Cấu trúc PLC S7-300

CẤU TRÚC PLC S7-300
1.TỔNG QUAN	
PLC S7-300 cấu trúc dạng module gồm các thành phần sau:
CPU các loại khác nhau: 312IFM, 312C, 313, 313C, 314, 314IFM, 314C, 315, 315-2 DP, 316-2 DP, 318-2, 
Module tín hiệu SM xuất nhập tín hiệu tương đồng /số: SM321, SM322, SM323, SM331, SM332,SM334, SM338, SM374
Module chức năng FM 
Module truyền thông CP
Module nguồn PS307 cấp nguồn 24VDC cho các module khác, dòng 2A, 5A, 10A
Module ghép nối IM: IM360, IM361, IM365
Các module được gắn trên thanh rây như hình dưới, tối đa 8 module SM/FM/CP ở bên phải CPU, tạo thành một rack, kết nối với nhau qua bus connector gắn ở mặt sau của module . Mỗi module được gán một số slot tính từ trái sang phải, module nguồn là slot 1, module CPU slot 2, module kế mang số 4 
	Nếu có nhiều module thì bố trí thành nhiều rack (trừ CPU312IFM và CPU313 chỉ có một rack), CPU ở rack 0, slot 2, kế đó là module phát IM360, slot 3, có nhiệm vụ kết nối rack 0 với các rack 1, 2, 3, trên mỗi rack này có module kết nối thu IM361, bên phải mỗi module IM là các module SM/FM/CP. Cáp nối hai module IM dài tối đa 10m. Các module được đánh số theo slot và dùng làm cơ sở để đặt địa chỉ đầu cho các module ngõ vào ra tín hiệu. Đối với CPU 315-2DP, 316-2DP, 318-2 có thể gán địa chỉ tùy ý cho các module
	Mỗi địa chỉ tương ứng với một byte. Với các module số địa chỉ một ngõ vào hay ra là x.y, x là địa chỉ byte, y có giá trị từ 0 đến 7. Ví dụ module SM321 DI 32 có 32 ngõ vào gắn kế CPU slot 4 có địa chỉ là I0.y, I1.y, I2.y, I3.y, I là ký hiệu chỉ ngõ vào số. Module analog có địa chỉ theo word, ví dụ module SM332 AO4 có 4 ngõ ra analog gắn ở slot 5 rack 1 có địa chỉ PQW400, PQW402, PQW404, PQW406, ngõ ra số có ký hiệu là Q còn ngõ vào analog ký hiệu là PIW.
Các CPU 312IFM, 314 IFM, 31xC có tích hợp sẵn một số module mở rộng
CPU 312IFM, 312C: 10 ngõ vào số địa chỉ I124.0 I124.7, I125.1; 6 ngõ ra số Q124.0Q124.5.
CPU 313C: 24 DI I124.0..126.7, 16DO Q124.0..125.7, 5 ngõ vào tương đồng AI địa chỉ 752..761, hai ngõ ra AO 752..755 
CPU 314IFM: 20 ngõ vào số I124.0  I126.3; 16 ngõ ra số Q124.0 Q125.7; 4 ngõ vào tương đồng PIW128, PIW130, PIW132, PIW134; một ngõ ra tương đồng PQW128.
2. MODULE CPU
	Các module CPU khác nhau theo hình dạng chức năng, vận tốc xử lý lệnh. Loại 312IFM, 314IFM không có thẻ nhớ. Loại 312IFM, 313 không có pin nuôi. Loại 315-2DP, 316-2DP, 318-2 có cổng truyền thông DP. Các đèn báo có ý nghĩa sau:
SF ... (đỏ) ... lỗi phần cứng hay mềm,
BATF ... (đỏ) ... lỗi pin nuôi,
DC5V ... (lá cây) ... nguồn 5V bình thường,
FRCE ... (vàng ) ... force request tích cực 
RUN ... (lá cây) ... CPU mode RUN ; LED chớp lúc start-up w. 1 Hz; mode HALT w. 0.5 Hz
STOP mode ... (vàng) ... CPU mode STOP hay HALT hay start-up; LED chớp khi memory reset request 
BUSF ... (đỏ) ... lỗi phần cứng hay phần mềm ở giao diện PROFIBUS 
Khóa mode có 4 vị trí:
	RUN-P chế độ lập trình và chạy
	RUN chế độ chạy chương trình
	STOP ngừng chạy chương trình
	MRES reset bộâ nhớ
	Thẻ nhớ có thể có dung lượng từ 16KB đến 4MB, chứa chương trình từ PLC chuyển qua và chuyển chương trình ngược trở lại cho CPU.
Pin nuôi giúp nuôi chương trình và dữ liệu khi bị mất nguồn (tối đa 1 năm), ngoài ra còn nuôi đồng hồ thời gian thực. Với loại CPU không có pin nuôi thi cũng có một phần vùng nhớ được duy trì.
Thông qua cổng truyền thông MPI (MultiPoint Interface) có thể nối : máy tính lập trình, màn hình OP (Operator panel) , các PLC có cổng MPI (S7-300, M7-300, S7-400, M7-400, C7-6xx), S7-200, vận tốc truyền đến 187.5kbps (12Mbps với CPU 318-2, 10.2 kbps với S7-200) . Cổng Profibus –DP nối các thiết bị trên theo mạng Profibus với vận tốc truyền lên đến 12Mbps.
Các vùng nhớ của PLC
Vùng nhớ chương trình (load memory) chứa chương trình người dùng (không chứa địa chỉ ký hiệu và chú thích) có thể là RAM hay EEPROM trong CPU hay trên trên thẻ nhớ.
Vùng nhớ làm việc (working memory) là RAM, chứa chương trình do vùng nhớ chương trình chuyển qua; chỉ các phần chương trình cần thiết mới được chuyển qua, phần nào không cần ở lại vùng nhớ chương trình , ví dụ block header, data block 
Vùng nhớ hệ thống (system memory) phục vụ cho chương trình người dùng, bao gồm timer , counter, vùng nhớ dữ liệu M, bộ nhớ đệm xuất nhập
Trên CPU 312IFM và 314 IFM vùng nhớ chương trình là RAM và EEPROM; các CPU khác có pin nuôi, vùng nhớ chương trình là RAM và thẻ nhớ. Khi mất nguồn hay ở chế độ MRES ( reset bộ nhớ) RAM sẽ bị xóa. Một số vùng nhớ của RAM ( timer, counter, vùng nhớ M, khối dữ liệu..) có thể khai báo là lưu giữ (retentive) bằng phần mềm S7 để chuyển các vùng này sang bộ nhớ lưu giữ (NVRAM non volative )ù dù không có pin nuôi, kích thước cụ thể tùy loại CPU.
Bảng sau cho một số thông số chính của các CPU
Thông số 
CPU 312IFM
CPU 313
CPU 314
CPU 314IFM
Working memory
6KB
12KB
24KB
32KB
Load memory
20KBRAM
20KBEEPROM
20KBRAM
up to 4MB FEPROM (memory card)
40KB
up to 4MB FEPROM (memory card)
48KB RAM
48KBEEPROM
Vận tốc
0.7ms/1000 lệnh nhị phân
0.7ms/1000 lệnh nhị phân
0.3ms/1000 lệnh nhị phân
0.3ms/1000 lệnh nhị phân
Data Memory
1KB
Retentivity adjustable MB0..MB71
Preset MB0..MB15
2KB
Retentivity adjustable MB0..MB71
Preset MB0..MB15
2KB
Retentivity adjustable MB0..MB255
Preset MB0..MB15
2KB
Retentivity adjustable MB0..MB143
Preset MB0..MB15
Counter
adjustable Retentivity
C0..C31
Preset C0..C7
adjustable Retentivity C0..C63
Preset C0..C7
adjustable Retentivity C0..C63
Preset C0..C7
Adjustable Retentivity C0..C63
Preset C0..C7
Timer
T0..T63 no retentivity
T0..T127
Adjustable Retentivity
 T0..T31
Preset: no
T0..T127
Adjustable Retentivity
 T0..T127
Preset: no
T0..T127
Adjustable Retentivity
 T0..T71
Preset: no
Digital inputs
10 integrated + 128
128
512
496 + 20 integrated
Digital outputs
6 integrated + 128
128
512
496 +16 integrated
Analog inputs
32
32
64
64 + 4 integrated
Analog outputs
32
32
64
64 + 1 integrated
Process image input
I0.0.. I127.7
I0.0.. I127.7
I0.0.. I127.7
Process image output
Q0.0 ..Q127.7
Q0.0 ..Q127.7
Q0.0 ..Q127.7
3. Module IM
	Module IM360 gắn ở rack 0 kế CPU dùng để ghép nối với module IM361 đặt ở các rack 1, 2, 3 giúp kết nối các module mở rộng với CPU khi số module lớn hơn 8. Cáp nối giữa hai rack là loại 368.
	Trong trường hợp chỉ có hai rack, ta dùng loại IM365.
4. Module tín hiệu
Module vào số có các loại sau:
SM 321; DI 32 _ 24 VDC
SM 321; DI 16 _ 24 VDC
SM 321; DI 16 _ 120 VAC, 4*4 nhóm
SM 321; DI 8 _ 120/230 VAC, 2*4 nhóm
SM 321; DI 32 _ 120 VAC 8*4 nhóm
 	Module ra số: 
SM 322; DO 32 _ 24 VDC/0.5 A, 8*4 nhóm
SM 322; DO 16 _ 24 VDC/0.5 A, 8*2 nhóm
SM 322; DO 8 _ 24 VDC/2 A, 4*2 nhóm
SM 322; DO 16 _ 120 VAC/1 A, 8*2 nhóm
SM 322; DO 8 _ 120/230 VAC/2 A, 4*2 nhóm
SM 322; DO 32_ 120 VAC/1.0 A, 8*4 nhóm
SM 322; DO 16 _ 120 VAC ReLay, 8*2 nhóm
SM 322; DO 8 _ 230 VAC Relay, 4*2 nhóm
SM 322; DO 8 _ 230 VAC/5A Relay,1*8 nhóm
Module vào/ ra
SM 323; DI 16/DO 16 _ 24 VDC/0.5 A
SM 323; DI 8/DO 8 _ 24 VDC/0.5 A
Module Analog in
Module analog in có nhiều ngõ vào, dùng để đo điện áp, dòng điện, điện trở ba dây, bốn dây, nhiệt độ. Có nhiều tầm đo, độ phân giải, thời gian chuyển đổi khác nhau. Cài đặt thông số hoạt động cho module bằng phần mềm S7- Simatic 300 Station – Hardware và/hoặc chương trình người dùng sử dụng hàm SFC 55, 56, 57 phù hợp (xem mục ) và/hoặc cài đặt nhờ mo±dulle tầm đo (measuring range module) gắn trên module SM. Kết quả chuyển đổi là số nhị phân phụ hai với bit MSB là bit dấu. 
- SM331 AI 2*12 : module chuyển đổi hai kênh vi sai áp hoặc dòng, hoặc một kênh điện trở 2/3/4 dây, dùng phương pháp tích phân, thời gian chuyển đổi từ 5ms đến 100ms, độ phân giải 9, 12, 14 bit + dấu, các tầm đo như sau: ±80 mV; ±250 mV; ± 500 mV; ±1000 mV; ± 2.5 V; ± 5 V;1 .. 5 V; ± 10 V; ± 3.2 mA; ± 10 mA; ± 20 mA; 0 .. 20 mA; 4 ..20 mA. Điện trở 150 W; 300 W; 600 W; Đo nhiệy độ dùng cặp nhiệt E, N, J, K, L, nhiệt kế điện trở Pt 100, Ni 100. Các thông số mặc định đã được cài sẵn trên module, kết hợp với đặt vị trí của module tầm đo (bốn vị trí A, B, C, D) nếu không cần thay đổi thì có thể sử dụng ngay.
SM331, AI 8*12 bit , 8 kênh vi sai chia làm hai nhóm, độ phân giải 9 (12, 14 ) bit + dấu
SM331, AI 8*16 bit , 8 kênh vi sai chia làm 2 nhóm , độ phân giải 15 bit + dấu
Module Analog Out:
Cung cấp áp hay dòng phụ thuộc số nhị phân phụ hai
SM332 AO 4*12 bit: 4 ngõ ra dòng hay áp độ phân giải 12 bit, thời gian chuyển đổi 0.8 ms .
SM332 AO 2*12 bit
SM332 AO 4*16 bit
Module Analog In/Out
SM 334; AI 4/AO 2 * 8 Bit
SM334; AI 4/AO 2* 12 Bit
Module chức năng FM
FM350-1 : đếm xung một kênh
FM350-2 : đếm xung tám kênh
FM351, 353, 354, 357-2 : điều khiển định vị 
FM352: bộ điều khiển cam điện tử
FM355: bộ điều khiển hệ kín