【文章內(nèi)容簡介】 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、記載過錯和特別系統(tǒng)事件(例如：超時，模塊調(diào)換，等等)?？诹钛谧o：多級口令維護可以使用戶高度、有效地維護其技巧秘密，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，就不能轉(zhuǎn)變操作方式。①可靠性高，抗干擾能力強一方面要求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、安裝施工和使用維護中引起高度重視，多方配合才能完善解決問題，有效地增強系統(tǒng)的抗干擾性能；②通用性強，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)用于單機控制外，在工廠自動化中也被大量采用；③功能強，適應(yīng)面廣現(xiàn)代PLC不僅有邏輯運算、計時、計數(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、通信、人機對話、自檢、記錄顯示等功能。既可控制一臺生產(chǎn)機械、一條生產(chǎn)線，又可控制一個生產(chǎn)過程；④編程簡單，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。梯形圖語言的編程元件的符號和表達方式與繼電器控制電路原理圖相當(dāng)接近。通過閱讀PLC的用戶手冊或短期培訓(xùn)，電氣技術(shù)人員和技術(shù)工很快就能學(xué)會用梯形圖編制控制程序。同時還提供了功能圖、語句表等編程語言。PLC在執(zhí)行梯形圖程序時，用解釋程序?qū)⑺g成匯編語言然后執(zhí)行（PC內(nèi)部增加了解釋程序）。與直接執(zhí)行匯編語言編寫的用戶程序相比，執(zhí)行梯形圖程序的時間要長一些，但對于大多數(shù)機電控制設(shè)備來說，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)計及施工的工作量由于PLC采用了軟件來取代繼電器控制系統(tǒng)中大量的中間繼電器、時間繼電器、計數(shù)器等器件，控制柜的設(shè)計安裝接線工作量大為減少。同時，PLC的用戶程序可以在實驗室模擬調(diào)試，更減少了現(xiàn)場的調(diào)試工作量。并且，由于PLC的低故障率及很強的監(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，堅固，體積小，重量輕，功耗低。并且由于PLC的強抗干擾能力，易于裝入設(shè)備內(nèi)部，是實現(xiàn)機電一體化的理想控制設(shè)備；⑦西門子S7300 PLC 的獨有特點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。各種單獨西門子PLC的模塊之間可進行廣泛組合構(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（）的指令運算速度；用浮點數(shù)運算比較有效地實現(xiàn)了更為復(fù)雜的算術(shù)運算；一個帶標準用戶接口的軟件工具方便用戶給所有模塊進行參數(shù)賦值；方便的人機界面服務(wù)已經(jīng)集成在S7300操作系統(tǒng)內(nèi)，人機對話的編程要求大大減少。SIMATIC人機界面（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、記錄錯誤和特殊系統(tǒng)事件（例如：超時，模塊更換，等等）；多級口令保護可以使用戶高度、有效地保護其技術(shù)機密，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，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。具備強大的通信功能，S7300 PLC可通過編程軟件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、簡單。S7300 PLC具有多種不同的通信接口，并通過多種通信處理器來連接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連接點到點的通信系統(tǒng)；多點接口（MPI）集成在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)。第六節(jié) 西門子S7300PLC的發(fā)展前景隨著個人計算(PC機)和通訊技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在PLC和DCS的設(shè)計結(jié)構(gòu)越來越接近基本構(gòu)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(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可以沖破低級芯片的限制，而大量應(yīng)用尖端的電子技術(shù)，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(shè)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(gòu)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(yīng)用各個領(lǐng)域的先進技術(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(yīng)用計算機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)計算機控制領(lǐng)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(shù)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(yīng)商在思想上已經(jīng)發(fā)生了戲劇性的變化，他們必須面對現(xiàn)實，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)。對于控制軟件來講，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)計總體思想第一節(jié) 控制框圖設(shè)計控制框圖：PLC上電，地鐵通過進站閉塞區(qū)，觸發(fā)控裝置變軌器行程開關(guān)由一號軌道信號燈的色種點亮方式?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)前軌道控制信號燈的第一個行程開關(guān)，紅色信號燈點亮；駛離時，觸發(fā)第二個行程開關(guān)，綠色信號燈點亮，非一號軌道，同時出站變軌器響應(yīng)當(dāng)前軌道閑置，供后續(xù)進站作業(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)前軌道控制信號燈的第一個行程開關(guān)，紅色信號燈點亮；直至當(dāng)前軌道地鐵完成?？孔鳂I(yè)，駛離時觸發(fā)第二個行程開關(guān)，綠色信號燈點亮并觸發(fā)出站變軌器響應(yīng)綠色：無需變軌紅色：需要變軌當(dāng)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(yīng)，后續(xù)進站地鐵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，藍色信號燈點亮一、研究背景圖示軌道 五 號 四 號 三 號 二 號 一號南北13579108642A12B11站 臺PLC控制臺 設(shè)計背景圖示附注：背景注釋說明① 一號軌道為地鐵主運行軌道，二號至五號為車站的輔助軌道。② 方框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）；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，根據(jù)需要自動變軌，讓地鐵依次選擇由一號至五號空閑的軌道完成作業(yè)任務(wù)；④ 方框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)的地鐵無法進站，需要等待有軌道空閑時才能進站；⑤ ，控制相應(yīng)軌道的信號燈色種的變化，當(dāng)被觸發(fā)時，信號燈作出相應(yīng)的響應(yīng)；⑥ ，同一時間，南北方向只有一個變軌器作出響應(yīng)。二、設(shè)計方案① 預(yù)想背景為此車站有5條軌道，主行軌道為一號，其余為輔助軌道；當(dāng)系統(tǒng)上電時，車站軌道為空閑狀態(tài)，各軌道南北綠色信號燈點亮；② 以一號軌道為例，地鐵從南邊駛?cè)耄ū边咇側(cè)胪?，只是兩個觸點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)一號軌道空閑時，軌道變軌器不做響應(yīng)，地鐵直接運行在一號軌道進入車站。，上升沿觸發(fā)觸點，一號軌道綠色信號燈熄滅，紅色信號燈點亮，并持續(xù)點亮。直至該地鐵完成作業(yè)任務(wù)離開此車站時，下降沿觸發(fā)使信號燈復(fù)位，綠色信號燈持續(xù)點亮，紅色信號燈熄滅。③ 當(dāng)一號軌道被其他地鐵占用時，軌道此時紅色信號燈點亮，同時作為輸入信號觸發(fā)道岔作出響應(yīng)，地鐵進站之前變軌至二號軌道，同理當(dāng)?shù)罔F進入二號軌道后，二號軌道綠色信號燈熄滅，紅色信號燈電亮，并將持續(xù)點亮。當(dāng)?shù)罔F駛離車站時，信號燈復(fù)位響應(yīng)，同時觸發(fā)出站變軌器，變軌至一號軌道，完成作業(yè)任務(wù)。④ 同理，二號軌道被占用（即有地鐵此時作?？咳蝿?wù)），進站道岔變軌至三號軌道，三號軌道被占用，道岔變軌至四號道岔，以此類推。地鐵進站的原則遵循由一號至五號軌道順序的選擇空閑的軌道完成作業(yè)任務(wù)。當(dāng)所有軌道同時被占用時，主行軌道信號燈藍色信號燈點亮，地鐵無法途經(jīng)車站，需要停車等候，直至有空閑軌道方可進站完成作業(yè)任務(wù)。三、設(shè)計目標在PLC統(tǒng)一控制下，軌道閑置時，綠色信號燈點亮；軌道繁忙時，紅色信號燈點亮；一號軌道閑置時，進站變軌器不工作，出站變軌器工作；一號軌道繁忙時，進\出站變軌器工作，變軌原則遵循一號至五號軌道依次選擇閑置軌道變軌。車站的信號燈和軌道變軌器作出合理的響應(yīng)，指揮和引導(dǎo)地鐵進行正確的進站方式，有效的完成通過、?？?、進站變軌、出站變軌、停車等待軌道全忙等作業(yè)任務(wù)。第二節(jié) 實驗裝置本設(shè)計主要基于STEP7 。STEP 7是一種用于對SIMATIC可編程邏輯控制器進行組態(tài)和編程的標準軟件包。它具有更廣泛的功能：①可作為SIMATIC工業(yè)軟件的軟件產(chǎn)品中的一個擴展選項包；②為功能模塊和通訊處理器分配參數(shù)的時機；③強制模式與多值計算模式；④全局數(shù)據(jù)通訊；⑤使用通訊功能塊進行的事件驅(qū)動數(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)建項目結(jié)構(gòu)項目類似一個文件夾，所有的數(shù)據(jù)均可按照一種體系化的結(jié)構(gòu)存儲在其中，并可供隨時使用。在項目創(chuàng)建完畢之后，所有其他的任務(wù)均將在該項目中執(zhí)行；②組態(tài)站在對站進行組態(tài)時，可指定希望使用的可編程控制器；③組態(tài)硬件在對硬件進行配置時，可在組態(tài)表中指定自動化解決方案要使用的模塊以及用戶程序中對模塊進行訪問的地址。也可對使用參數(shù)對模塊的屬性進行設(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，需要創(chuàng)建自動化網(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定義符號可在符號表中定義局部符號或具有更多描述性名稱的共享符號，以便代替用戶程序中的絕對地址進行使用；⑥創(chuàng)建程序使用一種可選編程語言創(chuàng)建一個與模塊相鏈接或與模塊無關(guān)的程序，并將其存儲為塊、源文件或圖表；⑦對程序進行調(diào)試和系統(tǒng)仿真。SIMATIC管理器中的基本操作步驟為：設(shè)置項目對程序進行調(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)計所需的的硬件配置。設(shè)計中，機架選擇5米長，能滿足各模塊的組裝；CPU 312最多能組態(tài)8個模塊，設(shè)計只需組態(tài)2個擴展模塊；設(shè)計中，輸入\輸出量均為數(shù)字量；輸入點為：14個；輸出點為：19個。所選CPU 312自帶10輸入口，6輸出口，擴展輸入模塊（DI）自帶16輸入口，擴展輸出模塊（DO）自帶16輸出口，完全滿足設(shè)計I\O口數(shù)量；電源（PS 307）負載電源為常規(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的編程軟件中進行，主要為了方便個模塊的匹配以及兼容。仿真時，方便查錯，同時所給出的參數(shù)清晰，明確，有利于計算I\O接口的計算。以下為本設(shè)計中所選擇的硬件配置： 設(shè)計硬件詳細表硬件名稱數(shù)量相關(guān)參數(shù)機架（UR 0）1條5m電源（PS 307 10A）1個負載電源120\230V；AC:24VDC:10A。CPU（CPU 312）1個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16輸入口；電源：24 V；分成 16 組，不能和主站總線的子模塊進行組態(tài)。數(shù)字輸出模塊（DO）1個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、梯形圖符號說明編程所用到的梯形圖符號說明① 常開觸點 | | 存儲在指定地址的位值為1時，(常開觸點)處于閉合狀態(tài)。觸點閉合時，梯形圖