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應用

S7-300

SIMATIC S7-300 是模塊化的微型 PLC 系統，可滿足中、低端的性能要求。

模塊化、無風扇設計、易于實現分布式結構以及方便的操作,使得 SIMATIC S7-300 成為中、低端應用中各種不同任務的經濟、用戶友好的解決方案。

SIMATIC S7-300 的應用領域包括：

• 特殊機械，
• 紡織機械，
• 包裝機械，
• 一般機械設備制造，
• 控制器制造，
• 機床制造，
• 安裝系統，
• 電氣與電子工業及相關產業。

多種性能等級的 CPU，具有用戶友好功能的全系列模塊，可允許用戶根據不同的應用選取相應模塊。任務擴展時，可通過使用附加模塊隨時對控制器進行升級。

SIMATIC S7-300 是一個通用的控制器：

• 具有高電磁兼容性和抗震性，可最大限度地用于工業領域。

S7-300F

SIMATIC S7-300F 故障安全自動化系統可使用在對安全要求較高的設備中。其可對立即停車過程進行控制，因此不會對人身、環境造成損害。

S7-300F 滿足下列安全要求：

• 要求等級 AK 1 - AK 6 符合 DIN V 19250/DIN V VDE 0801
• 安全要求等級 SIL 1 - SIL 3 符合 IEC 61508
• 類別 1 - 4 符合 EN 954-1

另外，標準模塊還可用在 S7-300F 及故障安全模塊中。因此它可以創建一個全集成的控制系統，在非安全相關和安全相關任務共存的工廠中使用。使用相同的標準工具對整個工廠進行組態和編程。

設計

S7-300

一般步驟

S7-300自動化系統采用模塊化設計。它擁有豐富的模塊，且這些模塊均可以獨立地組合使用。

一個系統包含下列組件：

• 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）。

根據要求，也可使用下列模塊：

• 用于將 SIMATIC S7-300 連接到 120/230 V AC 電源的負載電源模塊(PS)。
• 接口模塊 (IM)，用于多層配置時連接中央控制器 (CC) 和擴展裝置 (EU)。
  通過分布式中央控制器 (CC) 和 3 個擴展裝置 (EU)，SIMATIC S7-300 可以操作多達 32 個模塊。所有模塊均在外殼中運行，并且無需風扇。
• SIPLUS 模塊可用于擴展的環境條件：
  適用于 -25 至 +60℃ 的溫度范圍及高濕度、結露以及有霧的環境條件。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

簡單的結構使得 S7-300 使用靈活且易于維護：

• 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。
• 集成的背板總線：
  背板總線集成到模塊里。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

若用戶的自動化任務需要 8 個以上的 SM、FM 或 CP 模塊插槽時，則可對 S7-300（除 CPU 312 和 CPU 312C 外）進行擴展：

• 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 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。
• 單獨安裝：
  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：長達 10m。
• 靈活的安裝選項：
  CC/EU 既可以水平安裝，也可以垂直安裝。這樣可以最大限度滿足空間要求。

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信處理器
• 多點接口 (MPI), 集成在 CPU 中；
  是一種經濟有效的方案，可以同時連接編程器/PC、人機界面系統和其它的 SIMATIC S7/C7 自動化系統。

PROFIBUS DP進行過程通信

SIMATIC S7-300 通過通信處理器或通過配備集成 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
  （通過帶 PROFIBUS DP 接口的 CPU 或 PROFIBUS DP CP）
• SIMATIC S7-400
  （通過帶 PROFIBUS DP 接口的 CPU 或 PROFIBUS DP CP）
• SIMATIC C7
  （通過帶 PROFIBUS DP 接口的 C7 或 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 and 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 通過通信處理器或通過配備集成 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
  （使用配備 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 所配備的通信處理器 (CP 342-2) 適用于通過 AS-Interface 總線連接現場設備（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

• SIMATIC S7、SIMATIC S5 自動化系統和其他公司的系統
• 打印機
• 機器人控制
• 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。

使用多點接口 (MPI) 進行數據通信

MPI（多點接口）是集成在 SIMATIC S7-300 CPU 上的通信接口。它可用于簡單的網絡任務。

• 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，可以允許一個 CPU 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-bus)：
  CPU 的 MPI 直接連接到 S7-300 的 C 總線。因此，可以通過 MPI 從編程器直接找到與 C 總線連接的 FM/CP 模塊的地址。
• 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
• 靈活的組態選項：
  可靠的組件用于建立 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優化調整。例如，任意兩個MPI節點之間最多可以開啟10個中繼器，以橋接更大的距離。

通過 CP 進行數據通信

SIMATIC S7-300 通過 CP 342 和 CP 343 通信處理器可以連接到 PROFIBUS 和工業以太網總線系統。

可以連接以下設備：

• SIMATIC S7-300
• SIMATIC S7-400
• SIMATIC S5-115U/H、S5-135U 和 S5-155U/H
• 編程器
• PC 機
• SIMATIC HMI 人機界面系統
• 數控裝置
• 機器人控制
• 工業PC
• 驅動控制器
• 其它廠商設備

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

功能

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。

• 高速執行指令：
  指令執行時間最低可達0.01 µs，為中低端性能設備開創了全新的應用方案。
• 浮點數運算：
  可以高效率地使用浮點運算甚至復數運算功能。
• 用戶友好的參數賦值：
  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。
• 人機界面（HMI）：
  S7-300的操作系統已經集成了用戶友好的人機界面服務。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在期望的更新時間完成這些數據的傳輸工作。SIMATIC S7-300的操作系統可以自主地完成傳輸過程。并且*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、記錄故障信息和特定的系統事件（例如，時間錯誤、模塊故障等）。采用環境緩沖區記錄事件信息，并帶有時間截，以利于今后的故障排除。
• 口令保護:
  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符合的國家標準和國際標準有：

• DIN
• UL 認證
• CSA 認證
• FM class 1 div. 2；組別：A、B、C 和 D （溫度組別：T4（≤135°C））
• ATEX 認證
• 澳大利亞標志
• 以下船級社資格認證
  • 美國船級社
  • 法國船級社
  • 挪威船級社
  • 德國船級社
  • 英國勞氏船級社
  • 日本船級社（NK）
• 抗震

通訊

SIMATIC S7-300的CPU 支持以下通信類型：

• 過程通訊：
  對于通過總線（AS-接口、PROFIBUS DP 或者 PROFINET）實現循環尋址的I/O模塊（互換過程圖像）。從循環執行層調用過程通訊。
• 數據通訊：
  用于自動化系統間或多個自動化系統與HMI之間的數據交換。數據通信循環地進行，也可以基于事件驅動通過塊由用戶程序發起。

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。

數據通訊

SIMATIC S7-300擁有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。網絡連接通過MPI、PROFIBUS或PROFINET實現。

全局數據

借助“全局數據通信”服務，聯網CPU彼此之間可以循環地交換數據（最多可達8 GD 數據包，每周期22個字節）。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。

通訊功能

使用系統已經集成的塊，可以建立S7/C7伙伴之間的通信服務。

這些服務是：

• 通過 MPI 進行 S7 基本通訊。
• 通過 MPI、C 總線、PROFIBUS 和 PROFINET/工業以太網的 S7 通訊。
  S7-300 可以用于：
  • 用作服務器時，使用MPI、C總線和PROFIBUS
  • 用作服務器或客戶端時，使用集成式PROFINET接口

使用reloadable塊，可以建立與S5伙伴和非西門子設備之間的通信服務。

這些服務是：

• 通過 PROFIBUS 和工業以太網進行的 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，對于通信功能，必須為其建立通信連接。

集成到 IT 領域中

借助自動化工程組態，使用S7-300，可以更加方便地接入現代化的信息技術世界。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。
• E-mail；
  直接從用戶程序中發送認證電子郵件。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 進行通訊；
  大多數操作系統平臺都可以使用的開放協議
• 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Web服務器。因此，標準Web瀏覽器可以讀出S7-300站中的信息：

• CPU 一般信息
• 診斷緩沖區的內容
• 變量表
• 標簽狀態
• 模塊的狀態
• 報文
• 工業以太網的相關信息
• PROFINET 節點的拓撲結構

等時模式

使用系統功能“同步模式”，可以同步耦合

• 分布式信號采集、
• PROFIBUS 信號傳輸和
• 程序執行

總線周期時間的程序運行。

創建了自動化解決方案，可以以固定間隔時間（常量總線周期時間）捕捉并處理輸入和輸出信號。同時創建了前后*的部分過程圖像。

借助常量總線周期時間和分布式I/O同步信號處理技術，S7-300確保可以精確地重現規定的過程響應時間。

為同步模式系統功能提供了極為豐富的支持組件，可以處理運動控制、測量值采集和高速控制等領域的苛刻任務。

在分布式自動化解決方案中，目前的SIMATIC S7-300開始涉足重要的高速加工處理應用領域，并確保可以獲得最高的精度和可重現性。這意味著可以以穩定的優質產品不斷地擴大生產數量。

模塊的診斷和過程監視

SIMATIC S7-300的大量輸入/輸出模塊都具有智能功能：

• 信號采用的監控（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*狀態。在診斷分析中，必須區分可參數化和非參數化診斷消息：

• 可參數賦值的診斷報文：
  僅由合適的設定參數啟用之后才會發出診斷消息。
• 不可參數賦值的診斷報文：
  這些消息的發出是一個常規事件，即該過程與參數化無關。

如果某個診斷消息處于激活狀態（例如“無傳感器輸入”），則模塊會發起一個診斷中斷（若已經為該診斷消息設置了參數，則僅在相應的參數化過程之后才會產生中斷）。CPU會中斷用戶程序或較低優先級任務的執行，并接下來執行相關的診斷中斷塊（OB 82）。

清晰讀出

光學字符識別系統已經*改變了全球郵件處理的方式。但是該技術在其他領域也有很大的潛力，其應用范圍不斷擴大，目前包括交通和安全系統、弱視者閱讀輔助裝置，等等。

郵遞員和藥劑師有一點相同之處：這兩種人都有“解碼”的能力，可以辨別出哪怕是寫得最糟糕的字。但是，隨著新的學習技術的驚人進展，現在開發出的機器可以自動識別出各式各樣的手寫體。

幫助實現這一切的技術就是光學字符識別，或者OCR。西門子產品經理Peter Schindler自豪地說：“就地址識別而言，我們是全球市場*。”這里提到的這種能力不是識別印刷體的能力，因為任何一種掃描儀都可以做到這一點，真正值得驕傲的是識別手寫體的能力。Schindler預計，全球有將近一半的郵件分揀設備都在使用西門子的OCR技術。這些識別系統的全球市場銷售額現在大概是10億美元，西門子負責生產此設備的是其旗下的交通集團，占有35%的*。

西門子的OCR開發人員正在逐步提高該項技術的準確度。Matthias Schulte-Austum是位于德國康斯坦茨的西門子交通集團負責圖像預處理和目標識別的團隊的技術經理，他說：“我們新推出的產品系列ARTread，可以識別90%至95%的手寫地址。”但是系統要做的遠遠不止識別亂七八糟的手寫地址。它還要自動識別信封上所有的相關信息——比如地址的修改、寄信人在信封邊上寫下的注釋，甚至郵票的金額。郵政自動化系統還需要準確地認出寄信人的指示——例如，如果某個地址查無此人，是否要將信件退回寄信人。

總體目標就是最大限度提升自動化水平。Schulte-Austum解釋說：“我們希望自動提取和特定項目相關的所有信息，從而盡可能減少手工勞動。”

不管是用于讀取食品保質期，還是識別車牌號以支持道路通行費定價（右上），或者在隧道中執行限速政策，光學字符識別應用于眾多領域。

這類系統有著巨大的發展潛力，尤其是在俄羅斯、印度、中國和阿拉伯國家。西門子康斯坦茨創新中心的專家Ingolf Rauh指出：“我們開發出的算法可以閱讀每一種文字，不管是斯拉夫語文字、漢字還是阿拉伯文字。其實最近我們還在一場阿拉伯語手寫體閱讀競賽中獲獎。”這場競賽的內容包括準確無誤地識別突尼斯眾多小鎮的名字。

光學字符識別的原理始終基于相同的法則，那就是用實踐證明較為有效的方法去訓練系統，在學習過程中，讓它們比較不同來源的數以千計的手寫數字和字母，并進行準確的歸類。

Rauh解釋說：“我們很快就認識到，這種技術的潛在應用領域很廣。正因為如此，我們決定探索OCR技術的各種應用可能性，包括涉及全新市場的應用。”

道路掃描。道路通行費定價系統中的車輛牌照識別，正是這樣一個新市場。例如，西門子的Sicore系統使用安裝了圖像處理軟件的攝像頭，可以快速識別出街上、高速路上疾馳而過的車輛的車牌號，這種系統就在英國得到了應用。在英國，像倫敦這樣的城市已經實施了征收交通擁堵費的措施。攝像頭自動顯示經過擁堵地段的車牌號，并與中央數據庫中記錄的數據比對核實，確保這些車輛的司機已經在收費系統進行登記。

還有一種應用是使用攝像頭自動記錄限速路段的車牌號。和雷達不同的是，這種攝像頭可測量車輛在一個較長的路段的平均速度。這樣，系統就能夠判斷司機在隧道里是否車速過快。Stephan von der Nüll在西門子交通集團負責研發新技術和新產品，他說：“利用我們的攝像技術，我們和英國的西門子ITS合作開發出一種名叫Safezone的系統，它是*套可用于在城區進行車速監控的系統。”Safezone很快即將面世。

隧道安全。在德國聯邦教育與研究部開展的一個項目的框架內，相關部門正在評估Safezone系統的擴展應用，其目標是自動識別卡車上的危險品標識。標識是橙色的，包含兩個數字。*個數字標識危險品的類別，第二個表示危險品本身。

“如果能夠自動識別這些標識，那么隧道和橋梁的安全性將得以提高，”von der Nüll說。舉例來說，根據項目計劃，如果一輛運載氫氣的卡車和一輛運載氧氣的車輛離得太近的話，系統將自動關閉隧道。載運危險品的卡車在駛入隧道前，系統還能夠很快確認這里是否剛剛發生了事故。

將來，經過改進的OCR技術有可能在各處得以應用。它可以自動識別食品的保質期和藥品，就像識別汽車和電子行業中印在電路板上的生產批號和序列號一樣。弱視人群也可從中受益，因為OCR系統能夠為他們讀信、讀書，甚至讀出超市里的食品標簽。