300硬件組成七、S7－300的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)S7－300采用緊湊的、無槽位限制的模塊結(jié)構(gòu)，電源模塊（PS）、CPU、信號模塊（SM）、功能模塊（FM）、接口模塊（IM）和通信處理器（CP）都安裝在導(dǎo)軌上。導(dǎo)軌是一種專用的金屬機架，只需將模塊鉤在DIN標(biāo)準(zhǔn)的安裝導(dǎo)軌上，然后用螺栓鎖緊就可以了。有多種不同長度規(guī)格的導(dǎo)軌供用戶選擇。電源模塊總是安裝在機架的最左邊，CPU模塊緊靠電源模塊。如果有接口模塊，它放在CPU模塊的右側(cè)。S7－300用背板總線將除電源模塊之外的各個模塊連接起來。背板總線集成在模塊上，模塊通過U形總線連接器相連，每個模塊都有一個總線連接器，后者插在各模塊的背后。安裝時先將總線連接器插在CPU模塊上，并固定在導(dǎo)軌上，然后依次裝入各個模塊。S7-300硬件組成S7－300的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)外部接線接在信號模塊和功能模塊的前連接器的端子上，前連接器用插接的方式安裝在模塊前門后面的凹槽中，前連接器與模塊是分開訂貨的。S7－300的電源模塊通過電源連接器或?qū)Ь€與CPU模塊相連，為CPU模塊提供DC24V電源。PS307電源模塊還有一些端子可以為信號模塊提供24V電源。S7-300硬件組成問題三、S7-300的CPU模塊S7－300有20種不同型號的CPU，分別適用于不同等級的控制要求。有的CPU集成了數(shù)字量I/O，有的同時集成了數(shù)字量I/O和模擬量I/O。CPU模塊面板上有狀態(tài)和故障指示燈LED、模式選擇開關(guān)和通信接口。大多數(shù)CPU還有后備電池盒，存儲器插槽可以插入多達數(shù)兆字節(jié)的FlashEPROM微存儲器卡（簡稱MMC卡），用于掉電后程序和數(shù)據(jù)的保存。S7-300硬件組成S7-300硬件組成一、狀態(tài)和故障顯示LEDSF（紅色）：系統(tǒng)錯誤、編程錯誤或從有診斷功能模板來的故障。BF（或BATF紅色）：電池故障，電池電壓低或沒有電池時亮。DC5V（綠色）：CPU和S7－300總線的5V電源電壓正常時亮。（提供給背板總線）FRCE（黃色）：至少有一個I/O接口被強制時亮。RUN（綠色）：CPU啟動時閃亮（2Hz），運行時常亮STOP（黃色）：CPU在STOP、HOLD狀態(tài)或重新啟動時常亮；當(dāng)要求存儲器復(fù)位時以0.5Hz的頻率閃爍，正在執(zhí)行存儲器復(fù)位時以2Hz的頻率閃爍。S7-300硬件組成S7-300硬件組成二、CPU的功能執(zhí)行用戶程序；為S7背板總線提供5V電源；在MPI網(wǎng)絡(luò)中，通過MPI（多點接口）與其他MPI網(wǎng)絡(luò)節(jié)點進行通信。S7-300硬件組成三、CPU的運行模式CPU有四種工作模式：STOP（停機）、STARTIP（啟動）、RUN（運行）、HOLD（保持）。在所有的模式中，都可以通過MPI接口與其他設(shè)備通信。STOP模式：CPU模塊通電后自動進入STOP模式，在該模式不執(zhí)行用戶程序，程序被終止。RUN模式：執(zhí)行用戶程序，刷新輸入和輸出，處理中斷和故障信息服務(wù)。HOLD模式：在起動和RUN模式執(zhí)行程序時遇到調(diào)試用斷點、用戶程序的執(zhí)行被掛起（暫停），定時器被凍結(jié)。STARTUP模式：啟動模式，可以用鑰匙開關(guān)或編程軟件啟動CPU。如果鑰匙開關(guān)在RUN或RNU－P位置，通電時自動進入啟動模式。S7-300硬件組成四、CPU的模式選擇開關(guān)有的CPU的模式選擇開關(guān)是一種鑰匙開關(guān)，操作時需要插入鑰匙，用來設(shè)置CPU當(dāng)前的運行方式。鑰匙拔出后，就不能改變操作方式。這樣可以防止未經(jīng)授權(quán)的人員非法刪除或改寫用戶程序。RUN-P：運行-編程狀態(tài)（可讀寫存儲器），在此位置不可以拔出鑰匙開關(guān)。RUN：運行狀態(tài)（只可讀存儲器），不可以修改用戶程序，在此位置可以取出鑰匙開關(guān)。STOP：停止運行狀態(tài)（可修改程序），在此位置可以取出鑰匙開關(guān)。MRES：清存儲器，此位置鑰匙開關(guān)不能保持，松手時開關(guān)將自動返回STOP位置。S7-300硬件組成MRES：將鑰匙開關(guān)從STOP狀態(tài)扳到MRES位置，可復(fù)位存儲器，使CPU回到初始狀態(tài)。工作存儲器、RAM裝載存儲器中的用戶程序和地址區(qū)被清除，全部存儲器位、定時器、計數(shù)器和數(shù)據(jù)塊均被刪除，即復(fù)位為0，包括有保持功能的數(shù)據(jù)。如果有快閃存儲器卡，CPU在復(fù)位后將它里面的用戶程序和系統(tǒng)參數(shù)復(fù)制到工作存儲區(qū)。存儲卡被取掉或插入時，CPU發(fā)出系統(tǒng)復(fù)位請求，STOP

LED以0.5Hz的頻率閃動。此時應(yīng)將模式選擇開關(guān)扳到MRES位置，執(zhí)行復(fù)位操作。S7-300硬件組成用鑰匙開關(guān)執(zhí)行存儲器復(fù)位的方法：1、合上電源開關(guān)2、把鑰匙開關(guān)轉(zhuǎn)到STOP位置3、把鑰匙開關(guān)轉(zhuǎn)到MRES位置（存儲器復(fù)位）并保持在這個位置直到STOP指示燈慢閃兩次（約3秒）4、把鑰匙開關(guān)轉(zhuǎn)回STOP位置，然后在1秒鐘內(nèi)再轉(zhuǎn)到MRES，直到STOP指示燈快閃。當(dāng)CPU要求復(fù)位時，就進行一次存儲器復(fù)位（也可用編程器進行存儲器復(fù)位）。S7-300硬件組成執(zhí)行存儲器復(fù)位和完全再啟動RUN-P

RUNSTOPMRES1.把模式開關(guān)設(shè)定在STOPRUN-P

RUNSTOPMRESRUN-P

RUNSTOPMRES2.把模式開關(guān)切換到MRES，并保持直到STOPLED慢速閃爍

兩次。

松手，模式開關(guān)又回到STOP位置。RUN-P

RUNSTOPMRES4.把模式開關(guān)切換到RUN-P位置！ （在從STOP轉(zhuǎn)換到RUN/RUN-P的時候，執(zhí)行一次完全

再啟動）RUN-P

RUNSTOPMRES3. 再把模式開關(guān)切換到MRES位置，直到STOPLED開始快速

閃爍。

松手，模式開關(guān)又回到STOP位置。RUN-P

RUNSTOPMRESS7-300硬件組成五、微存儲器卡FlashEPROM微存儲卡（MMC）用于在斷電時保存用戶程序和某些數(shù)據(jù)，它可以擴展CPU的存儲器容量，也可以將有些CPU的操作系統(tǒng)保存在MMC中，這對于操作系統(tǒng)的升級是非常方便的。MMC用作裝載存儲器或便攜式保存媒體。MMC的讀寫直接在CPU內(nèi)進行，不需要專用的編程器。由于CPU31xC沒有安裝集成的裝載存儲器，在使用CPU時必須插入MMC，CPU與MMC是分開訂貨的。如果在寫訪問過程中拆下SIMATIC微存儲卡，卡中的數(shù)據(jù)會被破壞。在這種情況下，必須將MMC插入CPU中并刪除它，或在CPU中格式化存儲卡。只有在斷電狀態(tài)或CPU處于STOP狀態(tài)時，才能取下存儲卡。S7-300硬件組成六、通信接口所有的CPU模塊都有一個多點接口MPI，有的CPU模塊一個一MPI和一個PROFIBUS－DP接口，有的CPU模塊有一個MPI/DP接口和一個DP接口。MPI用于PLC與其他西門子PLC、PG/PC（編程器或個人計算機）、OP（操作員接口）通過MPI網(wǎng)絡(luò)的通信。PROFIBUS－DP用于與其他西門子帶DP接口的PLC、PG/PC、OP和其他DP主站和從站通信。傳輸速率最高12Mbit/s。S7-300硬件組成七、電池盒電池盒是安裝鋰電池的盒子，在PLC斷電時，鋰電池用來保證實時鐘的正常運行，并可以在RAM中保存用戶程序和更多的數(shù)據(jù)，保存的時間為1年。有的低端CPU（如312FM與313）因為沒有實時鐘，因此沒有配備鋰電池。八、電源接線端子電源模塊上的L1、N端子接AC220V電源，接地端子和M端子一般用短路片短接后接地，機架的導(dǎo)軌應(yīng)接地。電源模塊上的L＋和M端子分別是DC24V輸出電壓的正、負極。用專用的電源連接器連接電源模塊和CPU模塊的L＋和M端子。S7-300硬件組成九、實時鐘與運行時間計數(shù)器CPU312

IFM與CPU313因為沒有鋰電池，只有軟件實時鐘，PLC斷電時停止計時，恢復(fù)供電后從斷電瞬時的時刻開始計時。有后備鋰電池的CPU有硬件實時鐘，右以在PLC電源斷電時繼續(xù)運行，運行小時計數(shù)器的計數(shù)范圍為0－32767h。S7-300硬件組成十、存儲器存儲器分為系統(tǒng)程序存儲器和用戶程序存儲器。系統(tǒng)程序相當(dāng)于個人計算機的操作系統(tǒng)，由PLC生產(chǎn)廠家設(shè)計并固化在ROM（只讀存儲器）中，用戶不能讀取。用戶程序由用戶設(shè)計，它使PLC能完成用戶要求的特定功能。用戶程序存儲器的容量以字（16位二進制數(shù)）為單位。S7-300硬件組成PLC使用以下幾種物理存儲器：1、隨機存取存儲器（RAM）用戶可以用編程裝置將用戶程序讀出或?qū)懭隦AM，電源中斷后信息將丟失。RAM的工作速度高，價格便宜，改寫方便，在中斷PLC的外部電源后，右用鋰電池保存RAM中的用戶程序和某些數(shù)據(jù)，需要更換鋰電池時，由PLC發(fā)出信號，通知用戶?，F(xiàn)在部分PLC仍用RAM來儲存用戶程序。2、只讀存儲器（ROM）ROM的內(nèi)容就發(fā)出，不能寫入。電源消失后仍能保存儲存的內(nèi)容，ROM一般用來存放PLC的系統(tǒng)程序。3、快閃存儲器和EEPROM快閃存儲器（FlashEPROM）簡稱為FEPROM；可電擦除可編程的只讀存儲器的簡稱為EEPROM。它們兼有ROM和RAM的特點，只是寫入信息的時間較長，它們用來存放用戶程序和需要長期保存的重要數(shù)據(jù)。S7-300硬件組成S7-300的電流耗量和功率損耗

S7-300模塊使用的電源由S7-300背板總線提供，一些模塊還需從外部負載電源供電。在組建S7-300應(yīng)用系統(tǒng)時，考慮每塊模塊的電流耗量和功率損耗是非常必要的，表1列出了在24V直流負載電源情況下，各種S7-300模塊的電流耗量、功率損耗以及從24V負載電源吸取的電流。表2列出了在120/230VAC負載電源下，模塊的電流耗量和功率損耗。S7-300硬件組成表1：S7-300模塊的電流耗量和功率損耗(24VDC負載電源)S7-300硬件組成S7-300硬件組成表2：S7-300模塊的電流耗量和功率損耗(120/230VAC負載電源)S7-300硬件組成

一個實際的S7-300PLC系統(tǒng)，確定所有的模塊后，要選擇合適的電源模塊，所選定的電源模塊的輸出功率必須大于CPU模塊、所有I/O模塊、各種智能模塊等總消耗功率之和，并且要留有30％左右的裕量。當(dāng)同一電源模塊既要為主機單元又要為擴展單元供電時，從主機單元到最遠一個擴展單元的線路壓降必須小于0.25V。S7-300硬件組成例如，一個S7-300PLC系統(tǒng)由下面的模塊組成：1塊中央處理單元CPU3142塊數(shù)字量輸入模塊SM321，16×24Vl塊繼電器輸出模塊SM322，8×230VACl塊數(shù)字量輸出模塊SM322，16×24VDCl塊模擬量輸入模塊SM331，8×12位2塊模擬量輸出模塊SM332，4×12位各模塊從S7-300背板總線吸取的電流＝2×25＋40＋70＋60＋2×60＝340mA各模塊從24V負載電源吸取的電流＝1000＋2×1＋75＋100＋200＋2×240＝1857mA各模塊的功率損耗＝8＋2×3.5＋2.2＋4.9＋1.3＋2×3＝29.4WS7-300硬件組成

從上面計算可知，信號模塊從S7-300背板總線吸取的總電流是340mA，沒有超過CPU314提供的1.2A電流。各模塊從24V電源吸取的總電流約為1.857A，雖沒有超過2A，但考慮到電源應(yīng)留有一定裕量，所以電源模塊應(yīng)選PS3075A。上述計算沒有考慮接輸出執(zhí)行機構(gòu)或其它負荷時的電流消耗，設(shè)計中不應(yīng)忽略這一點。PS3075A的功率損耗為18W，所以該S7-300結(jié)構(gòu)總的功率損耗是18＋29.4＝47.4W。該功率不應(yīng)超過機柜所能散發(fā)的最大功率，在確定機柜的大小時要確保這一點。S7-300硬件組成1、S7-300的安裝位置S7-300既可以水平安裝，也可以垂直安裝。注意其允許的環(huán)境溫度：垂直安裝0～40℃；水平安裝0～60℃；問題五、S7-300安裝S7-300硬件組成○對于水平安裝，CPU和電源必須安裝在左面對于垂直安裝，CPU和電源必須安裝在底部○必須保證下面的最小間距：-機架左右為20mm-單層組態(tài)安裝時，上下為40mm

兩層組態(tài)安裝時，上下至少為80mm○接口模塊安裝在CPU的右面2、安裝規(guī)范S7-300硬件組成3、單機架安裝模塊●所需處理的信號量少●在CPU右邊可以安裝不超過八個模塊（SM、FM、CP）●一個單機架上的全部模塊的背板總線上的電流不超過以下數(shù)值：-1.2A（除CPU312、CPU312C和CPU312IFM外）-0.8A（CPU312、CPU312C和CPU312IFM）S7-300硬件組成4、多機架安裝模塊●所需處理的信號量大●沒有足夠的插槽●多層組態(tài)只適用于CPU314/315/316●接口模塊總是位于3號槽（槽1：電源；槽2：CPU）●每個機架上不超過8個信號模塊（SM、FM、CP），這些模塊總是位于接口模塊的右邊●能插入的模塊數(shù)（SM、FM、CP）受到S7-300背板總線所提供電流的限制（每個機架總線上不應(yīng)超過1.2A)S7-300硬件組成5、S7-300的擴展能力槽號 1 2 3 4 5 67 89 10 11CPUIMSFM本機PSPSIMRIMRPSIMRPSS7-300硬件組成6、最大擴展能力

當(dāng)選用CPU的類型為314或315時，擴展機架部分的槽4-11位最多達32個模板、每個機架（層）8個模板。槽號槽1到3為固定分配 槽1---PS（電源），如用外部電源，則組態(tài)時用空位槽2---CPU（中央處理器） 槽3---IM（接口模板） 功能槽4到11自由分配給SM（信號模板）、FM（位控模板）、CP（通訊模板）S7-300硬件組成7、安裝導(dǎo)軌57.2mm466mm500mm800mm?用M6螺絲把導(dǎo)軌固定到安裝部位！連接保護地?把保護地連到導(dǎo)軌上（通過保護地螺絲?。?/p>

注：導(dǎo)線的最小截面積為10mm2。482mm530mm830mmS7-300硬件組成8、安裝檢查表?所有部件是否齊備?（見部件清單）?

安裝導(dǎo)軌！?

安裝電源!?

把總線連接器連到CPU，并安裝模塊!?

把總線連接器連到I/O模塊，并安裝模塊!?

連接前連接器，并插入標(biāo)簽條和槽號！

?給模塊配線（電源，CPU和I/O模塊）S7-300硬件組成S7-300硬件組成打開電源模塊和CPU模塊面板上的前蓋松開電源模塊上接線端子的夾緊螺釘將進線電纜連接到端子上，并注意絕緣上緊接線端子的夾緊螺釘用連接器將電源模塊與CPU模塊連接起來并上緊螺釘關(guān)上前蓋檢查進線電壓的選擇開關(guān)把槽號插入前蓋！9、電源和CPU的接線S7-300硬件組成10、前連接器的接線前連接器用于將系統(tǒng)中的傳感器和執(zhí)行器連接至S7－300PLC。將傳感器和執(zhí)行器連接到前連接器上，并插入模塊中。前連接器按端子密度分有兩種類型：20針和40針，按聯(lián)接方式又分為彈簧負載型端子和螺釘型端子。S7-300硬件組成安裝方法：打開信號模塊的前蓋將前連接器放在接線位置將夾緊裝置插入前連接器中剝?nèi)ル娎|的絕緣層(6mm長度)將電纜連接到端子上用夾緊裝置將電纜夾緊將前連接器放在運行位置關(guān)上前蓋填寫端子標(biāo)簽并將其壓入前蓋中

在前連接器蓋上粘貼槽口號碼S7-300硬件組成11、準(zhǔn)備啟動把鑰匙插入CPU插入后備電池如果用戶程序不是存入在存儲器模塊中（該模塊中的程序不靠電源保持）如果出現(xiàn)斷電時必須保持大量的數(shù)據(jù)如果需要插入存儲器模塊不需要后備電池就可以保持用戶程序和數(shù)據(jù)具有較大的“裝載存儲器”S