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西門子PLC S7-300模塊擴(kuò)展

　一、概述

　　西門子PLC S7-300系列在工業(yè)自動化領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，是西門子PLC系列的核心產(chǎn)品，它為中小型自動化控制系統(tǒng)提供了解決方案，配置靈活，使用方便，擴(kuò)展能力強(qiáng)，用戶可以根據(jù)現(xiàn)場項目的實際需求進(jìn)行選擇和配置。由于中大型自動化項目中控制點數(shù)較多，需要控制和監(jiān)控的設(shè)備較多，使用西門子PLC S7-300系列的一組模塊有時無法滿足要求，這就需要對它的模塊進(jìn)行擴(kuò)展，從而達(dá)到控制系統(tǒng)的控制要求。本文下面就對西門子PLC S7-300系列的模塊擴(kuò)展作一個介紹，供用戶進(jìn)行參考。

　　二、西門子PLC S7-300模塊擴(kuò)展

　　西門子PLC S7-300系列的模塊擴(kuò)展有下列幾種方式：

　　1. 西門子PLC S7-300系列使用IM365擴(kuò)展

　　西門子PLC S7-300系列的CPU配置在一個主機(jī)架上面，在CPU后面最多可以擴(kuò)展8個模塊，如果用戶需要的模塊數(shù)量大于8個而且小于16個時，可以通過IM365進(jìn)行擴(kuò)展。這種方式的局限性在于，只能采用1組IM365進(jìn)行擴(kuò)展，其中1個IM365接到主機(jī)架上面，另外1個IM365放置在擴(kuò)展機(jī)架上面。這種方式最多只能擴(kuò)展1個機(jī)架，即最多只能擴(kuò)展16個模塊；

　　2. 西門子PLC S7-300系列采用IM360擴(kuò)展

　　西門子PLC S7-300系列CPU在主機(jī)架上面可以擴(kuò)展8個模塊，這時用戶可以通過增加IM360來進(jìn)行擴(kuò)展。用戶在主機(jī)架上面增加IM360后，需要使用IM361進(jìn)行擴(kuò)展機(jī)架的模塊連接，每個IM361也可以擴(kuò)展8個模塊。每個CPU后面帶有IM360模塊，可以最多擴(kuò)展3個IM361模塊，即每個CPU最多可以擴(kuò)展到32個模塊；IM360和IM361之間需要通過IM368電纜進(jìn)行連接；

　　3. 西門子PLC S7-300系列采用IM153擴(kuò)展

　　西門子PLC S7-300系列采用擴(kuò)展機(jī)架時，可以使用IM153模塊進(jìn)行擴(kuò)展，IM153模塊作為擴(kuò)展機(jī)架的接口，每個IM153模塊都可以最多擴(kuò)展8個模塊。IM153模塊之間通過PROFIBUS DP電纜和PROFIBUS DP插頭進(jìn)行連接。根據(jù)CPU類型的不同，每個CPU可以擴(kuò)展的IM153數(shù)量也不同，例如：CPU315-2PN/DP可以最多擴(kuò)展126個IM153接口模塊。

　　三、小結(jié)

　　綜上所述，西門子PLC S7-300系列具有強(qiáng)大的擴(kuò)展功能，它能滿足用戶更多的控制需求。用戶為了實現(xiàn)系統(tǒng)的擴(kuò)展功能，只需要增加相應(yīng)的接口模塊就可以把主機(jī)架和擴(kuò)展機(jī)架進(jìn)行連接，在本文中介紹了幾種常用的接口模塊擴(kuò)展方法，用戶可以根據(jù)實際需求靈活選擇。西門子PLC S7-300的擴(kuò)展功能為更多的自動化控制系統(tǒng)提供了解決方案。如果用戶需要更多的了解西門子PLC的相關(guān)用法，請聯(lián)系我們，我們會更好的提供相關(guān)技術(shù)支持。

可編程序控制器技術(shù)當(dāng)前的8大發(fā)展趨勢

 可編程序控制器誕生不久即顯示了其在工業(yè)控制中的重要地位，如日本、德國、法國等國家相繼研制成各自的PLC。PLC技術(shù)隨著計算機(jī)和微電子技術(shù)的發(fā)展而迅速發(fā)展，由最初的一位機(jī)發(fā)展為8位機(jī)。隨著微處理器CPU和微型計算機(jī)技術(shù)在PLC中的應(yīng)用，形成了現(xiàn)代意義上的PLC?，F(xiàn)在的PLC產(chǎn)品己使用了16位、32位高性能做處理器，而且實現(xiàn)了多處理器的多通道處理，通訊技術(shù)使PLC的應(yīng)用得到進(jìn)一步發(fā)展。如今，可編程序控制器技術(shù)已比較成熟。

 　　目前，世界上有200多個廠家生產(chǎn)可編程序控制器產(chǎn)品，比較著名的廠家有德國的西門子，美國的Rockwell(AB)、通用(GE),日本的三菱、歐姆龍，法國的施耐德等。

   可編程序控制器總的發(fā)展趨勢是向高集成度、小體積、大容量、高速度、易使用、高性能方向發(fā)展。具體表現(xiàn)在以下幾個方面：

 　　(1)向小型化、化、低成本方向發(fā)展

 　　20世紀(jì)80年代初，小型PLC在價格上還高于小系統(tǒng)用的繼電器控制裝置。隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，新型器件大幅度的提高功能和降低價格，使PLC結(jié)構(gòu)更為緊湊，功能不斷增加，將原來大、中型PLC才有的功能移植到小型PLC上，如模擬量處理、數(shù)據(jù)通訊和復(fù)雜的功能指令等，但價格不斷下降，真正成為繼電器控制系統(tǒng)的替代產(chǎn)品。

 　　(2)向大容量，高速度方向發(fā)展

 　　大型PLC采用多微處理器系統(tǒng)，有的采用32位微處理器，可同時進(jìn)行多任務(wù)操作，處理速度提高，特別是增強(qiáng)了過程控制和數(shù)據(jù)處理的功能。另外，存儲容量大大增加。

 　　(3)與計算機(jī)聯(lián)系密切

 　　從功能上看，PLC不僅能完成邏輯運(yùn)算，且計算機(jī)的復(fù)雜運(yùn)算功能在PLC中也進(jìn)一步得到利用，從結(jié)構(gòu)上看，計算機(jī)的硬件和技術(shù)越來越多地應(yīng)用到PLC；從語言上看，PLC己不再是單純用梯形圖語言，而且可用多種語言編程，如類似計算機(jī)匯編語言的語句表，甚至可直接由計算機(jī)高級語言編程；在通訊方面，PLC與計算機(jī)可直接相連并進(jìn)行信息傳遞。

 　　(4)發(fā)展多樣化

 　　可編程序控制器發(fā)展的多樣化體現(xiàn)在3個方面：產(chǎn)品類型、編程語言和應(yīng)用領(lǐng)域。

 　　(5)模塊化

 　　PLC的擴(kuò)展模塊發(fā)展迅速。功能明確化、化的復(fù)雜功能由專門模塊來完成。主機(jī)僅僅通過通訊設(shè)備向模塊發(fā)布命令和測試狀態(tài)，這使得PLC的系統(tǒng)功能進(jìn)一步增強(qiáng)，控制系統(tǒng)設(shè)計進(jìn)一步簡化。

 　　(6)網(wǎng)絡(luò)與通訊能力增強(qiáng)

 　　計算機(jī)與PLC之間以及各個PLC之間的聯(lián)網(wǎng)和通訊的能力不斷增強(qiáng)，使用工業(yè)網(wǎng)絡(luò)可以有效地節(jié)省資源、降低成本、提高系統(tǒng)可靠性和靈活性，致使網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用有普遍化的趨勢。

 　　(7)多樣化與標(biāo)準(zhǔn)化

 　　生產(chǎn)PLC產(chǎn)品的各廠家都在大力度地開發(fā)自己的新產(chǎn)品，以求*的更大份額。因此產(chǎn)品向多樣化方向發(fā)展，出現(xiàn)了歐、美、日多種流派。與此同時，為了推動技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化的進(jìn)程。一些國際性組織，如國際電工委員會(IEC)不斷為PLC的發(fā)展制定一些新的標(biāo)準(zhǔn)，如對各種類型的產(chǎn)品作一定的歸納或定義，或?qū)?/span>PLC未來的發(fā)展制定一種方向或框架。

 　　(8)工業(yè)軟件發(fā)展迅速

 　　與可編程序控制器硬件技術(shù)的發(fā)展相適應(yīng)，工業(yè)軟件的發(fā)展非常迅速，它使系統(tǒng)應(yīng)用更加簡單易行，大大方便了PLC系統(tǒng)的開發(fā)人員和操作使用人員。

可編程序控制器的輸出單元和輸出電路的類型

 可編程序控制器的輸出信號類型可以是開關(guān)量、模擬量和數(shù)字量。輸出單元從廣義上分包含兩部分：一是與被控設(shè)備相連接的接口電路，另一部分是輸出的映像寄存器。

       PLC運(yùn)行時CPU從輸入映像寄存器讀取輸入信息并進(jìn)行處理，將處理結(jié)果放到輸出映像寄存器。輸出映像寄存器由輸出點相對應(yīng)的觸發(fā)器組成，輸出接口電路將其由弱電控制信號轉(zhuǎn)換成現(xiàn)場需要的強(qiáng)電信號輸出，以驅(qū)動電磁閥、接觸器、指示燈等被控設(shè)備的執(zhí)行元件。

 　　輸出接口電路通常有三種類型：繼電器輸出型、晶體管輸出型和晶閘管輸出則。每種輸出電路都采用電氣隔離技術(shù)，電源由外部提供，輸出電流一般為1.5—2A，輸出電流的額定值與負(fù)載的性質(zhì)有關(guān)。

 　　為使PLC避免受瞬間大電流的作用而損壞，輸出端外部接線必須采用保護(hù)措施：一是輸出公共端接熔斷器；二是采用保護(hù)電路，對交流感件負(fù)載，一般用阻容吸收回路；對直流感性負(fù)載用續(xù)流二極管。極大部分的PLC的輸出端子采用分組式和分隔式。對于晶體管輸出型還有源型輸出和漏型輸出兩種形式。極大部分的歐美品牌的PLC采用源型輸出，而極大部分的亞洲品牌的PLC采用漏型輸出。

PLC工作的全過程——四部分工作介紹

為了滿足工業(yè)邏輯控制的要求，同時結(jié)合計算機(jī)控制的特點，PLC的工作方式采用不斷循環(huán)的順序掃描工作方式。每一次掃描所用的時間稱為掃描周期或工作周期。CPU從*條指令執(zhí)行開始，按順序逐條地執(zhí)行用戶程序直到用戶程序結(jié)束，然后返回*條指令開始新的一輪掃描。PLC就是這樣周而復(fù)始地重復(fù)上述循環(huán)掃描的。PLC工作的全過程可用圖1所示的運(yùn)行框圖來表示。整個過程可分為以下幾個部分：

*部分是上電處理。PLC上電后對系統(tǒng)進(jìn)行一次初始化，包括硬件初始化和軟件初始化，停電保持范圍設(shè)定及其他初始化處理等。

第二部分是自診斷處理。PLC每掃描一次，執(zhí)行—次自診斷檢查，確定PLC自身的動作是否正常。如CPU、電池電壓、程序存儲器、I／O和通訊等是否異?；虺鲥e，如檢查出異常時，CPU面板上的LED及異常繼電器會接通，在特殊寄存器中會存入出錯代碼。當(dāng)出現(xiàn)致命錯誤時，CPU被強(qiáng)制為STOP方式，所有的掃描便停止。

圖1 PLC運(yùn)行框圖 

第三部分是通訊服務(wù)。PLC自診斷處理完成以后進(jìn)入通訊服務(wù)過程。首先檢查有無通訊任務(wù)，如有則調(diào)用相應(yīng)進(jìn)程，完成與其他設(shè)備的通訊處理，并對通訊數(shù)據(jù)作相應(yīng)處理；然后進(jìn)行時鐘、特殊寄存器更新處理等工作。

第四部分是程序掃描過程。PLC在上電處理、自診斷和通訊服務(wù)完成以后，如果工作選擇開關(guān)在RUN位置，則進(jìn)人程序掃描工作階段。先完成輸入處理，即把輸入端子的狀態(tài)讀入輸入映像寄存器中，然后執(zhí)行用戶程序，最后把輸出處理結(jié)果刷新到輸出鎖存器中。

在上述幾個部分中，通訊服務(wù)和程序掃描過程是PLC工作的主要部分，其工作周期稱為掃描周期?？梢钥闯鰭呙柚芷谥苯佑绊懣刂菩盘柕膶崟r性和正確性，為了確保控制能正確實時地進(jìn)行，在每個掃描周期中，通訊任務(wù)的作業(yè)時間必須被控制在一定范圍內(nèi)。PLC運(yùn)行正常時，程序掃描周期的長短與CPU的運(yùn)算速度、與I/O點的情況、與用戶應(yīng)用程序的長短及編程情況等有關(guān)。通常用PLC執(zhí)行l KB指令所需時間來說明其掃描速度，一般為零點幾ms到上百ms。值得注意的是，不同指令其執(zhí)行時間是不同的，從零點幾μs到上百μs不等，故選用不同指令所用的掃描時間將會不同。而對于一些需要高速處理的信號，則需要特殊的軟、硬件措施來處理。

通用型PLC的硬件的五大組成部分

通用型PLC的硬件基本結(jié)構(gòu)如圖1所示，它是一種通用的可編程控制器，主要由中央處理單元CPU、存儲器、輸入/輸出（I/O）模塊及電源組成。

圖1  通用型PLC的硬件基本結(jié)構(gòu)

主機(jī)內(nèi)各部分之間均通過總線連接?？偩€分為電源總線、控制總線、地址總線和數(shù)據(jù)總線。各部件的作用如下：

 （1）中央處理單元CPU

 PLC的CPU與通用微機(jī)的CPU一樣，是PLC的核心部分，它按PLC中系統(tǒng)程序賦予的功能，接收并存儲從編程器鍵入的用戶程序和數(shù)據(jù)；用掃描方式查詢現(xiàn)場輸入裝置的各種信號狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并存入輸入過程狀態(tài)寄存器或數(shù)據(jù)寄存器中；診斷電源及PLC內(nèi)部電路工作狀態(tài)和編程過程中的語法錯誤等；在PLC進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)后，從存儲器逐條讀取用戶程序，經(jīng)過命令解釋后，按指令規(guī)定的任務(wù)產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號，去啟閉有關(guān)的控制電路；分時、分渠道地去執(zhí)行數(shù)據(jù)的存取、傳送、組合、比較和變換等動作，完成用戶程序中規(guī)定的邏輯運(yùn)算或算術(shù)運(yùn)算等任務(wù)；根據(jù)運(yùn)算結(jié)果，更新有關(guān)標(biāo)志位的狀態(tài)和輸出狀態(tài)寄存器的內(nèi)容，再由輸出狀態(tài)寄存器的位狀態(tài)或數(shù)據(jù)寄存器的有關(guān)內(nèi)容實現(xiàn)輸出控制、制表打印、數(shù)據(jù)通信等功能。以上這些都是在CPU的控制下完成的。PLC常用的CPU主要采用通用微處理器、單片機(jī)或雙極型位片式微處理器。

    （2）存儲器

存儲器（簡稱內(nèi)存），用來存儲數(shù)據(jù)或程序。它包括隨機(jī)存取存儲器（RAM）和只讀存儲器（ROM）。

PLC配有系統(tǒng)程序存儲器和用戶程序存儲器，分別用以存儲系統(tǒng)程序和用戶程序。系統(tǒng)程序存儲器用來存儲監(jiān)控程序、模塊化應(yīng)用功能子程序和各種系統(tǒng)參數(shù)等，一般使用EPROM；用戶程序存儲器用作存放用戶編制的梯形圖等程序，一般使用RAM，若程序不經(jīng)常修改，也可寫入到EPROM中；存儲器的容量以字節(jié)為單位。系統(tǒng)程序存儲器的內(nèi)容不能由用戶直接存取。因此一般在產(chǎn)品樣本中所列的存儲器型號和容量，均是指用戶程序存儲器。

    （3）輸入/輸出（I/O）模塊

    I/O模塊是CPU與現(xiàn)場I/O設(shè)備或其他外部設(shè)備之間的連接部件。PLC提供了各種操作電平和輸出驅(qū)動能力的I/O模塊供用戶選用。I/O模塊要求具有抗干擾性能，并與外界絕緣因此，多數(shù)都采用光電隔離回路、消抖動回路、多級濾波等措施。I/O模塊可以制成各種標(biāo)準(zhǔn)模塊，根據(jù)輸入、輸出點數(shù)來增減和組合。I/O模塊還配有各種發(fā)光二極管來指示各種運(yùn)行狀態(tài)。

    （4）電源

PLC配有開關(guān)式穩(wěn)壓電源的電源模塊，用來對PLC的內(nèi)部電路供電。

（5）編程器

編程器用作用戶程序的編制、編輯、調(diào)試和監(jiān)視，還可以通過其鍵盤去調(diào)用和顯示PLC的一些內(nèi)部狀態(tài)和系統(tǒng)參數(shù)。它經(jīng)過接口與CPU聯(lián)系，完成人機(jī)對話。

編程器分簡易型和智能型兩種。簡易型編程器只能在線編程，它通過一個接口與PLC連接。智能型編程器即可在線編程又可離線編程，還以遠(yuǎn)離PLC插到現(xiàn)場控制站的相應(yīng)接口進(jìn)行編程。智能型編程器有許多不同的應(yīng)用程序軟件包，功能齊全，適應(yīng)的編程語言和方法也較多。

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