PLC:西门子S7-300硬件系统基本结构

SIMATIC S7-300是一种通用型PLC,满足中小规模的控制要求,适用于自动化工程中的各种场合,尤其是在生产制造工程中有广泛的应用。模块化、无排风扇结构、易于实现分布式的配置以及用户易于掌握等特点,使得S7-300在很多工业行业中实施各种控制任务时,成为一种既经济又切合实际的解决方案。

S7-300采用紧凑的、无槽位限制的模块化组合结构,根据应用对象的不同,可选用不同型号和不同数量的模块,并可以将这些模块安装在同一机架或多个机架上。

S7-300主要组成部分如下图所示

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<h1><strong>1. 机架(RACK)</strong></h1>
<p>用于安装和连接PLC系统的所有模块。S7-300 PLC的机架是一种DIN标准导轨,即特制不锈钢异型板,如下图。</p>
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各模块安装在导轨上,并用螺钉固定,机架中没有背板总线,被板总线集成在模块上,通过模块背面的背板总线连接器,将各个模块逐个连接。

除了电源、CPU和接口模块外,每个机架上最多只能安装8个信号模块或功能模块,每个模块只占用一个槽号。

机架的分类如下:

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机架的选型由所使用的模块的总宽度决定。

2. 电源模块

S7-300 PLC的电源模块如下图所示

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将120V/230V AC电源转换为DC 24V电源,为CPU和外围控制电路甚至负载提供可靠的电源。CPU和扩展接口模块将24V电源转换为5V电源,给背板总线供电,通过背板总线CPU监控所有与被板总线连接的接口模块。

电源模块上有LED指示灯,来指示电源电源状态。

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S7-300电源模块具有四种型号:PS305(2A)、PS307(2A)、PS307(5A)、PS307(10A),按照不同标准可以划分为以下几类:

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电源模块选型主要有如下几点需要注意:

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3. 中央处理单元模块(CPU)

SIMATIC S7-300提供了多种不同性能的CPU模块,以满足用户不同的要求。其种类有CPU 312、CPU 313、CPU 314、CPU 315、CPU 317、CPU 319;按照功能主要分为4种类型:标准型、紧凑型、技术功能型、故障安全型。

每一种的CPU都对应一个型号,那么每个型号中的字母和数字表示的含义是什么呢?下面一张图片告诉你。

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CPU技术指标主要包括CPU的内存空间、计算速度、通信资本、编程资源。CPU模块一般包括后备电池、DC连接器、模式选择开关、状态及故障指示器、RS485编程接口、MPI。CPU313以上产品配有存储卡(MMC),部分CPU还有PROFIBUS DP、PROFINET、PtP串行通信接口或数字量和模拟量I/O通道。

CPU有以下几种运行模式

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4. 接口模块(IM)

用于多机架配置时连接主机架(或称中央机架,CR)和扩展机架(ER)。S7-300的接口模块种类有IM360/IM361/IM365等。接口模块安装在CPU的最右面,一个机架最多插8个模块(信号模块、功能模块、通讯处理器),最多可以扩展32个模块。

5. 信号模块(SM)

信号模块是数字量输入/输出模块的总称,它提供不同的过程信号电压或电流与外部设备连接,并通过信号调理,使其实现与CPU的信号连接。

CPU模块内部的工作电压是直流5V,而I/O模块的信号与之独立且不同,一般为一些标准电压或电流,例如直流24V 4~20mA等。由于I/O信号引入的电压和干扰可能损坏CPU模块中的元器件,或使PLC不能正常工作,因此信号模块除了传递信号外,还有电平转换与隔离的作用。在信号模块中,用光耦合器、光敏晶闸管、小型继电器等器件来隔离PLC的内部电路和外部的输入、输出电路。

6. 功能模块(FM)

功能模块主要可以实现某些特殊应用,这些功能应用单靠CPU无法实现或者不容易实现。功能模块集成处理器,可以独立处理与应用相关的功能。对于没有集成I/O点的S7-300CPU而言,使用时除了扩展I/O模块外,还需要扩展相应的功能模块。

S7-300功能模块主要包括如下几个模块

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7. 通信模块(CP)

通信模块称为通信处理器(Communication Processor, CP)。它们提供与网络之间的物理连接,负责建立网络连接并通过网络进行数据通信,提供CPU和用户程序所需的必要通信服务,还可以减轻CPU的通信任务负荷。

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