江西省西门子授权总代理

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到”MPI网络上。4）微存储器卡 S7-300 CPU上的微存储器卡（MMC）用于在断电时保存用户程序和某些数据，可用来扩展CPU的存储器容量；另外，有些CPU的操作系统保存在MMC中，便于操作系统的升级。目前，新型的S7-300 CPU都必须使用MMC卡作为装载存储器保存用户数据。MMC的读/写可直接在CPU内进行，不需要专用的编程器。存储卡只有在断电状态或CPU出于“STOP”状态时才能取下，如果在写访问过程中拆下MMC，则卡中的数据会被破坏。对于新型免维护S7-300 PLC，使用模式选择开关MRES无法删除MMC卡中的数所示为晶闸管输出模块的内部电路，小框内的光敏双向晶闸管和小框外的双向晶闸管组成固态继电器（Solid-State Relay，SSR），SSR的输入功耗低，输入信号电平与CPU内部电平相同，同时又实现了隔离。PLC程序中某输出点为“1”状态时，其线圈“通电”，光敏晶闸管中的发光二极管点亮，晶闸管导通，使另一个容量较SM 331模块主要由A/D转换部件、模拟切换开关、补偿电路、恒流源、光电隔离部件和逻辑电路等组成。A/D转换部件是模块的核心，其转换原理采用积分方法，积分时间直接影响到A/D转换时间和A/D转换的精度。被测模拟量的精度是所设定的积分时间的正函数，即积分时间越长，被测值的精度越高。SM331可选4挡积分时间：相对应地以位表示的精度为9、12、12、14位。每种积分时间有一个最佳的噪声抑制频率f0，以上4种积分时间分别对应400Hz、60Hz、50Hz、10Hz。例如，A/D的积分时间设为20ms，则它的转换精度为12位，此时对应用开辟了空间。3．PLC的发展20世纪70年代初期：仅有逻辑运算、定时、计数等顺序控制功能，只是用来取代传统的继电器控制，通常称为可编程序逻辑控制器（Programmable Logic Controller）。20世纪70年代中期：微处理器技术应用到PLC中，使PLC不仅具有逻辑控制功能，还增加了算术运算、数据传送和数据处理等功能。20世纪80年代以后：随着大规模、超大规模集成电路等微电子技术的迅速发展，16位和32位微处理器应用于PLC中，使PLC得到迅速发展。PLC不仅控制功能增强，同时可靠性提高，功耗、体积减小，成本降低，编程和故障检测更加灵活方便，而且具有通信和联网、数据处理和图像显示等功能。
自从第一台PLC出现以后，日本、德国、法国等也相继开始研制PLC，并得到了迅速的发展。目前，世界上有200多家PLC厂商和400多种PLC产品，按地域可分成美国、欧洲和日本等三个流派产品，各具特色，如日本主要发展中小型PLC，其小型PLC性能先进，结构紧凑，价格便宜，在世界市场上占用重要地位。著名的PLC生产厂家主要有美国的A-B（Allen-Bradly）公司、GE（General Electric）公司，日本的三菱电机（Mitsubishi Electric）公司、欧姆龙（OMRON）公司，德国的AEG公司、西门子（Siemens）公司，法国的TE（Telemecanique）公司等。
我国的PLC研制、生产和应用也发展很快，尤其在应用方面更为突出。在20世纪70年代末和80年代初，我国随国外成套设备、专上。尽管二者结构不一样，但各部分的功能是相同的。下面详细描述硬件系统各部分功能。1）微处理器（CPU） CPU是PLC的核心，相当于神经中枢的作用，指挥有关的控制电路。CPU主要由运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系的数据、控制及状态总线构成，CPU单元还包括外围芯片、总线接口及有关电路。内存主要用于存储程序及数据，是PLC不可缺少的组成单元。
CPU的控制器控制CPU工作，由它读取指令、解释指令及执行指令。但工作节奏由振荡信号控制。运算器用于进行数字或逻辑运算，在控制器指挥下工作。寄存器参与运算，并存储运算的中间结果，它也是在控制器指挥下工作。CPU速度和内存容量是PLC的重要参数，它们决定着PLC的工作速度，I/O数量及软件容量等，因此限制着控制规模。
与一般微型计算机一样，CPU的主要功能如下所述。从存储器中读取指令：CPU根据地址总线上给出的存储器和控制总线上给出的读/写命令，从数据总线上得到读出的数据和指令，并放到CPU内的指令寄存器中。执行指令：对存放在指令寄存器中的指令操作码进行译码、操作。顺序读取指令。处理中断：CPU在顺序执行程序时，还能接收I/O接口发来的中断请求，转入中断服务程序的首地址，进行中断处理；中断处理完毕后，返回原地址，继续顺序执行。
频率为50Hz的噪声干扰有很强的抑制作用。在我国，为了抑制工频及其谐波的干扰，一般选用20ms的积分时间。SM331的转换时间包括由积分时间决定的基本转换时间和用于电阻测量、断线监视的附加转换时间。对应上述4种积分时间的基本转换时间分别为3ms、17ms、22ms、102ms，电阻测量的附加转换时间为1ms，断线监视的附加转换时间为10ms，电阻测量和断线监视都有的附加转换时间为16ms。
SM3了大量的继电器，开关柜的体积比继电器控制系统小得多，而且质量轻、能耗低，成为机电一体化重要的控制设备。2．PLC的应用
目前，PLC在国内外已经广泛应本章主要介绍S7-300/400 PLC的硬件配置、CPU模块分类、信号模块及模块地址的确定、电源模块、接口模块、通信模块和功能模块、PLC的存储区等内容。通过本章学习，读者可掌握PLC硬件基础知识，为以后的深入学习打下基础。2.1 S7.300/4.0 PLC概述
根据美国ARC（Automation Research Corp）的调查，在全球PLC制造商中，前五位的生产厂家分别
西门子公司最早生产的PLC产品是1975年投放市场的SIMATIC S3，它实际上是带有简单操作接口的二进制控制器。在1979年，S3系导轨是安装S7-300 PLC各类模块的支架，是特制异型板，其长度有160mm、480mm、530mm、830mm、2000mm五种，可根据实际情况选择。PLC采用背板总线方式将各模块从物理上和电气上连接起来。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。
电源模块与CPU模块和其他模块之间通过电缆连接，而不是通过背板总线连接。
CPU模块除完成执行用户程序的主要任务外，还为S7-300 PLC背板总线提供DC 5V电源，并通过MPI接口与其他中央处理器或编程装置通信。
接口模块主要用于机架扩展。
输入输出信号模块的作用是使不同的过程信号电平和S7-300 PLC的内部信号电平相匹配，主要有数字量输入/输出模块SM321、SM322、SM323等，模拟量输入/输出模块SM331、SM332、SM334和SM335等。每个信号模块都配有自编码的螺紧型前连接器，外部过程信号可方便地连在信号模块的前连接器上。其模拟量输入模块可以接入热电偶、热电阻、电流、电压等多种不同的信号，输入量程范围很宽。
功的电源是PLC可靠运行的必要条件。
（1）外部电源。用于驱动PLC的负载和传递现场信号，又称用户电源。同一台PLC的外部电源可以是一个规格，也可以是多个规格。外部电源的容量与性能，由输出负载和输入电路决定。电源输入类型有交流电源（220V或110V）、直流电源（常用的为24V）。
（2）内部电源。即PLC的工作电即使在前一次执行程序时对某一变量的状态没有捕捉到，也能保证在第二次执行时该条件依然存在。2）工作过程 PLC工作过程分为三个阶段：输入刷新阶段、执行程序阶段和输出刷新阶段。这三个阶段构成一个扫描周期。在PLC运行期间，CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。
（1）输入采样阶段。在输入采样阶段，PLC以扫描方式读入该可编程序控制器所有输入端子的输入状态和数据，并将它们存入输入映像区的相应单元内。在本工作周期的执行和输出过程中，输入映像区内的内容还会随实际信号的变化而变化。PLC产品种类繁多，其规格和性能也各不相同。可以根据I/O点数和功能、结构形式进行分类。1．PLC的分类1）按I/O点数和功能分类
（1）小型机。小型PLC的I/O点数一般在256以下，内存容量在4KB以下，主要功能为开关量控制。小型机的特点是体积小、价格低，适合单机控制。典型的小型机有西门子公司的S7-200、欧姆龙公司的CPM2A系列、三菱公司的F-40系列、迪莫康德PC-085系列等整体式PLC产品。I/O点数为64点以内的称为超小型机。
（2）中型机。中型PLC的I/O点数一般在256～2048之间，内存容量为3.6～13KB，具有开关量和模拟量控制功能、强大的数字计算功能以及通信联网功能，适用于复杂的逻辑控制。典型的中型机有西门子公司的S7-300、欧姆龙公司的C200H系列、AB公司的SLC500系列等模块式产品。
（3）大型机。大型PLC的I/O点数一般在2048以上，内存容量为13KB以上，具有计算、控制、调节功能以及强大的通信联网功能，适用于设备自动化控制、过程自动化控制。典型的大型机有西门子公司的S7-400、欧姆龙公司的CS1系列、AB公司的SLC5/05系列等产品。
在实际中，一般PLC功能的强弱与其I/O点数是相互关联的。即PLC的功能越强，其可配置的I/O点数越多。因此，通常我们所说的小型、中型、大型PLC，同时也表示其对应的功能为低档、中档、高档。2）按结构形式分类 根据PLC结构形式的不同，PLC主要可分为整体式和模块式。
（1）整体式结构。整体式结构是将PLC的各个基本部件紧凑的安装在一个标准的机壳内，组成PLC的一个基本单元或扩展单元。基令实现开关控制、逻辑控制和顺序控制。2）定时/计数控制 定时/计数控制功能是指利用PLC提供的定时器、计数器指令实现对某种操作的定时或计数控制，与传统继电控制系统中时间继电器和计数继电器功能相同。利用编程软件实现的定时/计数功能使用方便灵活，便于修改。3）步进（顺序）控制 步进控制是指工业生产过程按照一步一步的顺序执行，PLC生产商针对工业控制中的步进过程生成步进指令，从而简化程序，使控制过程简单明确。4）PID控制 PLC中的PID控制功能是指通过PID子程序或使用智能PID模块实现对模拟量的闭环控制过程。5）数据控制 数据控制功能是指PLC能进行数据传送、比较、移位、数制转换、算术、编码译码等操作。大中型PLC数据控制功能更加齐全，可完成开方、浮点运算等。6）通信和联网 PLC的通信包括PLC相互之间、PLC与上位计算机、PLC与其他智能设备之间的通信。PLC系统与计算机可以通过通信处理单元构成网络、实现信息的交换，也可构成“集中管理、分散控制”的分布式控制系统。
能模块主要用于实时性强、存储计算量较大的过程信号处理任务，如快进和慢进驱动定位模块FM351、电子凸轮控制模块FM352、步进电动机定位模块FM353等。
通信模块是一种智能模块，它用于PLC间或PLC与其他装置间联网以实现数据共享，如具有RS-232C接口的CP340、与PROFIBUS7-300 PLC的各个模块能以搭积木的方式组合在一起形成系统。根据应用对象的不同，S7-300 PLC可选用不同型号和不同数量的模块，并将这些模块安装在同一个DIN标准机架或者多个机架上。其允许的安装位置包括水平安装和垂直安装两种，水平安装时，电源模块在最左侧，向右依次为CPU、接口模块和其他模块；垂直安装时，电源模块在最下端，向上依次为CPU、接口模块和其他模块。建议采用水平安装。
水平安装电源模块PS安装在机架的最左边，CPU模块紧靠电源模块；如果有接口模块（IM），则放在CPUS7-300系列CPU将机器时钟时间命令执行时间缩短到原来的1/3或1/4，为提高生产率奠定了基础。S7-300系列的CPU采用微型存储器卡（MMC），没有后备电池，减少了成本和维护费用。另外，其宽度由原来的80mm减CPU的模式选择开关是一种钥匙开关，使用时需要插入钥匙，用以设置CPU当前的运行方式。钥匙拔出后，就不能改变操作方式，可防止未经授权的人员非法删除或改写程序。钥匙开关各个位置的含义如下。
（1）RUN-P（编程状态下的运行）位置。CPU不仅执行用户程序，在运行时还可通过编程软件读出和用户程序以及改变运行方式，在这个位置不能拔出钥匙开关。
（2）RUN（运行）位置。CPU执行用户程序，可通过编程软件读出用户程序，但不能修改用户程序，在这个位置可取出钥匙开关。
31的8个模拟量输入通道公用一个积分式A/D转换部件，即通过模拟切换开关，
各输入通道按顺序一个接一个地转换。某一通道从开始转换模拟量输入值起，一直持续直到再次开始转换的时间称输入模块的循环时间，它是模块中所有活动的模拟量输入通道的转换时间的总和。实际上，循环时间是对外部模拟量信号的采样间隔。为了缩短循环时间，应该使用STEP 7组态工具屏蔽掉不用的模拟量通道，使其不占用循环时间。对于一个积分时间设定为20ms，8个输入通道都接有外部信号且都需断线监视的SM331模块，其循环时间为（22＋10）ms×8＝256ms。因此，对于采样时间要求更快一些的场合，优先选用二输入通道的SM331模块。

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