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Posso substituir a CPU 301 por CPU 302 do P7C e usar o mesmo programa de aplicação, mesmo que o firmware sejam diferentes.

Você pode substituir uma CPU301 por uma CPU302 do P7C sem problemas, independente do firmware de cada CPU. Porém você deverá mudar o módulo de CPU no seu programa ladder.

Para isto, você deverá no SPDSW, com o programa de aplicação aberto, no menu: Programa > Controlador Programável troque o módulo de CPU301 para CPU302, depois, no editor ladder faça alguma alteração no código, recompile o mesmo e carregue-o na nova CPU302.
att.