衡阳中国西门子代理商

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西门子S7-400PLC采用模块化结构设计。各种单的模块之间可进行广泛组合以用于扩展。

   西门子s7-400plc系统组成：

   1--一个电源模块(PS)：

   将SIMATICS7-400连接到120/230VAC或24VDC。

   2--中央处理单元（CPU）：

   可为不同的性能提供各种CPU，其中一些集成有PROFIBUS-DP接口。所有SIMATICS7-400CPU具有高的处理能力。很多CPU可在一个单的中央控制器中以多CPU处理模式运行，这样可以提。由于具有有效的处理速度和较快的响应时间，所以CPU可以缩短机器的循环时间。所有CPU都带有编程和PROFIBUSDP组合接口，可在任何时间访问多125个PG/PC、OP，或者其他控制器。该接口也可用于连接多31个分布式PROFIBUSDP设备。

   3--信号模板（SM），用于数字量（DI/DO）和模拟量（AI/AO）的输入/输出。

   4--用于连接网络和点对点连接通讯处理器(CP)。

   5--功能模板（FM）：

   用于解决计数、定位和凸轮控制等复杂任务的根据客户需要，还可以提供以下设备：

   6--接口模板(IM)：

   用于连接中央控制器和扩展机架。SIMATICS7-400的中央控制器可多与21个扩展机架同时运行。

   7--SIMATICS5模块：

   可以寻址所有SIMATICS5-115U、135U和155U的扩展模块。此外，SIMATICS5特殊的IP和WF模块既可以在S5扩展机架中使用，也可以在CC中使用(通过适配器盒)。

   西门子s7-400系列plc支持扩展以便于满足用户多个中央控制器需求：

   1--多21个扩展机架（EU）连接到中央控制器（CC）。

   2--接口模板(IM)：使用收发IM建立CC和ER之间的连接。发送IM插入到CC中，相应的接收IM插入到下位ER中。CC中多可插入6个发送IM（其中多2个可发送5V），每个ER中插入1个接收IM。每个发送IM有2个接口，每个接口可连接1条线路。一个发送IM的每个接口多可连接4个ER（不带5V传送）或1个ER（带5V传送）。

   3--电源模板的插槽规则：电源模块插在CC和ER的左边。

   4--采用ET200进行分布扩展：在进行异常大的安装时建议使用。使用PROFIBUSDP接口多可连接125个总线节点。CC和后一个节点间的大距离：23km(通过光纤电缆)。

   5--注意：S5扩展机架与一个S7-400进行分布式连接时：IM463-2可用在S7-400CC中，IM314可用在S5ER中。下列S5ER可连接到S7-400中。

   可通过IM460-1和IM461-1进行5号发送进行局部链接；带MPI和DP主站的组合接口，集成在所有CPU中可同时连接到PG/PC、HMI系统、S7-200、S7-300和其他S7-400系统进行通信。

ASTER系列：MDV

　　2、全数字直流调速装置 6RA23、6RA24、6RA28、6RA70、6SE70系列

S7-300 PLC的结构特点

1、模块化设计

模块化微型PLC 系统，满足中、小规模的性能要求

各种性能的模块可以非常好地满足和适应自动化控制任务

简单实用的分布式结构和多界面网络能力，使得应用十分灵活

方便用户和简易的无风扇设计

当控制任务增加时，可自由扩展

大量的集成功能使它功能非常强劲

2、安装简单、维护方便

DIN标准导轨安装：只需简单地将模块钩在 DIN标准的安装导轨上，转动到位，然后用螺栓锁紧。

集成的背板总线：背板总线集成在模块上，模块通过总线连接器相连，总线连接器插在机壳的背后。

更换模块简单并且不会弄错：更换模块时，只需松开安装螺钉。很简单地拔下已经接线的前连接器。在连接器上的编码防止将已接线的连接器插到其他的模块上。

可靠的接线端子：对于信号模块可以使用螺钉型接线端子或弹簧型接线端子

TOP连接：采用一个带螺钉或夹紧连接的1至3线系统进行预接线。或者直接在信号模块上进行接线。

确定的安装深度：所有的端子和连接器都在模块上的凹槽内，并有端盖保护，因此所有的模块都有相同的安装深度。

没有槽位的限制：信号模块和通讯处理模块可以不受限制地插到任何一个槽上，系统自行组态。

灵活布置：机架(CR/ER)可以根据布局需要，水平或垂直安装。

立安装：每个机架可以距离其他机架很远进行安装，两个机架间(主机架与扩展机架，扩展机架与扩展机架)的距离长为10 米。

如果用户的自控系统任务需要多于8个信号模块或通讯处理器模块时，则可以扩展 s7-300机架(CPU314以上)

三、S7-300 PLC性能

SIMATIC S7-300 的大量功能支持和帮助用户进行编程启动和维护

高速的指令处理：0.6~0.1μS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。

浮点数运算：用此功能可以有效地实现更为复杂的算术运算。

方便用户的参数赋值：一个带标准用户接口的软件工具给所有模块进行参数赋值，这样就节省了入门和培训的费用。

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。SIMATIC人机界面(HMI)从S7-300中要求数据，S7-300按用户的刷新速度传送这些数据。S7-300操作系统自动地处理数据的传送。

诊断功能：CPU的智能化的诊断系统连续监控系统的功能是否正常、记录错误和特殊系统事件

(例如：超时，模块更换，等等)。

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。

操作方式选择开关 ：操作方式选择开关像钥匙一样可以拔出，当钥匙拔出时，就不能改变操作方式。

四、S7-300 PLC通讯功能

SIMATIC S7-300具有多种不同的通讯接口：

多种通讯处理器用来连接AS-i接口、PROFIBUS和工业以太网总线系统

通讯处理器用来连接点到点的通讯系统

多点接口(MPI)集成在CPU中，用于同时连接编程器、PC机、人机界面系统及其他SIMATICS7/M7/C7等自动化控制系统。这是一个经济而有效的解决方案；方便用户的step7的用户界面提供了通讯组态功能，这使得组态非常容易、简单。

用可编程序控制器实施控制，其实质是按照一定的算法进行输入输出变换，并将这个变换予以物理实现。入出变换、物理实现可以说是PLC实施控制的两个基本点。而人出变换实际上就是信息处理，信息处理当今常用的是微处理机技术，物理实现则要求PLC的输入应当排除干扰信号适应于工业现场。输出应放大到工业控制的水平，能为实际控制系统方便使用。这就要求I/O电路设计。根据PLC实施控制的基本点的分析，PLC采用了典型的计算机结构，主要是由CPU、RAM、ROM和设计的输入输出接口电路等组成。

   中央处理机是PLC的大脑，如下图它由中央处理器（CPU）和存储器等组成。

   1、中央处理器（CPU）

   中央处理器（CPU）一般由控制电路、运算器和寄存器组成，这些电路一般都集成在一个芯片上。CPU通过地址总线、数据总线和控制总线与存储单元。输入输出（I/O）接口电路相连接。

   它主要完成以下的功能：

   （1）将输入信号送入PLC中存储起来。

   （2）按存放的先后顺序取出

   用户指令，进行编译。

   （3）完成用户指令规定的各种操作。

   （4）将结果送到输出端。

   （5）响应各种外围设备（如变程器、打印机等）的请求。

   2、存储器

   PLC内部存储器有两类：一类是RAM（即随机存取存储器），可以随时由CPU对它进行读出、写入；另一类是ROM（即只读存储器），CPU只

   从中读取而不能写入。RAM主要用来存放各种暂存的数据、中间结果能及用户正在调试的程序，ROM主要存放监控程序及用户已调试好的程序，这些程序都事先烧在ROM芯片中，开机后便可运行其中程序。

   3、输入、输出接口电路

   它起着PLC和外围设备之间传递信息的作用。用户设备需要输入PLC的各种控制信号，如限位开关、操作按钮以及其它一些传感器输出的开关量或模拟量（要通过模数变换进入机内）等，通过输入接口电路将这些信号转换成CPU能接收和处理的信号。输出接口电路将处理器输出的弱电信号转换成现场需要的强电信号以驱动电磁阀、接触器等被控设备的执行元件。常

   用接口电路的结构如下图所示。

   输入输出接口电路

   为了电路的正常工作，这些接口电路有以下特点；

   1）输入采用光电耦合电路，可大大减少电磁干扰

   2）输出也采用光电隔离并有三种方式，即继电器、晶体管和晶闸管。这使得PLC可以适合各种用户的不同要求。如低速、大功率负载一般采用继电器输出；高速大功率则采用晶闸管输出；高速小功率可用晶体管输出。还有功率放大输出电路等，而且有些输出电路做成模块式，可插拔，更换起来十分方便

 1. 硬件设计概述

  (1) 硬件设计的重要性。PLC控制系统设计包括了硬件与软件两方面的内容。在控制系统的总体规划(方案设计)完成，并且选定了对应的PLC型号与规格后，从工程设计的角度，就应该进入控制系统的技术设计阶段，即进行系统的硬件与软件设计。

  PLC控制系统的硬件设计，并非像某些人主观想象的那样：由于PLC具有灵活、通用的特点，全部控制要求均可以通过软件解决，因此设计时只要进行PLC与输入/输出信号间的简单连接即可。而是直接关系到控制系统的安全性、可靠性与生产制造成本等诸多重要问题。而且，硬件设计一旦完成，它不可以像软件设计那样可以随时随地进行修改，因此，它是决定控制系统设计成败的关键问题，必须引起设计者的高度重视。

  虽然，PLC是专门为工业环境设计的控制装置，其本身的安全性、可靠性已经得到了良好的保证，但如果外部条件不能满足PLC的基本要求，同样可能影响系统的正常运行，造成设备运行的不稳定，甚至危及设备与人身安全。因此，在系统硬件设计阶段，就必须考虑到系统的安全性与可靠性，并始终将其放在Zui为重要的位置。

  硬件设计是对系统进行的原理、安装、施工、调试、维修等方面的具体技术设计，设计必须认真、仔细确保全部图样与技术文件的完整、准确、齐全、系统、统一、并贯彻国际、国内有关标准。

  (2) 硬件设计的基本内容。一般来说，PLC系统硬件设计应包括如下内容：

  1) 控制系统主回路设计、控制回路设计、安全电路、PLC输入/输出回路等方面的设计。

  2) 控制拒、操纵台的机械结构设计。

  3) 控制柜、操纵台的电器元件安装设计。

  4) 电气连接设计。

  以上内容中的主回路、控制回路、PLC输入/输出回路的设计是硬件设计的主要内容，属于电气控制原理设计的范畴，统一以"电气原理图"的形式体现设计思想与要求。

  电气原理图是系统软件设计、安装与连接设计、系统调试与维修的基础，它完整地体现了系统的设计思想与要求，系统中所使用的任何电器元件及它们之间的连接要求、主要规格参数等，均在电气原理图上得到了全面、准确、系统的反映，因此，它是电气控制系统Zui为重要的技术资料。

  电气原理图设计应遵循国际、国家或行业的标准与规范。在国外，一般来说，除涉及安全性、可靠性的准则决不可违背外，对其他方面的要求(如图形符号、元器件代号等的表示方法)通常较灵活，因此，在阅读进口设备图纸时应注意。此外，电气原理图的具体绘制要求、读图方法等虽然是PLC系统设计中需要掌握的内容，但它们不属于这里要介绍的范畴，需要时可参考有关标准与其他参考书。

  PLC电气原理图设计中，PLC的I/O连接设计相对来说是系统中较为简单的部分，只需要根据PLC输入/输出的类型，按照PLC的连接要求进行连接即可。然而，控制系统的PLC外围电路设计，往往是影响系统运行安全性、可靠性，决定系统成败的关键，尤其应该引起设计者的重视。

  控制柜、操纵台的机械结构设计，控制柜、操纵台的电器元件安装设计，电气连接设计等属于安装与连接设计的范畴。设计的目的是用于指导、规范现场生产与施工，为系统安装、调试、维修提供帮助，并提高系统的可靠性与标准化程度。

  2. 系统主回路设计

  (1) 主回路设计的内容。在电气控制系统中，习惯上将高电压、大电流的回路称为主回路。在常见的PLC控制系统中，主回路通常包括如下部分：

  1) 电动机主回路，包括用于电动机通断控制的接触器、电动机保护的断路器等。

  2) 各种动力驱动装置的电源回路与动力回路，如驱动器电源输入回路及其通断控制的接触器、保护断路器、伺服电动机的电枢回路、直流电动机的励磁回路等。

  3) 各种控制变压器的一次侧输入回路，包括通断控制的接触器、保护断路器等.

  4) 用于供给控制系统各部分主电源的电源输入与控制回路，包括用于电源变压器、稳压器件以及用于电源回路控制的接触器、保护断路器等。

  PLC控制系统的主回路设计与其他电气控制系统无原则性区别。但必须符合有关标准的规定，并结合PLC控制系统的自身特点，充分考虑系统的可靠性与安全性。

  (2) 电源总开关。根据EN60204-1(VDE0113第1部分)标准规定，为了使整个控制系统与电网隔离机械设备的电气控制装置必须安装电源总开关。

  总开关的设计要求是：开关必须具有足够的分断能力，必须能够分断处于“堵转”状态的Zui大电动机的电流与其他所有用电设备和电动机的电流总和。

  通过总开关，原则上应能断开设备中的所有用电设备电源，例外的是，当设备安装有需要在总电源切断情况下使用的安全保护装置，如维修用电源、维修用照明、设备安全防护的解锁装置等部件时，允许这部分的电源直接连接在设备进线上，可以不通过总开关分断。但是，即便如此，以上电路仍然需要安装独立的短路保护器件(如断路器等)。

  (3) 保护装置的安装。为了对设备主回路进行可靠、有效的保护，设备中每一个独立的部件都必须安装用于短路、过电流保护的保护器件(如断路器等)，保护器件必须具有足够的分断能力，必须能够可靠分断被保护的用电设备或电动机。

  出于调试、维修的需要和对系统的可靠性与安全性的考虑，原则上对于不同类型的主回路，如电动机主回路、驱动主回路等，在每一部件独立安装保护器件的基础上，还应对每一大类分类安装总保护断路器

  对于输入/输出点数、种类较多、构成复杂、控制要求较高的控制系统，当外部输入/输电信号共用电源时，应采用分组的形式进行供电，每组通过独立的保护断路器进行保护与通/断控制。

  (4) 接地与抗干扰。从安全角度考虑，控制系统应安装总接地母线，用于电位平衡与接地。与主回路连接的各种独立电气控制装置，应有专门的、符合要求的接地连接线与设备接地母线进行连接，以防止干扰，提高可靠性。

  系统中容易产生干扰或是容易受到外部干扰的电气控制装置，如PLC、数控装置(CNC)、伺服驱动器、变频器等，应通过隔离变压器、滤波电抗器等与电源进行连接，以抑制线路干扰。

  系统中的需要通断的大功率负载，应在线路上安装浪涌电压吸收器，以抑制负载通断产生的过电压与干扰。

  (5) 辅助控制电源的设计。用于系统安全保护、紧急停机控制的装置(如制动器、安全门保护等)的辅助电源，应确保不会因"急停"等操作而分断。

  系统中可靠性要求较高的控制部件，如PLC的电源输入、CNC的电源输入等，当它们为直流DC24V供电时，应尽可能采用独立的稳压电源进行供电；当采用交流供电时，应安装独立的隔离变压器，原则上不要与系统的其他控制电路与执行元件(如电磁阀、220V/24V控制回路等)共用电源。

  PLC输入/输出所需要的传感器、开关、执行元件电源，应尽可能采用外部电源供电的形式，以防止由于外部线路故障引起PLC损坏。

  注意：在欧洲，目前已经对工业电气控制设备的主回路实行3相AC400V与单相AC230V标准、以取代传统的3相AC380V与单相AC220V标准，因此，在进行出口设备设计及进口设备维修时应加以注意

  3. 系统控制回路设计

  PLC控制系统中的控制回路，是指由继电器、接触器等低压电器构成的强电控制回路。在常见的控制系统中，控制回路一般有AC220V(或AC230V)与DC24V两种，其组成与作用如下。

  (1) AC220V控制回路。PLC控制系统中的AC220V(或AC230V)控制回路一般包括以下线路：

  1)用于电气控制系统的AC220V(或AC230V)安全电路，如紧急分断电路、安全门控制电路、"双手控制”电路等。

  注意：国外相关安全标准的规定(如欧共体的EN418标准)对用于控制系统紧急分断、安全防护门控制、夹具“双手”控制等特殊场合的电路，均有具体、明确的要求，如线路必须通过机电式的结构元件执行，使用的控制元件触点必须满足"强制执行"条件，设计的电路必须具有"冗余"，操作元件必须具有保护等。

  2) 电气控制装置、电动机、设备的启动/停止控制线路。

  3) 主回路中的AC220V(或AC230V)接触器的通/断控制电路。虽然，大部分PLC的输出可以直接驱动AC220V(或AC230V)的负载，但考虑到系统的安全、可靠性及线路“互锁”的需要，一般情况下，主回路的接触器通/断仍然以AC220V(或AC230V)控制电路进行控制的场合居多。

  4) 各种驱动装置、控制装置的AC22V。

  (2) DC24V控制回路。

  PLC控制系统中的DC24V控制回路一般包括以下控制线路：

  1) DC24V辅助继电器感触器接点控制回路。

  2) 用于电气控制系统的DC24V紧急分断电路与安全电路。3)DC24V电磁阀、电磁离合器等执行元件的驱动、控制线路。4)DC24V制动器、防护门连锁控制线路等。

  (3) 控制回路的设计原则。控制回路设计的基本要求与Zui高准则是必须保证系统运行的安全、可靠。控制回路的设计不仅要考虑设备的正常运行情况，尤其是要考虑到当设备中的机械部件、电器元件发生故障以及出现误操作、误动作等情况下的紧急处理。无论出现何种情况，控制回路必须要能保证设备的安全、可靠停机，并且不会造成对操作、维修者人身与设备的伤害。

  在保证安全、可靠的前提下，控制回路的动作设计应尽可能简捷、明了，方便操作与维修。电路中的元器件选择尽可能统一、规范，生产厂家不宜过多，以方便采购供应与维修服务。控制回路的控制电压应符合标准规定，电压种类不宜过多，以降低生产制造成本，提高系统可靠性。下面将提供的主回路与控制回路设计示范实例，可以供读者设计时参考。