【正文】 總點數(shù)基礎(chǔ)上，增加10％到 15％的裕量?？紤]裕量后的 I/O 總點數(shù)即為 I/O 點數(shù)估計值。選定的 PLC 機型的 I/O 能力極限值必須大于 I/O 點數(shù)估計值，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） 存儲器容量選擇 PLC 的 I/O 點數(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 I/O 點數(shù)估算值的基礎(chǔ)上計算對 PLC 存儲器容量的需求。目前，大多用統(tǒng)計經(jīng)驗公式進行存儲器容量估算。這種方法是以 PLC處理每個信息量所需存儲器數(shù)的統(tǒng)計平均經(jīng)驗值為依據(jù)，乘以信息量數(shù)再考慮一定的裕量計算 得到存儲器需要容量。作為一般應(yīng)用下的一種經(jīng)驗公式是： 存儲器容量 ( ) ( ~ ) ( 10 5 / 100) / 1024K B D I D O AI O? ? ? ? ? ? ? 其中： DI 為數(shù)字量輸入總點數(shù)； DO 為數(shù)字量輸出總點數(shù)； AI/O 為模擬量 I/O 通道總數(shù) 。 DI 點數(shù)估計值為 641 .15=74， DO 點數(shù)估計值為 56= 65， AI通道估 計值為 22 =26 個。所以存儲器容量為 : ( 7410+ 655+ 26100)/1024= 工程實踐中，大多采用粗略估算，加大裕量，實際選型時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)自動化而設(shè)計的通用控制器，不同檔次的 PLC 的響應(yīng) XXXI 速度一般能滿足起應(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有特別的速度要求時，確定 PLC 的型號就應(yīng)特別慎重。 通過上面的計算，考慮系統(tǒng)通訊要求，選用 SIMATIC S7300 系列中的 CPU3152 DP是最合適的。其中最主要的原因是 CPU3152 DP是 S7300系列中唯一帶現(xiàn)場總線 (PROFIBUS) SINEC L2DP 接口的 CPU 模塊。內(nèi)置80KB RAM，隨機存儲器為 48KB，最大數(shù)字量 I/O 點數(shù)為 1024 個，最大模擬量 I/O 通道數(shù)為 128 個。最大配置 4 個機架， 32 塊模塊。滿足設(shè)計需要。 選用： CPU3152 DP 處理器； PS307 電源模塊； ET200M 遠程控制單元； CP3422DP 通信模塊； 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。 S7300PLC的基本組成 本系統(tǒng)選用德國西門子公司的 SIMATIC S7300 系列 PLC 系統(tǒng)。S7300 系列 PLC 是模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計，各種單獨模 塊之間可以 進行廣泛組合和擴展。它的系統(tǒng)構(gòu)成如圖 44 所示。 其主要組成部分有導(dǎo) 軌 (RACK)、電源模塊 (PS)、中央處理單元模塊(CPU)、接口模塊 (IM),信號模塊 (SM)、功能模塊 (FM)等。它可以通過 MPI連 接電纜或通訊模 塊與計算機進行通訊，再加上其全面的診斷功能和完善的自我保護技術(shù)，使其具有極高的可靠性，極其適合本系統(tǒng)的需求。除此之外，它自帶的 STEP7 編程軟件功能強大，使用方便，也使開發(fā)過程變得簡單快捷 。 XXXII 圖 44 S7300PLC 系統(tǒng)構(gòu)成框圖 一、中央處理單元 CPU 同一般 的微處理器一樣，中央處理單元是 PLC 的主要部分，是系統(tǒng)的核心。它通過輸入裝置讀入外設(shè)的狀態(tài)，由用戶程序去處理，并根據(jù)結(jié)果通過輸出裝置去控制外設(shè)。 一般的中型可編程控制器多為雙微處理器系統(tǒng)。一個為字處理器，多為 8 位或 16 位微處理器。另一個是位處理器，也 稱 為布爾處理器，是一些廠家設(shè)計制造的專用芯片。 字處理器是主處理器，由它處理字節(jié)操作指令，控制系統(tǒng)總線、內(nèi)部計數(shù)器、內(nèi)部定時器，監(jiān)視掃描時間，統(tǒng)一管理編程接口，同時協(xié)調(diào)位處理器及輸入輸出。位處理器也稱從處理器，它的主要作用是處理位操作指令和在機器操作系統(tǒng)的管理下 實現(xiàn) PLC編程語言向機器語言的轉(zhuǎn)換。位處理器的采用，加快了 PLC 的掃描速度，使 PLC 能較好的滿足實時控制要求 二、輸入 /輸出部件 輸入 /輸出部件通常亦稱 I/O 單元或 I/O 模塊， PLC 通過 I/O 單元與工業(yè)生產(chǎn)過程現(xiàn)場相聯(lián)系。通過 I/O 接口可以檢測被控對象或被控生產(chǎn)過程的各種參數(shù)，以這些現(xiàn)場數(shù)據(jù)作為 PLC 對被控對象進行控制的信息依據(jù)。同時 PLC 又通過 I/O 接口將處理結(jié)果送給被控設(shè)備或工業(yè)生產(chǎn)過程。 PLC 提供了多種操作電平和驅(qū)動能力的 I/O 單元，有各種各樣的 I/O單元供用戶選用。外部設(shè)備傳感器和執(zhí)行機構(gòu)所需的信 號電平是多種多樣的，而 PLC 中 CPU 處理的信息只能是標準電平，所以 I/O 單元需實現(xiàn)這種轉(zhuǎn)換。 I/O 單元的主要類型有：數(shù)字量輸入、數(shù)字量輸出、模擬量輸入、模擬量輸出等。 SM321 數(shù)字量輸入模塊將現(xiàn)場過程送來的數(shù)字信號電平轉(zhuǎn)換成S7300 內(nèi)部信號電平。對于現(xiàn)場輸入元件，僅需要提供開關(guān)觸點即可。 XXXIII 輸入信號進入模塊后，一般都經(jīng)過光電隔離和濾波，然后才送至輸入緩沖器等待 CPU 采樣。數(shù)字量輸入模塊 SM321 有直流 16 點輸入、直流 32點輸入、交流 16 點輸入、交流 8 點輸入四種型號模塊可供選擇。 SM322數(shù)字量輸出模塊將 S7300內(nèi)部信號電平轉(zhuǎn)換成過程所需要的外部信號電平，可直接用于驅(qū)動電磁閥、接觸器、小型電動機、燈和電動機啟動器等。按負載回路使用的電源不同分為：直流輸出模塊、交流輸出模塊和交直流兩用輸出模塊。按輸出開關(guān)器件的種類不同又可分為：晶體管輸出方式、可控硅輸出方式和繼電器輸出方式。晶體管輸出方式的模塊，只能帶直流負載，屬于直流輸出模塊，沒有反極性保護措施，輸出具有短路保護功能，使用于驅(qū)動電磁閥和直流接觸器?？煽毓栎敵龇绞綄儆诮涣鬏敵龇绞?，適用于驅(qū)動交流電磁閥、接觸器、電機啟動器和燈。繼電器觸點輸出方式的模塊屬于 交直流兩用輸出模塊，其額定負載電壓范圍較寬，直流可以從 24V 到 120V，交流可以從 48V 到 230V。SM322 有 16 點晶體管輸出、 32 點晶體管輸出、 16 點可控硅輸出、 8 點晶體管輸出、 8 點可控硅輸出、 8 點繼電器輸出和 16 點繼電器輸出共七種型號輸出模塊可供選擇。 SM331 模擬量輸入模塊主要由 A/D 轉(zhuǎn)換部件、模擬切換開關(guān)、補償電 路、恒流源、光電隔離部件、邏輯電路等組成。 A/D 轉(zhuǎn)換部件是模塊的核心，其轉(zhuǎn)換原理采用積分方法，積分時間直接影響到 A/D 轉(zhuǎn)換時間和 A/D 轉(zhuǎn)換的精度。被測模擬量的精度是所設(shè)定的積分時間的正函 數(shù)，也即積分時間越長，被測值的精度越高。 SM331 可選四檔積分： ， 20ms， 100ms，相對應(yīng)的以位表示的精度為： 9， 12， 12， 14位。模擬量模塊都裝有量程模塊，調(diào)整量程塊的插入位置可改變模塊的硬件結(jié)構(gòu)。 “A” 位置用于測量 177。1000MV 以內(nèi)的小電壓信號，由于電阻和熱電偶信號均屬于這個范圍，所以 “A” 位置適用于它們。 “B” 位置適合測量 177。10V 以內(nèi)的大電壓信號，如： 177。 ， 177。5V ， 1～ 5V 等。 “C”位置用于測量由 4 線變送器產(chǎn)生的 177。20mA 以內(nèi)的電流信號。 “D” 用于測量 2 線變送器產(chǎn)生 的 4～ 20mA 電流信號，并通過測量信號線對變送器供電。 SM331 有 812 位和 212 位兩種規(guī)格型號模塊。 SM332 模擬量輸出模塊可以輸出電壓，也可以輸出電流。在輸出電壓時，可以采用 2 線回路和 4 線回路兩種方式與負載相連。采用 4 線回路可以獲得比較高的輸出精度。如圖 45 所示，檢測線 S+和 S直接接到 XXXIV 負載上。這樣，在負載端直接測量和校準電壓。采用 2 線回路時， S+和S可以保持開路，但是輸出精度不如 4 線回路高。在電流輸出方式時，將負載連接到 QI 和 MANA 上即可。 QI 和 QV 實際上是同一個端子。 圖 45 通過 4 線回路將負載與隔離的模出模塊相連 三、存儲器 在可編程控制器系統(tǒng)中，存儲器主要存放系統(tǒng)程序、用戶程序及工作數(shù)據(jù)。系統(tǒng)程序是由 PLC 的制造廠家在研制系統(tǒng)時確定的，和機器的硬件組成有關(guān)，完成系統(tǒng)診斷、命令解釋、功能子程序調(diào)用管理、邏輯運算、通信和各種參數(shù)設(shè)定等功能。系統(tǒng)程序在 PLC 使用過程中是不變動的，中小型 PLC 多使用 EPROM 或 PROM 來存放，大型 PLC 多使用熔絲快速 ROM 存放。系統(tǒng)程序關(guān)系到 PLC 的性能，用戶不能訪問，修改這一部分存儲器的內(nèi)容。 用戶程序是隨 PLC 的應(yīng)用對象 而定的，它是用戶根據(jù)使用環(huán)境和生產(chǎn)工藝的控制要求來編寫的。用戶程序一般存放于帶有后備電池的 CMOS靜態(tài) RAM、紫外線可擦的 EPROM 和電可改寫的 EEPROM 中。為保證在斷電和加電的瞬間， RAM 中的數(shù)據(jù)不丟失或被隨機改寫，應(yīng)采取掉電抗干擾保護措施和選擇帶控制端的 CMOS RAM，控制端有效時禁止外電路對存儲器的讀寫，只維持數(shù)據(jù)，避免了電源波動和正常電源與后備電池切換時產(chǎn)生的誤寫入。 工作數(shù)據(jù)是 PLC 在應(yīng)用過程中經(jīng)常變化、經(jīng)常存取的一些數(shù)據(jù)。這部分數(shù)據(jù)存儲在 RAM 中，以適應(yīng)隨機改寫的要求。在 PLC 系統(tǒng)的工作數(shù)據(jù) 存儲區(qū)，開辟有輸入輸出數(shù)據(jù)映像區(qū)、計數(shù)器、定時器、輔助繼電器 XXXV 等邏輯部件，這些部件的設(shè)定值和當前值是根據(jù)用戶程序的初始設(shè)置和運行狀況而確定的。根據(jù)需要，部分數(shù)據(jù)在停電時用后備電池維持現(xiàn)行狀態(tài)。在掉電時可以保持數(shù)據(jù)的存儲器區(qū)域稱保持數(shù)據(jù)區(qū)。 綜上所述， PLC 所用存儲器基本上由 PROM、 EPROM、 EEPROM 及 RAM等組成，存儲容量的大小隨機器的型號而變化。由于系統(tǒng)程序用戶不可改變，因而 PLC 產(chǎn)品樣本或使用說明書中所列存儲器容量，系指用戶程序和數(shù)據(jù)存儲器而言。 四、外部設(shè)備 人機接口 人機接口裝置可分為操作 員接口、加固的“半智能”型 CRT 接口、“智能”接口。操作員接口用于實現(xiàn)操作人員與 PLC 控制系統(tǒng)之間的對話，人機接口的最簡單和最普通的形式是由安裝在控制臺上的按鈕、轉(zhuǎn)換開關(guān)、指示燈、 LED 數(shù)字顯示器和聲光報警器等元件組成。加固的“半智能”型 CRT 接口為密封型，可以長期安裝在操作臺和控制柜的面板上，通過通信接口接收來自 PLC 的信息并在 CRT 終端上顯示出來。用于 PLC控制系統(tǒng)的最高級、最復(fù)雜的人機接口是一種“智能”終端，它有自己的微處理器和存儲器，能夠與操作人員快速地交換信息，并通過通信接口與 PLC 相連，它可以作 為本地通信網(wǎng)絡(luò)的接口。 外存儲器 PLC 的 CPU 模塊內(nèi)的半導(dǎo)體存儲器稱內(nèi)存儲器，或者簡稱內(nèi)存。有時用磁帶和磁盤來存儲 PLC 的用戶程序。磁帶和磁盤稱為外存儲器。存儲在它們里面的信息可以長期保存。如果存放在 PLC RAM 內(nèi)的程序丟失，可以重新裝入保存在磁帶或磁盤中的程序。盒式磁帶錄音機和磁盤驅(qū)動器可能在編程器系統(tǒng)之內(nèi)，也可能是單獨的裝置，由編程器或其它智能模塊向它們提供接口。在離線開發(fā)用戶程序可編程裝置中，外存儲器特別有用。 EPROM 寫入器 EPROM 寫入器用來把用戶程序?qū)懭氲?EPROM 中去。它提供了 一個非易失的用戶程序的保存方法，存放在 EPROM 中的程序在沒有電源的情況下也不會丟失。同一 PLC 系統(tǒng)的各種不同應(yīng)用場合的用戶程序可以分別寫入到幾片 EPROM 中，在改變系統(tǒng)的工作方式時只要更換 EPROM 就可以了。 XXXVI 五、電源部件 PLC 配有開關(guān)式穩(wěn)壓電源，供內(nèi)部電路使用。與普通電源相比， PLC電源穩(wěn)定性好，抗干擾能力強。有些機型還向外提供 24V DC 的穩(wěn)壓電源，用于對外部傳感器供電，這就避免了由于電源污染或不合格電源產(chǎn)品而引起的故障。 S7300 系列 PLC 就配有專用電源模塊 PS 307。 西門子 ET200M 與 PROFIBUSDP 總線 一、 ET200M SIMATIC ET200M 是采用模塊化的設(shè)計，方便安裝于控制柜。且與SIMATIC S7300 I/O 模塊及功能模塊兼容，安全性高。支持 “ 熱插拔 ”功能，適合過程控制中危險區(qū)域使用，遠程擴展使用等特殊情況。 ET200M 是高密度配置的模塊化 I/O 站 ， 保護等級為 IP20。 它可用S7300 可編程序控制器的信號 、 功能和通訊模塊擴展 。 由于模塊的種類眾多 ， ET200M 尤其適用于復(fù)雜的自動化任務(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 上的被動站 (從站 )。 最大數(shù)據(jù)傳輸速率為 12M 位 /S。 ET200M 也可以在運行過程中 ， 在有電源情況下配置S7300 I/O 模塊的有源總線模塊 ， 其余模塊仍繼續(xù)運行 。 ET200M 由以下部分組成 ： IM153 接口：用于與 PROFIBUSDP 現(xiàn)場總線的連接 ； 各種 I/O 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，在