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S7-300 PLC的电源模块通过电源连接器或导线与CPU模块相连,为CPU模块提供DC24V电源。PS307电源模块还有一些端子可以为信号模块提供24V电源。
S7-300 PLC用背板总线将除电源模块之外的各个模块连接起来。背板总线集成在模块上,模块通过U形总线连接器相连,每个模块都有一个总线连接器,后者插在各模块的背后(如图2-2所示)。安装时先将总线连接器插在CPU模块上,并固定在导轨上,然后依次装入各个模块。
外部接线接在信号模块和功能模块的前连接器端子上,前连接器用插接的方式安装在模块前门后面的凹槽中(如图2-1所示),前连接器与模块是分开订货的。
更换模块时只需松开安装螺钉,拔下已经接线的前连接器。前连接器上的编码块可以防止将已接线的连接器插到其他模块上。
如果系统任务需要的信号模块、功能模块和通信处理器模块超过8块,则可以增加扩展机架(ER)来进行系统的扩展(如图2-4所示),有的低端CPU没有扩展功能。
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用于发送的接口模块IM360安装在0号机架3号槽中,它通过专用电缆,将数据从IM360发送到具有接收功能的IM361。IM360和IM361上有指示系统状态和故障的发光二极管(LED),如果CPU不确认此机架,则LED闪烁,可能是连接电缆没接好或者是串行连接的IM361关掉了。具有接收功能的接口模块IM361,用于S7-300 PLC的机架1到机架3的扩展,通过连接电缆把数据从IM360接收到IM361或者从一个IM361传到另一个IM361。IM361不仅提供数据传输,还将DC24V电压转换为DC5V电压,给所在机架的背板总线提供DC5V电源,供电输出电流不超过0.8A。0号机架上的DC5V电源由CPU模块产生,CPU313/314/315供电电流不超过1.2A,CPU312-IFM供电电流不超过0.8A。所以,每个机架所能安装的模块数量除了不能大于8块外,还要受到背板总线5V供电电源的限制,即每个机架上各模块消耗的5V电源电流之和应小于该机架大的供电电流。
如果只扩展两个机架,则可选用比较经济的IM365接口模块对,这一对接口模块由1m长的连接电缆相互固定连接。IM365不提供DC5V电源,此时,在两个机架上直流DC5V的总电流耗量应限制在1.2A之内。且由于IM365接口模块不能给机架1提供通信总线,因此在机架1上只能安装信号模块,而不能安装通信处理器等其他智能模块。
2.1.3 S7-300 PLC的组成
S7-300 PLC主要由以下几部分组成。1.中央处理单元(CPU)
各种CPU有不同的性能,例如,有的CPU集成有数字量和模拟量I/O点,有的CPU集成有PROFIBUS-DP等通信接口。CPU前面板上有状态故障指示灯、模式开关、24V电源端子、电池盒与存储器模块盒(有的CPU没有)。2.负载电源模块(PS)
负载电源模块用于将AC220V电源转换为DC24V电源,供CPU和I/O模块使用。额定输出电流有2A、5A和10A三种,过载时模块上的LED闪烁。
信号模块是数字量I/O模块和模拟量I/O模块的总称,它们使不同的过程信号电压或电流与PLC内部的信号电平匹配。信号模块主要有数字量输入模块SM321和数字量输出模块SM322,模拟量输入模块SM331和模拟量输出模块SM332。模拟量输入模块可以输入热电阻、热电偶、DC4~20mA和DC0~10V等多种不同类型和不同量程的模拟信号。每个模块上有一个背板总线连接器,现场的过程信号连接到前连接器的端子上。4.功能模块(FM)
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,例如,计数器模块、快速/慢速进给驱动位置控制模块、电子凸轮控制器模块、步进电动机定位模块、伺服电动机定位模块、定位和连续路径控制模块、闭环控制模块、工业标识系统的接口模块、称重模块、位置输入模块、超声波位置解码器等。5.通信处理器(CP)
通信处理器用于PLC之间、PLC与计算机和其他智能设备之间的通信,可以将PLC接入PROFIBUS-DP、AS-I和工业以太网,或用于实现点对点通信等。通信处理器可以减轻CPU处理通信的负担,并减少用户对通信的编程工作。6.接口模块(IM)
接口模块IM用于多机架配置时连接主机架(CR)和扩展机架(ER)。S7-300通过分布式的主机架和3个扩展机架,多可以配置32个信号模块、功能模块和通信处理器。7.导轨
铝质导轨是用来固定和安装S7-300上述各种模块的。
S7-300紧凑型PLC的全部CPU模块,集成I/O点除可以作为一般的开关量I/O点使用外,还可以作为高速计数输入、频率测量输入、脉冲输出等使用。
当做为内部集成高速计数输入、频率测量输入、脉冲输出功能使用时,其连接方式根据不同的CPU型号有所不同,作用与功能需要通过PLC的“硬件组态”予以定义,作为高速计数输入、频率测量输入、脉冲输出使用的I/O点不可以再作为开关量I/O使用。
用于信号输入或输出的模块统称为信号模块(Signal Model,SM),它包括数字量(或称开关量)输入模块、数字量输出模块、数字量I/O模块、模拟量输入模块、模拟量输出模块和模拟量I/O模块。
S7-300 PLCI/O模块的外部接线接在插入式的前连接器端子上,前连接器插在前盖后面的凹槽内。不需断开前连接器上的外部连线,就可以迅速更换模块。次插入连接器时,有一个编码元件与之啮合,这样该连接器就只能插入同样类型的模块中。
信号模块面板上的LED用来显示各数字量I/O点的信号状态,模块安装在DIN标准导轨上,通过总线连接器与相邻的模块连接。模块的默认地址由模块所在的位置决定,也可以用STEP 7指定模块的地址。
数字量模块1.数字量输入模块SM321
数字量输入模块将现场过程送来的数字“1”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和交流输入两种方式。对现场输入元件,仅要求提供开关触点即可。输入信号进入模块后,一般都经过光电隔离和滤波,然后才送至输入缓冲器等待CPU采样。采样时,信号经过背板总线进入到输入映像区。
输入电路中一般设有RC滤波电路,以防止由于输入触点抖动或外部干扰脉冲引起的错误输入信号,输入电流一般为数毫安。
数字量输入模块的内部电路和外部接线图,图中只画出了一路输入电路,M和N是同一输入组内各输入信号的公共点。
当外接触点接通时,光耦合器中的发光二极管点亮,光敏三极管饱和导通;外接触点断开时,光耦合器中的发光二极管熄灭,光敏三极管截止,信号经背板总线接口传送给CPU模块。
交流输入模块的额定输入电压为AC120V或230V。在图2-10中用电容隔离输入信号中的直流成分,用电阻限流,交流成分经桥式整流电路转换为直流电流。外接触点接通时,光耦合器中的发光二极管和显示用的发光二极管点亮,光敏三极管饱和导通;外接触点断开时,光耦器中的发光二极管熄灭,光敏三极管截止,信号经背板总线接口传送给CPU模块。
直流输入电路的延迟时间较短,可以直接与接近开关、光电开关等电子输入装置连接,DC24V是一种安全电压。如果信号线不是很长,PLC所处的物理环境较好,电磁干扰较轻,应优先考虑选用DC24V的输入模块。交流输入方式适合于在有油雾、粉尘的恶劣环境下使用。