【文章內(nèi)容簡介】 數(shù)控制功能是 PLC 的最基本功能之一。 PLC 為用戶提供了許多計數(shù)器，計數(shù)器計數(shù)到某一數(shù)值時，產(chǎn)生一個狀態(tài)信號（計數(shù)值到），利用該狀態(tài)信號實現(xiàn)對某個操作的計數(shù)控制。 數(shù)據(jù)處理功能 本科生畢業(yè)設(shè)計 第 8 頁 PLC 大部分都具有數(shù)據(jù)處理功能，可以實現(xiàn)算術(shù)運算、數(shù)據(jù)比較、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)移位、數(shù)制轉(zhuǎn)換、譯碼編碼等操作。 回路控制功能 有些 PLC 具有 A/D、 D/A 轉(zhuǎn)換功能，可以方便地完成對模擬量的控制和調(diào)節(jié)。 監(jiān)控功能 PLC 設(shè)置了較強的監(jiān)控功能。利用編程器或監(jiān)視器，操作人員可對 PLC 有關(guān)部分的運行狀態(tài)進行監(jiān)視。利用編程器，可以調(diào)整定時器、計數(shù)器的設(shè)定值和當(dāng)前值，并可以根據(jù)需要改變 PLC 內(nèi)部邏輯信號的狀態(tài)及數(shù)據(jù)區(qū)的數(shù)據(jù)內(nèi)容，為調(diào)試和維護提供了極大的方便。 停電記憶功能 PLC 內(nèi)部的部分存儲器所使用的 RAM 設(shè)置了停電保持器件（如備用電池等），以保證斷電后這部分存儲器中的信息能夠長期保存。利用某些記憶指令，可以對工作狀態(tài)進行記憶，以保持 PLC 斷電后的數(shù)據(jù)內(nèi)容不變。 PLC 電源恢復(fù)后，可以在原工作基礎(chǔ)上繼續(xù)工作。 故障診斷功能 PLC 可以對系統(tǒng)構(gòu)成、某些硬件狀態(tài)、指令的合法性等進行自診斷，發(fā)現(xiàn)異常情況，發(fā)出報警并顯示錯誤類型，如屬嚴重錯誤則自動中止運行。 PLC 的故障自診斷功能，大大提高了 PLC 控制系統(tǒng)的安全性和可維護性。 PLC 軟件系統(tǒng) PLC 的軟件系統(tǒng)是指 PLC 所使用的各種程序的集合。它包括系統(tǒng)程序和用戶程序。 系統(tǒng)程序 系統(tǒng)程序包括監(jiān)控程序、編譯程序及診斷程序等。監(jiān)控程序又稱為管理程序，主要用于管理全機。編譯程序用來把程序語言翻譯成機器語言。診斷程序用來診斷機器故障。系統(tǒng)程序由 PLC 生產(chǎn) 廠家提供，并固化在 EPROM 中，用戶不能直接存取，故也不需要用戶干預(yù)。 用戶程序 用戶程序是用戶根據(jù)現(xiàn)場控制的需要，用 PLC 的程序語言編制的應(yīng)用程序，用以實現(xiàn)各種控制要求。用戶程序由用戶用編程器鍵入到 PLC 內(nèi)存。小型 PLC 的用戶程序比較簡單，不需要分段，而是順序編制的。大中型 PLC 的用戶程序很長，也比較復(fù)雜，本科生畢業(yè)設(shè)計 第 9 頁 為使用戶程序編制簡單清晰， 可按功能結(jié)構(gòu)或使用目的將用戶程序劃分成各個程序模塊。按模塊結(jié)構(gòu)組成的用戶程序，每個模塊用來解決一個確定的技術(shù)功能，能使很長的程序編制得易于理解，還使得程序的調(diào)試和修改變 得很容易。 PLC 的發(fā)展趨勢 由于工業(yè)生產(chǎn)對自動控制系統(tǒng)需求的多樣性， PLC 的發(fā)展方向如下： 產(chǎn)品規(guī)模向大、小兩個方向發(fā)展 大： I/O 點數(shù)達 14336 點、 32 位為微處理器、多 CPU 并行工作、大容量存儲器、掃描速度高速化。 小：由整體結(jié)構(gòu)向小型模塊化結(jié)構(gòu)發(fā)展，增加了配置的靈活性，降低了成本。 PLC 在閉環(huán)過程控制中應(yīng)用日益廣泛 。 不斷加強通訊功能 。 新器件和模塊不斷推出高檔的 PLC 除了主要采用 CPU 以提高處理速度外，還有帶處理器的 EPROM 或 RAM 的智能 I/O 模塊、高速計數(shù)模塊、遠程 I/O 模塊等專用化模塊。 編程工具豐富多樣，功能不斷提高，編程語言趨向標準化 ， 有各種簡單或復(fù)雜的編程器及軟件， 用 梯形圖、功能圖、語句表等編程語言，亦有高檔的 PLC 指令系統(tǒng) 。 發(fā)展容錯技術(shù)采用熱備用或并行工作、多數(shù)表決的工作方式。 追求軟硬件的標準化。 變頻器簡介 變頻器（ Variablefrequency Drive， VFD）是應(yīng)用變頻技術(shù)與微電子技術(shù)，通過改變電機工作電源頻率方式來控制交流電動機的電力控制設(shè)備。變頻器主要由整流（交流變直流）、濾波、 逆變（直流變交流）、制動單元、驅(qū)動單元、檢測單元微處理單元等組成。通過改變電源的頻率來達到改變電源電壓的目的，根據(jù)電機的實際需要來提供其所需要的電源電壓，進而達到節(jié)能、調(diào)速的目的，另外，變頻器還有很多的保護功能，如過流、過壓、過載保護等等。隨著工業(yè)自動化程度的不斷提高，變頻器也得到了非常廣泛的應(yīng)用。 西門子 S7300 軟件概述 西門子 S7300 系列 PLC 的一般特性 S7300 由多種模塊部件組成，各種模塊能以不同方式組合在一起，從而可使控制系統(tǒng)設(shè)計更加靈活，滿足不同的應(yīng)用需求。 S7300 有各種不同性能檔次的 CPU可供使用。S7300 的指令集包含 350 多條指令，包括了位指令，比較指令，定時指令，計數(shù)指令，本科生畢業(yè)設(shè)計 第 10 頁 整點和浮點數(shù)運算指令等。 S7300 是模塊化小型 PLC 系統(tǒng)，能滿足中等性能要求的應(yīng)用。 可靠性高，抗干擾能力強 繼電 .接觸器控制系統(tǒng)使用大量的機械觸點，連接線路比較繁雜，且觸點通斷時有可能產(chǎn)生電弧和機械磨損，影響其壽命，可靠性差。 PLC 中采用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路，比機械觸點繼電器的可靠性要高。在硬件和軟件設(shè)計中都采用了先進技術(shù)以提高可靠性和抗干擾能力。比如，用軟件代替?zhèn)鹘y(tǒng)繼電 .接觸器控制系統(tǒng)中的中間繼電器和時間繼電器，只剩下少量的 I／ O 硬件，將觸點因接觸不良造成的故障大大減小，提高了可靠性；所有礬）接口電路都采用光電隔離，使工業(yè)現(xiàn)場的外電路與 PLC 內(nèi)部電路進行電氣隔離；增加自診斷、糾錯等功能，使其在惡劣工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場的可靠性、抗干擾能力提高了。 靈活性好，擴展性強 繼電 接觸器控制系統(tǒng)由繼電器等低壓電器采用硬件接線實現(xiàn)，連接線路比較繁雜，而且每個繼電器的觸點數(shù)目有限，當(dāng)控制系統(tǒng)功能改變時，需改變線路的連接，所以繼電 .接觸器控制系統(tǒng)的靈活性、擴展性差；而由 PLC 構(gòu)成的控 制系統(tǒng)，只需在 PLC 的端子上接入相應(yīng)的控制線即可，減少了接線，當(dāng)控制系統(tǒng)功能改變時，有時只需編程器在線或離線修改程序，就能實現(xiàn)其控制要求。 PLC 內(nèi)部有現(xiàn)成大量的編程元件，能進行邏輯判斷、數(shù)據(jù)處理、 PID 調(diào)節(jié)和數(shù)據(jù)通信功能，可以實現(xiàn)非常復(fù)雜的控制功能，若元件不夠時，只需加上相應(yīng)的擴展單元即可，因此 PLC 控制系統(tǒng)的靈活性好，擴展性強。 控制速度快，穩(wěn)定性強 繼電 接觸器控制系統(tǒng)是依靠觸點的機械動作來實現(xiàn)控制的，其觸點的動斷速度一般在幾十毫秒，影響控制速度，有時還會出現(xiàn)抖動現(xiàn)象。 PLC 控制系統(tǒng)由程序 指令控制半導(dǎo)體電路來實現(xiàn)，響應(yīng)速度快，一般執(zhí)行一條用戶指令只需幾微秒， PLC 內(nèi)部有嚴格的同步，不會出現(xiàn)抖動現(xiàn)象。 延時調(diào)整方便，精度較高 繼電 接觸器控制系統(tǒng)的延時控制是通過時間繼電器來完成的，而時間繼電器的延時調(diào)整不方便，且易受環(huán)境溫度和濕度的影響，延時精度不高。 PLC 控制系統(tǒng)的延時是通過內(nèi)部時間元件來完成的，不受環(huán)境溫度和濕度的影響，定時元件的延時時間只需改變定時參數(shù)即可調(diào)整，因此其定時精度較高。 本科生畢業(yè)設(shè)計 第 11 頁 系統(tǒng)設(shè)計安裝快，維修方便 繼電 接觸器實現(xiàn)一項控制工程，其設(shè)計、施工、調(diào)試必須依次進 行，周期長，維修比較麻煩。 PLC 使用軟件編程取代繼電 .接觸器中的硬件接線而實現(xiàn)相應(yīng)功能，使安裝接線工作量減小，現(xiàn)場施工與控制程序的設(shè)計還可同時進行，周期短、調(diào)試快。 PLC具有完善的自診斷、數(shù)據(jù)存儲及監(jiān)視功能，對于其內(nèi)部工作狀態(tài)、通信狀態(tài)、異常狀態(tài)和 I/O 點的狀態(tài)均有顯示，若控制系統(tǒng)有故障時，工作人員通過它即可迅速查出故障原因，及時排除故障 [7]。 西門子 S7300 系列 PLC 的基本硬件組成 S7300 系統(tǒng)硬件主要包括以下幾個部分： （ 1） 、 信號處理模塊； （ 2）、 接口模塊； （ 3）、 功能模塊； （ 4）、 CPU 中央處理器； （ 5）、 通訊處理器 ； （ 6）、 通訊網(wǎng)卡 ； （ 7）、 工程師、操作員站和操作屏 。 硬件詳細介紹 （ 1） 信號處理模塊 信號處理模塊主要分為四類：開關(guān)量輸入 DI、開關(guān)量輸出 DO、模擬量輸入 AI、模擬量輸出 AO （ 2） 接口模塊 接口模塊主要用于連接多機架的 PLC 系統(tǒng)，即一個 S7300 PLC 系統(tǒng)的信號模塊如果超過 8 塊，就必須配置接口模塊進行擴展。 經(jīng)常使用的接口模塊名稱和性能 IM360/IM361 接口模塊是最為理想的擴展方案； IM360 插入到 CR（ 中央機架， CPU 所在的機架） ； IM361 插入到 ER（擴展機架，擴展信號模塊所在的機架） ； 使用 IM360/IM361 接口模塊最多可以擴展 3 個機架，既一個傳統(tǒng)的 PLC 系統(tǒng)最 多處理 32 個信號模塊； 本科生畢業(yè)設(shè)計 第 12 頁 （ 3） 功能模塊 計數(shù)器模塊 ： 可直接連接增量編碼器，實現(xiàn)連續(xù)、單向和循環(huán)記數(shù)； 步進電機控制模塊 ： 和步進電機配套使用，實現(xiàn)設(shè)備的定位任務(wù)； PID 控制模塊 :實現(xiàn)溫度、壓力和流量等的死循環(huán)控制 。 （ 4） CPU 中央處 理器 S7300 總共有多種不同的 CPU； CPU312 IFM ，帶集成的數(shù)字輸入 /輸出的緊湊型 ； CPU，用于帶或不帶模擬量的小系統(tǒng)，最多 8 個模塊； CPU313 用于有更多程序設(shè)計要求的小型設(shè)備； CPU314IFM， 帶有集成的數(shù)字和模擬輸入 /輸出的緊湊型 CPU； CPU 314 用于安裝中等規(guī)模的程序以及中等指令執(zhí)行速度的程序； CPU 315/3152DP 用于要求中到大規(guī)模的程序和通過 PROFIBUSDP 進行分布式配置的設(shè)備； CPU316 用于有大量程序設(shè)計要求的 設(shè)備； CPU3182 用于有要求極大規(guī)模的程序和通過 PROFIBUSDP 進行分布式配置的設(shè)備最新推出的 313C 等 。 （ 5） 通訊處理器 常用的通訊處理器包括： PROFIBUSDP 處理器、 PROFIBUSFMS 處理器和工業(yè)以太網(wǎng)處理器 ； PROFIBUSDP 處理器名稱： CP3425； 用于連接 SIEMENS S7300 和 PROFIBUSDP 的主 /從的接口模塊 ； 通過 PROFIBUS 簡單的進行配置和編程 ； 支持的通訊協(xié)議： PROFIBUSDP、 S7 通訊功能、 PG\OP 通訊 ； 傳輸率： 9 .6~12 Mbit/s 自由選擇 ； 主要用于和 ET200 子站配合 ,組成分布式 I/O 系統(tǒng) ； PROFIBUSFMS 處理器名稱： CP3435； 用于連接 SIEMENS S7300 和 PROFIBUSFMS 的接口模塊 ； 通過 PROFIBUS 簡單的進行配置和編程 ； 支持的通訊協(xié)議： PROFIBUSFMS、 S7 通訊功能 、 PG\OP 通訊 ； 本科生畢業(yè)設(shè)計 第 13 頁 傳輸率： 9 .6~； 主要用于和操作員站的連接 ； 工業(yè)以太網(wǎng)處理器名稱： CP3431； 用于連接 SIEMENS S7300 和工業(yè)以太網(wǎng)接口模塊 ； 10/100M bit/s 全雙工 ,自動切換 。 接口連接 :RJ4 AUI 。 支持的通訊協(xié)議： ISO、 TCP/IP 通訊協(xié)議 。和 S7 通訊、 PG\OP 通訊 ， 主要用于和操作員站的連接 。 （ 6） 通訊網(wǎng)卡 PCADAPTER 用于 PC 的串口和 PLC 的 MPI 口直接連接 ； CP5611 通訊卡 ,支持 MPI 協(xié)議 、 PROFIBUSDP 協(xié)議、 S7 connections； 用于工程師站 \； 操作員站和 PLC 的多點連接 ； CP5613 通訊 卡 ,支持 MPI 協(xié)議、 PROFIBUSDP 協(xié)議、 S7 connections； 用于工程師站 \； 操作員站和 PLC 的多點連接 ； CP1613 通訊卡，支持 ISO 協(xié)議、 TCP/IP 協(xié)議、 S7 connections； 用于工程師站 \操作 ； 員站和 PLC 的多點連接 ； CP5412 A2 通訊卡，支持 PROFIBUS FMS 協(xié)議；用于工程師站 \操作員站和 PLC 的多點連接 ； （ 7） 工程師站、操作員站和操作屏 一臺裝有 STEP 7 軟件的 PC 我們就稱之為工程師站，其主要完成系統(tǒng)硬件和組態(tài)、 符 ； 號編輯以及程序編程等任務(wù)； 硬件配置：用于對自動化系統(tǒng)和模塊進行參數(shù)設(shè)置； 網(wǎng)絡(luò)通訊：用于配置 MPI、 PROFIBUS 或工業(yè)以太網(wǎng)進行的數(shù)據(jù)傳輸； 符號編輯：用于定義符號名稱、數(shù)據(jù)類型和注釋，將物理地址名稱化； 程序編程：三種編程語言可供選用；語句表（ STL） 、 梯形圖（ LAD）、功能塊圖 （ FBD）； 本科生畢業(yè)設(shè)計