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S7-300

概述

S7-300 自動化系統采用模塊化設計。它擁有豐富的模塊，這些模塊可進行各種組合。

系統包含下列組件：

• A CPU:
  不同的 CPU 可用于不同的性能范圍，包括具有集成 I/O 和對應功能的 CPU 以及具有集成 PROFIBUS DP、PROFINET 和點對點接口的 CPU。
• 用于數字量和模擬量輸入/輸出的信號模塊 (SM)。
• 用于連接總線和點對點連接的通信處理器 (CP)。
• 用于高速計數、定位（開環/閉環）及 PID 控制的功能模塊（FM）。

根據具體要求，也可使用下列模塊：

• 負載電源 (PS) 用于將 SIMATIC S7-300 連接到 120/230 V AC 電源電壓。
• 接口模塊 (IM) 用于連接多層配置中的中央控制器 (CC) 和擴展單元 (EU)。
  SIMATIC S7-300 可通過跨 CC 和 3 個 EU 分布的最多 32 個模塊來操作。所有模塊均在外殼中運行，并且無需風扇。
• 適合擴展環境條件的 SIPLUS 模塊：
  適合溫度范圍 -25 至 +60 °C、較高濕度、冷凝和結霜負荷條件。防直接日曬、雨淋或水濺，在防護等級為 IP20 機柜內使用時，可直接在汽車或室外建筑使用。不需要空氣調節的機柜和 IP65 外殼。

設計

S7-300 的簡單設計使其功能多樣，易于維護：

• 安裝模塊：
  只需簡單地將模塊掛在安裝導軌上，轉動到位然后鎖緊螺釘。
• 集成背板總線：
  集成的背板總線；背板總線集成在模塊上。模塊通過總線連接器相連，總線連接器插在外殼的背面。
• 模塊采用機械編碼，更換極為容易：
  更換模塊時，必須擰下模塊的固定螺釘。按下閉鎖機構，可輕松拔下前連接器。前連接器上的編碼裝置防止將已接線的連接器錯插到其他的模塊上。
• 現場證明可靠的連接：
  對于信號模塊，可以使用螺釘型、彈簧型或絕緣刺破型前連接器。
• TOP 連接：
  為采用螺釘型接線端子或彈簧型接線端子連接的 1 線 - 3 線連接系統提供預組裝接線另外還可直接在信號模塊上接線。
• 規定的安裝深度：
  所有的連接和連接器都在模塊上的凹槽內，并有前蓋保護。因此，所有模塊應有明確的安裝深度。
• 無插槽規則：
  信號模塊和通信處理器可以不受限制地以任何方式連接。系統可自行組態。

擴展

如果用戶需要使用 8 個以上插槽來安裝其自動化任務中的信號模塊、功能模塊或通信處理器模塊，則可以將 S7-300（CPU 312 和 CPU 312C 除外）擴展：

• 中央控制器和3個擴展機架最多可連接32個模塊：
  總共可將 3 個擴展裝置（EU）連接到中央控制器（CC）。每個 CC/EU 可以連接八個模塊。
• 通過接口模板連接：
  每個 CC / EU 都有自己的接口模塊。在中央控制器上它總是被插在 CPU 旁邊的插槽中并自動處理與擴展裝置的通信。
  
  • 通過 IM 365 進行擴展：
    1 個擴展裝置最遠擴展距離為 1 米；電源電壓也通過擴展裝置提供。
  • 通過 IM 360/361 擴展：
    3 個擴展裝置， CC 與 EU 之間以及 EU 與 EU 之間的最遠距離為 10m。
• 物理隔離安裝：
  對于單獨的 CC/EU，也能夠以更遠的距離安裝。兩個相鄰 CC/EU 或 EU/EU 之間的距離： 10 m
• 靈活的安裝選件：
  CC/EU 既可以水平安裝，也可以垂直安裝。這樣可以限度滿足空間要求。

通信

S7-300 具有不同的通信接口：

• 連接 AS-Interface、PROFIBUS 和 PROFINET/工業以太網總線系統的通信處理器。
• 用于點到點連接的通訊模塊。
• 多點接口 (MPI)，集成到 CPU 中；
  用于同時連接編程器/PC、HMI 系統和其它 SIMATIC S7/C7 自動化系統的低成本解決方案。

通過 PROFIBUS DP 進行過程通信

SIMATIC S7-300 通過通信模塊或配有集成式 PROFIBUS DP 接口的 CPU 連接到 PROFIBUS DP 總線系統。通過帶有 PROFIBUS DP 主站/從站接口的 CPU，可構建一個高速的分布式自動化系統，并且使得操作大大簡化。

從用戶的角度來看，PROFIBUS DP 上的分布式I/O處理與集中式I/O處理沒有區別（相同的組態，編址及編程）。

以下設備可作為主站連接：

• SIMATIC S7-300 
  （使用帶 PROFIBUS DP 接口的 CPU 或 PROFIBUS DP CP）
• SIMATIC S7-400 
  （使用帶 PROFIBUS DP 接口的 CPU 或 PROFIBUS DP CP）
• SIMATIC C7
  （通過配有 PROFIBUS DP 接口的 C7，或通過 PROFIBUS DP CP）
• SIMATIC S5-115U/H、S5-135U 和 S5-155U/H，帶 IM 308
• SIMATIC 505

出于性能原因，每條線路上連接的主站不得超過 2 個。

以下設備可作為從站連接：

• ET 200 分布式 I/O 設備
• S7-300，通過 CP 342-5
• CPU 313C-2 DP，CPU 314C-2 DP，CPU 314C-2 PN/DP，CPU 315-2 DP，CPU 315-2 PN/DP，CPU 317-2 DP，CPU 317-2 PN/DP 和 CPU 319-3 PN/DP
• C7-633/P DP，C7-633 DP，C7-634/P DP，C7-634 DP，C7-626 DP，C7-635，C7-636
• 現場設備

雖然帶有 STEP 7 的編程器/PC 或 OP 是總線上的主站，但是只使用 MPI 功能，另外通過 PROFIBUS DP 也可部分提供 OP 功能。

通過 PROFINET IO 進行過程通信

SIMATIC S7-300 通過通信模塊或配有集成式 PROFINET 接口的 CPU 連接到 PROFINET IO 總線系統。通過帶有 PROFIBUS 接口的 CPU，可構建一個高速的分布式自動化系統，并且使得操作大大簡化。

從用戶的角度來看，PROFINET IO 上的分布式 I/O 處理與集中式 I/O 處理沒有區別（相同的組態，編址及編程）。

可將下列設備作為 IO 控制器進行連接：

• SIMATIC S7-300 
  （使用配備 PROFINET 接口或 PROFINET CP 的 CPU）
• SIMATIC ET 200 
  （通過帶有 PROFINET 接口的 CPU）
• SIMATIC S7-400
  （使用配備 PROFINET 接口或 PROFINET CP 的 CPU）

可將下列設備作為 IO 設備進行連接：

• ET 200 分布式 I/O 設備
• ET 200S IM151-8 PN/DP CPU, ET 200pro IM154-8 PN/DP CPU
• SIMATIC S7-300 
  （使用配備 PROFINET 接口或 PROFINET CP 的 CPU）
• 現場設備

通過 AS-Interface 進行過程通信

S7-300 具有一個通信模塊 (CP 342-2)，適合連接 AS-Interface 總線的現場設備（AS-Interface 從站）。

更多信息，請參見通信處理器。

通過 CP 或集成接口（點對點）進行數據通信

通過 CP 340/CP 341 通信處理器或 CPU 313C-2 PtP 或 CPU 314C-2 PtP 的集成接口，可經濟有效地建立點到點連接。有三種物理傳輸介質支持不同的通信協議：

• 20 mA (TTY)（僅 CP 340/CP 341）
• RS 232C/V.24（僅 CP 340/CP 341）
• RS 422/RS 485

可連接以下設備：

• SIMATIC S7、SIMATIC S5 自動化系統和其他公司的系統
• 打印機
• 機械手控制裝置
• 掃描器，條碼閱讀器，等

特殊功能塊包括在通信功能手冊的供貨范圍之內。

通過多點接口 (MPI) 實現數據通信

MPI（多點接口）是集成在 SIMATIC S7-300-CPU 中的一個通信接口。可用來簡單地組網。

• MPI 可以同時連接多個配有 STEP 7 的編程器/PC、HMI 系統（OP/OS）、S7-300 和 S7-400。
• 全局數據：
  “全局數據通信”服務可以在聯網的 CPU 間周期性地進行數據交換。一個 S7-300 CPU 可與多達 4 個數據包交換數據，每個數據包含有 22 字節數據，可同時有 16 個 CPU 參與數據交換（使用 STEP 7 V4.x）。
  例如，一個 CPU 可以訪問另一個 CPU 的輸入/輸出。只可通過 MPI 接口進行全局數據通信。
• 內部通信總線（C 總線）：
  CPU 的 MPI 直接與 S7-300 的 C 總線相連。這樣，通過 MPI，可直接從編程器來尋址帶有 C 總線接口的 FM/CP 模塊。
• 功能強大的通信技術：
  
  • 多達 32 個 MPI 節點。
  • 使用 SIMATIC S7-300/-400 的 S7 基本通信的每個 CPU 有多個通信接口。
  • 使用編程器/PC、SIMATIC HMI 系統和 SIMATIC S7-300/400 的 S7 通信的每個 CPU 有多個通信接口。
  • 數據傳輸速率 187.5 kbit/s 或 12 Mbit/s
• 靈活的配置選件：
  使用性能可靠的組件建立 MPI 通信：PROFIBUS 和“分布式 I/O”系列的總線電纜、總線連接器和 RS 485 中繼器。使用這些組件，可以根據需求實現設計的化調整。例如，任意兩個 MPI 節點之間最多可以串入 10 個中繼器以連接更大距離。

通過 CP 進行數據通信

SIMATIC S7-300 通過 CP 342 和 CP 343 通信模塊可以連接到 PROFIBUS 和工業以太網總線系統。

可連接以下設備：

• SIMATIC S7-300
• SIMATIC S7-400
• SIMATIC S5-115U/H、S5-135U、S5-155U/H
• 編程設備
• PC
• SIMATIC HMI 人機界面系統
• 數控
• 機械手控制裝置
• 工業 PC
• 驅動控制裝置
• 其它廠商的設備

S7-300F

S7-300F 能夠以兩種 I/O 設計的方式運行：

• ET 200M 中的 I/O 設計：
  故障安全數字量/模擬量輸入和輸出模塊用于集中式或分布式應用（Cat.4/SIL3 只能與隔離模塊一起使用）
• ET 200S PROFIsafe 中的 I/O 設計：
  故障安全數字量輸入和輸出模塊可用于分布式應用

S7-300

提供有大量功能，支持用戶的S7-300編程、調試和維護等工作。

• 高速指令處理：
  指令執行時間從 4 ns 起，開辟了中低端性能范圍內的全新應用。
• 浮點運算：
  可以高效率地使用浮點運算甚至復數運算功能。
• 用戶友好的參數分配：
  僅需一個帶有統一操作界面的軟件工具，就可以完成所有模塊的參數化工作。這降低了入職門檻和培訓費用。
• 操作員控制與監視 (HMI)：
  用戶友好的 HMI 服務已集成在 S7-300 操作系統中。這些功能不再需要成本高昂的編程工作：SIMATIC HMI系統向SIMATIC S7-300請求過程數據， S7-300 操作系統在期望的更新時間完成這些數據的自動傳輸工作。并且完全使用相同的符號和數據庫。
• 診斷功能：
  CPU 的智能診斷系統持續不斷地檢測系統的功能、記錄錯誤信息和特定的系統事件（例如，時間錯誤、模塊故障等）。這些事件已加上時間標簽并儲存在循環緩沖器內以用于將來故障排除。
• 密碼保護：
  使用密碼保護功能高效、可靠地保護用戶信息，以防受到非授權復制與更改。

SIMATIC S7-300 符合以下國內和國際標準：

• CE 認證
• UL 認證
• CSA 認證
• cULus 認證
• cULus HAZ.LOC. 認證
• FM 認證
• ATEX 認證
• 澳大利亞標志
• IEC 61131
• 船級社認證
  
  • ABS（美國船級社）
  • BV（法國船級社）
  • DNV（挪威船級社）
  • GL（德國勞氏船級社）
  • LRS（英國勞氏船級社）
  • Class NK（日本船級社）

詳細信息，請參閱手冊《SIMATIC S7-300 可編程控制器 S7-300 模塊數據》中的一般技術數據 / 1.1 標準與認證”。

通信

SIMATIC S7-300-CPU 支持以下通信類型：

• 過程通信：
  通過總線（AS-Interface、PROFIBUS DP 或 PROFINET）對 I/O 模塊進行循環尋址（交換過程映像）。從循環執行層調用過程通訊。
• 數據通信：
  在自動化系統之間或 HMI 與多個自動化系統之間進行數據交換。數據通信可循環進行，或在發生特定事件時通過塊從用戶程序調用。

STEP 7的操作界面極為友好，顯著地簡化了用戶的通信功能組態工作。

數據通信

SIMATIC S7-300 支持不同的數據通信機制：

• 使用MPI，通過全局數據通信，實現聯網CPU之間的數據包循環交換。
• 借助通信功能，與其它伙伴完成事件驅動型通信。通過 MPI、PROFIBUS 或 PROFINET 實現網絡連接。

全局數據

通過使用“全局數據通信”服務，聯網的 CPU 可以相互循環交換數據（最多 8 個 GD 數據包，每個循環各含 22 字節）。據此，可以實現，例如，某個CPU訪問另一個CPU的數據、位存儲單元和過程圖像等信息。只能通過 MPI 進行全局數據交換。組態通過 STEP 7 的 GD 表完成。

通信功能

通過系統內集成的塊，可以建立與 S7/C7 伙伴之間的通信服務。

這些服務包括：

• 通過 MPI 進行 S7 基本通訊。
• 通過 MPI、C 總線、PROFIBUS 和 PROFINET/工業以太網進行的 S7 通信。
  可以使用 S7-300：
  • 用作服務器時，使用MPI、C總線和PROFIBUS
  • 作為服務器或客戶端，通過集成的 PROFINET 接口通訊

通過可加載的塊，可以建立與 S5 通信伙伴和西門子設備之間的通信服務。

這些服務包括：

• 通過PROFIBUS和工業以太網進行S5兼容通訊
• 通過 PROFIBUS 和工業以太網進行的標準通訊（非西門子系統）

與全局數據不同的是，必須建立通信連接才能實現通信功能。

集成到 IT 環境中

通過 SIMATIC S7-300，可以簡單地將現代 IT 環境與自動化工程環境相連。使用CP 343-1 Advanced，可以實現以下信息技術功能：

• IP路由；
  借助IP訪問列表，將IP V4報文以不低于Gigabit的速度轉發至受控PROFINET接口。
• Web 服務器；
  使用標準瀏覽器，可以瀏覽大至30 MB可自由定義的HTML網頁；通過FTP處理自己的文件系統中的數據
• 標準診斷頁；
  無需額外工具，就可以在工廠內完成插裝在安裝機架上的所有模塊的快速診斷工作。
• 電子郵件；
  發送直接從用戶程序認證的電子郵件。電子郵件客戶端設計有通知功能，可以在控制程序中直接通知用戶。
• 通過 FTP 進行通信； 
  大多數操作系統平臺上都提供了開放協議
• 設計有30 MB RAM文件系統，可以用作動態數據的中間存儲器。

S7-300 PROFINET CPU 集成有一個 Web 服務器。因此，可以使用標準 Web 瀏覽器讀出 S7-300 站的信息：

• CPU 常規信息
• 診斷緩沖區的內容
• 變量表
• 變量狀態
• 模塊狀態
• 報警
• 有關工業以太網的信息
• PROFINET 節點拓撲

通過用戶定義的頁面，也可經由該 Web 服務器對 S7-300 CPU 執行寫訪問。

等時同步模式

使用系統功能“等時同步模式”，可以同步耦合

• 分布式信號采集、
• PROFIBUS/PROFINET 信號傳輸和
• 程序執行

適合 PROFIBUS/PROFINET 恒定總線循環時間。

創建自動化解決方案，以恒定間隔時間（恒定總線周期時間）來捕捉并處理輸入和輸出信號。同時創建一致的部分過程圖像。

通過分布式 I/O 的恒定總線周期和同步信號處理，S7-300 確保可精確重復和定義的過程響應時間。

提供了大量支持等時同步模式系統功能的組件，可用來處理運動控制、測量值采集和高速控制等領域內的要求苛刻的任務。

在分布式自動化解決方案中，SIMATIC S7-300 可開辟高速處理運算的重要應用領域，實現極高精度和可重復性。這意味著可在提供且恒定的質量的同時提高產量。

模塊的診斷和過程監控

許多SIMATIC S7-300的輸入/輸出模塊具有智能功能：

• 監控信號采集（診斷）
• 監控來自過程的信號（硬件中斷）

診斷

診斷功能可以用來判斷模塊的信號采集（針對數字量模塊）或者模擬量處理（針對模擬模塊）是否工作于無故障狀態。在診斷分析中，必須區分可參數化和不可參數化的診斷消息：

• 可設置參數的診斷消息：
  僅當通過適當參數設置啟用之后，才會發送診斷消息。
• 不可設置參數的診斷消息：
  這些消息是自動發送的，即與參數設置無關。

如果某個診斷消息處于激活狀態（例如，“無傳感器輸入”），則該模塊會觸發一個診斷中斷（如果已為該診斷消息設置了參數，則僅在相應的參數設置之后才會觸發中斷）。CPU 將中斷用戶程序或低優先級任務的處理，并處理相關診斷中斷塊 (OB 82)。

數字量輸入/輸出模塊
診斷消息	可能的故障原因
無傳感器電源	傳感器電源過載 傳感器電源對 M 短路
無外部輔助電壓	模塊無電源電壓 L+
無內部輔助電壓	模塊無電源電壓 L+ 內部模塊熔斷器有故障
熔斷器燒斷	內部模塊熔斷器有故障
模塊中的參數不正確	傳輸到模塊的參數不正確
時間監控功能已經編址（看門狗）	定期出現高電磁干擾 模塊有故障
EPROM 故障	定期出現高電磁干擾 模塊有故障
RAM 故障	定期出現高電磁干擾 模塊有故障
硬件中斷丟失	硬件中斷到來的速度超過 CPU 的處理能力

模擬量輸入模塊
診斷消息	可能的故障原因
無外部負載電壓	模塊無負載電壓 L+
組態/參數設置錯誤	傳輸到模塊的參數不正確
共模錯誤	輸入 (M-) 和測量電路的參考電位 (MANA) 之間的電位差 UCM 過高
斷線	傳感器電路的電阻過高 模塊和傳感器之間的線路中斷 通道未切換（斷開）
低于量程下限	輸入值低于量程，可能動故障原因是： 量程為 4 至 20 mA，1 至 5 伏： 傳感器極性接反； 選擇了錯誤測量范圍 其它測量范圍： 選擇的量程不正確
高于量程上限	輸入值超出過量程值

模擬量輸出模塊
診斷消息	可能的故障原因
無外部負載電壓	模塊無負載電壓 L+
組態/參數設置錯誤	傳輸到模塊的參數不正確
對 M 短路	輸出過載 輸出 QV 對 MANA 短路
斷線	執行器電阻過高 模塊和執行器之間的線路中斷 通道未使用（斷開）

硬件中斷

通過硬件中斷可以監控過程信號，并且可以觸發對信號變化的響應。

• 數字量輸入模塊：
  根據具體參數設置，該模塊可在信號狀態變化的上升沿、下降沿或上升沿和下降沿上為每個通道組觸發硬件中斷。CPU 將中斷用戶程序或低優先級任務的處理，并處理相關診斷中斷塊 (OB 40)。信號模塊可以每個通道緩沖一個中斷。
• 模擬量輸入模塊：
  通過設置上限值和下限值，可以定義工作范圍。模塊將數字化測量值與這些限值進行比較。若測量值違反其中任何一個限值，就會觸發硬件中斷。CPU 將中斷用戶程序或低優先級任務的處理，并處理相關診斷中斷塊 (OB 40)。若限值高于/低于過量程/欠量程值，則不進行進行比較。
  

S7-300F

工作模式

S7-300F 的安全功能包含在 CPU 的 F 程序中，并且位于故障安全信號模塊之內。

信號模塊通過差異分析和測試信號注入來監控輸出和輸入信號。

通過定期自檢、命令測試以及按時間順序執行的邏輯程序執行檢查，CPU 可檢查控制器的運行是否正常。此外，通過狀態監視 (sign-of-life) 請求，還可以檢查 I/O 狀況。

若在系統中診斷出故障，則將系統切換到安全狀態。

編程

CPU 315F 與安全有關的程序采用 STEP 7 語言的梯形圖（LAD）和功能圖（FBD）編制。與運行有關的功能范圍和數據類型均限于在此處設置。編譯時使用特定的格式和參數，可以創建安全相關程序。在單個CPU中，標準程序可以同時與故障安全程序一起運行（共存），無任何限制。

該軟件包的另一個組件是F庫，配有TUV認可的安全相關功能的編程實例。這些編程實例可以更改，但更改必須再次認證。

S7 F分布式安全選項軟件包

編制安全相關的程序段時，必須使用選項軟件包“S7 F Distributed Safety”。該軟件包含有創建 F 程序所需要的全部功能和塊。運行S7 F Distributed Safety必須安裝不低于V5.1SP3版的STEP 7。

一般技術數據
防護等級	IP20，符合 IEC 60529
環境溫度
水平安裝時	0 到 60 °C
垂直安裝時	0 至 40 °C
相對濕度	10 - 95%，無冷凝，相當于相對濕度 (RH)，應力等級 2，符合 IEC 61131 第 2 部分
大氣壓	1080 ～ 795 hPa（相當于海拔 -1000 ～ + 2000 m）
絕緣
< 50 V	500 VDC 測試電壓
< 150 V	2500 V DC 測試電壓
< 250 V	4000 V DC 測試電壓
電磁兼容性	電磁兼容性指令要求； 抗擾性，依據標準 IEC 61000-6-2
脈沖形干擾變量	測試依據： 靜電放電：IEC 61000-4-2； 突發脈沖：IEC 61000-4-4； 浪涌脈沖： IEC 61000-4-5
正弦干擾變量	測試依據： 高頻輻射符合 IEC 61000-4-3， 高頻去耦合符合 IEC 61000-4-6
射頻干擾	干擾輻射：EN 50081-2 根據以下標準進行測試： 根據 EN 55016 進行輻射干擾測試： A 級限值（測量距離為 10 m） 電流電源電磁干擾，EN 55011： A 級限值，組 1
機械負載
抗振性	頻率范圍 10 Hz ≤ f ≤ 58 Hz 連續：振幅 0.0375 mm 間歇：振幅 0.75 mm 頻率范圍 58 Hz ≤ f ≤ 150 Hz 連續：恒定加速度 0.5 g 間歇：恒定加速度 1 g 測試標準 IEC 60068-2-6 測試方法： 5 Hz ≤ f ≤ 9 Hz，恒定振幅 3.5 mm， 9 Hz ≤ f ≤150 Hz，恒定加速度 1 g; 振動持續時間：在 X、Y、Z 三個方向上，各 10 次
抗沖擊性	測試標準 IEC 60068-2-27 測試方法： 半正弦波： 沖擊強度 15 g（峰值），持續時間 11 ms； 沖擊方向：3 個相互垂直軸的每個軸的正、負方向上，各 3 次

手冊

要下載相關的信息資料，請訪問網站：

http://www.automation.siemens.com/infocenter