西門子S7-300的概況
大、中型PLC(例如西門子的S7-300和S7-400系列)一般采用模塊式結(jié)構(gòu)，用搭積木的方式來(lái)組成系統(tǒng)，模塊式PLC由機(jī)架和模塊組成。S7-300是模塊化的中小型PLC，適于中等性能的控制要求。品種繁多的CPU模塊、信號(hào)模塊和功能模塊能滿足各種領(lǐng)域的自動(dòng)控制任務(wù)，用戶可以根據(jù)系統(tǒng)的具體情況選擇合適的模塊，維修時(shí)更換模塊也很方便。當(dāng)系統(tǒng)規(guī)模擴(kuò)大和更為復(fù)雜時(shí)、可以增加模塊，對(duì)PLC進(jìn)行擴(kuò)展。簡(jiǎn)單實(shí)用的分布式結(jié)構(gòu)和強(qiáng)大的通信聯(lián)網(wǎng)能力，使其應(yīng)用十分靈活。
S7-300的CPU模塊（簡(jiǎn)稱CPU）集成了過(guò)程控制功能，用于執(zhí)行用戶程序。每個(gè)CPU都有一個(gè)編程用的RS485接口，有的還帶有集成總線PROFIBUS-DP接口或PtP(點(diǎn)對(duì)點(diǎn))串行通信接口，S7-300不需要附加任何硬件、軟件和編程，就可以建立一個(gè)MPI（多點(diǎn)接口）網(wǎng)絡(luò)，如果有PROFIBUS-DP接口，可以建立一個(gè)DP網(wǎng)絡(luò)。
S7-300的通信功能、通信模塊、通信的設(shè)置與編程的詳細(xì)情況見本站隨后發(fā)布的技術(shù)文章。
功能最強(qiáng)的CPU的RAM存儲(chǔ)容量為512kB，有8192個(gè)存儲(chǔ)器位，512個(gè)定時(shí)器和512個(gè)計(jì)數(shù)器，數(shù)字量通道最大為65536點(diǎn)，模擬量通道最大為4096個(gè)。由于使用Flash EPROM，CPU斷點(diǎn)后無(wú)需后備電池也可以長(zhǎng)時(shí)間保持動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，使S7-300成為完全無(wú)維護(hù)的控制設(shè)備。
S7-300/400有很高的電磁兼容性和抗振動(dòng)抗沖擊能力。S7-300標(biāo)準(zhǔn)型的環(huán)境溫度為0-60.環(huán)境條件擴(kuò)展型的溫度范圍為-25-+60，有更強(qiáng)的耐振動(dòng)和耐污染性能。
通過(guò)系統(tǒng)功能和系統(tǒng)功能塊的調(diào)用，用戶可以使用集成在操作系統(tǒng)內(nèi)的程序，從而顯著地減少所需要的用戶存儲(chǔ)器容量，他們可以用于中斷處理、出錯(cuò)處理、復(fù)制和處理數(shù)據(jù)等。
S7-300/400的編程軟件STEP 7功能強(qiáng)大，使用方便。S7-300有350多條指令。
STEP 7的功能塊圖和梯形圖編程語(yǔ)言符合IEC 61131標(biāo)準(zhǔn)，語(yǔ)句表編程語(yǔ)言與標(biāo)準(zhǔn)IEC稍有不同，以保證與STEP 5的兼容性，3種編程語(yǔ)言可以相互轉(zhuǎn)換。用轉(zhuǎn)換程序可以將西門子的STEP 6或TISOFT編寫的程序轉(zhuǎn)換到STEP 7。STEP 7還有SCL、GRAPH和HiGrahp等編程語(yǔ)言供用戶選購(gòu)。
計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)范圍為1-999，定時(shí)器的定時(shí)范圍為10ms-9990s?？梢允褂肐EC標(biāo)準(zhǔn)的定時(shí)器和計(jì)數(shù)器。
STEP 7通過(guò)帶標(biāo)準(zhǔn)用戶接口的軟件工具來(lái)為所有的模塊設(shè)置參數(shù)，可以節(jié)省用戶入門的時(shí)間和培訓(xùn)的費(fèi)用。
CPU用智能化的診斷體統(tǒng)連續(xù)監(jiān)控系統(tǒng)的功能是否正常，記錄錯(cuò)誤和特殊系統(tǒng)事件（例如超時(shí)、模塊更換等）。S7-300有看門狗中斷、過(guò)程報(bào)警、日期時(shí)間中斷和定時(shí)中斷功能。
操作員控制和監(jiān)視顯得日益重要，S7-300/400已將HMI（人機(jī)接口）服務(wù)集成到操作系統(tǒng)內(nèi)，因此大大減少了人機(jī)對(duì)話的編程要求。SIMATIC人機(jī)界面從S7-300中獲得數(shù)據(jù)，S7-300/400按用戶指定的刷新速度自動(dòng)地傳遞這些數(shù)據(jù)。
S7-300的組成部件
西門子S7-300 PLC是模塊式的PLC，它由以下幾個(gè)部分組成：
(1)中央處理單元(CPU)
各種CPU有不同的性能，例如有的CPU集成有數(shù)字量和模擬量輸入/輸出點(diǎn)，有的CPU集成有PROFIBUS-DP等通信接口。CPU前面板上有狀態(tài)故障指示燈、模式開關(guān)、24V電源端子、電池盒與存儲(chǔ)器模塊盒(有的CPU沒有)。
(2)負(fù)載電源模塊(PS)
負(fù)載電源模塊用于將AC220V電源轉(zhuǎn)換為DC24V電源，供CPU和I/0模塊使用。額定輸出電流有2A、5A和10A 3種，過(guò)載時(shí)模塊上的LED閃爍。
(3)信號(hào)模塊(SM)
信號(hào)模塊是數(shù)字量輸入/輸出模塊和模擬量輸入/輸出模塊的總稱，它們使不同的過(guò)程信號(hào)電壓或電流與PLC內(nèi)部的信號(hào)電平匹配：信號(hào)模塊主要有數(shù)字量輸入模塊SM321和數(shù)字量輸出模塊SM322。模擬量輸入模塊SM331和模擬量輸出模塊SM332。模擬量輸入模塊可以輸入熱電阻、熱電偶、DC4-20mA和DC0-1OV等多種不同類型和不同量程的模擬信號(hào)。每個(gè)模塊上有一個(gè)背板總線連接器，現(xiàn)場(chǎng)的過(guò)程信號(hào)連接到前連接器的端子上。
(4)功能模塊（FM）
功能模塊主要用于對(duì)實(shí)時(shí)性和存儲(chǔ)容量要求高的控制任務(wù)，如計(jì)數(shù)器模塊、快速/慢速進(jìn)給驅(qū)動(dòng)位置控制模塊、電子凸輪控制器模塊、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)定位模塊、伺服電動(dòng)機(jī)定位模塊、未定和連續(xù)路徑控制模塊、閉環(huán)控制模塊、工業(yè)標(biāo)識(shí)系統(tǒng)的接口模塊、稱重模塊、位置輸入模塊、超聲波位置解碼器等。
(5)通信處理器（CP）
通信處理器用于PLC之間、PLC與計(jì)算機(jī)和其他智能設(shè)備之間的通信，可以將PLC接入PROFIBUS-DP、AS-i和工業(yè)以太網(wǎng)，或用于實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信等。通信處理器可以減輕CPU處理通信的負(fù)擔(dān)，并減少用戶對(duì)通信的編程工作。
(6)接口模塊（IM）
接口模塊用于多機(jī)架配置時(shí)鏈接主機(jī)架（CR）和擴(kuò)展機(jī)架（ER）。S7-300通過(guò)分布式的主機(jī)架和3個(gè)擴(kuò)展機(jī)架，最多可以配置32個(gè)信號(hào)模塊、功能模塊和通信處理器。
（7）導(dǎo)軌
鋁質(zhì)導(dǎo)軌用來(lái)固定和安裝S7-300上述的各種模塊。
S7-300的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
S7-300采用緊湊的、無(wú)槽位限制的模塊結(jié)構(gòu)，電源模塊(PS) 、CPU、信號(hào)模塊(SM)、功能模塊(FM)、接口模塊(IM)和通信處理器(CP)都安裝在導(dǎo)軌上。導(dǎo)軌是一種專用的金屬機(jī)架，只需將模塊鉤在DIN標(biāo)準(zhǔn)的安裝導(dǎo)軌上，然后用螺栓鎖緊就可以了。有多種規(guī)格的導(dǎo)軌供用戶選擇。
電源模塊總是安裝在機(jī)架的最左邊，CPU模塊緊靠電源模塊。如果有接口模塊，它放在CPU模塊的右側(cè)。
S7-300用背板總線將除電源模塊之外的各個(gè)模塊連接起來(lái)。背板總線集成在模塊上，模塊通過(guò)U形總線連接器相連，每個(gè)模塊都有一個(gè)總線連接器。，后者插在各模塊的背后。安裝時(shí)先將總線連接器插在CPU模塊上，并固定在導(dǎo)軌上，然后依次裝入各個(gè)模塊。
外部接線接在信號(hào)模塊和功能模塊的前連接器的端子上，前連接器用插接的方式安裝在模塊前門后面的凹槽中，前連接器與模塊是分開訂貨的。
S7-300的電源模塊通過(guò)電源連接器或?qū)Ь€與CPU模塊相連，為CPU模塊提供DC24V電源。PS307電源模塊還有一些端子可以為信號(hào)模塊提供DC24V電源。
更換模塊時(shí)只需松開安裝螺釘，拔下已經(jīng)接線的前連接器。前連接器上的編碼塊用于防止將已接線的連接器插到其他模塊上。
信號(hào)模塊和通信處理器模塊可以不受限制地插在任何一個(gè)槽上，系統(tǒng)可以自動(dòng)分配模塊的地址。每個(gè)機(jī)架最多只能安裝8個(gè)信號(hào)模塊、功能模塊或通信處理器模塊。如果系統(tǒng)任務(wù)需要的這些模塊超過(guò)8塊，則可以增加擴(kuò)展機(jī)架，有的低端CPU沒有擴(kuò)展功能。
除了帶CPU的中央機(jī)架（CR），最多可以增加3個(gè)擴(kuò)展機(jī)架（ER）每個(gè)機(jī)架可以插8個(gè)模塊（不包括電源模塊、CPU模塊和接口模塊IM），4個(gè)機(jī)架最多可以安裝32個(gè)模塊。
機(jī)架的最左邊是1號(hào)槽，最右邊是11號(hào)槽，電源模塊總是在1號(hào)槽的位置。中央機(jī)架（0號(hào)機(jī)架）的2號(hào)槽上是CPU模塊。這3個(gè)槽號(hào)被固定占用，信號(hào)模塊、功能模塊和通信處理器使用4-11號(hào)槽。
因?yàn)槟K是用總線連接器連接的，而不是像其他模塊式PLC那樣，用焊在背板上的總線插座來(lái)安裝模塊，所以槽號(hào)是相對(duì)固定的，在機(jī)架導(dǎo)軌上并不存在物理槽位。例如在不需要擴(kuò)展機(jī)架時(shí)，中央機(jī)架上沒有接口模塊，此時(shí)雖然3號(hào)槽位仍然被實(shí)際上并不存在的接口模塊占用，中央機(jī)架上的CPU模塊和4號(hào)槽的模塊實(shí)際上是緊挨在一起的。
如果有擴(kuò)展機(jī)架，接口模塊占用3號(hào)槽位，負(fù)責(zé)與其他擴(kuò)展機(jī)架自動(dòng)地進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。
如果只需要擴(kuò)展一個(gè)機(jī)架，可以使用價(jià)格便宜的IM 365接口模塊對(duì)，兩個(gè)接口 模塊用1m長(zhǎng)的固定電纜連接。由于IM 365不能給機(jī)架1提供通信總線，機(jī)架1上只能安裝信號(hào)模塊，不能安裝通信模塊和其他智能模塊。擴(kuò)展機(jī)架的電源有IM 365提供，兩個(gè)機(jī)架的DC5V電源的總電流應(yīng)在允許值之內(nèi)。
使用IM 360/361接口模塊可以擴(kuò)展3個(gè)機(jī)架，中央機(jī)架（CR）使用IM 360，擴(kuò)展機(jī)架（ER）使用IM 361，各相鄰機(jī)架之間的電纜最長(zhǎng)為10m。每個(gè)IM361需要一個(gè)外部DC24V電源，向擴(kuò)展機(jī)架上的所有模塊供電，可以通過(guò)電源連接器連接PS 307負(fù)載電源。所有的S7-300模塊均可以安裝在ER上。接口模塊是自組態(tài)的，無(wú)需進(jìn)行地址分配。
每個(gè)機(jī)架上安裝的信號(hào)模塊、功能模塊和通信處理器除了不能超過(guò)8塊外，還受到背板總線DC5V供電電流的限制。0號(hào)機(jī)架的DC5V電源由CPU模塊產(chǎn)生，其額定電流值與CPU的型號(hào)有關(guān)。擴(kuò)展機(jī)架的背板總線的DC5V電源由接口模塊IM361產(chǎn)生，各類模塊消耗的電流可查S7-300模板手冊(cè)。
S7-300系列PLC的I/O模塊地址的確定
S7-300的開關(guān)量地址由地址標(biāo)識(shí)符、地址的字節(jié)部分和位部分組成，一個(gè)字節(jié)由0-7這8個(gè)位組成。地址標(biāo)識(shí)符I表示輸入，Q表示輸出，M表示存儲(chǔ)器位。例如I3.2是一個(gè)數(shù)字輸入量的地址，小數(shù)點(diǎn)前面的3是地址的字節(jié)部分，小數(shù)點(diǎn)后的2表示這個(gè)輸入點(diǎn)是3號(hào)字節(jié)中的第2位。
開關(guān)量除了按位尋址外，還可以按字節(jié)、字和雙字尋址。例如輸入量I2.0-12.7組成輸入字節(jié)IB2，B是Byte的縮寫；字節(jié)IB2和IB3組成一個(gè)輸入字IW2，W是Word的縮寫，其中的IB2為高位字節(jié)；IB2-IB5組成一個(gè)輸入雙ID2，D是Double Word的縮寫，其中的IB2為最高位的字節(jié)。以組成字和雙字的第一個(gè)字節(jié)的地址作為字和雙字的地址。
S7-300的信號(hào)模塊的字節(jié)地址與模塊所在的機(jī)架號(hào)和槽號(hào)有關(guān)，位地址與信號(hào)線接在模塊上的哪一個(gè)端子有關(guān)。
對(duì)于數(shù)字量模塊，從0號(hào)機(jī)架的4號(hào)槽開始，每個(gè)槽位分配4B（4個(gè)字節(jié)）的地址，相當(dāng)于32個(gè)I/O點(diǎn)（見表1）。最多可能有32個(gè)數(shù)字量模塊，共占有32×4B=128B。
表1 S7-300 PLC的I/O模塊的字節(jié)地址
表2 S7-300 PLC信號(hào)模塊地址舉例
模擬量模塊以通道為單位，一個(gè)通道占一個(gè)字地址，或兩個(gè)字節(jié)地址。例如模擬量輸入通道IW640由字節(jié)IB640和IB641組成。S7-300位模擬量模塊保留了專用的地址區(qū)域，字節(jié)地址范圍為IB256-767?？梢杂醚b載指令和傳送指令訪問(wèn)模擬量模塊。
一個(gè)模擬量模塊最多有8個(gè)通道，從256開始，給每一個(gè)模擬量模塊分配16B（8個(gè)字）的地址。
數(shù)字量輸入/輸出塊內(nèi)最低的位地址(例如I0.0)對(duì)應(yīng)的端子位置最高，最高的位地址(例如16點(diǎn)輸入模塊的I1.7)對(duì)應(yīng)的端子位置最低。
模塊診斷與過(guò)程中斷
1、模塊診斷功能
S7-300有的信號(hào)模塊具有對(duì)信號(hào)進(jìn)行監(jiān)視(診斷)和過(guò)程中斷的智能功能：通過(guò)診斷可以確定數(shù)字量模塊獲取的信號(hào)是否正確，或模擬量模塊的處理是否正確。
數(shù)字量輸入/輸出模塊可以診斷出以下故障：無(wú)編碼器電源、無(wú)外部輔助電壓、無(wú)內(nèi)部輔助電壓、熔斷器熔斷、看門狗故障、EPROM故障、RAM故障、過(guò)程報(bào)警丟失。
模擬量輸入模塊可以診斷出無(wú)外部電壓、共模故障、組態(tài)/參數(shù)錯(cuò)誤、斷線、測(cè)量范圍上溢出或下溢出。模擬量輸出模塊可以診斷出無(wú)外部電壓、組態(tài)/參數(shù)錯(cuò)誤、斷線和對(duì)地短路。
2、過(guò)程中斷
通過(guò)過(guò)程中斷，可以對(duì)過(guò)程信號(hào)進(jìn)行監(jiān)視和響應(yīng)。
根據(jù)設(shè)置的參數(shù)，可以選擇數(shù)字量輸入模塊每個(gè)通道組是否在信號(hào)的上升沿、下降沿，或兩個(gè)邊沿都產(chǎn)生中斷，信號(hào)模塊可以對(duì)每個(gè)通道的一個(gè)中斷進(jìn)行暫存。
模擬量輸入模塊通過(guò)上限值和下限值定義一個(gè)工作范圍，模塊將測(cè)量值與上、下限值進(jìn)行比較。如果超限，則執(zhí)行過(guò)程中斷。執(zhí)行過(guò)程中斷時(shí)，CPU暫停執(zhí)行用戶程序，桌暫停執(zhí)行低優(yōu)先級(jí)的中斷程序，來(lái)處理相應(yīng)的診斷中斷功能塊（OB40）。
