【文章內容簡介】 是自動化系統(tǒng)中單元級控制設備與分布式 I/O 的通信協(xié)議，最高傳輸速率為 12Mbit/s，通過 CPU 上 PROFIBUSDP 接口，可實現(xiàn)與其它帶 DP 接口的PLC、 PG/PC、 OP 及其它 DP 主站和從站的通信。 S7300 的輸入 /輸出模塊 輸入 /輸出模塊系統(tǒng)稱為信號模塊 (SM)，包括數(shù)字量 (或稱開關量 )輸入 /輸出模塊，模擬量輸入 /輸出模塊。輸入 /輸出信號線連接到前連接器上，前連接器插在 SM 前蓋后面的凹槽內，不需要斷開前連接器的接線就可迅速更換模塊。 數(shù)字量輸入模塊接受外部開關信號，開關信號主要來自按鈕、二線式光電開關、接近開關、低壓電器的觸點等。數(shù)字量輸入模塊現(xiàn)場的開關信號的電平轉換成 PLC內部的信號電平。直流輸入模塊操作電壓一般是 DC24V，交流輸入模塊的操作電壓為 AC120V 或 AC230V。用電容隔離掉輸入信號中的直流成分，交流信號經橋式整流電路轉換成直 流電流。 SM321 是 S7300 的數(shù)字量輸入模塊。 數(shù)字量輸出模塊將 PLC 內部信號電平轉換為控制過程所需要的外部信號電平，同時有隔離和功率放大作用。可直接用于驅動電磁閥、接觸器、繼電器、燈和電動機啟動器等負載。按負載回路的電源不同分為：直流輸出模塊、交流輸出模塊和交直流輸出模塊。按輸出量開關器件的種類又可分為：晶體管輸出方式、雙向晶閘管輸出方式和繼電器輸出方式。晶體管方式的模塊，只能帶直流負載，屬于直流輸出模塊；雙向晶閘管輸出模塊屬于交流輸出模塊；繼電器觸點輸出模塊屬于交直流輸出模塊。 三種輸出形式中，晶體管型輸出響應速度最快，繼電器輸出響應速度最慢。繼電器輸出模塊的負載電壓范圍寬，承受瞬時過電壓和過電流的能力強，但開關頻率不能太快，適用于動作頻率不高 (低于 20HZ)的負載。 SM322 是 S7300 的數(shù)字輸出模塊， SM323 是數(shù)字量輸入 /輸出模塊，即輸入和輸出集成在一個模塊上，有兩種型號可選擇： DC 24V， 8 輸入 /8 輸出及 DC 24V， 16 輸入 /16 輸出，輸出未晶體管型，輸出電流為 。 模擬量輸入模塊用于接受來自生產過程的連續(xù)變化的模擬量信號。如溫度、壓力、流量、液位及頻率等非電量；電壓、電流、有功功率、無功功率等電量。傳感器檢測的模擬量信號通過相應的變送器轉換成標準的直流電壓和電流信號。 模擬量輸入模塊將來自變送器的模擬信號轉換成 CPU 處理的數(shù)字信號，即 A/D轉換。模擬量輸入模塊 SM331 中也有直接不帶附加放大器的溫度傳感器，如熱電偶或熱電阻。 SM331 是 S7300 的模擬量輸入模塊。 共 40 頁 第 7 頁 模擬量輸出模塊的作用將 PLC 輸出的數(shù)字量轉換為模擬量信號 (電壓、電流 )區(qū)別控制執(zhí)行機構，其主要組成部分是 D/A 轉換器。 S7300 的模擬量輸出模塊是 SM332有 4 種輸出模塊，都有診斷功能。模擬信號應使用屏蔽電纜或雙絞線電纜傳送。 S7300 的其他模塊 S7300 的其他模塊包括電源模塊，前連接器，閉環(huán)控制模塊，計數(shù)器模塊，模擬器模塊。 供料 系統(tǒng)硬件設計 系統(tǒng)硬件選型 球團生產線所需的點數(shù)較多， DI 點總計 826 點， DO 點總計 210 點， AI 點總計151 點， AO 點總計 10 點。設計使用當前國內流行的操作站 +控制站 +分布式現(xiàn)場網絡，PLC 采用西門子 S7400 系列可編程控制器，使用現(xiàn)場總線分布式控制，在現(xiàn)場設置從站 I/O，變頻器亦屬于從站并用 Profibus 現(xiàn)場 總線相接，上級通信網絡結構為工業(yè)局域網，使用標準 TCP/IP Ether 協(xié)議，速率 10M/100M bps。上位機監(jiān)控組態(tài)軟件使用 WINCC。整個生產線控制系統(tǒng)共有 18 個 ET200M 站及 12 臺變頻器。 系統(tǒng)所需硬件為： ? 主機架 ： UR2（ 6ES7 4001JA010AA0） ? 電源模塊： PS 407 10A（ 6ES7 4070KA020AA0） ? CPU 模塊： CPU 4162DP（ 6ES7 4162XN050AB0） ? 以太網通訊模塊： CP 4431（ 6GK7 4431EX200XE0） ? 485 通訊模塊： CP 4412（ 6ES7 4412AA030AE0） ? ET200M 模塊： IM 1531（ 6ES7 1531AA030XB0） ? DI 模塊： SM 321（ 6ES7 3211BH020AA0） ? DO 模塊： SM 322（ 6ES7 3221BH010AA0） ? AI 模塊： SM 331（ 6ES7 3317KF020AB0） ? A0 模塊： SM 332（ 6ES7 3325HF000AB0） 本課題主要針對供料系統(tǒng)部分進行設計，相關 I/O 點位于 DP 地址為 4 的兩個ET200M 站， DP 地址為 3 的 ET200M 站內配置了 5 塊 DI 模塊和 2 塊 DO 模塊； DP地址為 4 的 ET200M 站內配置了 3 塊 DI 模塊和 1 塊 DO 模塊。 球團生產線 在 STEP7 中的硬件配置 在 STEP7 中新建一個工程項目，命名為“球團項目” ，在項目文件中插入一個SIMATIC 400 站，完成后點擊 Hardware，進入硬件組態(tài)界面，在打開的界面中根據前面的硬件選型，分別加入主機架、電源模塊、 CPU 模塊、 CP 模塊，并將 CPU4162鏈接到新建的 ProfibusDP 網絡中，在 ProfibusDP 中添加 ET200M 模塊，按照設計 將站地址以及站內 I/O 模塊全部配置好并設置好其地址，在 STEP7 中的硬件則組態(tài)完畢，組態(tài)后的硬件配置如圖 所示： 共 40 頁 第 8 頁 圖 系統(tǒng)硬件組態(tài)配置 供料 系統(tǒng) I/O 典型連接圖 系統(tǒng)選用的 DI 與 DO 模塊均為 24VDC 的操作電平，為了確保系統(tǒng)運行的可靠性，輸出信號采用了中間繼電器隔離方式，由于系統(tǒng)中模塊較多，分別畫出一張 DI 和 DO典型連接圖，其他的在這里就不重復畫出了。 DI 典型連接圖如圖 所示： 圖 DI 連接圖 DO 典型連接圖如圖 所示： 共 40 頁 第 9 頁 圖 DO 連接圖 共 40 頁 第 10 頁 3 西門子 STEP7 編程軟 件 西門子 STEP7 編程軟件簡介 STEP7 編程軟件是用于 SIMATIC S M C7 和基于 PC 的 WinAC 編程、監(jiān)控、參數(shù)設置的標準軟件包。它是 SIMATIC 工業(yè)軟件的組成部分，可提供下列 STEP7 標準軟件包 。 ? STEP7Micro/DOS 和 STEP7Micro/WIN， 適用于 SIMATIC S7200 系列 PLC 的編程、組態(tài)。利用該軟件通過語句表或圖形化的梯形圖來優(yōu)化的創(chuàng)建在 S7200系列 PLC中處理的用戶程序。用戶程序由單一模塊組成，它可以包含子程序。 ? STEP7， 適用于 SIMATIC M7300/400、 SIMATIC C7 和 SIMATIC WinAC PLC 的標準軟件。其中核心工具 SIMATIC Manager 用于管理所有生成的自動化數(shù)據以及處理這些數(shù)據所需的必備工具。使用 STEP7 可以組態(tài) SIMATIC 控制器硬件、選擇模塊地址和模塊參數(shù)，并進行組態(tài)網絡連接。 ? STEP7 Lite，適用于 SIMATIC S7300、 SIMATIC C ET200S 和 ET200X 系列分布式 I/O 的編程、組態(tài)軟件包。使用 STEP7 Lite 可以組態(tài) SIMATIC S7300、 SIMATIC C7 以及分布式 外設。 STEP7 Lite 完全支持 LAD、 FBD、 STL，它不支持選項包和其他 SIMATIC 站點的通信。使用 STEP7 Lite 創(chuàng)建的用戶程序還可以在 STEP7 下作進一步管理。 ? STEP Professional，它是由 STEP7 Basic 版本中的標準組件 和可選軟件包S7Graph、 S7SCL、 S7PLCSIM 組成。所以，除了 STEP7 中熟識的 LAD、 FBD 和STL 編程語言外， STEP Professional 還支持現(xiàn)存的 IEC 語言 SFC（順序功能流程圖）和 ST（結構文本），并支持用戶程序的離線仿真。 到目前為止， STEP7 Basic 的最新版本為 STEP7 。 STEP 7 不是單一的應用程序，而是由一系列應用程序 (工具 )構成的標準軟件包。其主要應用工具如下： ? SIMATIC 管理器：用于集中管理一個自動化控制項目，提供 STEP 7 標準軟件包的集成、統(tǒng)一界面。在 SIMATIC 管理器環(huán)境中進行項目的編程和組態(tài)，每一個操作所需要的工具均由 SIMATIC 管理器自動運行，因此用戶無需分別啟動各個不同的工具。 ? 符號編輯器：用于定義符號名稱、數(shù)據類型和注釋全局變量，管理所有共享符號。使用這個工具生成的符號表是全局有效的，可以被其它所有工具使用。 ? 硬件組態(tài)工具：可以利用這個工具對 PLC 機架上的各種硬件模塊進行配置，設置各種硬件模塊的參數(shù)，例如 CPU 參數(shù)和分布式 I/O 參數(shù)等。 ? 通信組態(tài)：該工具用于組態(tài)通信網絡連接，包括網絡連接的參數(shù)設置和網絡中各個通信設備的參數(shù)設置。 ? 硬件診斷：用于提供 PLC 的工作狀態(tài)概況，快速瀏覽 CPU 數(shù)據和用戶程序在運行中的故障原因。 ? 編程工 具：該工具集成了梯形圖 LAD、語句表 STL 和功能塊 FBD 三種編程語言的 共 40 頁 第 11 頁 編輯、編譯和調試功能。 S7300 用戶程序的模塊化結構 西門子公司 S S7 系列 PLC 采用的是“塊式程序結構”，用“塊”的形式來管理用戶編寫的程序及程序運行所需要的數(shù)據，組成完整的 PLC 應用程序系統(tǒng)。 “塊”分為數(shù)據塊和邏輯塊。 ? 數(shù)據塊：在生產控制過程中，常常會遇到很多過程數(shù)據、基準值、預置值，有些經常需要修改，把他們分類放在不同的數(shù)據塊中，有利于進行數(shù)據管理；其次，數(shù)據塊也是各邏輯塊之間交換、傳遞和共享數(shù)據的重要途徑；數(shù)據塊有豐富的數(shù)據結構，有助于高效管理復雜的變量組合，提高程序設計的靈活性。 對數(shù)據塊必須遵循先定義后使用的原則，否則將造成系統(tǒng)錯誤。數(shù)據塊可分為共享數(shù)據塊和背景數(shù)據塊兩類。 ? 邏輯塊：設計者在編程時，將其程序用不同的邏輯塊進行結構化處理 ，也就是將程序分解成自成體系的多個邏輯塊，每個邏輯塊為不同設備的控制程序或不同功能的控制程序。程序分塊后有以下優(yōu)點： （ 1）規(guī)模大的程序更容易理解 （ 2）可以對單個的程序進行標準化 （ 3）程序組織簡化 （ 4）程序修改更容易 （ 5）由于可以分別測試各個部分，查錯更為簡單 （ 6）系統(tǒng)調試更容易 邏輯塊包括功能塊 FB、 FC，組織塊 OB，系統(tǒng)功能塊 SFB、 SFC。下面分別做介紹。 （ 1）功能塊 FB 屬于用戶自己編程的塊，相當于“子程序”。它帶有一個附屬的背景數(shù)據塊。傳遞給 FB 的 參數(shù)和靜態(tài)變量存在背景數(shù)據塊中，臨時變量存在 L 數(shù)據堆棧中。 DI 隨 FB 的調用而打開，隨 FB 執(zhí)行結束而關閉，所以存在 DI 中的數(shù)據不會丟失，但是保存在 L 堆棧中的臨時數(shù)據將丟失。 FB 可以使用全局數(shù)據塊 DB. （ 2）功能塊 FC 也是屬于用戶自己編程的塊，但它是（無存儲區(qū)的）邏輯塊。FC 的臨時變量存儲在 L 堆棧中，在 FC 執(zhí)行結束后，這些 數(shù)據丟失。要將有關數(shù)據存儲。 由于功能塊 FC 沒有它自己的存儲區(qū)，所以必須為它內部的形式參數(shù)指定實際參數(shù)。另外