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西门子PLC S7-300模块扩展

　一、概述

　　西门子PLC S7-300系列在工业自动化领域应用广泛，是西门子PLC系列的核心产品，它为中小型自动化控制系统提供了解决方案，配置灵活，使用方便，扩展能力强，用户可以根据现场项目的实际需求进行选择和配置。由于中大型自动化项目中控制点数较多，需要控制和监控的设备较多，使用西门子PLC S7-300系列的一组模块有时无法满足要求，这就需要对它的模块进行扩展，从而达到控制系统的控制要求。本文下面就对西门子PLC S7-300系列的模块扩展作一个介绍，供用户进行参考。

　　二、西门子PLC S7-300模块扩展

　　西门子PLC S7-300系列的模块扩展有下列几种方式：

　　1. 西门子PLC S7-300系列使用IM365扩展

　　西门子PLC S7-300系列的CPU配置在一个主机架上面，在CPU后面最多可以扩展8个模块，如果用户需要的模块数量大于8个而且小于16个时，可以通过IM365进行扩展。这种方式的局限性在于，只能采用1组IM365进行扩展，其中1个IM365接到主机架上面，另外1个IM365放置在扩展机架上面。这种方式最多只能扩展1个机架，即最多只能扩展16个模块；

　　2. 西门子PLC S7-300系列采用IM360扩展

　　西门子PLC S7-300系列CPU在主机架上面可以扩展8个模块，这时用户可以通过增加IM360来进行扩展。用户在主机架上面增加IM360后，需要使用IM361进行扩展机架的模块连接，每个IM361也可以扩展8个模块。每个CPU后面带有IM360模块，可以最多扩展3个IM361模块，即每个CPU最多可以扩展到32个模块；IM360和IM361之间需要通过IM368电缆进行连接；

　　3. 西门子PLC S7-300系列采用IM153扩展

　　西门子PLC S7-300系列采用扩展机架时，可以使用IM153模块进行扩展，IM153模块作为扩展机架的接口，每个IM153模块都可以最多扩展8个模块。IM153模块之间通过PROFIBUS DP电缆和PROFIBUS DP插头进行连接。根据CPU类型的不同，每个CPU可以扩展的IM153数量也不同，例如：CPU315-2PN/DP可以最多扩展126个IM153接口模块。

　　三、小结

　　综上所述，西门子PLC S7-300系列具有强大的扩展功能，它能满足用户更多的控制需求。用户为了实现系统的扩展功能，只需要增加相应的接口模块就可以把主机架和扩展机架进行连接，在本文中介绍了几种常用的接口模块扩展方法，用户可以根据实际需求灵活选择。西门子PLC S7-300的扩展功能为更多的自动化控制系统提供了解决方案。如果用户需要更多的了解西门子PLC的相关用法，请联系我们，我们会更好的提供相关技术支持。

可编程序控制器技术当前的8大发展趋势

 可编程序控制器诞生不久即显示了其在工业控制中的重要地位，如日本、德国、法国等国家相继研制成各自的PLC。PLC技术随着计算机和微电子技术的发展而迅速发展，由最初的一位机发展为8位机。随着微处理器CPU和微型计算机技术在PLC中的应用，形成了现代意义上的PLC。现在的PLC产品己使用了16位、32位高性能做处理器，而且实现了多处理器的多通道处理，通讯技术使PLC的应用得到进一步发展。如今，可编程序控制器技术已比较成熟。

 　　目前，世界上有200多个厂家生产可编程序控制器产品，比较著名的厂家有德国的西门子，美国的Rockwell(AB)、通用(GE),日本的三菱、欧姆龙，法国的施耐德等。

   可编程序控制器总的发展趋势是向高集成度、小体积、大容量、高速度、易使用、高性能方向发展。具体表现在以下几个方面：

 　　(1)向小型化、化、低成本方向发展

 　　20世纪80年代初，小型PLC在价格上还高于小系统用的继电器控制装置。随着微电子技术的发展，新型器件大幅度的提高功能和降低价格，使PLC结构更为紧凑，功能不断增加，将原来大、中型PLC才有的功能移植到小型PLC上，如模拟量处理、数据通讯和复杂的功能指令等，但价格不断下降，真正成为继电器控制系统的替代产品。

 　　(2)向大容量，高速度方向发展

 　　大型PLC采用多微处理器系统，有的采用32位微处理器，可同时进行多任务操作，处理速度提高，特别是增强了过程控制和数据处理的功能。另外，存储容量大大增加。

 　　(3)与计算机联系密切

 　　从功能上看，PLC不仅能完成逻辑运算，且计算机的复杂运算功能在PLC中也进一步得到利用，从结构上看，计算机的硬件和技术越来越多地应用到PLC；从语言上看，PLC己不再是单纯用梯形图语言，而且可用多种语言编程，如类似计算机汇编语言的语句表，甚至可直接由计算机高级语言编程；在通讯方面，PLC与计算机可直接相连并进行信息传递。

 　　(4)发展多样化

 　　可编程序控制器发展的多样化体现在3个方面：产品类型、编程语言和应用领域。

 　　(5)模块化

 　　PLC的扩展模块发展迅速。功能明确化、化的复杂功能由专门模块来完成。主机仅仅通过通讯设备向模块发布命令和测试状态，这使得PLC的系统功能进一步增强，控制系统设计进一步简化。

 　　(6)网络与通讯能力增强

 　　计算机与PLC之间以及各个PLC之间的联网和通讯的能力不断增强，使用工业网络可以有效地节省资源、降低成本、提高系统可靠性和灵活性，致使网络的应用有普遍化的趋势。

 　　(7)多样化与标准化

 　　生产PLC产品的各厂家都在大力度地开发自己的新产品，以求*的更大份额。因此产品向多样化方向发展，出现了欧、美、日多种流派。与此同时，为了推动技术标准化的进程。一些国际性组织，如国际电工委员会(IEC)不断为PLC的发展制定一些新的标准，如对各种类型的产品作一定的归纳或定义，或对PLC未来的发展制定一种方向或框架。

 　　(8)工业软件发展迅速

 　　与可编程序控制器硬件技术的发展相适应，工业软件的发展非常迅速，它使系统应用更加简单易行，大大方便了PLC系统的开发人员和操作使用人员。

可编程序控制器的输出单元和输出电路的类型

 可编程序控制器的输出信号类型可以是开关量、模拟量和数字量。输出单元从广义上分包含两部分：一是与被控设备相连接的接口电路，另一部分是输出的映像寄存器。

       PLC运行时CPU从输入映像寄存器读取输入信息并进行处理，将处理结果放到输出映像寄存器。输出映像寄存器由输出点相对应的触发器组成，输出接口电路将其由弱电控制信号转换成现场需要的强电信号输出，以驱动电磁阀、接触器、指示灯等被控设备的执行元件。

 　　输出接口电路通常有三种类型：继电器输出型、晶体管输出型和晶闸管输出则。每种输出电路都采用电气隔离技术，电源由外部提供，输出电流一般为1.5—2A，输出电流的额定值与负载的性质有关。

 　　为使PLC避免受瞬间大电流的作用而损坏，输出端外部接线必须采用保护措施：一是输出公共端接熔断器；二是采用保护电路，对交流感件负载，一般用阻容吸收回路；对直流感性负载用续流二极管。极大部分的PLC的输出端子采用分组式和分隔式。对于晶体管输出型还有源型输出和漏型输出两种形式。极大部分的欧美品牌的PLC采用源型输出，而极大部分的亚洲品牌的PLC采用漏型输出。

PLC工作的全过程——四部分工作介绍

为了满足工业逻辑控制的要求，同时结合计算机控制的特点，PLC的工作方式采用不断循环的顺序扫描工作方式。每一次扫描所用的时间称为扫描周期或工作周期。CPU从*条指令执行开始，按顺序逐条地执行用户程序直到用户程序结束，然后返回*条指令开始新的一轮扫描。PLC就是这样周而复始地重复上述循环扫描的。PLC工作的全过程可用图1所示的运行框图来表示。整个过程可分为以下几个部分：

*部分是上电处理。PLC上电后对系统进行一次初始化，包括硬件初始化和软件初始化，停电保持范围设定及其他初始化处理等。

第二部分是自诊断处理。PLC每扫描一次，执行—次自诊断检查，确定PLC自身的动作是否正常。如CPU、电池电压、程序存储器、I／O和通讯等是否异常或出错，如检查出异常时，CPU面板上的LED及异常继电器会接通，在特殊寄存器中会存入出错代码。当出现致命错误时，CPU被强制为STOP方式，所有的扫描便停止。

图1 PLC运行框图 

第三部分是通讯服务。PLC自诊断处理完成以后进入通讯服务过程。首先检查有无通讯任务，如有则调用相应进程，完成与其他设备的通讯处理，并对通讯数据作相应处理；然后进行时钟、特殊寄存器更新处理等工作。

第四部分是程序扫描过程。PLC在上电处理、自诊断和通讯服务完成以后，如果工作选择开关在RUN位置，则进人程序扫描工作阶段。先完成输入处理，即把输入端子的状态读入输入映像寄存器中，然后执行用户程序，最后把输出处理结果刷新到输出锁存器中。

在上述几个部分中，通讯服务和程序扫描过程是PLC工作的主要部分，其工作周期称为扫描周期。可以看出扫描周期直接影响控制信号的实时性和正确性，为了确保控制能正确实时地进行，在每个扫描周期中，通讯任务的作业时间必须被控制在一定范围内。PLC运行正常时，程序扫描周期的长短与CPU的运算速度、与I/O点的情况、与用户应用程序的长短及编程情况等有关。通常用PLC执行l KB指令所需时间来说明其扫描速度，一般为零点几ms到上百ms。值得注意的是，不同指令其执行时间是不同的，从零点几μs到上百μs不等，故选用不同指令所用的扫描时间将会不同。而对于一些需要高速处理的信号，则需要特殊的软、硬件措施来处理。

通用型PLC的硬件的五大组成部分

通用型PLC的硬件基本结构如图1所示，它是一种通用的可编程控制器，主要由中央处理单元CPU、存储器、输入/输出（I/O）模块及电源组成。

图1  通用型PLC的硬件基本结构

主机内各部分之间均通过总线连接。总线分为电源总线、控制总线、地址总线和数据总线。各部件的作用如下：

 （1）中央处理单元CPU

 PLC的CPU与通用微机的CPU一样，是PLC的核心部分，它按PLC中系统程序赋予的功能，接收并存储从编程器键入的用户程序和数据；用扫描方式查询现场输入装置的各种信号状态或数据，并存入输入过程状态寄存器或数据寄存器中；诊断电源及PLC内部电路工作状态和编程过程中的语法错误等；在PLC进入运行状态后，从存储器逐条读取用户程序，经过命令解释后，按指令规定的任务产生相应的控制信号，去启闭有关的控制电路；分时、分渠道地去执行数据的存取、传送、组合、比较和变换等动作，完成用户程序中规定的逻辑运算或算术运算等任务；根据运算结果，更新有关标志位的状态和输出状态寄存器的内容，再由输出状态寄存器的位状态或数据寄存器的有关内容实现输出控制、制表打印、数据通信等功能。以上这些都是在CPU的控制下完成的。PLC常用的CPU主要采用通用微处理器、单片机或双极型位片式微处理器。

    （2）存储器

存储器（简称内存），用来存储数据或程序。它包括随机存取存储器（RAM）和只读存储器（ROM）。

PLC配有系统程序存储器和用户程序存储器，分别用以存储系统程序和用户程序。系统程序存储器用来存储监控程序、模块化应用功能子程序和各种系统参数等，一般使用EPROM；用户程序存储器用作存放用户编制的梯形图等程序，一般使用RAM，若程序不经常修改，也可写入到EPROM中；存储器的容量以字节为单位。系统程序存储器的内容不能由用户直接存取。因此一般在产品样本中所列的存储器型号和容量，均是指用户程序存储器。

    （3）输入/输出（I/O）模块

    I/O模块是CPU与现场I/O设备或其他外部设备之间的连接部件。PLC提供了各种操作电平和输出驱动能力的I/O模块供用户选用。I/O模块要求具有抗干扰性能，并与外界绝缘因此，多数都采用光电隔离回路、消抖动回路、多级滤波等措施。I/O模块可以制成各种标准模块，根据输入、输出点数来增减和组合。I/O模块还配有各种发光二极管来指示各种运行状态。

    （4）电源

PLC配有开关式稳压电源的电源模块，用来对PLC的内部电路供电。

（5）编程器

编程器用作用户程序的编制、编辑、调试和监视，还可以通过其键盘去调用和显示PLC的一些内部状态和系统参数。它经过接口与CPU联系，完成人机对话。

编程器分简易型和智能型两种。简易型编程器只能在线编程，它通过一个接口与PLC连接。智能型编程器即可在线编程又可离线编程，还以远离PLC插到现场控制站的相应接口进行编程。智能型编程器有许多不同的应用程序软件包，功能齐全，适应的编程语言和方法也较多。

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