硬件设计
西门子S7—300可编程控制器的应用
S7—300是模块化中小型PLC系统，它能满足中等性能要求的应用。它的模
块化，无牌风扇结构，易于实现分布，易于用户掌握等特点使得s7—300成为各种从小规模到中等性能要求控制任务的方便又经济的解决方案。
S7—300在很多领域被广泛应用，其中包括：专用机床、纺织机械、包装机械、通用机械工程应用、控制系统、机床、楼宇自动化、电器制造工业及其相关产业。它多种的性能递增的CPU 和丰富的且带有许多方便功能的I/O扩展模块，使用户完全可以根据实际应用选择合适的模块。当任务规模扩大且愈加复杂时，可随时使用附加模块对PLC进行扩展。
S7—300是模块化结构设计。各种单独的模块之间可进行广泛组合用于扩展。它的系统组成包括：
1. 中央处理单元（CPU）,各种CPU有各种不同的性能。 2. 信号模块（SM），用于数字量和模拟量输入/输出。 3. 网络处理器（CP）用于连接网络和点对点连接。
4. 功能模块（FM）用于高速计数，定位操作（开环或闭环控制）和闭环控
制制。
根据客户要求，还可以提供以下设备：
负载电源模块（PS）用于将SIMATIC S7—300连接到120/230V AC电源。 接口模块（IM）用于多机架配置时连接主机架（CR）和3个扩展机架（ER）可以操作多达32个模块。运行时无需风扇。
SIMATIC M7自动化计算机 AT—兼容的计算机用于解决对时间要求非常高的技术问题，它既可以作为CPU,也可以作为功能模块使用。
4.2 模块的选择
4.2.1中央处理器 CPU 314C—2 DP
CPU 314C—2 DP是一款紧凑型CPU,带集成的数字量和模拟量的输入和输出，以及PROFIBUSDP主站/从站接口，带有与过程相关的功能，可以完成特殊功能的任务，可以连接I/O设备。同时，这一款CPU运行时需要为存储器卡。
CPU 314C—2 DP
4.2.2 数字量模板
图4-3数字量模板
SIMATIC S7-300的数字输入/输出模块使控制器灵活地与任务相适应，用于连接数字传感器和执行元件。数字I/O模块包括用于SIMATIC S7-300的数字输入和输出。通过这些模块，可将数字传感器和执行元件与SIMATIC S7-300相连。
数字 I/O 模块具有下列优点：（1）优化配合可利用可以任何方式组合的模块使输入/输出点数与任务相配合。（2）灵活的过程连接，可通过各种不同的数字，执行元件和传感器使 S7-300 与过程相连接。 4.2.2.1SM 321数字量输入模板
SM 321数字量输入模板是数字输入模块将从过程传输来的外部数字信号的电平转换为内部 S7-300 信号电平。该种模块适用于连接开关和2线BERO接近开关。我们选用订货号为6ES7 321-1BH82-0AA0， 16输入，用24 V DC电源的数字量输入模板。
图4-4SM 321数字量输入模板
4.2.2.2SM 322数字量输出模板
数字输出模块将 S7-300 的内部信号电平转化为控制过程所需的外部信号电平。该种模块适用于连接电磁阀、接触器、小功率电机、灯和电机启动器。这里我们选择8输出，24 V DC，限流2A，订货号为6ES7 322-1BF01-0AA0的数字输出模块。
图4-5 SM 322数字量输出模板
4.2.3模拟量模板
图4-6模拟量模板
模拟 I/O 模块包括用于 S7-300 的模拟输入和输出模块。通过这些模块可将模拟传感器和执行元件与 S7-300相连。
模拟 I/O 模块具有下列优点：优化配合、模块可任意组合以配合任何所需输入/输出点数量。没有必要增加投资强大的模拟技术不同的 I/O 范围和高分辨率，允许与众多不同的模拟传感器和执行元件相连。 4.2.3.1 SM 331模拟量输入模板
模拟输入模块将扩展过程中的模拟信号转化为 S7-300内部处理用的数字信号。电压和电流传感器、热电耦、电阻和电阻式温度计均可作为传感器与该模块相连。在这里我们选用一个8输入，型号为6ES7 331-7KF02-0AB0的SM 331模拟量输入模板。
4.2.3.2 SM 332模拟量输出模板
模拟量输出模板将从 S7-300来的数字量转换为过程用的模拟量信号。在这里我们选择一个4输出，型号为6ES7 332-5HD01-0AB0的模拟量输入模板。
图4-7模拟量输出模板接线图
4.2.4功能模板（FM 355闭环控制模块）
图4-8 FM 355闭环控制模块
FM 355闭环控制模块用于通用闭环控制任务的4通道闭环控制模块，可用于温度、压力和流量控制。方便用户的在线自优化温度控制，2种控制算法，2种派生型（ FM 355C 作为连续动作控制器， FM 355S 作为步进或脉冲控制器）。
FM 355 闭环控制模块是用于广泛的闭环控制任务的智能化4通道模块。它可用于：温度控制、压力控制、流量控制、液面控制、用于下列领域、通用机械工程、工厂建造、工业炉、制冷和供热设施、食品和饮料工业、橡胶和塑料机械、化工和过程自动化、玻璃和陶瓷、木材和造纸工业。
FM 355有两种不同的形式：
（1）FM 355C：作为连续控制器，带有4个模拟输出端用于控制模拟执行元件。
（2）FM 355S：作为步进或脉冲控制器，带有 8 个数字输出端用于控制电机 (集成的) 驱动的执行元件或二进制控制的执行元件 (如电热丝式加热器和筒式加热器)。
FM 355 可用于 SIMATIC S7-300 和 ET 200M (S7-300/400作为主站) 中。在这里我们选用两个型号为6ES7 355-0VH10-0AE0的FM 355C 闭环控制模块。
4.3 FM355 PID 模块的使用
FM355 PID闭环控制器适合压力、流量、温度的闭环控制。在西门子软件中有多种PID控制器，如集成于 STEP7的 FB41、FB42、FB43PID控制函数；参数过程图形化、实现手动、自动无扰切换功能的标准 PID控制函数；集成更多PID控制算法、需要将不同的控制算法搭接为一个完整 PID控制回路的模块化 PID控制函数等都是软件 PID函数。PID控制算法在CPU内进行，输入和输出接口可以直接指定不同的信号模块，对于编程人员来说，有很高的灵活性，但是在控制回路较多时将占用大量的CPU循环扫描时间，从而影响 CPU快速处理能力。与软件 PID控制函数相比，控制算法集成于 FM355模块中，所有 PID控制的计算和信号采样由完成，不占用 CPU的扫描时间，CPU通过专用函数与 FM355模块进行数据交换－发送命令并接收反馈信号。与软件 PID相比，FM355模块还集成后援操作即在 CPU故障停止的情况下自动切换到后援操作模式，FM355模块将当前设定切换到在模块中预先设定的值进行PID闭环控制，如果CPU连接操作