【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 輸出模塊CPU模塊通信接口其它設(shè)備其它PLC計(jì)算機(jī)選擇開(kāi)關(guān)指示燈限位開(kāi)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(lái)處理PLC的啟動(dòng)、刷新輸入/輸出過(guò)程映像區(qū)、調(diào)用用戶程序、處理中斷和錯(cuò)誤、管理存儲(chǔ)區(qū)和通信等任務(wù)。用戶程序由用戶生成，用來(lái)實(shí)現(xiàn)用戶要求的自動(dòng)化任務(wù)。STEP7將用戶編寫(xiě)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(dāng)于用戶編寫(xiě)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(biāo)準(zhǔn)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(yùn)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(dāng)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(shí)，CPU執(zhí)行啟動(dòng)操作，清除沒(méi)有保持功能的位存儲(chǔ)器、定時(shí)器和計(jì)數(shù)器，清除中斷堆棧和塊堆棧的內(nèi)容，復(fù)位保存的硬件中斷等。此外還要執(zhí)行一次用戶編寫(xiě)的“系統(tǒng)啟動(dòng)組織塊”O(jiān)B100，完成用戶指定的初始化操作，以后將進(jìn)入周期性的循環(huán)運(yùn)行。循環(huán)程序處理過(guò)程可以被某些事件中斷，如果有中斷事件出現(xiàn)，當(dāng)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(kāi)始繼續(xù)執(zhí)行。在PLC的存儲(chǔ)器中，設(shè)置了一片區(qū)域用來(lái)存放輸入信號(hào)和輸出信號(hào)的狀態(tài)，它們分別存放在輸入過(guò)程映像區(qū)和輸出過(guò)程映像區(qū)。PLC梯形圖中的其它編程元件也有對(duì)應(yīng)的映像存儲(chǔ)區(qū)。在循環(huán)程序處理中，CPU并不直接訪問(wèn)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(wèn)CPU內(nèi)部的過(guò)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(kāi)狀態(tài)讀如輸入過(guò)程映像區(qū)。在寫(xiě)輸出模塊的階段，CPU將輸出過(guò)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(hào)的狀態(tài)發(fā)生了變化，輸入過(guò)程映像位的狀態(tài)也隨之而變，輸入信號(hào)變化了的狀態(tài)字能在下一個(gè)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(chǔ)器中順序排列。在沒(méi)有跳轉(zhuǎn)指令和塊調(diào)用指令時(shí)，CPU從第一條指令開(kāi)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(shí)，從輸入過(guò)程映像區(qū)或別的存儲(chǔ)區(qū)中將有關(guān)編程元件的0、1狀態(tài)讀出來(lái)，并根據(jù)指令的要求執(zhí)行相應(yīng)的邏輯運(yùn)算，運(yùn)算的結(jié)果寫(xiě)入到對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)區(qū)中，因此，各編程元件的存儲(chǔ)區(qū)（輸入過(guò)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(duì)輸入輸出的處理規(guī)則 PLC的特點(diǎn) 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(gè)系統(tǒng)是根據(jù)設(shè)計(jì)好的電氣控制圖，由人工通過(guò)布線、焊接、固定等手段組裝完成的，其過(guò)程費(fèi)時(shí)費(fèi)力。如果因?yàn)楣に嚿仙僭S變化，需要改變電氣控制系統(tǒng)時(shí)，原先整個(gè)電氣控制系統(tǒng)將被全部拆除，而重新進(jìn)行布線、焊接、固定等工作，耗費(fèi)大量人力、物力、和時(shí)間。而PLC是通過(guò)在存儲(chǔ)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(tái)PLC還可用于不同控制對(duì)象，通過(guò)改變軟件則可實(shí)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(qiáng)可靠性是工業(yè)控制器件的重要指標(biāo)。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(huì)出現(xiàn)繼電器一接觸器控制系統(tǒng)中接線老化、脫焊、觸點(diǎn)電弧等現(xiàn)象，故被稱為“專為適應(yīng)惡劣工業(yè)環(huán)境而設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)”。3)編程簡(jiǎn)單、使用方便 PLC采用面向控制過(guò)程、面向問(wèn)題的“自然語(yǔ)言”編程，容易掌握。目前，PLC大多采用梯形圖語(yǔ)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(xí)慣和應(yīng)用實(shí)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(guò)程、面向問(wèn)題的編程方式，與匯編語(yǔ)言相比，雖然增加了解釋程序和程序執(zhí)行時(shí)間，但對(duì)大多數(shù)機(jī)電控制設(shè)備來(lái)說(shuō)，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(chǎng)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(qiáng)的驅(qū)動(dòng)能力。 4)接線簡(jiǎn)單 PLC只需將輸入設(shè)備(如按鈕、開(kāi)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(jiǎn)單、工作量極少。 5)功能強(qiáng) PLC不僅具有條件控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)、步進(jìn)等控制功能，而且還能完成A/D. D/A轉(zhuǎn)換、數(shù)字運(yùn)算和數(shù)據(jù)處理以及通信聯(lián)網(wǎng)、生產(chǎn)過(guò)程監(jiān)控等。因此，PLC既可對(duì)開(kāi)關(guān)量進(jìn)行控制，又可對(duì)模擬量進(jìn)行控制?？煽刂埔慌_(tái)單機(jī)、一條生產(chǎn)線，也可控制一個(gè)機(jī)群、多條生產(chǎn)線。可用于現(xiàn)場(chǎng)控制，也可用于遠(yuǎn)距離控制。可控制簡(jiǎn)單系統(tǒng)，又可控制復(fù)雜系統(tǒng)。 6)體積小、重量輕、易于實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化 PLC具有體積小、重量輕、功耗低等特點(diǎn)。由于PLC是專為工業(yè)控制而設(shè)計(jì)的專用計(jì)算機(jī)，其結(jié)構(gòu)緊湊、堅(jiān)固耐用，以及有很強(qiáng)的可靠性和抗干擾能力，易于嵌入機(jī)械設(shè)備內(nèi)部。因此，PLC在機(jī)電一體化產(chǎn)品中被廣泛應(yīng)用。 人機(jī)界面HMI人機(jī)界面是操作人員與PLC之間進(jìn)行對(duì)話和相互作用的接口設(shè)備。近年來(lái)人機(jī)界面的應(yīng)用越來(lái)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(tái)。觸摸屏用來(lái)監(jiān)視帶式輸送機(jī)的運(yùn)行工況。觸摸屏可以監(jiān)視帶式機(jī)速度、拉線急停和跑偏開(kāi)關(guān)的動(dòng)作位置等各種保護(hù)狀況以及顯示帶式輸送機(jī)的正常運(yùn)行工況和各種故障狀態(tài)。通過(guò)操作臺(tái)的各種控制按鈕，可以進(jìn)行工作方式選擇和就地控制帶式輸送機(jī)。、就地控制箱面板。 操作臺(tái) 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(jì)算機(jī)顯示屏上的圖符或文字，就能實(shí)現(xiàn)對(duì)主機(jī)的操作或查詢，這樣就擺脫了鍵盤(pán)和鼠標(biāo)操作，從而大大地提高了計(jì)算機(jī)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(duì)象，計(jì)算機(jī)便會(huì)執(zhí)行相應(yīng)的操作。觸摸屏具有方便直觀、圖像清晰、堅(jiān)固耐用和節(jié)省空間等優(yōu)點(diǎn)。在觸摸屏上，我們主要顯示皮帶的運(yùn)行狀況和給煤機(jī)的運(yùn)行信號(hào)，膠帶的速度和各個(gè)故障的狀態(tài)及故障出現(xiàn)的具體位置，同時(shí)也可以查詢到各皮帶滾筒的溫度，以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)皮帶，減少故障查找環(huán)節(jié)，提高工作效率。3 膠帶輸送機(jī)集控系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) SIMATIC S7300 PLC簡(jiǎn)介 SIMATIC S7300 PLC簡(jiǎn)介 SIMATIC S7—300系列PLC是模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，各個(gè)單獨(dú)模塊之間可以進(jìn)行單獨(dú)組合和擴(kuò)展，從而使控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)更加靈活滿足不同的應(yīng)用需求。編程器PG用來(lái)為S7300 PLC編制程序，使用編程電纜連接編程器和CPU。通過(guò)PROFIBUS電纜可以實(shí)現(xiàn)S7300 CPU之間的通訊，以及與其他SIMATIC S7 PLC進(jìn)行通訊。一根PROFIBUS總線電纜可以連接多個(gè)S7300。S7300 PLC的主要組成部分有導(dǎo)軌（RACK）、電源模塊（PS）、中央處理單元模塊（CPU）、接口模塊（IM）、信號(hào)模塊（SM）、功能模塊（FM）等。它通過(guò)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(dǎo)軌（RACK）：導(dǎo)軌是安裝S7300各類模塊的機(jī)架，它是特制不銹鋼異型板，其長(zhǎng)度有160、48582000（mm）五種，可根據(jù)實(shí)際需要選擇。電源模塊、CPU、及其它信號(hào)模塊都可方便地安裝在導(dǎo)軌上。除CPU模塊外，每塊信號(hào)模塊都帶有總線處理器，安裝時(shí)先將總線連接器裝在CPU模塊并固定在導(dǎo)軌上，然后依次將各模塊裝入，通過(guò)背板總線將各模塊從物理上和電氣上連接起來(lái)。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(hào)模塊之間通過(guò)電纜連接，而不是通過(guò)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(guò)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(mén)子專用的編程器，如PG70PG7PG7PG760等，也可以用通用微機(jī)，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(jī)架配置時(shí)連接主機(jī)架和擴(kuò)展機(jī)架。S7300通過(guò)分布式的主機(jī)架和3個(gè)擴(kuò)展機(jī)架，可操作多達(dá)32個(gè)模塊。信號(hào)模塊（SM）：信號(hào)模塊使不同的過(guò)程信號(hào)電平和S7300的內(nèi)部信號(hào)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(guò)程信號(hào)可以方便地連接在信號(hào)模塊的前連接器上。特別指出的是，其模擬量輸入模塊獨(dú)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(hào)，輸入量程范圍很寬。功能模塊（FM）：用于實(shí)時(shí)性強(qiáng)、存儲(chǔ)計(jì)數(shù)量較大的過(guò)程信號(hào)處理任務(wù)。如：快給進(jìn)和慢給進(jìn)驅(qū)動(dòng)定位模塊FM35電子凸輪控制模塊FM35步進(jìn)電機(jī)定位模塊FM35伺服電機(jī)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(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。如：具有RS232C接口的CP340，與現(xiàn)場(chǎng)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(dǎo)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(yīng)用對(duì)象不同，可選擇不同型號(hào)和不同數(shù)量的模塊，并可以將這些模塊安裝在同一個(gè)機(jī)架上（導(dǎo)軌）或多個(gè)機(jī)架上。除電源模塊、CPU模塊和接口模塊外，一個(gè)機(jī)架上最多只能安裝八個(gè)信號(hào)模塊或功能模塊。IM360/IM361接口模塊用來(lái)將S7300背板總線從一個(gè)機(jī)架連接到下一個(gè)機(jī)架。在使用擴(kuò)展機(jī)架時(shí)，除了另需模塊機(jī)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(hào)機(jī)架的2號(hào)槽位上，1號(hào)槽安裝電源模塊，3號(hào)槽總是安裝接口模塊，槽號(hào)4到11，可自由分配信號(hào)模塊，功能模塊和通信模塊。需要注意的是槽號(hào)是相對(duì)的，每一個(gè)機(jī)架的導(dǎo)軌并不存在物理的槽位。 集控系統(tǒng)PLC的設(shè)計(jì) CPU的選擇（1）I/O點(diǎn)數(shù)的確定 經(jīng)過(guò)對(duì)各輸入輸出的大略計(jì)算，本設(shè)計(jì)中需要數(shù)字量輸入164點(diǎn)，數(shù)字量輸出69點(diǎn)，模擬量輸入通道14路，其具體分配見(jiàn)表3. 2。 模擬量輸入通道數(shù)皮帶機(jī)速度1*7滾筒溫度1*7總計(jì)14數(shù)字量輸入點(diǎn)數(shù)操作臺(tái)控制方式選擇3總啟動(dòng)按鈕1總停止按鈕1起車(chē)預(yù)警按鈕1急停按鈕1給煤機(jī)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(kāi)關(guān)2*12其他皮帶跑偏開(kāi)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(kāi)關(guān)2主提升皮帶拉線急停開(kāi)關(guān)20其他皮帶拉線急停開(kāi)關(guān)1*5就地箱啟動(dòng)按鈕1*7就地箱停止按鈕1*7就地箱急停按鈕1*7總計(jì)164數(shù)字量輸出點(diǎn)數(shù)皮帶電機(jī)開(kāi)7灑水裝置電磁閥7皮帶電機(jī)關(guān)7警鈴1給煤機(jī)啟動(dòng)、停止2狀態(tài)指示燈10就地箱故障顯示燈5*7總計(jì)69考慮到前面的設(shè)計(jì)中I/O點(diǎn)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(yīng)在統(tǒng)計(jì)后得出的I/O總點(diǎn)數(shù)基礎(chǔ)上，增加10％到15％的裕量?？紤]裕量后的I/O總點(diǎn)數(shù)即為I/O點(diǎn)數(shù)估計(jì)值。選定的PLC機(jī)型的I/O能力極限值必須大于I/O點(diǎn)數(shù)估計(jì)值，并應(yīng)盡量避免使PLC能力接近飽和，一般應(yīng)留有30％的裕量。（2） 存儲(chǔ)器容量選擇PLC的I/O點(diǎn)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(diǎn)數(shù)估算值的基礎(chǔ)上計(jì)算對(duì)PLC存儲(chǔ)器容量的需求。目前，大多用統(tǒng)計(jì)經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行存儲(chǔ)器容量估算。這種方法是以PLC處理每個(gè)信息量所需存儲(chǔ)器數(shù)的統(tǒng)計(jì)平均經(jīng)驗(yàn)值為依據(jù)，乘以信息量數(shù)再考慮一定的裕量計(jì)算得到存儲(chǔ)器需要容量。作為一般應(yīng)用下的一種經(jīng)驗(yàn)公式是：存儲(chǔ)器容量其中：DI為數(shù)字量輸入總點(diǎn)數(shù)； DO為數(shù)字量輸出總點(diǎn)數(shù)； AI/O為模擬量I/O通道總數(shù)。 DI點(diǎn)數(shù)估計(jì)值為164=189，DO點(diǎn)數(shù)估計(jì)值為69=80，AI通道估計(jì)值為14=17個(gè)。所以存儲(chǔ)器容量為: (18910+695+17100)/1024= 工程實(shí)踐中，大多采用粗略估算，加大裕量，實(shí)際選型時(shí)參考此值采用就高不就低的原則。（3） 響應(yīng)速度PLC是為工業(yè)自動(dòng)化而設(shè)計(jì)的通用控制器，不同檔次的PLC的響應(yīng)速度一般能滿足起應(yīng)用范圍內(nèi)的需要。如果要跨范圍使用PLC，或者應(yīng)用中的某些功能或信號(hào)有特別的速度要求時(shí)，確定PLC的型號(hào)就應(yīng)特別慎重。 通過(guò)上面的計(jì)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(chǎng)總線(PROFIBUS) SINEC L2DP接口的CPU模塊。內(nèi)置80KB RAM，隨機(jī)存儲(chǔ)器為48KB，最大數(shù)字量I/O點(diǎn)數(shù)為1024個(gè)，最大模擬量I/O通道數(shù)為128個(gè)。最大配置4個(gè)機(jī)架，32塊模塊。滿足設(shè)計(jì)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(chǎng)過(guò)程送來(lái)的數(shù)字信號(hào)電平轉(zhuǎn)換成S7300內(nèi)部信號(hào)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(diǎn)所對(duì)應(yīng)的電路都相同，它們有一個(gè)公共的端子，即有一個(gè)公