正文 第八章 西門子S7-300係列PLC的硬件係統(2 / 3)

它是西門子公司為S7-300 PLC專配的DC 24V電源,連接單相交流係統(輸入電壓為AC 120V/230V,50Hz/60Hz),輸出電壓為DC 24V;可安裝在S7-300 PLC的專用導軌上,其額定輸出電流有2A、5A和10A等多種;有防短路和開路保護;有可靠的隔離特性,符合EN 60950標準;可用作負載電源。

二、CPU模塊

S7-300有多種不同性能的CPU模塊,以滿足用戶的不同要求。各種CPU有不同的性能,如有的CPU模塊集成了數字量I/O和模擬量I/O,有的CPU模塊還帶有集成的現場總線profibus-DP接口或PtP串行通信接口等。

CPU模塊前麵板上有狀態故障指示燈、模式開關、24V電源端子、電池盒與存儲器模塊盒(有的CPU沒有)等。

1.狀態與故障顯示LED

2. CPU運行模式

CPU一般有四種運行模式:STARTUP(啟動)、RUN(運行)、HOLD(保持)、STOP(停機)。

(1)STARTUP模式啟動模式。可以通過鑰匙開關啟動,也可以通過編程軟件啟動。

(2)RUN模式運行模式。在此模式下,CPU執行用戶程序,刷新輸入輸出,處理中斷和故障信息服務。

(3)HOLD模式保持模式。當執行程序遇到調試斷點時,用戶程序執行被掛起(暫停),定時器暫時停止。

(4)STOP模式停止模式。在此模式下,CPU不執行用戶程序,但是可以接收全局數據和檢查係統等操作。

3.模式選擇開關

有的CPU模式選擇開關(模式選擇器)是一種鑰匙開關,操作時需插入鑰匙,用來設置CPU當前的運行方式。當鑰匙拔出後,就不能改變CPU的操作方式。

複位存儲器按下述順序操作:PLC通電後將模式選擇開關從STOP位置扳到MRES位置,“STOP”LED燈熄滅1s,亮1s,再熄滅1s後保持亮;放開開關,使它回到STOP位置,然後又回到MRES,“STOP”LED以2Hz的頻率至少閃動3s,表示執行複位,最後“STOP”LED亮時,可以鬆開模式開關。

三、信號模塊

輸入或輸出模塊統稱為信號模塊(Signal Model ,SM),包括數字量(或稱開關量)輸入模塊、數字量輸出模塊、數字量輸入/輸出模塊、模擬量輸入模塊、模擬量輸出模塊和模擬量輸入/輸出模塊。

1.數字量信號模塊

S7-300 PLC的數字量信號模塊包括:SM321數字量輸入模塊(DI)、SM322數字輸出模塊(DO)和SM323/SM327數字量輸入/輸出模塊(DI /DO)等。

SM321數字量輸入模塊用於連接工業現場的標準開關、兩線製接近開關(BERO)等數字量(或開關)輸出器件。

SM322數字量輸出模塊主要用於將S7-300 PLC內部的信號電平轉換成現場所需要的外部信號電平,其內部均有電隔離電路及功率驅動電路,可直接驅動電磁閥、接觸器、小功率電動機、指示燈及電動機啟動器等負載。

SM323和SM327數字量輸入/輸出模塊是在一塊模塊上同時具備輸入和輸出點的信號模塊。其中SM327具有8個獨立輸入點,8個可獨立配置為輸入或輸出點,在RUN模式下可動態的修改模塊的參數。

SM374仿真模塊主要用於程序的調試,比較適合於教學,它可以仿真16DI、16DO、8DI/8DO的數字量模塊。SM374麵板上有一個功能設定開關,用螺釘旋轉工具改變功能設定開關的位置,即可仿真所需的數字量模塊。仿真模塊沒有被列入S7組態工具現有模塊目錄中,但組態時可以填入被仿真模塊的代號。例如,組態時若SM374仿真16點輸入的模塊,就填入16點數字量輸入模塊的代號,推薦使用SM 321: 6ES7321-1BH01-0AA0;若仿真16點輸出的模塊,就填入16點數字量輸出模塊的代號,推薦使用SM 322: 6ES7322-1BH01-0AA0;若把 SM 374 用作為一個混合輸入/輸出模塊,則在STEP7中組態一個混合輸入/輸出模塊( 8個輸入,8個輸出), 推薦使用SM 323: 6ES7323-1BH01-0AA0。SM374麵板有16個開關,用於輸入狀態的設置;有16個綠色LED指示燈,用於指示I/O狀態。需要注意:當CPU處於RUN模式時,不能通過開關進行模式設置。

占位模塊DM370的主要作用是給數字量模塊保留一個插槽,使PLC應用係統具有更大的靈活性和適應性。在一個應用係統中,如果用一塊S7-300模塊代替占位模塊,則整個配置的機械布局和地址的設置均保持不變。

2.模擬量信號模塊

S7-300 PLC的模擬量模塊包括:SM331模擬量輸入模塊(AI)、SM332模擬量輸出模塊(AO)和SM334模擬量輸入/輸出模塊(AI/AO)等。

SM331用於將現場各種模擬量測量傳感器輸出的直流電壓或電流信號轉換為PLC內部處理用的數字信號。該類模塊主要由A/D轉換器、轉換開關、恒流源、補償電路、光隔離器及邏輯電路等組成。SM331目前隻有八種規格的模塊,所有模塊內部均設有光隔離電路。

SM332用於將S7-300 PLC的數字信號轉換為成比例的電流信號或電壓信號,控製模擬量調節器或執行機構。其主要組成部分是D/A轉換器。SM332目前有四種規格的模塊,所有模塊內部均設有光隔離電路。

模擬量輸入/輸出模塊有SM334和SM335兩個子係列。SM334為通用模擬量輸入/輸出模塊,具有兩種規格,一種是精度為8位的4模入/2模出的模擬量模塊,另一種是精度為12位的4模入/2模出的模擬量模塊。SM334模塊輸入測量範圍為0~20mA或0~10V;SM334沒有負的測量範圍,且精度比較低。SM335為高速模擬量輸入/輸出模塊,並設有一些特殊功能。

四、接口模塊

接口模塊用於S7-300 PLC中央機架到擴展機架的連接。S7-300主要有IM365、IM360、IM361三種規格的接口模塊。

IM365接口模塊隻能用於一級擴展(僅能連接一個擴展機架),即雙機架係統擴展。擴展需要兩個IM365配對模塊和一個368連接電纜,擴展機架與基本機架之間的連接電纜長度不能超過1m。

IM360和IM361接口模塊必須配合使用,用於S7-300 PLC的多機架擴展。擴展時,在基本機架上安裝IM360模塊,在擴展機架上均安裝IM361模塊。IM361還可以連接其它IM361模塊,多級擴展可以通過IM361依次串聯連接,但是受到S7-300最大擴展級的限製(最多可以連接3個擴展機架)。

五、通信模塊

通信處理器模塊是一種智能模塊,它用於PLC與計算機和其它智能設備之間的通信,即擴展中央處理單元的通信任務。它可以將PLC接入PROFIBUS-DP、AS-i和工業以太網,或用於實現點對點通信等。通信處理器可以減輕CPU處理通信的負擔,並減少用戶對通信的編程工作。

常用通信處理器模塊有CP340、CP341、CP342-2、CP342-5、CP342-5FO、CP343-1、CP343-1 IT、CP343-1 PN、CP343-5等。

六、功能模塊

功能模塊是一種專門用於實現功能工藝的模塊。S7-300係統主要有如下功能模塊。

1.計數器模塊

計數器模塊均具有32位計數器或31位加減計數器,可以判斷脈衝的方向;都具有比較功能,達到比較值時,通過集成的數字量輸出響應信號,或通過背板總線向CPU發出中斷;都可以2倍頻和4倍頻計數(4倍頻是指在兩個互差90°的A、B信號的上升沿、下降沿都計數);都通過集成的數字量輸入直接接收啟動、停止計數器等數字信號。計數器模塊可以給編碼器供電。

計數器模塊主要有FM350-1計數器模塊、FM350-2計數器模塊等類型。

2.位置控製模塊和位置檢測模塊

主要有FM351、FM352、FM353、FM354、SM338等幾個類型。

FM351定位模塊主要用於電機控製,它可以通過接觸器控製變極調速電動機或通過變頻器對標準電動機進行控製。FM352電子凸輪定位模塊主要用於順序控製,它有32個凸輪軌跡,13個內置數字量輸出用於動作的直接輸出,采用增量或同步連續位置解碼。FM353步進電機定位模塊主要用於高速機械設備中,它將脈衝傳送到步進電動機的功率驅動器,通過脈衝數量控製移動距離,用脈衝的頻率控製移動速度。FM354伺服電機定位模塊可實現點到點定位和複雜的運動方式。

SM338超聲波位置編碼器模塊用超聲波傳感器檢測位置,具有無磨損、保護等級高、精度穩定不變、與傳感器的長度無關等優點。SM 338位置輸入模塊可作為最多3個絕對值編碼器(SSI)和CPU之間的接口。它將SSI過程的位置編碼器信號轉換為 S7-300 的數字量值,可為順序過程控製提供位置編碼器值,並可提供控製條件來對運動係統中的編碼器值產生直接響應。

3.閉環控製模塊

主要有FM 355、FM355-2、FM455、FM458-1DP應用模塊等幾個類型。

FM 355 閉環控製模塊是智能4通道閉環控製模塊,適用於溫度控製、壓力控製、流量控製、物位控製等通用的閉環控製任務。

FM 355-2閉環控製模塊是智能4通道溫度控製模塊,可以方便地實現在線自適應溫度控製,可實現加熱、冷卻以及加熱冷卻組合控製。它有FM 355-2C連續控製器和FM 355-2S步進或脈衝控製器兩種型號。

FM455具有16點數字量輸入。

FM458-1DP是為自由組態閉環控製設計的,有包含300個功能塊的庫函數和CFC連續功能圖圖形化組態軟件,帶有PROFIBUS-DP接口。其基本模塊可以執行計算、開環和閉環控製,通過擴展模塊可以對I/O和通信進行擴展。

第三節S7-300的配置

S7-300 PLC由各種模塊和導軌組成機架,包含CPU模塊的機架稱為中央機架 (CR)。每個機架最多可安裝8個信號(SM)模塊(或者其它功能模塊)。當中央機架所包含的I/O點數不夠,或者需要分布式的I/O配置時,就需要考慮擴展機架(ER)的設置。未安裝CPU模塊的機架隻能當作擴展機架,且必須通過接口模塊與主機架連接。

一、機架的配置

S7-300係列PLC采用背板總線結構,直接將總線集成在每個模塊上,所有安裝在機架上(DIN軌道)的模塊均通過總線連接器進行級聯擴展。S7-300的機架可以采用水平方向安裝,也可以采用垂直方向安裝。若采用水平方向安裝,CPU和電源必須安裝在左麵,所允許的環境空氣溫度為0~60℃。對於垂直安裝,CPU和電源必須安裝在底部,所允許的環境空氣溫度為0~40℃,且必須保證以下的最小間距: