【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，在進行配置時，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，插入機架、電源、CPU313C2DP，在插入時，新建立一個PROFIBUS網(wǎng)絡，并設其地址為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，插入機架、電源、CPU3152DP，選擇和從站同樣的網(wǎng)絡，設其地址為2，選擇DP通信方式，其默認為DP豐站，如圖315所示。圖315主站配置本文設計的干燥部組態(tài)如圖316所示圖316干燥部組態(tài)示意圖 本章小結 本章在闡述現(xiàn)場總線技術的基礎上介紹了PROFIBUS通信的組成及其各自在技術應用上的區(qū)別，基于現(xiàn)場總線系統(tǒng)在技術上的特點所體現(xiàn)出的在實際應用中的優(yōu)越性，為本課題選用現(xiàn)場總線來設計紙機的傳動控制系統(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，重點介紹并分析了RS485串行通信接口在通信中的應用；然后針對PROFIBUSDP系統(tǒng)的結構、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的介紹與分析，根據(jù)本課題所述的紙機傳動控制系統(tǒng)的結構及功能要求，采用并設計了三層結構的現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)；最后基于紙機的電氣傳動控制是一個復雜的控制系統(tǒng)，選用系統(tǒng)功能塊SFC14“DRD_DAT”和SFC “15DPWR_DAT”來讀取和寫入紙機電氣傳動的數(shù)據(jù)，并編寫了相關的部分通信程序。所以縱觀全文，結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，并分析總結了其結構的組成及分類，接著根據(jù)本文項目中紙機所需要控制的傳動點及I／O點數(shù)等數(shù)據(jù)以CPU3152DP為主站、CPU313C一2DP為從站在S7軟件中進行了通信組態(tài)的連接，以及針對在組態(tài)好的DP系統(tǒng)中掛上遠程工作站ET200M做了細態(tài)介紹。4 紙機傳動控制系統(tǒng)的硬件設計及選型 PLC控制系統(tǒng)設計方法PLC因具有對控制對象可以進行靈活控制且環(huán)境適應性強、功能強大、體積小重量輕等性價比較高的優(yōu)點，已經(jīng)被廣泛應用于鋼鐵、石油、造紙、電力、機械制造等各個行業(yè)。PLC控制系統(tǒng)的主要特點為：(1)系統(tǒng)的應用功能模塊可以按需靈活的進行配置且容易在后期對其功能進行擴展，它主要采用開關量控制的方式，并可以對PID回路進行控制以實用連續(xù)生產(chǎn)過程的需要，作為連接現(xiàn)場設備與控制室上位機的中心樞紐單元，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)的設計起著非常重要的作用。(2)在對PLC進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，易于工程技術人員對其進行應用操作，尤其是對設備及系統(tǒng)進行改進升級時而不需要拆動硬件就可以實現(xiàn)相應的功能，對于生產(chǎn)運行的設備不需要停機就可以對其進行在線程序的修改，也便于技術員人在現(xiàn)場進行調試。(3)能夠適應各種工業(yè)現(xiàn)場的環(huán)境，能夠與各種通訊及機械電氣設備相連接，并具有較強的抗干擾能力。設計一個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)的選型與設計按照圖51所示的步驟逐一進行，此外還應根據(jù)系統(tǒng)所需完成的控制任務以及對被控對象的生產(chǎn)工藝及特點進行分析來選擇單臺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設備總點數(shù)是控制規(guī)模的主要標志，當控制的規(guī)模較大時其開關量控制的I/O設備就較多且聯(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，所以應優(yōu)先考慮采用PLC控制：一般認為I/O點數(shù)在40點左右以及對可靠性、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的性價比進一步提高，在I/0點總數(shù)在20點甚至更少時，就趨向于選擇PLC控制了；當工業(yè)現(xiàn)場與上位機之間需要高速且抗外界干擾的對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計和計算時，對運算結果的準確性也要求很高，帶有上位機的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)的設計步驟 PLC的硬件選型對PLC的硬件進行選型就是對組成PLC的各個模塊進行選型，PLC作為系統(tǒng)的核心控制單元直接關系著紙機整個控制系統(tǒng)的性能，所以在進行PLC的選型時，需要根據(jù)紙機的生產(chǎn)工藝控制的具體要求，確定控制系統(tǒng)的測控點如表41所示，據(jù)此再去選擇適當?shù)腃PU模塊、PS模塊、I/O模塊、通信方式和機架數(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)省空間的模塊化結構設計，可適配現(xiàn)有的各種機械控制任務，不必考慮槽位規(guī)則，只需要標準的DIN導軌，就可將模塊旋轉到位，安裝在導軌上并由螺釘緊固(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 24V 觸點 24V 29 0 11 7數(shù)量 43 10表41測控點數(shù)量統(tǒng)計圖42 S7300 PLC模塊示意圖 CPU的選型CPU直接關系著PLC的整體性能，所以需要準確的對其進行選擇，而選擇的主要依據(jù)就是結合PLC的I/O點數(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)字量輸入點數(shù)；為數(shù)字量輸出點數(shù)；為模擬量110輸入輸出總點數(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)驗要預留30％左右的余量。本文所述PLC系統(tǒng)相關模塊的電流、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/輸出設備和被控設備列出一個詳單，再結合常用電氣元件所需的PLC的I/O點數(shù)判斷整個系統(tǒng)所需要的I/O點數(shù)(如表42)，估算出實際I/O總點數(shù)。I/O點數(shù)的估算方法如下，輸入點數(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)(如電動機有3種狀態(tài)即正轉、反轉和停止)。I/O點數(shù)的(開關量)總數(shù)：N=_NI+No (45)最后進行模擬量的估算，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點數(shù)及模擬量路數(shù)，就可以依照大、中、小型機劃分的大致標準推算出要選用的PC機型。表42常用電氣元件所需PLC的I/0點數(shù)電氣元件輸入點數(shù)輸出點數(shù)I/O總點數(shù)Y△啟動籠型電機437單向/可逆變極電機5/63/48/10單向/可逆直流電機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22撥碼開關44行程開關11位置開關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個標記，當量程模塊插入模塊時，量程模塊的標記與模塊的標記一一對應，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模塊默認設定如表43。表53 812位SM331模塊默認設定量程模塊的設定可選擇的測量方式和范圍默認設置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行單獨編程。（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點輸入和交流8/16點輸入四種型號可以選擇，其中SM321 DI DC3224V具有32個輸入點，帶隔離，16點一組，額定輸入電壓為DC24V，適用于開關和2/3/4線接近開關(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，帶隔離，16點一組，額定輸入電壓為DC24V，較多的應用于開關和2/3/4線接近開關，為了增強屏蔽干擾的能力在通道與背板之間設有光電隔離，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/，、額定負載電壓為24V，主要應用于電磁閥、直流接觸器和指示燈?？紤]到性價比和具體的控制要求，這里采用32點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)場設備或操作（舉例）離散輸入模塊和I/O模塊按鈕、關電開關、限位開關、繼電器觸點、液位開關等離散輸出模塊和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)行機構、圖表記錄器、電機驅動器、模擬儀表等特種I/O模塊編碼器、流量計、I/O通信、標簽閱讀器、顯示設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)計測控點的數(shù)量，又由于1個機架最多只能裝8個模塊，故本文共需要兩個機架。 接口模塊選型 接口模塊的特點是結構緊湊，組裝簡單，安裝在DIN標準導軌上(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架連接到下一個機架，也可通過采用一對IM365接口模塊進行連接，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，無需單獨的電