S7PLC的模块特性及硬件组态课件

1、2022/8/201第三章 S7 PLC的模块特性及硬件组态学习情境3：PLC的模块使用、接线及项目建立 第1页，共56页。2022/8/202知识目标： 1、理解S7-300/400PLC主要模块的特点、功能及技术参数。 2、学习STEP7软件的基本功能。能力目标： 1、掌握S7-300/400PLC主要模块的使用方法及I/O模块外围电路的接线方法。 2、熟练运用STEP7软件进行项目建立、硬件组态、程序编写、程序运行调试。 学习情境3：PLC的模块使用、接线及项目建立 第2页，共56页。2022/8/203第三章 S7 PLC的模块特性及硬件组态3.2 S7-400PLC的模块特性 3.3

2、 PLC系统的硬件组态 3.1 S7-300PLC的模块特性 第3页，共56页。2022/8/2043.1 S7-300PLC的模块特性 3.1.1 S7-300 PLC的模块概述 S7-300PLC主要组成部分有导轨(RACK)、电源模块(PS)、CPU模块、接口模块(IM)、信号模块(SM)、功能模块(FM)等。 S7-300 PLC是模块化的组合结构，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(导轨)或多个机架上。第4页，共56页。2022/8/205图3-1 通用型S7-300PLC的外型结构 除了电源模块、CPU模块和接口模块外，一个机架上最多

3、只能再安装8个信号模块或功能模块。 通用型S7-300PLC的外型结构如图3-1所示。第5页，共56页。2022/8/206 导 轨：是安装S7-300各类模块的机架，S7-300采用背板总线的方式将各模块从物理上和电气上连接起来。 总线连接器：除CPU模块外，每块信号模块都带有总线连接器，安装时先将总线连接器装在CPU模块并固定在导轨上，然后依次将各模块装入。 模块安装规范：插槽1为电源模块，插槽2为CPU模块，插槽3为接口模块，用于连接扩展机架，S7-300最多可以扩展32 个模块，即使不使用接口模块，CPU中也给接口模块分配逻辑地址。从插槽4开始可自由分配信号模块、功能模块，根据模块插入

4、的位置不同具有确定的I/O地址。 第6页，共56页。2022/8/207图3-2 PS307标准电源模块的外形图3.1.2 S7-300 PLC的模块特性3.1.2.1 1#槽 PS模块 PS307是S7-300 PLC专配的24V DC电源。 PS307系列模块有2A、5A、10A三种（见图3-2）。 第7页，共56页。2022/8/2083.1.2.2 2#槽 CPU模块1. S7-300 CPU模块的基本参数 S7-300 PLC的CPU的型号分类： CPU312 IFM、CPU313、CPU313 -2DP、CPU314、CPU314 -2DP、CPU314IFM、CPU315/315

5、-2DP、CPU316-2DP、CPU318-2DP等。CPU315-2DP、CPU316-2DP、CPU318-2DP都具有现场总线扩展功能。 CPU的主要特性（见表3-1）：第8页，共56页。2022/8/209表3-1 部分中央处理单元CPU的主要特性特 性CPU312 IFMCPU313CPU314CPU315/CPU315-2DP执行时间位操作0.6 s0.6 s0.3 s0.3 s字操作2 s2 s1 s1 s定点加3 s3 s2 s2 s浮点加60 s60 s50 s50 s最大数字I/O点数1441285121024最大模拟I/O通道323264128最大配置1个机架1个机架4

6、个机架4个机架第9页，共56页。2022/8/20102. S7-300 CPU模块的运行方式选择和状态指示（1） CPU模块的运行方式选择 S7-300系列的CPU312 IFM/313/314/314 IFM/315/315-2DP/316-2DP以及318-2DP模块的方式选择开关都一样，有以下4种工作方式，通过可卸的专用钥匙来控制选择（见图3-3）。第10页，共56页。2022/8/2011图3-3 S7-300 PLC CPU模块面板布置示意图RUN-P：可编程运行方式。RUN：运行方式。STOP：停止方式。MRES：清除存储器，不能保持。第11页，共56页。2022/8/2012（

7、2） CPU的LED状态及故障指示灯 SF（红色）：系统出错/故障指示灯。CPU硬件或软件错误时亮。 BATF（红色）：电池故障指示灯（只有CPU313和314配备）。当电池失效或未装入时，指示灯亮。 DC5V（绿色）：5V电源指示灯。CPU和及总线5V电源正常时亮。第12页，共56页。2022/8/2013 FRCE（黄色）：强制有效指示灯。至少有一个I/O被强制状态时亮。 RUN（绿色）：运行状态指示灯。CPU处于“RUN”状态时亮；LED在“Startup”状态以2Hz频率闪烁；在“HOLD”状态以0.5Hz频率闪烁。 STOP（黄色）：停止状态指示灯。CPU处于“STOP”或“HOLD

8、”或“Startup”状态时亮；在存储器复位时LED以0.5Hz频率闪烁；在存储器置位时LED以2Hz频率闪烁。第13页，共56页。2022/8/2014（3）CPU315-2DP CPU的另外两个状态及故障指示灯 BUS DF（BF）（红色）：总线出错指示灯（只适用于带有DP接口的CPU）。出错时亮。 SF DP（红色）：DP接口错误指示灯（只适用于带有DP接口的CPU）。当DP接口故障时亮。 第14页，共56页。2022/8/2015 在S7-300PLC中接口模块主要有IM360、IM361及IM365。图3-4 IM360（左）和IM361（右）的外形图1. IM360、IM361 I

9、M360用于发送数据，IM361用于接收数据，IM360和IM361的最大距离为10m。（见图3-4）。3.1.2.3 3#槽 IM模块第15页，共56页。2022/8/2016图3-5 多机架S7-300 PLC的连接 IM360、IM361是用于多机架的接口模块（最多可扩展至4层机架），（见图3-5）。第16页，共56页。2022/8/20172. IM365 如果只扩展两个机架，可选用比较经济的IM365接口模块对（不需要辅助电源，在扩展机架上不能使用CP模块） ，这一对接口模块由1m长的连接电缆相互固定连接（见图3-6）。图3-6 IM365的外形图第17页，共56页。2022/8/2

10、018（3）DI模块框图和端子连接图示例（见图3-7）1. SM321 数字量输入模块（1）DI模块的功能 数字量输入模块SM321将现场过程送来的数字信号电平转换成S7-300内部信号电平。数字量输入模块有直流输入方式和交流输入方式。 （2）DI模块的类型 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。3.1.2.4 4#11#槽 SM模块第18页，共56页。2022/8/2019图3-7 DI模块框图和端子连接图示例第19页，共56页。2022/8/20202. SM322 数字量输出模块（1）DO模块的功能 数字量输出模块SM322将S7-300内部信号电平转换成过

11、程所要求的外部信号电平，可直接用于驱动电磁阀、接触器、小型电动机、灯和电动机启动器等。（2）DO模块的类型 按负载回路使用的电源不同分为：直流输出模块、交流输出模块和交直流两用输出模块。 按输出开关器件的种类不同分为：晶体管输出方式、晶闸管输出方式和继电器触点输出方式。第20页，共56页。2022/8/2021（3）DO模块的特点 晶体管输出模块只能带直流负载，属于直流输出模块； 晶闸管输出方式属于交流输出模块； 继电器触点输出方式的模块属于交直流两用输出模块。 从响应速度上看，晶体管响应最快，继电器响应最慢；从安全隔离效果及应用灵活性角度来看，以继电器触点输出型最佳。第21页，共56页。20

12、22/8/2022（4）DO模块框图和端子连接图示例（见图3-8）图3-8 DO模块框图和端子连接图示例第22页，共56页。2022/8/2023 SM323模块有两种类型，一种是带有8个共地输入端和8个共地输出端，另一种是带有16个共地输入端和16个共地输出端，两种特性相同。 I/O额定负载电压24 V DC，在额定输入电压下，输入延迟为1.24.8 ms。输出具有电子短路保护功能。3. SM323 数字量I/O模块第23页，共56页。2022/8/20244. SM331 模拟量输入模块（1）AI模块的类型 模拟量输入(简称AI)模块SM331目前有三种规格型号，即8AIl2位模块、2AI

13、l2位模块和8AIl6位模块。第24页，共56页。2022/8/2025（2）AI模块的特点 SM331主要由A/D转换部件、模拟切换开关、补偿电路、恒流源、光电隔离部件、逻辑电路等组成。 A/D转换部件的转换原理采用积分方法，被测模拟量的精度是所设定的积分时间的正函数，也即积分时间越长，被测值的精度越高。 SM331可选四档积分时间：2.5 ms、16.7 ms、20 ms和l00 ms，相对应的以位表示的精度为8、12、12和14。第25页，共56页。2022/8/2026（3）AI模块框图和端子连接图示例（见图3-9）图3-9 AI模块框图和端子连接图示例第26页，共56页。2022/8

14、/20275. 模拟量输出模块SM332 （1）AO模块的类型 模拟量输出(简称模出(AO)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，分别为4通道的12位模拟量输出模块、2通道的12位模拟量输出模块、4通道的16位模拟量输出模块。第27页，共56页。2022/8/2028（2）AO模块的特点 SM332与负载/执行装置的连接：SM332可以输出电压，也可以输出电流。 在输出电压时，可以采用2线回路和4线回路两种方式与负载相连。 采用4线回路能获得比较高的输出精度（见图3-10）。 第28页，共56页。2022/8/2029图3-10 通过4线回路

15、将负载与隔离的模出模块相连第29页，共56页。2022/8/2030（3）AO模块框图和端子连接图示例（见图3-11）图3-11 AO 412位模拟量输出模块的接线图第30页，共56页。2022/8/2031 模拟量I/O模块SM334有两种规格，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，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。 SM334模块输入测量范围为010 V或020 mA，输出范围为010 V或020 mA（见图3-12）。6. SM334 模拟量I/O模块第31页，共56页。2022/8/2032图3-12 SM334 AI 4/AO 2

16、8/8Bit的模拟量输入/输出模块的接线图第32页，共56页。2022/8/2033 西门子S7-300 PLC不仅可连接通用I/O模块，还可以根据某些特定控制要求选配其他功能模块。 例如，FM 350-1，FM 350-2计数器模块，FM 351用于快速/慢速驱动的定位模块，FM 353用于步进电机的定位模块，FM 354用于侍服电机的定位模块，FM 357-2定位和连续通道控制模块，SM 338 超声波位置探测模块，SM 338 SSI 位置探测模块，FM 352电子凸轮控制器，FM 352-5高速布尔运算处理器，FM 355 PID模块以及FM 355-2温度PID控制模块等。 返回目录

17、3.1.2.5 S7-300PLC的其它功能模块第33页，共56页。2022/8/2034 3.2 S7-400PLC的模块特性 S7-400由机架(RACK)、电源模块(PS)、中央处理单元(CPU)、数字量输入/输出(DI/DO)模块、模拟量输入榆出(AI/AO)模块、通信处理器(CP)、功能模块(FM)和接口模块(IM)组成。DI/DO模块和AI/AO模块统称为信号模块(SM)。3.2.1 S7-400 PLC的模块概述第34页，共56页。2022/8/20353.2.2 S7-400 PLC的模块特性3.2.2.1 PS模块1电源模块的特点电源模块通过背板总线向S7-400提供DC 5

18、V和DC 24V电源；输出电流的额定值有4A、10A和20A；PS 405的输入为直流电压，PS 407的输入为直流电压或交流电压；S7-400有带冗余功能的电源模块。 2. 电源模块的LED指示灯INTF：内部故障；BATF：电池故障，背板总线上的电池电压过低；BATT1F和BATT2F：电池1或电池2接反、电压不足或电池不存在；DC5V和DC24V：相应的直流电源电压正常时亮。第35页，共56页。2022/8/20361. S7-400 CPU模块的类型3.2.2.2 CPU模块图3-13 S7-400 PLC CPU模块 S7-400 PLC CPU模块的类型有:CPU412-1、CPU

19、412-2DP、 CPU413-1、CPU413-2DP、 CPU414-1、 CPU414-2DP、CPU414-3DP、 CPU416-1、 CPU416-2DP、CPU416-3DP 、CPU417-4等，（见图3-13）。第36页，共56页。2022/8/20372. S7-400 CPU模块的运行方式选择和状态指示（1）CPU模块的运行方式选择 RUN-P：如果启动无故障，CPU则进入RUN模式，CPU执行用户程序或空运行。程序可以从CPU中读出，也可以传送到CPU。钥匙在该位置时不能拔出。 RUN：如果启动无故障，CPU则进入RUN模式，CPU执行用户程序或空运行。程序可以从CPU

20、中读出，但不能修改CPU中的程序。钥匙在该位置时可拔出以确保在没有授权的情况下不能修改运行模式。 STOP：CPU不能处理用户程序，数字量信号模块被禁止。钥匙在该位置时也可以拔出以确保在没有授权的情况下不能修改运行模式。程序可以从CPU中读出，也可以传送到CPU。 MRES：钥匙开关的临时触点，用于CPU的主站复位以及冷启动。 第37页，共56页。2022/8/2038（2）CPU的LED状态及故障指示灯（见表3-2）表3-2 S7-400 CPU 指示灯的含义指示灯颜色含义412-1414-2416-2414-3416-3417-4414-4H417-4HINTF红色内部故障XXXXXEXT

21、F红色外部故障XXXXXFRCE黄色强制工作XXXXXRUN绿色运行RUN状态XXXXXSTOP黄色停止STOP状态XXXXXBUS1F红色MPI/PROFIBUS DP接口1的总线故障XXXXXBUS2F红色MPI/PROFIBUS DP接口2的总线故障-XXXXMSTR黄色CPU运行-XREDF红色冗余错误-XRACK0黄色CPU在机架0中-XRACK1黄色CPU在机架1中-XIFM1F红色接口子模块1故障-XXXIFM2F红色接口子模块2故障-XX第38页，共56页。2022/8/20391数字量输入模块SM421的主要特性（见表3-3）表3-3 数字量输入模块SM421的主要特性模块特

22、性SM42132x24V DCSM42116x24V DCSM 42116x120/230V UCSM 42116x120/230V UC输入点数32DI，隔离为32 组16DI ，隔离为8 组16DI ，隔离为4 组16DI ，隔离为4 组额定输入电压24 VDC24 VDC120VAC/230VDC120 /230VUC可编程诊断不可以可以不可以不可以诊断中断不可以可以不可以不可以沿触发硬件中断不可以可以不可以不可以输入延迟可调整不可以可以不可以不可以替换值输出可以3.2.2.3 SM模块第39页，共56页。2022/8/20402. 数字量输出模块SM422的主要特性（见表3-4）表3-

23、4 数字量输出模块SM422的主要特性 模块特性SM 42216x24VDC/2ASM 42232x24VDC/0. 5ASM 42232x24 VDC/0. 5ASM 42216x120/230VAC/2A输出点数16DO ，隔离为8 组32DO，隔离为32 组32DO，隔离为8 组16DO，隔离为4 组输出电流2A0.5A0.5A2A额定负载电压24 VDC24 VDC24 VUC120 /230VUC可编程诊断不可以不可以可以不可以诊断中断不可以不可以可以不可以替换值输出不可以不可以可以不可以第40页，共56页。2022/8/20413模拟量输入模块SM431的主要特性（见表3-5）3-

24、5 模拟量输入模块SM431的主要特性 模块特性SM 431 AI8x14 位SM 431 AI8x14 位SM 431 AI13x16 位SM 431 AI16x 16 位SM 431 AI8x16 位输入点数8AIU/I 测量4AI 电阻测量8AIU/I 测量4AI 电阻测量16 点16AI U/I/温度测量8AI 电阻测量8 点分辨率14 位14 位13 位16 位16 位测量方法电压 电流电阻 温度电压 电流电阻电压电流电压 电流电阻 温度电压 电流 温度测量原理积分式瞬时值编码积分式积分式积分式可编程诊断不可以不可以不可以可以可以诊断中断不可以不可以不可以可调整可以监视极限值不可以不

25、可以不可以可调整可调整在周期结束时硬件中断不可以不可以不可以可调整不可以第41页，共56页。2022/8/20424模拟量输出模块SM 432的主要特性（见表3-6）表3-6 模拟量输出模块SM 432的主要特性模块特性SM 432；AO 813 位输出点数8 点分辨率13 位输出类型电压、电流可编程诊断无诊断中断无替换值输出无电势关系模拟部分与CPU 、负载电压隔离最大允许共模电压通道与通道间对MANA 为3VDC特性第42页，共56页。2022/8/2043 S7-400 PLC的接口模块主要有 IM460、IM461、IM460-3、IM461-3、IM460-4、IM461-4。 1接

26、口模块IM460-0和IM461-0（1）接口模块的共性 接口模块IM460-0（发送IM）和IM461-0（接收IM）用于局域连接，通信总线采用最高传输率。（2）IM460-0和IM461-0的技术特性（见表3-7）3.2.2.4 IM模块第43页，共56页。2022/8/2044表3-7 IM460-0和IM461-0的技术特性线路最大长度3 米，5 米，尺寸 WHD (mm)25290280重量IM 460-0IM 461-0600 g610 g总线上5V DC的电流消耗IM 460-0IM 461-0典型值 130 mA 最大值 140 mA典型值 260 mA 最大值 290 mA功

27、耗IM 460-0IM 461-0典型值 650 mW 最大值 700 mW 典型值 1300 mW 最大值 1450 mW第44页，共56页。2022/8/20452接口模块IM460-1和IM461-1（1）接口模块的共性 接口模块IM460-1（发送IM）和IM461-1（接收IM）用于局域连接（最长1.5m）。（2）IM460-1和IM461-1的技术特性（见表3-8）表3-8 IM460-1和IM461-1的技术特性线路最大长度1.5 m尺寸 WHD (mm)25290280总线上5V DC的电流消耗IM 461-1IM 460-1典型值 50 mA 最大值 85 mA 典型值 12

28、0 mA 最大值 100 mA功耗IM 460-1IM 461-1典型值 250 mW 最大值 425 mW 典型值 500 mW 最大值 600 mWEU 的电源每条线路5V/5A第45页，共56页。2022/8/20463接口模块IM460-3和IM461-3（1）接口模块的共性 接口模块IM460-3（发送IM）和IM461-3（接收IM）用于远程连接，最长102m（准确地说为100m加0.75m的输入/输出）。（2）IM460-3和IM461-3的技术特性（见表3-9）表3-9 IM460-3和IM461-3的技术特性线路最大长度102 米尺寸 WHD (mm)25290280重量IM

29、 460-3IM 461-3630 g620 g总线上5V DC的电流消耗IM 460-3IM 461-3典型值 1350 mA 最大值 1550 mA典型值 590 mA 最大值 620 mA功耗IM 460-3IM 461-3典型值 6750 mW 最大值 7750 mW典型值 2950 mW 最大值 3100 mW第46页，共56页。2022/8/20474接口模块IM460-4和IM461-4 接口模块的共性： 接口模块IM460-4（发送IM）和IM461-4（接收IM）用于远程连接，最长605m（准确地说为600m加1.5m的输入/输出）。 返回目录第47页，共56页。2022/8/20483.3 PLC系统的硬件组态 3.3.1 S7-300 PLC的硬件组态S7-300 PLC的硬件组态步骤： 1选中项目名，单击Insert