【正文】 圖 9 CPU315模塊面板布置示意圖 CPU315 的操作系統(tǒng)是事件驅(qū)動的用戶程序掃描過程。 CPU315 可調(diào)用 128 個功能塊 FB (0127)。 127 個數(shù)據(jù)塊 DB (1127, 0 保留 )。此外，還有 38 個系統(tǒng)功能塊 SFC 集成在操作系統(tǒng)中供用戶調(diào)用 。 CPU315 適用于要求高速處理和中等 I/0 規(guī)模的任務。 CPU315 滿足系統(tǒng)的要求。在本系統(tǒng)中我們采用 SM321 以及 SM323 來滿足系統(tǒng)的要求。 DI 16/DO 16 x DC 24 V/ A 的屬性： ① 16 點輸入，電隔離為 16 組 ② 16 點輸出，電隔離為 8 組 ③ 額定輸入電壓 24 VDC 河北 聯(lián)合 大學 學士學位論文 第 15 頁 共 42 頁 ④ 額定負載電壓 24 VDC ⑤ 輸入適用于開關以及 2/3/4 線接近開關 (BERO) ⑥ 輸出適用于電磁閥、 DC 接觸器和指示燈 PLC 的模擬量輸入模塊的選型與線路連接 在皮帶秤配料系統(tǒng)的 PLC 硬件設計中需要將稱重傳感器的信號輸送到 PLC 中，這就需要用到模擬量的輸入模板，模擬量的輸入模板為 SM331。模塊主要是由 A/D 轉換部件、模擬切換開關、補償電路、恒流源、光電隔離部件、邏輯電路等組成。積分式 A/D 轉換的積分時間直接影響到 A/D轉換時間和 A/D 轉換精度。 SM331可選的積分時間有 :, , 20ms 和 100ms。 為了抑制工頻及諧波干擾，一般選用 20 ms 的積分時間，相應精度為 12 位。 0”表示正值，“ 1”表示負值。 SM331 的每兩個輸入通道構成一個輸入通道組，可以按通道組任意選擇測量方法和測量范圍。模塊與 S7300CPU 及負載電壓之間是光電隔離的。 另外，為了使模擬量輸入模塊獲得最佳的抗干擾性能，可以將不使用的通道與 M短接。 河北 聯(lián)合 大學 學士學位論文 第 16 頁 共 42 頁 圖 10 8路輸入模塊的連接原理示意圖 模擬量輸出模塊的選型與線路連接 模擬量輸出模塊 SM332 用于連接模擬量執(zhí)行器 SM332可以輸出電壓，也可以輸出電流。采用 4線回路能獲得比較高的輸出精度 。 SM332與負載 /執(zhí)行裝置的連接。 PS307 電源模塊容量計算及選型 PS307是西門子公司為 S7300專配的 24 V DC電源。 PS307可安裝 在 S7300的專用導軌上，除了給 S7300 CPU供電外，也可給 I/O模塊提供負載電源。 S7300模塊使用的電源由 S7300背板總線提供，一些模塊還需從外部負載電源供電。當同一電源 模塊既要為主機單元又要為擴展單元供電時，從主機單元到最遠一個擴展單元的線路壓降必須小于 V。輸出電壓24VDC，輸出電流 5A。 圖 11 PS307 2A模塊端子接線圖 S7300 系統(tǒng)時要選擇合適的電源模塊。 表 1 S7300各模塊電流耗量和功率損耗 模塊 通過背板總線吸取的電流（最大值） 從 24V 負載電源吸收的電流（不帶負載運行） 功率損耗（正常運行） CPU315 供 1A 8W SM321 25MA 1MA SM323 80MA 100MA SM331 60MA 60MA SM332 60MA 340MA 6W CM35 150MA 如 上 表 所 示 ， 該 系 統(tǒng) 各 個 模 塊 從 S7300 背 板 總 線 吸 取 的 電 流 為60+60+150+80+25=375MA 沒有超過 CPU315 所能轉供的電流 1. 2A。 (6ES7 3071BA000AA0) 河北 聯(lián)合 大學 學士學位論文 第 18 頁 共 42 頁 4 皮帶秤 配料系統(tǒng)中的工業(yè)控制計算機 工業(yè)控制計算機簡介 工業(yè)個人計算機（ Industrial Personal Computer─ IPC）是一種加固的增強型個人計算機，它可以作為一個工業(yè)控制器在工業(yè)環(huán)境中可靠運行。由于 IPC 的性能可靠、軟件豐富、價格低廉，而在工控機中異軍突起 ，后來居上，應用日趨廣泛。 IPC 的技術特點 ① 采用符合“ EIA”標準的全鋼化工業(yè)機箱，增強了抗電磁干擾能力。 CPU 及各功能模塊皆使用插板式結構，并帶有壓桿軟鎖定，提高了抗沖擊、抗振動能力。 ④ 配有高度可靠的工業(yè)電源，并有過壓、過流保護。 ⑥ 具有自診斷功能。 ⑧ 設有“看門狗”定時器，在因故障死機時，無需人的干預而自動復位。 ⑩ 可配置實時操作系統(tǒng)，便于多任務的調(diào)度和運行。 IPC 的主要結構 ① 全鋼機箱 IPC 的全鋼機箱是按標準設計的，抗沖擊、抗振動、抗電磁干擾，內(nèi)部可安裝同PCbus 兼容的無源底板。底板可插接各種板卡，包括 CPU 卡、顯示卡、控制卡、 I/O 卡等。 ④ CPU 卡 IPC 的 CPU 卡有多種，根據(jù)尺寸可分為長卡和半長卡，根據(jù)處理器可分為 38 4858 PII、 PIII 主板，用戶可視自己的需要任意選配。 ⑤ 其他配件 IPC 的其他配件 基本上都與 PC 機兼容，主要有 CPU、內(nèi)存、顯卡、硬盤、軟驅(qū)、鍵盤、鼠標、光驅(qū)、顯示器等。 （ 1） 主機 由微處理器，內(nèi)存貯器（ RAM 和 ROM）和系統(tǒng)總線構成的主機是控制系統(tǒng)的核心。 主機所產(chǎn)生的控制是按照人們預先安排好的程序進 行的。 （ 2） 過程輸入輸出通道 過程輸入輸出通道，是在微機和生產(chǎn)過程之間起信息傳遞和變換作用的裝置。 （ 3） 操作設備 系統(tǒng)的操作設備是操作員和系統(tǒng)之間的信息交換工具。操作員通過操作設備可以操作控制系統(tǒng)和了解系統(tǒng)的運行狀態(tài)。系統(tǒng)操作員負責建立和修改系統(tǒng)，如編制程序和組態(tài)等；生產(chǎn)操作員負責與生產(chǎn)過程運行有關的操作。 （ 4） 常規(guī)外部設備 常規(guī)外部設備是指鍵盤終端、打印機、繪圖機、磁盤等一類微機輸入輸出設備。這樣，系統(tǒng)中的微機之間需要通信。 （ 6） 系統(tǒng)支持功能 系統(tǒng)支持功能主要包含以下幾部分。俗稱看門狗（ Watchdog） ,其主要作用是，在系統(tǒng)因干擾或其它原因出現(xiàn)異常時，如“飛程序”或程序進入死循環(huán)，使系統(tǒng)自動恢復正常運行，從而提高系統(tǒng)可靠性。實時日歷鐘使系統(tǒng)具有時間驅(qū)動能力，如在指定時刻產(chǎn)生某種控制或自動記錄某個事件發(fā)生的時間等。 工控機與 PLC 的通訊 本設計是通過多點接口 (MPI)協(xié)議的數(shù)據(jù)通信 來實現(xiàn)工控機與 PLC 的通訊。 通過 MPI 接口實現(xiàn)全局數(shù)據(jù) (GD)服務，周期性地相互進行數(shù)據(jù)交換。這也是選用西門子 Wincc 組態(tài)軟件作為系統(tǒng)的監(jiān)控軟件的原因之一。 （ 1） PC 機上 MPI 網(wǎng)卡的設置與安裝。 （ 2）在 Wincc 上添加 SIAMTIC S7 通訊協(xié)議 網(wǎng)卡安裝正確后，打開 WINCC，選擇 “Tag Management” 擊右鍵選擇 “Add 河北 聯(lián)合 大學 學士學位論文 第 21 頁 共 42 頁 Newdriver” ，再彈出窗口 中選擇 ”SIAMTIC S7 protocol suite” 連接驅(qū)動，將其添加到 ”Tag Management” 向下， S7 協(xié)議組包括在不同網(wǎng)絡上應用的 S7協(xié)議，如 MPI 網(wǎng)，PROFIBUS 網(wǎng)，以及工業(yè)以太網(wǎng)等，在這些網(wǎng)絡上，應用層是 S7 協(xié)議，這里我們通過 MPI通訊。這里需要修改每個連接的屬性，如選擇 CPU 的站地址和槽號等， 連接 S7300 CPU 時槽號都是 2，連接 S7400 CPU 時，槽號應參照 STEP7 硬件組態(tài)中的槽號，所有這些工作完成之后通訊就可直接以建立起來。如果用戶通訊使用的是PC adapter 而不是上面提 到的專用通訊卡，則問題的診斷就比較麻煩 。 ② 其他臺灣工控機廠商： 主要有威達、艾訊、磐儀、大眾、博文等，產(chǎn)品富有特色，市場定位也較研華低。 ④ 國內(nèi)新興工控廠商： 主要有深圳研祥、艾雷斯、北京華北等，是主流機型的市場追隨廠商，發(fā)展較迅速，產(chǎn)品市場定位低。 （ 2）一般用戶對工控機的選配： ① 機箱： 研華 IPC610P 機箱或同等（研發(fā) ACS2410 或研祥 IPC810 等）， AT250W 電源，常配 PCA6114 P4 底板，也可配 PCA6114P4R 底板（研發(fā) ACA1014P4R 或研祥IPC6114P4R） ,4 個 PCI 槽位于機箱風扇同側，利于 插接 PCI 接口的 Moxa 卡和網(wǎng)卡、顯卡、 modem 卡等。 ③ CPU Intel PIII 系列，要求 CPU外頻為 133Mhz,可以是 PIII733,800,866,933,1G 等。 ⑤ 硬盤 常用金鉆 20G(7200R)，也可根據(jù)需要選擇。 ⑦ 軟驅(qū)、光驅(qū)、鍵盤、鼠標、顯示器可任選。 河北 聯(lián)合 大學 學士學位論文 第 23 頁 共 42 頁 Ⅱ 網(wǎng)卡 建立 Windows NT 下的局域網(wǎng)或 Windows98 對等網(wǎng)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳送或共享。 本系統(tǒng)上位機 選擇臺灣研華工 控機 IPC610H。 IPC610H 是 4U 高 14 槽機架安裝工業(yè)電腦機箱，專為任務關鍵應用而設計。機箱前面板上的系統(tǒng)狀態(tài) LED 指示燈可顯示電源、硬盤和系統(tǒng)電壓的運行情況。前端接線的 USB 和 PS/2 鍵盤 I/O 接口可以連接各種外部設備，以便進行數(shù)據(jù)傳輸、備份和輸入。所有這些特點使 IPC610H 成為性價比最佳和總價最優(yōu)的選擇。微處理器現(xiàn)在已經(jīng)在測量和控制系統(tǒng)中得到了廣泛的應用。傳感器已成為自動化系統(tǒng)和機器人技術中的關鍵部件，作為 系統(tǒng)中的一個結構組成，其重要性變得越來越明顯。國際電工委員會（ IEC）的定義為：“傳感器是測量系統(tǒng)中的一種前置部件，它將輸入變量轉換成可供測量的信號”。 （ 1）傳感器的工作原理 進入傳感器的信號幅度是很小的，而且混雜有干擾信號和噪聲。在某些情況下，這些電路的一部分是和傳感器部件直接相鄰的。 （ 2）傳感器的分類 德國和俄羅斯學者認為傳感器應是由二部分組成的，即直接感知被測量信號的敏感元件部分和初始處理信號的電路部分。 傳感器把某種形式的能量轉換成另一種形式的能量。有源傳感器能將一種能量形式直接轉變成另一種，不需要外接的能源或激勵源；無源傳感器不能直接轉換能量形式，但它能控制從另一輸入端輸入的能量或激勵能。 各種物理效應和工作機理被用于制作不同功能的傳感器。 常將傳感器的功能與人類 5 大感覺器官相比擬： 光敏傳感器 —— 視覺 聲敏傳感器 —— 聽覺 氣敏傳感器 —— 嗅覺 化學傳感器 —— 壓敏、溫敏、流體傳感器 —— 觸覺 根據(jù)傳感器工作原理，還可分為物理傳感器和化學傳感器二大類。被測信號量的微小變化都將轉換成電信號。 以其輸出信號為標準可將傳感器 分為： 模擬傳感器 —— 將被測量的非電學量轉換成模擬電信號。 開關傳感器 —— 當一個被測量的信號達到某個特定的閾值時，傳感器相應地輸出一個設定的低電平或高電平信號 [5,6,7]。主要有：電阻應變片式、差動變壓器式、電容式、壓磁式、壓電式等，其中，電阻應變片式稱重傳感器有以下主要優(yōu)點： ①結構簡單、體積小、密封性好 河北 聯(lián)合 大學 學士學位論文 第 26 頁 共 42 頁 ②線性度和重復性好 ③頻率響應快，能進行動態(tài)稱重 ④長期穩(wěn)定性好，工作可靠 ⑤和稱重秤架聯(lián)接簡單、方便 ⑥綜合誤差小。因此可以通過對電阻的測量來測量壓力。為了保證稱重傳感器的精度，我們的稱重傳感器不僅需要電壓的驅(qū)動而且要加上一個電源 驅(qū)動電路，以保證稱重傳感器的信號的準確。 Ⅰ、 承載器的自重值 這個值是計算稱重傳感器最大稱量的依據(jù)之一。例如，一臺 80噸的地磅，用 8 只最大稱量為 30噸的傳感器，自重為 18 噸，負載量最大的稱重傳感器也只有 3 噸自重，而滿載時 負荷最大的達到 噸。 Ⅱ、 沖擊載荷 在一些自動衡器和專用衡器設計時，在選擇稱重傳感器時必須注意在稱量過程中，被稱車輛或物料對承載器的沖擊作用。在選用時必須注意到，靈敏度為 1 mV/V 的稱重傳感器其安全過載能力一般是最大稱 量的 200％，極限過載能力一般大于最大稱量的 500％；靈敏度為 2 mV/V 的稱重傳感器其安全過載能力一般是最大稱量的 150％，極限過載能力一般大于最大稱量的 300％。而且這些參數(shù)最終必須滿足這個系統(tǒng)的整體指標。 ③稱重傳感器準確度的選用原則： 對于一 臺衡器來講，選用的稱重傳感器的準確度越高越好，但也有兩個前提條件：一是能采購得到，二是采購價格能夠承受。因而要根據(jù)實際要求，細分準確度指標，挑選合適