SIMATIC S7-300系列PLC的硬件系统

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SIMATIC S7系列PLC是德国西门子公司于1995年陆续推 出的，它是在S5系列基础上开发的一种高性能PLC系列。该 系列有小型的S7-200系列、中小型的S7-300系列和高性能的 S7-400系列PLC。SIMATIC S7系列PLC均采用模块化、无风 扇的结构，易于用户掌握，各种单独的模块之间可进行广泛 组合以利于扩展。其应用领域包括专用机床、纺织机械、包 装机械、通用机械工程应用、控制系统、机床、楼宇自动化、 电器制造工业及相关产业。多种性能递增的CPU和带有许多 方便功能的I/O扩展模块及功能模块，使用户可以完全根据实 际应用而选择。
(1) 高速的指令处理。0.1～0.6 μs的指令处理时间在中等 到较低的性能要求范围内开辟了全新的应用领域。
(2) 浮点数运算。用此功能可以有效地实现更为复杂的算 术运算。
(3) 方便用户的参数赋值。一个带有标准用户接口的工程 软件可给所有模块进行参数赋值，从而节省了入门和培训的 费用。
(4) 人机界面(HMI)。方便的人机界面服务已经集成在S7300操作系统内，因此，人机对话的编程要求大大减少。 SIMATIC人机界面(HMI)从S7-300中交换数据，S7-300按用户 指定的刷新速度传送这些数据。S7-300操作系统自动地处理 数据的传送。
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当用户的控制任务增加时，可自由扩展模块，所有这些模块 均安装在一个或者多个DIN导轨上，模块和模块之间用总线 连接器连接，CPU模块通过总线给每一个模块的每一个输入/ 输出点安排相应的地址，用户只需对这些点按照地址进行编 程即可使用。大量的集成功能使S7-300系列PLC的功能非常 强劲，而模块化微型PLC系统的设计可以满足中、小规模的 控制性能要求。
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(2) 过程中断。通过过程中断，可以对过程信号进行监视 和响应。
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5.1.1 S7-300系列PLC的特点
S7-300系列PLC具有模块化设计、安装方便、模板的诊 断及过程监视等特点。
1. 模块化设计
如图5-1所示，S7-300系列PLC为模块化的无风扇设计， 由电源模块(PS)、CPU模块、接口模块(IM)和信号模块(SM) 等构成，各种性能的模块可以非常好地满足和适应自动化控 制任务。同时，其具有简单实用的分布式结构和多界面网络 能力，使得应用十分灵活。
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第5章 SIMATIC S7-300系列PLC的硬件系统
➢5.1 S7-300系列PLC的特点和构成 ➢5.2 S7-300系列PLC的模块性能简介 ➢5.3 S7-300的配置 ➢思考题与习题
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主要内容：
(1) 熟悉S7-300系列PLC的构成。 (2) 掌握CPU模块构成、I/O模块原理和应用。 (3) 熟悉功能模块的作用。 (4) 熟悉各种模块的编址。
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5.1 S7-300系列PLC的特点和构成
S7-300系列PLC提供了多种性能递增的CPU和丰富的且 带有许多方便功能的I/O扩展模块和功能模块，使得用户能够 根据具体任务选择相应的模块来进行控制任务的设计。该系 列PLC具有强大的功能支持及用户进行编程启动和维护等帮 助功能，其主要功能如下：
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(4) 可靠的接线端子。信号模块可以使用螺钉型接线端子 或弹簧型接线端子。
(5) TOP连接。采用一个带螺钉或夹紧连接的1～3线系 统预接线，或者直接在信号模块上接线。
(6) 确定的安装深度。所有的端子和连接器都在模块上的 凹槽内，并有端盖保护，因此，所有的模块都有相同的安装 深度。
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(7) 没有槽位的限制。信号模块和通信处理器模块可以不 受限制地插到任何一个槽上，系统自行组态。
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3. 模块的诊断及过程监视
S7-300系列PLC具有能对输入/输出模块的信号进行监视 (诊断)和对过程信号进行监视(过程中断)等多种功能。一旦获 得中断信号，CPU将中断执行用户程序，或中断执行低优先 级的中断，来处理相应的诊断中断功能。
(1) 诊断。通过诊断可以确定模块所获取的信号(例如数 字量模块)或模拟量处理(例如模拟量模块)是否正确。如果发 送诊断信息(例如无编码器电源)，则模块执行一个诊断中断。
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图5-1 S7-300系பைடு நூலகம்PLC结构
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2. 安装方便
安装方便主要表现在以下几个方面： (1) DIN标准导轨安装。只需简单地将模块挂在DIN标 准的安装导轨上，转动到位，然后用螺栓锁紧即可，如图5-1 所示。 (2) 集成的背板总线。背板总线集成在模块上，模块通过 总线连接器相连，总线连接器插在机壳的背后。 (3) 更换模块简单并且不会弄错。更换模块时，只需松开 安装螺钉，拔下已经接线的前连接器。连接器上的编码可防 止将已接线的连接器插到其他的模块上。
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S7-300是模块化的中小型PLC系统，它能满足中等性能 要求的应用，目前已成为各种从小规模到中等性能要求控制 任务中方便又经济的解决方案。
本章主要介绍SIMATIC S7-300系列PLC的硬件系统，包 括各个硬件的特性和主要模块。和其他PLC一样，SIMATIC S7-300系列PLC也是采用循环扫描方式，即CPU首先扫描输 入模块的状态并更新过程映像寄存区，接着执行用户程序， 并且按照用户程序将输出映像寄存区的值输出到输出模块。 PLC会不断循环地执行上述过程。
(8) 灵活布置。机架(CR/ER)可以根据最佳布局需要，水 平或垂直安装。
(9) 独立安装。每个机架可以距离其他机架很远进行安装， 两个机架间(主机架与扩展机架，扩展机架与扩展机架)的距 离最长为10 m。
(10) 如果用户的自控系统任务需要多于8个信号模块或通 信处理器模块，则可以扩展 S7-300机架(CPU314以上)。
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(5) 诊断功能。CPU的智能化的诊断系统连续监控系统的 功能是否正常、记录错误和特殊系统事件(例如超时、模块更 换等)。
(6) 口令保护。多级口令保护可以使用户高度、有效地保 护其技术机密，防止未经允许的复制和修改。
(7) 操作方式选择开关。操作方式选择开关像钥匙一样可 以拔出，当其拔出时，就不能改变操作方式。新式的已改为 位置开关，无钥匙。