S7-400PLC的模塊特性及硬件組態(tài)

SIMATICS7-300/400PLC原理及應(yīng)用12/11/20231第三章S7PLC的模塊特性及硬件組態(tài)學(xué)習(xí)情境3：PLC的模塊使用、接線及項(xiàng)目建立

12/11/20232知識目標(biāo)：

1、理解S7-300/400PLC主要模塊的特點(diǎn)、功能及技術(shù)參數(shù)。

2、學(xué)習(xí)STEP7軟件的基本功能。能力目標(biāo)：

1、掌握S7-300/400PLC主要模塊的使用方法及I/O模塊外圍電路的接線方法。

2、熟練運(yùn)用STEP7軟件進(jìn)行項(xiàng)目建立、硬件組態(tài)、程序編寫、程序運(yùn)行調(diào)試。

學(xué)習(xí)情境3：PLC的模塊使用、接線及項(xiàng)目建立

12/11/20233第三章S7PLC的模塊特性及硬件組態(tài)3.2S7-400PLC的模塊特性

3.3PLC系統(tǒng)的硬件組態(tài)

3.1

S7-300PLC的模塊特性

12/11/202343.1S7-300PLC的模塊特性3.1.1S7-300PLC的模塊概述

S7-300PLC主要組成部分有導(dǎo)軌(RACK)、電源模塊(PS)、CPU模塊、接口模塊(IM)、信號模塊(SM)、功能模塊(FM)等。

S7-300PLC是模塊化的組合結(jié)構(gòu)，根據(jù)應(yīng)用對象的不同，可選用不同型號和不同數(shù)量的模塊，并可以將這些模塊安裝在同一機(jī)架(導(dǎo)軌)或多個機(jī)架上。12/11/20235圖3-1通用型S7-300PLC的外型結(jié)構(gòu)

除了電源模塊、CPU模塊和接口模塊外，一個機(jī)架上最多只能再安裝8個信號模塊或功能模塊。

通用型S7-300PLC的外型結(jié)構(gòu)如圖3-1所示。12/11/20236

導(dǎo)軌：是安裝S7-300各類模塊的機(jī)架，S7-300采用背板總線的方式將各模塊從物理上和電氣上連接起來。

總線連接器：除CPU模塊外，每塊信號模塊都帶有總線連接器，安裝時先將總線連接器裝在CPU模塊并固定在導(dǎo)軌上，然后依次將各模塊裝入。

模塊安裝規(guī)范：插槽1為電源模塊，插槽2為CPU模塊，插槽3為接口模塊，用于連接擴(kuò)展機(jī)架，S7-300最多可以擴(kuò)展32個模塊，即使不使用接口模塊，CPU中也給接口模塊分配邏輯地址。從插槽4開始可自由分配信號模塊、功能模塊，根據(jù)模塊插入的位置不同具有確定的I/O地址。

12/11/20237圖3-2PS307標(biāo)準(zhǔn)電源模塊的外形圖3.1.2S7-300PLC的模塊特性3.1.2.11#槽PS模塊

PS307是S7-300PLC專配的24VDC電源。

PS307系列模塊有2A、5A、10A三種（見圖3-2）。

12/11/202383.1.2.22#槽CPU模塊1.S7-300CPU模塊的基本參數(shù)

S7-300PLC的CPU的型號分類：

CPU312IFM、CPU313、CPU313

-2DP、CPU314、CPU314

-2DP、CPU314IFM、CPU315/315-2DP、CPU316-2DP、CPU318-2DP等。CPU315-2DP、CPU316-2DP、CPU318-2DP都具有現(xiàn)場總線擴(kuò)展功能。

CPU的主要特性（見表3-1）：12/11/20239表3-1部分中央處理單元CPU的主要特性特性CPU312IFMCPU313CPU314CPU315/CPU315-2DP執(zhí)行時間位操作0.6μs0.6μs0.3μs0.3μs字操作2μs2μs1μs1μs定點(diǎn)加3μs3μs2μs2μs浮點(diǎn)加60μs60μs50μs50μs最大數(shù)字I/O點(diǎn)數(shù)1441285121024最大模擬I/O通道323264128最大配置1個機(jī)架1個機(jī)架4個機(jī)架4個機(jī)架12/11/2023102.S7-300CPU模塊的運(yùn)行方式選擇和狀態(tài)指示（1）CPU模塊的運(yùn)行方式選擇

S7-300系列的CPU312IFM/313/314/314IFM/315/315-2DP/316-2DP以及318-2DP模塊的方式選擇開關(guān)都一樣，有以下4種工作方式，通過可卸的專用鑰匙來控制選擇（見圖3-3）。12/11/202311圖3-3S7-300PLCCPU模塊面板布置示意圖RUN-P：可編程運(yùn)行方式。RUN：運(yùn)行方式。STOP：停止方式。MRES：清除存儲器，不能保持。12/11/202312（2）

CPU的LED狀態(tài)及故障指示燈

SF（紅色）：系統(tǒng)出錯/故障指示燈。CPU硬件或軟件錯誤時亮。

BATF（紅色）：電池故障指示燈（只有CPU313和314配備）。當(dāng)電池失效或未裝入時，指示燈亮。

DC5V（綠色）：＋5V電源指示燈。CPU和及總線5V電源正常時亮。12/11/202313

FRCE（黃色）：強(qiáng)制有效指示燈。至少有一個I/O被強(qiáng)制狀態(tài)時亮。

RUN（綠色）：運(yùn)行狀態(tài)指示燈。CPU處于“RUN”狀態(tài)時亮；LED在“Startup”狀態(tài)以2Hz頻率閃爍；在“HOLD”狀態(tài)以0.5Hz頻率閃爍。

STOP（黃色）：停止?fàn)顟B(tài)指示燈。CPU處于“STOP”或“HOLD”或“Startup”狀態(tài)時亮；在存儲器復(fù)位時LED以0.5Hz頻率閃爍；在存儲器置位時LED以2Hz頻率閃爍。12/11/202314（3）CPU315-2DPCPU的另外兩個狀態(tài)及故障指示燈

BUSDF（BF）（紅色）：總線出錯指示燈（只適用于帶有DP接口的CPU）。出錯時亮。

SFDP（紅色）：DP接口錯誤指示燈（只適用于帶有DP接口的CPU）。當(dāng)DP接口故障時亮。12/11/202315在S7-300PLC中接口模塊主要有IM360、IM361及IM365。圖3-4IM360（左）和IM361（右）的外形圖1.IM360、IM361

IM360用于發(fā)送數(shù)據(jù)，IM361用于接收數(shù)據(jù)，IM360和IM361的最大距離為10m。（見圖3-4）。3.1.2.33#槽IM模塊12/11/202316圖3-5多機(jī)架S7-300PLC的連接

IM360、IM361是用于多機(jī)架的接口模塊（最多可擴(kuò)展至4層機(jī)架），（見圖3-5）。12/11/2023172.IM365

如果只擴(kuò)展兩個機(jī)架，可選用比較經(jīng)濟(jì)的IM365接口模塊對（不需要輔助電源，在擴(kuò)展機(jī)架上不能使用CP模塊）

，這一對接口模塊由1m長的連接電纜相互固定連接（見圖3-6）。圖3-6IM365的外形圖12/11/202318（3）DI模塊框圖和端子連接圖示例（見圖3-7）1.SM321數(shù)字量輸入模塊（1）DI模塊的功能數(shù)字量輸入模塊SM321將現(xiàn)場過程送來的數(shù)字信號電平轉(zhuǎn)換成S7-300內(nèi)部信號電平。數(shù)字量輸入模塊有直流輸入方式和交流輸入方式。（2）DI模塊的類型直流16點(diǎn)輸入、直流32點(diǎn)輸入、交流16點(diǎn)輸入、交流8點(diǎn)輸入模塊。3.1.2.44#~11#槽SM模塊12/11/202319圖3-7DI模塊框圖和端子連接圖示例12/11/2023202.SM322數(shù)字量輸出模塊（1）DO模塊的功能數(shù)字量輸出模塊SM322將S7-300內(nèi)部信號電平轉(zhuǎn)換成過程所要求的外部信號電平，可直接用于驅(qū)動電磁閥、接觸器、小型電動機(jī)、燈和電動機(jī)啟動器等。（2）DO模塊的類型按負(fù)載回路使用的電源不同分為：直流輸出模塊、交流輸出模塊和交直流兩用輸出模塊。按輸出開關(guān)器件的種類不同分為：晶體管輸出方式、晶閘管輸出方式和繼電器觸點(diǎn)輸出方式。12/11/202321（3）DO模塊的特點(diǎn)晶體管輸出模塊只能帶直流負(fù)載，屬于直流輸出模塊；晶閘管輸出方式屬于交流輸出模塊；繼電器觸點(diǎn)輸出方式的模塊屬于交直流兩用輸出模塊。從響應(yīng)速度上看，晶體管響應(yīng)最快，繼電器響應(yīng)最慢；從安全隔離效果及應(yīng)用靈活性角度來看，以繼電器觸點(diǎn)輸出型最佳。12/11/202322（4）DO模塊框圖和端子連接圖示例（見圖3-8）圖3-8DO模塊框圖和端子連接圖示例12/11/202323

SM323模塊有兩種類型，一種是帶有8個共地輸入端和8個共地輸出端，另一種是帶有16個共地輸入端和16個共地輸出端，兩種特性相同。

I/O額定負(fù)載電壓24VDC，在額定輸入電壓下，輸入延遲為1.2～4.8ms。輸出具有電子短路保護(hù)功能。3.SM323數(shù)字量I/O模塊12/11/2023244.SM331模擬量輸入模塊（1）AI模塊的類型模擬量輸入(簡稱AI)模塊SM331目前有三種規(guī)格型號，即8AI×l2位模塊、2AI×l2位模塊和8AI×l6位模塊。12/11/202325（2）AI模塊的特點(diǎn)

SM331主要由A/D轉(zhuǎn)換部件、模擬切換開關(guān)、補(bǔ)償電路、恒流源、光電隔離部件、邏輯電路等組成。

A/D轉(zhuǎn)換部件的轉(zhuǎn)換原理采用積分方法，被測模擬量的精度是所設(shè)定的積分時間的正函數(shù)，也即積分時間越長，被測值的精度越高。

SM331可選四檔積分時間：2.5ms、16.7ms、20ms和l00ms，相對應(yīng)的以位表示的精度為8、12、12和14。12/11/202326（3）AI模塊框圖和端子連接圖示例（見圖3-9）圖3-9AI模塊框圖和端子連接圖示例12/11/2023275.模擬量輸出模塊SM332

（1）AO模塊的類型模擬量輸出(簡稱模出(AO))模塊SM332目前有三種規(guī)格型號，即4AO×l2位模塊、2AO×12位模塊和4AO×l6位模塊，分別為4通道的12位模擬量輸出模塊、2通道的12位模擬量輸出模塊、4通道的16位模擬量輸出模塊。12/11/202328（2）AO模塊的特點(diǎn)

SM332與負(fù)載/執(zhí)行裝置的連接：SM332可以輸出電壓，也可以輸出電流。在輸出電壓時，可以采用2線回路和4線回路兩種方式與負(fù)載相連。采用4線回路能獲得比較高的輸出精度（見圖3-10）。12/11/202329圖3-10通過4線回路將負(fù)載與隔離的模出模塊相連12/11/202330（3）AO模塊框圖和端子連接圖示例（見圖3-11）圖3-11AO4×12位模擬量輸出模塊的接線圖12/11/202331

模擬量I/O模塊SM334有兩種規(guī)格，一種是有4模入/2模出的模擬量模塊，其輸入、輸出精度為8位，另一種也是有4模入/2模出的模擬量模塊，其輸入、輸出精度為12位。

SM334模塊輸入測量范圍為0～10V或0～20mA，輸出范圍為0～10V或0～20mA（見圖3-12）。6.SM334模擬量I/O模塊12/11/202332圖3-12SM334AI4/AO2×8/8Bit的模擬量輸入/輸出模塊的接線圖12/11/202333西門子S7-300PLC不僅可連接通用I/O模塊，還可以根據(jù)某些特定控制要求選配其他功能模塊。例如，F(xiàn)M350-1，F(xiàn)M350-2計數(shù)器模塊，F(xiàn)M351用于快速/慢速驅(qū)動的定位模塊，F(xiàn)M353用于步進(jìn)電機(jī)的定位模塊，F(xiàn)M354用于侍服電機(jī)的定位模塊，F(xiàn)M357-2定位和連續(xù)通道控制模塊，SM338超聲波位置探測模塊，SM338SSI位置探測模塊，F(xiàn)M352電子凸輪控制器，F(xiàn)M352-5高速布爾運(yùn)算處理器，F(xiàn)M355PID模塊以及FM355-2溫度PID控制模塊等。返回目錄3.1.2.5S7-300PLC的其它功能模塊12/11/202334

3.2S7-400PLC的模塊特性

S7-400由機(jī)架(RACK)、電源模塊(PS)、中央處理單元(CPU)、數(shù)字量輸入/輸出(DI/DO)模塊、模擬量輸入榆出(AI/AO)模塊、通信處理器(CP)、功能模塊(FM)和接口模塊(IM)組成。DI/DO模塊和AI/AO模塊統(tǒng)稱為信號模塊(SM)。3.2.1S7-400PLC的模塊概述12/11/2023353.2.2S7-400PLC的模塊特性3.2.2.1PS模塊1．電源模塊的特點(diǎn)電源模塊通過背板總線向S7-400提供DC5V和DC24V電源；輸出電流的額定值有4A、10A和20A；PS405的輸入為直流電壓，PS407的輸入為直流電壓或交流電壓；S7-400有帶冗余功能的電源模塊。

2.電源模塊的LED指示燈INTF：內(nèi)部故障；BATF：電池故障，背板總線上的電池電壓過低；BATT1F和BATT2F：電池1或電池2接反、電壓不足或電池不存在；DC5V和DC24V：相應(yīng)的直流電源電壓正常時亮。12/11/2023361.S7-400CPU模塊的類型3.2.2.2CPU模塊圖3-13S7-400PLCCPU模塊

S7-400PLCCPU模塊的類型有:CPU412-1、CPU412-2DP、CPU413-1、CPU413-2DP、CPU414-1、

CPU414-2DP、CPU414-3DP、CPU416-1、

CPU416-2DP、CPU416-3DP

、CPU417-4等，（見圖3-13）。12/11/2023372.S7-400CPU模塊的運(yùn)行方式選擇和狀態(tài)指示（1）CPU模塊的運(yùn)行方式選擇

RUN-P：如果啟動無故障，CPU則進(jìn)入RUN模式，CPU執(zhí)行用戶程序或空運(yùn)行。程序可以從CPU中讀出，也可以傳送到CPU。鑰匙在該位置時不能拔出。

RUN：如果啟動無故障，CPU則進(jìn)入RUN模式，CPU執(zhí)行用戶程序或空運(yùn)行。程序可以從CPU中讀出，但不能修改CPU中的程序。鑰匙在該位置時可拔出以確保在沒有授權(quán)的情況下不能修改運(yùn)行模式。

STOP：CPU不能處理用戶程序，數(shù)字量信號模塊被禁止。鑰匙在該位置時也可以拔出以確保在沒有授權(quán)的情況下不能修改運(yùn)行模式。程序可以從CPU中讀出，也可以傳送到CPU。

MRES：鑰匙開關(guān)的臨時觸點(diǎn)，用于CPU的主站復(fù)位以及冷啟動。12/11/202338（2）CPU的LED狀態(tài)及故障指示燈（見表3-2）表3-2S7-400CPU指示燈的含義指示燈顏色含義412-1414-2416-2414-3416-3417-4414-4H417-4HINTF紅色內(nèi)部故障XXXXXEXTF紅色外部故障XXXXXFRCE黃色強(qiáng)制工作XXXXXRUN綠色運(yùn)行RUN狀態(tài)XXXXXSTOP黃色停止STOP狀態(tài)XXXXXBUS1F紅色MPI/PROFIBUSDP接口1的總線故障XXXXXBUS2F紅色MPI/PROFIBUSDP接口2的總線故障-XXXXMSTR黃色CPU運(yùn)行----XREDF紅色冗余錯誤----XRACK0黃色CPU在機(jī)架0中----XRACK1黃色CPU在機(jī)架1中----XIFM1F紅色接口子模塊1故障--XXXIFM2F紅色接口子模塊2故障---XX12/11/2023391．?dāng)?shù)字量輸入模塊SM421的主要特性（見表3-3）表3-3數(shù)字量輸入模塊SM421的主要特性模塊特性SM42132x24VDCSM42116x24VDCSM42116x120/230VUCSM42116x120/230VUC輸入點(diǎn)數(shù)32DI，隔離為32組16DI，隔離為8組16DI，隔離為4組16DI，隔離為4組額定輸入電壓24VDC24VDC120VAC/230VDC120/230VUC可編程診斷不可以可以不可以不可以診斷中斷不可以可以不可以不可以沿觸發(fā)硬件中斷不可以可以不可以不可以輸入延遲可調(diào)整不可以可以不可以不可以替換值輸出－可以－－3.2.2.3SM模塊12/11/2023402.

數(shù)字量輸出模塊SM422的主要特性（見表3-4）表3-4數(shù)字量輸出模塊SM422的主要特性模塊特性SM42216x24VDC/2ASM42232x24VDC/0.5ASM42232x24VDC/0.5ASM42216x120/230VAC/2A輸出點(diǎn)數(shù)16DO，隔離為8組32DO，隔離為32組32DO，隔離為8組16DO，隔離為4組輸出電流2A0.5A0.5A2A額定負(fù)載電壓24VDC24VDC24VUC120/230VUC可編程診斷不可以不可以可以不可以診斷中斷不可以不可以可以不可以替換值輸出不可以不可以可以不可以12/11/2023413．模擬量輸入模塊SM431的主要特性（見表3-5）3-5模擬量輸入模塊SM431的主要特性模塊特性SM431AI8x14位SM431AI8x14位SM431AI13x16位SM431AI16x16位SM431AI8x16位輸入點(diǎn)數(shù)8AIU/I測量4AI電阻測量8AIU/I測量4AI電阻測量16點(diǎn)16AIU/I/溫度測量8AI電阻測量8點(diǎn)分辨率14位14位13位16位16位測量方法電壓電流電阻溫度電壓電流電阻電壓電流電壓電流電阻溫度電壓電流溫度測量原理積分式瞬時值編碼積分式積分式積分式可編程診斷不可以不可以不可以可以可以診斷中斷不可以不可以不可以可調(diào)整可以監(jiān)視極限值不可以不可以不可以可調(diào)整可調(diào)整在周期結(jié)束時硬件中斷不可以不可以不可以可調(diào)整不可以12/11/2023424．模擬量輸出模塊SM432的主要特性（見表3-6）表3-6模擬量輸出模塊SM432的主要特性模塊特性SM432；AO8×13位輸出點(diǎn)數(shù)8點(diǎn)分辨率13位輸出類型電壓、電流可編程診斷無診斷中斷無替換值輸出無電勢關(guān)系模擬部分與CPU、負(fù)載電壓隔離最大允許共模電壓通道與通道間對MANA為3VDC特性－12/11/202343

S7-400PLC的接口模塊主要有IM460、IM461、IM460-3、IM461-3、IM460-4、IM461-4。1．接口模塊IM460-0和IM461-0（1）接口模塊的共性接口模塊IM460-0（發(fā)送IM）和IM461-0（接收IM）用于局域連接，通信總線采用最高傳輸率。（2）IM460-0和IM461-0的技術(shù)特性（見表3-7）3.2.2.4IM模塊12/11/202344表3-7IM460-0和IM461-0的技術(shù)特性線路最大長度3米，5米，尺寸W×H×D(mm)25×290×280重量·IM460-0·IM461-0600g610g總線上5VDC的電流消耗·IM460-0·IM461-0典型值

130mA最大值140mA典型值260mA最大值290mA功耗·IM460-0·IM461-0典型值650mW

最大值700mW

典型值1300mW

最大值1450mW12/11/2023452．接口模塊IM460-1和IM461-1（1）接口模塊的共性接口模塊IM460-1（發(fā)送IM）和IM461-1（接收IM）用于局域連接（最長1.5m）。（2）IM460-1和IM461-1的技術(shù)特性（見表3-8）表3-8IM460-1和IM461-1的技術(shù)特性線路最大長度1.5m尺寸W×H×D(mm)25×290×280總線上5VDC的電流消耗·IM461-1·IM460-1典型值

50mA最大值85mA典型值120mA最大值100mA功耗·IM460-1·IM461-1典型值250mW

最大值425mW

典型值500mW

最大值600mWEU的電源每條線路5V/5A12/11/2023463．接口模塊IM460-3和IM461-3（1）接口模塊的共性接口模塊IM460-3（發(fā)送IM）和IM461-3（接收IM）用于遠(yuǎn)程連接，最長102m（準(zhǔn)確地說為100m加0.75m的輸入/輸出）。（2）IM460-3和IM461-3的技術(shù)特性（見表3-9）表3-9IM460-3和IM461-3的技術(shù)特性線路最大長度102米尺寸W×H×D(mm)25×290×280重量·IM460-3·IM461-3630g620g總線上5VDC的電流消耗·IM460-3·IM461-3典型值

1350mA最大值1550mA典型值590mA最大值620mA功耗·IM460-3·IM461-3典型值6750mW

最大值7750mW典型值2950mW

最大值3100mW12/11/2023474．接口模塊IM460-4和IM461-4

接口模塊的共性：接口模塊IM460-4（發(fā)送IM）和IM461-4（接收IM）用于遠(yuǎn)程連接，最長605m（準(zhǔn)確地說為600m加1.5m的輸入/輸出）。返回目錄12/11/2023483.3PLC系統(tǒng)的硬件組