正文 第八章 西門子S7-300係列PLC的硬件係統(3 / 3)

① 機架左右為20mm;

② 單層組態安裝時,上下為40mm;

③ 兩層組態安裝時,上下至少為80mm。

1.單機架配置

CPU312、CPU312C、CPU312 IFM和CPU313等隻能使用一個機架,在該機架上除了電源模塊、CPU模塊和接口模塊外,最多隻能再安裝8個信號模塊、功能模塊或通信模塊。

電源模塊安裝在最左邊的槽位上,CPU模塊安裝在電源右邊的槽位上,3~10槽位則可以安裝信號模塊、功能模塊或通信模塊。CPU模塊將DC 24V電源轉換成DC 5V電源供自身使用,並經過背板總線送給其它模塊,額定電流值與CPU型號有關。各類模塊消耗的電流可通過S7-300模塊手冊查到,它們所消耗的總電流,也是選擇CPU模塊的依據之一。

如果選擇一個單機架進行安裝,建議在CPU的右側(3號槽位上)插入一個占位模塊,以便將來可簡單的通過使用一個接口模塊將該模塊替換掉,就可擴展第二個機架,而無需重新安裝和連接第一個機架。

2.多機架配置

中央機架與擴展機架之間的連接,需要接口模塊的參與。接口模塊總是成對使用的,在中央機架和擴展機架上各需安裝一塊接口模塊。位於中央機架上的接口模塊應安裝在CPU模塊之後,而擴展機架上的接口模塊則應安裝在機架的最左端或者電源模塊之後。CPU314、CPU315及CPU315-2DP等最多可以擴展4個機架,安裝32個信號模塊(含功能模塊和通信模塊)。

對於多個機架,需要利用接口模塊IM360/IM361將S7-300PLC的背板總線從一個機架連接到下一個機架。擴展機架需要單獨提供DC24V電源,此時最多可擴展三個ER,機架之間的距離在4cm~10m之間。中央機架和各個擴展機架均配有電源模塊;中央機架上安裝接口模塊IM360,機架號為0號;三個擴展機架安裝接口模塊IM361,機架號依次為l號、2號、3號;CPU模塊總是安裝在0號機架(主機架)的2號槽位上,1號槽位安裝電源模塊,3號槽位總是安裝接口模塊(如IM360),4~11號槽位可自由分配信號模塊、功能模塊和通信模塊。需要注意的是,槽位是相對的,每個機架的導軌並不存在物理的槽位。

用於發送的接口模塊IM360裝在0號機架3號槽位。通過368專用電纜,將數據由IM360發送到IM361。IM360和IM361的最大距離為10m。IM360、IM361上有指示係統狀態和故障的發光二極管LED,如果CPU不確認此機架,則LED閃爍,可能是連接電纜沒接好或者是串行連接的IM360關掉了。

具有接收功能的接口模塊IM361,用於S7-300的機架1到機架3的擴展。通過368連接電纜,把數據從IM360接收到IM361,或者從一個IM361傳到另一個IM361。IM361和IM361之間的最大距離也為10m。IMI361不僅提供數據傳輸功能,還將24V直流電壓轉換為5V直流電壓,給所在機架的背板總線提供直流5V電源,提供電流不超過1.2A,CPU 312 IFM不超過0.8A。所以,每個機架所能安裝的模塊數量除了不能大於8塊外,還要受到背板總線5V提供電流的限製,即每個機架上各模塊消耗的5V電流之和應小於該機架最大的供電電流。

如果係統隻需要一個擴展機架,可以選用IM365型接口模塊對,這是一種經濟型的配置方案。這一對接口模塊由1m長的連接電纜相互固定連接。IM365不提供直接5V電源,此時,在兩機架上直流5V的總線電流耗量限在1.2A之內,且每個機架最多不能超過800mA。由於IM365不能給機架1提供通信總線,所以在機架1上隻能安裝信號模塊,而不能安裝通信等其它智能模塊。

二、S7-300 PLC模塊地址的確定

S7-300 PLC的信號模塊的地址範圍與模塊所在機架號和槽位號有關,而具體的位地址或通道地址則與信號線接在模塊上的端子有關。根據機架上模塊的類型,地址可以輸入(I)或輸出(O)。

1.數字量信號地址

S7-300的數字I/O地址由地址標識符、地址的字節部分和位部分組成。地址標識符I表示輸入,Q表示輸出,如I0.7是一個輸入數字量的地址,表示0號字節的第7位。S7-300對各個I/O點的編址是依據其所屬模塊的安裝位置決定的,依據規定,各種信號模塊應安裝在4號至11號槽位。因此,CPU從0號機架的4號槽位開始分配地址,每個槽位占用4個字節(即32個I/O點) ,每個數字量I/O點占用其中的一位。

舉例來說,若中央機架(機架0)的4號槽位安裝了SM 321:DI32×24VDC模塊,則該模塊上的32個數字輸入點地址依次為:I0.0~I0.7、I1.0~I1.7、I2.0~I2.7、I3.0~I3.7。若為數字輸出模塊,如SM 322:DO32×24VDC/0.5A,則32個輸出點地址依次為:Q0.0~Q0.7、Q1.0~Q1.7、Q2.0~Q2.7、Q3.0~Q3.7。如果不是32點的模塊,如SM 321:DI16×24VDC,則各點地址依次為:I0.0~I0.7、I1.0~I1.7,後麵的I2.0~I3.7不能用。

除了數字量地址方式外,S7-300PLC還可以使用字節、字或雙字地址方式。

2.模擬量信號地址

對於模擬I/O模塊,從0號機架的4號槽位開始,每個槽位占用16字節(等於8個模擬量通道),每個模擬量輸入通道或輸出通道占用一個字地址。

例如,QW256是一個模擬量輸出通道的地址,由QB256和QB257兩個字節組成,而輸入地址IW640則是由IB640和IB641兩個字節組成的。

實際使用中,要根據具體的模塊確定實際的地址範圍。例如,如果在0號機架上的5號槽位安裝一個4通道的模擬量輸入模塊,則該模塊的地址範圍為PIW272、PIW274、PIW276和PIW278;如果在0號機架上的5號槽位安裝一個2通道的模擬量輸出模塊,則該模塊的地址範圍為PQW272、PQW274。

三、S7-300 PLC 的電流耗量和功耗

1. CPU提供的背板總線電流

S7-300 PLC模塊使用的電源由S7-300背板總線提供。一些模塊還需要從外部負載電源供電。在組態S7-300 PLC應用係統時,必須要考慮每塊模塊的電流耗量和功率損耗,背板總線電流不大於1.2A(CPU 312 IFM 不大於0.8A),總功率不超過機櫃可能散發的總功率。S7-300 CPU所提供的背板總線電流及功耗可通過相關手冊查閱。

2.模塊消耗的背板總線電流

一個實際的S7-300 PLC 係統,在確定了所有模塊後,要選擇適合的電源模塊。所選定的電源模塊的輸出功率必須大於CPU模塊、所有I/O模塊、各種智能模塊等總消耗功率之和,並且需要留約30%的餘量。當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電壓壓降必須小於0.25V。各類模塊消耗的電流可通過S7-300模塊手冊查到。

所有信號模板和功能模板從背板總線吸取的電流為:

25×2+80+100+60+60+100=450(mA)

所有模板從電源吸取的電流為:

600+2×25+120+250+200+135+150=1505(mA)

所有模板的功耗為:

2.5+2×3.5+4.9+4.5+1.3+3+10=33.2(W)

通過計算可知,所有模板從背板總線吸取的電流為0.45A,沒有超過CPU312所能提供的最大電流1.2A。所有模板從電源吸取的電流為1.505A,在考慮餘量的基礎上應選擇PS307 5A的電源模板。因為PS307 5A的功耗為18W,所以係統的總功耗為33.2+18=51.2W。在考慮機架的大小時,要考慮到該功耗的散熱問題。

第一個數字量輸入模塊SM321 16×24V DC模塊安裝在0號機架上的4號槽位,該模塊上16個數字輸入點的默認地址分別為I0.0~I0.7及I1.0~I1.7;同理可知,安裝在5號槽位的第二個數字量輸入模塊SM321模塊的16個數字輸入點的地址分別為I4.0~I4.7及I5.0~I5.7;安裝在6號槽位的SM322 16×24V DC模塊的16個數字輸出點的地址分別為Q8.0~Q8.7及Q9.0~Q9.7;安裝在7號槽位的SM322 16×繼電器輸出模塊的16個數字輸出點的地址分別為Q12.0~Q12.7及Q13.0~Q13.7。8號槽位安裝了兩通道的模擬量輸入模板SM331,該模塊的地址範圍為PIW320及PIW322;而安裝在9號槽位的兩通道模擬量輸出模板SM332的地址範圍為PQW336、PQW338。

本章小結:

本章主要介紹了S7-300的基本結構及內部資源、模塊類型、各模塊的主要功能及特點、應用範圍等,同時也介紹了S7-300的配置方法。在學習過程中,應重點關注各個模塊的主要特點、一些特殊的硬件組成以及其具體應用範圍,為學習PLC編程奠定基礎。通過本章的學習,可以從工程的角度,熟悉S7-300係列PLC的功能特點,了解S7-300係列PLC係統的結構,熟悉S7-300PLC的各種模塊的功能,掌握STEP7編程軟件的基本知識,從而具備設計開發S7-300係統的能力。

思考題與習題

1. S7-300係列PLC的硬件係統由哪幾部分組成?各部分作用是什麼?

2. S7-300 CPU麵板上SF紅色指示燈亮時,係統處於什麼狀態?當SF DP指示燈亮時,係統又處於什麼狀態?

3. S7-300的通信模塊可實現哪些通信連接?

4.電源模塊的作用是什麼?有哪些型號?

5. S7-300係列PLC常用輸入、輸出模塊有哪幾種?各適用什麼場合?

6. S7-300的主要功能模塊有哪些?

7. S7-300一個機架最多可安裝幾個信號模塊?最多可擴展幾個機架?機架之間的通信距離最大為多少米?最大數字量I/O點數為多少?

8. S7-300的CPU314/CPU315/CPU315-2DP最多可擴展幾個機架?用哪個接口模塊連接?

9.確定機架0的6號槽上SM323 DI8/DO8的地址範圍以及5號槽上SM334 AI4/AO2的地址範圍。

10.一個控製係統如果需要12點數字量輸入、30點數字量輸出、10點模擬量輸入和2點模擬量輸出,請問:(1)如何選擇輸入/輸出模塊?(2)各模塊的地址如何分配?