第七章 S7-300 PLC概述第一节 S7-300 系列PLC的硬件系统SIMATIC S7-300是一种通用型的PLC，能适合自动化工程中的各种应用场合，尤其是在生产制造工程中的应用。
模块化、无风扇结构、易于实现分布式的配置以及易于掌握等特点，使得S7-300在各种工业领域中实施各种控制任务时，成为一种既经济又切合实际的解决方案。
SIMATIC S7-300的大量功能能够支持和帮助用户进行编程、启动和维护，其主要功能如下：(1) 高速的指令处理。
0.1～0.6 us的指令处理时间在中等到较低的性能要求范围内开辟了全新的应用领域。
(2) 人机界面(HMI)。
方便的人机界面服务已经集成在S7-300操作系统内，因此人机对话的编程要求大大减少。
(3) 诊断功能。
CPU的智能化的诊断系统可连续监控系统的功能是否正常，记录错误和特殊系统事件。
(4) 口令保护。
多级口令保护可以使用户高度、有效地保护其技术机密，防止未经允许的复制和修改。
一、 SIMATIC S7-300系列PLC系统基本构成1. SIMATIC S7-300的组成SIMATIC S7-300系列PLC是模块化结构设计，各种单独模块之间可进行广泛组合和扩展。
其系统构成如图7.1所示。
它的主要组成部分有导轨(RACK)、电源模块(PS)、中央处理单元模块(CPU)、接口模块(IM)、信号模块(SM)、功能模块(FM)等。
它通过MPI网的接口直接与编程器PG、操作员面板OP和其它S7 PLC 相连。
2.S7-300的扩展能力S7-300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。
与CPU312 IFM和CPU313配套的模块只能安装在一个机架上。
除了电源模块、CPU 模块和接口模块外，一个机架上最多只能再安装8个信号模块或功能模块。
CPU314/315/315-2DP最多可扩展4个机架，IM360/IM361接口模块将S7-300背板总线从一个机架连接到下一个机架。
3.S7-300模块地址的确定根据机架上模块的类型，地址可以为输入(I)或输出(O)。
数字I/O模块每个槽划分为4 B(等于32个I/O点)。
模拟I/O模块每个槽划分为16 B(等于8个模拟量通道)，每个模拟量输入通道或输出通道的地址总是一个字地址。
表7.1为S7-300信号模板的起始地址。
表7.1 S7-300信号模板的起始地址0机架的第一个信号模块槽(4号槽)的地址为0.0～3.7，一个16点的输入模块只占用地址0.0～1.7，地址2.0～3.7未用。
数字量模块中的输入点和输出点的地址由字节部分和位部分组成。
S7-300的存储区见下图：图7.2 S7-3 0 0存储区示意图(1) 系统存储区：RAM类型，用于存放操作数据(I/O、位存储、定时器、计数器等)。
(2) 装载存储区：物理上是CPU模块中的部分RAM，加上内置的EEPROM或选用的可拆卸FEPROM卡，用于存放用户程序。
(3) 工作存储区：物理上占用CPU模块中的部分RAM，其存储内容是CPU运行时所执行的用户程序单元(逻辑块和数据块)的复制件。
CPU程序所能访问的存储区为系统存储区的全部、工作存储区中的数据块DB、暂时局部数据存储区、外设I/O存储区(P)等，其功能见表7.2。
表7.2 程序可访问的存储区及功能二、 S7-300PLC 硬件简介S7-300（见图7.3）由多种模块部件组成，包括导轨（Rack ）、电源模块（PS ）、CPU 模块、接口模块（IM ）、输入输出模块（SM ）。
各种模块能以不同方式组合在一起，从而可使控制系统设计更加灵活，满足不同的应用需求。
图7.3 S7-300 PLC 的基本结构1.1.1 S7-300系列PLC 系统供电 1. PS307电源模块名 称 存储区 存储区功能输入(I)过程输入映像表扫描周期开始，操作系统读取过程输入值并录入表中，在处理过程中，程序使用这些值。
每个CPU 周期，输入存储区在输入映像表中存放输入状态值。
输入映像表是外设输入存储区首128 B 的映像输出(Q)过程输出映像表在扫描周期中，程序计算输出值并存储在该表中；在扫描周期结束后，操作系统从表中读取输出值，并传送到过程输出口。
过程输出映像表是外设输出存储区的首128 B 的映像 位存储区(M) 存储位 存放程序运算的中间结果外设输入(PI) 外设输出(PQ) I/O ：外设输入 I/O ：外设输出 外设存储区允许直接访问现场设备(物理的或外部的输入和输出)，外设存储区可以以字节、字和双字格式访问，但不可以以位方式访问定时器(T)定时器为定时器提供存储区，计时时钟访问该存储区中的计时单元，并以减法更新计时值。
定时器指令可以访问该存储区和计时单元计数器(C) 计数器 为计数器提供存储区，计数指令访问该存储区临时本地数据(L)本地数据堆栈 (L 堆栈)在FB 、FC 或OB 运行时设定，将在块变量声明表中声明的暂时变量存在该存储区中，提供空间以传送某些类型参数和存放梯形图中间结果。
块结束执行时，临时本地存储区再行分配，不同的CPU 提供不同数量的临时本地存储区 数据块(DB) 数据块存放程序数据信息，可被所有逻辑块公用(“共享”数据块)或被FB 特定占用“背景”数据块PS307是西门子公司为S7-300专配的24 V DC电源。
PS307系列模块除输出额定电流不同外(有2 A、5 A、10 A三种)，其工作原理和各种参数都相同。
PS307可安装在S7-300的专用导轨上，除了给S7-300 CPU供电外，也可给I/O模块提供负载电源。
2．S7-300的电流耗量和功率损耗S7-300模块使用的电源由S7-300背板总线提供，一些模块还需从外部负载电源供电。
在组建S7-300应用系统时，考虑每块模块的电流耗量和功率损耗是非常必要的。
一个实际的S7-300 PLC系统，确定所有的模块后，要选择合适的电源模块，所选定的电源模块的输出功率必须大于CPU模块、所有I/O模块、各种智能模块等总消耗功率之和，并且要留有30％左右的裕量。
当同一电源模块既要为主机单元又要为扩展单元供电时，从主机单元到最远一个扩展单元的线路压降必须小于0.25 V。
例如，一个S7-300 PLC系统由下面的模块组成：1块中央处理单元CPU 3142块数字量输入模块SM321，16×24 Vl块继电器输出模块SM322，8×230 V ACl块数字量输出模块SM322，16×24 V DCl块模拟量输入模块SM331，8×12位2块模拟量输出模块SM332，4×12位各模块从S7-300背板总线吸取的电流＝2×25＋40＋70＋60＋2×60＝340 mA 各模块从24 V负载电源吸取的电流＝1000＋2×1＋75＋100＋200＋2×240＝1857 mA各模块的功率损耗＝8＋2×3.5＋2.2＋4.9＋1.3＋2×3＝29.4 从上面计算可知，信号模块从S7-300背板总线吸取的总电流是340 mA，没有超过CPU 314提供的1.2 A电流。
各模块从24 V电源吸取的总电流约为1.857 A，虽没有超过2 A，但考虑到电源应留有一定裕量，所以电源模块应选PS307 5 A。
上述计算没有考虑接输出执行机构或其它负荷时的电流消耗，设计中不应忽略这一点。
PS307 5 A的功率损耗为18 W，所以该S7-300结构总的功率损耗是18＋29.4＝47.4 W 。
该功率不应超过机柜所能散发的最大功率，在确定机柜的大小时要确保这一点。
1.1.2 CPU 模块 1．CPU 模块概述S7-300有CPU312 IFM 、CPU313、CPU314、CPU314 IFM 、CPU315/315-2DP 、CPU316-2DP 、CPU318-2DP 等8种不同的中央处理单元可供选择。
CPU315-2DP 、CPU316-2DP 、CPU318-2DP 都具有现场总线扩展功能。
CPU 以梯形图LAD 、功能块FBD 或语句表STL 进行编程。
CPU315/CPU315-2DP ：CPU315是具有中到大容量程序存储器和大规模I/O 配置的CPU 。
CPU315-2DP 是具有中到大容量程序存储器和PROFIBUS-DP 主/从接口的CPU ，它用于包括分布式及集中式I/O 的任务中。
CPU315/CPU315-2DP 具有48 KB/64 KB ，内置80/96 KB 的装载存储器(RAM)，可用存储卡扩充装载存储器，最大容量为512 KB ，指令执行速度为300 ns/二进制指令，最大可扩展1024/2048点数字量或128/256个模拟量通道。
CPU315-2DP 是带现场总线(PROFIBUS)SINEC L2-DP 接口的CPU 模块，其他特性与CPU315模块相同。
2．CPU 模块的方式选择和状态指示S7-300系列的CPU312 IFM/313/314/314 IFM/315/315-2DP/316-2DP/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。
(1) RUN-P ：可编程运行方式。
CPU 扫描用户程序，既可以用编程装置从CPULED 状态出错指示方式选择开电池跨接(可卸用于电源和功地的端子MPI 口存储器卡插座中读出，也可以由编程装置装入CPU中。
用编程装置可监控程序的运行。
在此位置钥匙不能拔出。
(2) RUN：运行方式。
CPU扫描用户程序，可以用编程装置读出并监控PLC CPU 中的程序，但不能改变装载存储器中的程序。
在此位置可以拔出钥匙，以防止程序在正常运行时被改变操作方式。
(3) STOP：停止方式。
CPU不扫描用户程序，可以通过编程装置从CPU中读出，也可以下载程序到CPU。
在此位置可以拔出钥匙。
(4) MRES：该位置瞬间接通，用以清除CPU的存储器。
2.存储器区域PLC的系统程序相当于个人计算机的操作系统，它使PLC具有基本的智能，能够完成PLC设计者规定的各种工作。
系统程序由PLC生产厂家设计并固化在ROM中，用户不能读取。
用户程序由用户设计，它使PLC能完成用户要求的特定功能。
用户程序存储器的容量以字节为单位，不同的程序对应不同的存储区域。
（1）装载存储器装载存储器位于SIMATIC微型存储卡（MMC）中。
装载存储器的容量与MMC 的容量一致。
用于保存程序指令块和数据块以及系统数据，也可以将项目的整个组态数据保存在MMC中。
（2）工作存储器（RAM）RAM集成在CPU中，不能被扩展。