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正文內(nèi)容

自動化專業(yè)-球團(tuán)生產(chǎn)線的plc控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)-供料系統(tǒng)(編輯修改稿)

2025-01-11 01:48 本頁面
 

【文章內(nèi)容簡介】 是自動化系統(tǒng)中單元級控制設(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,開關(guān)信號主要來自按鈕、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)場的開關(guān)信號的電平轉(zhuǎn)換成 PLC內(nèi)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(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)部信號電平轉(zhuǎn)換為控制過程所需要的外部信號電平,同時(shí)有隔離和功率放大作用。可直接用于驅(qū)動電磁閥、接觸器、繼電器、燈和電動機(jī)啟動器等負(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。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(yīng)的變送器轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)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(zhuǎn)換成 CPU 處理的數(shù)字信號,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 (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)場網(wǎng)絡(luò),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(shè)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(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 管理器自動運(yùn)行,因此用戶無需分別啟動各個(gè)不同的工具。 ? 符號編輯器:用于定義符號名稱、數(shù)據(jù)類型和注釋全局變量,管理所有共享符號。使用這個(gè)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(gè)工具對 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(無存儲區(qū)的)邏輯塊。FC 的臨時(shí)變量存儲在 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。 由于功能塊 FC 沒有它自己的存儲區(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
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