【正文】 PU313C2DP、S7300電源、S7300底線板、MPI網(wǎng)卡CP561lPROFlBUS總線連接器以及電纜。軟件：STEP7 。(2)硬件及網(wǎng)絡(luò)組態(tài)在STEP 7中建立一個新項目，其名稱為“PROFIDP”。插入二個SIMATIC 300 station站點(diǎn)，在進(jìn)行配置時，一般先配置從站，然后在配置主站，從站可以有多個，本例中只使用一個從站，如需要配置多個從站，其配置方法類似。打開SIMATIC 300 station(2)的硬件配置圖，插入機(jī)架、電源、CPU313C2DP，在插入時，新建立一個PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)，并設(shè)其地址為3，選擇DP通信方式。在圖中雙擊(或右擊選擇屬性)“DP欄，可打DP VI屬性對話框，如圖3一l4所示。圖314 配置S7300 CPU 313C2DP為從站 從站組態(tài)完成后組態(tài)主站，打開SIMATIC 300 station(1)的硬件配置圖，插入機(jī)架、電源、CPU3152DP，選擇和從站同樣的網(wǎng)絡(luò)，設(shè)其地址為2，選擇DP通信方式，其默認(rèn)為DP豐站，如圖315所示。圖315主站配置本文設(shè)計的干燥部組態(tài)如圖316所示圖316干燥部組態(tài)示意圖 本章小結(jié) 本章在闡述現(xiàn)場總線技術(shù)的基礎(chǔ)上介紹了PROFIBUS通信的組成及其各自在技術(shù)應(yīng)用上的區(qū)別，基于現(xiàn)場總線系統(tǒng)在技術(shù)上的特點(diǎn)所體現(xiàn)出的在實際應(yīng)用中的優(yōu)越性，為本課題選用現(xiàn)場總線來設(shè)計紙機(jī)的傳動控制系統(tǒng)提供了充分的依據(jù)；接著又介紹了現(xiàn)場總線的通信模型、通信協(xié)議以及PROFIBUS的傳輸技術(shù)，重點(diǎn)介紹并分析了RS485串行通信接口在通信中的應(yīng)用；然后針對PROFIBUSDP系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、類型、組成、系統(tǒng)的總線訪問控制方式及通信過程、DP系統(tǒng)的工作過程做了詳細(xì)的介紹與分析，根據(jù)本課題所述的紙機(jī)傳動控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及功能要求，采用并設(shè)計了三層結(jié)構(gòu)的現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)；最后基于紙機(jī)的電氣傳動控制是一個復(fù)雜的控制系統(tǒng)，選用系統(tǒng)功能塊SFC14“DRD_DAT”和SFC “15DPWR_DAT”來讀取和寫入紙機(jī)電氣傳動的數(shù)據(jù)，并編寫了相關(guān)的部分通信程序。所以縱觀全文，結(jié)合課題的具體要求與實際情況，本章起到了承上啟下的過渡作用。其次對PROFIBUS—DP主從站的通信做了簡要介紹，并分析總結(jié)了其結(jié)構(gòu)的組成及分類，接著根據(jù)本文項目中紙機(jī)所需要控制的傳動點(diǎn)及I／O點(diǎn)數(shù)等數(shù)據(jù)以CPU3152DP為主站、CPU313C一2DP為從站在S7軟件中進(jìn)行了通信組態(tài)的連接，以及針對在組態(tài)好的DP系統(tǒng)中掛上遠(yuǎn)程工作站ET200M做了細(xì)態(tài)介紹。4 紙機(jī)傳動控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計及選型 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計方法PLC因具有對控制對象可以進(jìn)行靈活控制且環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)、功能強(qiáng)大、體積小重量輕等性價比較高的優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、造紙、電力、機(jī)械制造等各個行業(yè)。PLC控制系統(tǒng)的主要特點(diǎn)為：(1)系統(tǒng)的應(yīng)用功能模塊可以按需靈活的進(jìn)行配置且容易在后期對其功能進(jìn)行擴(kuò)展，它主要采用開關(guān)量控制的方式，并可以對PID回路進(jìn)行控制以實用連續(xù)生產(chǎn)過程的需要，作為連接現(xiàn)場設(shè)備與控制室上位機(jī)的中心樞紐單元，可以優(yōu)化整個控制系統(tǒng)并有利于對現(xiàn)場的監(jiān)控管理，對整個控制系統(tǒng)的設(shè)計起著非常重要的作用。(2)在對PLC進(jìn)行編程時可以使用簡明的梯形圖、邏輯圖或語句表等編程語言，易于工程技術(shù)人員對其進(jìn)行應(yīng)用操作，尤其是對設(shè)備及系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)升級時而不需要拆動硬件就可以實現(xiàn)相應(yīng)的功能，對于生產(chǎn)運(yùn)行的設(shè)備不需要停機(jī)就可以對其進(jìn)行在線程序的修改，也便于技術(shù)員人在現(xiàn)場進(jìn)行調(diào)試。(3)能夠適應(yīng)各種工業(yè)現(xiàn)場的環(huán)境，能夠與各種通訊及機(jī)械電氣設(shè)備相連接，并具有較強(qiáng)的抗干擾能力。設(shè)計一個PLC控制系統(tǒng)不僅需要考慮客戶對價位及品牌的要求，更要全面綜合考慮控制對象對系統(tǒng)的要求等各方面的因素，一般情況下對PLC控制系統(tǒng)的選型與設(shè)計按照圖51所示的步驟逐一進(jìn)行，此外還應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)所需完成的控制任務(wù)以及對被控對象的生產(chǎn)工藝及特點(diǎn)進(jìn)行分析來選擇單臺PLC還是多臺PLC的分散控制或分級控制，尤其是要考慮這幾方面的因素：控制系統(tǒng)的I/O設(shè)備總點(diǎn)數(shù)是控制規(guī)模的主要標(biāo)志，當(dāng)控制的規(guī)模較大時其開關(guān)量控制的I/O設(shè)備就較多且聯(lián)鎖控制也就越多，此時最適合采用PLC控制；在采用傳統(tǒng)的繼電器系統(tǒng)進(jìn)行控制時不但會提高造價和成本且使用與維修也不方便，所以應(yīng)優(yōu)先考慮采用PLC控制：一般認(rèn)為I/O點(diǎn)數(shù)在40點(diǎn)左右以及對可靠性、抗干擾能力要求較高的控制系統(tǒng)，即可采用PLC控制，由于目前PLC的性價比進(jìn)一步提高，在I/0點(diǎn)總數(shù)在20點(diǎn)甚至更少時，就趨向于選擇PLC控制了；當(dāng)工業(yè)現(xiàn)場與上位機(jī)之間需要高速且抗外界干擾的對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計和計算時，對運(yùn)算結(jié)果的準(zhǔn)確性也要求很高，帶有上位機(jī)的PLC分級控制的系統(tǒng)則就是最先需要考慮選用[34][35]。圖41 PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計步驟 PLC的硬件選型對PLC的硬件進(jìn)行選型就是對組成PLC的各個模塊進(jìn)行選型，PLC作為系統(tǒng)的核心控制單元直接關(guān)系著紙機(jī)整個控制系統(tǒng)的性能，所以在進(jìn)行PLC的選型時，需要根據(jù)紙機(jī)的生產(chǎn)工藝控制的具體要求，確定控制系統(tǒng)的測控點(diǎn)如表41所示，據(jù)此再去選擇適當(dāng)?shù)腃PU模塊、PS模塊、I/O模塊、通信方式和機(jī)架數(shù)等。所以，本課題綜合以上各因素選擇西門子S7300PLC系列作為系統(tǒng)的中央控制單元，它采用節(jié)省空間的模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計，可適配現(xiàn)有的各種機(jī)械控制任務(wù)，不必考慮槽位規(guī)則，只需要標(biāo)準(zhǔn)的DIN導(dǎo)軌，就可將模塊旋轉(zhuǎn)到位，安裝在導(dǎo)軌上并由螺釘緊固(如圖42所示)，各功能模塊再根據(jù)系統(tǒng)要求進(jìn)行配置選型，模板上有總線插槽，各功能模塊通過總線通信方式實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換[12]。I/O類型 AI AO DI DO 觸點(diǎn) 24V 觸點(diǎn) 24V 29 0 11 7數(shù)量 43 10表41測控點(diǎn)數(shù)量統(tǒng)計圖42 S7300 PLC模塊示意圖 CPU的選型CPU直接關(guān)系著PLC的整體性能，所以需要準(zhǔn)確的對其進(jìn)行選擇，而選擇的主要依據(jù)就是結(jié)合PLC的I/O點(diǎn)數(shù)估算存儲器的容量，目前對存儲器容量的計算大多采用經(jīng)驗公式法，該方法是通過計算PLC單位時間內(nèi)處理單位信息量的存儲器數(shù)再乘以信息量數(shù)，在這個基礎(chǔ)上增加一定的裕量后所得的值就是存儲器所需要的容量[18]。 (41)其中：為數(shù)字量輸入點(diǎn)數(shù)；為數(shù)字量輸出點(diǎn)數(shù)；為模擬量110輸入輸出總點(diǎn)數(shù)。本系統(tǒng)所需的存儲容量為： (42)依據(jù)西門子產(chǎn)品特性的技術(shù)參數(shù)，可確定本文所選的CPU3152DP滿足要求。 電源模塊選型PLC的電源模塊是由背板上的總線所提供，背板總線提供的總電流不得超過1．2A，在選擇電源模塊時需要考慮每個模塊的電流耗量和功率損耗，并依據(jù)經(jīng)驗要預(yù)留30％左右的余量。本文所述PLC系統(tǒng)相關(guān)模塊的電流、功率的計算為[36]：各模塊從S7300背板總線吸取的電流=151+901+606+604=705(mA)；各模塊從24V負(fù)載電源吸取的電流=1000+10+2001+2006+2404=3360(mA)；各模塊的功率損耗=8+l+1+6+43=(W)。經(jīng)過計算可得，；各模塊所需要的總負(fù)載電源的電流為3360mA，沒有超出PS3075A電源模塊的5A值，也符合30％左右的余量空間，又因為電源模塊PS3075A本身的功耗為18W，所以S7300PLC所有模塊的總功率損耗是：+18=。綜上所述選擇PS3075A電源模塊是合適、滿足要求的。 I／O模塊選型I/O模塊的選型直接關(guān)系著控制系統(tǒng)的要求與投資成本，對I/O模塊選型首先需要計算I/O點(diǎn)數(shù)，一般情況下依據(jù)現(xiàn)場的具體控制要求把各輸入/輸出設(shè)備和被控設(shè)備列出一個詳單，再結(jié)合常用電氣元件所需的PLC的I/O點(diǎn)數(shù)判斷整個系統(tǒng)所需要的I/O點(diǎn)數(shù)(如表42)，估算出實際I/O總點(diǎn)數(shù)。I/O點(diǎn)數(shù)的估算方法如下，輸入點(diǎn)數(shù)M為：NI=EI(PII) (43)式中： EI系統(tǒng)所使用的某類輸入元器件的總數(shù)(如用5個按鈕，則EI為5)；PI某類輸入器件可能具有的幾種工作狀態(tài)(如按鈕一般具有按下與松開兩種狀態(tài))；輸入點(diǎn)數(shù)NI為：No=Eo(Po1) (44)式中：Eo系統(tǒng)所使用的某類輸出元器件的總數(shù)：Po某類輸出器件可能具有的幾種工作狀態(tài)(如電動機(jī)有3種狀態(tài)即正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)和停止)。I/O點(diǎn)數(shù)的(開關(guān)量)總數(shù)：N=_NI+No (45)最后進(jìn)行模擬量的估算，有多少監(jiān)視量，就有多少路模擬量輸入：有多少控制輸出，就有多少路模擬量輸出，估算出I/O點(diǎn)數(shù)及模擬量路數(shù)，就可以依照大、中、小型機(jī)劃分的大致標(biāo)準(zhǔn)推算出要選用的PC機(jī)型。表42常用電氣元件所需PLC的I/0點(diǎn)數(shù)電氣元件輸入點(diǎn)數(shù)輸出點(diǎn)數(shù)I/O總點(diǎn)數(shù)Y△啟動籠型電機(jī)437單向/可逆變極電機(jī)5/63/48/10單向/可逆直流電機(jī)9/126/815/20比例閥358單/雙線圈電磁閥2/31/23/5按鈕11/21信號燈11光電開關(guān)22撥碼開關(guān)44行程開關(guān)11位置開關(guān)22（1）模擬量輸入模塊的選擇模擬量輸入模塊SM331有兩種規(guī)格型號，一種是812位模塊，另一種是2x12位模塊，前者是8通道的輸入模塊，后者是2通道的輸入模塊。本系統(tǒng)采用8通道的輸入模塊，該模塊配4個量程模塊，分成4個通道組，量程模塊上方有A、B、C、D4個標(biāo)記，當(dāng)量程模塊插入模塊時，量程模塊的標(biāo)記與模塊的標(biāo)記一一對應(yīng)，不同的量程模塊位置適用于不同的測量方式和范圍，在未使用STEP7工具初始化模擬量輸入模塊SM331時，812位SM331模塊默認(rèn)設(shè)定如表43。表53 812位SM331模塊默認(rèn)設(shè)定量程模塊的設(shè)定可選擇的測量方式和范圍默認(rèn)設(shè)置A電壓≤177。1000mV熱電阻：150Ω，300Ω,600Ω,Pt100,Ni100熱電偶：N,E,J,K各型熱電偶的各種測量方法電壓/177。1000mVB電壓≤177。10V電壓/177。10VC電流≤177。20mA(四線變送器)電流（4線）/177。20mVD電流420mA(四線變送器)電流（2線）/（420mA）（2）模擬量輸出模塊的選擇模擬量輸出模塊SM332也有多種型號，本文采用具有4通道的412位SM332模塊，該模塊具有光電隔離的作用，其輸出的精度可以達(dá)到12位，并且可以針對每個通道以電壓、電流輸出的形式對其進(jìn)行單獨(dú)編程。（3）數(shù)字量輸入模塊的選擇西門子PLC數(shù)字量輸入模塊SM321有直流16/32點(diǎn)輸入和交流8/16點(diǎn)輸入四種型號可以選擇，其中SM321 DI DC3224V具有32個輸入點(diǎn)，帶隔離，16點(diǎn)一組，額定輸入電壓為DC24V，適用于開關(guān)和2/3/4線接近開關(guān)(BERO)，可接非屏蔽電纜長度最長為600m，屏蔽電纜長度為1000m，通道與背板之間以及每組通道之間有光電隔離，從背板總線輸出最大15mA電流：SM321 DI DCl624V具有16個輸入點(diǎn)，帶隔離，16點(diǎn)一組，額定輸入電壓為DC24V，較多的應(yīng)用于開關(guān)和2/3/4線接近開關(guān)，為了增強(qiáng)屏蔽干擾的能力在通道與背板之間設(shè)有光電隔離，本文考慮到模塊的性價比和控制系統(tǒng)的具體要求，最終使用直流32點(diǎn)輸入的SM321。(4)數(shù)字量輸出模塊的選擇西門子系列的PLC所具有的數(shù)字量輸出模塊中，帶光電隔離的模塊SM322 DIDC3224V/，、額定負(fù)載電壓為24V，主要應(yīng)用于電磁閥、直流接觸器和指示燈。考慮到性價比和具體的控制要求，這里采用32點(diǎn)輸出可帶交直流輸出的繼電器型SM322。I/O模塊的選擇規(guī)則舉例如表44所示。表44選擇I/O模塊的一般規(guī)則I/O模塊類型現(xiàn)場設(shè)備或操作（舉例）離散輸入模塊和I/O模塊按鈕、關(guān)電開關(guān)、限位開關(guān)、繼電器觸點(diǎn)、液位開關(guān)等離散輸出模塊和I/O模塊報警器、控制繼電器、電扇、指示燈、揚(yáng)聲器、閥門等模擬量輸入模塊溫度變送器、壓力變送器、濕度變送器、流量變送器、電位器等模擬量輸出模塊模擬量閥門、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、圖表記錄器、電機(jī)驅(qū)動器、模擬儀表等特種I/O模塊編碼器、流量計、I/O通信、標(biāo)簽閱讀器、顯示設(shè)備等綜合以上各因素可得本課題所需要選用的I/O模塊為：模擬輸入AI：SM331 812位：6個(8x6=4843)；模擬輸出AO：SM332 412位：4個(4x4=1610)； 數(shù)字輸入DI：SM321 32位：1個(32x1=3229)； 數(shù)字輸出DO：SM322 32位：1個(32x1=3218)；模塊總數(shù)：6+4+l+l=12個。依據(jù)表41所統(tǒng)計測控點(diǎn)的數(shù)量，又由于1個機(jī)架最多只能裝8個模塊，故本文共需要兩個機(jī)架。 接口模塊選型 接口模塊的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊，組裝簡單，安裝在DIN標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)軌上(插槽3)，如上文中的圖4—2所示，通過總線連接器連接各個I/O模塊，其組態(tài)簡單而且不需要進(jìn)行地址的分配，常見的接口模塊IM360/IM361把S7300的背板總線從一個機(jī)架連接到下一個機(jī)架，也可通過采用一對IM365接口模塊進(jìn)行連接，其中IM365的兩塊模塊分別插入CR和ER插槽，模塊通過固定的lm長得連接電纜連接，無需單獨(dú)的電