【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 300按用戶指定的刷新速度傳送這些數(shù)據(jù)。S7300操作系統(tǒng)主動(dòng)地處理數(shù)據(jù)的傳送。診斷功能：CPU的智能化的診斷體系持續(xù)監(jiān)控系統(tǒng)的功效是否正常、記載過(guò)錯(cuò)和特別系統(tǒng)事件(例如：超時(shí)，模塊調(diào)換，等等)?？诹钛谧o(hù)：多級(jí)口令維護(hù)可以使用戶高度、有效地維護(hù)其技巧秘密，防止未經(jīng)容許的復(fù)制和修正。操作方式選擇開關(guān)：操作方法選擇開關(guān)像鑰匙一樣可以拔出，當(dāng)鑰匙拔出時(shí)，就不能轉(zhuǎn)變操作方式。①可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)一方面要求PLC生產(chǎn)廠家提高設(shè)備的抗干擾能力，另一方面要求應(yīng)用部門在工程設(shè)計(jì)、安裝施工和使用維護(hù)中引起高度重視，多方配合才能完善解決問(wèn)題，有效地增強(qiáng)系統(tǒng)的抗干擾性能；②通用性強(qiáng)，控制程序可變使用方便PLC品種齊全的各種硬件裝置，可以組成能滿足各種要求的控制系統(tǒng)，用戶不必自己再設(shè)計(jì)和制作硬件裝置。用戶在硬件確定以后，在生產(chǎn)工藝流程改變或生產(chǎn)設(shè)備更新的情況下，不必改變PC的硬設(shè)備，只需改編程序就可以滿足要求。因此，PC除應(yīng)用于單機(jī)控制外，在工廠自動(dòng)化中也被大量采用；③功能強(qiáng)，適應(yīng)面廣現(xiàn)代PLC不僅有邏輯運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)、順序控制等功能，還具有數(shù)字和模擬量的輸入輸出、功率驅(qū)動(dòng)、通信、人機(jī)對(duì)話、自檢、記錄顯示等功能。既可控制一臺(tái)生產(chǎn)機(jī)械、一條生產(chǎn)線，又可控制一個(gè)生產(chǎn)過(guò)程；④編程簡(jiǎn)單，容易掌握目前，大多數(shù)PC仍采用繼電控制形式的“梯形圖編程方式”。既繼承了傳統(tǒng)控制線路的清晰直觀，又考慮到大多數(shù)工廠企業(yè)電氣技術(shù)人員的讀圖習(xí)慣及編程水平，所以非常容易接受和掌握。梯形圖語(yǔ)言的編程元件的符號(hào)和表達(dá)方式與繼電器控制電路原理圖相當(dāng)接近。通過(guò)閱讀PLC的用戶手冊(cè)或短期培訓(xùn)，電氣技術(shù)人員和技術(shù)工很快就能學(xué)會(huì)用梯形圖編制控制程序。同時(shí)還提供了功能圖、語(yǔ)句表等編程語(yǔ)言。PLC在執(zhí)行梯形圖程序時(shí)，用解釋程序?qū)⑺g成匯編語(yǔ)言然后執(zhí)行（PC內(nèi)部增加了解釋程序）。與直接執(zhí)行匯編語(yǔ)言編寫的用戶程序相比，執(zhí)行梯形圖程序的時(shí)間要長(zhǎng)一些，但對(duì)于大多數(shù)機(jī)電控制設(shè)備來(lái)說(shuō)，是微不足道的，完全可以滿足控制要求；⑤減少了控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及施工的工作量由于PLC采用了軟件來(lái)取代繼電器控制系統(tǒng)中大量的中間繼電器、時(shí)間繼電器、計(jì)數(shù)器等器件，控制柜的設(shè)計(jì)安裝接線工作量大為減少。同時(shí)，PLC的用戶程序可以在實(shí)驗(yàn)室模擬調(diào)試，更減少了現(xiàn)場(chǎng)的調(diào)試工作量。并且，由于PLC的低故障率及很強(qiáng)的監(jiān)視功能，模塊化等等，使維修也極為方便；⑥體積小、重量輕、功耗低、維護(hù)方便PLC是將微電子技術(shù)應(yīng)用于工業(yè)設(shè)備的產(chǎn)品，其結(jié)構(gòu)緊湊，堅(jiān)固，體積小，重量輕，功耗低。并且由于PLC的強(qiáng)抗干擾能力，易于裝入設(shè)備內(nèi)部，是實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化的理想控制設(shè)備；⑦西門子S7300 PLC 的獨(dú)有特點(diǎn)S7300是模塊化小型PLC系統(tǒng)，主要包括：電源模塊（PS）、CPU模塊、接口模塊（IM）、信號(hào)模塊（SM）、輸入模塊（DI）、輸出模塊（DO）、通訊處理模塊(CP)、功能模塊（FM）、工程工具（STEP7），能滿足中等性能要求的應(yīng)用。各種單獨(dú)西門子PLC的模塊之間可進(jìn)行廣泛組合構(gòu)成不同要求的系統(tǒng)。與S7200 PLC比較，S7300 PLC采用模塊化結(jié)構(gòu)，具備高速（）的指令運(yùn)算速度；用浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算比較有效地實(shí)現(xiàn)了更為復(fù)雜的算術(shù)運(yùn)算；一個(gè)帶標(biāo)準(zhǔn)用戶接口的軟件工具方便用戶給所有模塊進(jìn)行參數(shù)賦值；方便的人機(jī)界面服務(wù)已經(jīng)集成在S7300操作系統(tǒng)內(nèi)，人機(jī)對(duì)話的編程要求大大減少。SIMATIC人機(jī)界面（HMI）從S7300中取得數(shù)據(jù)，S7300按用戶指定的刷新速度傳送這些數(shù)據(jù)。S7300操作系統(tǒng)自動(dòng)地處理數(shù)據(jù)的傳送；CPU的智能化的診斷系統(tǒng)連續(xù)監(jiān)控系統(tǒng)的功能是否正常、記錄錯(cuò)誤和特殊系統(tǒng)事件（例如：超時(shí)，模塊更換，等等）；多級(jí)口令保護(hù)可以使用戶高度、有效地保護(hù)其技術(shù)機(jī)密，防止未經(jīng)允許的復(fù)制和修改；S7300 PLC設(shè)有操作方式選擇開關(guān)，操作方式選擇開關(guān)像鑰匙一樣可以拔出，當(dāng)鑰匙拔出時(shí)，就不能改變操作方式，這樣就可防止非法刪除或改寫用戶程序。具備強(qiáng)大的通信功能，S7300 PLC可通過(guò)編程軟件Step 7的用戶界面提供通信組態(tài)功能，這使得組態(tài)非常容易、簡(jiǎn)單。S7300 PLC具有多種不同的通信接口，并通過(guò)多種通信處理器來(lái)連接ASI總線接口和工業(yè)以太網(wǎng)總線系統(tǒng)；串行通信處理器用來(lái)連接點(diǎn)到點(diǎn)的通信系統(tǒng)；多點(diǎn)接口（MPI）集成在CPU中，用于同時(shí)連接編程器、PC機(jī)、人機(jī)界面系統(tǒng)及其他SIMATIC S7/M7/C7等自動(dòng)化控制系統(tǒng)。第六節(jié) 西門子S7300PLC的發(fā)展前景隨著個(gè)人計(jì)算(PC機(jī))和通訊技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在PLC和DCS的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)越來(lái)越接近基本構(gòu)架都是操作站通過(guò)以太網(wǎng)接主站，主站通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線接從站。出于安全性的考慮，冗余技術(shù)也不斷發(fā)展，雙冗余、三冗余(如：TRICON)、七冗余（航空領(lǐng)域）。從PLC主站CPU的運(yùn)行方式上又分為冷備、熱備和同步熱備。冗余技術(shù)的發(fā)展使得PLC可以沖破低級(jí)芯片的限制，而大量應(yīng)用尖端的電子技術(shù)，與PC機(jī)發(fā)展同步。由于個(gè)人計(jì)算機(jī)的飛速發(fā)展，PC機(jī)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(shè)計(jì)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(gòu)架是：在PC機(jī)上安裝如Linux、WinCE等操作系統(tǒng)，而在操作系統(tǒng)中運(yùn)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(yīng)用各個(gè)領(lǐng)域的先進(jìn)技術(shù)，突破了禁錮瓶頸，典型的軟邏輯PLC結(jié)構(gòu)為 ARM嵌入Linux然后安裝PLC解釋程序。軟PLC的另外一個(gè)發(fā)展分支是，直接在微軟的個(gè)人計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)上運(yùn)行類似PLC的軟件，而用計(jì)算機(jī)取代PLC系統(tǒng)中的主站。運(yùn)行軟件PLC的計(jì)算機(jī)可以充分應(yīng)用計(jì)算機(jī)的開放性接口和通訊速度，兼容性好。可以掛接板卡、USB設(shè)備、以太網(wǎng)設(shè)備、串行通訊設(shè)備。比較典型的應(yīng)用方案是：組態(tài)王軟邏輯通過(guò)串行通訊（現(xiàn)在也可用以太網(wǎng)）掛接研華的亞當(dāng)模塊。隨著電子技術(shù)、通訊技術(shù)和軟件技術(shù)的不斷發(fā)展。這種構(gòu)架將完全取代PLC 和 DCS 成為主流形式。在全球工業(yè)計(jì)算機(jī)控制領(lǐng)域，圍繞開放與再開放過(guò)程控制系統(tǒng)、開放式過(guò)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(shì)也許不會(huì)繼續(xù)發(fā)展下去。隨著軟PLC(Soft PLC)控制組態(tài)軟件技術(shù)的誕生與進(jìn)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(chǎng)份額正在逐步得到增長(zhǎng)，這些事實(shí)使傳統(tǒng)PLC供應(yīng)商在思想上已經(jīng)發(fā)生了戲劇性的變化，他們必須面對(duì)現(xiàn)實(shí)，在傳統(tǒng)PLC的技術(shù)發(fā)展與提高方面做出更加開放的高姿態(tài)。對(duì)于控制軟件來(lái)講，這是PLC控制器的核心，PLC供應(yīng)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(duì)于工業(yè)用戶表現(xiàn)得非常積極。此外，開放式通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)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)。第三章 設(shè)計(jì)總體思想第一節(jié) 控制框圖設(shè)計(jì)控制框圖：PLC上電，地鐵通過(guò)進(jìn)站閉塞區(qū)，觸發(fā)控裝置變軌器行程開關(guān)由一號(hào)軌道信號(hào)燈的色種點(diǎn)亮方式?jīng)Q定當(dāng)前行駛地鐵是否需要變軌（南北方向）地鐵作通過(guò)車站作業(yè)，合理駛?cè)肟臻e軌道，并觸發(fā)當(dāng)前軌道控制信號(hào)燈的第一個(gè)行程開關(guān)，紅色信號(hào)燈點(diǎn)亮；駛離時(shí)，觸發(fā)第二個(gè)行程開關(guān)，綠色信號(hào)燈點(diǎn)亮，非一號(hào)軌道，同時(shí)出站變軌器響應(yīng)當(dāng)前軌道閑置，供后續(xù)進(jìn)站作業(yè)地鐵使用（南北方向）地鐵作車站?？孔鳂I(yè)，合理駛?cè)肟臻e軌道，并觸發(fā)當(dāng)前軌道控制信號(hào)燈的第一個(gè)行程開關(guān)，紅色信號(hào)燈點(diǎn)亮；直至當(dāng)前軌道地鐵完成停靠作業(yè)，駛離時(shí)觸發(fā)第二個(gè)行程開關(guān)，綠色信號(hào)燈點(diǎn)亮并觸發(fā)出站變軌器響應(yīng)綠色：無(wú)需變軌紅色：需要變軌當(dāng)前軌道被占用，紅色信號(hào)燈點(diǎn)亮觸發(fā)此軌道變軌器停止響應(yīng)，后續(xù)進(jìn)站地鐵依次選擇從一號(hào)至五號(hào)的空閑軌道。若所有軌道都被占用，一號(hào)軌道南北軌道全忙，藍(lán)色信號(hào)燈點(diǎn)亮一、研究背景圖示軌道 五 號(hào) 四 號(hào) 三 號(hào) 二 號(hào) 一號(hào)南北13579108642A12B11站 臺(tái)PLC控制臺(tái) 設(shè)計(jì)背景圖示附注：背景注釋說(shuō)明① 一號(hào)軌道為地鐵主運(yùn)行軌道，二號(hào)至五號(hào)為車站的輔助軌道。② 方框1—10為各軌道的信號(hào)燈，紅色信號(hào)燈表示此軌道為作業(yè)狀態(tài)（忙）；綠色信號(hào)燈表示此軌道為空閑狀態(tài)（閑）；③ 方框A和B表示南北方向連接各軌道的道岔，地鐵途經(jīng)此站時(shí)，根據(jù)需要自動(dòng)變軌，讓地鐵依次選擇由一號(hào)至五號(hào)空閑的軌道完成作業(yè)任務(wù)；④ 方框11和12為一號(hào)主運(yùn)行軌道上的信號(hào)燈，所以軌道都被占用時(shí)，藍(lán)色信號(hào)燈點(diǎn)亮，此時(shí)途經(jīng)的地鐵無(wú)法進(jìn)站，需要等待有軌道空閑時(shí)才能進(jìn)站；⑤ ，控制相應(yīng)軌道的信號(hào)燈色種的變化，當(dāng)被觸發(fā)時(shí)，信號(hào)燈作出相應(yīng)的響應(yīng)；⑥ ，同一時(shí)間，南北方向只有一個(gè)變軌器作出響應(yīng)。二、設(shè)計(jì)方案① 預(yù)想背景為此車站有5條軌道，主行軌道為一號(hào)，其余為輔助軌道；當(dāng)系統(tǒng)上電時(shí)，車站軌道為空閑狀態(tài)，各軌道南北綠色信號(hào)燈點(diǎn)亮；② 以一號(hào)軌道為例，地鐵從南邊駛?cè)耄ū边咇側(cè)胪恚皇莾蓚€(gè)觸點(diǎn)的上升沿和下降沿互換），首先觸發(fā)南方選擇變軌器的行程開關(guān)，當(dāng)一號(hào)軌道空閑時(shí)，軌道變軌器不做響應(yīng)，地鐵直接運(yùn)行在一號(hào)軌道進(jìn)入車站。，上升沿觸發(fā)觸點(diǎn)，一號(hào)軌道綠色信號(hào)燈熄滅，紅色信號(hào)燈點(diǎn)亮，并持續(xù)點(diǎn)亮。直至該地鐵完成作業(yè)任務(wù)離開此車站時(shí)，下降沿觸發(fā)使信號(hào)燈復(fù)位，綠色信號(hào)燈持續(xù)點(diǎn)亮，紅色信號(hào)燈熄滅。③ 當(dāng)一號(hào)軌道被其他地鐵占用時(shí)，軌道此時(shí)紅色信號(hào)燈點(diǎn)亮，同時(shí)作為輸入信號(hào)觸發(fā)道岔作出響應(yīng)，地鐵進(jìn)站之前變軌至二號(hào)軌道，同理當(dāng)?shù)罔F進(jìn)入二號(hào)軌道后，二號(hào)軌道綠色信號(hào)燈熄滅，紅色信號(hào)燈電亮，并將持續(xù)點(diǎn)亮。當(dāng)?shù)罔F駛離車站時(shí)，信號(hào)燈復(fù)位響應(yīng)，同時(shí)觸發(fā)出站變軌器，變軌至一號(hào)軌道，完成作業(yè)任務(wù)。④ 同理，二號(hào)軌道被占用（即有地鐵此時(shí)作?？咳蝿?wù)），進(jìn)站道岔變軌至三號(hào)軌道，三號(hào)軌道被占用，道岔變軌至四號(hào)道岔，以此類推。地鐵進(jìn)站的原則遵循由一號(hào)至五號(hào)軌道順序的選擇空閑的軌道完成作業(yè)任務(wù)。當(dāng)所有軌道同時(shí)被占用時(shí)，主行軌道信號(hào)燈藍(lán)色信號(hào)燈點(diǎn)亮，地鐵無(wú)法途經(jīng)車站，需要停車等候，直至有空閑軌道方可進(jìn)站完成作業(yè)任務(wù)。三、設(shè)計(jì)目標(biāo)在PLC統(tǒng)一控制下，軌道閑置時(shí)，綠色信號(hào)燈點(diǎn)亮；軌道繁忙時(shí)，紅色信號(hào)燈點(diǎn)亮；一號(hào)軌道閑置時(shí)，進(jìn)站變軌器不工作，出站變軌器工作；一號(hào)軌道繁忙時(shí)，進(jìn)\出站變軌器工作，變軌原則遵循一號(hào)至五號(hào)軌道依次選擇閑置軌道變軌。車站的信號(hào)燈和軌道變軌器作出合理的響應(yīng)，指揮和引導(dǎo)地鐵進(jìn)行正確的進(jìn)站方式，有效的完成通過(guò)、停靠、進(jìn)站變軌、出站變軌、停車等待軌道全忙等作業(yè)任務(wù)。第二節(jié) 實(shí)驗(yàn)裝置本設(shè)計(jì)主要基于STEP7 。STEP 7是一種用于對(duì)SIMATIC可編程邏輯控制器進(jìn)行組態(tài)和編程的標(biāo)準(zhǔn)軟件包。它具有更廣泛的功能：①可作為SIMATIC工業(yè)軟件的軟件產(chǎn)品中的一個(gè)擴(kuò)展選項(xiàng)包；②為功能模塊和通訊處理器分配參數(shù)的時(shí)機(jī)；③強(qiáng)制模式與多值計(jì)算模式；④全局?jǐn)?shù)據(jù)通訊；⑤使用通訊功能塊進(jìn)行的事件驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)傳送；⑥組態(tài)連接；SIMATIC管理器是用于組態(tài)和編程的基本應(yīng)用程序，主要包括：①創(chuàng)建項(xiàng)目結(jié)構(gòu)項(xiàng)目類似一個(gè)文件夾，所有的數(shù)據(jù)均可按照一種體系化的結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)在其中，并可供隨時(shí)使用。在項(xiàng)目創(chuàng)建完畢之后，所有其他的任務(wù)均將在該項(xiàng)目中執(zhí)行；②組態(tài)站在對(duì)站進(jìn)行組態(tài)時(shí)，可指定希望使用的可編程控制器；③組態(tài)硬件在對(duì)硬件進(jìn)行配置時(shí)，可在組態(tài)表中指定自動(dòng)化解決方案要使用的模塊以及用戶程序中對(duì)模塊進(jìn)行訪問(wèn)的地址。也可對(duì)使用參數(shù)對(duì)模塊的屬性進(jìn)行設(shè)置；④組態(tài)網(wǎng)絡(luò)和通訊連接通訊的基礎(chǔ)是預(yù)先組態(tài)的網(wǎng)絡(luò)。為此，需要?jiǎng)?chuàng)建自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)所需要的子網(wǎng)、設(shè)置子網(wǎng)屬性、以及設(shè)置已聯(lián)網(wǎng)工作站的網(wǎng)絡(luò)連接屬性和某些通訊連接；⑤定義符號(hào)可在符號(hào)表中定義局部符號(hào)或具有更多描述性名稱的共享符號(hào)，以便代替用戶程序中的絕對(duì)地址進(jìn)行使用；⑥創(chuàng)建程序使用一種可選編程語(yǔ)言創(chuàng)建一個(gè)與模塊相鏈接或與模塊無(wú)關(guān)的程序，并將其存儲(chǔ)為塊、源文件或圖表；⑦對(duì)程序進(jìn)行調(diào)試和系統(tǒng)仿真。SIMATIC管理器中的基本操作步驟為：設(shè)置項(xiàng)目對(duì)程序進(jìn)行調(diào)試配置硬件并為其分配參數(shù)系統(tǒng)仿真組建組態(tài)硬件網(wǎng)絡(luò)分配程序塊編寫主程序和程序塊程序 STEP7 基本操作步驟第三節(jié) 硬件配置本設(shè)計(jì)所采用的是模塊式PLC的結(jié)構(gòu)，以最優(yōu)、最合理的硬件組態(tài)構(gòu)成滿足設(shè)計(jì)所需的的硬件配置。設(shè)計(jì)中，機(jī)架選擇5米長(zhǎng)，能滿足各模塊的組裝；CPU 312最多能組態(tài)8個(gè)模塊，設(shè)計(jì)只需組態(tài)2個(gè)擴(kuò)展模塊；設(shè)計(jì)中，輸入\輸出量均為數(shù)字量；輸入點(diǎn)為：14個(gè)；輸出點(diǎn)為：19個(gè)。所選CPU 312自帶10輸入口，6輸出口，擴(kuò)展輸入模塊（DI）自帶16輸入口，擴(kuò)展輸出模塊（DO）自帶16輸出口，完全滿足設(shè)計(jì)I\O口數(shù)量；電源（PS 307）負(fù)載電源為常規(guī)市電，輸出電壓電流提供各模塊征程工作。硬件組態(tài)均在PLC的編程軟件中進(jìn)行，主要為了方便個(gè)模塊的匹配以及兼容。仿真時(shí)，方便查錯(cuò)，同時(shí)所給出的參數(shù)清晰，明確，有利于計(jì)算I\O接口的計(jì)算。以下為本設(shè)計(jì)中所選擇的硬件配置： 設(shè)計(jì)硬件詳細(xì)表硬件名稱數(shù)量相關(guān)參數(shù)機(jī)架（UR 0）1條5m電源（PS 307 10A）1個(gè)負(fù)載電源120\230V；AC:24VDC:10A。CPU（CPU 312）1個(gè)16 KB 工作內(nèi)存； ms/1000 條指令；MPI 連接。單排最多可組態(tài) 8個(gè)模塊；S7 通訊(可加載的 FB/FC)；固化程序 。數(shù)字輸入模塊（DI）1個(gè)16輸入口；電源：24 V；分成 16 組，不能和主站總線的子模塊進(jìn)行組態(tài)。數(shù)字輸出模塊（DO）1個(gè)16輸出口；電源：24 VDC/ A；具有診斷功能，可在線重新組態(tài)。第四章 軟件編程和系統(tǒng)仿真第一節(jié) 梯形程序圖編程一、梯形圖符號(hào)說(shuō)明編程所用到的梯形圖符號(hào)說(shuō)明① 常開觸點(diǎn) | | 存儲(chǔ)在指定地址的位值為1時(shí)，(常開觸點(diǎn))處于閉合狀態(tài)。觸點(diǎn)閉合時(shí)，梯形圖