【文章內(nèi)容簡介】 7 在 CPU 中，用于同時連接編程器、 PC 機、人機界面系統(tǒng)及其他 SIMATIC S7/M7/C7 等自動化控制系統(tǒng) [8]。 西門子 S7300PLC 的相關參數(shù) （ 1） 標準 CPU 相關性能參數(shù) 表 21 資料查得 S7300PLC 基本 CPU 數(shù)據(jù) CPU 型號 性能指標 CPU312 6KB RAM， 24V負電壓及 MPI接口，本機 10I\6O，最大擴展 144DI\DO CPU313 12KB RAM，最大擴展 128DI\DO，帶擴展內(nèi)存插槽 CPU314IFM 32KB RAM，本機 16DI\DO,最多可擴展 4 排 MPI 接口 CPU3152DP 64KB RAM，帶擴展內(nèi)存卡槽和 PROFIBUSDP 主 /從接口 CPU3182DP 128KB RAM，最大擴展 16384DI/DO, 2048AI/AO,帶擴展內(nèi)存卡槽 （ 2） MPI 模塊相關性能 表 22 資料查得 MPI 的性能 MPI 模塊 性能特點 （ 1）升級以后的 MPI 不僅是一個編程口，它的數(shù)據(jù)傳 輸數(shù)率達到 \s至 12Mbit\s； （ 2）它的存在，使得每個 CPU 最多能連接 32 個站點； （ 3）附帶 PG\OP 通信功能，全局數(shù)據(jù)通信無需額外編程； （ 4）最重要的是節(jié)約了通訊方案的成本，減少了額外的硬件投資。 西門子 S7300PLC 的硬件配置 西門子 S7300PLC 主要分為整體式 PLC（如圖 23）和模塊式 PLC（如圖 24）。盡管他們結(jié)構不太一樣，但個硬件組成和功能作用都是一樣的。 一般 的 ， PLC 由沈陽工業(yè)大學本科生畢業(yè)設計（論文） 8 四大部分 組成 ： CPU、 存儲 器、 I/O 系統(tǒng) 以及其它可 選 部件。前三大部分是 PLC完 成 各種控制 所必需 的，一般 稱為 PLC 的基本 組成 部分。其它可 選 部件包括 編程器、外 存儲 器、 模擬 I/O、 通訊 接口、 擴展 接口以及 測試設備 等，主要 用于系統(tǒng) 的 編程組態(tài) 、程序 存儲 、 通訊網(wǎng)絡 、 系統(tǒng)擴展 和 系統(tǒng)測試 等。 西門子 s7300 PLC 的 分類 （ 1） 整體式 PLC 各個硬件組成部 分集裝在一個機殼內(nèi)，輸入 、 輸 出和接線端子及電源的進線分別 在機箱的上下兩側(cè)，并有相應的 發(fā)光二級管顯示輸入 、 輸出狀態(tài)。這種結(jié)構的可編程控制器結(jié)構緊 湊 、 體積小 、 價格低。一般小型 PLC 采用整體式結(jié)構。 （ 2） 模塊式 PLC 采 用積木搭接的方式組成系統(tǒng)，非常便于擴展，其 CPU、輸入、輸出、電源等都是獨立的模塊。 PLC 由框架和各模塊組成，各模塊插在相應的插槽上，通過總線相連接。輸入、輸出較多的大、中型和部分小型 PLC通常采用模塊式結(jié)構。 圖 23 整體式 PLC 組成框圖 [9] 圖 24 模塊式 PLC 組成框圖 沈陽工業(yè)大學本科生畢業(yè)設計（論文） 9 西門子 s7300PLC 的基本 組成 部分 （ 1） CPU CPU 是 PLC 的核心，起神經(jīng)中樞的作 用，每套 PLC 至少有一個 CPU，它按 PLC 的系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存貯用戶程序和數(shù)據(jù)，用掃描的方式采集由現(xiàn)場輸入裝置送來的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并存入規(guī)定的寄存器中，同時，診斷電源和 PLC 內(nèi)部電路的工作狀態(tài)和編程過程中的語法錯誤等。進入運行后，從用戶程序存貯器中逐條讀取指令，經(jīng)分析后再按指令規(guī)定的任務產(chǎn)生相應的控制信號，去指揮有關的控制電路。 CPU 主要由運算器、控制器、寄存器及實現(xiàn)它們之間聯(lián)系的數(shù)據(jù)、控制及狀態(tài)總線構成， CPU 單元還包括外圍芯片、總線接口及有關電路。內(nèi)存主要用于存儲程序及數(shù)據(jù)，是 PLC 不可缺少的組成 單元。在使用者看來，不必要詳細分析 CPU 的內(nèi)部電路，但對各部分的工作機制還是應有足夠的理解。 CPU 的控制器控制 CPU 工作，由它讀取指令、解釋指令及執(zhí)行指令。但工作節(jié)奏由震蕩信號控制。運算器用于進行數(shù)字或邏輯運算，在控制器指揮下工作。寄存器參與運算，并存儲運算的中間結(jié)果，它也是在控制器指揮下工作。 CPU 速度和內(nèi)存容量是 PLC 的重要參數(shù)，它們決定著 PLC 的工作速度， IO 數(shù)量及軟件容量等，因此限制著控制規(guī)模。 應該 注意的是：在 PLC 中，CPU 的概念 與 普通微型 電腦 的 CPU 有很大的不同。在 PLC 中， CPU 指的不是一塊 集 成 電 路，而是一個模板，其上不 僅 包括 CPU 芯片， 還 有 RAM 和 ROM 或者 EPROM。而且，在中大型 PLC 中， CPU 模板中一般有兩 快 CPU 芯片，一片用作字 處 理器（主 處 理器），用 于字節(jié) 指令的 處 理， 并實現(xiàn)各種控制 作用；另一片用作字 處 理器（ 輔助處 理器），用 于實現(xiàn) 位 訊息 的高速 處 理。 （ 2）數(shù)字 I/O 接口 用作 CPU 模板 與 外部 開關 量 訊號 之 間 的接口。它完成 諸如電平轉(zhuǎn)換 、 電氣隔離 、串 /并 型 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換 以及 對 外提供一定的 驅(qū)動 能力等工作。 數(shù) 字 I/O 訊號 常來自按 鈕 、 開關 和 繼電器觸點 等 實際開關量 ，以及其它外 設 或受控 對象 送 來 的數(shù) 字量。 （ 3）模擬 I/O 接口 其 輸入 部分主要完成阻抗匹配、 訊號 放大、 訊號濾波 、 I/V 變換 、 V/F 變換或者 A/D 變換 等工作，以便 將來 自 受 控 對象 的 模擬量轉(zhuǎn)換 成 PLC 能夠 處理 的 數(shù)字量。其 輸出 部分主要 實現(xiàn) 阻抗匹配、功率放大、波形校正等功能。在一些 場沈陽工業(yè)大學本科生畢業(yè)設計（論文） 10 合下， 模擬訊號 也需要 與現(xiàn)場電氣隔離 。但 模擬訊號 的 隔離 比 數(shù)字訊號 要 復雜得多。用 于數(shù)字訊號 的 光電隔離 因 線性 度 較 差而不能用來 隔離模擬訊號 ，因此模擬訊號 常常採用成本 較 高的 隔離 放大器來 實現(xiàn)電氣隔離 。 （ 4）電源 PLC 中的 電源穩(wěn)定性好，抗干擾能力很強。對電網(wǎng)提供的電源穩(wěn)定要求不高，一般允 許電源電壓在額定值177。 15﹪范圍內(nèi)波動。 PLC 電源 一般有三 類 ： +5V、177。15V 直流 電源 ：供 PLC 中 TTL 芯片和集成 運放 使用； 供 輸出 接口使用的 高壓大電流 的功率 電源 ； 鋰電池 及其充 電電源 。 考慮 到 系統(tǒng) 的可靠性以及光 電 隔 離器的使用，不同 類 型的 電 源其地 線 也不同。 電源的可靠性一般取決于系統(tǒng)所需要輸出的電壓級別，輸出的電壓級別越高，所要求電源的可靠性越強。 [1] （ 5） 特殊功能模板 特殊功能模板一般都自 帶 CPU 和 系統(tǒng)軟件 ， 與 PLC 的 CPU 模板 并 行工作，并 通過 PLC 系統(tǒng)總線與 CPU 模板接口。 常見 的特殊功能模板包括：高速 計數(shù) 板（能滿足 100KHz 以上的 計數(shù) 或定 時 要求）、具有快速 PID 調(diào)節(jié) 器的 閉環(huán) 控制模板、 通訊 模板等。目前 PLC 的 發(fā)展 非常迅速， 型號眾多 ，各 種 特殊功能模板 不斷涌現(xiàn) 。通常 根據(jù) 其 I/O 點 的 數(shù)量 將 PLC 分為 三大 類 ： 小型 機 ： 256 點 以下（ 無模擬量 ）； 中型 機 ： 256 ~ 2048 點 （ 64 ~ 128 路 模擬 量）； 大型 機 ： 2048 點 以上（ 128 ~ 512 路 模擬 量）。 具體實現(xiàn) 時，通常採用模板式 結(jié)構 ，以便 用戶根據(jù)實際應用 需求 進行 配置。但一些小型 機 常 制作 成一 體機 ，其配置固定，主要供定型成套 設備 使用；而一些大型 機 一 般在 電源 、或者 CPU，甚至 兩者 都作了 熱備份 ，主要保證 PLC 的數(shù)據(jù)資料得到最可靠的保存 [5]。 西門子 S7300PLC 的發(fā)展前景 隨著個人計算 (PC 機 )和通訊技術的發(fā)展 ,現(xiàn)在 PLC 和 DCS 的設計結(jié)構越來越接近 .基本構架都是操作站通過以太網(wǎng)接主站，主站通過現(xiàn)場總線接從站。出于安全性的考慮，冗余技術也不斷發(fā)展，雙冗余、三冗余 (如： TRICON)、七冗沈陽工業(yè)大學本科生畢業(yè)設計（論文） 11 余（航空領域）。從 PLC 主站 CPU 的運行方式上又分為冷備、熱備和同步熱備。冗余技術的發(fā)展使得 PLC 可以沖破低級芯片的限制，而大量應用尖端的電子技術，與 PC 機發(fā)展同步。由于個人計算機的飛速發(fā)展， PC 機變得穩(wěn)定而可靠。其接口的開放性，通訊和 CPU 的速度都使得它比原始設計思想下的 PLC 更適用于工控的要求。因此出現(xiàn)了軟 PLC 的概念，又稱為軟邏輯。其構架是：在 PC機上安裝如 Linux、 WinCE 等操作系統(tǒng)，而在操作系統(tǒng)中運行 IEC1131 的邏輯執(zhí)行程序，作為 PLC 系統(tǒng)的主站。這種嵌入式的 PLC 使得工業(yè)控制可以應用各個領域的先進技術，突破了禁錮瓶頸，典型的軟邏輯 PLC 結(jié)構為 ARM 嵌入 Linux然后安裝 PLC 解釋程序。軟 PLC 的另外一個發(fā)展分支是，直接在微軟的個人計算 機操作系統(tǒng)上運行類似 PLC 的軟件，而用計算機取代 PLC 系統(tǒng)中的主站。運行軟件 PLC 的計算機可以充分應用計算機的開放性接口和通訊速度，兼容性好?？梢話旖影蹇ā?USB 設備、以太網(wǎng)設備、串行通訊設備。比較典型的應用方案是：組態(tài)王軟邏輯通過串行通訊（現(xiàn)在也可用以太網(wǎng)）掛接研華的亞當模塊。隨著電子技術、通訊技術和軟件技術的不斷發(fā)展。這種構架將完全取代 PLC 和 DCS 成為主流形式。 在全球工業(yè)計算機控制領域，圍繞開放與再開放過程控制系統(tǒng)、開放式過程控制軟件、開放性數(shù)據(jù)通信協(xié)議，已經(jīng)發(fā)生巨大變革，幾乎到處都有 PLC，但這種趨勢也許不會繼續(xù)發(fā)展下去。隨著軟 PLC(Soft PLC)控制組態(tài)軟件技術的誕生與進一步完善和發(fā)展，安裝有 Soft PLC 組態(tài)軟件和基于工業(yè) PC 控制系統(tǒng)的市場份額正在逐步得到增長，這些事實使傳統(tǒng) PLC 供應商在思想上已經(jīng)發(fā)生了戲劇性的變化，他們必須面對現(xiàn)實，在傳統(tǒng) PLC 的技術發(fā)展與提高方面作出更加開放的高姿態(tài)。對于控制軟件來講，這是 PLC 控制器的核心， PLC 供應商正在向工業(yè)用戶提供開放式的編程組態(tài)工具軟件，而且對于工業(yè)用戶表現(xiàn)得非常積極。此外，開放式通信網(wǎng)絡技術也得到了突破，其結(jié)果是將 PLC 融入更加開放 的工業(yè)控制行業(yè) [3]。 沈陽工業(yè)大學本科生畢業(yè)設計（論文） 12 第 3 章 設計總體思想 控制 框圖 設計控制框圖： 圖 31 設計控制框圖 PLC 上電，火車通過進站閉塞區(qū)，觸發(fā)控裝置 變軌器行程開關 由一號軌道信號燈的色種點亮方式?jīng)Q定當前行駛火車是否需要變軌 （南北方向）火車作通過車站作業(yè)，合理駛?cè)肟臻e軌道，并觸發(fā)當前軌道控制信號燈的第一個行程開關，紅色信號燈點亮；駛離時，觸發(fā)第二個行程開關，綠色信號燈點亮，非一號軌道，同時出站變軌器響應 當前軌道閑置，供后續(xù)進站作業(yè)火車使用 （南北方向）火車作車站?？孔鳂I(yè)，合理駛?cè)肟臻e軌道，并觸發(fā)當前軌道控制信號燈的第一個行程開關，紅色信號燈點亮； 直至當前軌道火車完成?？孔鳂I(yè)，駛離時觸發(fā)第二個行程開關，綠色信號燈點亮并觸發(fā)出站變軌器響應 綠色：無需變軌 紅色：需要變軌 當前軌道被占用，紅色信號燈點亮觸發(fā)此軌道變軌器停止響應，后續(xù)進站火車依次選擇從一號至五號的空閑軌道。若所有軌道都被占用，一號軌道南北軌道全忙，藍色信號燈點亮 沈陽工業(yè)大學本科生畢業(yè)設計（論文） 13 研究背景圖示 圖 32 設計背景圖示 附注： 背景 注釋說明 ，二號至五號為車站的輔助軌道。 1— 10 為各軌道的信號燈，紅色信號燈表示此軌道為作業(yè)狀態(tài)（忙）；綠色信號 燈表示此軌道為空閑狀態(tài)（閑）； A 和 B 表示南北方向連接各軌道的道岔，火車途經(jīng)此站時，根據(jù)需要自動變軌，讓火車依次選擇由一號至五號空閑的軌道完成作業(yè)任務； 11 和 12 為一號主運行軌道上的信號燈，所以軌道都被占用時，藍色信號燈點亮，此時途經(jīng)的火車無法進站，需要等待有軌道空閑時才能進站； 軌道 五 號 四 號 三 號 二 號 一號 . 南 北 1 3 5 7 9 10 8 6 4 2 A 12 B 11 站 臺 PLC 控制臺 沈陽工業(yè)大學本科生畢業(yè)設計（論文） 14 至 為各軌道南北方向的行程開關，控制相應