六、S7-300 PLC硬件简要说明
（一）PLC的组成和基本结构
PLC是微机技术和继电器常规控制概念相结合的产物，是一种微处理器为核心的用作工业控制的特殊计算机。它主要由中央处理单元、输入接口、输出接口、通信接口等部分组成。其中CPU是PLC核心，I/O部件是联接现场设备和CPU之间的接口电路，通信接口用于和编程器和上位机连接，对于整体式PLC所有部件都装在同一机壳内；对于模块式PLC，各部件独立封装，各模块通过底板总线连接，安装在机架或导轨上。
PLC逻辑框图：
（1）中央处理器CPU
同一般的微处理器一样，中央处理单元是PLC的主要部分，是系统核心。 一般的中型可编程控制器多为双CPU系统：
一个是字处理器，多为16位的CPU，字处理器是主处理器，由它处理字节操作指令，控制系统总线、内部计数器、内部定时器，监视扫描时间，统一管理编程接口，同时协调位处理器及输入输出。
另一个位处理器也称为从处理器，它主要作用是处理位操作指令和在机器操作系统的管理下实现PLC编程语言向机器语言的转换，位处理器的采用，加快了PLC的扫描速度，使PLC能很好的满足实时控制的要求。其中S7-300 PLC运行速度最快，达到0.3ms执行1000条基本指令。 （2）存储器
在可编程控制系统中，存储器主要存放系统程序、用户程序及工作数据。
系统程序是PLC厂家研制系统时确定的，和机器的硬件组成有关，完成系统诊断、功能子程序调用管理、逻辑运算、通信和各种参数的设定等功能，多采用EPROM或者PROM存放，用户不能访问修改。
用户程序是用户根据使用环境和生产工艺的控制要求编写的。用户程序一般存放在带有后备电池的CMOS静态RAM中、紫外线可擦的EPROM和电可擦除的EEPROM中。
工作数据是PLC在应用过程中经常变化、经常存取的一些数据。这部分数据存放在RAM中，以适应随机存取的要求。 （3）输入输出部件
输入输出部件称为I/O模块，PLC通过I/O模块与工业生产过程现场相联系。通过I/O接口可以检测被控对象或被控生产过程的各种参数，以这些现场数据作为PLC对被控对象进行
11
控制的信息依据。同时PLC又通过I/O口将处理结果送给被控设备或工业生产过程，以实现控制。
PLC提供多种操作电平和驱动能力的I/O单元，有各种各样单元供用户选用。外部设备传感器和执行机构所需的信号电平是多种多样的，而PLC中CPU处理的信息只能是标准电平，所以I/O单元需实现这种转换。I/O单元的主要类型有：数字量输入、数字量输出、模拟量输入、模拟量输出等。
（二）S7-300 PLC系统简介 1、概述
S7-300是紧凑的、无槽位限制的模块化中型PLC。
它的主要组成部分有导轨（RACK）、电源模块（PS）、中央处理器CPU、接口模块（IM）、信号模块（SM）、功能模块(FM)、通讯模块（CP）。
电源模块、CPU及其他信号、功能、通讯模块都可以方便的安装在导轨上。S7-300采用背板总线的方式将各个模块从物理和电气上连接起来。
信号模块SM使不同的过程信号电平和S7-300的内部信号电平相匹配，主要有数字量输入模块SM321、数字量输出模块SM322、模拟量输入模块SM331、模拟量输出模块SM332。每个信号模块都配有自编码的螺紧型前连接器，外部信号可方便的连在模块的前连接器上。
通信处理器是一种智能模块，它用于PLC之间或PLC和其他设备的数据通信中。
S7-300是模块化的组合结构，每一个机架导轨（RACK）上除了电源模块、CPU、接口模块IM之外只能再配置8个信号或功能模块。
CPU314/315/316最多可扩展4个机架。
2、分模块种类简要介绍 （1）、PS307－5A电源模块
下左图为PS307电源模块：L1接交流220V火线，N接零线，第三个端子接地线。当左侧的开关扳上时，DC24V指示灯亮绿灯，直流24V输出。L+为＋24V输出，M为0V。该模块具有三组内部隔离的直流24V输出，总的输出功率为120W。
12
（2）CPU314-2DP 中央处理器模块
上右图为S7-300 CPU314模块：CPU314具有64K字节的工作存储器，42K指令在RAM中内置。带后备锂电池，程序中可使用512个FC功能块，256个FB功能块，511个DB数据块。
CPU模块有一个方式选择开关：
（A）RUN-P:可编程运行方式，CPU扫描用户程序，既可以用编程装置从CPU中读取程序，
也可以由编程装置将程序输入CPU，编程装置可监控程序运行，在此位置上钥匙不能拔出。
（B）RUN：运行方式，CPU扫描程序，可以用编程装置读出并监控PLC CPU中的程序，在此
位置可以拔出钥匙，以防止程序在正常运行时被改变操作方式。
（C）STOP:停机方式，CPU不扫描程序，可通过编程装置从CPU中读出程序，也可下载程
序，在此位置可以拔出钥匙。
（D）MRES:该位置瞬间接通，清除CPU存储器。 （E）LED用于状态和故障显示的含义： 发光二极管LED 含义 说明 SF(红色) 系统错误/故障 ? 硬件故障 ? 固件出错 ? 编程出错 ? 输入输出故障/错误 ? 存储器卡错误 ? 参数设置出错 BATF(红色) DC5V（绿色） FRCE(黄色) BF(红色闪烁) 电池故障 用于CPU和总线的DC 保留专用 DP总线故障 失效或未装入 如果内部5V正常则亮 DP总线故障，地址出错 (F)MPI:PLC的编程口，通过MPI编程电缆与计算机相连，当PLC之间共享数据量较小时，也可建立MPI数据通信网络，交换各PLC内部的工作数据。
（G）DP:为满足PROFIBUS通讯协议的现场总线接口，通讯速率最高可达到12MBPS，通过DP连接器和PROFIBUS电缆与各DP站点相连接。 （3）S7-300 PLC数字量输入模块
数字量输入模块将现场送来的数字电平信号转换成S7-300内部电平信号。数字量输入模块的原理电路如下图，其中图一为直流输入方式，图二为交流输入方式，对于现场输入元件，仅要求提供开关触点即可。输入信号进入模块后，一般都经过光电隔离和滤波，然后才送入输入缓冲器等待CPU采样，采样时，信号通过背板总线进入到输入映象区。
13
以隧道监控主PLC为例，采用的是SM321-DC24V 16点输入模块，该模块额定输入电压为直流24V，输入电压‘1’的范围是13～30V，输入电压‘0’的范围是－3～＋5V。与背板总线之间光耦隔离。
（4）S7-300 PLC数字量输出模块
SM322数字量输出模块将S7-300 PLC内部信号电平转换为控制所要求的外部信号电平，可直接驱动电磁阀、接触器、小型电动机等负载。按照负载回路使用的电源不同可以分为：晶体管输出、可控硅输出、继电器触点输出。这里主要介绍继电器输出，其电路原理如右图。
继电器触点输出模块属于交直流两用输出模块，从响应速度看晶体管最快，继电器最慢；从安全隔离效果及应用灵活性来看，继电器触点输出型最好。 （5）S7-300 PLC模拟量输入模块
隧道内采用的是SM331 12位分辨率的4
通道模拟量输入模块，由于现场设备输出为标准的4~20mA电流信号，那么必须将量程标记模块指向C。4～20mA信号通过SM331采样转换为0～27648（标称范围）的数字量值。
（6）S7-300 PLC通讯模块
隧道内采用的通讯模块为CP340(RS232),CP340(RS422)。
CP340(RS232)为隧道PLC和上位机通讯的串行通讯模块，模块上有SF、RXD、TXD指示灯，SF亮红灯表示模块故障或是通讯线接错、通讯线断开。RXD绿灯亮表示收到一包数据，TXD绿灯亮表示发送出一包数据。接线方式为：
PLC端TXD-RXD调制解调器端 PLC端RXD-TXD调制解调器端 PLC端GND-GND调制解调器端
本工程采用16进制传输方式，主动上传数据通信格式为EEEE（数据包长）00 1002（设备号）（数据）1002（设备号）（数据）……1003 CRC DDDD。
响应控制成功指令为：EEEE(数据包长) 01 1002（设备号）01 1003 CRC DDDD 由于采用了循环校验，数据传输出错概率大大降低了，数据传输正确率>99.5％。 CP340(RS422)为PLC和现场单臂情报板、车辆检测器通讯的模块，RS422为差动输出模式，具有驱动能力强，抗干扰等优点 接线方式为：
PLC端T+－R+车检、情报板 PLC端T-－R-车检、情报板 PLC端R-－T-车检、情报板 PLC端R+－T+车检、情报板
(7)OLM模块
OLM模块为西门子光纤转DP模块，模块上有4个指示灯，第一个是电源指示，为绿灯表示正常，CH1-DP口指示灯、CH2-光纤进线指示灯、CH3-光纤出线指示灯。当这些灯为黄色时为正常，红色为有故障，不亮表示没有连接。
14
七、STEP 7-V5.2编程监控软件简介
（一）STEP 7-V5.2编程软件
该软件是西门子公司为其生产的S7-300、S7-400可编程控制器（PLC）开发的实时监控编程软件（版本号为5.2），具有在线监视PLC硬件故障及出错原因等功能，还具有灵活的编程方式：LADDER、FBD、STL、SCL,即梯形图编程、功能模块编程、类似汇编的语句表编程、C语言编程。该软件与计算机的接口一般采用MPI编程电缆连接，最高通讯速率达到187.5KBPS。 （二） STEP 7-V5.2编程软件使用过程简介
1、首先双击SIMATIC Manager,打开后，点击FILE菜单内的OPEN选项，进一步选择要打开的
程序文件，如果不知道程序所在路径，请点击Browse界面中的Sartsearch按键查找，找到后文件将以形式出现在右边，选择OK打开该程序文件。
2、现以三福高速公路罗盘基隧道PLC程序为例，在罗盘基目录下有8个PLC的程序,其中
SIMATIC 300主站－罗盘基主PLC程序，其余的都是是隧道内本地控制器从 PLC程序。
15