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)，用搭積木的方式來組成系統(tǒng)，模塊式PLC由機架和模塊組成。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、信號模塊和功能模塊能滿足各種領(lǐng)域的自動控制任務(wù)，用戶可以根據(jù)系統(tǒng)的具體情況選擇合適的模塊，維修時更換模塊也很方便。當系統(tǒng)規(guī)模擴大和更為復(fù)雜時、可以增加模塊，對PLC進行擴展。簡單實用的分布式結(jié)構(gòu)和強大的通信聯(lián)網(wǎng)能力，使其應(yīng)用十分靈活。
S7-300的CPU模塊（簡稱CPU）集成了過程控制功能，用于執(zhí)行用戶程序。每個CPU都有一個編程用的RS485接口，有的還帶有集成總線PROFIBUS-DP接口或PtP(點對點)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MPI（多點接口）網(wǎng)絡(luò)，如果有PROFIBUS-DP接口，可以建立一個DP網(wǎng)絡(luò)。
S7-300的通信功能、通信模塊、通信的設(shè)置與編程的詳細情況見本站隨后發(fā)布的技術(shù)文章。
功能最強的CPU的RAM存儲容量為512kB，有8192個存儲器位，512個定時器和512個計數(shù)器，數(shù)字量通道最大為65536點，模擬量通道最大為4096個。由于使用Flash EPROM，CPU斷點后無需后備電池也可以長時間保持動態(tài)數(shù)據(jù)，使S7-300成為完全無維護的控制設(shè)備。
S7-300/400有很高的電磁兼容性和抗振動抗沖擊能力。S7-300標準型的環(huán)境溫度為0-60.環(huán)境條件擴展型的溫度范圍為-25-+60，有更強的耐振動和耐污染性能。
通過系統(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器容量，他們可以用于中斷處理、出錯處理、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言符合IEC 61131標準，語句表編程語言與標準IEC稍有不同，以保證與STEP 5的兼容性，3種編程語言可以相互轉(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等編程語言供用戶選購。
計數(shù)器的計數(shù)范圍為1-999，定時器的定時范圍為10ms-9990s?？梢允褂肐EC標準的定時器和計數(shù)器。
STEP 7通過帶標準用戶接口的軟件工具來為所有的模塊設(shè)置參數(shù)，可以節(jié)省用戶入門的時間和培訓(xùn)的費用。
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，記錄錯誤和特殊系統(tǒng)事件（例如超時、模塊更換等）。S7-300有看門狗中斷、過程報警、日期時間中斷和定時中斷功能。
操作員控制和監(jiān)視顯得日益重要，S7-300/400已將HMI（人機接口）服務(wù)集成到操作系統(tǒng)內(nèi)，因此大大減少了人機對話的編程要求。SIMATIC人機界面從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，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、電池盒與存儲器模塊盒(有的CPU沒有)。
(2)負載電源模塊(PS)
負載電源模塊用于將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，過載時模塊上的LED閃爍。
(3)信號模塊(SM)
信號模塊是數(shù)字量輸入/輸出模塊和模擬量輸入/輸出模塊的總稱，它們使不同的過程信號電壓或電流與PLC內(nèi)部的信號電平匹配：信號模塊主要有數(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。每個模塊上有一個背板總線連接器，現(xiàn)場的過程信號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實時性和存儲容量要求高的控制任務(wù)，如計數(shù)器模塊、快速/慢速進給驅(qū)動位置控制模塊、電子凸輪控制器模塊、步進電動機定位模塊、伺服電動機定位模塊、未定和連續(xù)路徑控制模塊、閉環(huán)控制模塊、工業(yè)標識系統(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與計算機和其他智能設(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)，或用于實現(xiàn)點對點通信等。通信處理器可以減輕CPU處理通信的負擔(dān)，并減少用戶對通信的編程工作。
(6)接口模塊（IM）
接口模塊用于多機架配置時鏈接主機架（CR）和擴展機架（ER）。S7-300通過分布式的主機架和3個擴展機架，最多可以配置32個信號模塊、功能模塊和通信處理器。
（7）導(dǎo)軌
鋁質(zhì)導(dǎo)軌用來固定和安裝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、無槽位限制的模塊結(jié)構(gòu)，電源模塊(PS) 、CPU、信號模塊(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架，只需將模塊鉤在DIN標準的安裝導(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模塊連接起來。背板總線集成在模塊上，模塊通過U形總線連接器相連，每個模塊都有一個總線連接器。，后者插在各模塊的背后。安裝時先將總線連接器插在CPU模塊上，并固定在導(dǎo)軌上，然后依次裝入各個模塊。
外部接線接在信號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模塊提供DC24V電源。
更換模塊時只需松開安裝螺釘，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。
信號模塊和通信處理器模塊可以不受限制地插在任何一個槽上，系統(tǒng)可以自動分配模塊的地址。每個機架最多只能安裝8個信號模塊、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8塊，則可以增加擴展機架，有的低端CPU沒有擴展功能。
除了帶CPU的中央機架（CR），最多可以增加3個擴展機架（ER）每個機架可以插8個模塊（不包括電源模塊、CPU模塊和接口模塊IM），4個機架最多可以安裝32個模塊。
機架的最左邊是1號槽，最右邊是11號槽，電源模塊總是在1號槽的位置。中央機架（0號機架）的2號槽上是CPU模塊。這3個槽號被固定占用，信號模塊、功能模塊和通信處理器使用4-11號槽。
因為模塊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安裝模塊，所以槽號是相對固定的，在機架導(dǎo)軌上并不存在物理槽位。例如在不需要擴展機架時，中央機架上沒有接口模塊，此時雖然3號槽位仍然被實際上并不存在的接口模塊占用，中央機架上的CPU模塊和4號槽的模塊實際上是緊挨在一起的。
如果有擴展機架，接口模塊占用3號槽位，負責(zé)與其他擴展機架自動地進行數(shù)據(jù)通信。
如果只需要擴展一個機架，可以使用價格便宜的IM 365接口模塊對，兩個接口 模塊用1m長的固定電纜連接。由于IM 365不能給機架1提供通信總線，機架1上只能安裝信號模塊，不能安裝通信模塊和其他智能模塊。擴展機架的電源有IM 365提供，兩個機架的DC5V電源的總電流應(yīng)在允許值之內(nèi)。
使用IM 360/361接口模塊可以擴展3個機架，中央機架（CR）使用IM 360，擴展機架（ER）使用IM 361，各相鄰機架之間的電纜最長為10m。每個IM361需要一個外部DC24V電源，向擴展機架上的所有模塊供電，可以通過電源連接器連接PS 307負載電源。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，無需進行地址分配。
每個機架上安裝的信號模塊、功能模塊和通信處理器除了不能超過8塊外，還受到背板總線DC5V供電電流的限制。0號機架的DC5V電源由CPU模塊產(chǎn)生，其額定電流值與CPU的型號有關(guān)。擴展機架的背板總線的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。
S7-300系列PLC的I/O模塊地址的確定
S7-300的開關(guān)量地址由地址標識符、地址的字節(jié)部分和位部分組成，一個字節(jié)由0-7這8個位組成。地址標識符I表示輸入，Q表示輸出，M表示存儲器位。例如I3.2是一個數(shù)字輸入量的地址，小數(shù)點前面的3是地址的字節(jié)部分，小數(shù)點后的2表示這個輸入點是3號字節(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字節(jié)的地址作為字和雙字的地址。
S7-300的信號模塊的字節(jié)地址與模塊所在的機架號和槽號有關(guān)，位地址與信號線接在模塊上的哪一個端子有關(guān)。
對于數(shù)字量模塊，從0號機架的4號槽開始，每個槽位分配4B（4個字節(jié)）的地址，相當于32個I/O點（見表1）。最多可能有32個數(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信號模塊地址舉例
模擬量模塊以通道為單位，一個通道占一個字地址，或兩個字節(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。可以用裝載指令和傳送指令訪問模擬量模塊。
一個模擬量模塊最多有8個通道，從256開始，給每一個模擬量模塊分配16B（8個字）的地址。
數(shù)字量輸入/輸出塊內(nèi)最低的位地址(例如I0.0)對應(yīng)的端子位置最高，最高的位地址(例如16點輸入模塊的I1.7)對應(yīng)的端子位置最低。
模塊診斷與過程中斷
1、模塊診斷功能
S7-300有的信號模塊具有對信號進行監(jiān)視(診斷)和過程中斷的智能功能：通過診斷可以確定數(shù)字量模塊獲取的信號是否正確，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：無編碼器電源、無外部輔助電壓、無內(nèi)部輔助電壓、熔斷器熔斷、看門狗故障、EPROM故障、RAM故障、過程報警丟失。
模擬量輸入模塊可以診斷出無外部電壓、共模故障、組態(tài)/參數(shù)錯誤、斷線、測量范圍上溢出或下溢出。模擬量輸出模塊可以診斷出無外部電壓、組態(tài)/參數(shù)錯誤、斷線和對地短路。
2、過程中斷
通過過程中斷，可以對過程信號進行監(jiān)視和響應(yīng)。
根據(jù)設(shè)置的參數(shù)，可以選擇數(shù)字量輸入模塊每個通道組是否在信號的上升沿、下降沿，或兩個邊沿都產(chǎn)生中斷，信號模塊可以對每個通道的一個中斷進行暫存。
模擬量輸入模塊通過上限值和下限值定義一個工作范圍，模塊將測量值與上、下限值進行比較。如果超限，則執(zhí)行過程中斷。執(zhí)行過程中斷時，CPU暫停執(zhí)行用戶程序，桌暫停執(zhí)行低優(yōu)先級的中斷程序，來處理相應(yīng)的診斷中斷功能塊（OB40）。
