2.4 SIMATIC S7-300系列PLC及其系统配置
2.4.1 SIMATIC S7 －300 系列结构特点
1. 模块化设计
模块化微型PLC系统可以满足中、小范围的性能要求，各种性能的模块可以非常好地满足和适应分布式结构和多界面网络。同时，方便用户进行简易的无风扇设计。
2. 安装简略、保护便利
（1）DIN尺度导轨安装：只需简单地将模块勾在DIN标准的安装导轨上，转动到位，然后用螺栓锁紧。
（2）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。
（3）调换模块简略且不易出错：改换模块时，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。
（4）可靠的接线端子：对于信号模块可以应用螺钉型接线端子或弹簧型接线端子。
（5）TOP连接：采取一个带螺钉或夹紧连接的1 ～ 3线系统进行预接线，或者直接在信号模块上进行接线。
（6）断定的安装深度：所有的端子和衔接器都在模块上的凹槽内，并有端盖维护，因此所有的模块都有雷同的安装深度。
（7）没有槽位的限制：信号模块和通信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。
（8）机动安排：机架（CR/ER）可以依据最佳布局需要，平行或垂直安装。
（9）独立安装：每个机架可以间隔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）的间隔最长为10米。如果用户的自控系统任务需要多于8个信号模块或通信处理器模块，则可以扩展S7 -300机架（CPU 314以上）。
2.4.2 CPU模块及技术指标
由于S7 -300 CPU型号繁多并且更新较快，故不可能将所有型号一一列出，下面以4种标准S7 -300 CPU为代表，即CPU312型、CPU314型、CPU315 -2DP型和CPU318 -2DP型，其具体性能和参数见表2.4、表2.5。
表2.4 S7 -300 CPU模块的主要技术指标
续表
表2.5 S7-300 CPU模块的主要技术指标
续表
2.4.3 S7－300扩展模块及技术指标
S7-300的模块品种齐全，覆盖范围广泛，因此它能很好地适配于各种类型的应用场合。表2.6列出了S7-300常用的扩展模块。
表2.6 S7-300扩展模块
1. 数字量扩展模块
（1）S7-300数字量扩展模块有输入、输出、继电器输出和输入/输出4种类型：
输入扩展模块SM321有6种类型，包括：64点24V DC输入，光耦隔离；32点24V DC输入，光耦隔离；32点120V AC输入；16点24V DC输入；16点120/230V AC输入；8点120/230V AC输入。
输出扩展模块SM322有7种类型，包括：64点24V DC输出；32点24V DC输出；16点24V DC输出；16点120/230V AC输出；8点24V DC输出；8点48V到125V DC输出；8点120/230V AC输出。
继电器输出模块SM322有4种类型：16点24V到120V DC输出，电隔离；16点48V到230V AC输出，电隔离；8点24V到120V DC输出，电隔离；8点48V到230V AC输出，电隔离。
输入/输出扩展模块SM323有3种类型：24V DC 8输入/8输出；24V DC 16输入/16输出；8点数字24V DC输入，加上8点可独立编程的24V DC输入/输出。
（2）用户选用具有不同I/O点数的数字量扩展模块，可以满足不同的控制需要，节约投资费用。系统规模扩大后，增加I/O点数也很方便。用户可选用8点、16点、32点或64点的数字量输入/输出模块。
2. 模拟量扩展模块
（1）模拟量输入模块SM331
模拟量输入模块SM331目前有3种规格型号，即8AI × 12位模块、2AI × 12位模块和8AI × 16位模块。
（2）模拟量输出模块SM332
模拟量输出模块SM332目前有3种规格型号，即4AO × 12位模块、2AO × 12位模块和4AO × 16位模块。
（3）模拟量输入/输出模块SM334
模拟量I/O模块SM334有两种规格：一种是有4输入/2输出的模拟量模块，其输入、输出精度为8位；另一种也是有4输入/2输出的模拟量模块，其输入、输出精度为12位。
3. 功能模块
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，高速计数器模块FM350-1是单通道高速计数器模块，可以检测最高达500 kHz的脉冲；步进电动机控制模块FM353；闭环控制模块FM355有4个闭环控制通道，有自优化温度控制算法和PID算法。
4. 通信处理模块
通信处理模块用于PLC之间，PLC与计算机之间，PLC与其他智能设备之间的通信，减轻CPU处理通信的负担。如图2.32所示，CP342-5是PROFIBUS-DP通信处理器，用于把S7-300和PROFIBUS-DP相连接，再与ET200M配合，组成分布式I/O系统。
图2.32 通信处理模块
5. 负载电源模块
负载电源模块用于将SIMATIC S7-300连接到120/230 V AC电源。
PS305电源模块是直流供电（输入电压可以是直流24/48/72/96/110 V）。
PS307电源模块有2A、5A、10A三种规格，将输入的单相交流电压（120/230V，50/60Hz）转变为24 V（DC）提供给S7-300 PLC使用，同时也可作为负载电源，通过I/O模块向使用24 V（DC）的负载（如传感器、执行机构等）供电。如果正常输出额定电压24 V，面板上的绿色LED灯点亮；如果输出电路过载，LED灯闪烁，输出电压下降；如果输出短路，则输出电压为零，LED灯灭，短路故障解除后自动恢复。另外，在LED灯灭的状态下，也有可能是由于输入交流电源电压过低，此时模块自动切断输出，待故障解除后自动恢复。
6. 接口模块
有的CPU（如CPU312、CPU313等）只能使用一个机架，不能扩展机架，此时除电源、CPU、IM模块外，最多只能再安装8个扩展模块（包括信号、功能、通信模块）。有的CPU （比如CPU314、CPU315等）除主机架外，最多还可以另外扩展3个机架，一共可以安装32个扩展模块（包括信号、功能、通信模块）。扩展机架时需使用IM模块。
如图2.33所示，IM365包括发送模块和接收模块两类，发送模块安装在主机架，接收模块安装在扩展机架。扩展机架背板总线5 V电源由主机架的CPU提供。
图2.33 IM365扩展模块
2.4.4 S7－300 CPU的扩展能力
S7-300具有模块化的特点，S7-300 PLC由安装在导轨上的模块集合而成。S7-300的扩展能力如图2-34所示。如果其需要使用的模板多于8个，则S7-300 CPU可通过扩展单元加以扩展（除CPU312 IFM、312C和313外），最多可以有32个模板与S7-300 CPU相连接，每个扩展单元最多允许8个模板，各扩展单元通过接口模块（IM）相互通信。
图2.34 S7-300 的扩展能力
2.4.5 工作模式及选用
1. 工作模式
S7-300 CPU有4种工作模式。
（1）STOP模式：CPU模块通电后自动进入STOP模式，在该模式不执行用户程序，可以通过编程软件读出和修改用户程序。
（2）STARTUP模式：可以用模式选择开关或编程软件启动，CPU此时进入启动模式，启动模式过后自动进入RUN模式。
（3）RUN模式：执行用户程序，刷新输入和输出，处理中断和故障信息服务。
（4）HOLD模式：在STARTUP和RUN模式执行程序时遇到调试断点，用户程序的执行被挂起，定时器被冻结。
2. 模式选择开关
如图2.35所示，模式选择开关有4个状态位。
图2.35 S7-300模式选择开关
（1）RUN-P位置：可编程运行模式，执行用户程序，运行时可以通过编程软件读出和修改用户程序、改变运行方式。在此位置，钥匙不可以拔出，在调试时通常让开关放在此位置。
（2）RUN位置：运行模式，CPU执行用户程序，可以通过编程软件读出用户程序，但是不能修改用户程序。在此位置，钥匙可以拔出。
（3）STOP位置：停止模式，CPU不执行用户程序，通过编程软件可以读出和修改用户程序。在此位置，钥匙可以拔出。
（4）MRES位置：存储器复位模式。MRES位置不能保持，在这个位置松手时开关将自动返回STOP位置。将模式选择开关从STOP状态扳到MRES位置，可以复位存储器，使CPU回到初始状态。即工作存储区、RAM类的装载存储区用户程序全部清除，全部存储器位、定时器、计数器和数据块及有保持功能的数据均复位为零。另外，CPU和各模块的参数被恢复为默认设置。如果有存储器卡，CPU在复位后将它里面的用户程序和系统参数复制到工作存储区。