西门子PLC模拟量输入输出模块使用方法

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SIEMENS   上海湘堰自动化设备有限公司             

上海湘堰自动化设备有限公司 在经营活动中精益求精，具备如下业务优势：

SIEMENS 可编程控制器
1、 SIMATIC S7 系列PLC、S7200、s71200、S7300、S7400、ET200
2、 逻辑控制模块 LOGO！230RC、230RCO、230RCL、24RC、24RCL等
3、 SITOP 系列直流电源 24V DC 1.3A、2.5A、3A、5A、10A、20A、40A
4、HMI 触摸屏TD200 TD400C TP177,MP277 MP377
SIEMENS 交、直流传动装置
1、 交流变频器 MICROMASTER系列：MM、MM420、MM430、MM440、ECO
MIDASTER系列：MDV
6SE70系列（FC、VC、SC）
2、全数字直流调速装置 6RA23、6RA24、6RA28、6RA70 系列
SIEMENS 数控 伺服
1、840D、802S/C、802SL、828D 801D ：6FC5210,6FC6247,6FC5357,6FC5211,6FC5200,6FC5510,
2、伺服驱动 ： 6SN1123,6SN1145,6SN1146,6SN1118,6SN1110,6SN1124,6SN1125,6SN1128

SMIATIC S7-300 是模块化微型PLC,满足中、小规模的性能要求

模块化与无风扇设计，易于实现分布式结构以及用户友好的操作,使得 SIMATIC S7-300 成为中、小规模应用中各种不同控制任务的经济、方便的解决方案。

SIMATIC S7-300 的应用领域包括：

• 机床
• 纺织机械
• 包装机械
• 通用机械工程
• 控制器制造
• 机床
• 楼宇自动化
• 电气与电子工业及相关产业。

一系列具有不同功率范围的CPU，以及具有很多用户友好功能的一系列扩展模块，可以使用户根据不同的应用情况选择相应的模块。 如果控制任务需要扩展，可以随时使用附加模块对控制系统进行扩展。

SIMATIC S7-300 是一个通用的控制器。

• 高等级的电磁兼容性以及高等级的抗震性，使得它具有极高的工业控制能力。

概述

S7-300采用模块化结构设计。含有多种模块，可进行单独组合。

一个系统包含下列组件：

• 中央处理单元（CPU）：
  各种 CPU 可用于不同的性能范围，包括具有集成 I/O 和对应功能的 CPU 以及具有集成 PROFIBUS DP、PROFINET 和点对点接口的 CPU。
• 用于数字量和模拟量输入/输出的信号模块(SM)
• 用于连接网络和点对点连接的通讯处理器 (CP)。
• 用于高速计数、定位控制以及闭环控制的功能模块（FM）。

根据要求，也可使用下列模块：

• 用于将SIMATIC S7-300 连接到120/230V AC电源的负载电源模块(PS)。
• 接口模块(IM)，用于多机架配置时连接中央控制器(CC)和扩展机架(ER)。
  S7-300通过分布式中央控制器(CC)和3个扩展单元(EU) 可以操作多达32个模块。所有模块都是密封的，运行时无需风扇。
• SIPLUS 模块扩展的环境条件下使用：
  适用于-25至+60°C 的温度范围高湿度、结露以及有雾的环境条件。防直接日晒、雨淋或水溅，在防护等级为IP20机柜内使用时，可直接用于车载或室外使用。不需要全天候防护的机柜和IP 65机柜保护。

设计

简单的结构使得S7-300使用灵活且易于维护:

• 安装模块
  只需将模块安装到 DIN 导轨上，将其旋入并用螺钉紧固。
• 集成的背板线： 
  背板线集成到模块里。模块通过线连接器相连，线连接器插在机壳的背面。
• 模块具有机械编码，更换极为容易：
  更换时只需松开模板上的紧固螺钉。 按下锁紧机构，拔下前连接器。前连接器上的编码装置防止将已接线的连接器错插到其他的模块上。
• 可靠的连接系统:
  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：
  为采用螺丝端子或弹簧端子连接的1线-3线连接系统提供预组装接线。可以替代直接在信号模块上接线。
• 确定的安装深度：
  所有的连接和连接器都在模块上的凹槽内，并有前盖保护。因此，所有模块应有明确的安装深度。
• 无插槽规则:
  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。

扩展

如果用户的自动化任务需要 8 个以上的 SM、FM 或 CP 模块插槽时，则 S7-300（除 CPU 312 和 CPU 312C 外）可以扩展：

• 中央控制器和3个扩展机架多可连接32个模块：
  多可将 3 个扩展机架（EU）连接到中央控制器（CC）。可以将八个模块插入到每个 CC/EU 中。
• 通过接口模板连接：
  每个 CC / EU 都有自己的接口模块。在中央控制器上它是被插在 CPU 旁边的模块插槽中，并自动处理与扩展单元的通信。
  • 通过 IM 365 扩展：
    1个 EU 远扩展距离为 1米，电源电压也通过该扩展提供。
  • 使用 IM 360/361 扩展：
    可扩展到 3个 EU, CC 与 ER 之间以及 EU 与 EU 之间远距离 10m。
• 独立空间安装：
  单独的 CC/EU 还可以相互距离较远地放置。两个相邻CC/EU或EU/EU之间的距离：长达 10m。
• 灵活的安装方式：
  CC/EU 既可以水平安装，也可以垂直安装。这样可以限度满足空间要求。

通讯

S7-300 具有不同的通讯接口：

• 连接AS-i、PROFIBUS和工业以太网线系统的通讯处理器。
• 用于点到点连接的通讯处理器
• 多点接口 MPI, 集成在 CPU 中;
  是一种经济有效的方案,可以同时连接编程器/PC、人机界面系统和其它的SIMATIC S7/C7自动化系统。

通过PROFIBUS DP进行过程通讯

SIMATIC S7-300 通过通讯处理器或通过配备集成 PROFIBUS DP 接口的 CPU 连接到 PROFIBUS DP 线系统。带 PROFIBUS DP 主/从接口的 CPU 可以进行分布式自动化结构，可以高速通讯并且易于使用。

从用户的角度来看，PROFIBUS DP上的分布式I/O处理与集中式I/O处理没有区别（相同的组态，编址及编程）。

以下设备可作为主站连接：

• SIMATIC S7-300
  (使用带 PROFIBUS DP 接口的 CPU 或 PROFIBUS DP CP)
• SIMATIC S7-400
  (使用带 PROFIBUS DP 接口的 CPU 或 PROFIBUS DP CP)
• SIMATIC C7 
  (使用带 PROFIBUS DP 接口的 C7 或 PROFIBUS DP CP)
• SIMATIC S5-115U/H、S5-135U 和 S5-155U/H，带IM 308
• SIMATIC 505

由于性能原因，每条链路上主站的数量限制为2个。

以下设备可作为从站连接：

• ET 200 分布式 I/O 设备
• S7-300，通过 CP 342-5
• CPU 313C-2 DP、CPU 314C-2 DP、CPU 315-2 DP、CPU 315-2 PN/DP、CPU 317-2 DP、CPU 317-2 PN/DP 和 CPU 319-3 PN/DP
• C7-633/P DP, C7-633 DP, C7-634/P DP, C7-634 DP, C7-626 DP, C7-635, C7-636
• 现场设备

尽管配有 STEP 7 的编程设备/PC 或 OP 在线上可作为主站使用，但是通过 PROFIBUS DP 也可以部分运行 MPI 功能。

通过 PROFINET IO 进行过程通讯

SIMATIC S7-300 通过通讯处理器或通过配备集成 PROFINET 接口的 CPU 连接到 PROFINET IO 线系统。配备 PROFINET 接口的 CPU 可实现高速、易于使用的分布式自动化组态。

从用户的角度来看，通过 PROFINET IO 进行通讯的分布式 I/O 可作为中央 I/O（相同的组态、寻址和编程）。

可将下列设备作为 IO 控制器进行连接：

• SIMATIC S7-300
  （使用配备 PROFINET 接口或 PROFINET CP 的 CPU）
• SIMATIC ET 200
  （使用配备 PROFINET 接口的 CPU）
• SIMATIC S7-400
  （使用配备 PROFINET 接口或 PROFINET CP 的 CPU）

可将下列设备作为 IO 设备进行连接：

• ET 200 分布式 I/O 设备
• SIMATIC S7-300
  （通过 PROFINET CP）
• 现场设备

通过AS-Interface通讯

使用 S7-300，将有一个合适的通讯处理器 (CP 342-2)，可用于 AS-Interface 线，以连接现场设备（AS-Interface 从站）。

更多信息，请参见通讯处理器说明．

通过 CP 或集成的接口（点对点）进行数据通讯

点到点连接是用来建立经济有效的数据通讯方式，通过 CP 340/CP 341 通讯处理器或集成在CPU 313C-2 PtP 或 CPU 314C-2 PtP的内置接口进行数据通讯。有三种传输接口支持不同的通讯协议：

• 20 mA (TTY)（仅 CP 340/CP 341）
• RS 232C/V.24（仅 CP 340/CP 341）
• RS 422/RS 485

可以连接以下设备：

• SIMATIC S7、SIMATIC S5 和其他公司的自动化系统
• 打印机
• 机器人控制器
• 扫描器，条码阅读器，等

的通讯功能块与手册一起提供。

通过多点接口 (MPI) 进行数据通讯

MPI（多点接口）是集成在 SIMATIC S7-300 CPU 上的通讯接口。它能用于简单的网络任务。

• MPI 可以同时连接多个配有 STEP 的编程设备/PC、HMI 系统（OP/OS）、S7-300 和 S7-400。
• 全局数据：
  “全局数据通讯”服务可以在联网的CPU间周期性地进行数据交换。 一个 S7-300 CPU 多和 4 个数据包交换数据，每个数据包含有 22 字节数据，可同时有 16 个 CPU 参与数据交换(使用 STEP 7 V4.x)。 
  例如，这使一个 CPU 可以访问另一个 CPU 的输入和输出。只可通过 MPI 接口进行全局数据通讯。
• 内部通讯线(C-bus)：
  CPU 的 MPI 直接连接到 S7-300 的 C 线。因此，可以通过 MPI 从编程设备直接找到与 C 线连接的 FM/CP 模块的地址。
• 功能强大的通讯技术：
  • 多 32 个 MPI 站
  • 使用 SIMATIC S7-300/400 的 S7 基本通讯的每个 CPU 有多个通讯接口。
  • 使用编程设备/PC、SIMATIC HMI 系统和 SIMATIC S7-300/400 的 S7 通讯的每个 CPU 有多个通讯接口。
  • 传输速率为 187.5 kbit/s 或 12 Mbit/s
• 灵活的设计:
  可靠的组件用于建立 MPI 通讯： PROFIBUS 和“分布式 I/O”系列的线电缆、线连接器和 RS 485 中继器。它们可以优化配备安装达到特定要求。例如，如果需要可连接多串联 10 个中继器，以实现任何两个 MPI 节点之间的距离。

通过 CP 进行数据通讯

SIMATIC S7-300 通过 CP 342 和 CP 343 通讯处理器可以连接到 PROFIBUS 和工业以太网线网络。

可以连接以下设备：

• SIMATIC S7-300
• SIMATIC S7-400
• SIMATIC S5-115U/H、S5-135U 和 S5-155U/H
• 编程器
• PC 机
• SIMATIC HMI 操作员控制和监视系统
• 数控
• 机器人控制器
• 工业PC
• 驱动控制器
• 其它厂商设备

许多功能为用户提供 S7-300 编程、上线调试和服务支持。

• 快速的指令处理：
  指令处理时间为 0.1 µs，可以在低端和中端性能范围中开发新的应用可能性。
• 浮点算术运算：
  使用浮点运算可以有效地执行更为复杂的运算功能。
• 用户友好的参数设置:
  只需一个带有统一用户界面的软件工具便可参数化所有模块。这就节省了熟悉操作的时间和培训成本。
• 操作和监控 (HMI)：
  方便的人机界面 (HMI) 服务已经集成在 S7-300 的操作系统中。这些功能不再需要耗时的编程：SIMATIC HMI 系统需要来自 SIMATIC S7-300 的过程数据 - S7-300 按照请求的刷新间隔传输过程数据。SIMATIC S7-300 的操作系统自动传输数据。整个系统使用统一的符号和数据库。
• 诊断功能：
  CPU 的智能诊断系统连续控制系统功能并记录故障和特定系统事件（例如，定时误差、模块故障等）。这些事件标记有时间戳并被保存在环形缓冲区，以用于稍后的故障排除。
• 口令保护:
  密码保护允许用户有效地保护他们的专有技术免遭未经授权的复制和更改。

SIMATIC S7-300 符合以下国内和国际标准：

• DIN
• UL
• CSA
• FM Class 1 Div. 2；Groups A、B、C 和 D（温度组别 T4 (≤ 135℃)
• 以下船级社资格
  • 美国船级社
  • 法国船级社
  • 挪威船级社
  • 德国船级社
  • 英国劳氏船级社
• 地震保护

通讯

SIMATIC S7-300 的 CPU 支持下列通讯类型：

• 过程通讯：
  用于通过线（AS-Interface、PROFIBUS DP 或 PROFINET）的 I/O 模块（过程图像交换）循环访问。从循环执行层调用过程通讯。
• 数据通讯：
  用于自动化系统间或多个自动化系统与HMI之间的数据交换。循环执行数据通讯，或通过功能块从用户程序事件驱动调用数据通讯。

为使用户更为轻松地组态通讯功能，提供了使用方便的 STEP 7 用户界面。

数据通讯

SIMATIC S7-300 配备不同的数据通讯机制：

• 使用全局数据通讯通过 MPI 在网络连接的 CPU 之间进行的数据包循环交换。
• 与具有通讯功能的其他设备进行的事件驱动通讯。可以使用 MPI、PROFIBUS 或 PROFINET 网络。

全局数据

使用“全局数据通讯”服务，网络连接的 CPU 可以循环交换数据（每个循环多交换 4 个全局数据包，每个数据包有 22 个字节）。例如，这允许一个 CPU 访问另一个 CPU 的数据、位存储器或过程映像。只可通过 MPI 进行全局数据通讯。使用 STEP 7 中的 GD 表进行组态。

通讯功能

可以使用集成在系统中的功能块建立与 S7/C7 合作伙伴的通讯服务。

这些服务是：

• 通过 MPI 进行 S7 基本通讯。
• 通过 MPI、K 线、PROFIBUS 和 PROFINET/工业以太网的 S7 通讯。
  S7-300 可以用于：
  • 作为服务器，通过 MPI、K 线和 PROFIBUS 通讯
  • 作为服务器或客户端，通过集成的 PROFINET 接口通讯

可以使用可重新加载的功能块建立与 S5 系列设备和非西门子设备的通讯服务。

这些服务是：

• 通过 PROFIBUS 和工业以太网进行的 S5 兼容通讯。
• 通过 PROFIBUS 和工业以太网进行的标准通讯（非西门子系统）。

与全局数据相比，必须建立通讯功能的通讯链接。

集成到 IT 世界

S7-300 允许将 IT 领域轻松地与自动化技术联系起来。使用 CP 343-1 Advanced 可以实现下列 IT 功能：

• IP 路由；
  通过 IP 访问列表在千兆以太网和 PROFINET 接口之间路由 IP V4 消息
• WEB 服务器；
  通过标准浏览器多可以调用 30 MB 可自由定义的 HTML 页面；使用 FTP 从内部文件系统处理数据
• 标准诊断页面；
  用于对设备所有插入机架的模块进行快速诊断，无需使用附加工具
• E-mail；
  可以直接从用户程序发送包含身份验证的电子邮件。电子邮件客户端功能可以从控制系统直接向用户发出警告。
• 通过 FTP 进行通讯；
  一种在大多数操作系统平台常用的开放式协议
• 30 MB RAM 文件系统可用于缓存动态数据。

S7-300 PROFINET CPU 配备集成的 Web 服务器。因此，可以使用标准的 Web 浏览器从 S7-300 站读取信息：

• CPU 一般信息
• 诊断缓存中的内容
• 变量表
• 变量状态
• 模板的状态
• 报文
• 工业以太网的相关信息
• PROFINET 站的拓扑结构

等时模式

同步模式系统功能支持同步耦合

• 分布式信号采集
• 通过 PROFIBUS 的信号传输
• 程序执行

在同步 PROFIBUS 的循环中。

这形成了可采集和处理输入信号并以恒定的时间间隔（等距离）输出输出信号的自动化解决方案。同时生成一致的局部处理图像。

由于分布式 I/O 的等距和同步信号处理，S7-300 保证了完全可重复的规定过程响应时间。

支持系统功能同步模式的组件系列众多，可用于解决运动控制、测量值采集、高速闭环控制等方面要求严格的任务。

这意味着，在分布式自动化解决方案中，SIMATIC S7-300 现在还可以访问高速处理操作的重要应用领域，并且可以达到的精度和可重复性。这可确保提高生产率，实现优化、稳定的质量。

模块的诊断和过程监控

SIMATIC S7-300 的许多 I/O 模块都具有智能功能：

• 监视信号采集（诊断）。
• 监视过程信号（过程中断）

诊断

诊断系统可用于检测模块的信号采集（数字模块）或模拟处理（模拟模块）是否正常工作。在评估诊断时，必须区别可参数化诊断报警和非可参数化诊断报警：

• 可参数化诊断报警：
  只有当已在参数化中启用诊断报警时才输出诊断报警。
• 非可参数化诊断报警：
  在通常情况下输出这些报警，即，与参数化无关。

如果诊断报警处于活动状态（例如，“Encoder supply failure”（编码器电源故障）），模块输出诊断中断（对于可参数化诊断报警，只在相关参数化后触发）。CPU 中断执行用户程序或较低的优先级，并执行合适的诊断中断块 (OB 82)。

数字量输入/输出模块
诊断报警	可能的故障原因
编码器电源故障	编码器电源过载 M 的编码器电源短路
外部辅助电压故障	模块电源电压 L+ 故障
内部辅助电压故障	模块电源电压 L+ 故障 内部模块保险丝故障
熔断器分断	内部模块保险丝故障
模块中的参数不正确	向模块传输的参数错误
“看门狗”时	临时强电磁干扰 模块故障
EPROM 故障	临时强电磁干扰 模块故障
RAM 故障	临时强电磁干扰 模块故障
过程中断丢失	过程中断速度快于 CPU 处理速度

模拟量输入模块
诊断报警	可能的故障原因
外部负载电压故障	模块负载电压 L+ 故障
组态/参数化错误	向模块传输的参数错误
共模错误	输入端 (M-) 和测量电路 (MANA) 的参考电位之间的电位差 UCM 过高
断线	编码器电路的电阻太高 模块和传感器之间的电缆断开 通道未连接(开路)
不在量程内	输入值低于测量范围，可能的故障原因是 量程为 4 至 20 mA，1 至 5 伏： 传感器极性接反； 选择了不正确的量程 其它量程： 选择了不正确的量程
量程	输入值出量程

模拟量输出模块
诊断报警	可能的故障原因
外部负载电压故障	模块负载电压 L+ 故障
组态/参数化错误	向模块传输的参数错误
M 短路	输出过载 输出 QV 短路至 MANA
断线	执行器电阻过高 模块和执行器之间的电缆断开 通道未使用（打开）

过程中断

过程中断用于监视过程信号和激活信号变化响应。

• 数字量输入模块：
  根据参数化的情况，模块可以在上升沿、下降沿或两沿上选择触发每个通道的过程中断。CPU 中断执行用户程序或较低的优先级，并执行合适的诊断中断块 (OB 40)。信号模块可以缓冲每个通道的一次中断。
• 模拟量输入模块：
  通过参数化上限值和下限值定义工作范围。模块将数字化的测量值与这些极限比较。如果测量值过这些极限中的任一个，将输出过程中断。CPU 中断执行用户程序或较低的优先级，并执行合适的诊断中断块 (OB 40)。如果极限高于/低于范围/欠范围，则无法进行比较。