【文章內(nèi)容簡介】 是自動(dòng)化系統(tǒng)中單元級(jí)控制設(shè)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(shí)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(hào)模塊 (SM)，包括數(shù)字量 (或稱開關(guān)量 )輸入 /輸出模塊，模擬量輸入 /輸出模塊。輸入 /輸出信號(hào)線連接到前連接器上，前連接器插在 SM 前蓋后面的凹槽內(nèi)，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(guān)信號(hào)，開關(guān)信號(hào)主要來自按鈕、二線式光電開關(guān)、接近開關(guān)、低壓電器的觸點(diǎn)等。數(shù)字量輸入模塊現(xiàn)場(chǎng)的開關(guān)信號(hào)的電平轉(zhuǎn)換成 PLC內(nèi)部的信號(hào)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(hào)中的直流成分，交流信號(hào)經(jīng)橋式整流電路轉(zhuǎn)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(nèi)部信號(hào)電平轉(zhuǎn)換為控制過程所需要的外部信號(hào)電平，同時(shí)有隔離和功率放大作用。可直接用于驅(qū)動(dòng)電磁閥、接觸器、繼電器、燈和電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)器等負(fù)載。按負(fù)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(guān)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(fù)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(diǎn)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(yīng)速度最快，繼電器輸出響應(yīng)速度最慢。繼電器輸出模塊的負(fù)載電壓范圍寬，承受瞬時(shí)過電壓和過電流的能力強(qiáng)，但開關(guān)頻率不能太快，適用于動(dòng)作頻率不高 (低于 20HZ)的負(fù)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(gè)模塊上，有兩種型號(hào)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(chǎn)過程的連續(xù)變化的模擬量信號(hào)。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(cè)的模擬量信號(hào)通過相應(yīng)的變送器轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的直流電壓和電流信號(hào)。 模擬量輸入模塊將來自變送器的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成 CPU 處理的數(shù)字信號(hào)，即 A/D轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換為模擬量信號(hào) (電壓、電流 )區(qū)別控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)，其主要組成部分是 D/A 轉(zhuǎn)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(hào)應(yīng)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(jì)數(shù)器模塊，模擬器模塊。 供料 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)硬件選型 球團(tuán)生產(chǎn)線所需的點(diǎn)數(shù)較多， DI 點(diǎn)總計(jì) 826 點(diǎn)， DO 點(diǎn)總計(jì) 210 點(diǎn)， AI 點(diǎn)總計(jì)151 點(diǎn)， AO 點(diǎn)總計(jì) 10 點(diǎn)。設(shè)計(jì)使用當(dāng)前國內(nèi)流行的操作站 +控制站 +分布式現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)，PLC 采用西門子 S7400 系列可編程控制器，使用現(xiàn)場(chǎng)總線分布式控制，在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置從站 I/O，變頻器亦屬于從站并用 Profibus 現(xiàn)場(chǎng) 總線相接，上級(jí)通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為工業(yè)局域網(wǎng)，使用標(biāo)準(zhǔn) TCP/IP Ether 協(xié)議，速率 10M/100M bps。上位機(jī)監(jiān)控組態(tài)軟件使用 WINCC。整個(gè)生產(chǎn)線控制系統(tǒng)共有 18 個(gè) ET200M 站及 12 臺(tái)變頻器。 系統(tǒng)所需硬件為： ? 主機(jī)架 ： UR2（ 6ES7 4001JA010AA0） ? 電源模塊： PS 407 10A（ 6ES7 4070KA020AA0） ? CPU 模塊： CPU 4162DP（ 6ES7 4162XN050AB0） ? 以太網(wǎng)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(duì)供料系統(tǒng)部分進(jìn)行設(shè)計(jì)，相關(guān) I/O 點(diǎn)位于 DP 地址為 4 的兩個(gè)ET200M 站， DP 地址為 3 的 ET200M 站內(nèi)配置了 5 塊 DI 模塊和 2 塊 DO 模塊； DP地址為 4 的 ET200M 站內(nèi)配置了 3 塊 DI 模塊和 1 塊 DO 模塊。 球團(tuán)生產(chǎn)線 在 STEP7 中的硬件配置 在 STEP7 中新建一個(gè)工程項(xiàng)目，命名為“球團(tuán)項(xiàng)目” ，在項(xiàng)目文件中插入一個(gè)SIMATIC 400 站，完成后點(diǎn)擊 Hardware，進(jìn)入硬件組態(tài)界面，在打開的界面中根據(jù)前面的硬件選型，分別加入主機(jī)架、電源模塊、 CPU 模塊、 CP 模塊，并將 CPU4162鏈接到新建的 ProfibusDP 網(wǎng)絡(luò)中，在 ProfibusDP 中添加 ET200M 模塊，按照設(shè)計(jì) 將站地址以及站內(nèi) I/O 模塊全部配置好并設(shè)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(yùn)行的可靠性，輸出信號(hào)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(fù)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(shè)置的標(biāo)準(zhǔn)軟件包。它是 SIMATIC 工業(yè)軟件的組成部分，可提供下列 STEP7 標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)軟件。其中核心工具 SIMATIC Manager 用于管理所有生成的自動(dòng)化數(shù)據(jù)以及處理這些數(shù)據(jù)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(jìn)行組態(tài)網(wǎng)絡(luò)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(shè)。 STEP7 Lite 完全支持 LAD、 FBD、 STL，它不支持選項(xiàng)包和其他 SIMATIC 站點(diǎn)的通信。使用 STEP7 Lite 創(chuàng)建的用戶程序還可以在 STEP7 下作進(jìn)一步管理。 ? STEP Professional，它是由 STEP7 Basic 版本中的標(biāo)準(zhǔn)組件 和可選軟件包S7Graph、 S7SCL、 S7PLCSIM 組成。所以，除了 STEP7 中熟識(shí)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(jié)構(gòu)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(yīng)用程序，而是由一系列應(yīng)用程序 (工具 )構(gòu)成的標(biāo)準(zhǔn)軟件包。其主要應(yīng)用工具如下： ? SIMATIC 管理器：用于集中管理一個(gè)自動(dòng)化控制項(xiàng)目，提供 STEP 7 標(biāo)準(zhǔn)軟件包的集成、統(tǒng)一界面。在 SIMATIC 管理器環(huán)境中進(jìn)行項(xiàng)目的編程和組態(tài)，每一個(gè)操作所需要的工具均由 SIMATIC 管理器自動(dòng)運(yùn)行，因此用戶無需分別啟動(dòng)各個(gè)不同的工具。 ? 符號(hào)編輯器：用于定義符號(hào)名稱、數(shù)據(jù)類型和注釋全局變量，管理所有共享符號(hào)。使用這個(gè)工具生成的符號(hào)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(gè)工具對(duì) PLC 機(jī)架上的各種硬件模塊進(jìn)行配置，設(shè)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(wǎng)絡(luò)連接，包括網(wǎng)絡(luò)連接的參數(shù)設(shè)置和網(wǎng)絡(luò)中各個(gè)通信設(shè)備的參數(shù)設(shè)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(jù)和用戶程序在運(yùn)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(diào)試功能。 S7300 用戶程序的模塊化結(jié)構(gòu) 西門子公司 S S7 系列 PLC 采用的是“塊式程序結(jié)構(gòu)”，用“塊”的形式來管理用戶編寫的程序及程序運(yùn)行所需要的數(shù)據(jù)，組成完整的 PLC 應(yīng)用程序系統(tǒng)。 “塊”分為數(shù)據(jù)塊和邏輯塊。 ? 數(shù)據(jù)塊：在生產(chǎn)控制過程中，常常會(huì)遇到很多過程數(shù)據(jù)、基準(zhǔn)值、預(yù)置值，有些經(jīng)常需要修改，把他們分類放在不同的數(shù)據(jù)塊中，有利于進(jìn)行數(shù)據(jù)管理；其次，數(shù)據(jù)塊也是各邏輯塊之間交換、傳遞和共享數(shù)據(jù)的重要途徑；數(shù)據(jù)塊有豐富的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，有助于高效管理復(fù)雜的變量組合，提高程序設(shè)計(jì)的靈活性。 對(duì)數(shù)據(jù)塊必須遵循先定義后使用的原則，否則將造成系統(tǒng)錯(cuò)誤。數(shù)據(jù)塊可分為共享數(shù)據(jù)塊和背景數(shù)據(jù)塊兩類。 ? 邏輯塊：設(shè)計(jì)者在編程時(shí)，將其程序用不同的邏輯塊進(jìn)行結(jié)構(gòu)化處理 ，也就是將程序分解成自成體系的多個(gè)邏輯塊，每個(gè)邏輯塊為不同設(shè)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(diǎn)： （ 1）規(guī)模大的程序更容易理解 （ 2）可以對(duì)單個(gè)的程序進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化 （ 3）程序組織簡化 （ 4）程序修改更容易 （ 5）由于可以分別測(cè)試各個(gè)部分，查錯(cuò)更為簡單 （ 6）系統(tǒng)調(diào)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(dāng)于“子程序”。它帶有一個(gè)附屬的背景數(shù)據(jù)塊。傳遞給 FB 的 參數(shù)和靜態(tài)變量存在背景數(shù)據(jù)塊中，臨時(shí)變量存在 L 數(shù)據(jù)堆棧中。 DI 隨 FB 的調(diào)用而打開，隨 FB 執(zhí)行結(jié)束而關(guān)閉，所以存在 DI 中的數(shù)據(jù)不會(huì)丟失，但是保存在 L 堆棧中的臨時(shí)數(shù)據(jù)將丟失。 FB 可以使用全局?jǐn)?shù)據(jù)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(chǔ)區(qū)的）邏輯塊。FC 的臨時(shí)變量存儲(chǔ)在 L 堆棧中，在 FC 執(zhí)行結(jié)束后，這些 數(shù)據(jù)丟失。要將有關(guān)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。 由于功能塊 FC 沒有它自己的存儲(chǔ)區(qū)，所以必須為它內(nèi)部的形式參數(shù)指定實(shí)際參數(shù)。另外