【正文】 信號模塊 SM信號模塊使不同的過程信號電平和 S7300的內(nèi)部信號電平相匹配主要有數(shù)字量輸入模塊 SM321 數(shù)字量輸出模塊 SM322 模擬量輸入模塊 SM331模擬量輸出模塊 SM332 每個信號模塊都配有自編碼的螺緊型前連接器外部過程信號可以方便地連接在信號模塊的前連接器上特別指出的是其模擬量輸入模塊獨具 特色可以接入熱電偶熱電阻 4～ 20mA電流 0～ 10V電壓等 18種不同的信號輸入量程范圍很寬 功能模塊 FM 用于實時性強存儲計數(shù)量較大的過程信號處理任務(wù)如快給進和慢給進驅(qū)動定位模塊 FM351 電子凸輪控制模塊 FM352 步進電機定位模塊 FM353伺服電機位控模塊 FM354 智能位控制模塊 SINUMERIK FMNC 等 通信處理器 CP 是一種智能模塊它用于 PLC 間和 PLC 與其它裝置間連網(wǎng)以實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享如具有 RS232C 接口的 CP340 與現(xiàn)場總線連網(wǎng)的 CP342 5DP 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℃電源和 CPU 必須安裝在導(dǎo)軌的左側(cè)水平安裝或低部垂直安裝 S7300 是模塊化組合結(jié)構(gòu)根據(jù)應(yīng)用對象不同可選擇不同型號和不同數(shù)量的模塊并可以將這些模塊安裝在同一個機架上導(dǎo)軌或多個機架上除電源模塊 CPU模塊和接口模塊外一個機架上最多只能安裝八個信號模塊或功能模塊IM360IM361接口模塊用來將 S7300背板總線從一個機架連接到下一個機架在使用擴展機架時除了另需模塊機架和接口模塊以外可能還需要另加電源模塊 中央處理單元總是在 0號機架的 2號槽位上 1號槽安 裝電源模塊 3號槽總是安裝接口模塊槽號 4 到 11 可自由分配信號模塊功能模塊和通信模塊需要注意的是槽號是相對的每一個機架的導(dǎo)軌并不存在物理的槽位 32 集控系統(tǒng) PLC 的設(shè)計 CPU 的選擇 1IO 點數(shù)的確定 經(jīng)過對各輸入輸出的大略計算本設(shè)計中需要數(shù)字量輸入 164 點數(shù)字量輸出69 點模擬量輸入通道 14 路其具體分配見表 3 23334 表 32 模擬量輸入通道統(tǒng)計表 模擬量輸入 通道數(shù) 皮帶機速度 17 滾筒溫度 17 總計 14 表 33 數(shù)字量輸入點數(shù)統(tǒng)計表 數(shù)字量輸入 點數(shù) 操 作 臺 控制方式 選擇 3 總啟動按鈕 1 總停止按鈕 1 起車預(yù)警按鈕 1 急停按鈕 1 給 煤 機啟 停按 鈕 2 各皮帶啟停按鈕 14 堆煤傳感器 17 主提升走廊皮帶跑偏開關(guān) 212 其他皮帶跑偏開關(guān) 86 縱撕傳感器 17 煙霧傳感器 17 走廊皮帶拉線急停開關(guān) 2 主提升皮帶拉線急停開關(guān) 20 其他皮帶拉線急停開關(guān) 15 就地箱啟動按鈕 17 就地箱停止按鈕 17 就地箱急停按鈕 17 總計 164 表 34 數(shù)字量輸出點數(shù)統(tǒng)計表 數(shù)字量輸出 點數(shù) 皮帶電機開 7 灑水 裝置電磁閥 7 皮帶電機關(guān) 7 警鈴 1 給煤機啟動停止 2 狀態(tài)指示燈 10 就地箱故障顯示燈 57 總計 69 考慮到前面的設(shè)計中IO點數(shù)可能有疏漏并考慮到 IO端的分組情況以及隔離與接地要求應(yīng)在統(tǒng)計后得出的 IO 總點數(shù)基礎(chǔ)上增加 10％到 15％的裕量考慮裕量后的 IO 總點數(shù)即為 IO點數(shù)估計值選定的 PLC機型的 IO能力極限值必須大于 IO點數(shù)估計值并應(yīng)盡量避免使 PLC 能力接近飽和一般應(yīng)留有 30％的裕量 2 存儲器容量選擇 PLC 的 IO 點數(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 IO 點數(shù)估算值的基礎(chǔ)上計算對 PLC 存儲器容量的需求目前大多用統(tǒng)計經(jīng)驗公式進行存儲器容量估算這種方法是以 PLC 處理每個信息量所需存儲器數(shù)的統(tǒng)計平均經(jīng)驗值為依據(jù)乘以信息量數(shù)再考慮一定的裕量計算得到存儲器需要容量作為一般應(yīng)用下的一種經(jīng)驗公式是 存儲器容量 其中 DI 為數(shù)字量輸入總點數(shù) DO 為數(shù)字量輸出總點數(shù) AIO 為模擬量 IO 通道總數(shù) DI 點數(shù)估計值為 115 189DO 點數(shù)估計值為 115 80AI 通道估 12 189 1069 517 100 1024 462KB 工程實踐中大多采用粗略估算加大 裕量實際選型時參考此值采用就高不就低的原則 3 響應(yīng)速度 PLC是為工業(yè)自動化而設(shè)計的通用控制器不同檔次的 PLC的響應(yīng)速度一般能滿足起應(yīng)用范圍內(nèi)的需要如果要跨范圍使用 PLC 或者應(yīng)用中的某些功能或信號有特別的速度要求時確定 PLC的型號就應(yīng)特別慎重 6ES7 3211BL000AA0操作臺輸入開關(guān)量有 23 個點遠程 IO 主提升皮帶輸入開關(guān)量有 38 個其他皮帶輸入開關(guān)量點數(shù)都少于 20個故操作臺輸入模塊 SM321選 1塊主提升皮帶遠程 IO 選 2塊其余皮帶遠程 IO 各選 1 塊一共選 9 塊輸入模塊 SM321 輸入模塊是通過輸入端子與 外部用戶輸入設(shè)備相連接的輸入模塊通常有若干個輸入點每一個輸入點能接受一個來自用戶輸入設(shè)備所發(fā)出的開關(guān)信號輸入模塊與外部用戶輸入設(shè)備的接線分匯點式輸入接線和分隔式輸入接線兩種基本接線形式匯點式輸入接線如下圖各輸入電路有一個公共端匯集端 COM 可以是全部輸入端為一組共用一個公共端和一個電源也可以是將全部輸入點分為幾組每組有一個公共端和獨立的一個電源匯點式輸入接線即可以用于直流輸入模塊也可用于交流輸入模塊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本項目輸入模塊的外部接線如附圖所示它采用 匯點式直流輸入方式 a b 圖 32 匯點式輸入接線 a 直流模塊 b 交流模塊 2 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 的輸出信號傳給外部負載即用戶輸出設(shè)備并將 S7300 內(nèi)部低電平信號轉(zhuǎn)換成外部所需要電平的輸出信號因此每一個輸出點的輸出電路可等效為一個輸出繼電器可直接用于驅(qū)動電磁閥接觸器小型電機燈和電動機啟動器按負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按輸出開關(guān)器件的種 類不同又可分為晶體管輸出方式可控硅輸出方式和繼電器觸點輸出方式三種晶體管輸出方式的模塊只能帶直流負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載屬于交流輸出模塊繼電器觸點輸出方式的模塊可帶直流負載也可帶交流負載屬于交直流兩用輸出模塊從響應(yīng)速度來看晶體管響應(yīng)最快繼電器最慢從安全隔離效果和應(yīng)用靈活性角度來看以繼電器觸點輸出型最佳 數(shù)字量輸出模塊 SM322有七種型號輸出模塊可供選擇即 16點晶體管輸出 32點晶體管輸出 16 點可控硅輸出 8 點晶體管輸出 8 點可控硅輸出 8 點繼電器輸出和 16 點繼電器輸出模塊模塊的每個輸出 點有一個綠色發(fā)光二極管顯示輸出狀態(tài)輸出邏輯 1 時二極管發(fā)光 本次設(shè)計中數(shù)字量輸出驅(qū)動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的特性故選用 16 點繼電器輸出的模塊 SM3226ES7 3221BH100AA0輸出 16 個點帶隔離 8 點為一個組 24 VDC 額定負載電壓操作臺和各遠程 IO 分別選 1 塊共選用 8 塊 模塊是通過輸出端子與外部用戶輸出設(shè)備連接的輸出模塊通常有若干個輸出點每一個輸出點能驅(qū)動一個用戶輸出設(shè)備負載典型用戶輸出設(shè)備有繼電器接觸器電磁閥線圈以及信號燈等輸出模塊與外部用戶輸出設(shè)備的接線分為匯點式輸出接線和分隔式輸出接線兩種基本接線形式 圖 33 匯點式輸出接線 圖 34 分隔式輸出接線 匯點式輸出接線如圖 33 所示各輸出回路有一個公共端可以是全部輸出信號為一組共用一個公共端和一個電源也可以將全部輸出點分為幾組每組有一個公共端和獨立的一個電源負載電源可以是直流也可以是交流但必須是有用戶提供匯點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分隔式輸出接線如圖 34 所示每個輸出回路有兩個接線端由單獨一個電源供電相對于電源來說每個輸出點之間是相互隔離的負載電源可以是交流 也可以是直流它必須由用戶提供本項目輸出模塊的外部接線如附圖所示它采用匯點式輸出方式 模塊選擇 模擬量輸入模塊 SM331 的輸入測量范圍很寬它可以直接輸入電壓電流電阻熱電偶等信號根據(jù)型號的不同各模擬量輸入范圍的數(shù)字化表示以及數(shù)字量與不同的模擬輸出范圍間的對應(yīng)可以從技術(shù)手冊中查到模塊與 S7300 CPU 及負載電壓之間是光電隔離的 SM331 主要是由 AD 轉(zhuǎn)換部件模擬切換開關(guān)補償電路恒流源光電隔離部件邏輯電路等組成 AD 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間直接影響到 AD轉(zhuǎn)換時間和 AD轉(zhuǎn)換精度所有 模擬量的輸入通道共用一個轉(zhuǎn)換部件通過轉(zhuǎn)換開關(guān)將各通道按順序一個個轉(zhuǎn)換輸入模塊的循環(huán)時間是指這一通道開始轉(zhuǎn)換模擬量輸入值到下次開始轉(zhuǎn)換的時間它是模塊中所有活動的輸入通道的轉(zhuǎn)換時間的總和因此為了縮短循環(huán)時間應(yīng)該使用 S7 組態(tài)工具屏蔽不用的模擬量通道使其不占用循環(huán)時間 在此項目中我們的模擬量信號 7 滾筒紅外測溫 0～ 10V 電壓信號 7 測速傳感器 4～ 20mA 電流信號模擬量輸入模塊的選擇要考慮通道數(shù)為了節(jié)約機架空間和費用我們選用 8 通道的模擬量輸入模塊 SM3316ES7 3317KF020AB0 其端子接線圖和端子框圖如附圖 所示操作臺處沒有各遠程 IO 分別設(shè) 1 塊共選用 7 塊 SM331 的每兩個輸入通道構(gòu)成一個輸入通道組可以按通道組任意的選擇測量方法和測量范圍模塊上需要接 DC24V 的負載電壓 L 有反極性保護功能 塊的選擇 電源模塊的選擇很簡單只需考慮輸出電流電源模塊的額定輸出電流必須大于 CPU 模塊輸入輸出模塊專用模塊等消耗電流的總和 S7300各個模塊使用的電源是通過 S7300的背板總線傳送的一部分模塊還需要從外部負載電源供電在建立一個項目系統(tǒng)的時候應(yīng)充分考慮各個模塊的電流耗量和功率損耗所有 S7300模塊使用的從 S7300背板總線提供的總電流不能超過 12A 在 S7300 的一個實際項目中所有模塊確定后要選擇合適的電源模塊電源模塊的輸出功率必須大于 CPU 模塊所有 IO 模塊各智能模塊等總消耗功率之和并且要留有大約 30 的余量 S7300 的專用電源模塊 PS307 用于將 120230V 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根據(jù)輸出電流的不同有 3種規(guī)格的電源模塊可選 2A5A10A 綜合考慮以上各點本次設(shè)計選用 10A 的電源模塊 PS 3076ES7 3071KA000AA0輸出電壓 24VDC具有防短路和開路保護 連接單相交流系統(tǒng) 輸入電壓 120230 VAC5060Hz 可靠的隔離特性符合 EN 60 950 可用作負載電源 查閱西門子 S7300 的硬件手冊知道 PS 307 電源模塊 10 A 的接線圖如圖 35 所示 圖 35 電源模塊接線圖 綜上所述本次設(shè)計中我們選用的模塊 CPU3152 DP 處理器 PS307 電源模塊 ET200M 遠程控制單元 CP340 通信模塊 SM321 數(shù)字量輸入模塊 SM322 數(shù)字量輸出模塊 SM331 模擬量輸入模塊 其具體配置如圖 36 所示 圖 36 系統(tǒng)配置圖 33 西門子 ET200M 與 PROFIBUSDP 總線 1ET200M SIMATIC ET200M 是采用模塊化的設(shè)計方便安裝于控制柜且與 SIMATIC S7300 IO 模塊及功能模塊兼容安全性高支持 熱插拔功能適合過程控制中危險區(qū)域使用遠程擴展使用等特殊情況 ET200M 是高密度配置的模塊化 IO 站保護等級為 IP20 它可用 S7300 可編程序控制器的信號功能和通訊模塊擴展由于模塊的種類眾多 ET200M 尤其適用于復(fù)雜的自動化任務(wù)可插入模擬量 HART的輸入和輸出模塊意味著 ET200M適用于過程工程它也適宜于與冗余系統(tǒng)一起使用 ET200M是在 PROFIBUSDP上的被動站 從站 最大數(shù)據(jù)傳輸速率為 12M 位 SET200M 也可以在運行過程中在有電源情況下配置S7300 IO 模塊的有源總線模塊其余模塊仍繼續(xù)運行 ET200M 由以下部分組成 1IM153 接口用于與 PROFIBUSDP 現(xiàn)場總線的連接 2 各種 IO 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)計在運行過程中不能更換模塊 有源總線模塊設(shè)計在運行過程中能更換模塊 3 電源 如有必要 4S7300 自動化單元的所有 IO 模塊都可應(yīng)用 功能和通信模塊只用于 SIMATIC S7M7 主設(shè)備 5HART模塊 ET200M 最多可擴展 8 個 IO 模塊每個 ET200M 的最大地址區(qū) 128 字節(jié)輸入和 128字節(jié)輸出 ET200M通過 RPOFIBUSDP與 PLC控制柜連接通信 PROFIBUS是世界上最大的開放式工業(yè)現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)之一這種網(wǎng)絡(luò)能夠支持 32 個節(jié)點最高運行速度為 12Mbps與大多數(shù)現(xiàn)場總線系統(tǒng)一樣 PROFIBUS能夠減少運營成本提高生產(chǎn)效率加快新品上市時間并改善產(chǎn)品質(zhì)量與標準 420