【正文】 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(gè)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(gè)機(jī)架連接到下一個(gè)機(jī)架，也可通過采用一對(duì)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)的電源，直接。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(bào)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(dòng)器、模擬儀表等特種I/O模塊編碼器、流量計(jì)、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(gè)(8x6=4843)；模擬輸出AO：SM332 412位：4個(gè)(4x4=1610)； 數(shù)字輸入DI：SM321 32位：1個(gè)(32x1=3229)； 數(shù)字輸出DO：SM322 32位：1個(gè)(32x1=3218)；模塊總數(shù)：6+4+l+l=12個(gè)。考慮到性價(jià)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。（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(hào)可以選擇，其中SM321 DI DC3224V具有32個(gè)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(gè)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(jià)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。20mA(四線變送器)電流（4線）/177。10V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。本系統(tǒng)采用8通道的輸入模塊，該模塊配4個(gè)量程模塊，分成4個(gè)通道組，量程模塊上方有A、B、C、D4個(gè)標(biāo)記，當(dāng)量程模塊插入模塊時(shí)，量程模塊的標(biāo)記與模塊的標(biāo)記一一對(duì)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(shí)，812位SM331模塊默認(rèn)設(shè)定如表43。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。 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(duì)I/O模塊選型首先需要計(jì)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(gè)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(gè)系統(tǒng)所需要的I/O點(diǎn)數(shù)(如表42)，估算出實(shí)際I/O總點(diǎn)數(shù)。經(jīng)過計(jì)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?yàn)殡娫茨KPS3075A本身的功耗為18W，所以S7300PLC所有模塊的總功率損耗是：+18=。 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(shí)需要考慮每個(gè)模塊的電流耗量和功率損耗，并依據(jù)經(jīng)驗(yàn)要預(yù)留30％左右的余量。 (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)。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(jì)，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(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換[12]。設(shè)計(jì)一個(gè)PLC控制系統(tǒng)不僅需要考慮客戶對(duì)價(jià)位及品牌的要求，更要全面綜合考慮控制對(duì)象對(duì)系統(tǒng)的要求等各方面的因素，一般情況下對(duì)PLC控制系統(tǒng)的選型與設(shè)計(jì)按照?qǐng)D51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(duì)被控對(duì)象的生產(chǎn)工藝及特點(diǎn)進(jìn)行分析來選擇單臺(tái)PLC還是多臺(tái)PLC的分散控制或分級(jí)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(shí)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(shí)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(shí)不但會(huì)提高造價(jià)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(duì)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(jià)比進(jìn)一步提高，在I/0點(diǎn)總數(shù)在20點(diǎn)甚至更少時(shí)，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(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和計(jì)算時(shí)，對(duì)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(jí)控制的系統(tǒng)則就是最先需要考慮選用[34][35]。(2)在對(duì)PLC進(jìn)行編程時(shí)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(duì)其進(jìn)行應(yīng)用操作，尤其是對(duì)設(shè)備及系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)升級(jí)時(shí)而不需要拆動(dòng)硬件就可以實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能，對(duì)于生產(chǎn)運(yùn)行的設(shè)備不需要停機(jī)就可以對(duì)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。4 紙機(jī)傳動(dòng)控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)及選型 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法PLC因具有對(duì)控制對(duì)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(jià)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(gè)行業(yè)。所以縱觀全文，結(jié)合課題的具體要求與實(shí)際情況，本章起到了承上啟下的過渡作用。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。打開SIMATIC 300 station(2)的硬件配置圖，插入機(jī)架、電源、CPU313C2DP，在插入時(shí)，新建立一個(gè)PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)，并設(shè)其地址為3，選擇DP通信方式。(2)硬件及網(wǎng)絡(luò)組態(tài)在STEP 7中建立一個(gè)新項(xiàng)目，其名稱為“PROFIDP”。(1)硬件和軟件需求 硬件：CPU3152DP、CPU313C2DP、S7300電源、S7300底線板、MPI網(wǎng)卡CP561lPROFlBUS總線連接器以及電纜。(3)智能DP從站：它主要有兩種形式，一種為帶有集成DP口的CPU，另一種為CPU所擴(kuò)展的通信處理器CP3425，該從站提供給DP主站的I/O區(qū)域是從站CPU進(jìn)行 通信而專用的I/O映像區(qū)。 (2)模塊式DP從站：可插入信號(hào)模塊I/O口，從而具有可變的I/0區(qū)域，如ET200M，再組態(tài)時(shí)最多可插入8個(gè)I/O信號(hào)模塊，連接256個(gè)I/O通道。PROFIBUSDP的設(shè)備也是可分為主設(shè)備和從設(shè)備，用以構(gòu)成通信網(wǎng)絡(luò)中的主站和從站，其中主設(shè)備可以是PLC、PC、組態(tài)、監(jiān)視或工程工具等，它根據(jù)功能的不同可分為一類主站和二類主站[18]。采用PROFIBUSDP通信方式其節(jié)點(diǎn)有主站和從站之分，主站之間通過令牌的方式進(jìn)行通信，主站和從站之間的通信采取主從輪詢方式以及這兩種方式的混合而進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸。圖313 DP主從站間的通信對(duì)數(shù)據(jù)通信程序的編寫，首先在STEP7軟件的系統(tǒng)塊中找到SFClSFCl5，并在OB1中調(diào)用，編寫主從站相關(guān)通信程序。DP主站通過系統(tǒng)功能塊SFCl5可以對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行發(fā)送，而從站則通過功能塊SFCl4將SFCl5發(fā)送的數(shù)據(jù)讀出，并把讀出的數(shù)據(jù)作為其輸入數(shù)據(jù)保存起來(如圖3一13所示)。表34 SFC15“DPRD_DAT”的參數(shù)參數(shù)聲明數(shù)據(jù)類型說明LADDRRECORDRET_VALINOUTOUTWORDANYINT 使用十六進(jìn)制時(shí)才能讀出數(shù)據(jù)的模塊并輸入映像區(qū)的起始地址使用BYTE數(shù)據(jù)類型才能存放讀取的用戶數(shù)據(jù)的目的數(shù)據(jù)區(qū)SFC的返回值，執(zhí)行時(shí)出現(xiàn)錯(cuò)誤返回故障代碼。表33 SFC14“DPRD_DAT”的參數(shù)參數(shù)聲明數(shù)據(jù)類型說明LADDRRECORDRET_VALINOUTOUTWORDANYINT 使用十六進(jìn)制時(shí)才能讀出數(shù)據(jù)的模塊并輸入映像區(qū)的起始地址使用BYTE數(shù)據(jù)類型才能存放讀取的用戶數(shù)據(jù)的目的數(shù)據(jù)區(qū)SFC的返回值，執(zhí)行時(shí)出現(xiàn)錯(cuò)誤返回故障代碼。主從站之間數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，系統(tǒng)傳動(dòng)參數(shù)的設(shè)置如下：P053=3 參數(shù)使能P918=3 從站地址=3001 控制字pzd1=3002 主給定pzd2=968 狀態(tài)字pzd1=218 實(shí)際值pzd2圖311 DP系統(tǒng)的工作過程圖3一12主從站間的數(shù)據(jù)讀寫過程紙機(jī)的電氣傳動(dòng)控制是一個(gè)較為復(fù)雜的控制系統(tǒng)，通過使用簡單的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(如字節(jié)、字和雙字)將不能夠完成紙機(jī)控制系統(tǒng)所要求的數(shù)據(jù)傳輸?shù)娜蝿?wù)，而有的DP主從站則可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制功能，但這類DP從站需要比較大的的輸入和輸出區(qū)域，所以可以用系統(tǒng)SFCl4“DRD_DAT”和SFCl5“DPWR DAT”來訪問這些模塊中連續(xù)的輸入\輸出數(shù)據(jù)區(qū)域[32]。 基于PROFIBUSDP的紙機(jī)電氣傳動(dòng)數(shù)據(jù)的傳輸根據(jù)國內(nèi)現(xiàn)場總線在造紙行業(yè)中的應(yīng)用情況和Profibus總線應(yīng)用技術(shù)的特點(diǎn)，以及控制設(shè)備對(duì)總線協(xié)議的支持狀況，紙機(jī)傳動(dòng)控制系統(tǒng)選用德國西門子公司倡導(dǎo)Profibus總線協(xié)議，從底層(傳感器/執(zhí)行器級(jí))到中層(單元級(jí))的分布式及數(shù)字現(xiàn)場可編程控制器都可以通過該協(xié)議進(jìn)行各自的連網(wǎng)【9】【12】。圖310 ProfibusDP系統(tǒng)實(shí)例為了使主從站可以自檢，待上電后需要使其處于Offline狀態(tài)，然后把相應(yīng)的總線參數(shù)集和診斷響應(yīng)信息分別加載到主站和從站上，當(dāng)初始化主從站的參數(shù)后，主站就可以立即執(zhí)行監(jiān)聽總線的令牌并可以對(duì)從站設(shè)置相關(guān)的參數(shù)。 PROFIBUSDP系統(tǒng)的工作過程本文以多主從站組成的PROFIBUS．DP系統(tǒng)為例介紹其工作過程，如圖310所示，該系統(tǒng)包括：2個(gè)1類主站、1個(gè)2類主站、和4個(gè)從站，2和4號(hào)從站受控于l號(hào)主站，5和9號(hào)從站受控于6號(hào)主站，在獲取令牌后，主站才可以對(duì)相應(yīng)的從站進(jìn)行交換數(shù)據(jù)，2類主站通過對(duì)用戶的設(shè)置來管理和監(jiān)控l類主站或從站嘲。圖39純主一主系統(tǒng)中令牌傳遞的過程(2)主一從數(shù)據(jù)的通信過程在DP總線系統(tǒng)中僅含有只有一個(gè)主站的邏輯令牌環(huán)同時(shí)又有數(shù)個(gè)從站的系統(tǒng)稱為純主從系統(tǒng)。在系統(tǒng)未進(jìn)行任何參數(shù)設(shè)置以及未編程的時(shí)候總線進(jìn)行啟動(dòng)，并通過辨認(rèn)主站地址的方式來建立相應(yīng)的令牌環(huán)對(duì)總線進(jìn)行訪問控制，以及把主站地址存放在活動(dòng)主站表(記錄系統(tǒng)中所有主站地址)中。就總線訪問的控制方式而言，在DP系統(tǒng)中所允許的配置有純主．主系統(tǒng)、純主從系統(tǒng)和混合系統(tǒng)。 PROFIBUSDP系統(tǒng)的總線訪問控制要使PROFIBUS．DP系統(tǒng)具有總線訪問控制的功能則必須要滿足兩個(gè)條件：一是在預(yù)先設(shè)定好的時(shí)間范圍內(nèi)，要能夠使總線主站的節(jié)點(diǎn)獲得機(jī)會(huì)去處理其所進(jìn)行的通信任務(wù)；二是要以盡可能少的協(xié)議去快速的處理主從間的數(shù)據(jù)[23] [30]。2類主站的功能多于l類主站的功能，當(dāng)它與l類主站連接通信的時(shí)候，可以讀取網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的輸入與輸出的數(shù)據(jù)，并能夠根據(jù)系統(tǒng)的需要分配心的總線地址，目前可以做為2類主站的設(shè)備主要有以PC作為其硬件平臺(tái)的2類DP主站和各類操作員面板/觸摸屏(OP/TP)?？梢宰鰹?類主站的設(shè)備有類似帶DP接口的如CPU315—2DP和CPU313C2DP等PLC；在未帶有DP接口的PLC上面配置能夠處理通信的硬件等具有DP主站功能設(shè)備；遠(yuǎn)程工作站模塊(如ET200/ET200M) [25] [29]。(1)1類主站1類主站(簡稱DPMI)是PROFIBUSDP系統(tǒng)的中央控制單元，DPM1具有對(duì)總線的數(shù)據(jù)進(jìn)行通信的管理以及對(duì)其進(jìn)行相應(yīng)的控制，還可以循環(huán)地與分布式的站(如從站)在預(yù)先設(shè)定好的定的周期內(nèi)交換數(shù)據(jù)信息。 PROFIBUSDP系統(tǒng)組成PROFIBUS—DP系統(tǒng)的設(shè)備由主站(包括l類主站和2類主站的主動(dòng)站)和從站(被動(dòng)站)兩部分組成，主/，并以統(tǒng)一的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)的編制。圖38 PROFIBUS插頭的連接和設(shè)置 PROFIBUSDP系統(tǒng)的總線訪問控制本文根據(jù)所述的紙機(jī)傳動(dòng)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及功能要求，采用三層結(jié)構(gòu)的現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)，在該類系統(tǒng)中，控制裝置完成控制系統(tǒng)的基本控制運(yùn)算，并實(shí)現(xiàn)下層的協(xié)調(diào)和控制功能。終端電阻設(shè)置在PROFIBUS插頭上，可根據(jù)需要接入(On)和切除(Off)，當(dāng)需要中斷出線端口“Out”后面的網(wǎng)段的