西门子PROFIBUS插头

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SIMATIC人机界面（HMI）从西门子S7-300是模块化小型PLC系统，能满足中等性能要求的应用。各种单独的模块之间可进行广泛组合构成不同要求的系统。与S7-200 PLC比较，西门子S7-300是模块化小型PLC系统，能满足中等性能要求的应用。各种单独的模块之间可进行广泛组合构成不同要求的系统。与S7-200 PLC比较，S7-300 PLC采用模块化结构，具备高速（0.6~0.1μs）的指令运算速度；用浮点数运算比较有效地实现了更为复杂的算术运算；一个带标准用户接口的软件工具方便用户给所有模块进行参数赋值；方便的人机界面服务已经集成在S7-300操作系统内，人机对话的编程要求大大减少。S7-300 PLC采用模块化结构，具备高速（0.6~0.1μs）的指令运算速度；用浮点数运算比较有效地实现了更为复杂的算术运算；一个带标准用户接口的软件工具方便用户给所有模块进行参数赋值；方便的人机界面服务已经集成在S7-300操作系统内，人机对话的编程要求大大减少。S7-300中取得数据，S7-300按用户的刷新速度传送这些数据。

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西门子S7-300 PLC的编程软件是STEP 7。 用户程序由组织块(OB)、功能块(FB,FC)、数据块(DB)构成。 OB是系统操作程序与用户应用程序在各种条件下的接口界面，用于控制程序的运行。OB1是主程序循环块，在任何情况下，它都是需要的。功能块(FB,FC)实际上是用户子程序，分为带“记忆”的功能块FB和不带“记忆”的功能块FC。前者有一个数据结构与该功能块的参数表*相同的数据块(DB)附属于该功能块,并随着功能块的调用而打开，随着功能块的结束而关闭。该附属数据块(DB)叫做背景数据块，存在背景数据块中的数据在FB块结束时继续保持，也即被“记忆”。功能块FC没有背景数据块，当FC完成操作后数据不能保持。数据块(DB)是用户定义的用于存放数据的存储区。 S7 CPU还提供标准系统功能块(SFB,SFC)。

西门子S7-300 PLC简介

2.1 PLC技术的概念及发展过程

2.1.1 PLC技术的概念

PLC即可编程控制器（Programmable logic Controller），是指以计算机技术为基础的新型工业控制装置。PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。

2.1.2 PLC技术的发展历史

*以来，计算机控制和传统PLC控制一直是工业控制领域的两种主要控制方法，PLC自1969年问世以来，以其功能强、可靠性高、使用方便、体积小等优点在工业自动化领域得到迅速推广，成为工业自动化领域中竞争力的控制工具。但传统的PLC体系结构是封闭的，各个PLC厂家的硬件体系互不兼容，编程语言及指令系统各异，用户选择了一种PLC产品后，必须选择与其相应的控制规程，学习特定的编程语言，不利于终端用户功能的扩展。近年来，工业自动化控制系统的规模不断扩大，控制结构更趋于分散化和复杂化，需要更多的用户接口。同时，企业整合和开放式体系的发展要求自动控制系统应具有强大的网络通讯能力，使企业能及时地了解生产过程中的诸多信息，灵活选择解决方案，配置硬件和软件。此外为了扩大控制系统的功能，许多新型传感器被加装到控制单元上。

我国工业控制自动化的发展道路，大多是在引进成套设备的同时进行消化吸收，然后进行二次开发和应用。目前我国工业控制自动化技术、产业和应用都有了很大的发展，我国工业计算机系统行业已经形成。工业控制自动化技术正在向智能化、网络化和集成化方向发展。

2.1.3 PLC的发展趋势

1、功能向增强化和专业化的方向发展，针对不同行业的应用特点，开发出专业化

的PLC产品。以此来提高产品的性能和降低产品的成本，提高产品的易用性和专业化水平。

2、规模向小型化和大型化的方向发展，小型化是指提高系统可靠性基础上，产品的体积越来越小，功能越来越强；大型化是指应用在工业过程控制领域较大的应用市场，应用的规模从几十点扩展到上千点，应用功能从单一的逻辑运算扩展几乎能满足所有的用户要求。

3、系统向标准化和开放化方向发展，以个人计算机为基础，在windows平台上开发符合全新一体化开放体系结构的PLC。通过提供标准化和开放化的接口，可以很方便地将PLC接入其它系统[2]。

2.2 PLC的功能特点

2.2.1 PLC的功能

随着自动化技术、计算机技术及网络通信技术的迅速发展，PLC的功能日益增多。它不仅能实现单机控制，而且能实现多机群控制；不仅能实现逻辑控制，还能实现过程控制、运动控制和数据处理等，其主要功能如下：

1、开关量逻辑控制

这是PLC的zui基本的功能。PLC具有强大的逻辑运算能力，它提供了与、或、非等各种逻辑指令，可实现继电器触点的串联、并联和串并联等各种连接的开关控制，常用于取代传统的继电器控制系统。使用PLC提供的定时、计数指令，可实现定时、计数功能，其定时值和计数值既可由用户在编程时设定，也可用数字拨码开关来设定，其值可进行在线修改，操作十分灵活方便。

2、模拟量控制

在工业生产过程中，有许多连续变化的量，如温度、压力、流量、液位和速度等都是模拟量。PLC提供了各种智能模块，如模拟量输入模块、模拟量输出模块、模拟量输入输出模块、热电阻用模拟量输入模块、热电阻用模拟量输出模块等，通过使用这些模块，把现场输入的模拟量经A/D转换后送CPU处理；而CPU处理的数字结果，经D/A转换成模拟量去控制被控设备，以完成对连续量的控制。

3、闭环过程控制

使用PLC不仅可以对模拟量进行开环控制，而且还可以进行闭环控制。配置PID

控制单元或模块，对控制过程中某一变量（如速度、温度、电流、电压等）进行PID控制。

4、定时、定位、计数控制

PLC具有定时控制的功能，它为用户提供了若干个定时器，定时器的时间可以由用户在编写程序时设定，也可以用拨盘开关在外部设定，实现定时或延时控制。定位控制是PLC*的控制功能之一。PLC提供了定位模块、脉冲输出模块等智能模块，以实现各种需求的定位控制。PLC具有计数控制的功能，它为用户提供了若干个计数器或高速计数模块。计数器的计数值可以由用户在编写程序时设定，也可以用拨盘开关在外部设定，实现计数控制。

5、顺序（步进）控制

在工业控制中，选用PLC实现顺序控制，可以采用IEC规定的用于顺序控制的标准化语言——顺序功能图进行设计，可以用移位寄存器和顺序控制指令编写程序。

6、网络通信

现代PLC具有网络通信的功能，它既可以对远程I/O进行控制，又能实现PLC与计算机之间的通信，从而构成“集中管理，分散控制”的分布式控制系统，实现工厂自动化。PLC通过RS232接口可与各种RS232设备进行通信。PLC还可与其它智能控制设备（如变频器、数控装置）实现通信。PLC与变频器组成联合控制系统，可提高交流电动机的自动化控制水平。

7、数据处理

现代PLC具有数学运算（含矩阵运算、函数运算、逻辑运算）、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。 这些数据可以与存储在存储器中的参考值比较，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能传送到别的智能装置，或将它们打印制表[2]。

2.2.2 PLC的特点

1、通用性强、灵活性好、功能齐全

PLC是专为在工业环境下应用而设计的，具有面向工业控制的鲜明特点。通过选配相应的控制模块便可适用于各种不同的工业控制系统。同时，由于PLC采用存储逻辑，其控制逻辑以程序方式存储在内存中，当生产工艺改变或生产设备更新时，不必改变

PLC的硬件，只需改变程序，改变控制逻辑，其连线少，体积小，加之PLC中每只软继电器的触点数理论上无限制，因此，灵活性和扩展性都很好。

2、可靠性高、抗*力强

为了确保PLC在恶劣的工业环境下能可靠的工作。在设计中强化了PLC的抗*力，使之能抗诸如电噪声、电源波动、振动、电磁干扰等的干扰。PLC能承受电网电压的变化，可直接由交流市电供电，直接取自电控箱电源。即使在电源瞬间断电的情况下，仍可正常工作。PLC在设计、生产过程中除了对元器件严格筛选外，硬件和软件还采用屏蔽、滤波。光电隔离和故障诊断、自动恢复等措施，有的PLC还采用了冗余技术等，进一步增强了PLC的可靠性。

3、编程简单、使用方便

PLC在基本控制方面采用梯形图语言进行编程，这种梯形图是与继电器控制电路图相呼应的，形式简单、直观性强，广大电气人员容易接受。用梯形图编程出错率比汇编语言低得多。梯形图、流程图、语句表之间可以有条件的相互转换，使用极其方便。

4、模块化结构、安装简单、调试方便

PLC的各个部件，包括CPU、电源、I/O等均采用模块化结构设计，由机架和电缆将各模块连接起来，由于配置灵活，使扩展、维护更加方便。另外，PLC的接线十分方便，只需将输入信号的设备（如按钮、开关等）与PLC的输入端子相连，将接受控制的执行元件（接触器、电磁阀等）与输出端子相连即可。调试工作大部分是室内调试，用模拟开关模拟输入信号，其输入状态和输出状态可以观察PLC上相应的发光二极管，可以根据它进行测试、排错和修改[2]。

2.3 西门子S7-300 PLC

2.3.1 S7-300的系统结构

S7-300 PLC是模拟式中小型PLC，电源、CPU和其他模块都是独立的，可以通过U形总线把电源（PS）、CPU和其他模块紧密固定在西门子S7-300的标准轨道上。每个模块都有一个总线连接器，后者插在各模块的背后。电源模块总是安装在机架的zui左边，CPU模块紧靠电源模块。CPU的右边是可以选择的IM接口模块，如果只用主架导轨而没有使用扩展支架可以不选择IM接口模块。

S7编程软件组态主架导轨硬件时，电源，CPU和IM分别放在导轨的1号槽、2号

槽和3号槽上。一条导轨共有11个槽号：1号槽至11号槽，其中4号槽至11号槽可以随意放置除电源、CPU和IM以外的其他模块。如：DI（数字量输入）、DO（数字量输出）、AI（模拟量输入）、AO（模拟量输出）、FM（功能模块）和CP（通信模块）等[3]。

2.3.2 S7-300 CPU模块

CPU模块是控制系统的核心，负责系统的*控制责任，存储并执行程序，实现通信功能，为U形总线提高5V电源。

CPU有4种操作模式：STOP（停机），STARTUP（启动），RUN（运行）和HOLD（保持）。在所有的模式中，都可以通过MPI接口与其他设备通信。

S7-300的CPU模块大致可以分为以下几类：

1、6种紧凑型CPU，带有集成的功能和I/O：CPU 312C、313C、313C-PtP、313C-2DP、314C-PtP和314C-2DP。

2、革新的标准型CPU：CPU 312、314和315-2DP。

3、5种标准的CPU：CPU 313、314、315、315-2DP和316-2DP。

4、户外型CPU：CPU 312 IFM、314 IFM、314户外型和315-2DP。

5、大容量型CPU：317-2DP和CPU 318-2DP。

6、主从接口安全型CPU：CPU 315F-2DP[3]。

2.3.3 S7-300的模拟量输入模块

在生产过程中有大量的连续变化的模拟量需要用PLC来测量或控制。有的是非电量，例如温度、压力、流量物体的成分和频率等。有的是强电量，例如发电机组的电流、电压、有功功率和无功功率等。变送器用于将传感器提供的电量或非电量转换成标准的量程的直流电流和直流电压信号，例如DC1~5V和DC4~20mA。

模拟量输入模块用于将模拟量信号转换为CPU内部处理用的数字信号，其主要组成部分是A/D转换器。模拟量输入模块的输入信号一般都是模拟量变送器输出的标准量程的直流电压，直流电流信号。

模拟量输入/输出模块中模拟量对应的数字称为模拟值，模拟值用16位二进制补码来表示zui高位为符号位。模拟量输入模块的模拟值与百分数表示的模拟量之间的对应关系为：双极性模拟量量程的上下限(和-)分别对应模拟值27648和-27648。单极性模拟量量程的上下限(和0%)分别对应于模拟值27648和0[3]。

PLCS7-300/CPU312，32K内存(S7-300CPU模板）

PLCS7-300/CPU312C，32K内存 10DI/6DO(S7-300CPU模板）

PLCS7-300/CPU313C，64K内存 24DI/16DO / 4AI/2AO(S7-300CPU模板）

PLCS7-300/CPU313C-2PTP，64K内存 16DI/16DO(S7-300CPU模板）

PLCS7-300/CPU313C-2DP，64K内存 16DI/16DO(S7-300CPU模板）

PLCS7-300/CPU314,96K内存(S7-300CPU模板）

PLCS7-300/CPU314C-2PTP 96K内存 24DI/16DO / 4AI/2AO(S7-300CPU模板）

PLCS7-300/CPU314C-2DP 96K内存 24DI/16DO / 4AI/2AO(S7-300CPU模板）

PLCS7-300/CPU315-2DP, 128K内存(S7-300CPU模板）

PLCS7-300/CPU315-2 PN/DP, 256K内存(S7-300CPU模板）

PLCS7-300/CPU317-2DP,512K内存(S7-300CPU模板）

PLCS7-300/CPU317-2 PN/DP,1MB内存(S7-300CPU模板）

PLCS7-300/CPU319-3 PN/DP,1.4M内存(S7-300CPU模板）

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网络部件 
OSM/ESM 
6GK1 105-2AA10 工业以太网OSM  ITP62 (六个ITP口) 
6GK1 105-2AB10 工业以太网OSM  TP62 (六个RJ45口)
6GK1 105-2AE00 工业以太网OSM  TP22 (二个RJ45口)
6GK1 105-4AA00 工业以太网OSM  BC08 (八个BFOC口)
6GK1 105-3AA10 工业以太网ESM  (八个ITP口)
6GK1 105-3AB10 工业以太网ESM  (八个RJ45口)
6GK1 105-3AC00 工业以太网ESM  (四个RJ45口)
OMC/ELS 
6GK1 100-2AB00 工业以太网OMC TP11 (多模光纤)
6GK1 100-2AC00 工业以太网OMC TP11-LD (单模光纤)
6GK1 102-6AA00 工业以太网ELS  TP40   (二个RJ45口)
6GK1 102-6AB00 工业以太网ELS  TP40M  (二个RJ45口)
6GK1 102-7AA00 工业以太网ELS  TP80  (八个RJ45口)
SCALANCE X005入门级交换机 
6GK5 005-0BA00-1AA3 X005(五个RJ45口)
6GK5 005-0BA00-1CA3 X005(五个RJ45口),工作温度-40至70摄氏度
SCALANCE X100非网管型交换机 
6GK5 104-2BB00-2AA3 X104-2(四个RJ45口，两个BFOC)
6GK5 106-1BB00-2AA3 X106-1(六个RJ45口，一个BFOC)
6GK5 108-0BA00-2AA3 X108(八个RJ45口)(星型连接）
6GK5 112-2BB00-2AA3 X112-2(12个RJ45口，2个BFOC)
6GK5 116-0BA00-2AA3 X116(16个RJ45口)(星型连接）
6GK5 124-0BA00-2AA3 X124(24个RJ45口)(星型连接）
SCALANCE X200网管型交换机    
6GK5 204-2BB00-2AA3 X204-2(四个RJ45口，两个BFOC，PROFINET)
6GK5 206-1BB10-2AA3 X206-1(六个RJ45口，一个BFOC，PROFINET)
6GK5 208-0BA10-2AA3 X208(八个RJ45口,PROFINET）
6GK5 208-0HA00-2AA6 X208PRO （八个RJ45口，防护等级：IP65）
6GK5 216-0BA00-2AA3 X216(16个RJ45口,PROFINET）
6GK5 224-0BA00-2AA3 X224(24个RJ45口,PROFINET）
6GK5 204-0BA00-2BA3 X204IRT （四个RJ45口）
6GK5 202-2BB00-2BA3 X202-2IRT （二个RJ45口，两个BFOC）
SCALANCE X300增强型可网管交换机 
6GK5 308-2FL00-2AA3 X308-2 （1个10/100/1000M RJ45口，7个10/100M RJ45口,两个1000M SC 接口）
6GK5 310-0FA00-2AA3 X308-2 （3个10/100/1000M RJ45口，7个10/100M RJ45口）
SCALANCE X400千兆模块化交换机 
6GK5 414-3FC00-2AA2 X414-3E 交换机底板,2个1000M RJ45口,12个100M RJ45口,可搭配介质模块和扩展模块
6GK5 408-2FD00-2AA2 X408-2 交换机底板,4个1000M RJ45口,4个100M RJ45口,可搭配介质模块
6GK5 491-2AB00-8AA2 介质模块,两个百兆多模光纤端口-BFOC接口
6GK5 491-2AC00-8AA2 介质模块,两个百兆单模光纤端口-BFOC接口
6GK5 492-2AL00-8AA2 介质模块,两个千兆多模光纤端口-SC接口
6GK5 492-2AM00-8AA2 介质模块,两个千兆单模光纤端口-SC接口
6GK5 495-8BA00-8AA2 扩展模块,八个百兆RJ45接口
6GK5 496-4MA00-8AA2 带有4个可插入介质模块槽位的扩展模块
软件 
6GK1 716-1CB64-3AA0 S7-CP1613/Windows NT 4.0，2000网卡驱动程序
6GK1 716-1TB64-3AA0 TF-CP1613/Windows NT 4.0，2000网卡驱动程序
6GK1 716-1PB62-3AA0 PG-CP1613/Windows NT 4.0，2000网卡驱动程序
6GK1 716-0HB64-3AA0 S7-REDCONNECT/Windows NT 4.0，2000网卡冗余软件
6GK1 704-1CW64-3AA0 S7-SOFTNET/Windows 2006 网卡驱动程序
6GK1 704-1PW64-3AA0 PG-SOFTNET/Windows 2006 网卡驱动程序
6GK1 970-1BA10-0AA1 西门子工业以态网手册
6GK1 970-5CA20-0AA1 西门子PROFIBUS网络手册
6GK1 975-1AA00-3AA0 西门子网络电器手册（通讯，产品等）
6GK1 500-0AA10 PROFIBUS总线端子 9.6-12000 K BIT/S，带1.5M连接电缆
6GK1 500-0AB00 PROFIBUS总线端子 9.6-1500 K BIT/S，带3.0M连接电缆
6GK1 500-0DA00 PROFIBUS总线端子 有PG接口，带1.5M连接电缆
6GK1 901-0FB00-0AA0 
6ES7901-4BD00-0XA0 3米连接电缆  
6XV1831-2L 紫色拖缆 可弯曲3百万次