西门子PLC硬件介绍PPT课件

1、西门子SIMATIC S7 系列PLC包括1、整体型PLC S7-200 系列， 用于小型系统控制，编成软件STEP 7-Micro/Win322、模块型PLC S7-300 系列， 用于中型系统控制，编成软件STEP 7-V5.23、模块型PLC S7-400 系列， 用于大型系统控制,编成软件STEP 7-V5.2第1页/共73页3.1 整体型PLC S7-200 系列 一、 S7-200 PLC基本单元目前市场上主要为CPU22X系列CPU22X系列CPU221基本单元CPU222基本单元CPU224基本单元CPU226基本单元6DI/4DO8DI/6DO14DI/10DO24DI/16

2、DO第2页/共73页图2-6 整体式PLC逻辑框图I/O扩展单元ROM外设接口RAM输入接口I/O扩展口输出接口电源CPU编程器计算机其它接收现场输入信号后备电池驱动受控元件（输出信号）第3页/共73页表2.1 S7-200 CPU 22X基本单元特性CPU221CPU222CPU224CPU226基本单元数字I/O6DI/4DO8DI/6DO14DI/10DO24DI/16DO最大可扩展模块数不可扩展277最大可扩展数字量I/O点数不可扩展78168248最大可扩展模拟量I/O点数不可扩展103535数字量I/O逻辑映像区128入/ 128出128入/ 128出128入/ 128出128入/

3、 128出模拟量I/O逻辑映像区无16入/16出32入/32出32入/32出用户程序区4KB4KB8KB8KB第4页/共73页例 有一个系统 数字量输入DI：10个（无源触点） 数字量输出DO：8个DC24V 100mA 线圈 6个AC220V 30VA 线圈 2个模拟输入AI：4个420mA 1 个 单端010V 2 个K热电偶 1 个模拟输出AO：2个010V 1 个420mA 1 个设计：PLC硬件配置模块清单1 主机(基本单元）：CPU224（14DI、10DO）2 模拟输入扩展模块 EM231(4路，12位）3 热电偶用模拟输入扩展模块 EM231(4路， 热电偶输入）4 模拟输出扩

4、展模块 EM232(2路，12位）CPU224EM231 12位EM231热电偶EM232PLC硬件配置图主机(基本单元）0#1#2#要求：用三西门子S7-200系列PLC控制此系统，设计此系统PLC硬件配置模块清单及PLC硬件配置图。参考表2.1、表2.4第5页/共73页CPU224EM231 12位EM231热电偶EM232PLC硬件配置图及地址编号主机(基本单元）0#1#2#I0.0 Q0.0I0.1 Q0.1I0.2 Q0.2I0.3 Q0.3I0.4 Q0.4I0.5 Q0.5I0.6 Q0.6I0.7 Q0.7I1.0 Q1.0I1.1 Q1.1I1.2 I1.3I1.4I1.5

5、AIW0AIW2AIW4AIW6AIW8AIW10AIW12AIW14AQW0AQW2第6页/共73页第7页/共73页第8页/共73页第9页/共73页作业： 有一个系统，数字量输入DI：20个（无源触点） 数字量输出DO：14个DC24V 100mA 线圈 10个AC220V 30VA 线圈 4个模拟输入AI：6个压力传感器 2个 为420mA单端输出液位传感器 1个 为05V输出K热电偶检测温度 1 个模拟输出AO：4个压力控制器 2个 控制信号范围 010V 温度控制器 2个 控制信号范围 420mA要求：1、用西门子S7-200系列PLC控制此系统，设计此系统PLC硬件配置模块清单及PL

6、C硬件配置图,并标出个模块地址编号。（参考课件S7-200模块清单） PT-100 铂电阻检测温度 2个第10页/共73页模块型PLC S7-300 系列CPU模块AI模块DI模块AO模块DO模块通信模块智能模块编程器上位机现场信号图2-5 模块式PLC逻辑框图PS电源模块IM接口模块第11页/共73页n1标准型CPU（Standard CPUs）系列n2集成型CPU系列n3. 紧凑型CPU（Compact CPUs）系列n4. 故障安全型CPU（Fail-safe CPUs）系列一、S7-300 CPU模块S7-300 CPU分为4个系列8种类型第12页/共73页S7-300 CPU模块表3

7、-1 标准型系列CPU模块的主要特性P47型号 CPU 313 CPU 314CPU 315CPU 315-2 DPCPU 316CPU 318-21.标准型CPU模板的主要特性 第13页/共73页型号CPU313CPU313CPU314CPU314CPU315CPU315CPU315-2 CPU315-2 DPDPCPU316CPU316CPU318-2CPU318-2装载存储器（KBKB）RAMRAM20204040808096961921926464EEPROMEEPROM最大256 256 最大512512最大512512最大512512最大512512最大40964096工作存储器（

8、KBKB）RAMRAM1212242448486464128128512512指令执行时间（ss）位操作0.60.60.30.30.30.30.30.30.30.30.10.1字操作2 21 11 11 11 10.10.1定点加3 32 22 22 22 20.10.1浮点加606050505050505050500.60.6最大数字I IO O点数12812851251210241024102410241024102481928192最大模拟I IO O通道数32326464128128128128128128128128最大配置1 1个机架8 8块模板4 4个机架 3232块模板时钟软件

9、时钟硬件实时时钟定时器128128128128128128128128128128512512计数器64646464646464646464512512位存储器204820482048204820482048204820482048204881928192编程语言STEP 7STEP 7块类型组织块OBOB，功能块FBFB，功能FCFC，数据块DBDB，系统功能块SFBSFB、SFCSFCMPIMPI接口站数最多3232个站，最多4 4个静态和4 4个动态连接CPUCPU最多3232个站，最多4 4个静态和8 8个动态连接CPUCPU最多3232个站最多3232个连接CPUCPU表3-1 标准

10、型系列CPU模块的主要特性P47第14页/共73页2 2 集成型CPUCPU系列 集成型CPU为CPU 31x IFM系列，目前有两种型号，CPU312 IFM和CPU314 IFM，是在标准型CPU模板上同时集成了部分IO点、高速计数器及某些控制功能。 CPU312 IFM的集成功能有： l 10个数字量输入点，24 VDC，（其中4个可用于过程中断或集成功能的通道）。 l 6个数字量输出点，24 VDC，0.5A。 l 1个有4个输入端的32位（含符号）高速计数器，计数频率10KHz。 l 1个频率测量通道，最高测量频率10KHz，门控时间0.1s、1s、10s。第15页/共73页 CPU

11、314 IFMCPU314 IFM的集成功能有： l 20个数字量输入点，24 VDC，（其中4个可用于过程中断或集成功能的通道）。 l 4个模拟量输入端，输入值范围：10V，20mA。分辨率：11位+符号位。 l 16个数字量输出点，24 VDC，0.5A。 l 1个模拟量输出端，输出值范围：10V，20mA。分辨率：11位+符号位。 l 1个有4个输入端或者2个各有2个输入端的32位（含符号）高速计数器，计数频率10KHz。 l 1个频率测量通道，最高测量频率10KHz，门控时间0.1s、1s、10s。 l 开环定位功能，通过1个24V-非对称增量编码器进行位置编码，编码器占用3个数字输入

12、端，计数器（10KHz）脉冲为四倍频。 l PID控制功能。第16页/共73页3 3、紧凑型CPUCPU（Compact CPUsCompact CPUs）系列 紧凑型CPU为CPU 31xC系列，是在CPU 31x IFM系列的基础上推出的功能更强，结构更紧凑的CPU模板，它们均配置了MMC卡（Micro Memory Cart 微存储卡）和9针MPI（Multi Ponit Interface 多点通信接口），有的还配置了9针DP（Decentral Peripherals 分散外围设备）接口，有的则配置了15针PtP(Ponit to Point 点对点)接口。第17页/共73页CPU

13、31xC的基本特性 基本功能CPUCPU312C312CCPUCPU313C313CCPU313CCPU313C-2 DP-2 DPCPU313CCPU313C-2 PtP-2 PtPCPU314CCPU314C-2 DP-2 DPCPU314CCPU314C-2 PtP-2 PtPMMCMMC卡MPIMPI接口DPDP接口 PtPPtP接口 数字量输入101024241616161624242424数字量输出6 616161616161616161616模拟量输入4 41 14 41 14 41 1模拟量输出2 22 22 2高速计数器2 2个3 3个3 3个3 3个4 4个4 4个频率测量

14、10KHz10KHz30KHz30KHz30KHz30KHz30KHz30KHz60KHz60KHz60KHz60KHz定位通道 1 1个1 1个第18页/共73页4 4、故障安全型CPUCPU（Fail-safe CPUsFail-safe CPUs）系列 故障安全型CPU的型号为CPU 31xF系列，是SIEMENS公司最新推出的具有更高可靠性的CPU模板，在S7-300系列中主要有CPU 315F，CPU 317F-2DP，在S7-400系列中有CPU 416F。第19页/共73页1、S7-300 数字量输入DI模块 它将数字输入信号进行光电隔离和滤波后，送入缓冲区等待CPU采样，采样后

15、进入输入映像区。 SM321数字输入DI模块的技术特性型号DI16XDC24VDI32XDC24VDI8XAC120/230VDI16XAC120V二、信号模块第20页/共73页技术特性直流1616点输入模板直流3232点输入模板交流8 8点输入模板交流1616点输入模板输入点数161632328 83232额定负载电压（V V）DC24DC24DC24DC24 负载电压范围（V V）20.420.428.828.820.420.428.828.8 额定输入电压（V V）DC24DC24DC24DC24AC120AC120AC120AC120输入电压“1”1”范围（V V）1313303013

16、13303079791321327979132132输入电压“0”0”范围（V V）3 35 53 35 50 020200 02020输入电压频率（HzHz） 4747636347476363隔离（与背板总线）方式光耦合器光耦合器光耦合器光耦合器输入电流“1”1”信号（mAmA）7 77.57.56 62121最大允许静态电流（mAmA）1.51.51.51.51 14 4典型输入延迟（msms）1.21.24.84.81.21.24.84.825252525背板总线最大消耗电流mAmA）2525252516162929功率损耗（W W）3.53.54 44.14.14.04.0SM321数

17、字量输入模板技术特性第21页/共73页第22页/共73页SM321DI1624VDC 模块内部结构第23页/共73页直流32点数字量输入模板的端子接线图和框图如图3-6所示。 第24页/共73页n 数字量输出模板将S7-300内部信号电平转换成现场所需要的外部信号电平，可直接驱动电磁阀线圈接触器线圈，微型电动机，指示灯等负载。 根据负载回路使用电源的要求，数字量输出模板有：l 直流输出模板（晶体管输出方式）。l 交流输出模板（晶闸管输出方式）。l 交直流两用输出模板（继电器输出方式）。2、S7-300 数字量输出DO模块第25页/共73页 SM322数字输出DO模块的技术特性型号DO8XDC2

18、4V/0.5A(8点晶体管型输出)DO16XDC24V/0.5A(16点晶体管型输出)DO32XDC24V/0.5A(32点晶体管型输出)DO16XAC230V/0.5A(16点晶闸管型输出)DO32XAC230V/1A(32点晶闸管型输出)DO8XAC230V/2A(8点继电器型输出)DO16XAC230V/2A(16点继电器型输出)第26页/共73页每组点数AC230VAC230VAC230VAC230VAC230VAC230VAC230V第27页/共73页16点数字量继电器输出模板的端子接线图和框图如图3-10所示。 第28页/共73页SM 322DO 1624 VDC/0.5A模块内部

19、结构第29页/共73页32点数字量晶闸管输出模板的端子接线图和框图如图3-9所示。 第30页/共73页3、模拟量输入（AI）模板SM331n 当控制过程含有模拟信号时，采用模拟量输入输出（AIAO）模板。 SM331模板主要由AD转换器、切换开关、恒流源、补偿电路、光隔离器及逻辑电路组成。它将控制过程中的模拟信号转换为PLC内部处理用的数字信号。其主要功能有：l 分辨率可调，可以从915位加符号位。l AD转换器采用积分法，4档积分时间2.5、16.7、20和100ms。l 测量范围广，电压和电流传感器、热电偶，电阻和电阻式温度计均可作为传感器与之连接。l 具有极限值诊断和中断诊断。第31页/

20、共73页S7-300 模拟量输入AI模块 用于输入模拟信号，有多种规格：8AI*12位、 2AI*12位、8AI*16位 、8AI*RTC、8AI*TC，输入信号可为电压型、电流型、热电阻型、热电偶型。输入信号范围 电压：5V、15V、 10V电流：020mA、 20mA、 420mA热电阻 R热电偶 TC第32页/共73页技术特性AI 8 AI 8 1616AI 8 AI 8 1212AI 8 AI 8 RTDRTDAI 8 AI 8 TCTCAI 2 AI 2 1212通道组数4 44 44 44 41 1输入点数8 88 88 88 82 2分辨率1515位符号9 9位符号1212位符号

21、1414位符号1515位符号1515位符号9 9位符号1212位符号1414位符号测量方式电流电压电流电压电阻器温度计电阻热电偶电流电压电阻器温度计测量范围选择任意任意任意任意任意可编程诊断中断诊断可调整可调整可调整可调整可调整极限值监测2 2通道可调2 2通道可调8 8通道可调8 8通道可调1 1通道可调隔离方式光电隔离CPUCPU光电隔离CPUCPU负载电压光电隔离CPUCPU负载电压光电隔离CPUCPU光电隔离CPUCPU常用模拟量输入模板的主要技术特性 第33页/共73页AI 812位模拟量输入模板的端子接线图和框图如图3-12所示。 第34页/共73页SM331SM331与传感器、变

22、送器的连接方式主要有：a、与电压型传感器的连接如图3-13所示。第35页/共73页b b、与2 2线变送器的连接如图3-143-14所示。 第36页/共73页c c、与4 4线变送器连接的端子接线图如图3-15 3-15 所示。 第37页/共73页d d、与热电阻的连接如图3-163-16所示。 第38页/共73页e e、与热电偶的连接如图3-173-17所示。 第39页/共73页4、S7-300 模拟量输出AO模块 用于输出模拟信号， SM332目前有4种规格， AO 8 12位、AO 4 12位、AO 2 12位和AO 4 16位。 ，输出信号可为电压型、电流型。输出信号范围 电压：5V、

23、15V、 、010V、10V电流：020mA、 20mA、 420mA第40页/共73页 模拟量输出（AOAO）模板SM332SM332 其主要功能有： l 分辨率：从12位到15位。 l 模拟量输出通道的转换时间和模板的循环时间：每个通道的最大转换时间为0.81.5ms，建立时间为0.10.5ms。模板的循环时间为所有激活的AO通道的转换时间与建立时间的总和。 l 输出的电流和电压范围可调，用参数化软件可以为每个通道设定独立的调节范围。 l 具有诊断能力，可将大量的诊断信息送到CPU中。 l 具有中断能力，当发生错误时，可将诊断信息和极限中断值传送到CPU中。第41页/共73页模拟量输出模板

24、的主要技术特性 技术特性AO 8 AO 8 1212AO 4 AO 4 1212AO 2 AO 2 1212AO 4 AO 4 1616通道组数8 84 42 24 4输出点数8 84 42 24 4分辨率1212位1212位1212位1616位输出方式及输出范围选择电压： 1 15V5V 0 010V10V 10V10V电流：0 020mA20mA4 420mA20mA20 mA20 mA电压： 1 15V5V 0 010V10V 10V10V电流：0 020mA20mA4 420mA20mA 20 mA20 mA电压： 1 15V5V 0 010V10V 10V10V电流：0 020mA2

25、0mA4 420mA20mA 20 mA20 mA电压： 1 15V5V 0 010V10V 10V10V电流：0 020mA20mA4 420mA20mA 20 mA20 mA转换精度1111位+ +符号位：在1 15V 5V ，10V10V，4 420mA20mA， 20 mA20 mA时1212位：在0 020mA20mA，0 010V10V时1515位+ +符号位每通道转换时间最大0.8ms0.8ms最大1.5ms1.5ms建立时间（msms）阻性负载0.20.2感性负载3.33.3容性负载0.50.5阻性负载0.10.1感性负载3.33.3容性负载0.50.5阻性负载0.10.1感性

26、负载3.33.3容性负载0.50.5阻性负载0.20.2感性负载3.23.2容性负载0.50.5负载阻抗电压输出11电流输出0.50.5容性输出1F1F感性输出1mH1mH与背板总线隔离光电隔离光电隔离光电隔离光电隔离第42页/共73页AO 4AO 41212位模拟量输出模板的端子接线图及框图如图3-183-18所示。 第43页/共73页 SM332SM332与负载执行机构的连接：可以输出电压或者电流。在输出电压时，与负载的连接可采用2 2线回路或4 4线回路，4 4线回路的输出精度较高，如图3-193-19所示。采用2 2线回路时，S+S+和S S可以保持开路。在输出电流时，将负载连接到QI

27、QI及MANAMANA即可。 第44页/共73页三、功能（FM）模板 单通道高速智能计数器模板FM350-1 8通道高速智能计数器模板FM350-2 快速进给慢速驱动定位模板FM351 电子凸轮控制器FM352 步进电动机定位模板FM353 伺服电动机定位模板FM354 闭环控制模板FM355 定位和连续路径控制模板FM357 智能模板（自身带CPU) ,为PLC的CPU模板分担了大量的任务。第45页/共73页四、接口（IM）模板 接口模板用于S7-300系列PLC的中央机架到扩展机架的连接。主要有3种规格： 1接口模板IM365 2接口模板IM360IM361第46页/共73页1 1接口模板

28、IM365IM365 IM365用于连接中央机架与1个扩展机架，由两块模板组成，一块插入中央机架，通过1米长的连接电缆，将另一块插入扩展机架，在一个扩展机架上最多可安装8块模板。第47页/共73页2 2接口模板IM360IM360IM361IM361 当扩展机架超过1个时，将接口模板IM360插入中央机架，在扩展机架中插入接口模板IM361，S7-300系列的最大配置为1个中央机架与3个扩展机架，每个扩展机架最多可安装8块模板，相邻机架的间隔为4厘米到10米。 第48页/共73页五、电源（PS）模板PS307 电源模板PS307用于将120230 V交流电压转换为24 V直流电压，根据输出电流

29、的不同，有3种规格的电源模板可选，2A、5A、10A。 第49页/共73页电源模板PS307的结构如图3-27所示。 第50页/共73页电源模板PS307PS307的基本电路如图3-283-28所示。 第51页/共73页六、通信处理器（CP）模板 1CP340通信处理器模板 (PTP连接 19.2kbps) 2CP341通信处理器模板 (PTP连接 76.8kbps) 3CP342-2CP343-2通信处理器模板(AS-I) 4CP342-5通信处理器模板(PROFIBUS-DP) 5CP343-1通信处理器模板 (工业以太网） 6CP343-1 TCP通信处理器模板 7CP343-5通信处理

30、器模板 (PROFIBUS-FMS) 第52页/共73页3.3 S7-300的 IO地址组态 1. S7-300的插槽地址 2. S7-300数字量IO地址组态 3. S7-300模拟量IO地址组态 第53页/共73页1. S7-300的插槽地址 S7-300的各个模板安装在机架的插槽上，不同的模板在插槽的安装位置是固定的。l 如果选择了电源模板PS307，必须安装在1号槽位上。l CPU模板的安装位置紧挨着电源模板，安装在2号槽位上。l 用于连接扩展机架的接口模板IM，安装在3号槽位上。l 各种信号模板SM，安装在4号11号槽位上。从4号槽位开始，CPU为信号模板分配IO地址，且根据信号模板

31、的类型递增IO地址。第54页/共73页S7-300 PLC的插槽地址导轨0电源模块PS接口模块IMCPU模块槽位编号1234567891011 导轨0上的单元称为基本单元，最多有11个模块，电源模块PS、CPU模块、接口模块IM在导轨上的位置是固定的（1、2、3），其他模块在411号槽之间可以自由安排位置。信号模块SM信号模块SM信号模块SM信号模块SM信号模块SM信号模块SM信号模块SM信号模块SM第55页/共73页S7-300 PLC的扩展导轨0电源模块PS接口模块IMCPU模块槽位编号1234567891011 导轨0若不够用可进行扩展，但每根导轨上安装的模块有一定的限制。电源模块PS接

32、口模块IM导轨1导轨2导轨3第56页/共73页2. S7-300数字量IO地址组态 在机架SM区的插槽上安装的数字量IO模板，可以是数字量输入模板I，也可以是数字量输出模板，CPU可自动识别模板的类型。但是CPU为每个插槽分配的地址范围是固定的。 第57页/共73页S7-300默认的数字量地址：机架 0槽 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 机架 396.0 to99.7100.0 to103.7104.0 to107.7108.0 to111.7112.0 to115.7116.0 to119.7120.0 to123.7124.0 to127.7IM(接受) PS机架 264.

33、0 to67.768.0 to70.772.0 to75.776.0 to79.780.0 to83.784.0 to87.788.0 to91.792.0 to95.7IM(接受) PS机架1IM(接受) 32.0 to35.736.0 to39.744.0 to47.748.0 to51.752.0 to55.756.0 to59.760.0 to63.740.0 to43.7PS 0.0 to 3.720.0 to23.724.0 to27.728.0 to31.712.0 to15.716.0 to19.7 4.0 to 7.7 8.0 to11.7IM(发送) CPUPS第58页/共

34、73页 CPU为数字量IO的每个槽位分配了4 个字节（32个IO点）的地址范围，在实际使用中要根据具体的模板确定实际的地址范围，如果在机架0的4号槽位安装的是8点的数字量输入模板，则实际使用的地址范围为I0.0到I0.7，地址I1.0到I3.7不能使用；如果在机架0的4号槽位安装的是16点的数字量输出模板，则实际使用的地址范围为Q0.0到Q1.7，地址Q2.0到Q3.7不能使用。 第59页/共73页S7-300 模块的编址模块的编址PSCPUSMSMSMSMSMSMSM模块 12 4 5 6 7 8 9 10槽号地址 0.0地址 0.7地址 1.0地址 1.7第60页/共73页3. S7-30

35、0模拟量IO地址组态 对于在机架的SM区安装的模拟量IO模板，CPU为每个槽位分配了16 个字节（8个模拟量通道）的地址，每个模拟量IO通道占用一个字地址（2个字节）。 第61页/共73页S7-300对模拟量IO模板默认的地址范围 IM256 to270336 to350352 to366368 to382304 to318320 to334272 to286288 to302 (发送) 槽口号 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 384 to398400 to414432 to446448 to462464 to478480 to494496 to510416 to430机架机架 1

36、R0电源模块IM(接收) 电源模块CPU512 to526528 to542544 to558560 to574576 to590592 to606608 to622624 to638机架机架 2IM(接收) 电源模块机架机架 3640to654656to670672to686688 to702704 to718720 to734736 to750752 to766IM(接收) 电源模块第62页/共73页 在实际使用中要根据具体的模板确定实际的地址范围，如果在机架0的4号槽位安装的是4通道的模拟量输入模板，则实际使用的地址范围为PIW256、PIW258、PIW260和PIW262；如果在机架

37、0的4号槽位安装的是2通道的模拟量输出模板，则实际使用的地址范围为PQW256和PQW258。第63页/共73页4、 S7-300的硬件组态 所谓机架组态包含两个问题，一个是各个模板应当安装在哪个槽位上，另一个是合理选择电源模板，使之满足电流和功率的要求。 S7-300模板使用的电源是由S7-300的背板总线提供，一些模板还需要从外部负载电源供电。所有S7-300模板使用的从背板总线提供的总电流一般不能超过1.2A，如果选用CPU 312IFM，则不能超过0.8A。 S7-300 CPU机架的组态与S7-300扩展机架的组态非常相似，区别在于扩展机架的2号槽位上不安装CPU模板。 第64页/共

38、73页l电源模板PS307，必须安装在1号槽位上。lCPU模板的安装位置紧挨着电源模板，安装在2号槽位上。l用于连接扩展机架的接口模板IM，安装在3号槽位上。l各种信号模板SM，安装在4号11号槽位上。第65页/共73页S7-300 机架组态举例模板规格数量从背板总线吸取的电流（mA）从电源吸取的电流（mA）功耗（W）CPU模板CPU314112008数字量输入模板SM321 1624V DC225253.5数字量输出模板SM322 1624V DC1801204.9数字量输出模板SM322 16继电器输出11002504.5模拟量输入模板SM331 2AI1602001.3模拟量输出模板SM332 2AO1601353高速计数器模板FM350-11160404.5第66页/共73页 所有信号模板和功能模板从背板总线吸取的电流为： 252801006060160=510 mA 没有超过CPU314所能提供的最大电流1200mA。 所有模板从电源吸取的电流为：120022512025