【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 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 SM321 數(shù)字量輸出模塊 SM322 模擬量輸入模塊 SM331模擬量輸出模塊 SM332 每個(gè)信號(hào)模塊都配有自編碼的螺緊型前連接器外部過(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 FM351 電子凸輪控制模塊 FM352 步進(jìn)電機(jī)定位模塊 FM353伺服電機(jī)位控模塊 FM354 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IM360IM361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 32 集控系統(tǒng) PLC 的設(shè)計(jì) CPU 的選擇 1IO 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 23334 表 32 模擬量輸入通道統(tǒng)計(jì)表 模擬量輸入 通道數(shù) 皮帶機(jī)速度 17 滾筒溫度 17 總計(jì) 14 表 33 數(shù)字量輸入點(diǎn)數(shù)統(tǒng)計(jì)表 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 17 主提升走廊皮帶跑偏開(kāi)關(guān) 212 其他皮帶跑偏開(kāi)關(guān) 86 縱撕傳感器 17 煙霧傳感器 17 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) 15 就地箱啟動(dòng)按鈕 17 就地箱停止按鈕 17 就地箱急停按鈕 17 總計(jì) 164 表 34 數(shù)字量輸出點(diǎn)數(shù)統(tǒng)計(jì)表 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 57 總計(jì) 69 考慮到前面的設(shè)計(jì)中IO點(diǎn)數(shù)可能有疏漏并考慮到 IO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 IO 總點(diǎn)數(shù)基礎(chǔ)上增加 10％到 15％的裕量考慮裕量后的 IO 總點(diǎn)數(shù)即為 IO點(diǎn)數(shù)估計(jì)值選定的 PLC機(jī)型的 IO能力極限值必須大于 IO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 IO 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 IO 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) AIO 為模擬量 IO 通道總數(shù) DI 點(diǎn)數(shù)估計(jì)值為 115 189DO 點(diǎn)數(shù)估計(jì)值為 115 80AI 通道估 12 189 1069 517 100 1024 462KB 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(mǎn)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 6ES7 3211BL000AA0操作臺(tái)輸入開(kāi)關(guān)量有 23 個(gè)點(diǎn)遠(yuǎn)程 IO 主提升皮帶輸入開(kāi)關(guān)量有 38 個(gè)其他皮帶輸入開(kāi)關(guān)量點(diǎn)數(shù)都少于 20個(gè)故操作臺(tái)輸入模塊 SM321選 1塊主提升皮帶遠(yuǎn)程 IO 選 2塊其余皮帶遠(yuǎn)程 IO 各選 1 塊一共選 9 塊輸入模塊 SM321 輸入模塊是通過(guò)輸入端子與 外部用戶(hù)輸入設(shè)備相連接的輸入模塊通常有若干個(gè)輸入點(diǎn)每一個(gè)輸入點(diǎn)能接受一個(gè)來(lái)自用戶(hù)輸入設(shè)備所發(fā)出的開(kāi)關(guān)信號(hào)輸入模塊與外部用戶(hù)輸入設(shè)備的接線分匯點(diǎn)式輸入接線和分隔式輸入接線兩種基本接線形式匯點(diǎn)式輸入接線如下圖各輸入電路有一個(gè)公共端匯集端 COM 可以是全部輸入端為一組共用一個(gè)公共端和一個(gè)電源也可以是將全部輸入點(diǎn)分為幾組每組有一個(gè)公共端和獨(dú)立的一個(gè)電源匯點(diǎn)式輸入接線即可以用于直流輸入模塊也可用于交流輸入模塊直流輸入模塊的電源一般由 PLC 本身的電源供給交流輸入模塊的電源由用戶(hù)提供本項(xiàng)目輸入模塊的外部接線如附圖所示它采用 匯點(diǎn)式直流輸入方式 a b 圖 32 匯點(diǎn)式輸入接線 a 直流模塊 b 交流模塊 2 數(shù)字量輸出模塊的選擇和外部連線 SM322 數(shù)字量輸出模塊的作用是將 S7300 的輸出信號(hào)傳給外部負(fù)載即用戶(hù)輸出設(shè)備并將 S7300 內(nèi)部低電平信號(hào)轉(zhuǎn)換成外部所需要電平的輸出信號(hào)因此每一個(gè)輸出點(diǎn)的輸出電路可等效為一個(gè)輸出繼電器可直接用于驅(qū)動(dòng)電磁閥接觸器小型電機(jī)燈和電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)器按負(fù)載回路使用電源的不同可分為直流輸出模塊交流輸出模塊和交直流兩用輸出模塊三種按輸出開(kāi)關(guān)器件的種 類(lèi)不同又可分為晶體管輸出方式可控硅輸出方式和繼電器觸點(diǎn)輸出方式三種晶體管輸出方式的模塊只能帶直流負(fù)載屬于直流輸出模塊可控硅輸出方式的模塊只能帶交流負(fù)載屬于交流輸出模塊繼電器觸點(diǎn)輸出方式的模塊可帶直流負(fù)載也可帶交流負(fù)載屬于交直流兩用輸出模塊從響應(yīng)速度來(lái)看晶體管響應(yīng)最快繼電器最慢從安全隔離效果和應(yīng)用靈活性角度來(lái)看以繼電器觸點(diǎn)輸出型最佳 數(shù)字量輸出模塊 SM322有七種型號(hào)輸出模塊可供選擇即 16點(diǎn)晶體管輸出 32點(diǎn)晶體管輸出 16 點(diǎn)可控硅輸出 8 點(diǎn)晶體管輸出 8 點(diǎn)可控硅輸出 8 點(diǎn)繼電器輸出和 16 點(diǎn)繼電器輸出模塊模塊的每個(gè)輸出 點(diǎn)有一個(gè)綠色發(fā)光二極管顯示輸出狀態(tài)輸出邏輯 1 時(shí)二極管發(fā)光 本次設(shè)計(jì)中數(shù)字量輸出驅(qū)動(dòng)的主要是指示燈和電磁閥考慮到安全性和皮帶的不頻繁啟動(dòng)的特性故選用 16 點(diǎn)繼電器輸出的模塊 SM3226ES7 3221BH100AA0輸出 16 個(gè)點(diǎn)帶隔離 8 點(diǎn)為一個(gè)組 24 VDC 額定負(fù)載電壓操作臺(tái)和各遠(yuǎn)程 IO 分別選 1 塊共選用 8 塊 模塊是通過(guò)輸出端子與外部用戶(hù)輸出設(shè)備連接的輸出模塊通常有若干個(gè)輸出點(diǎn)每一個(gè)輸出點(diǎn)能驅(qū)動(dòng)一個(gè)用戶(hù)輸出設(shè)備負(fù)載典型用戶(hù)輸出設(shè)備有繼電器接觸器電磁閥線圈以及信號(hào)燈等輸出模塊與外部用戶(hù)輸出設(shè)備的接線分為匯點(diǎn)式輸出接線和分隔式輸出接線兩種基本接線形式 圖 33 匯點(diǎn)式輸出接線 圖 34 分隔式輸出接線 匯點(diǎn)式輸出接線如圖 33 所示各輸出回路有一個(gè)公共端可以是全部輸出信號(hào)為一組共用一個(gè)公共端和一個(gè)電源也可以將全部輸出點(diǎn)分為幾組每組有一個(gè)公共端和獨(dú)立的一個(gè)電源負(fù)載電源可以是直流也可以是交流但必須是有用戶(hù)提供匯點(diǎn)式輸出接線既可以用于直流輸出模塊也可用于交流輸出模塊分隔式輸出接線如圖 34 所示每個(gè)輸出回路有兩個(gè)接線端由單獨(dú)一個(gè)電源供電相對(duì)于電源來(lái)說(shuō)每個(gè)輸出點(diǎn)之間是相互隔離的負(fù)載電源可以是交流 也可以是直流它必須由用戶(hù)提供本項(xiàng)目輸出模塊的外部接線如附圖所示它采用匯點(diǎn)式輸出方式 模塊選擇 模擬量輸入模塊 SM331 的輸入測(cè)量范圍很寬它可以直接輸入電壓電流電阻熱電偶等信號(hào)根據(jù)型號(hào)的不同各模擬量輸入范圍的數(shù)字化表示以及數(shù)字量與不同的模擬輸出范圍間的對(duì)應(yīng)可以從技術(shù)手冊(cè)中查到模塊與 S7300 CPU 及負(fù)載電壓之間是光電隔離的 SM331 主要是由 AD 轉(zhuǎn)換部件模擬切換開(kāi)關(guān)補(bǔ)償電路恒流源光電隔離部件邏輯電路等組成 AD 轉(zhuǎn)換部件是模塊的核心其轉(zhuǎn)換原理采用積分的方法積分時(shí)間直接影響到 AD轉(zhuǎn)換時(shí)間和 AD轉(zhuǎn)換精度所有 模擬量的輸入通道共用一個(gè)轉(zhuǎn)換部件通過(guò)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)將各通道按順序一個(gè)個(gè)轉(zhuǎn)換輸入模塊的循環(huán)時(shí)間是指這一通道開(kāi)始轉(zhuǎn)換模擬量輸入值到下次開(kāi)始轉(zhuǎn)換的時(shí)間它是模塊中所有活動(dòng)的輸入通道的轉(zhuǎn)換時(shí)間的總和因此為了縮短循環(huán)時(shí)間應(yīng)該使用 S7 組態(tài)工具屏蔽不用的模擬量通道使其不占用循環(huán)時(shí)間 在此項(xiàng)目中我們的模擬量信號(hào) 7 滾筒紅外測(cè)溫 0～ 10V 電壓信號(hào) 7 測(cè)速傳感器 4～ 20mA 電流信號(hào)模擬量輸入模塊的選擇要考慮通道數(shù)為了節(jié)約機(jī)架空間和費(fèi)用我們選用 8 通道的模擬量輸入模塊 SM3316ES7 3317KF020AB0 其端子接線圖和端子框圖如附圖 所示操作臺(tái)處沒(méi)有各遠(yuǎn)程 IO 分別設(shè) 1 塊共選用 7 塊 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的選擇測(cè)量方法和測(cè)量范圍模塊上需要接 DC24V 的負(fù)載電壓 L 有反極性保護(hù)功能 塊的選擇 電源模塊的選擇很簡(jiǎn)單只需考慮輸出電流電源模塊的額定輸出電流必須大于 CPU 模塊輸入輸出模塊專(zhuān)用模塊等消耗電流的總和 S7300各個(gè)模塊使用的電源是通過(guò) S7300的背板總線傳送的一部分模塊還需要從外部負(fù)載電源供電在建立一個(gè)項(xiàng)目系統(tǒng)的時(shí)候應(yīng)充分考慮各個(gè)模塊的電流耗量和功率損耗所有 S7300模塊使用的從 S7300背板總線提供的總電流不能超過(guò) 12A 在 S7300 的一個(gè)實(shí)際項(xiàng)目中所有模塊確定后要選擇合適的電源模塊電源模塊的輸出功率必須大于 CPU 模塊所有 IO 模塊各智能模塊等總消耗功率之和并且要留有大約 30 的余量 S7300 的專(zhuān)用電源模塊 PS307 用于將 120230V 交流電轉(zhuǎn)化為 24V 直流供電電源以作為 CPU和其他模塊所需電源根據(jù)輸出電流的不同有 3種規(guī)格的電源模塊可選 2A5A10A 綜合考慮以上各點(diǎn)本次設(shè)計(jì)選用 10A 的電源模塊 PS 3076ES7 3071KA000AA0輸出電壓 24VDC具有防短路和開(kāi)路保護(hù) 連接單相交流系統(tǒng) 輸入電壓 120230 VAC5060Hz 可靠的隔離特性符合 EN 60 950 可用作負(fù)載電源 查閱西門(mén)子 S7300 的硬件手冊(cè)知道 PS 307 電源模塊 10 A 的接線圖如圖 35 所示 圖 35 電源模塊接線圖 綜上所述本次設(shè)計(jì)中我們選用的模塊 CPU3152 DP 處理器 PS307 電源模塊 ET200M 遠(yuǎn)程控制單元 CP340 通信模塊 SM321 數(shù)字量輸入模塊 SM322 數(shù)字量輸出模塊 SM331 模擬量輸入模塊 其具體配置如圖 36 所示 圖 36 系統(tǒng)配置圖 33 西門(mén)子 ET200M 與 PROFIBUSDP 總線 1ET200M SIMATIC ET200M 是采用模塊化的設(shè)計(jì)方便安裝于控制柜且與 SIMATIC S7300 IO 模塊及功能模塊兼容安全性高支持 熱插拔功能適合過(guò)程控制中危險(xiǎn)區(qū)域使用遠(yuǎn)程擴(kuò)展使用等特殊情況 ET200M 是高密度配置的模塊化 IO 站保護(hù)等級(jí)為 IP20 它可用 S7300 可編程序控制器的信號(hào)功能和通訊模塊擴(kuò)展由于模塊的種類(lèi)眾多 ET200M 尤其適用于復(fù)雜的自動(dòng)化任務(wù)可插入模擬量 HART的輸入和輸出模塊意味著 ET200M適用于過(guò)程工程它也適宜于與冗余系統(tǒng)一起使用 ET200M是在 PROFIBUSDP上的被動(dòng)站 從站 最大數(shù)據(jù)傳輸速率為 12M 位 SET200M 也可以在運(yùn)行過(guò)程中在有電源情況下配置S7300 IO 模塊的有源總線模塊其余模塊仍繼續(xù)運(yùn)行 ET200M 由以下部分組成 1IM153 接口用于與 PROFIBUSDP 現(xiàn)場(chǎng)總線的連接 2 各種 IO 模塊用總線連接器連接或插入在有源總線模塊內(nèi) 總線連接器設(shè)計(jì)在運(yùn)行過(guò)程中不能更換模塊 有源總線模塊設(shè)計(jì)在運(yùn)行過(guò)程中能更換模塊 3 電源 如有必要 4S7300 自動(dòng)化單元的所有 IO 模塊都可應(yīng)用 功能和通信模塊只用于 SIMATIC S7M7 主設(shè)備 5HART模塊 ET200M 最多可擴(kuò)展 8 個(gè) IO 模塊每個(gè) ET200M 的最大地址區(qū) 128 字節(jié)輸入和 128字節(jié)輸出 ET200M通過(guò) RPOFIBUSDP與 PLC控制柜連接通信 PROFIBUS是世界上最大的開(kāi)放式工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)之一這種網(wǎng)絡(luò)能夠支持 32 個(gè)節(jié)點(diǎn)最高運(yùn)行速度為 12Mbps與大多數(shù)現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)一樣 PROFI