PLC系统组成及内部资源

1、第第2 2章章 S7-300PLCS7-300PLC系统组成及内部资源系统组成及内部资源2.1 S7-300PLC硬件系统组成硬件系统组成nS7-300由多种模块部件组成，包括导轨（Rack）、电源模块（PS）、CPU模块、接口模块（IM）、输入输出模块（SM）、功能模块（FM）、通讯处理器模块（CP）。各种模块能以不同方式组合在一起，从而可使控制系统设计更加灵活，满足不同的应用需求。图2-1 S7-300 PLC的基本组成导轨导轨 PS电源模块CPU IM接口模块SM: DISM: DOSM: AISM: AO FM:- 计数- 定位- 闭环控制 CP:- 点-到-点- PROFIBUS-

2、工业以太网系统背版总线系统背版总线导轨（机架）导轨（机架）S7-300模块模块电源模块电源模块 后备电池后备电池 24V DC连连接器接器 CPU工作工作模式选择开模式选择开关关 CPU模块模块 CPU状态状态及故障指示及故障指示灯灯 MMC存储卡存储卡MPI多点接口多点接口 信号模块的信号模块的前连接器前连接器 前门前门 信号信号模块模块 2.1.1 电源模块电源模块1. PS 30X1. PS 30X系列电源模块系列电源模块 有多种S7-300电源模块可为可编程控制器各模块供电，也可以向需要24V直流的传感器/执行器供电. 有4种： PS 305(2A输出电流)、PS 307(2A)、 P

3、S 307(5A)、 PS 307(10A)。（swtich power supply） PS305电源模块是直流供电(输入电压可以是直流 24/48/72/96/110V)； PS307是交流供电(可以是交流120V/230V)。 PS 305 2A365 - 0BA01- 0AA0X 23 4PS3075A DC 5VVOLTAGESELECTORONOFF50mmPS 307 5A307 - 1BA00- 0AA0PS3075AX 23 4 DC 5VVOLTAGESELECTORONOFF80mm307 - 1BA00- 0AA0PS3075AX 23 4 DC 5VVOLTAGESE

4、LECTORONOFFPS 307 10A200mmPS 307 2A307 - 1BA00- 0AA0PS3075AX 23 4 DC 5VVOLTAGESELECTORONOFF80mm nPS 307（2A）电源模块在非正常工作状态下的反应 表表2-1 电源模块在非正常工作状态下的反应电源模块在非正常工作状态下的反应n2. S7-300的电流消耗量和功率损耗的电流消耗量和功率损耗n一个实际的S7-300 PLC系统，在确定所有的模块后，要选择合适的电源模块。 所选定的电源模块的输出功率必须大于CPU模块、所有I/O模块、各种智能模块的总消耗功率之和。最好留有30%的余量。 1、状态和故障

5、显示nCPU上安装有6个LED指示灯，显示运行状态和故障。2.1.2 CPU模块模块RS485SFSF（红色）：系统出错（红色）：系统出错/ /故障指示灯。故障指示灯。CPUCPU硬件或软件错误时硬件或软件错误时 亮。亮。BATFBATF（红色）：电池故障指示灯（只有（红色）：电池故障指示灯（只有CPU313CPU313和和314314配配 备）。当电池失效或未装入时，指示灯亮。备）。当电池失效或未装入时，指示灯亮。DC5VDC5V（绿色）：（绿色）：5V5V电源指示灯。电源指示灯。CPUCPU内部的内部的5V5V电源正常时电源正常时 亮。亮。FRCEFRCE（黄色）：强制作业有效指示灯。至少

6、有一个（黄色）：强制作业有效指示灯。至少有一个I/OI/O被被 强制状态时亮。强制状态时亮。RUNRUN（绿色）：运行状态指示灯。（绿色）：运行状态指示灯。CPUCPU处于处于“RUN”RUN”状态时状态时 亮；亮；LEDLED在在“STARTUP”STARTUP”（重新启动）重新启动）状态以状态以2Hz2Hz频频 率闪烁；率闪烁； 在在“HOLD”HOLD”（单步、断点）单步、断点）状态以状态以0.5Hz 0.5Hz 频率闪烁。频率闪烁。 （单步、断点；譬如（单步、断点；譬如VC示例）示例）STOPSTOP（黄色）：停止状态指示灯。（黄色）：停止状态指示灯。CPUCPU处于处于“STOP”S

7、TOP”或或 “ “HOLD”HOLD”或或“STARTUP”状态时亮；状态时亮； BUS DF（BF）（红色）：带有）（红色）：带有DP接口的接口的CPU总线出错时，总线出错时， 指示灯亮。指示灯亮。SF DP （红色）（红色） ：带有：带有DP接口的接口的CPU， DP接口硬件错误时接口硬件错误时 指示灯亮。指示灯亮。n2、SIMATIC微存储卡（微存储卡（MMC）nMMC是 Flash EPROM微存储卡，作装载存储器用于在断电时自动保存用户程序，它的读写直接在CPU内进行，不需要专用的编程器。但格式化时要用西门子的专用编程器。n由于CPU 31xC没有安装集成的装载存储器，在使用CPU

8、时必须插入MMC。CPU与MMC是分开订货的。n3、CPU中的三大存储器区域中的三大存储器区域工作存储器系统存储区装载存储器(保存在MMC中)CPU具有RAM和ROM的优点保存实时的读写数据，掉电失去数据I/O央像区，根据控制要求编写的应用程序，可以由用户修改。系统软设备存储区，需要进行断电保护（锂电池），数据才能不丢失。n（1）装载存储区 有的CPU集成了RAM类型的装载存储器，另外用Flash EPROM类型的微型存储卡（MMC）扩展。断电时自动把集成的RAM类型的装载存储器内容永久保存到微型存储卡（MMC）中。 有的CPU没有集成装载存储器，用SIMATIC微型存储卡（MMC）作装载存储

9、器。 用于保存用户程序（不包括符号表和注释，符号表和注释保存在编程设备中）和系统数据（譬如用了多少模块以及各模块地址、模块参数等），要运行的用户程序被复制到工作存储器中。注意：系统存储区含有一个较为特殊的存储区叫外设 I/O存储区； 外设I/O存储区直接通过背板总线访问输 入输出模块，不影响I/O映像区。 但不能以位为单位访问，只能以字节、字、双 字为单位访问。 如果不通过I/O映像区，直接采样输入点状态， 比如： 程序运行到此时立即采样I/O点的状态，MOVE指令为功能框式的传送指令 访问模拟量输入输出通道，一定要用这种方法。例如： 与模拟量模块组态地址对应。模拟口输入格式的写法，PIW 模

10、拟口输出格式的写法，PQW 组态 “Configuration”，简单的讲，组态就是用应用软件中提供的工具、方法，完成工程中某一具体任务的过程。与硬件生产相对照，组态与组装类似。 譬如：如要组装一台电脑，事先提供了各种型号的主板、机箱、电源、CPU、显示器、硬盘、光驱等，我们的工作就是用这些部件拼凑成自己需要的电脑。当然软件中的组态要比硬件的组装有更大的发挥空间，因为它一般要比硬件中的“部件”更多，而且每个 “部件” 都很灵活，因为软部件都有内部属性，通过改变属性可以改变其规格（如大小、性状、颜色等）。 4 4、CPUCPU的运行模式及模式选择开关的运行模式及模式选择开关nCPU有四种运行模式

11、：STOP模式：CPU模块通电后自动进入STOP模式，在该模式不执行用户程序，可以通过编程软件读出和修改用户程序。STARTUP模式：可以用模式选择开关或编程软件启动，CPU此时进入启动模式，启动模式过后自动进入RUN模式。RUN模式：执行用户程序，刷新输入和输出，处理中断和故障信息服务。HOLD模式：在STARTUP和RUN模式执行程序时遇到调试用的断点，用户程序的执行被挂起（暂停），定时器被冻结。n运行模式选择开关复位存储器操作：复位存储器操作： 通电后从通电后从STOP STOP 位置扳到位置扳到MRES MRES 位置，位置，“STOP”STOP”LED LED 熄灭熄灭1s1s，亮，

12、亮1s1s，再熄灭，再熄灭1s 1s 后保持亮后。后保持亮后。 放开开关，使它自动回到放开开关，使它自动回到STOPSTOP位置，然后又位置，然后又扳扳回到回到MRESMRES，“STOP”LED STOP”LED 以以2Hz 2Hz 的频率至少闪动的频率至少闪动3s3s，表示正在执行复位，最后表示正在执行复位，最后“STOP”LED STOP”LED 一直亮，表一直亮，表示复位完成。示复位完成。 然后松手，使开关自动回到然后松手，使开关自动回到STOP位置。位置。5、CPU 中的寄存器中的寄存器1累加器（ACCUx） 累加器用于处理字节、字或双字的寄存器。 S7-300 有两个32 位累加器

13、（ACCU1 和ACCU2）。 处理8位或16位的数据时数据放在累加器的低端（右对齐）。2状态字寄存器（16 位） 首次检查位：如果/FC 位的信号状态为“0”，则表示扫描到一条梯形图网络的开始， 扫描到一条梯形图网络的中间时该位为1，扫描到一条是以输出指令（置位线圈、复位线圈、输出线圈）等梯形图网络的结束指令时，该位清0。 /FC 位为0/FC 位为1/FC 位为1/FC 位为0 状态位（STA）：执行位逻辑指令时，用于保存对应位的状态。 比如下图当调用I0.0时，I0.0的状态保存在STA中，当调用M0.0时，M0.0的状态会保存在STA中。 逻辑运算结果位（RLO）：用来存储执行位逻辑指

14、令 或比较指令的结果。结果为1表示能流通过。 比如下图的I0.0的状态既保存在STA中，又保存在RLO中，当调用M0.0时，M0.0的状态保存至STA中，RLO的状态与STA的状态相与，结果又存回RLO位中。若I0.0为1，则RLO为1若I0.0和M0.0都为1，则RLO为1 或位（OR）：在先逻辑与，后逻辑或的运算中，OR位暂时保存前面的逻辑与的运算结果，以便进行后面的逻辑或运算。 执行其它指令时OR位被复位。先把与结果存在OR中 溢出位（OV）：该位为1表示算术指令执行结果超出了允许的正、负范围。 溢出状态保持位（OS）：一旦算数运算指令执行后有溢出，OV位置1时，OS位也同时被置1，即使

15、执行后面的算数运算指令无溢出，OV被清0时，OS仍保持上一次溢出的状态1，用于表明前面的指令执行过程中是否出现过溢出。 如果执行了JOS（OS=1时跳转）的指令（即对溢出错误进行了相应的处理），OS位被复位。条件码1（CC1）和条件码0（CC0） ：综合起来用于表示算术运算结果、比较指令的执行结果或移位指令的移出位状态。执行算术运算指令后的执行算术运算指令后的CC1和和CC0：比如：前面浮点数运算的结果已超出浮点数的表示范围，此结果又要参与本次浮点运算，就会出现非法的浮点数。执行比较、移位和循环移位、逻辑指令后的执行比较、移位和循环移位、逻辑指令后的CC1CC1和和CC0CC0：二进制结果位（

16、BR） ：在梯形图的方块指令中，BR位与ENO位有对应关系，用于表明方块指令是否被正确执行。 比如下图如果加法指令结果溢出，BR位为0，ENO位也为0； 如果加法指令被正确执行，BR位为1，ENO位也为1 。n6 6、介绍几种典型、介绍几种典型CPUCPU模块模块n（1）CPU 313：没有集成的数字量和模拟量的输入和输出，另外选择输入输出模块。nCPU313，其装载存储器为内置20 KB的RAM，可用存储卡扩充装载存储器，最大容量为256KB。n内置12 KB的RAM作为工作存储器。n指令最快执行速度为600 ns/位操作。n最大扩展128点数字量和32路模拟量。n定时器T0T127，计数器

17、C0C63n（2）CPU315：没有集成的数字量和模拟量的输入和输出，另外选择输入输出模块。n内置80 KB的装载存储器(RAM类型)，可用存储卡扩充装载存储器，最大容量为512 KB。n内置48 KB的工作存储器。n指令执行速度最快为300 ns/位操作。n最大可扩展1024点数字量或128个模拟量通道。n定时器T0T127，计数器C0C63n（3）CPU315-2DP：没有集成的数字量和模拟量的输入和输出，另外选择输入输出模块。n内置96KB的装载存储器(RAM类型)，可用存储卡扩充装载存储器，最大容量为512 KB。n内置64 KB的工作存储器。 n指令执行速度最快为300 ns/位操作

18、。n最大可扩展2048点数字量或256个模拟量通道。n定时器T0T127，计数器C0C63nCPU315-2DP具有PROFIBUS-DP主/从接口。2.1.3 SM模块模块n信号模块（SM）也叫输入/输出模块，分为数字量模块、模拟量模块和特殊模块（仿真模块）。n1.数字量模块数字量模块nS7-300有多种型号的数字量I/O模块供选择。n（1）数字量输入模块）数字量输入模块SM321n数字量输入模块有直流输入方式和交流输入方式。n数字量输入模块SM321有四种型号模块可供选择，即直流16点输入、直流32点输入、交流16点输入、交流8点输入模块。n模块的每个输入点有一个绿色发光二极管显示输入状态

19、，输入开关闭合即有输入电压时，二极管点亮。32点直流输入模块内部电路M0123456701234567通 道 号状 态 LED(绿 色 )24 V0123456701234567L987654321201918171615141312M背 板 总 线接 口M24 V2928272625242322403938373635343332M(a)0123456701234567通 道 号绿 色 状 态 灯10987654321NMM背 板 总 线接 口N20191817161514131211NMMN(b)16点交流输入模块内部电路n（2）数字量输出模块）数字量输出模块SM322n按负载回路使用的电

20、源不同，它可分为直流输出模块、交流输出模块和交直流两用输出模块。n按输出开关器件的种类不同，它又可分为晶体管输出方式、可控硅输出方式和继电器触点输出方式。n数字量输出模块SM322有多种型号输出模块可供选择，常用模块的有8点晶体管输出、16点晶体管输出、32点晶体管输出、8点可控硅输出、16点可控硅输出、 32点可控硅输出、8点继电器输出和16点继电器输出。3232点数字量点数字量晶体管输出晶体管输出模块的内部电路及外部端子接线图模块的内部电路及外部端子接线图1 1）. .直流数字量输出模块直流数字量输出模块(DO)(DO)3232点数字量点数字量晶闸管输出晶闸管输出模块的内部电路及外部端子接

21、线图模块的内部电路及外部端子接线图2 2）. .交流数字量输出模块交流数字量输出模块(DO)(DO)过载时电子式熔断器断开故障指示灯SF亮过载时电子式熔断器断开故障指示灯SF亮阻容电路滤除高次谐波背板总线接口0123456701234567通道号绿色状态灯MN1L1234567891011121314151617181920SF1SF2MN24VML+1616点数字量点数字量继电器输出继电器输出模块的内部电路及外部端子接线图模块的内部电路及外部端子接线图 3 3）. .交直流数字量输出模块交直流数字量输出模块(DO)(DO)n（3）数字量输入输出模块）数字量输入输出模块SM323nSM323模

22、块有两种类型，一种是8点输入/8点输出，另一种是16点输入/16点输出。SM323 DI 16/DO 16SM323 DI 16/DO 1624 VDC/0.5A24 VDC/0.5A内部电路及外部端子接线图内部电路及外部端子接线图 n（1）模拟量输入模块SM331 n模拟量输入模块SM331目前有三种规格型号，即8AIl2位模块、2AIl2位模块和8AIl6位模块。n2.模拟量模块模拟量模块n（2）模拟量输出模块SM332 n模拟量输出模块SM332目前有三种规格型号，即4AOl2位模块、2AO12位模块和4AOl6位模块。n（3）模拟量输入/输出模块SM334 n模拟量I/O模块SM334

23、有两种规格。n一种是有4模入/2模出的模拟量模块，其输入、输出精度为8位。n另一种也是有4模入/2模出的模拟量模块，其输入、输出精度为12位。n仿真模块SM374可以仿真16点输入、16点输出或8点输入和8点输出的数字量模块。n用螺丝刀改变面板中间开关的位置，即可仿真所需的数字量模块。nSM374面板上有16个开关，用于输入状态的设置，还有16个绿色LED，用于指示I/O状态。n3.特殊模块特殊模块2.1.4 FM模块模块n功能模块主要用于对实时性和存储容量要求高的控制任务。n例如高速计数器模块FM 350-1 是单通道高速计数器模块，可以检测最高达500kHz 的脉冲。n例如步进电动机控制模

24、块FM353 。n例如闭环控制模块FM 355 有4 个闭环控制通道，有自优化温度控制算法和PID 算法。2.1.5 CP模块模块n通讯处理模块，用于PLC之间，PLC与计算机之间，PLC与其它智能设备之间的通讯，减轻CPU处理通讯的负担。n比如：CP 342-5是PROFIBUS-DP通讯处理器，用于把S7-300和PROFIBUS-DP相连接，再与ET200M配合，组成分布式I/O系统。 有的CPU（比如CPU312、CPU313等）只能使用一个机架，不能扩展机架。 这个机架除电源、CPU、IM模块外最多只能再安装8个扩展模块（包括信号、功能、通信模块）。 有的CPU（比如CPU314、C

25、PU315等）处主机架外，最多还可以另外扩展3个机架。一共可以安装32个扩展模块（包括信号、功能、通信模块）。 要扩展机架时就要用到IM模块。1.双机架接口模块IM365 IM365发送模块IM365接收模块。 365 - 0BA01- 0AA0IM 365RECEIVEX 23 4365 - 0BA01- 0AA0IM 365RECEIVEX 23 4发送模块接收模块长度1m的368电缆发送模块安装在主机架；接收模块安装在扩展机架。扩展机架背板总线5V电源由主机架的CPU提供。 用 IM365 扩展 扩展机架（ER） IM365 IM365 CPU 24V 电源 1m 主机架 2.多机架接口模块 IM360:用于发送数据 IM361:用于接收数据 IM360IM361 IM361 IM360 CPU 24V 电源 主机架 368 电缆 扩展机架（ER） 10m 24VDC 368 电缆 扩展机架（ER） 10m 24VDC 368 电缆 扩展机架（ER） 10m 24VDC IM361 IM361 368 电缆 0#机架 1#机架 2#机架 3#机架 IM360IM361由外部提供24VDC，模块把24VDC转成5VDC给背板