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西門子PLC S7-300的CPU、輸入輸出模塊及其線性化
S7-300 CPU的分類
1．緊湊型CPU：CPU312C，313C，313C-PtP，313C-2DP，314C-PtP和314C-2DP。各CPU均有計數、頻率測量和脈沖寬度調制功能。有的有定位功能，有的帶有I/O。
2．標準型CPU：CPU312，CPU313，314，315，315-2DP和316-2DP。
3．戶外型CPU：CPU312IFM，314IFM，314戶外型和315-2DP。在惡劣的環境下使用。
4．CPU：317-2DP和CPU318-2DP。
5．故障安全型CPU：CPU315F。
S7-300的輸入/輸出模塊
輸入/輸出模塊統稱為信號模塊(SM)。
前連接器插在前蓋后面的凹槽內。一個編碼元件與之嚙合，該連接器只能插入同類模塊。
兩線式接近開關的漏電流小于輸入模塊允許的靜態電流，匯點輸入的電流流進輸入模塊，反之為源輸入電路。
S7-200站選用224XP，其中Port0作為Modbus通信口，Port1用于與筆記本的CP5512通信。其中Reg_num位數為1-2040。下表為Micro 'n Power中S7-200作為Modbus RTU從站通信功能碼。下表為Micro 'n Power中S7-200作為Modbus RTU從站通信功能碼。
SM323是S7-300的數字量輸入輸出模塊，8DI/8DO，16DI/16DO。
表2-13SM331模擬量輸入模塊的模擬值
范圍 | 雙極性 | |||||
百分比 | 十進制 | 十六進制 | ±5V | ±10 V | ±20 mA | |
上溢出 | 118.515% | 32767 | 7FFFH | 5.926 V | 11.851V | 23.70 mA |
超出范圍 | 117.589% | 32511 | 7EFFH | 5.879 V | 11.759V | 23.52 mA |
正常范圍 | 100.000% | 27648 | 6C00H | 5V | 10 V | 20 mA |
0 % | 0 | 0H | 0V | 0 V | 0mA | |
-100.000% | - 27648 | 9400H | -5V | - 10 V | -20 mA | |
低于范圍 | -117.593% | - 32512 | 8100H | -5.879 V | - 11.759 V | -23.52 mA |
下溢出 | -118.519% | - 32768 | 8000H | -5.926 V | - 11.851 V | -23.70 mA |
范圍 | 單極性 | |||||
百分比 | 十進制 | 十六進制 | 0~10 V | 0~20 mA | 4~20 mA | |
上溢出 | 118.515% | 32767 | 7FFFH | 11.852 V | 23.70 mA | 22.96mA |
超出范圍 | 117.589 | 32511 | 7EFFH | 11.759 V | 23.52 mA | 22.81mA |
正常范圍 | 100.000% | 27648 | 6C00H | 10 V | 20 mA | 20 mA |
0 % | 0 | 0H | 0 V | 0 mA | 4 mA | |
低于范圍 | - 17.593 % | - 4864 | ED00H | - 3.52 mA | 1.185mA |
模擬值的精度小于15 位，則模擬值左移，左對齊。
【例2-2】壓力變送器的量程為0～10MPa，輸出信號為4～20mA，模擬量輸入模塊的量程為4～20mA，轉換后的數字量為0～27 648，設轉換后得到的數字為N，試求以kPa為單位的壓力值。
解：0～10MPa(0～10 000kPa)對應于轉換后的數字0～27 648，
首先創建發送和接收數據塊 DB1 和 DB2，定義成 101 個字節的數組，如圖 5 所示。西門子S7-300與S7-200SMART之間的以太網S7通信-硬件及網絡組態圖4 STEP7 項目中插入S7-300站點設置CPU 315-2PN/DP的IP地址：192.168.0.1，如圖5所示。本文以采用1個315-2PN/DP，1個S7-200 SMART PLC為例，介紹它們之間的S7通信。
轉換公式為P=10000XN/27648（kPa）
注意：在運算時一定要先乘后除，否則可能會損失原始數據的精度。
圖2-13量程卡
【例2-3】某發電機的電壓互感器的變比為10kV/100V（線電壓），電流互感器的變比為1000A/5A，功率變送器的額定輸入電壓和額定輸入電流分別為AC100V和5A，額定輸出電壓為DC±10V，模擬量輸入模塊將DC±10V輸入信號轉換為數字 27648和-27649。設轉換后得到的數字為N，求以kW為單位的有功功率值。
解：根據互感器額定值計算的原邊有功功率額定值為
1.7321X10000X1000=17321KW
由以上關系不難推算出互感器原邊的有功功率與轉換后的數字之間的關系為17321/27648=0.62648kW/字。轉換后的數字為N時，對應的有功功率為0.6265N(kW)，如果以kW為單位顯示功率P，使用定點數運算時的計算公式為
P=NX6265/10000（kW）
【例2-4】用于測量鍋爐爐膛壓力（-60Pa～60Pa）的變送器的輸出信號為4～20mA，模擬量輸入模塊將0～20mA轉換為數字0～27648，設轉換后得到的數字為N，試求以0.1Pa為單位的壓力值。
解：4～20mA的模擬量對應于數字量5530～27648，即-600～600（0.1Pa）對應于數字量5530～27648，壓力的計算公式應為
1．EX系列數字量模擬量輸入/輸出模塊
EX模塊在化工等行業使用。將外部的本質-安全設備（用于有爆炸危險區域的傳感器和執行器）與PLC非本質-安全內部回路隔離。
2．F系列數字量模擬量輸入/輸出模塊
這些模塊具有故障安全運行的集成安全功能，在ET200M分布式I/O或S7-300F中使用。用于連接有爆炸危險區域的設備。
S7-300的功能模塊
1．計數器模塊
模塊的計數器均為0～32位或31位加減計數器，可以判斷脈沖的方向，模塊給編碼器供電。達到比較值時發出中斷。可以2倍頻和4倍頻計數。有集成的DI/DO。
FM350-1是單通道計數器模塊，可以檢測高達500kHz的脈沖，有連續計數、單向計數、循環計數3種工作模式。FM350-2和CM35都是8通道智能型計數器模塊。
2．位置控制與位置檢測模塊
FM351雙通道定位模塊用于控制變級調速電動機或變頻器。FM353是步進電機定位模塊。FM354伺服電機定位模塊。FM357可以用于多4個插補軸的協同定位。FM352高速電子凸輪控制器，它有32個凸輪軌跡，13個集成的DO，采用增量式編碼器或式編碼器。
SM338超聲波傳感器檢測位置，無磨損、保護等級高、精度穩定不變。
3．閉環控制模塊
FM355閉環控制模塊有4個閉環控制通道，有自優化溫度控制算法和PID算法。
4．稱重模塊
SIWAREXU稱重模塊是緊湊型電子稱，測定料倉和貯斗的料位，對吊車載荷進行監控，對傳送帶載荷進行測量或對工業提升機、軋機超載進行安全防護等。
SIWAREXM稱重模塊是有校驗能力的電子稱重和配料單元，可以組成多料稱系統，安裝在易爆區域。
5．電源模塊
PS307電源模塊將120/230伏交流電壓轉換為24V直流電壓，為S7-300/400、傳感器和執行器供電。輸出電流有2A、5A或10A3種。電源模塊安裝在DIN導軌上的插槽1。
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