【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 C S7300 的大量功能支持和幫助用戶進(jìn)行編程、啟動(dòng)和維護(hù)。 ①高速的指令處理 :~ 的指令處理時(shí)間在中等到較低的性能要求范圍內(nèi)開辟了全新的應(yīng)用領(lǐng)域。②浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算:用此功能可以有效地實(shí)現(xiàn)更為復(fù)雜的算術(shù)運(yùn)算 ③方便用戶的參數(shù)賦值 :一個(gè)帶標(biāo)準(zhǔn)用戶接口的軟件工具給所有模塊進(jìn)行參數(shù)賦值，這樣就節(jié)省了入門和培訓(xùn)的費(fèi)用。 ④人機(jī)界面 (HMI):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)。因此人機(jī)對(duì)話的編程要求大大減少。SIMATIC 人機(jī)界面 ((HMI)從 S730O 中CPUPSSMSSM SMSMS第 3 章 調(diào)速秤配料系統(tǒng)的 PLC 硬件選型與設(shè)計(jì) 10 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 。 ⑤診斷功能 :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 )。⑥口令保護(hù): 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。⑦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。這樣就防止非法刪除或改寫用戶程序(5) S7300 的通訊方便用戶的 STEP7 的用戶界面提供了通訊組態(tài)功能，這使得組態(tài)非常容易、簡(jiǎn)單。SIMATIC S7300 具有多種不同的通訊接口:①多種通訊處理器用來連接 AS1 接口、和工業(yè)以太網(wǎng)總線系統(tǒng)。②串行通訊處理器用來連接點(diǎn)到點(diǎn)的通訊系統(tǒng)。 ③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)。CPU 支持下列通訊類型:①過程通訊②通過總線 (AS1 或 PROFIBUS)③數(shù)據(jù)通訊在自動(dòng)控制系統(tǒng)之間或人機(jī)界面 (HMI)和幾個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)之間，數(shù)據(jù)通訊會(huì)周期地進(jìn)行或被用戶程序或功能塊調(diào)用 。 PLC 的選型要點(diǎn)在 PLC 系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，首先應(yīng)確定控制方案，下一步工作就是 PLC 工程設(shè)計(jì)選型。工藝流程的特點(diǎn)和應(yīng)用要求是設(shè)計(jì)選型的主要依據(jù)。PLC 及有關(guān)設(shè)備應(yīng)是集成的、標(biāo)準(zhǔn)的，按照易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體，易于擴(kuò)充其功能的原則選型所選用 PLC 應(yīng)是在相關(guān)工業(yè)領(lǐng)域有投運(yùn)業(yè)績(jī)、成熟可靠的系統(tǒng)，PLC 的系統(tǒng)硬件、軟件配置及功能應(yīng)與裝置規(guī)模和控制要求相適應(yīng)。熟悉可編程序控制器、功能表圖及有關(guān)的編程語(yǔ)言有利于縮短編程時(shí)間，因此，工程設(shè)計(jì)選型和估算時(shí)，應(yīng)詳細(xì)分析工藝過程的特點(diǎn)、控制要求，明確控制任務(wù)和范圍確定所需的操作和動(dòng)作，然后根據(jù)控制要求，估算輸入輸出點(diǎn)數(shù)、所需存儲(chǔ)器容量、確定 PLC 的功能、外部設(shè)備特性等，最后選擇有較高性能價(jià)格比的河北聯(lián)合大學(xué)輕工學(xué)院PLC 和設(shè)計(jì)相應(yīng)的控制系統(tǒng)。 （1）輸入輸出（I/O）點(diǎn)數(shù)的估算 I/O 點(diǎn)數(shù)估算時(shí)應(yīng)考慮適當(dāng)?shù)挠嗔?，通常根?jù)統(tǒng)計(jì)的輸入輸出點(diǎn)數(shù)，再增加10%～ 20%的可擴(kuò)展 余量后，作為輸入輸出點(diǎn)數(shù)估算數(shù)據(jù)。實(shí)際訂貨時(shí)，還需根據(jù)制造廠商 PLC 的產(chǎn)品特點(diǎn)，對(duì)輸入輸出點(diǎn)數(shù)進(jìn)行調(diào)整。 （2）存儲(chǔ)器容量的估算 存儲(chǔ)器容量是可編程序控制器本身能提供的硬件存儲(chǔ)單元大小，程序容量是存儲(chǔ)器中用戶應(yīng)用項(xiàng)目使用的存儲(chǔ)單元的大小，因此程序容量小于存儲(chǔ)器容量。設(shè)計(jì)階段，由于用戶應(yīng)用程序還未編制，因此，程序容量在設(shè)計(jì)階段是未知的，需在程序調(diào)試之后才知道。為了設(shè)計(jì)選型時(shí)能對(duì)程序容量有一定估算，通常采用存儲(chǔ)器容量的估算來替代。 存儲(chǔ)器內(nèi)存容量的估算沒有固定的公式，許多文獻(xiàn)資料中給出了不同公式，大體上都是按數(shù)字量 I/O 點(diǎn)數(shù)的 10～15 倍，加上模擬 I/O 點(diǎn)數(shù)的 100 倍，以此數(shù)為內(nèi)存的總字?jǐn)?shù)（16 位為一個(gè)字） ，另外再按此數(shù)的 25%考慮余量。 （3）機(jī)型的選擇 ①PLC 的類型 PLC 按結(jié)構(gòu)分為整體型和模塊型兩類，按應(yīng)用環(huán)境分為現(xiàn)場(chǎng)安裝和控制室安裝兩類；按 CPU 字長(zhǎng)分為 1 位、4 位、8 位、16 位、32 位、64 位等。從應(yīng)用角度出發(fā)，通?？砂纯刂乒δ芑蜉斎胼敵鳇c(diǎn)數(shù)選型。 整體型 PLC 的 I/O 點(diǎn)數(shù)固定，因此用戶選擇的余地較小，用于小型控制系統(tǒng)；模塊型 PLC 提供多種 I/O 卡件或插卡，因此用戶可較合理地選擇和配置控制系統(tǒng)的 I/O 點(diǎn)數(shù)，功能擴(kuò)展方便靈活，一般用于大中型控制系統(tǒng)。 ②輸入輸出模塊的選擇 輸入輸出模塊的選擇應(yīng)考慮與應(yīng)用要求的統(tǒng)一。例如對(duì)輸入模塊，應(yīng)考慮信號(hào)電平、信號(hào)傳輸距離、信號(hào)隔離、信號(hào)供電方式等應(yīng)用要求。對(duì)輸出模塊，應(yīng)考慮選用的輸出模塊類型，通常繼電器輸出模塊具有價(jià)格低、使用電壓范圍廣、壽命短、響應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)等特點(diǎn)；可控硅輸出模塊適用于開關(guān)頻繁，電感性低功率因數(shù)負(fù)荷場(chǎng)合，但價(jià)格較貴，過載能力較差。輸出模塊還有直流輸出、交流輸出和模擬量輸出等，與應(yīng)用要求應(yīng)一致。 可根據(jù)應(yīng)用要求，合理選用智能型輸入輸出模塊，以便提高控制水平和降低應(yīng)用成本?？紤]是否需要擴(kuò)展機(jī)架或遠(yuǎn)程 I/O 機(jī)架等。 ③電源的選擇 PLC 的供電電源，除了引進(jìn)設(shè)備時(shí)同時(shí)引進(jìn) PLC 應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品說明書要求設(shè)計(jì)和第 3 章 調(diào)速秤配料系統(tǒng)的 PLC 硬件選型與設(shè)計(jì) 12 選用外，一般 PLC 的供電電源應(yīng)設(shè)計(jì)選用 220V 電源，與國(guó)內(nèi)電網(wǎng)電壓一致。重要的應(yīng)用場(chǎng)合，應(yīng)采用不間斷電源或穩(wěn)壓電源供電。 如果 PLC 本身帶有可使用電源時(shí)，應(yīng)核對(duì)提供的電流是否滿足應(yīng)用要求，否則應(yīng)設(shè)計(jì)外接供電電源。為防止外部高壓電源因誤操作而引入 PLC，對(duì)輸入和輸出信號(hào)的隔離是必要的，有時(shí)也可采用簡(jiǎn)單的二極管或熔絲管隔離。 ④存儲(chǔ)器的選擇 由于計(jì)算機(jī)集成芯片技術(shù)的發(fā)展，存儲(chǔ)器的價(jià)格已下降，因此，為保證應(yīng)用項(xiàng)目的正常投運(yùn)，一般要求 PLC 的存儲(chǔ)器容量，按 256 個(gè) I/O 點(diǎn)至少選 8K 存儲(chǔ)器選擇。需要復(fù)雜控制功能時(shí)，應(yīng)選擇容量更大，檔次更高的存儲(chǔ)器。 PLC 的中央處理器 CPU 的選型 根據(jù)輸入輸出點(diǎn)數(shù)的要求選擇 CPU315（6ES73152AG100AB0 ）作為本次設(shè)計(jì)的中央處理器。CPU315 是 S7300 的大腦，其裝載存儲(chǔ)器的基本容量為 48K 字節(jié)或 80K 字節(jié)，可用存儲(chǔ)卡擴(kuò)充裝載存儲(chǔ)器，最大容量可達(dá)到 512KB。每執(zhí)行 1000 條二進(jìn)制指令約需 ，最大可擴(kuò)充 1024 點(diǎn)數(shù)字量 I/0 或 128 路模擬量通道。CPU315 內(nèi)裝硬件實(shí)時(shí)時(shí)鐘。圖 CPU315 模塊面板布置示意圖河北聯(lián)合大學(xué)輕工學(xué)院CPU315 的操作系統(tǒng)是事件驅(qū)動(dòng)的用戶程序掃描過程。CPU 響應(yīng)哪個(gè)事件，操作系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)用該事件的組織塊 OB。 CPU315 可調(diào)用 128 個(gè)功能塊 FB (0127)。128 個(gè)功能調(diào)用 FC (0127)。 127 個(gè)數(shù)據(jù)塊 DB (1127, 0 保留)。OB, FB, FC,DB 的容量均不大于 8KB。此外，還有 38 個(gè)系統(tǒng)功能塊 SFC 集成在操作系統(tǒng)中供用戶調(diào)用。有 9 個(gè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)塊 SDB 裝載 S7300 系統(tǒng)參數(shù)。CPU315 適用于要求高速處理和中等 I/0 規(guī)模的任務(wù)。它可以裝載中等規(guī)模的程序，并具有中等的指令執(zhí)行速度。CPU315 滿足系統(tǒng)的要求。 PLC 數(shù)字量輸入/輸出模塊的選型與線路連接 在調(diào)速秤配料自動(dòng)控制系統(tǒng)中，由于 PLC 的 CPU 本身沒有輸入輸出接口，需要使擴(kuò)展模塊作為系統(tǒng)的 I/O 口。在本系統(tǒng)中我們采用 SM321 以及SM323 來滿足系統(tǒng)的要求。 SM 321 為 DI 16 x DC 24 V，SM323 數(shù)字量的輸入/輸出模塊 (6ES7 3231BL000AA0)SM 323。 DI 16/DO 16 x DC 24 V/ A 的屬性： ① 16 點(diǎn)輸入，電隔離為 16 組 ② 16 點(diǎn)輸出，電隔離為 8 組 ③ 額定輸入電壓 24 VDC ④ 額定負(fù)載電壓 24 VDC ⑤ 輸入適用于開關(guān)以及 2/3/4 線開關(guān) (BERO) ⑥ 輸出適用于電磁閥、DC 接觸器和指示燈 PLC 的模擬量輸入模塊的選型與線路連接在調(diào)速秤配料系統(tǒng)的 PLC 硬件設(shè)計(jì)中需要將稱重傳感器的信號(hào)輸送到 PLC中，這就需要用到模擬量的輸入模板，模擬量的輸入模板為 SM331。SM331 概述：SM331: AI8*12Bit 是 8 通道的模擬量輸入模塊，在系統(tǒng)中用于輸入稱重傳感器的測(cè)量值。模塊主要是由 A/D 轉(zhuǎn)換部件、模擬切換開關(guān)、補(bǔ)償電路、恒流源、光電隔離部件、邏輯電路等組成。A/D 轉(zhuǎn)換部件是模塊的核心，其轉(zhuǎn)換原理采用積分方法。積分式 A/D 轉(zhuǎn)換的積分時(shí)間直接影響到 A/D 轉(zhuǎn)換時(shí)間和 A/D 轉(zhuǎn)換精度。積分時(shí)間越長(zhǎng)，被測(cè)值的精度越高。SM331 可選的積分時(shí)間有:, , 20ms 和 100ms。相對(duì)應(yīng)的以位表示的精度為 112 和 14。為了抑制工頻及諧波干擾，一般選用 20 第 3 章 調(diào)速秤配料系統(tǒng)的 PLC 硬件選型與設(shè)計(jì) 14 ms 的積分時(shí)間，相應(yīng)精度為 12 位。S7300 的 CPU 用 16 位的二進(jìn)制補(bǔ)碼表示模擬量的值，其中最高位為符號(hào)位 S。 0”表示正值， “1”表示負(fù)值。S7300 模擬輸入模塊的輸入測(cè)量值范圍很寬，可直接輸入電壓、電流、電阻、熱電偶等信號(hào)。它用于連接不帶附加放大器的模擬執(zhí)行元件和傳感器，可以將擴(kuò)展過程中的模擬信一號(hào)轉(zhuǎn)化為 S7300 內(nèi)部處理用的數(shù)字信號(hào)。SM331 的 8 個(gè)模擬量輸入通道共用一個(gè)積分式 A/D 轉(zhuǎn)換部件。即通過模擬切換開關(guān)，各個(gè)輸入通道按順序一個(gè)接一個(gè)轉(zhuǎn)換。某一通道從開始轉(zhuǎn)換模擬量輸入值起，一直持續(xù)到再次開始轉(zhuǎn)換的時(shí)間稱為輸入模塊的循環(huán)時(shí)間。循環(huán)時(shí)間是對(duì)外部模擬信號(hào)的采樣間隔。對(duì)于一個(gè)積分時(shí)間設(shè)定為 20ms, 8 個(gè)輸入通道都接有外部信號(hào)且都需斷線監(jiān)視的 SM331,其循環(huán)時(shí)間為(22+10) *8=256ms。SM331 的每?jī)蓚€(gè)輸入通道構(gòu)成一個(gè)輸入通道組，可以按通道組任意選擇測(cè)量方法和測(cè)量范圍。模塊上需接 24VDC 的負(fù)載電壓 L+，有反接保護(hù)功能。模塊與 S7300CPU 及負(fù)載電壓之間是光電隔離的。SM331: AI8*12BBIT 模擬量輸入模塊的電氣原理圖如圖 10 所示。另外，為了使模擬量輸入模塊獲得最佳的抗干擾性能，可以將不使用的通道與 M 短接。根據(jù)需要我們選用 SM 331（ 6ES7 3317NF000AB0）模擬量輸入模板作為我們的模擬量輸入模板，具體的參數(shù)如下①SIMATIC S7300 的模擬輸入 ②用于連接電壓和電流傳感器、熱電耦、電阻器和電阻式溫度計(jì) ③ 8 輸入，高分辨率。 圖 8 路輸入模塊的連接原理示意圖河北聯(lián)合大學(xué)輕工學(xué)院 模擬量輸出模塊的選型與線路連接模擬量輸出模塊SM332 用于連接模擬量執(zhí)行器SM332可以輸出電壓，也可以輸出電流。在輸出電壓時(shí)，可以采用2線回路和4線回路兩種方式與負(fù)載相連。采用4線回路能獲得比較高的輸出精度。模擬量輸出(簡(jiǎn)稱模出(AO)) 模塊SM332目前有三種規(guī)格型號(hào)，即4AOl2位模塊、2AO12位模塊和4AOl6位模塊，分別為4通道的12位模擬量輸出模塊、2通道的12位模擬量輸出模塊、4通道的16位模擬量輸出模塊。SM332與負(fù)載/執(zhí)行裝置的連接。我們選擇SM332（6ES7 3325HF000AB0）模擬量輸出模板控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)變頻器。 PS307 電源模塊容量計(jì)算及選型 PS307是西門子公司為 S7300專配的24 V DC電源。PS307系列模塊除輸出額定電流不同外(有2 A、5 A、10 A三種)，其工作原理和各種參數(shù)都相同。 PS307可安裝在S7300的專用導(dǎo)軌上，除了給S7300 CPU供電外，也可給I/O模塊提供負(fù)載電源。圖11為PS307 5A模塊端子接線圖。 S7300模塊使用的電源由S7300背板總線提供，一些模塊還需從外部負(fù)載電源供電。在組建S7300應(yīng)用系統(tǒng)時(shí)，考慮每塊模塊的電流耗量和功率損耗是非常必要的. 一個(gè)實(shí)際的S7300 PLC 系統(tǒng)，確定所有的模塊后，要選擇合適的電源模塊，所選定的電源模塊的輸出功率必須大于CPU模塊、所有I/O模塊、各種智能模塊等總消耗功率之和，并且要留有30％左右的裕量。當(dāng)同一電源模塊既要為主機(jī)單元又要為擴(kuò)展單元供電時(shí)，從主機(jī)單元到最遠(yuǎn)一個(gè)擴(kuò)展單元的線路壓降必須 V。PS307 電源模塊的輸入接單相交流，輸入電壓為 120/230V, 50/60HZ。輸出電壓 24VDC，輸出電流 5A。在輸入和輸出之間有可靠的隔離。第 3 章 調(diào)速秤配料系統(tǒng)的 PLC 硬件選型與設(shè)計(jì) 16 PS307 5A模塊端子接線圖S7300 系統(tǒng)時(shí)要選擇合適的電源模塊。其選擇準(zhǔn)則是電源模塊的輸出功率必須大于 CPU 模塊與所有 I/0 模塊之和。表 1 S7300 各模塊電流耗量和功率損耗模塊通過背板總線吸取的電流（最大值）從 24V 負(fù)載電源吸收的電流（不帶負(fù)載運(yùn)行）功率損耗（正常運(yùn)行）CPU315 供 1A 8WSM321 25MA 1MA SM323 80MA 100MA SM331 60MA 60MA SM332 60MA 340MA 6WCM35 150MA 圖3