【正文】 (a) (b) 匯點(diǎn)式輸入接線（a 直流模塊 b 交流模塊）數(shù)字量輸出模塊的選擇和外部連線SM322數(shù)字量輸出模塊的作用是將S7300的輸出信號(hào)傳給外部負(fù)載（即用戶輸出設(shè)備），并將S7300內(nèi)部低電平信號(hào)轉(zhuǎn)換成外部所需要電平的輸出信號(hào)。晶體管輸出方式的模塊只能帶直流負(fù)載，屬于直流輸出模塊；可控硅輸出方式的模塊只能帶交流負(fù)載，屬于交流輸出模塊；繼電器觸點(diǎn)輸出方式的模塊可帶直流負(fù)載，也可帶交流負(fù)載，屬于交直流兩用輸出模塊。本次設(shè)計(jì)中，數(shù)字量輸出驅(qū)動(dòng)的主要是指示燈和電磁閥，考慮到安全性和皮帶的不頻繁啟動(dòng)的特性，故選用16點(diǎn)繼電器輸出的模塊SM322（6ES7 3221BH100AA0），輸出16個(gè)點(diǎn)，帶隔離，8點(diǎn)為一個(gè)組，24 VDC 額定負(fù)載電壓。典型用戶輸出設(shè)備有繼電器、接觸器、電磁閥線圈以及信號(hào)燈等。匯點(diǎn)式輸出接線既可以用于直流輸出模塊，也可用于交流輸出模塊。本項(xiàng)目輸出模塊的外部接線如附圖所示，它采用匯點(diǎn)式輸出方式。A/D轉(zhuǎn)換部件是模塊的核心，其轉(zhuǎn)換原理采用積分的方法，積分時(shí)間直接影響到A/D轉(zhuǎn)換時(shí)間和A/D轉(zhuǎn)換精度。在此項(xiàng)目中，我們的模擬量信號(hào)7滾筒紅外測(cè)溫0～10V電壓信號(hào)，7測(cè)速傳感器4～20mA電流信號(hào)。 SM331的每?jī)蓚€(gè)輸入通道構(gòu)成一個(gè)輸入通道組，可以按通道組任意的選擇測(cè)量方法和測(cè)量范圍。S7300各個(gè)模塊使用的電源是通過(guò)S7300的背板總線傳送的，一部分模塊還需要從外部負(fù)載電源供電。S7300的專用電源模塊PS307用于將120/230V交流電轉(zhuǎn)化為24V直流供電電源，以作為CPU和其他模塊所需電源。 查閱西門子S7300的硬件手冊(cè)知道PS 307電源模塊(10 A)。且與SIMATIC S7300 I/O模塊及功能模塊兼容，安全性高。由于模塊的種類眾多，ET200M尤其適用于復(fù)雜的自動(dòng)化任務(wù)。最大數(shù)據(jù)傳輸速率為12M位/S。ET200M通過(guò)RPOFIBUSDP與PLC控制柜連接通信。與標(biāo)準(zhǔn)4～20mA 控制不同，PROFIBUS能夠在由一根雙絞線電纜組成的單一總線網(wǎng)段上，支持32個(gè)工作站。4 膠帶集中控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 集中控制的流程圖西門子的S7300系列PLC所用的編程語(yǔ)言是西門子開(kāi)發(fā)的STEP7，這是一種可運(yùn)行于通用微機(jī)中，在WINDOWS環(huán)境下進(jìn)行編程的語(yǔ)言。集控方式下，膠帶機(jī)和給煤機(jī)根據(jù)生產(chǎn)工藝流程預(yù)先編制的程序來(lái)集中控制啟停，各種保護(hù)均投入；就地方式下，膠帶機(jī)和給煤機(jī)由操作員控制手動(dòng)按鈕通過(guò)PLC分別控制它們的啟停，保護(hù)也均投入；檢修方式下，膠帶機(jī)和給煤機(jī)也采用手動(dòng)按鈕通過(guò)PLC分別控制啟停，但是保護(hù)可根據(jù)需要有選擇的進(jìn)行投入，各故障的投入選擇可在顯示屏內(nèi)進(jìn)行控制。集控方式下，按下顯示屏上的啟動(dòng)/停止控制按鈕，各條皮帶按設(shè)好的程序起停，啟動(dòng)允許信號(hào)可以由逆煤流的前一條皮帶啟動(dòng)一段時(shí)間后給出，停止信號(hào)可以由順煤流的前一條皮帶停止一段時(shí)間后給出，時(shí)間設(shè)定與膠帶運(yùn)行速度有關(guān)，以膠帶上煤流全部卸載完畢為最佳。、起自保作用。 程序段2：?jiǎn)?dòng)報(bào)警信號(hào)。起自保作用。 模擬量的處理 膠帶在煤炭運(yùn)輸中的重要角色，讓煤礦無(wú)法忽視它的運(yùn)行狀況，因此，有效的監(jiān)測(cè)故障，及時(shí)采取預(yù)防措施，避免重大事故發(fā)生，或者盡量減少損失是非常必要的。當(dāng)輸出為“0”時(shí)，膠帶運(yùn)行正常，無(wú)故障發(fā)生；另一類為模擬量信號(hào)，傳感器輸出的模擬量信號(hào)是標(biāo)準(zhǔn)的電壓或是電流信號(hào)，通過(guò)模擬輸入模塊，將電壓或電流信號(hào)轉(zhuǎn)化成數(shù)字形式，但是我們需要知道它所測(cè)的真實(shí)值，如溫度傳感器，輸出9V，我們需要得到9V對(duì)應(yīng)的溫度值，因此我們需要對(duì)輸入PLC的數(shù)值進(jìn)行處理。程序段1：調(diào)用上面兩段程序構(gòu)成的FC塊。如實(shí)際溫度超過(guò)設(shè)定值時(shí)，PLC發(fā)出聲光報(bào)警，同時(shí)啟動(dòng)灑水裝置降溫。所以，在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，不僅要按照要求合理配置系統(tǒng)，正確配接線，還必須充分考慮各種異常情況，采取相應(yīng)抗干擾措施以確保PLC控制系統(tǒng)可靠穩(wěn)定地運(yùn)行。 PLC系統(tǒng)的正常供電電源均由電網(wǎng)供電。對(duì)隔離性能差的系統(tǒng)，將導(dǎo)致信號(hào)間相互干擾，引起共地系統(tǒng)總線回流，造成邏輯數(shù)據(jù)變化、誤動(dòng)和死機(jī)。本系統(tǒng)采用以下三點(diǎn)來(lái)有效控制供電電源的干擾:1)采用專用電源，電源的供電要與大的用電設(shè)備分開(kāi)，避免大用電設(shè)備啟、停時(shí)對(duì)電源供電電壓的影響。如果與輸入信號(hào)并聯(lián)的感性負(fù)載大時(shí)最好使用繼電器中轉(zhuǎn)。由于信號(hào)電纜分布電容和輸入裝置濾波等影響，裝置之間的信號(hào)頻率一般低于1，所以PLC控制系統(tǒng)接地應(yīng)采用一點(diǎn)接地方式，如圖53所示，接地線應(yīng)粗一些，以減小各個(gè)電路部件之間的地電位差，從而減小地環(huán)流的干擾。本論文以新疆哈密煤礦主斜井和地面皮帶輸送機(jī)為背景，研究設(shè)計(jì)了一種以S7300 PLC為核心的皮帶輸送機(jī)集中控制系統(tǒng)。（3） 設(shè)計(jì)出了系統(tǒng)控制的流程圖，使用PLC語(yǔ)言編寫(xiě)了皮帶集中控制的部分程序。尤其是對(duì)膠帶運(yùn)輸?shù)墓に嚵鞒?、膠帶間的閉鎖關(guān)系、膠帶運(yùn)輸過(guò)程中的一些常見(jiàn)故障及檢測(cè)方法和處理措施有了很深的了解，為我以后的工作打下了很好的基礎(chǔ)。由于是初次接觸煤礦的皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的具體情況了解甚微，所以設(shè)計(jì)中的很多細(xì)節(jié)部分考慮不周，在結(jié)構(gòu)上也有不完善的地方，我在以后的工作學(xué)習(xí)中會(huì)繼續(xù)努力的。根據(jù)功能要求對(duì)參數(shù)檢測(cè)和故障保護(hù)裝置中使用的傳感器進(jìn)行選擇。 一點(diǎn)接地方式示意圖6 總結(jié)礦井膠帶運(yùn)輸系統(tǒng)是分布復(fù)雜，部件繁多，且又要求運(yùn)行協(xié)調(diào)一致的連續(xù)運(yùn)輸系統(tǒng)。控制器觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)量輸出的場(chǎng)合，應(yīng)采用圖53所示的輸出端抗干擾電路以減清和消除干擾。3)在隔離變壓器和PLC之間加裝交流穩(wěn)壓器或交流低通濾波器(見(jiàn)圖51)，以濾除高頻脈沖，提高電源穩(wěn)定性，從而降低電網(wǎng)電壓波動(dòng)對(duì)PLC電源電壓的影響。接地系統(tǒng)混亂會(huì)引起各個(gè)接地點(diǎn)電位分布不均，引起地環(huán)路電流，影響系統(tǒng)正常工作。這些干擾信號(hào)主要通過(guò)兩種途徑傳輸?shù)絇LC控制系統(tǒng)，一是通過(guò)變壓器供電電源或公用信號(hào)儀表的供電電源串入的電網(wǎng)干擾，這往往被忽視；二是信號(hào)線受空間電磁輻射感應(yīng)的干擾。傳導(dǎo)型干擾就是通過(guò)電氣線路進(jìn)入PLC控制系統(tǒng)的干擾信號(hào)，包括電源線、信號(hào)線等外部線引入的干擾和接地干擾；輻射型干擾是輻射電磁場(chǎng)通過(guò)感應(yīng)進(jìn)入PLC系統(tǒng)的干擾信號(hào)。一般的PLC控制系統(tǒng)不用采取什么特殊抗干擾措施，就可以直接在工業(yè)環(huán)境使用。AI_7是滾筒溫度1實(shí)際溫度存儲(chǔ)地址變量。程序段1：將采集到的數(shù)值current_value轉(zhuǎn)化為實(shí)數(shù)型，并存在b3中。在第二章我們已經(jīng)確定了監(jiān)測(cè)各種故障的傳感器類型或方法，并確定了輸出信號(hào)類型。啟動(dòng)允許信號(hào)發(fā)出后，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境和設(shè)備的工藝需求，在啟動(dòng)運(yùn)行皮帶沿線發(fā)出預(yù)警聲響，時(shí)間一般是30秒。同時(shí)啟動(dòng)接通延時(shí)定時(shí)器T10。就地方式啟停控制程序段1：。工作方式選擇程序段1：工作方式選擇。膠帶和給煤機(jī)在運(yùn)行的時(shí)候，工作方式不可改變。通過(guò)STEP7編程軟件，不僅可以非常方便地使用梯形圖和語(yǔ)句表等形式進(jìn)行離線編程，經(jīng)過(guò)編譯后通過(guò)轉(zhuǎn)接電纜直接送入PLC的內(nèi)存中執(zhí)行，而且在調(diào)試運(yùn)行時(shí)，還可以在線監(jiān)視程序中各個(gè)輸入輸出或狀態(tài)點(diǎn)的通斷狀況，甚至可以在線修改程序中變量的值，給調(diào)試工作也帶來(lái)極大的方便。PROFIBUSDP 的特點(diǎn)：代替 PLC/PC 與 I/O 之間昂貴的電線；快速，傳輸 1 千字節(jié)的輸入數(shù)據(jù)和 1千字節(jié)的輸出數(shù)據(jù)所需時(shí)間2 ms；強(qiáng)有力的工具，減少組態(tài)和維護(hù)費(fèi)用；被所有主要的 PLC 制造商支持；有廣泛的產(chǎn)品：PLC, PC, I/O, 驅(qū)動(dòng)器, 編碼器等；允許周期性和非周期性的數(shù)據(jù)傳輸；單主和多主網(wǎng)絡(luò)；每個(gè)站的輸入和輸出數(shù)據(jù)最多可達(dá) 244 字節(jié)。這種網(wǎng)絡(luò)能夠支持32個(gè)節(jié)點(diǎn)，最高運(yùn)行速度為12Mbps。 ET200M由以下部分組成 ： IM153接口：用于與PROFIBUSDP現(xiàn)場(chǎng)總線的連接 ； 各種I/O模塊：用總線連接器連接或插入在有源總線模塊內(nèi), 總線連接器設(shè)計(jì)，在運(yùn)行過(guò)程中不能更換模塊； 有源總線模塊設(shè)計(jì)，在運(yùn)行過(guò)程中能更換模塊；電源(如有必要) ； S7300自動(dòng)化單元的所有I/O模塊：都可應(yīng)用(功能和通信模塊只用于SIMATIC S7/M7主設(shè)備)； HART模塊 。它也適宜于與冗余系統(tǒng)一起使用。 ET200M是高密度配置的模塊化I/O站，保護(hù)等級(jí)為IP20。綜合考慮以上各點(diǎn)，本次設(shè)計(jì)選用10A的電源模塊PS 307（6ES7 3071KA000AA0）。在S7300的一個(gè)實(shí)際項(xiàng)目中，所有模塊確定后，要選擇合適的電源模塊。電源模塊的選擇很簡(jiǎn)單，只需考慮輸出電流。為了節(jié)約機(jī)架空間和費(fèi)用，我們選用8通道的模擬量輸入模塊SM331（6ES7 3317KF020AB0），其端子接線圖和端子框圖如附圖所示。輸入模塊的循環(huán)時(shí)間是指這一通道開(kāi)始轉(zhuǎn)換模擬量輸入值到下次開(kāi)始轉(zhuǎn)換的時(shí)間，它是模塊中所有活動(dòng)的輸入通道的轉(zhuǎn)換時(shí)間的總和。模塊與S7300 CPU及負(fù)載電壓之間是光電隔離的。相對(duì)于電源來(lái)說(shuō)，每個(gè)輸出點(diǎn)之間是相互隔離的。 匯點(diǎn)式輸出接線 分隔式輸出接線，各輸出回路有一個(gè)公共端，可以是全部輸出信號(hào)為一組，共用一個(gè)公共端和一個(gè)電源；也可以將全部輸出點(diǎn)分為幾組，每組有一個(gè)公共端和獨(dú)立的一個(gè)電源。模塊是通過(guò)輸出端子與外部用戶輸出設(shè)備連接的。數(shù)字量輸出模塊SM322有七種型號(hào)輸出模塊可供選擇，即16點(diǎn)晶體管輸出、32點(diǎn)晶體管輸出、16點(diǎn)可控硅輸出、8點(diǎn)晶體管輸出、8點(diǎn)可控硅輸出、8點(diǎn)繼電器輸出和16點(diǎn)繼電器輸出模塊。按負(fù)載回路使用電源的不同，可分為直流輸出模塊、交流輸出模塊和交直流兩用輸出模塊三種。直流輸入模塊的電源一般由PLC本身的電源供給，交流輸入模塊的電源由用戶提供。每一個(gè)輸入點(diǎn)能接受一個(gè)來(lái)自用戶輸入設(shè)備所發(fā)出的開(kāi)關(guān)信號(hào)。操作臺(tái)輸入開(kāi)關(guān)量有23個(gè)點(diǎn)，遠(yuǎn)程I/O主提升皮帶輸入開(kāi)關(guān)量有38個(gè)，其他皮帶輸入開(kāi)關(guān)量點(diǎn)數(shù)都少于20個(gè)。模塊的每個(gè)輸入點(diǎn)有一個(gè)綠色發(fā)光二極管顯示輸入狀態(tài)，輸入開(kāi)關(guān)閉合即有輸入電壓時(shí)，二極管亮。交直流輸入模塊各輸入電路都相同，但它們各個(gè)輸入電路可能有一個(gè)公共端子，稱為匯點(diǎn)輸入方式；也可能沒(méi)有公共端子，而是彼此獨(dú)立，互不影響，稱為分隔式輸入方式。滿足設(shè)計(jì)需要。 通過(guò)上面的計(jì)算，考慮系統(tǒng)通訊和冗余的要求，選用SIMATIC S7300系列中的CPU3152 DP是最合適的。 DI點(diǎn)數(shù)估計(jì)值為164=189，DO點(diǎn)數(shù)估計(jì)值為69=80，AI通道估計(jì)值為14=17個(gè)。（2） 存儲(chǔ)器容量選擇PLC的I/O點(diǎn)數(shù)估算值大小，在很大程度上反映了PLC系統(tǒng)的功能要求，因此可以在I/O點(diǎn)數(shù)估算值的基礎(chǔ)上計(jì)算對(duì)PLC存儲(chǔ)器容量的需求。 集控系統(tǒng)PLC的設(shè)計(jì) CPU的選擇（1）I/O點(diǎn)數(shù)的確定 經(jīng)過(guò)對(duì)各輸入輸出的大略計(jì)算，本設(shè)計(jì)中需要數(shù)字量輸入164點(diǎn)，數(shù)字量輸出69點(diǎn)，模擬量輸入通道14路，其具體分配見(jiàn)表3. 2。IM360/IM361接口模塊用來(lái)將S7300背板總線從一個(gè)機(jī)架連接到下一個(gè)機(jī)架。 模塊安裝S7300可以水平安裝也可以垂直安裝，其允許的環(huán)境溫度分別為0～40℃（垂直安裝）和0～60℃。功能模塊（FM）：用于實(shí)時(shí)性強(qiáng)、存儲(chǔ)計(jì)數(shù)量較大的過(guò)程信號(hào)處理任務(wù)。接口模塊（IM）：接口模塊用于多機(jī)架配置時(shí)連接主機(jī)架和擴(kuò)展機(jī)架。它與CPU模塊和其它信號(hào)模塊之間通過(guò)電纜連接，而不是通過(guò)背板總線連接。 PLC系統(tǒng)構(gòu)成圖導(dǎo)軌（RACK）：導(dǎo)軌是安裝S7300各類模塊的機(jī)架，它是特制不銹鋼異型板，其長(zhǎng)度有160、48582000（mm）五種，可根據(jù)實(shí)際需要選擇。通過(guò)PROFIBUS電纜可以實(shí)現(xiàn)S7300 CPU之間的通訊，以及與其他SIMATIC S7 PLC進(jìn)行通訊。觸摸屏具有方便直觀、圖像清晰、堅(jiān)固耐用和節(jié)省空間等優(yōu)點(diǎn)。通過(guò)操作臺(tái)的各種控制按鈕，可以進(jìn)行工作方式選擇和就地控制帶式輸送機(jī)。近年來(lái)人機(jī)界面的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，已經(jīng)成為現(xiàn)代工業(yè)控制系統(tǒng)不可缺少的設(shè)備之一。 6)體積小、重量輕、易于實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化 PLC具有體積小、重量輕、功耗低等特點(diǎn)。因此，PLC既可對(duì)開(kāi)關(guān)量進(jìn)行控制，又可對(duì)模擬量進(jìn)行控制。如繼電器、接觸器、電磁閥等聯(lián)接，具有較強(qiáng)的驅(qū)動(dòng)能力。3)編程簡(jiǎn)單、使用方便 PLC采用面向控制過(guò)程、面向問(wèn)題的“自然語(yǔ)言”編程，容易掌握。因此，PLC具有很大的靈活性和通用性，結(jié)構(gòu)形式多樣化，可以適用于各種不同規(guī)模、不同工業(yè)控制要求。 PLC對(duì)輸入輸出的處理規(guī)則 PLC的特點(diǎn) 1)靈活、通用 在繼電器控制系統(tǒng)中，使用的控制裝置是大量的繼電器，整個(gè)系統(tǒng)是根據(jù)設(shè)計(jì)好的電氣控制圖，由人工通過(guò)布線、焊接、固定等手段組裝完成的，其過(guò)程費(fèi)時(shí)費(fèi)力。在程序執(zhí)行階段，即使外部輸入信號(hào)的狀態(tài)發(fā)生了變化，輸入過(guò)程映像位的狀態(tài)也隨之而變，輸入信號(hào)變化了的狀態(tài)字能在下一個(gè)循環(huán)掃描周期的讀輸入模塊階段被讀入。PLC梯形圖中的其它編程元件也有對(duì)應(yīng)的映像存儲(chǔ)區(qū)。此外還要執(zhí)行一次用戶編寫(xiě)的“系統(tǒng)啟動(dòng)組織塊”O(jiān)B100，完成用戶指定的初始化操作，以后將進(jìn)入周期性的循環(huán)運(yùn)行。STEP7將用戶編寫(xiě)的程序和程序所需的數(shù)據(jù)放置在塊中，功能塊FB和功能FC相當(dāng)于用戶編寫(xiě)的子程序，系統(tǒng)功能SFC的系統(tǒng)功能塊SFB是操作系統(tǒng)提供給用戶使用的標(biāo)準(zhǔn)子程序，這些塊也通稱為邏輯塊。輸出部分：用于與外部輸出設(shè)備連接。與繼電器控制系統(tǒng)相比，PLC可以認(rèn)為是由輸入部分、控制部分和輸出部分等組成，但它是采用大規(guī)模的集成電路的微處理器和存儲(chǔ)器來(lái)代替繼電器控制線路，控制作用是通過(guò)編制好并存入內(nèi)存的程序來(lái)實(shí)現(xiàn)的。 PLC 的系統(tǒng)構(gòu)成PLC的硬件系統(tǒng)由CPU、I/O擴(kuò)展機(jī)及外部設(shè)備組成?？删幊绦蚩刂破鳎≒rogrammable Logic Controll er）正是順應(yīng)這一潮流出現(xiàn)的，它是以微處理器