第2章 西门子S7-300硬件体系架构
2.1 S7-300的系统结构和组成
1.S7-300外形和结构
S7-300采用叠装式结构、DIN标准导轨安装、无风扇设计，配置灵活、安装容易、扩展方便、维护简单。其实物外形如图2-1所示。
图2-1 S7-300外形图
其结构如图2-2所示。
图2-2 S7-300结构图
图中：1—电源模块（可选）；2—后备电池（CPU 313以上）；3—DC 24V连接器；4—模式开关；5—状态和故障指示灯；6—存储器卡（CPU 313以上）；7—MPI多点接口；8—前连接器；9—前门
安装形式分为立式安装和卧式安装两种形式。其示意图如图2-3所示。
图2-3 S7-300安装示意图
2.主要模块及其功能
基于模块化设计的S7-300 PLC系统由导轨（RACK）和各种模块组成。构成系统的主要模块有：中央处理器（CPU）、信号模块（SM）、通信模块（CP）、功能模块（FM）、电源模块（PS）、接口模块（IM），还有特殊模块。如图2-4所示。
图2-4 S7-300组成模块示意图
S7-300的主要组件如表2-1所示。
表2-1 S7-300主要组件
3.S7-300模块的安装
根据不同的应用环境和控制条件，可以选用不同的型号和不同数量的S7-300 模块，并将这些模块安装在一个或多个机架上（与CPU 312IFM和CPU 313 配套的模块只能安装在同一个机架上）。电源模块一般安装在机架的最左边，CPU模块紧接着电源模块。如果有接口模块，一般安装在CPU模块的右侧。除了电源模块、CPU模块、接口模块之外，一个机架上最多只能再安装8个信号模块、通信模块或其他特殊功能模块。因为机架最左侧是1号槽，最右侧是11 号槽。所以，1 号槽位是电源模块，2 号槽位是CPU模块，3 号槽位是接口模块，4～11 号槽位分别是信号模块、通信模块或其他特殊功能模块，可以任意安装，系统自动分配模块地址。
S7-300如果水平安装，CPU和电源当然安装在左面。如果垂直安装，CPU和电源必须安装在底部。保证机架与安装部分的连接电阻很小。在安装时，必须保证间距符合下列要求：（1）机架左右为20mm；
（2）单层组态安装时，上下为40mm；两层组态安装时，上下至少为80mm。多层组态只适用于CPU 314/315/316/318。
温度依赖于安装的位置，PLC控制柜的温度如下：
（1）对于水平安装：0℃～60℃；
（2）对于垂直安装：0℃～40℃。
注意，槽位号只是相对的。当不需要扩展机架时，中央机架上没有接口模块（仍然占用3号槽位），但机架上的CPU模块实际与4号槽的模块是靠在一起的。在实际工程应用中，通常3号槽位上插入一个占位模块，以便以后扩展时只需用接口模块替换该模块，而无须重新安装和连接主机架。
S7-300用背板总线将除电源模块之外的各个模块连接起来。背板总线为插入模块提供内部工作电压，并允许在模块间交换数据。在S7-300 中背板总线是模块化的。模块通过U形总线连接器相连，如图2-5所示。每个模块背后都有一个总线连接器，安装时先将总线连接器插在CPU模块上，并固定在机架上，然后再依次安装各模块。外部接线接在信号模块或其他功能模块的前连接器上，前连接器用插接的方式安装在模块前门后面的凹槽中。
图2-5 S7-300安装示意图
机架是一种专用的不锈钢异型金属导轨。安装时，将模块钩在DIN标准安装导轨上，然后锁紧螺栓即可。机架长度有5种规格，160毫米、530毫米、2000毫米（无孔）、482毫米、830毫米，其中2000毫米DIN导轨可截短以适应特殊长度需要，这5种规格可以根据实际需要选择。
4.PLC系统的扩展
在规模较大的系统中，模块数需要超过8个，在这种情况下，就需要增加扩展机架，如图2-6所示，有些低端的CPU是没有扩展功能的。
图2-6 S7-300的多机架扩展示意图
安装有CPU的机架是中央机架（CR，即Central Rack），或称为主机架。没有安装CPU的机架为扩展机架（ER，即Expansion Rack），必须通过接口模块与中央机架相连。除带CPU的中央机架之外，最多可以再增加3 个扩展机架，每个扩展机架可以插8 个模块（除电源模块、CPU模块、接口模块之外），这样，4个机架总共最多可以安装32个模块。