【文章內(nèi)容簡介】 輸出模塊CPU模塊通信接口其它設(shè)備其它PLC計算機選擇開關(guān)指示燈限位開關(guān)電源按鈕 PLC控制系統(tǒng)示意圖PLC的工作原理CPU中的程序分為操作系統(tǒng)和用戶程序。操作系統(tǒng)用來處理PLC的啟動、刷新輸入/輸出過程映像區(qū)、調(diào)用用戶程序、處理中斷和錯誤、管理存儲區(qū)和通信等任務(wù)。用戶程序由用戶生成，用來實現(xiàn)用戶要求的自動化任務(wù)。STEP7將用戶編寫的程序和程序所需的數(shù)據(jù)放置在塊中，功能塊FB和功能FC相當于用戶編寫的子程序，系統(tǒng)功能SFC的系統(tǒng)功能塊SFB是操作系統(tǒng)提供給用戶使用的標準子程序，這些塊也通稱為邏輯塊。PLC采用循環(huán)執(zhí)行用戶程序的方式，這種運行方式也稱為掃描工作方式。OB1是用于循環(huán)處理的組織塊，相當于用戶程序的主程序，它可以調(diào)用其它的塊，或被中斷程序（組織塊）中斷。PLC得電或由STOP模式切換到RUN模式時，CPU執(zhí)行啟動操作，清除沒有保持功能的位存儲器、定時器和計數(shù)器，清除中斷堆棧和塊堆棧的內(nèi)容，復位保存的硬件中斷等。此外還要執(zhí)行一次用戶編寫的“系統(tǒng)啟動組織塊”O(jiān)B100，完成用戶指定的初始化操作，以后將進入周期性的循環(huán)運行。循環(huán)程序處理過程可以被某些事件中斷，如果有中斷事件出現(xiàn)，當前執(zhí)行的塊將停止執(zhí)行，并調(diào)用分配給該事件的組織塊。該組織塊執(zhí)行完畢后，被中斷的塊將從被中斷的地方開始繼續(xù)執(zhí)行。在PLC的存儲器中，設(shè)置了一片區(qū)域用來存放輸入信號和輸出信號的狀態(tài)，它們分別存放在輸入過程映像區(qū)和輸出過程映像區(qū)。PLC梯形圖中的其它編程元件也有對應的映像存儲區(qū)。在循環(huán)程序處理中，CPU并不直接訪問I/O模塊中的輸入地址區(qū)域和輸出地址區(qū)域，而是訪問CPU內(nèi)部的過程映像區(qū)。在讀輸入模塊階段，PLC將所有外部輸入電路的接通/斷開狀態(tài)讀如輸入過程映像區(qū)。在寫輸出模塊的階段，CPU將輸出過程映像區(qū)的狀態(tài)傳給輸出模塊。在程序執(zhí)行階段，即使外部輸入信號的狀態(tài)發(fā)生了變化，輸入過程映像位的狀態(tài)也隨之而變，輸入信號變化了的狀態(tài)字能在下一個循環(huán)掃描周期的讀輸入模塊階段被讀入。PLC用戶程序由若干條指令組成，指令在存儲器中順序排列。在沒有跳轉(zhuǎn)指令和塊調(diào)用指令時，CPU從第一條指令開始，逐條順序執(zhí)行用戶程序，直到用戶程序結(jié)束。在執(zhí)行指令時，從輸入過程映像區(qū)或別的存儲區(qū)中將有關(guān)編程元件的0、1狀態(tài)讀出來，并根據(jù)指令的要求執(zhí)行相應的邏輯運算，運算的結(jié)果寫入到對應的存儲區(qū)中，因此，各編程元件的存儲區(qū)（輸入過程映像區(qū)除外）的內(nèi)容將隨著程序的執(zhí)行而變化。 PLC對輸入輸出的處理規(guī)則 PLC的特點 1)靈活、通用 在繼電器控制系統(tǒng)中，使用的控制裝置是大量的繼電器，整個系統(tǒng)是根據(jù)設(shè)計好的電氣控制圖，由人工通過布線、焊接、固定等手段組裝完成的，其過程費時費力。如果因為工藝上少許變化，需要改變電氣控制系統(tǒng)時，原先整個電氣控制系統(tǒng)將被全部拆除，而重新進行布線、焊接、固定等工作，耗費大量人力、物力、和時間。而PLC是通過在存儲器中的程序?qū)崿F(xiàn)控制功能，若控制功能需要改變，只需修改程序及少量接線即可。而且，同一臺PLC還可用于不同控制對象，通過改變軟件則可實現(xiàn)不同控制的控制要求。因此，PLC具有很大的靈活性和通用性，結(jié)構(gòu)形式多樣化，可以適用于各種不同規(guī)模、不同工業(yè)控制要求。2)可靠性高、抗干擾能力強可靠性是工業(yè)控制器件的重要指標。因此，要求在各種惡劣工作環(huán)境和條件(如電磁干擾、灰塵等)下可靠工作，將故障率降至最低。PLC具有很高的可靠性和抗干擾能力，不會出現(xiàn)繼電器一接觸器控制系統(tǒng)中接線老化、脫焊、觸點電弧等現(xiàn)象，故被稱為“專為適應惡劣工業(yè)環(huán)境而設(shè)計的計算機”。3)編程簡單、使用方便 PLC采用面向控制過程、面向問題的“自然語言”編程，容易掌握。目前，PLC大多采用梯形圖語言編程方式，它既繼承了繼電器控制線路的清晰直觀感，又考慮到電氣技術(shù)人員的讀圖習慣和應用實際，電氣技術(shù)人員易于編程，程序修改靈活方便。這種面向控制過程、面向問題的編程方式，與匯編語言相比，雖然增加了解釋程序和程序執(zhí)行時間，但對大多數(shù)機電控制設(shè)備來說，PLC的控制速度還是足夠快的。此外，PLC的I/O接口可直接與控制現(xiàn)場的用戶設(shè)備聯(lián)接。如繼電器、接觸器、電磁閥等聯(lián)接，具有較強的驅(qū)動能力。 4)接線簡單 PLC只需將輸入設(shè)備(如按鈕、開關(guān)等)與輸入端子聯(lián)接，將輸出設(shè)備(如接觸器、電磁閥等)與輸出端子聯(lián)接。接線極其簡單、工作量極少。 5)功能強 PLC不僅具有條件控制、定時、計數(shù)、步進等控制功能，而且還能完成A/D. D/A轉(zhuǎn)換、數(shù)字運算和數(shù)據(jù)處理以及通信聯(lián)網(wǎng)、生產(chǎn)過程監(jiān)控等。因此，PLC既可對開關(guān)量進行控制，又可對模擬量進行控制。可控制一臺單機、一條生產(chǎn)線，也可控制一個機群、多條生產(chǎn)線?？捎糜诂F(xiàn)場控制，也可用于遠距離控制。可控制簡單系統(tǒng)，又可控制復雜系統(tǒng)。 6)體積小、重量輕、易于實現(xiàn)機電一體化 PLC具有體積小、重量輕、功耗低等特點。由于PLC是專為工業(yè)控制而設(shè)計的專用計算機，其結(jié)構(gòu)緊湊、堅固耐用，以及有很強的可靠性和抗干擾能力，易于嵌入機械設(shè)備內(nèi)部。因此，PLC在機電一體化產(chǎn)品中被廣泛應用。 人機界面HMI人機界面是操作人員與PLC之間進行對話和相互作用的接口設(shè)備。近年來人機界面的應用越來越廣泛，已經(jīng)成為現(xiàn)代工業(yè)控制系統(tǒng)不可缺少的設(shè)備之一。這里我們選用觸摸屏和操作臺。觸摸屏用來監(jiān)視帶式輸送機的運行工況。觸摸屏可以監(jiān)視帶式機速度、拉線急停和跑偏開關(guān)的動作位置等各種保護狀況以及顯示帶式輸送機的正常運行工況和各種故障狀態(tài)。通過操作臺的各種控制按鈕，可以進行工作方式選擇和就地控制帶式輸送機。、就地控制箱面板。 操作臺 就地控制箱面板觸摸屏技術(shù)就是使用者只要用手指輕輕地觸碰計算機顯示屏上的圖符或文字，就能實現(xiàn)對主機的操作或查詢，這樣就擺脫了鍵盤和鼠標操作，從而大大地提高了計算機的可操作性。觸摸屏是一種最直觀的操作設(shè)備，只要觸摸屏幕上的圖形對象，計算機便會執(zhí)行相應的操作。觸摸屏具有方便直觀、圖像清晰、堅固耐用和節(jié)省空間等優(yōu)點。在觸摸屏上，我們主要顯示皮帶的運行狀況和給煤機的運行信號，膠帶的速度和各個故障的狀態(tài)及故障出現(xiàn)的具體位置，同時也可以查詢到各皮帶滾筒的溫度，以實時監(jiān)測皮帶，減少故障查找環(huán)節(jié)，提高工作效率。3 膠帶輸送機集控系統(tǒng)硬件設(shè)計 SIMATIC S7300 PLC簡介 SIMATIC S7300 PLC簡介 SIMATIC S7—300系列PLC是模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計，各個單獨模塊之間可以進行單獨組合和擴展，從而使控制系統(tǒng)設(shè)計更加靈活滿足不同的應用需求。編程器PG用來為S7300 PLC編制程序，使用編程電纜連接編程器和CPU。通過PROFIBUS電纜可以實現(xiàn)S7300 CPU之間的通訊，以及與其他SIMATIC S7 PLC進行通訊。一根PROFIBUS總線電纜可以連接多個S7300。S7300 PLC的主要組成部分有導軌（RACK）、電源模塊（PS）、中央處理單元模塊（CPU）、接口模塊（IM）、信號模塊（SM）、功能模塊（FM）等。它通過MPI網(wǎng)的接口直接與編程器PG、操作員面板OP、和其它S7 PLC相連。 PLC系統(tǒng)構(gòu)成圖導軌（RACK）：導軌是安裝S7300各類模塊的機架，它是特制不銹鋼異型板，其長度有160、48582000（mm）五種，可根據(jù)實際需要選擇。電源模塊、CPU、及其它信號模塊都可方便地安裝在導軌上。除CPU模塊外，每塊信號模塊都帶有總線處理器，安裝時先將總線連接器裝在CPU模塊并固定在導軌上，然后依次將各模塊裝入，通過背板總線將各模塊從物理上和電氣上連接起來。電源模塊（PS）：電源模塊用于將SIMATIC S7300連接到120/230V交流電源和24/48/60/110V直流電源。它與CPU模塊和其它信號模塊之間通過電纜連接，而不是通過背板總線連接。 中央處理單元模塊（CPU）：SIMATIC S7300提供了多種不同性能的CPU，以滿足不同用戶的需求，包括CPU312IFM、CPU31CPU31CPU31CPU315 2DP等。CPU模塊除完成執(zhí)行用戶程序的主要任務(wù)之外，還為S7300背板總線提供5V直流電源，并通過MPI接口與其它中央處理器和編程裝置通信。S7300的編程裝置可以是西門子專用的編程器，如PG70PG7PG7PG760等，也可以用通用微機，配以STEP7軟件包，并加MPI卡和MPI編程電纜構(gòu)成。接口模塊（IM）：接口模塊用于多機架配置時連接主機架和擴展機架。S7300通過分布式的主機架和3個擴展機架，可操作多達32個模塊。信號模塊（SM）：信號模塊使不同的過程信號電平和S7300的內(nèi)部信號電平相匹配，主要有數(shù)字量輸入模塊SM32數(shù)字量輸出模塊SM32模擬量輸入模塊SM33外部過程信號可以方便地連接在信號模塊的前連接器上。特別指出的是，其模擬量輸入模塊獨具特色，可以接入熱電偶、熱電阻、4～20mA電流、0～10V電壓等18種不同的信號，輸入量程范圍很寬。功能模塊（FM）：用于實時性強、存儲計數(shù)量較大的過程信號處理任務(wù)。如：快給進和慢給進驅(qū)動定位模塊FM35電子凸輪控制模塊FM35步進電機定位模塊FM35伺服電機位控模塊FM35智能位控制模塊SINUMERIK FMNC等。通信處理器（CP）是一種智能模塊，它用于PLC間和PLC與其它裝置間連網(wǎng)以實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。如：具有RS232C接口的CP340，與現(xiàn)場總線連網(wǎng)的CP342 5DP。 模塊安裝S7300可以水平安裝也可以垂直安裝，其允許的環(huán)境溫度分別為0～40℃（垂直安裝）和0～60℃。電源和CPU必須安裝在導軌的左側(cè)（水平安裝）或低部（垂直安裝）。S7300是模塊化組合結(jié)構(gòu)，根據(jù)應用對象不同，可選擇不同型號和不同數(shù)量的模塊，并可以將這些模塊安裝在同一個機架上（導軌）或多個機架上。除電源模塊、CPU模塊和接口模塊外，一個機架上最多只能安裝八個信號模塊或功能模塊。IM360/IM361接口模塊用來將S7300背板總線從一個機架連接到下一個機架。在使用擴展機架時，除了另需模塊機架和接口模塊以外，可能還需要另加電源模塊。中央處理單元總是在0號機架的2號槽位上，1號槽安裝電源模塊，3號槽總是安裝接口模塊，槽號4到11，可自由分配信號模塊，功能模塊和通信模塊。需要注意的是槽號是相對的，每一個機架的導軌并不存在物理的槽位。 集控系統(tǒng)PLC的設(shè)計 CPU的選擇（1）I/O點數(shù)的確定 經(jīng)過對各輸入輸出的大略計算，本設(shè)計中需要數(shù)字量輸入164點，數(shù)字量輸出69點，模擬量輸入通道14路，其具體分配見表3. 2。 模擬量輸入通道數(shù)皮帶機速度1*7滾筒溫度1*7總計14數(shù)字量輸入點數(shù)操作臺控制方式選擇3總啟動按鈕1總停止按鈕1起車預警按鈕1急停按鈕1給煤機啟停按鈕2各皮帶啟停按鈕14堆煤傳感器1*7主提升、走廊皮帶跑偏開關(guān)2*12其他皮帶跑偏開關(guān)8*6縱撕傳感器1*7煙霧傳感器1*7走廊皮帶拉線急停開關(guān)2主提升皮帶拉線急停開關(guān)20其他皮帶拉線急停開關(guān)1*5就地箱啟動按鈕1*7就地箱停止按鈕1*7就地箱急停按鈕1*7總計164數(shù)字量輸出點數(shù)皮帶電機開7灑水裝置電磁閥7皮帶電機關(guān)7警鈴1給煤機啟動、停止2狀態(tài)指示燈10就地箱故障顯示燈5*7總計69考慮到前面的設(shè)計中I/O點數(shù)可能有疏漏，并考慮到I/O端的分組情況以及隔離與接地要求，應在統(tǒng)計后得出的I/O總點數(shù)基礎(chǔ)上，增加10％到15％的裕量?？紤]裕量后的I/O總點數(shù)即為I/O點數(shù)估計值。選定的PLC機型的I/O能力極限值必須大于I/O點數(shù)估計值，并應盡量避免使PLC能力接近飽和，一般應留有30％的裕量。（2） 存儲器容量選擇PLC的I/O點數(shù)估算值大小，在很大程度上反映了PLC系統(tǒng)的功能要求，因此可以在I/O點數(shù)估算值的基礎(chǔ)上計算對PLC存儲器容量的需求。目前，大多用統(tǒng)計經(jīng)驗公式進行存儲器容量估算。這種方法是以PLC處理每個信息量所需存儲器數(shù)的統(tǒng)計平均經(jīng)驗值為依據(jù)，乘以信息量數(shù)再考慮一定的裕量計算得到存儲器需要容量。作為一般應用下的一種經(jīng)驗公式是：存儲器容量其中：DI為數(shù)字量輸入總點數(shù)； DO為數(shù)字量輸出總點數(shù)； AI/O為模擬量I/O通道總數(shù)。 DI點數(shù)估計值為164=189，DO點數(shù)估計值為69=80，AI通道估計值為14=17個。所以存儲器容量為: (18910+695+17100)/1024= 工程實踐中，大多采用粗略估算，加大裕量，實際選型時參考此值采用就高不就低的原則。（3） 響應速度PLC是為工業(yè)自動化而設(shè)計的通用控制器，不同檔次的PLC的響應速度一般能滿足起應用范圍內(nèi)的需要。如果要跨范圍使用PLC，或者應用中的某些功能或信號有特別的速度要求時，確定PLC的型號就應特別慎重。 通過上面的計算，考慮系統(tǒng)通訊和冗余的要求，選用SIMATIC S7300系列中的CPU3152 DP是最合適的。其中最主要的原因是CPU3152 DP是S7300系列中唯一帶現(xiàn)場總線(PROFIBUS) SINEC L2DP接口的CPU模塊。內(nèi)置80KB RAM，隨機存儲器為48KB，最大數(shù)字量I/O點數(shù)為1024個，最大模擬量I/O通道數(shù)為128個。最大配置4個機架，32塊模塊。滿足設(shè)計需要。數(shù)字量輸入模塊的選擇及外部連線數(shù)字量輸入模塊SM321：數(shù)字量輸入模塊用于將現(xiàn)場過程送來的數(shù)字信號電平轉(zhuǎn)換成S7300內(nèi)部信號電平。數(shù)字量輸入模塊有直流輸入方式和交流輸入方式。直流輸入模塊各輸入點所對應的電路都相同，它們有一個公共的端子，即有一個公