西门子S7-300-400 PLC控制系统设计与应用(陈章平)

西门子S7-300/400PLC控制系统设计与应用
2.1 CPU
2.1.1 S7-300的CPU介绍
S7-300CPU可分为以下五种类型： • 紧凑型。 • 标准型。 • 重新定义标准型。 • 户外型。 • 故障安全型。
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2.1.2 S7-400的CPU介绍
是在电源和公共端，但是，SM421的连接端布置均为单列。
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2.2.2 模拟量输入模块
1. S7-300模拟量输入模块 生产过程中有大量的连续变化的模拟量需要用PLC来测量或者控制，有
的是非电量，如温度、压力、流量等，有的是强电电量，如发电动机组的电流、 电压等，S7-300的模拟输入可以完成较复杂包含模拟过程信号的任务，可连 接不带附加放大器的模拟执行元件和传感器。该类模块主要由A/D转换器、转 换开关、恒流源、补偿电路、光隔离器及逻辑电路等组成。 2. S7-400模拟量输入模块
2.3.1 数字量输出模块
1. S7-300数字量输出模块 SM322数字量输出模块将S7-300内部信号电平转换成过程中的外部信号
电平，其内部有电隔离电路及功率驱动电路，有隔离和功率放大的作用，可直 接在驱动电磁阀、接触器、小型电动机、指示灯和电动机起动器等负载上使用， 其输出电流的典型值为0.5A~2A，负载电源由外部现场提供。 2. S7-400数字量输出模块
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2. S7-400的CPU模块面板 S7-400PLC不同型号的CPU面板上元件不完全相同，大家在使用的时候
请留心、注意。
• INTF（红色）：模块内部故障时亮 。 • EXTF（红色）：模块外部故障时亮。 • FRCE（黄色）：强制工作指示灯。 • RUN（绿色）：运行状态指示灯。 • STOP（黄色）：停止状态指示灯。 • BUS1F（红色）：MPI/PROFIBUS DP接口1的总线故障指示灯。 • BUS2F（红色）：MPI/PROFIBUS DP接口2的总线故障指示灯。 • MSTR（黄色）：CPU运行时亮。 • REDF（红色）：冗余错误指示灯。 • RACK0（黄色）：CPU在机架0中。 • RACK1（黄色）：CPU在机架1中。 • IFM1F（红色）：接口子模块1故障指示灯。 • IFM2F（红色）：接口子模块2故障指示灯 。
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2.2 输入模块
用于信号输入和输出的模块称之为信号模块，传统的信号模块按信号特性可 分为数字量信号模块和模拟量信号模块。同样，把用于信号输入的模块称之为输 入模块，则输入模块也分为数字量信号模块和模拟量信号模块。
2.2.1 数字量输入模块
1. S7-300数字量输入模块 SM321数字量输入模块（DI），将现场送来的数字信号电平转换成S7-
1.2.1 继电器逻辑控制
1. 继电器逻辑控制电路的概念 继电器逻辑控制电路是根据外界输入的特定信号和某种要求，自动地接通
和断开电路，断续地或连续地改变电路参数或运行状态，实现对电路或非电对 象的切换、控制、调节和保护的一种自动控制电路。 2. 继电器逻辑控制电路的主要组成部分
从电路结构上看，继电器逻辑控制电路一般都具有两个基本组成部分：决 策部分和执行部分。而决策部分（即逻辑运算部分）又可分为逻辑输入部分和 逻辑记忆部分。
同样，SM422数字量输出模块将PLC-400的内部信号电平转换成过程所 需要的外部信号电平，模块适合于连接接触器、电磁阀、小型电动机、灯和电 机起动器等装置。其一般有7种规格可以选择，输出可以是DC24V晶体管驱动、 AC120V/230V双向晶闸管驱动、继电器触点输出等，单个模块最大输出点数 为32点。
电磁继电器
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4. 继电接触式控制系统的设计 采用常用的、典型的控制电路组合成符合要求的控制电路应确定如下几个 内容 ： • 自动工作循环的分析 • 联锁条件及电气保护的确定 • 输入信号时间长短的处理
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第1章
可编程逻辑控制器简介
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知识点：
z 可编程逻辑控制器（PLC）功能
z 逻辑控制的发展 z PLC的特点及应用领域 z 当今主流PLC介绍
本章导读：
可编程控制器（PLC）是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字 运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执 行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数 字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。目前的计算 机集散控制系统DCS（Distributed Control System）中已有大量的可编程控 制器应用。伴随着计算机网络的发展，可编程控制器作为自动化控制网络和 国际通用网络的重要组成部分，将在工业及工业以外的众多领域发挥越来越 大的作用。
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1.3主流PLC简介
1. 在选择PLC时，往往着眼于以下几个方面 • 重要技术参数及I/O规模 • 功能 • 结构 • 编程语言及编程终端 • 产地和公司
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第2章
S7-300/400硬件模块介绍
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块、输入模块、输出模块、电源模块、通信模块。同样，以S7-300 系列模块为主，而本章的主要重点则为PLC的CPU模块以及输入模块 和输出模块，CPU模块相当于我们的大脑，所有信息要通过他来判 断，并作出命令；输入模块和输出模块的犹如PLC的眼睛和嘴，只有 看到事物之后才能经过大脑思考后作出判断信息说给别人听，同样 PLC也是只有通过输入模块接收到信息才能做出控制判断再通过输出 模块发出控制命令；而电源模块和通信模块则相当于我们的后勤保障 和人际网，一个人要正常的生活和一台机器正常的工作基本上都属于 通一种模式，所以在学习本章时可以了解这些模块之间的关系。
模拟量模板可以用模拟信号来解决即使是相当复杂的控制任务，它可以连 接模拟量传感器和执行器但不需要增加放大器。可为用户提供以下利益：
• 优化的适配性能。 • 强有力的模拟量技术 。
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2.3 输出模块
PLC输出模块主要将PLC内部处理的信号数据传送给外部执行原件，以达到 PLC控制的过程，同样，输出模块也有数字量输出模块和模拟量输出模块之分。
S7-400的CPU型号相对比较少，有七种，它是S7-200/300/400系列PLC 中功能最强、扩展性能最好的PLC产品。它可以满足绝大多数工业自动控制领 域的需要，适用于在多变的应用场合具有等级操作能力。下面简要介绍。
• CPU412-1，CPU412-2：这二种用于中等性能范围的经济型项目的小 型和中型系统。 • CPU414-2，CPU414-3：这二种适用于中等性能范围和更高要求的场 合，以及对程序大小和指令处理速度要求高的系统。 • CPU416-2，CPU416-3：这二种适用于各种高性能范围的高要求场 合。 • CPU417-4：这种是S7-400的CPU中最强大的，适用于更高性能范围 的复杂应用场合，带有PROFIBUS DP主站接口，有2个槽适用于IF模板 （串口）。
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1.1.2 PLC的功能
PLC的主要功能体现在以下几方面 ： • 顺序逻辑控制 • 运动控制 • 定时控制 • 计数控制 • 步进控制 • 数据处理 • 模数和数模转换 • 通信及联网
西门子S7-300/400PLC控制系统设计与应用 1.2 逻辑控制的发展
300的内部信号电平，从而完成对用户程序的控制。其输入方式有两种，一种 是直流输入方式，一种是交流输入方式 。 2. S7-400数字量输入模块
SM421数字量输入模块，将从外部传来的数字信号电平转换成S7-400的 内部信号电平，模板适合于连接开关或2线BERO接近开关。 同样，SM421的外部连接方式根据不同的型号也有所不同，其主要的区别也
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2.1.3 CPU模块的面板
1. S7-300的CPU模块面板 S7-300的模块面板上主要有状态和故障指示LED，并与一些操作及状态显
示有关的模式选择开关组成，其他组成设备还有通信接口、后备电池盒以及存 储器卡插座等等，而目前主要用到的就是状态和故障指示LED以及模式选择开 关。
西门子S7-300/400PLC控制系统设计与应用 1.1 PLC的概述
1.1.1 PLC的概念
国际电工委员会对PLC做的权威性的定义： “PLC是一种数字运算的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采
用可编程的存储器，用来在内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和 算术运算等操作的指令，并通过数字式、模拟式的输入和输出，控制各种类型 的机械或生产过程。可编程控制器及其有关设备，都应按易于与工业控制器系 统连成一体，易于扩充功能的原则设计”。
1.2.2 可编程逻辑控制
1. 可编程控制器概述 可编程控制器英文全称为Programmable Controller，简称PC。为了不与
个 人 计 算 机 PC （ Personal Computer ） 混 淆 ， 很 多 人 亦 将 其 称 为 PLC （Programmable Logic Controller）。在PLC发展的历程中，由于时期不同、 功 能 相 异 ， PLC 被 称 为 可 编 程 矩 阵 控 制 器 MPC （ Programmable Matrix Controller ） 、 可 编 程 顺 序 控 制 器 PSC （ Programmable Sequence Controller）。本书沿用PLC的称谓。 2. 可编程控制器的特点 • 通信性和灵活性强，应用广泛 • 可靠性高，抗干扰的能力极强 • 产品系列化、规模化、功能完备、性能优良 • 编制程序简单、容易 • 设计、安装、调试周期短，扩充容易 • 体积小、重量轻，维护方便
电磁继电器
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3. 基本继电器逻辑控制线路 如图所示,当操作人员按下按钮SB1时，由于按钮SB2的常闭触点是闭合的， 故线路向继电器K线圈通电，因而继电器K吸合，致使其常开触点K闭合。 即使此时SB1常开触点分断，由于继电器常开触点K闭合，仍继续对线圈 供电，维持继电器吸合状态，这就叫做“自锁”（有的教材也称“自 保”）。当操作人员按下停止按钮SB2时，其常闭触点断开，切断了线圈 供电通路，继电器K释放，其常开触点K断开。
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知识点：
z S7-300/400的CPU及其CPU面板 z S7-300/400的输入模块 z S7-300/400的输出模块 z S7-300/400的其他模块
本章导读： 本章主要介绍S7-300和S7-400模块系列的硬件组成，有CPU模
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电磁继电器是一种最常见、用途最广泛的继电器，这类继电器的典型结构 如图所示。它主要由线圈、铁心、衔铁（即动铁心）、返回弹簧及动触点、静 触点等构成。当线圈两端加上一定量的电压或线圈中通以一定量的电流时，铁 心磁化，衔铁（即动铁心）就会在磁力的作用下克服返回弹簧的拉力，吸向静 触点。这样就导致衔铁上的动触点闭合或断开。线圈未通电时出于断开状态的 一对动、静触点称为常开触点，反之则称为常闭触点。线圈断电后，衔铁在返 回弹簧的拉力下回到原位，使常开触点断开，常闭触点闭合。当一个动触点同 时与一个静触点闭合而与另一个静触点断开时，就称它们为转换触点。一个电 磁继电器可以有一对或数对常开触点或常闭触点（也可以二者兼有），也可以 有一组或数组转换触点。一个继电器的线圈及其触点，可以用同一字母或字母 加上序号数码标注，如J、JZ、J1、J2等等。路。