【正文】 西門子 S7300 PLC 與 STEP 7 軟件設(shè)計的自動藥片裝瓶機系統(tǒng)。因此能大大減少控制器所需之硬件空間。隨著科學(xué)技術(shù)日新月異的發(fā)展，特別是大規(guī)模集成電路的問世和微處理機技術(shù)的應(yīng)用，出現(xiàn)了可編程序控制器（ PLC），使電氣控制技術(shù)進入了一個嶄新的階段。 6 運用西 門子 S7300 系列 PLC 編程 ..................................................... 錯誤 !未定義書簽。 3 S7300 的內(nèi)部資源 .............................................................................. 錯誤 !未定義書簽。這一控制系統(tǒng)的實現(xiàn) 和應(yīng)用，充分體現(xiàn)了 PLC 系統(tǒng)在工業(yè)現(xiàn)場的應(yīng)用，以及根據(jù)設(shè)計和不同的需求改變數(shù)據(jù)和狀況，還可以使其應(yīng)用的范圍更加廣泛。它采用一類可編程的存儲器，用于器內(nèi)部存儲程序，執(zhí)行邏輯運算，順序控制，定時，計數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過市值或模擬式輸入 /輸出控制各類的機械或生產(chǎn)過程。 PLC基于電子計算機，且適用于工業(yè)現(xiàn)場工作的電控制電路。 本文明確 基于西門 子 S7300 PLC 與 STEP 7 軟件的 自動藥片裝瓶機控制系統(tǒng)的設(shè)計方案。 5 S7300PLC 指令系統(tǒng)的基本知識 ........................................................ 錯誤 !未定義書簽。 7 調(diào)試 ................................................................................................................................... 34 致 謝 ............................................................................................................................................ 35 參考文獻 ....................................................................................................................................... 36 前 言 無錫科技職業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 3 當(dāng)前科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展，電氣控制 在 工業(yè)自動化 生產(chǎn)過程、科學(xué)研究和其它產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域中起到的至關(guān)重要的作用。 PLC 是以微處理技術(shù)、電子技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)和先進可靠的工業(yè)手段為基礎(chǔ)，綜合了計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信和自動控制技術(shù)的一種新型的通用的自動控制裝置。實際上 PLC 執(zhí)行階梯圖程式的運作方式是逐行的先將階梯圖程式碼以掃描方式讀入 CPU 中并最后執(zhí)行控制運作。第 1 章闡述PLC 的發(fā)展、特點、組成及工作原理；第 2 章分析 S7300 PLC 的硬件系統(tǒng)及內(nèi)部資源；第 3章應(yīng)用 STEP 7 軟件設(shè)計的自動藥片裝瓶機系統(tǒng)。它采用可以編制程序的存儲器， 用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、計時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。它通過用戶存儲的應(yīng)用程序來控制生產(chǎn)過程，具有可靠性高、穩(wěn)定性和實時處理能力強的優(yōu)點。使不熟悉計算機的人也能方便地使用，并提出十項招標指標。由于當(dāng)時主要用于順序控制，只能進行邏輯運算，故稱為可編程序邏輯控制器（ Programmable Logic Controller，簡稱PLC）。 ” 進入 80 年代，隨著微電子技術(shù)和計算機技術(shù)的迅猛發(fā)展，也使得 PLC 逐步形成了具有特色的多種系列產(chǎn)品。 同計算機的發(fā)展類似，目前 PLC 正朝著兩個方向發(fā)展。二是朝著大型、高速、多功能和多層分布式全自動網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。 PLC 的用途與特點 （ 1）、 PLC 的用途 目前， PLC在國內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工 、 電力、建材、機械制造、汽車、輕紡、交通運輸、環(huán)保及文化娛樂等各個行業(yè)，使用情況大 致可歸納為如下幾類。為了使可編程控制器處理模擬量，必須實現(xiàn)模擬量（ Analog）和數(shù)字量（ Digital）之間的 A/D 轉(zhuǎn)換及 D/A轉(zhuǎn)換。世界上各主要 PLC廠家的產(chǎn)品幾乎都有運動控制功能，廣泛用于各種機械、機床、機器人、電梯等場合 。大中型 PLC都有 PID模塊，目前許多小型 PLC 也具有此功能模塊。這些數(shù)據(jù)可以與存儲在存儲器中的參考值比較，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能傳送到別的智能裝置，或?qū)⑺鼈兇蛴≈票?。新近生產(chǎn)的 PLC 都具有通信接口，通信非常方便?？梢院?不夸張地說，到目前為止，沒有任何一種工業(yè)控制設(shè)備可以有 PLC 這樣高的可靠性。 ② 、環(huán)境適應(yīng)性強 PLC 具有良好的環(huán)境適應(yīng)性，可應(yīng)用于十分惡劣的工業(yè)現(xiàn)場。 ③ 、靈活通用 在完成一個控制任務(wù)時， PLC 具有很高的靈活性。 ④ 、使用方便、維護簡單 PLC 控制的輸入模塊、輸出模塊和特殊功能模塊都具有即插即用功能，連接十分容易。 PLC 控制系統(tǒng)的維護非常簡單，利用 PLC 的診斷功能和監(jiān)控功能，可以迅速查找到故障點，對大多數(shù)故障都可以及時予以排除。 PLC 用存儲邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設(shè)備外部的接線，使控制系統(tǒng)設(shè)計及建造的周期大為縮短，同時維護也變得容易起來。 由于體積小很容易裝入機械內(nèi)部，是實現(xiàn)機電一體化的理想控制設(shè)備。 PLC 的硬件組成 無錫科技職業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 7 PLC 本身就是一臺適合工業(yè)現(xiàn)場使用的專用計算機，其硬件組成有下面 7 個部分，如圖11 所示。 隨機存貯器（ RAM）由一系列寄存器陣組成，每位寄存器可以代表一個二進制數(shù)，在剛開始工作時，它的狀態(tài)是隨機的，只有經(jīng)過置“１”或清“０”的操作后，它的狀態(tài)才確定。 只讀存貯器有兩種。只讀存貯器主要用來存貯程序。直流 5V 電源供 PLC 內(nèi)部使用，直流 24V電源除供內(nèi)部使用外還可以供輸入 /輸 出單元和各種傳感器使用。 外部設(shè)備接口 無錫科技職業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 8 PLC 的外部設(shè)備主要有編程器、操作面板、文本顯示器和打印機等。 外部設(shè)備接口可以把上述外部設(shè)備與 CPU 連接，以完成相應(yīng)的操作。 I/O 擴展接口 擴展接口用于擴展輸入 /輸出單元，它使 PLC 的控制規(guī)模配置更加靈活，這種擴展接口實際上為總線形式，可以配置開關(guān)量的 I/O 單元，也可配置模擬量和高速計數(shù)等特殊 I/O 單元及通信適配器等。也可以采用微機輔助編程，許多 PLC 廠家為自己的產(chǎn)品設(shè)計了計算機輔助編程軟件，運用這些軟件可以編輯、修改用戶程序，監(jiān)控系統(tǒng)的運行，打印文件，采集和分析數(shù)據(jù)，在屏幕上顯示系統(tǒng)運行狀態(tài)，對工業(yè)現(xiàn)場和系統(tǒng)進行仿真等 。 PLC 的軟件組成 無錫科技職業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 9 PLC 的軟件由 系統(tǒng)程序和用戶程序兩大部分組成。第二部分為用戶指令解釋程序，將 PLC 的編程語言變?yōu)闄C器語言指令，再由 CPU 執(zhí)行。三是系統(tǒng)自檢程序，包括系統(tǒng)出錯檢驗，用戶程序語法檢驗、句法檢驗、警戒時鐘運行等。 （ 3）、標準程序模塊與系統(tǒng)調(diào)用程序 標準程序模塊與系統(tǒng)調(diào)用程序由許多獨立的程序塊組成，各塊程序有不同的功能，有的完成輸入、輸出處理，有的完成特殊運算等。 用戶程序 用戶程序即應(yīng)用程序，是 PLC 的使 用者針對具體控制對象編制的應(yīng)用程序。編程語言可以是語句表、梯形圖或狀態(tài)流程圖（功能圖）。如圖 12 所示。 要強調(diào)的是，引入“能流”概念，僅僅是為了和繼電接觸器控制系統(tǒng)相比較，告訴人們?nèi)绾蝸砝斫馓菪螆D各輸出點的動作，實際上并不存在這種“能流”。 例如：圖 13 圖 13 （ 3）、狀態(tài)流程圖（功能圖）編程 狀態(tài)流程圖（ SFC）編程是一種較新的方法，他是用“功能圖”來表達一個順序控制過程，是一種圖形化的編程方法。主要包括：用戶程序、數(shù)據(jù)塊和參數(shù)塊。用戶程序的結(jié)構(gòu)比較簡單，一個完整的用戶控制程序應(yīng)當(dāng)包含一個主程序、若干子程序和若干中斷程序三大部分，不同編程設(shè)備對各程序塊的安排方法也不同。編程語言甚至工作原理都與個人計算機有所不同。 CPU 進行的初始化工作包括清除內(nèi)部繼電器區(qū)、復(fù)位所有的計時器和檢查 I/O 單元的連接等。該過程所占用的時間為 T1。 （ 5）、輸入信號刷新過程 輸入信號刷新過程為輸入處理過程。 T4和 PLC 所帶的輸入模塊的種類和點數(shù)的多少有關(guān)。輸出繼電器的內(nèi)部觸點的動作由輸出映像寄存器的內(nèi)容決定。輸出處理過程將輸出映像寄存器的通 /斷狀態(tài)向輸出鎖存寄存器傳送，成為 PLC 的實際輸出。 可以看出， PLC 的掃描周期 T 和上述各個過程的關(guān)系為： T=T1+T2+T3+T4+T5+T6 掃描周期 T 在控制過程中是一個比較重要的技術(shù)指標。目前可達到的通信速率依具體設(shè)備不同在 ~45M之間。因此能大大減少控制器所需之硬件空間。輸出線圈之運算結(jié)果則存入內(nèi)存中對應(yīng)之位置，暫不反應(yīng)至輸出端Yn。 PLC 的中斷和子程序調(diào)用過程 PLC 除了循環(huán)掃描工作方式 外，還有中斷和子程序調(diào)用工作方式 。本章介紹 S7300 系列 PLC 系統(tǒng)的構(gòu)成，編程用的元器件，尋址方式等。 其系統(tǒng)構(gòu)成如圖 21所示 。電源模塊、 CPU 及其他信號模塊都可方便地安裝在導(dǎo)軌上。 PS 305 電源模塊是直流供電， PS 307 是交流供電。 表 21 電源模塊在 非正常工作狀態(tài)下的反應(yīng) 如果 則 24V直流指示燈 輸出電流過載 I＞ 電壓跌落，電壓自動恢復(fù) 閃爍 3A＜ I＜=（穩(wěn)態(tài)） 電壓下降，縮短使用壽命 輸出短路 輸出電壓 0V；短路故障排除后，電壓自動恢復(fù) 暗 在一次側(cè)過電壓 可能徹底毀壞 —— 無錫科技職業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 14 在一次側(cè)欠電壓 自動切斷；欠電壓排除后，電 壓自動恢復(fù) 暗 （ 3）、 中央處理單元模塊 (CPU) CPU 是 PLC 系統(tǒng)的運算控制核心。 （ 4）、 接口模塊 (IM) 接口模塊用于多機架配置時連接主機架（或稱中央機架、 CR）和擴展機架（ ER）。通過連接電纜將數(shù)據(jù)從 IM360 傳送到 IM361 或從 IM361 傳送到 IM361； IM360 與 IM361 之間的最大距離為 10m； IM361 與 IM361 之間的最大距離為 10m。 模擬量輸入模塊 可以輸入熱電阻、熱電偶、 DC4~20mA 和 DC0~10V 等多種不同類型和不同量程的模擬信號。 下面重點介紹 CP3425DP 模塊 。CP3425 DP 應(yīng)用于 S7300 系統(tǒng)中 ， 提供給用戶 SINECL2 網(wǎng)的各種通信服務(wù) 。 CP3425 DP 主要技術(shù)數(shù)據(jù)如下 ： 用戶存儲器 (Flash EPROM)128 KB； SINEC L2 LAN 標準符合 DIN 19245； RS485 傳輸方式 ， 波特率為 ～ 1500 kb/s； 可連接的設(shè)備數(shù)量達 127個 。 圖 22CPU的存儲區(qū) 裝載存儲器 裝載存儲器位于 SIMATIC 微型存儲卡（ MMC）中。它可用于運行程序指令，并處理用戶程序數(shù)據(jù)。它包括：標志位、定時器和計數(shù)器的地址區(qū) ， I/O 的過程映像 和 局域數(shù)據(jù) 。 狀態(tài)字寄存器 狀態(tài)字用于表示 CPU執(zhí)行指令時所具有的狀態(tài)。若 FC 位的狀態(tài)為 0，則表明一個梯形邏輯網(wǎng)絡(luò)的開始，或指令為邏輯串第一條指令。 (4)、或位 (OR) 狀態(tài)字的位 3稱為或位 (OR)。 (6)、溢出狀態(tài)保持位 (OS) OV被置 1時 OS也 被置 1； OV被清 0時 OS仍保持。 (8)、二進制結(jié)果位 (BR) 它將字處理程序與位處理聯(lián)系起來，用于表示字操作結(jié)果是否正確 (異常 )。使用 STL 指令 SAVE 或 LAD 指令 —— (SAVE)，可將 RLO 存入 BR中，從而達到管理 BR位的目的。 （ 3）、 BCD 碼 就是二進制數(shù)表示十進制數(shù)。數(shù)組的維數(shù)最大可以到 6維；數(shù)組中的元素可以是基本數(shù)據(jù)類型或者復(fù)雜數(shù)據(jù)類型中的任一數(shù)據(jù)類型（ Array 類型除外，即數(shù)組類型不可以嵌套）；數(shù)組中每一維的下標取值范圍是 32768～ 32767，要求下標的下限必須小于下標的上限。字符串常量用單引號括起來。當(dāng)輸入數(shù)據(jù)塊時，如果需要輸入幾個相同的結(jié)構(gòu)，利用 UDT可以節(jié)省輸入時間。 (3)、 POINTER（指針）： 6字節(jié)指針類型，用來傳遞 DB 的塊號和數(shù)據(jù)地址。 有些語句指令不帶操作數(shù)。在梯形邏輯指令中，其操作碼是用圖素表示的，該圖素形象表明 CPU做什么，其操作數(shù)的表示方法與語句指令相同。如： —— |NOT|—— 是對邏輯 操作結(jié)果取反的操作。若沒有輔助標識符指操作數(shù)的位數(shù)是一位。位地址參數(shù)用一個點與字節(jié)地址分開。例如： Q 。操作數(shù)本身直接包含在指令中。存儲器間接尋址方式的 優(yōu)點是，當(dāng)程序執(zhí)行時，能改變操作數(shù)的存儲器地址，這對程序中的循環(huán)尤為重要。 地址寄存器存儲的地址指針有兩種格式：區(qū)內(nèi)寄存器間接尋址區(qū)域間寄存器