【導讀】和解決實際問題的能力。2．培養(yǎng)學生查閱技術(shù)資料的能力，培養(yǎng)實際獨立完成課題的工作能力。3．使學生受到PLC系統(tǒng)開發(fā)的綜合訓練，達到能進行PLC系統(tǒng)設(shè)計和實施的目的。4．使學生掌握無縫管稱重、測長設(shè)備的工作原理。這是鋼管生產(chǎn)線上的一個自動檢測、記錄、打標記的自動化設(shè)備。它可對無縫鋼管自動。進行測長、稱重，打印、噴標等工序。第二工位為稱重工位，實現(xiàn)對鋼管重量的稱量。符合API標準及國家有關(guān)標準規(guī)定的和客戶指定的數(shù)字、字符和圖形。鋼管的上料、鋼管在各工位之間的移動、鋼管的下料均通過機械式步進機構(gòu)實現(xiàn)。電控系統(tǒng)采用各單機自成體系，獨立控制，獨立操作的分布型控制模式。1）光電傳感器結(jié)合旋轉(zhuǎn)編碼器的形式，在對齊輥道上實現(xiàn)在鋼管運動中對其長度的測量。任一個光電傳感器，都產(chǎn)生一個中斷信號，則PLC機停止對旋轉(zhuǎn)編碼器計數(shù)；程序選定后，整個加工過程自動進行。熱、三焜穿孔機穿孔、連軋機軋鋼、定徑機定徑。

　　

【正文】 號 名稱 元件名稱 代碼 地址 編號 1 步進梁電機啟停 中間繼電器 CR1 2 測長工位輥道電機加速 中間繼電器 CR2 3 測長工位輥道電機減速 中間繼電器 CR3 4 測長工位輥道電機反轉(zhuǎn) 中間繼電器 CR4 5 打印頭鎖緊 中間繼電器 CR5 6 打印頭松開 中間繼電器 CR6 7 打印頭下降 中間繼電器 CR7 8 打印頭上升 中間繼電器 CR8 9 噴碼頭鎖緊 中間繼電器 CR9 10 噴碼頭松開 中間繼電器 CR10 11 噴碼頭下降 中間繼電器 CR11 12 噴碼頭上升 中間繼電器 CR12 13 上料翻料臂允許翻料 中間繼電器 CR13 14 噴印輸出輥道加速 中間繼電器 CR14 15 噴印輸出輥道反轉(zhuǎn) 中間繼電器 CR15 16 噴印輸出輥道正轉(zhuǎn) 中間繼電器 CR16 17 工作狀態(tài)（自動啟停） 中間繼電器 CR17 18 步進梁氣動剎車 中間繼電器 CR18 19 打印開始 中間繼電器 CR19 20 噴印開始 中間繼電器 CR20 21 噴碼機同步機上升 中間繼電器 CR21 22 噴碼機同步機下降 中間繼電器 CR22 23 測長變頻器故障 指示燈 HL12 24 步進梁變頻器故障 指示燈 HL13 25 測長輥道變頻器故障 指示燈 HL14 26 步進梁電機故障 指示燈 HL15 天津理工大學 2020屆本科 畢業(yè)設(shè)計說明書 17 27 氣動打印故障 指示燈 HL16 28 噴碼故障 指示燈 HL17 從 — 為 PLC 的擴展模塊上的數(shù)字量輸入模塊。 — 為 ET200 與 PLC 的通訊端子。 PLC 端子接線圖 在本設(shè)計中 PLC數(shù)字量輸入端子為 84 個，數(shù)字量輸出端子為 28個， S7— 300PLC 擴展模塊上的數(shù)字量輸入模塊選為 16 位，由 DC24V 供電。輸入端子接線圖見附錄圖 — 圖 .連接到 ET— 200 從站上的數(shù)字量輸出模塊為 8 位的繼電器輸出類型，由 DC24V 供電。輸出端子接線圖見附錄 圖 — 圖 電磁閥電路 電磁閥電路主要用來控制打印頭和噴碼頭的開放、縮緊、下降和上升以及對步進梁 電機進行氣動剎車 。具體電路設(shè)計見附錄圖 天津理工大學 2020屆本科 畢業(yè)設(shè)計說明書 18 第五章 系統(tǒng)的 通訊 通訊網(wǎng)絡(luò)簡介 圖 SIMATIC 產(chǎn)品介紹 SIMATIC Product introduction SIMATIC 產(chǎn)品介紹 SIMATIC 是西門子自動化系列產(chǎn)品品牌統(tǒng)稱，來源于 SIEMENS + Automatic。 西門子公司的 PLC 產(chǎn)品包括 LOGO， S7200， S7300， S7400，工業(yè)網(wǎng)絡(luò)， HMI 人機界面，工業(yè)軟件等。 SIMATIC S7300 PLC S7300 是模塊化小型 PLC 系統(tǒng)，能滿足中等性能要求的應(yīng)用。各種單獨的模塊之間可進行廣泛組合構(gòu)成不同要求的系統(tǒng)。與 S7200 PLC 比較， S7300 PLC 采用模塊化結(jié)構(gòu) 。 具備強大的通信功能， S7300 PLC 可通過編程軟件 Step 7 的用戶界面提供通信組態(tài)功能，這使得組態(tài)非常容易、簡單。 S7300 PLC 具有多種不同的通信接口，并通過多種通信處理器來連接 ASI 總線接口和工業(yè)以太網(wǎng)總線系統(tǒng)；串行通信處理器用來連接點到點的通信系統(tǒng)；多點接口（ MPI）集成在 CPU 中，用于同時連接編程器、 PC機、人機界面系統(tǒng)及其他 SIMATIC S7/M7/C7等自動化控制系統(tǒng)。 1 SIMATIC HMI SIMATIC HMI 支持在 Windows 操作系統(tǒng)下進行系統(tǒng)范圍的組態(tài)和訪問共享數(shù)據(jù)。 HMI 硬件配合 PLC 使用，為用戶提供數(shù)據(jù)、圖形和事件顯示， HMI硬件需要經(jīng)過軟件（如 ProTool）組態(tài)才能配合 PLC 使用。 天津理工大學 2020屆本科 畢業(yè)設(shè)計說明書 19 SIMATIC NET SIMATIC NET 是西門子在工業(yè)控制層面上提供的一個多元的通訊系統(tǒng)。它意味著您能將工業(yè)現(xiàn)場的 PLC、主機、工作站和個人電腦聯(lián)網(wǎng)通訊，為了適應(yīng)自動化工程中的種 類多樣性，SIMATIC NET 推出了多種不同的通訊網(wǎng)絡(luò)。 包括：工業(yè)以太網(wǎng) 、 AS— I、 PROFIBUS。 2 AS— I AS— I 是執(zhí)行器 傳感器 接口，它是一種用來在控制器 (主站 )和傳感器／執(zhí)行器 (從站 )之間雙向交換信息的總線網(wǎng)絡(luò)，屬于現(xiàn)場總線下面底層設(shè)備級的監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。 3 SIMATIC PG/PC PC 接口是 PLC 與電腦的接口 。 PG接口是 SIEMENS 一種專用的 編程器 接口 。 西門子 S7— 300PLC、人機界面、編程器、 PC 機通過 MPI 網(wǎng)絡(luò)、工業(yè)以太網(wǎng)、 PROFIBUS 三種網(wǎng)絡(luò)進行通訊。 MPI 網(wǎng)絡(luò) 圖 MPI 網(wǎng)絡(luò) MPI Network 178。 MPI 是多點接口的簡稱。 178。 S7300 CPU 都集成了 MPI通信協(xié)議和 MPI 的物理層 RS485 接口。 最大傳輸速率為 12M/Bit/S. 178。 PLC 通過 MPI 能同時連接運行 STEP7 的編程器、計算機、人機界面（ HMI)及其它 SIMATIC S M7 和 C7。 STEP 7 用戶界面提供了 PLC 硬件組態(tài)功能，使得 PLC 硬件組態(tài)很簡單。 STEP 7 用戶界面提供了通信組態(tài)功能，使通信組態(tài)也變得簡單。 天津理工大學 2020屆本科 畢業(yè)設(shè)計說明書 20 178。 聯(lián)網(wǎng)的 CPU可以通過 MPI 接口實現(xiàn)全局數(shù)據(jù) (GD)服務(wù)，周期性地相互進行數(shù)據(jù)交換。 178。 每個 CPU 可以使用的 MPI 連接總數(shù)與 CPU的型號有關(guān)。 工業(yè)以太網(wǎng) 178。工業(yè)以太網(wǎng)用于 工廠管理層和單元層的通信系統(tǒng)。用于對時間要求不太嚴格，需要傳送 量數(shù)據(jù)的場合。 178。西門子的工業(yè)以太網(wǎng)的傳輸速率為 10M/100M Bit/S,最多可以達到 1024 個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，網(wǎng) 的最大范圍為 150KM。 178。西門子的 S7系列 PLC 通過 PROFIBUS 或工業(yè)以太網(wǎng) ISO 協(xié)議，可以利用 S7的通信服務(wù)進 數(shù)據(jù)交換。 PROFIBUS 網(wǎng)絡(luò) PROFIBUSDP 通訊網(wǎng)絡(luò)是一種高速低成本通信，用于設(shè)備級控制系統(tǒng)與分散式 I/O 的通信。使用 PROFIBUSDP 可取代辦 24VDC 或 420mA 信號傳輸。 ProfibusDP使用物理層，數(shù)據(jù)鏈接層和用戶接口，用于現(xiàn)場層的高速數(shù)據(jù)傳送。主站周期地讀取從站地輸入信息并周期地向從站發(fā)送輸出信息。總線循環(huán)時間必須要比主站程序循環(huán)時間短。 PROFIBUSDP 還提供智能化現(xiàn)場設(shè)備所需的非周期性通信以進行組態(tài)、診斷和報警處理及復雜設(shè)備在運行中參數(shù)的確定。 1 特征 178。 傳輸技術(shù) :RS485 雙絞線 、雙線電纜或光纜。波特率從 — 12Mbit/s ； 12Mbps 時最大傳輸距離為 100m， 時為 200m，另外還可以用中繼器延長 。 178。 總線存取 :各主站間令牌傳遞，主站與從站間為主 — 從傳送。支持單主或多主系統(tǒng)?？偩€上最多站點（主 — 從設(shè)備）數(shù)為 126。 178。 通信 :點對點（用戶數(shù)據(jù)傳送）或廣播（控制指令）。循環(huán)主 — 從用戶數(shù)據(jù)傳送和非循環(huán)主— 主數(shù)據(jù)傳送。 178。 運行模式 : 運行、清除、停止。 178。 同步：控制指令允許輸入和輸出同步。同步模式：輸出同步；鎖定模式：輸入同步。 178。 診斷功能： 經(jīng)過擴展的 PROFIBUSDP診斷能能對故障進行快速定位。診斷信息在總線上傳輸并由主站采集 178。 可靠性和保護機制：所有信息的傳輸按海明距離 HD=4 進行。 DP 從站帶看門狗定時器。對DP 從站的輸入 /輸出進行存取保護。 DP主站上帶可變定時器的用戶數(shù)據(jù)傳送監(jiān)視。 2 PROFIBUS DP 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 天津理工大學 2020屆本科 畢業(yè)設(shè)計說明書 21 圖 PROFIBUS— DP 系統(tǒng)結(jié)構(gòu) PROFIBUS— DP System structure 178。 主站設(shè)備 帶有 PROFISBUSDP接口的 S7300 的 CPU、 CPU4435 和 IM467； CPU3425。CP3435。帶有 DP接口或 DP 處理器的 C7；以及西門子某些老型號 PLC、 PG 和 OP。 178。從站設(shè)備 分布式 I/O 設(shè)備 ET200；通過通信處理器 CP3425 的 S7300、帶有 DP 接口的 S7300（只能通過 CPU4435）、帶有 EM277 通信模塊的 S7200 PROFIBUS— DP網(wǎng)絡(luò)使用注意事項 178。終端電阻的使用：在總線段的開始和結(jié)束處，必須打開終端電阻，以保證各主站和從站之間能夠正常通訊，如想要終止通訊，則在某個從站出將終端電阻打開即可。 178。終端電阻的作 用：有效減小網(wǎng)絡(luò)信號在傳輸過程中的反射和折射效應(yīng)，從而使網(wǎng)絡(luò)信號增強 ,可以有效地抵御電磁干擾。 178。波特率的選則 網(wǎng)段長度 圖 波特率 Baud rate 天津理工大學 2020屆本科 畢業(yè)設(shè)計說明書 22 表 波特率的選擇 Table The choice of baud rate 波特率 網(wǎng)段長度 到 KBaud 1000 米 500 KBaud 400 米 KBaud 200 米 3 到 12 KBaud 100 米 若網(wǎng)段長度超過 1000 米則加用中繼器，其作用是對信號的放大和再生。 綜上所述 ， 本設(shè)計要應(yīng)用在工廠車間內(nèi)，且 PROFIBUS 是用于車間級監(jiān)控和現(xiàn)場層的通信系統(tǒng)，所以本設(shè)計采用 PROFIBUS— DP 網(wǎng)絡(luò)進行通訊，采用的是通訊協(xié)議中的 DP 協(xié)議。 系統(tǒng)的硬件配置 圖 圖 S7— 300 主從站硬件配置圖 S7300 hardware configuration 天津理工大學 2020屆本科 畢業(yè)設(shè)計說明書 23 PLC 與 ET200 站的通信設(shè)置 圖 圖 PLC 與 ET200 通訊設(shè)置 Communication configuration between PLC and ET200 ET200 是采用 PROFIBUS— DP 協(xié)議的分布式 I/O 設(shè)備。應(yīng)用時， S7PLC 作為 DP 主站，通過帶有集成 DP 接口的 CPU，連接到 PROFIBUS 總線 ,而 ET200 作為 DP 從站連接到 PROFIBUS 總線上。 添加的分布式 I/O 與 PLC 站中的本地 I/O 具有統(tǒng)一的編址，因此在用戶程序中可以像訪問本地 I/O 一樣方便地訪問分布式 I/O。 PLC 與變頻器的通信設(shè)置 圖 天津理工大學 2020屆本科 畢業(yè)設(shè)計說明書 24 圖 PLC 與變頻器 1 通訊配置 Communication configuration between PLC and Frequency converter 1 圖 PLC 與變頻器 1 通訊配置 Communication configuration between PLC and Frequency converter 2 天津理工大學 2020屆本科 畢業(yè)設(shè)計說明書 25 通訊小結(jié) 在本設(shè)計中主站是帶有 PROFIBUS— DP 接口的 SIEMENS S7— 300 PLC CPU。 從站為一個分布式 I/O 設(shè)備 ET200 以及一臺帶 8個電機的變頻器和一臺帶 2個電機的變頻器 ET200 用總線形式與 CPU 連起來 使用 ，它接收的數(shù) 據(jù)通過總線傳輸給 PLC 的 CPU， CPU 經(jīng)過處理后再把信號通過 ET200 的輸出輸送出去， ET200 不需要編程，但是在寫程序的時候，必須在硬件組態(tài)中將 ET200 通過總線掛在 CPU 機架上，并且保證實際模塊與組態(tài)信息保持一致。 本設(shè)計通訊主站與各從站傳輸速率： 表 傳輸速率 Table Transmission rate 站 波特率 站 S7— 300 （主站 1） ET200 （從站 2） 變頻器 1 （從站 3） 變頻器 2 （從站 4） S7— 300 （主站 1） 100 K bit/s ET200 （從站 2） 100K bit/s 6 M bit/s M bit/s 變頻器 1 （從站 3） 6 M bit/s 變頻器 2 （從站 4） M bit/s 天津理工大學 2020屆本科 畢業(yè)設(shè)計說明書 26 第六章 系統(tǒng)的程序設(shè)計 系統(tǒng)程序的組成部分及作用 該程序主要由主程序、測長程序、稱