【正文】 4512685287254476560805768459288608926243數(shù)字量模擬量—IM96640100656104672108688112704116720120736124752對(duì)于數(shù)字量模塊，從0號(hào)機(jī)架的4號(hào)槽開(kāi)始，每個(gè)槽位分配4B的地址，相當(dāng)于32個(gè)I/O點(diǎn)。模擬I/O模塊每個(gè)槽劃分為16 B（等于8個(gè)模擬量通道），每個(gè)模擬量輸入通道或輸出通道的地址總是一個(gè)字地址。 S7300模塊地址的確定根據(jù)機(jī)架上模塊的類型，地址可以為輸入（I）或輸出（O）。除了電源模塊、CPU模塊和接口模塊外，一個(gè)機(jī)架上最多只能再安裝8個(gè)信號(hào)模塊或功能模塊。 S7300的擴(kuò)展能力S7300是模塊化的組合結(jié)構(gòu)，根據(jù)應(yīng)用對(duì)象的不同，可選用不同型號(hào)和不同數(shù)量的模塊，并可以將這些模塊安裝在同一機(jī)架（導(dǎo)軌）或多個(gè)機(jī)架上。它的主要組成部分有導(dǎo)軌（RACK）、電源模塊（PS）、中央處理單元模塊（CPU）、接口模塊（IM）、信號(hào)模塊（SM）、功能模塊（FM）等。表21 S7300 CPU性能指標(biāo)CPU 312IFMCPU 313CPU 314CPU 315CPU3152DP存放程序和數(shù)據(jù)的RAM6KB/典型2KB語(yǔ)句12KB/典型4KB語(yǔ)句24KB/典型8KB語(yǔ)句48KB/典型16K語(yǔ)句48KB/典型16K語(yǔ)句每1K二進(jìn)制語(yǔ)句執(zhí)行時(shí)間位存儲(chǔ)器10242048204820482048計(jì)數(shù)器3264646464定時(shí)器64128128128128數(shù)字量輸入/輸出（主機(jī)）144/16128/0512/01024/01024/0模擬量入/輸出（最多）323264128128通信口MPI接口MPI接口MPI接口MPI接口MPI接口實(shí)時(shí)時(shí)鐘——內(nèi)置內(nèi)置內(nèi)置IM361SM321SM332IM360FM351SM331SM332PS307PGOP其他PLCCPU模塊圖22 S7300系統(tǒng)構(gòu)成 SIMATIC S7300的組成 SIMATIC S7300系列PLC是模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，各種單獨(dú)模塊之間可進(jìn)行廣泛組合和擴(kuò)展。CPU3152DP、CPU3162DP、CPU3182DP都具有現(xiàn)場(chǎng)總線擴(kuò)展功能。S7300系列PLC有CPU312 IFM、CPU31CPU31CPU314 IFM、CPU315/3152DP、CPU3162DP、CPU3182DP等8種不同的中央處理單元可供選擇。(4) 口令保護(hù)，多級(jí)口令保護(hù)可以使用戶高度、有效地保護(hù)其技術(shù)機(jī)密，防止未經(jīng)允許的復(fù)制和修改。(2) 人機(jī)界面(HMI)，方便的人機(jī)界面服務(wù)已經(jīng)集成在S7300操作系統(tǒng)內(nèi)，因此人機(jī)對(duì)話的編程要求大大減少。SIMATIC S7系列PLC都采用了模塊化、無(wú)排風(fēng)扇結(jié)構(gòu)且具有易于用戶掌握等特點(diǎn)，使得S7系列PLC成為各種從小規(guī)模到中等性能要求以及大規(guī)模應(yīng)用的首選產(chǎn)品。 西門子S7300可編程控制器簡(jiǎn)述SIMATIC S7 系列PLC是德國(guó)西門子公司在S5系列PLC基礎(chǔ)上于1995年陸續(xù)推出的性能價(jià)格比較高的PLC系統(tǒng)[7]。 主要抗干擾措施(1) 采用性能優(yōu)良的電源，抑制電網(wǎng)引入的干擾(2) 硬件濾波及軟件抗干擾措施(3) 正確選擇接地點(diǎn)，完善接地系統(tǒng)PLC控制系統(tǒng)中的干擾是一個(gè)十分復(fù)雜的問(wèn)題，因此在抗干擾設(shè)計(jì)中應(yīng)綜合考慮各方面的因素，合理有效地抑制抗干擾，對(duì)有些干擾情況還需做具體分析，采取對(duì)癥下藥的方法，才能夠使PLC控制系統(tǒng)正常工作。主要內(nèi)容包括：對(duì)PLC系統(tǒng)及外引線進(jìn)行屏蔽以防空間輻射電磁干擾；對(duì)外引線進(jìn)行隔離、濾波，特別是原理動(dòng)力電纜，分層布置，以防通過(guò)外引線引入傳導(dǎo)電磁干擾；正確設(shè)計(jì)接地點(diǎn)和接地裝置，完善接地系統(tǒng)。由于我國(guó)電網(wǎng)內(nèi)阻大，零點(diǎn)電位漂移大，地電位變化大，工業(yè)企業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的電磁干擾至少要比歐美地區(qū)高4倍以上，對(duì)系統(tǒng)抗干擾性能要求更高，在國(guó)外能正常工作的PLC產(chǎn)品在國(guó)內(nèi)工業(yè)就不一定能可靠運(yùn)行，這就要在采用國(guó)外產(chǎn)品時(shí)，按我國(guó)的標(biāo)準(zhǔn)（GB/T13926）合理選擇。進(jìn)行具體工程的抗干擾設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)主要以下兩個(gè)方面。為了保證系統(tǒng)在工業(yè)電磁環(huán)境中免受或減少內(nèi)外電磁干擾，必須從設(shè)計(jì)階段開(kāi)始便采取三個(gè)方面抑制措施：抑制干擾源；切斷或衰減電磁干擾的傳播途徑；提高裝置和系統(tǒng)的抗干擾能力。這都屬于PLC制造廠對(duì)系統(tǒng)內(nèi)部進(jìn)行電磁兼容設(shè)計(jì)的內(nèi)容，比較復(fù)雜，作為應(yīng)用部門是無(wú)法改變，可不必過(guò)多考慮，但要選擇具有較多應(yīng)用實(shí)績(jī)或經(jīng)過(guò)考驗(yàn)的系統(tǒng)。模擬地電位的分布將導(dǎo)致測(cè)量精度下降，引起對(duì)信號(hào)測(cè)控的嚴(yán)重失真和誤動(dòng)作。若系統(tǒng)地與其它接地處理混亂，所產(chǎn)生的地環(huán)流就可能在地線上產(chǎn)生不等電位分布，影響PLC內(nèi)邏輯電路和模擬電路的正常工作。例如電纜屏蔽層必須一點(diǎn)接地，如果電纜屏蔽層兩端A、B都接地，就存在地電位差，有電流流過(guò)屏蔽層，當(dāng)發(fā)生異常狀態(tài)如雷擊時(shí)，地線電流將更大。PLC控制系統(tǒng)的地線包括系統(tǒng)地、屏蔽地、交流地和保護(hù)地等。(5) 來(lái)自接地系統(tǒng)混亂時(shí)的干擾接地是提高電子設(shè)備電磁兼容性（EMC）的有效手段之一。對(duì)于隔離性能差的系統(tǒng)，還將導(dǎo)致信號(hào)間互相干擾，引起共地系統(tǒng)總線回流，造成邏輯數(shù)據(jù)變化、誤動(dòng)和死機(jī)。② 信號(hào)線受空間電磁輻射感應(yīng)的干擾，即信號(hào)線上的外部感應(yīng)干擾，這是很嚴(yán)重的。(4) 來(lái)自信號(hào)線引入的干擾PLC電源通常采用隔離電源，但其機(jī)構(gòu)及制造工藝因素使其隔離性并不理想。由于電網(wǎng)覆蓋范圍廣，它將受到所有空間電磁干擾而在線路上感應(yīng)電壓和電路。實(shí)踐證明，因電源引入的干擾造成PLC控制系統(tǒng)故障的情況很多，這種干擾在我國(guó)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)較嚴(yán)重。輻射干擾與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備布置及設(shè)備所產(chǎn)生的電磁場(chǎng)大小，特別是頻率有關(guān)，一般通過(guò)設(shè)置屏蔽電纜和PLC局部屏蔽及高壓泄放元件進(jìn)行保護(hù)。 PLC控制系統(tǒng)中電磁干擾的主要來(lái)源(1) 來(lái)自空間的輻射干干擾空間的輻射電磁場(chǎng)（EMI）主要是由電力網(wǎng)絡(luò)、電氣設(shè)備的暫態(tài)過(guò)程、雷電、無(wú)線電廣播、電視、雷達(dá)、高頻感應(yīng)加熱設(shè)備等產(chǎn)生的，通常稱為輻射干擾，其分布極為復(fù)雜。其中：按噪聲產(chǎn)生的原因不同，分為放電噪聲、浪涌噪聲、高頻振蕩噪聲等；按噪聲的波形、性質(zhì)不同，分為持續(xù)噪聲、偶發(fā)噪聲等；按噪聲干擾模式不同，分為共模干擾和差模干擾。 干擾源及干擾一般分類影響PLC控制系統(tǒng)的干擾源與一般影響工業(yè)控制設(shè)備的干擾源一樣，大都產(chǎn)生在電流或電壓劇烈變化的部位，這些電荷劇烈移動(dòng)的部位就是噪聲源，即干擾源[5]。(8) 編程工具可以使用編程器或者使用專用的編程軟件。(7) 智能模塊的種類的數(shù)量智能模塊是指能完成模擬量控制、遠(yuǎn)程控制以及通信等功能的模塊。種類和數(shù)量越多，PLC的功能就越強(qiáng)大。(5) 內(nèi)部寄存器的種類的數(shù)量?jī)?nèi)部寄存器主要包括定時(shí)器、計(jì)數(shù)器、中間繼電器、數(shù)據(jù)寄存器和特殊寄存器等。PLC用戶手冊(cè)一般給出執(zhí)行指令所用的時(shí)間。I/O點(diǎn)數(shù)越多，說(shuō)明需要控制的器件和設(shè)備就越多。程序存儲(chǔ)器容量大小決定了用戶所能編寫程序的最大長(zhǎng)度，一般中小型的PLC的存儲(chǔ)器容量在16KB以下，大型的PLC可達(dá)到2MB左右。所以，在多數(shù)情況下，它的效益是可觀的。盡管使用PLC首次投資要大些，但從全面及長(zhǎng)遠(yuǎn)看，使用PLC還是經(jīng)濟(jì)的。(4) 經(jīng)濟(jì)合算高新技術(shù)的使用必將帶來(lái)巨大的社會(huì)效益與經(jīng)濟(jì)效益，這是科技是第一生產(chǎn)力的體現(xiàn)，也是高新技術(shù)生命力之所在。PLC還有很多防止及檢測(cè)故障的指令，以產(chǎn)生各重要模塊工作正常與否的提示信號(hào)。故可確保PLC程序的運(yùn)行不受外界的電與磁干擾，能正常地工作。① 在硬件方面：PLC的輸入輸出電路與內(nèi)部CPU是電隔離，其信息靠光耦器件或電磁器件傳遞。這是因?yàn)镻LC在硬件與軟件兩個(gè)方面都采取了很多措施，確保它能可靠工作。⑤ 改用方便：PLC用于某設(shè)備，若這個(gè)設(shè)備不再使用了，其所用的PLC還可給別的設(shè)備使用，只要改編一下程序，就可辦到。所以，PLC出了故障，很易診斷。這是因?yàn)镻LC都設(shè)有很多故障提示信號(hào)，如PLC支持內(nèi)存保持?jǐn)?shù)據(jù)的電池電壓不足，相應(yīng)的就有電壓低信號(hào)指示。④ 維修方便：首先PLC工作可靠，出現(xiàn)故障的情況不多，這大大減輕了維修的工作量。使用PLC的軟件也很多，不僅可用類似于繼電電路設(shè)計(jì)的梯形圖語(yǔ)言，有的還可用BASIC語(yǔ)言、C語(yǔ)言，以至于自然語(yǔ)言?？傊捎赑LC功能之強(qiáng)，發(fā)揮其在控制系統(tǒng)的作用，所受的限制已不是PLC本身，而是人們的想象力，或與其配套的其它硬件設(shè)施了。PLC的指令系統(tǒng)也非常豐富，可毫不困難地實(shí)現(xiàn)種種開(kāi)關(guān)量，以及模擬量的控制。內(nèi)部什么線都不要接，只要作些必要的DIP開(kāi)關(guān)設(shè)定或軟件設(shè)定，以及編制好用戶程序就可工作。② 安裝方便：PLC硬件安裝簡(jiǎn)單，組裝容易。對(duì)硬件講，它的配置可變，而且也易于變。正因如此，用可編程序控制器才有這個(gè)“可”字。種種控制系統(tǒng)所需的模塊，PLC廠家多有現(xiàn)貨供應(yīng)，市場(chǎng)上即可購(gòu)得。其次PLC的硬件是高度集成化的，已集成為種種小型化的模塊。首先PLC控制邏輯的建立是程序，用程序代替硬件接線。這為它的維修增加了透明度，提供了方便。自身也可聯(lián)網(wǎng)，以形成單機(jī)所不能有的更大的、地域更廣的控制系統(tǒng)。數(shù)據(jù)讀出后，可轉(zhuǎn)儲(chǔ)，可打印，數(shù)據(jù)送入可鍵入，可以讀卡入等等?？伤腿氤绦?，送入數(shù)據(jù)，可讀出程序，讀出數(shù)據(jù)。它的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)還可用以存儲(chǔ)大量數(shù)據(jù)，幾百、幾千、幾萬(wàn)字的信息都可以存，而且，掉電后還不丟失。它的指令多達(dá)幾十條、幾百條，可進(jìn)行各式各樣的邏輯問(wèn)題的處理，還可進(jìn)行各種類型數(shù)據(jù)的運(yùn)算。(1) 功能豐富PLC的功能非常豐富。正是由于信息的這些特點(diǎn)，決定了PLC的基本特點(diǎn)[4]。信息不同于物質(zhì)與能量，有自身的規(guī)律。它的出入相關(guān)，不是靠物理過(guò)程，不是用線路；而是靠信息過(guò)程，用軟邏輯聯(lián)系。由于PLC有強(qiáng)大的指令系統(tǒng)，編寫出滿足這個(gè)要求的程序是完全可能的，而且也是較為容易的。這樣，用戶所要編的程序只是，內(nèi)存中輸入映射區(qū)到輸出映射區(qū)的變換，特別是怎么按輸入的時(shí)序變換成輸出的時(shí)序?？窟\(yùn)行系統(tǒng)程序，輸出繼電器的狀態(tài)映射到輸出鎖存器，這個(gè)映射也稱輸出刷新。輸出鎖存器與PLC內(nèi)存中的輸出映射區(qū)也是對(duì)應(yīng)的。這些位置成1，表示接點(diǎn)通，置成0為接點(diǎn)斷。PLC內(nèi)存有專門開(kāi)辟的存放輸入信息的映射區(qū)。它們與計(jì)算機(jī)內(nèi)存交換信息通過(guò)計(jì)算機(jī)總線，并主要由運(yùn)行系統(tǒng)程序?qū)崿F(xiàn)。 輸出電路要把輸出鎖存器的信息傳送給輸出點(diǎn)。輸入電路時(shí)刻監(jiān)視著輸入狀況，并將其暫存于輸入暫存器中。PLC有多I/O用點(diǎn)，一般也就有多少個(gè)I/O用電路。輸出電路還要進(jìn)行功率放大，以足以帶動(dòng)一般的工業(yè)控制元器件，如電磁閥、接觸器等等。而且與內(nèi)部計(jì)算機(jī)電路在電上是隔離的，靠光耦元件建立聯(lián)系。PLC的I/O電路，都是專門設(shè)計(jì)的。什么樣的控制要求，就應(yīng)有什么樣的用戶程序。系統(tǒng)程序提供運(yùn)行平臺(tái)，同時(shí)，還為PLC程序可靠運(yùn)行及信號(hào)與信息轉(zhuǎn)換進(jìn)行必要的公共處理。入出信息變換靠運(yùn)行存儲(chǔ)于PLC內(nèi)存中的程序?qū)崿F(xiàn)。還需要指出一點(diǎn)，在PLC中常采用一種被稱為“看門狗”（Watchdog）的監(jiān)視定時(shí)器來(lái)監(jiān)視PLC的實(shí)際工作周期是否超出預(yù)定的時(shí)間，以避免PLC在執(zhí)行程序過(guò)程中進(jìn)入死循環(huán)，或“跑飛”（PLC執(zhí)行非預(yù)定的程序）而造成系統(tǒng)癱瘓。由于干擾一般是脈沖式的、短時(shí)的，只要PLC不是正好工作在輸入刷新階段，就不會(huì)受到干擾的影響，因此，瞬間干擾所引起的誤動(dòng)作就會(huì)大大減少，從而增強(qiáng)了系統(tǒng)的抗干擾能力，這是PLC可靠性高的原因之一。PLC工作的主要特點(diǎn)是輸出信號(hào)集中批處理，執(zhí)行過(guò)程集中批處理，輸出控制也集中批處理。若在一個(gè)掃描周期內(nèi)，輸入刷新之前，輸入的外部輸入信號(hào)狀態(tài)發(fā)生了變化，則此次輸入刷新就有了變化，經(jīng)運(yùn)算處理后，其輸出刷新和輸出的控制信號(hào)也可能有變化。PLC的掃描工作是重復(fù)進(jìn)行的，因此，其輸出和輸入存儲(chǔ)器不斷被刷新（I/O刷新）。PLC在一個(gè)掃描周期中，輸入掃描和輸出刷新的時(shí)間一般為4ms左右，而程序執(zhí)行時(shí)間可因程序的長(zhǎng)度不同而不同。(3) 輸出刷新階段在執(zhí)行完所有用戶程序后PLC將映像寄存器中的內(nèi)容送入到寄存輸出狀態(tài)的輸出鎖存器中，再去驅(qū)動(dòng)用戶設(shè)備，這就是輸出刷新。這里要注意，當(dāng)執(zhí)行控制程序時(shí)，如果程序要求某個(gè)輸出繼電器動(dòng)作，此時(shí)這個(gè)動(dòng)作要求并沒(méi)有直接實(shí)時(shí)的傳送到該繼電器，而只是將輸出映像存儲(chǔ)器中代表該繼電器的對(duì)應(yīng)位置“1”，在所有程序段都執(zhí)行完畢后，才將全部程序執(zhí)行后產(chǎn)生的輸出結(jié)果（輸出映像存儲(chǔ)器的內(nèi)容）一次送到輸出鎖存器。但這個(gè)結(jié)果在整個(gè)程序未執(zhí)行完畢之前不會(huì)送到輸出端口上。在這個(gè)工作周期內(nèi)，這個(gè)采樣結(jié)果的內(nèi)容不會(huì)變，而且這個(gè)采樣結(jié)果將在PLC執(zhí)行程序時(shí)被執(zhí)行。PLC的工作過(guò)程圖如圖21所示。因此，為了理解上的方便，通常忽略內(nèi)部處理階段，而認(rèn)為PLC的工作過(guò)程為3個(gè)階段：輸入采樣階段、用戶執(zhí)行階段、輸入刷新階段。PLC每重復(fù)一次這4個(gè)階段所用的時(shí)間稱為一個(gè)掃描周期（或稱循環(huán)周期、工作周期）。當(dāng)按下鍵盤或I/O動(dòng)作后，計(jì)算機(jī)轉(zhuǎn)入相應(yīng)的子程序運(yùn)行，無(wú)鍵按下或無(wú)I/O動(dòng)作責(zé)則繼續(xù)掃描；PLC則采用循環(huán)掃描的方式，整個(gè)掃描過(guò)程分為輸入采樣、內(nèi)部處理、用戶程序執(zhí)行、輸出刷新4階段。另一方面它作為繼電器控制電路的替代物，由于其核心是計(jì)算機(jī)芯片，因而與繼電器控制邏輯的工作過(guò)程也有很大差別。 PLC的工作原理由于PLC具有比計(jì)算機(jī)更強(qiáng)的與工業(yè)過(guò)程相連的接口，具有更適應(yīng)與控制要求的編程語(yǔ)言，因此，PLC可以被視為是一種特殊的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)[3]。(3) PLC的流派分類世界上PLC的生產(chǎn)廠家約200多家，生產(chǎn)的產(chǎn)品大概有400多種。模塊式PLC的優(yōu)點(diǎn)是1/O模塊及I/O點(diǎn)數(shù)可根據(jù)用戶需要靈活組合，擴(kuò)展能力強(qiáng)、使用方便、便于維修。整體PLC根據(jù)需要也可以進(jìn)行擴(kuò)展。① 整體式PLC是一個(gè)整體，其所有部件均在一個(gè)盒內(nèi)。另外，小型、中型和大型PLC的分類不是絕對(duì)的，有些小型PLC