S7-300硬件组成PPT.ppt

,*,中国一汽教育培训中心,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,中国一汽教育培训中心,培训类别,（,高技能培训）,培训教师：徐彬,西门子,S7-300 PLC,应用与维修,1,课题二、,S7-300,硬件组成,问题一、,PLC,的选用原则,问题二、,S7-300,概述,问题三、,S7-300,的,CPU,模块,问题四、,S7-300,安装,2,问题一、,PLC,的选择原则,1、,PLC,功能,2、,PLC,工作可靠性,3、,PLC,参数,（1）,CPU,性能,（2）存储容量,（3）驱动能力,4、价格,性价比,3,问题二、,S7-300,概述,S7-300,是德国西门子公司生产的可编程序控制器(,PLC),系列产品之一。其模块化结构、易于实现分布式的配置以及性价比高、电磁兼容性强、抗震动冲击性能好，使其在广泛的工业控制领域中，成为一种既经济又切合实际的解决方案。,一、特性,针对低性能要求的模块化中小控制系统,可配,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,4,模块内集成背板总线,网络连接,-,多点接口,(,MPI),-PROFIBUS,或,-,工业以太网,通过编程器,PG,访问所有的模块,无插槽限制,借助于,“,HWConfig,”,工具可以进行组态和设置参数,5,二、,特点,循环周期短、处理速度高,指令集功能强大（包含350多条指令），可用于复杂功能,产品设计紧凑，可用于空间有限的场合,模块化结构，设计更加灵活,有不同性能档次的,CPU,模块可供选用,功能模块和,I/O,模块可选择,有可在露天恶劣条件下使用的模块类型,6,三、,编程工具,使用,S,TEP7,软件对,S7-300,进行编程。,S,TEP7,包含了自动化项目从项目的启动、实施到测试以及服务每一个阶段所需的全部功能。,S,TEP7,中的编程语言,1、顺序功能图,2、梯形图,3、语句表,4、功能块图,5、结构文本,7,四、,安装一个,S7,系统的步骤,8,五、,S7-300,的模块,PS,(,可选,),CPU,IM,(,可选),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,9,S7,300PLC,10,1、,导轨（,Rail）,S7-300,的模块机架（起物理支撑作用，无背板总线）,2、电源模块（,PS）,将市电电压（,AC120/230V）,转换为,DC24V，,为,CPU,和24,V,直流负载电路（信号模块、传感器、执行器等）提供直流电源。输出电流有2,A、5A、10A,三种,正常：绿色,LED,灯亮,过载：绿色,LED,灯闪,短路：绿色,LED,灯暗（电压跌落，短路消失后自动恢复）,电压波动范围：5%,六、,S7,300,系统的组成部件,11,PS307,电源模块,PS307,是西门子公司为,S7-300,专配的,24 V DC,电源。,PS307,系列模块除输出额定电流不同外,(,有,2 A,、,5 A,、,10 A,三种,),，其工作原理和各种参数都相同。,PS307,可安装在,S7-300,的专用导轨上，除了给,S7-300 CPU,供电外，也可给,I/O,模块提供负载电源。,12,PS307 10 A,模块端子接线图,13,3、CPU,模块,各种,CPU,有不同的性能，例如有的,CPU,集成有数字量和模拟量输入,/,输出点，有的,CPU,集成有,PROFIBUS,DP,等通信接口。,CPU,前面板上有状态故障指示灯、模式开关、,24V,电源端子、电池盒与存储器模块盒（有的,CPU,没有）。,14,4、,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，它们使不同的过程信号电压或电流与,PLC,内部的信号相匹配。,数字量输入模块：,SM321,系列，,24,V DC,，,120/230V AC,数字量输出模块：,SM322,系列，继电器型，晶体管型，可控硅型,模拟量输入模块：,SM331,系列，电压，电流，电阻，热电偶,模拟量输出模块：,SM332,系列，电压，电流,功能,使不同级的过程信号电平和,S7-300的内部信号电平相匹配,15,5、功能模块,(,FM),功能模块主要,用于,对,时间要求苛刻、存储器容量要求较大的过程信号处理任务。,计数：计数器模块,定位：快速,/,慢速进给驱动位置控制模块、电子凸轮控制器模块、步进电动机定位模块、伺服电动机定位模块等,闭环控制：闭环控制模块,工业标识系统：接口模块、称重模块、位置输入模块、超声波位置解码器等。,16,6、接口模块,(,IM),接口模块用于多机架配置时连接主机架（,CR,）和扩展机架（,ER,）。,S7,300,通过分布式的主机架和,3,个扩展机架，最多可以配置,32,个信号模块、功能模块和通信处理器。,连接：,IMS 360,发送、,IMR 361,接收；对于,双层,组态，常用硬连线的,IM 365,接口模块,距离：,采用,IM 365、,两层机架，电缆最大长度可达1米；采用,IM 360/361、,多层机架，机架之间电缆最大长度10米,17,7、通讯处理器,(,CP),扩展中央处理单元的通讯任务，提供以下的连网能力：,点到点连接,PROFIBUS,工业以太网,8、附件,总线连接器和前连接器,18,七、,S7,300,的系统结构,S7,300,采用紧凑的、无槽位限制的模块结构，电源模块（,PS,）、,CPU,、信号模块（,SM,）、功能模块（,FM,）、接口模块（,IM,）和通信处理器（,CP,）都安装在导轨上。导轨是一种专用的金属机架，只需将模块钩在,DIN,标准的安装导轨上，然后用螺栓锁紧就可以了。有多种不同长度规格的导轨供用户选择。,电源模块总是安装在机架的最左边，,CPU,模块紧靠电源模块。如果有接口模块，它放在,CPU,模块的右侧。,S7,300,用背板总线将除电源模块之外的各个模块连接起来。背板总线集成在模块上，模块通过,U,形总线连接器相连，每个模块都有一个总线连接器，后者插在各模块的背后。安装时先将总线连接器插在,CPU,模块上，并固定在导轨上，然后依次装入各个模块。,19,S7,300,的系统结构,外部接线接在信号模块和功能模块的前连接器的端子上，前连接器用插接的方式安装在模块前门后面的凹槽中，前连接器与模块是分开订货的。,S7,300,的电源模块通过电源连接器或导线与,CPU,模块相连，为,CPU,模块提供,DC24V,电源。,PS307,电源模块还有一些端子可以为信号模块提供,24V,电源。,20,问题三、,S7-300,的,CPU,模块,S7,300,有,20,种不同型号的,CPU,，分别适用于不同等级的控制要求。有的,CPU,集成了数字量,I/O,，有的同时集成了数字量,I/O,和模拟量,I/O,。,CPU,模块面板上有状态和故障指示灯,LED,、模式选择开关和通信接口。大多数,CPU,还有后备电池盒，存储器插槽可以插入多达数兆字节的,Flash EPROM,微存储器卡（简称,MMC,卡），用于掉电后程序和数据的保存。,21,22,一、状态和故障显示,LED,SF,（,红色）：系统错误、编程错误或从有诊断功能模板来的故障。,BF,（,或,BATF,红色）：电池故障，电池电压低或没有电池时亮。,DC5V,（,绿色）：,CPU,和,S7,300,总线的,5V,电源电压正常时亮。（提供给背板总线）,FRCE,（,黄色）：至少有一个,I/O,接口被强制时亮。,RUN,（,绿色）：,CPU,启动时闪亮（2,Hz,），运行时常亮,STOP,（,黄色）：,CPU,在,STOP,、,HOLD,状态或重新启动时常亮；当要求存储器复位时以,0.5Hz,的频率闪烁，正在执行存储器复位时以,2Hz,的频率闪烁。,23,24,二、,CPU,的功能,执行用户程序；,为,S7,背板总线提供5,V,电源；,在,MPI,网络中，通过,MPI（,多点接口）与其他,MPI,网络节点进行通信。,25,三、,CPU,的运行模式,CPU,有四种工作模式：,STOP,（停机）、,STARTIP,（启动）、,RUN,（运行）、,HOLD,（保持）。在所有的模式中，都可以通过,MPI,接口与其他设备通信。,STOP,模式：,CPU,模块通电后自动进入,STOP,模式，在该模式不执行用户程序，程序被终止。,RUN,模式：执行用户程序，刷新输入和输出，处理中断和故障信息服务。,HOLD,模式：在起动和,RUN,模式执行程序时遇到调试用断点、用户程序的执行被挂起（暂停），定时器被冻结。,STARTUP,模式：启动模式，可以用钥匙开关或编程软件启动,CPU,。如果钥匙开关在,RUN,或,RNU,P,位置，通电时自动进入启动模式。,26,四、,CPU,的模式选择开关,有的,CPU,的模式选择开关是一种钥匙开关，操作时需要插入钥匙，用来设置,CPU,当前的运行方式。钥匙拔出后，就不能改变操作方式。这样可以防止未经授权的人员非法删除或改写用户程序。,RUN-P：,运行-编程状态（可读写存储器），在此位置不可以拔出钥匙开关。,RUN：,运行状态（只可读存储器），不可以修改用户程序，在此位置可以取出钥匙开关。,STOP：,停止运行状态（可修改程序），在此位置可以取出钥匙开关。,MRES：,清存储器，此位置钥匙开关不能保持，松手时开关将自动返回,STOP,位置。,27,MRES：,将钥匙开关从,STOP,状态扳到,MRES,位置，可复位存储器，使,CPU,回到初始状态。工作存储器、,RAM,装载存储器中的用户程序和地址区被清除，全部存储器位、定时器、计数器和数据块均被删除，即复位为,0,，包括有保持功能的数据。如果有快闪存储器卡，,CPU,在复位后将它里面的用户程序和系统参数复制到工作存储区。,存储卡被取掉或插入时，,CPU,发出系统复位请求，,STOP,LED,以,0.5Hz,的频率闪动。此时应将模式选择开关扳到,MRES,位置，执行复位操作。,28,用钥匙开关执行存储器复位的方法：,1,、合上电源开关,2,、把钥匙开关转到,STOP,位置,3,、把钥匙开关转到,MRES,位置（存储器复位）并保持在这个位置直到,STOP,指示灯慢闪两次（约,3,秒）,4,、把钥匙开关转回,STOP,位置，然后在,1,秒钟内再转到,MRES,，直到,STOP,指示灯快闪。,当,CPU,要求复位时，就进行一次存储器复位（也可用编程器进行存储器复位）。,29,执行存储器复位和完全再启动,RUN-P,RUN,STOP,MRES,1.把模式开关设定在,STOP,RUN-P,RUN,STOP,MRES,RUN-P,RUN,STOP,MRES,2.把模式开关切换到,MRES，,并保持直到,STOP LED,慢速闪烁 两次。,松手，模式开关又回到,STOP,位置。,RUN-P,RUN,STOP,MRES,4.把模式开关切换到,RUN-P,位置！,（,在从,STOP,转换到,RUN/RUN-P,的时候，执行一次完全 再启动）,RUN-P,RUN,STOP,MRES,3.再把模式开关切换到,MRES,位置，直到,STOP LED,开始快速 闪烁。,松手，模式开关又回到,STOP,位置。,RUN-P,RUN,STOP,MRES,30,五、微存储器卡,Flash EPROM,微存储卡（,MMC,）用于在断电时保存用户程序和某些数据，它可以扩展,CPU,的存储器容量，也可以将有些,CPU,的操作系统保存在,MMC,中，这对于操作系统的升级是非常方便的。,MMC,用作装载存储器或便携式保存媒体。,MMC,的读写直接在,CPU,内进行，不需要专用的编程器。由于,CPU31xC,没有安装集成的装载存储器，在使用,CPU,时必须插入,MMC,，,CPU,与,MMC,是分开订货的。,如果在写访问过程中拆下,SIMATIC,微存储卡，卡中的数据会被破坏。在这种情况下，必须将,MMC,插入,CPU,中并删除它，或在,CPU,中格式化存储卡。只有在断电状态或,CPU,处于,STOP,状态时，才能取下存储卡。,31,六、通信接口,所有的,CPU,模块都有一个多点接口,MPI,，有的,CPU,模块一个一,MPI,和一个,PROFIBUS,DP,接口，有的,CPU,模块有一个,MPI/DP,接口和一个,DP,接口。,MPI,用于,PLC,与其他西门子,PLC,、,PG/PC,（编程器或个人计算机）、,OP,（操作员接口）通过,MPI,网络的通信。,PROFIBUS,DP,用于与其他西门子带,DP,接口的,PLC,、,PG/PC,、,OP,和其他,DP,主站和从站通信。传输速率最高,12Mbit/s,。,32,七、电池盒,电池盒是安装锂电池的盒子，在,PLC,断电时，锂电池用来保证实时钟的正常运行，并可以在,RAM,中保存用户程序和更多的数据，保存的时间为,1,年。有的低端,CPU,（如,312FM,与,313,）因为没有实时钟，因此没有配备锂电池。,八、电源接线端子,电源模块上的,L1,、,N,端子接,AC220V,电源，接地端子和,M,端子一般用短路片短接后接地，机架的导轨应接地。,电源模块上的,L,和,M,端子分别是,DC24V,输出电压的正、负极。用专用的电源连接器连接电源模块和,CPU,模块的,L,和,M,端子。,33,九、实时钟与运行时间计数器,CPU312,IFM,与,CPU313,因为没有锂电池，只有软件实时钟，,PLC,断电时停止计时，恢复供电后从断电瞬时的时刻开始计时。有后备锂电池的,CPU,有硬件实时钟，右以在,PLC,电源断电时继续运行，运行小时计数器的计数范围为,0,32767h,。,34,十、存储器,存储器分为系统程序存储器和用户程序存储器。系统程序相当于个人计算机的操作系统，由,PLC,生产厂家设计并固化在,ROM,（只读存储器）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（,16,位二进制数）为单位。,35,PLC,使用以下几种物理存储器：,1,、随机存取存储器（,RAM,）,用户可以用编程装置将用户程序读出或写入,RAM,，电源中断后信息将丢失。,RAM,的工作速度高，价格便宜，改写方便，在中断,PLC,的外部电源后，右用锂电池保存,RAM,中的用户程序和某些数据，需要更换锂电池时，由,PLC,发出信号，通知用户。现在部分,PLC,仍用,RAM,来储存用户程序。,2,、只读存储器（,ROM,）,ROM,的内容就发出，不能写入。电源消失后仍能保存储存的内容，,ROM,一般用来存放,PLC,的系统程序。,3,、快闪存储器和,EEPROM,快闪存储器（,Flash EPROM,）简称为,FEPROM,；可电擦除可编程的只读存储器的简称为,EEPROM,。它们兼有,ROM,和,RAM,的特点，只是写入信息的时间较长，它们用来存放用户程序和需要长期保存的重要数据。,36,S7-300,的电流耗量和功率损耗,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。在组建,S7-300,应用系统时，考虑每块模块的电流耗量和功率损耗是非常必要的，表,1,列出了在,24 V,直流负载电源情况下，各种,S7-300,模块的电流耗量、功率损耗以及从,24 V,负载电源吸取的电流。表,2,列出了在,120/230 V AC,负载电源下，模块的电流耗量和功率损耗。,37,表,1,：,S7-300,模块的电流耗量和功率损耗,(24 V DC,负载电源,),38,39,表,2,：,S7-300,模块的电流耗量和功率损耗,(120/230 V AC,负载电源,),40,一个实际的,S7-300 PLC,系统，确定所有的模块后，要选择合适的电源模块，所选定的电源模块的输出功率必须大于,CPU,模块、所有,I/O,模块、各种智能模块等总消耗功率之和，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必须小于,0.25 V,。,41,例如，一个,S7-300 PLC,系统由下面的模块组成：,1,块中央处理单元,CPU 314,2,块数字量输入模块,SM321,，,16,24 V,l,块继电器输出模块,SM322,，,8,230 V AC,l,块数字量输出模块,SM322,，,16,24 V DC,l,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,各模块从,S7-300,背板总线吸取的电流,2,25,40,70,60,2,60,340 mA,各模块从,24 V,负载电源吸取的电流,1000,2,1,75,100,200,2,240,1857 mA,各模块的功率损耗,8,2,3.5,2.2,4.9,1.3,2,3,29.4 W,42,从上面计算可知，信号模块从,S7-300,背板总线吸取的总电流是,340 mA,，没有超过,CPU 314,提供的,1.2 A,电流。各模块从,24 V,电源吸取的总电流约为,1.857 A,，虽没有超过,2 A,，但考虑到电源应留有一定裕量，所以电源模块应选,PS307 5 A,。上述计算没有考虑接输出执行机构或其它负荷时的电流消耗，设计中不应忽略这一点。,PS307 5 A,的功率损耗为,18 W,，所以该,S7-300,结构总的功率损耗是,18,29.4,47.4 W,。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。,43,1、S7-300,的安装位置,S7-300,既可以水平安装，也可以垂直安装。,注意其允许的环境温度：,垂直安装 040；,水平安装 060；,问题五、,S7-300,安装,44,对于水平安装，,CPU,和电源必须安装在左面 对于垂直安装，,CPU,和电源必须安装在底部,必须保证下面的最小间距：,-机架左右为20,mm,-单层组态安装时，上下为40,mm,两层组态安装时，上下至少为,80,mm,接口模块安装在,CPU,的右面,2,、安装规范,45,3,、,单机架安装模块,所需处理的信号量少,在,CPU,右边可以安装不超过八个模块（,SM、FM、CP）,一个单机架上的全部模块的背板总线上的电流不超过以下数值：,-1.2,A（,除,CPU312、CPU312C,和,CPU312IFM,外）,-0.8,A（CPU312、CPU312C,和,CPU312IFM,）,46,4,、,多机架安装模块,所需处理的信号量大,没有足够的插槽,多层组态只适用于,CPU 314/315/316,接口模块总是位于3号槽（槽1：电源；槽2：,CPU）,每个机架上不超过8个信号模块（,SM、FM、CP），,这些模块总是位于接口模块的右边,能插入的模块数（,SM、FM、CP）,受到,S7-300,背板总线所提供电流的限制（每个机架总线上不应超过1.2,A),47,5,、,S7-300,的扩展能力,槽号,1 2 3 456 78 9 10 11,CPU,IMS,FM,本机,PS,PS,IMR,IMR,PS,IMR,PS,48,6,、最大扩展能力,当选用,CPU,的类型为314或315时，扩展机架部分的槽4-11位最多达32个模板、每个机架（层）8个模板。,槽号 槽 1 到 3 为固定分配,槽 1-,PS（,电源），如用外部电源，则组态时用空位,槽 2-,CPU（,中央处理器）,槽 3-,IM（,接口模板）,功能槽 4 到 11 自由分配给,SM（,信号模板）、,FM（,位控模板）、,CP,（通讯模板）,49,7,、安装导轨,57.2,mm,466,mm,500 mm,800 mm,用,M 6,螺丝把导轨固定到安装部位！,连接保护地,把保护地连到导轨上（通过保护地螺丝！）,注：导线的最小截面积为,10,mm,2。,482,mm,530 mm,830 mm,50,8,、安装检查表,所有部件是否齐备,?（,见部件清单）,安装导轨！,安装电源,!,把总线连接器连到,CPU，,并安装模块,!,把总线连接器连到,I/O,模块，并安装模块,!,连接前连接器，并插入标签条和槽号！,给,模块配线（电源，,CPU,和,I/O,模块）,51,52,打开电源模块和,CPU,模块面板上的前盖,松开电源模块上接线端子的夹紧螺钉,将进线电缆连接到端子上，并注意绝缘,上紧接线端子的夹紧螺钉,用连接器将电源模块与,CPU,模块连接起来并上紧螺钉,关上前盖,检查进线电压的选择开关,把槽号插入前盖！,9,、电源和,CPU,的接线,53,10,、前连接器的接线,前连接器用于将系统中的传感器和执行器连接至,S7,300PLC,。将传感器和执行器连接到前连接器上，并插入模块中。,前连接器按端子密度分有两种类型：,20,针和,40,针，按联接方式又分为弹簧,负载型端子和螺钉型端子。,54,安装方法：,打开信号模块的前盖,将前连接器放在接线位置,将夹紧装置插入前连接器中,剥去电缆的绝缘层(6,mm,长度),将电缆连接到端子上,用夹紧装置将电缆夹紧,将前连接器放在运行位置,关上前盖,填写端子标签并将其压入前盖中在前连接器盖上粘贴槽口号码,55,11,、准备启动,把钥匙插入,CPU,插入后备电池,如果用户程序不是存入在存储器模块中（该模块中的程序不靠电源保持）,如果出现断电时必须保持大量的数据,如果需要插入存储器模块,不需要后备电池就可以保持用户程序和数据,具有较大的,“,装载存储器,”,56,钥匙开关,用于选择操作模式（,STOP,、,RUN,和存储器复位）。该开关提供对用户程序的保护。如果钥匙开关在,RUN,位置取下，只能读用户程序而不能修改。,后备电池,一般应在使用一年后更换锂电池，只能在系统通电时更换，否则会丢失用户存储器中的程序和数据。更换时打开,CPU,前盖，用螺钉旋具把旧的电池取出，新电池的连接器插入电池盒，把电池推入电池盒，盖上,CPU,前盖。,存储器模块,插入存储器卡前，把,CPU,切换到,STOP,状态，并判断电源。,CPU,存储器复位,如下情况必须执行,CPU,存储器复位：,1,、当第一次启动前,2,、当新的完整的用户程序下载前,3,、如果,CPU,要求存储器复位时（,STOP,LED,闪烁）,57,12,、更换,S7,300,的信号模板,把,CPU,切换到,STOP,状态,切断负载供电电源,打开前盖，松开前连接器并取下,松开模板上的紧固螺丝并摘下模块,在新模块上，取下编码器的上半部分,把新模板插入，并固定在导轨上,将接好线的前连接器插入模板并把它放到正常工作位置,关上前盖，重新接通负载电源,执行一次,CPU,的完全再启动,注意：,更换任何模板必须注意，如果,CPU,不是,STOP,模式，通过通讯总线（,MPI,）可能仍在交换数据，这样会导致系统故障，如果不能确定，请拔下,CPU,的,MPI,接口上的连接器。,58,14,、更换,S7,300,数字量输出模板的保险管,把,CPU,切换到,STOP,状态,切断负载电源，取下前连接器,松开模板上的紧固螺丝，把模板取下,拧下模板的保险管座,更换保险管,重新拧紧保险管座,安装模板，插入前连接器,重新接上负载电源,下面的数字量输出模板带有保险管：,SM322,16,AC120V,SM322,8,AC120/230V,保险管规格：,8A/250V,59,1.S7-300,系列,PLC,的硬件系统由哪几部分组成,?,2.S7-300,系列,PLC,常用输入、输出模块有哪几种,?,各适用于哪些场合？,3.,一个控制系统如果需要,12,点数字量输入、,30,点数字量输出、,10,点模拟量输入和,2,点模拟量输出，则问：,(1),如何选择输入,/,输出模块,?,(2),各模块的地址如何分配,?,思考与练习题,60,谢谢！,61,