項目2典型S7-300PLC硬件控制系統安裝1.理解并能掌握中央處理器CPU的功能2．學習并掌握典型S7-300PLC硬件外觀結構圖及CPU的功能及模塊種類3.掌握信號模塊、電源模塊、編程器的功能及應用4.了解智能I/O接口、通信接口、HMI及S7-300PLC結構特點5.能獨立操作完成典型S7-300PLC硬件安裝過程。6.學習并掌握典型S7-300PLC的硬件安裝及注意事項2.1項目要求及學習目標2.2相關知識

2.2.1典型S7-300PLC的硬件外觀結構02

模塊化結構設計的S7-300PLC系列安裝結構2.2.2CPU模塊種類（1）接收與存儲用戶由編程器鍵入的用戶程序和數據；（2）檢查編程過程中的語法錯誤，診斷電源及PLC內部的工作故障；（3）用掃描方式工作，接收來自現場的輸入信號，并輸入到輸入映像寄存器和數據存儲器中；（4）在進入運行方式后，從存儲器中逐條讀取并執行用戶程序，完成用戶程序所規定的邏輯運算、算術運算及數據處理等操作；（5）根據運算結果，更新有關標志位的狀態，刷新輸出映像寄存器的內容，再經輸出部件實現輸出控制、打印制表或數據通信等功能。S7-300有各種型號CPU適用于不同等級的控制要求，有的CPU模塊集成了數字量I/O，有的同時集成了數字量的I/O和模擬量I/O。CPU內的元件封裝在一個精致塑料殼內，面板上有狀態和故障LED指示燈、模式選擇開關和通信接口。微存儲卡插槽可以插入多達數兆字節的微存儲卡（MMC），用于斷電后程序和數據的保存。MMC卡用做CPU的裝載存儲器，程序和數據下載后保存在MMC卡內。1.中央處理器CPU的功能2.CPU模塊分為S7-31xC有6種緊湊型CPU，CPU312C、CPU313C、CPU313C-2PtP、CPU313C-2DP、CPU314C-2PtP、CPU314C-2DP。它們均有集成的數字量輸入和輸出，有的集成模擬量的輸入和輸出，它們還有集成的高速計數、頻率測量、脈沖輸出、閉環控制和定位等技術功能，脈寬調制頻率最高為2.5kHz。CPU運行時需要微存儲卡。型號中帶2DP的CPU有一個MPI接口和一個DP接口，型號中帶2PtP的CPU表示有一個MPI接口和一個點對點串行通信接口。（1）緊湊型CPU系列2.CPU模塊分為標準型CPU包括CPU312、CPU314、CPU315-2DP、CPU315-2PN/DP、CPU317-2DP、CPU317-2PN/DP和CPU319-3PN/DP。型號中帶有PN/DP的CPU有一個PROFINET接口和一個MPI/DP接口。（2）標準型CPU系列CPU315T-2DP和CPU317T-2DP有極高的處理速度，用于對PLC性能以及運動控制功能具有較高要求的設備。除了準確的單軸定位功能外，還適用于復雜的同步運動控制，一個通信接口是DP/MPI接口，另一個DP接口用于連接帶PROFIBUS接口的驅動系統。技術功能型CPU還有本機集成的4點數字量輸入和8點數字量輸出，使用標準的編程語言編程，無需專用的運動控制語言。（3）技術功能型CPU系列（4）故障安全型CPU系列

故障安全型CPU包括CPU315F-2DP、CPU315F-2PN/DP、CPU317F-2DP和CPU317F-2PN/DP。它們用于組成故障安全型自動化系統，以滿足安全運行的需要，使用內置的DP接口和PROFIsafe協議，可以在標準數據報文中傳輸帶有安全功能的用戶數據。不需要對故障安全I/O進行額外的布線，就可以實現與故障安全有關的通信。(5)SIPLUS戶外型CPU

SIPLUSCPU包括SIPLUS緊湊型CPU、SIPLUS標準型CPU和SIPLUS故障安全型CPU。這些模塊可以在環境溫度-25~+70攝氏度和有害氣體的環境運行。CPU31xC系列的CPU模塊的結構2.2.3信號模塊（SM）

信號模塊（SM），包括數字量（開關量）輸入模塊（DI）、數字量（開關量）輸出模塊（DO）、數字量輸入/輸出(DI/DO)模塊、模擬量輸入(AI)模塊、模擬量輸出(AO)模塊、模擬量輸入/輸出（AI/AO）模塊、FM模塊等。

S7-300系列PLC的輸入/輸出模塊的外部接線接在插入式前連接器的端子上，前連接器插在前門后面的凹槽內。這樣不需要斷開前連接器上的外部接線，就可以迅速地更換模塊。第一次插入前連接器時，它被編碼，以后該前連接器只能插入同樣類型的模塊中。2.2.3信號模塊（SM）

信號模塊面板上的LED燈用來顯示各數字量輸入/輸出點的信號狀態，現場輸入信號觸點接通時，相應地址的模塊面板LED燈亮，當有輸出信號時，相應地址的模塊面板LED燈亮，結合程序的監控狀態，用來調試程序，很重要。模塊安裝在DIN標準導軌上，通過總線連接器與相鄰的模塊連接。模塊的默認地址由模塊所在位置決定，也可以用STEP7軟件在硬件組態中指定模塊的地址。2.2.3信號模塊（SM）PLC的前連接器、前門和模塊面板LED燈的位置。1.數字量輸入（DI）模塊SM321來自現場的開關信號有按鈕信號、各種行程開關信號、過載信號、繼電器觸點的斷開和閉合信號、傳感器信號等。數字量輸入模塊將來自現場的開關信號電平轉換成PLC內部信號電平，經過光電隔離和濾波后，送到輸入緩沖區等待CPU采樣，采樣后的信號狀態經過背板總線進入到輸入映像寄存器區。用于采集直流信號的模塊稱為直流輸入模塊，其名稱含有24VDC，額定輸入電壓為直流24V；用于采集交流信號的模塊稱為交流輸入模塊，其名稱含120/230VAC，額定輸入電壓為交流120V或230V。如果信號線不是很長，PLC所處的物理環境較好，電磁干擾較輕，應考慮優先選用以DC24V的直流輸入模塊。交流輸入方式適合于有油霧、粉塵的惡劣環境下使用。1.數字量輸入（DI）模塊SM321對用戶來說，數字量輸入模塊SM321有多種型號的模塊可供選擇，分別是DC16點輸入、DC32點輸入、AC16點輸入、AC8點輸入模塊。數字量輸入模塊上每個輸入點的輸入狀態是用一個綠色的發光二極管LED指示燈來顯示的，輸入開關閉合，發光二極管LED點亮。反之，輸入開關斷開時，發光二極管LED燈滅。1.數字量輸入（DI）模塊SM3212.數字量輸出（DO）模塊SM322由PLC產生的各種輸出控制信號經輸出接口去控制和驅動負載(如指示燈的亮或滅、電動機的啟?；蛘崔D、設備的轉動、平移、升降、閥門的通斷等)。所以PLC輸出接口所帶的負載，通常是接觸器的線圈、電磁閥的線圈、信號指示燈等。按負載回路使用的電源不同，數字輸出模塊可以分為直流輸出模塊、交流輸出模塊、交直流兩用輸出模塊。2.數字量輸出（DO）模塊SM322

可分為晶體管輸出型、雙向晶閘管(可控硅)輸出型和繼電器輸出型。如圖2-8，2-9，2-10所示。3.數字量輸入/輸出（DI/DO）模塊SM3234.模擬量輸入/輸出（AI/AO）模塊（1）模擬量輸入（AI）模塊SM331（2）模擬量輸出（AO）模塊SM332（3）模擬量輸入/輸出（AI/AO）模塊SM3342.2.4電源（PS）模塊PS3071.電源模塊PS307用于將120/230V交流電壓轉換為24V直流電壓。2.根據輸出電流的不同。有3種規格的電源模塊可選，2A、5A、10A。2.2.5編程器

編程器：用于用戶程序的輸入、編輯、調試和監視，還可以通過其鍵盤去調用和顯示PLC的一些內部繼電器狀態和系統參數。它經過編程器接口與CPU聯系，完成人機對話。用PC機作編程器。2.2.6智能I/O接口

為適應和滿足更加復雜控制功能的需要，PLC生產廠家均生產了各種不同功能的智能I/O接口，這些I/O接口塊上一般都有獨立的微處理器和控制軟件，可以獨立地工作，以便減少CPU模塊的壓力。2.2.7通信接口

通信接口有串行接口和并行接口兩種。它們都在專用系統軟件的控制下，遵循國際上多種規范的通信協議來工作。用戶應根據不同的設備要求選擇相應的通信方式并配置合適的通信接口。2.2.8人-機操作界面HMI

1.觸摸屏觸摸屏是通過觸摸在屏幕畫面上的按鈕即可進行直觀操作的裝置。它可以對要監控的機器和生產過程進行真實的圖形顯示。2.組態軟件SIMATICWinCC變量管理器：用于管理內部變量和外部變量。圖形編輯器：用于可自由組態的監控和操作。報警記錄編輯器：用于在DIN19-235的基礎上獲取和存檔事件。變量記錄編輯器：用于壓縮和存儲被測數值和菜單處理。報表編輯器：用于受時間控制和事件驅動的帶有可自由組態的項目文件。2.2.9S7-300PLC結構特點

S7-300改變了以往模塊式PLC采用的總線底板結構，從硬件上省去總線底板和排風扇，而采用了背板總線，即將總線集成在每個模塊上，所有的模塊通過總線連接器進行級連擴展，使得結構簡單。1.采用集成的背板總線2.2.9S7-300PLC結構特點

由于省去了總線底板，使得安裝各個模塊的機架只有DIN標準導軌，可以選擇橫向或者豎向安裝。安裝模塊時只需要將模塊鉤在導軌上，轉動到位后用螺釘鎖緊。有可拆卸式機械編碼前連接器，螺釘型或彈簧型接線端子，更換模塊時只需要松開安裝螺釘，拔下已經接線的前連接器，即可更換。2.采用DIN標準導軌，安裝和更換模塊方便2.2.9S7-300PLC結構特點

所有的模塊都有相同的安裝深度，因此信號模塊和通信模塊可以不受限制地插到SM區的任何一個槽位上，使得硬件組態非常靈活。3.硬件組態靈活2.2.9S7-300PLC結構特點

每個機架上最多可安裝8個信號模塊（SM），當需要的SM超過8個時，可以通過IM365（機架距離最遠1米）或者IM360/361（機架距離最遠10米），安裝擴展機架，每個擴展機架上最多可安裝8個信號模塊，一個S7-300系統最多可安裝3個擴展機架，最多可安裝32個信號模塊。4.機架擴展方便2.3項目解決步驟

步驟1.畫出典型S7-300PLC的硬件外觀結構圖步驟2.理解并熟悉中央處理器CPU的功能及CPU模塊種類步驟3.講述信號模塊、電源模塊、編程器的功能及應用步驟4.講述智能I/O接口、通信接口、HMI及S7-300PLC結構特點2.3項目解決步驟

步驟5.講述PLC安裝環境，能獨立操作完成典型S7-300PLC的硬件安裝過程。1.安裝導軌，必須安裝接地線及導軌的安裝距離要符合標準。2.在導軌上安裝電源模塊。將連好電源線的電源模塊一端套在導軌凸起處，旋轉向下，用螺絲旋緊，將市電接入電源模塊上的三個端子（L1、N、接地）上。3.不需要擴展機架，CPU模塊緊挨著電源模塊安裝，將總線連接器插到CPU模塊背板總線處，一端套在導軌的凸起處，另一端向下旋轉，到達導軌位置后，旋緊螺絲，此時可以將模塊插入標簽，將電源模塊的輸出DC24V線連到CPU模塊的L+和M。4.把輸入模塊背板總線一側插入總線連接器，一端套在導軌凸起處，背板總線另一側