【正文】 西門子 S7300 系列 PLC 的基本硬件組成 S7300 系統(tǒng)硬件主要包括以下幾個(gè)部分： （1） 、信號處理模塊； （2） 、接口模塊； （3） 、功能模塊； （4） 、CPU 中央處理器； （5） 、通訊處理器 ；（6） 、通訊網(wǎng)卡 ；（7） 、工程師、操作員站和操作屏 。硬件詳細(xì)介紹（1）信號處理模塊 信號處理模塊主要分為四類：開關(guān)量輸入 DI、開關(guān)量輸出 DO、模擬量輸入 AI、模擬量輸出 AO （2）接口模塊 接口模塊主要用于連接多機(jī)架的 PLC 系統(tǒng)，即一個(gè) S7300 PLC 系統(tǒng)的信號模塊如果超過 8 塊，就必須配置接口模塊進(jìn)行擴(kuò)展。 經(jīng)常使用的接口模塊名稱和性能 IM360/IM361 接口模塊是最為理想的擴(kuò)展方案； IM360 插入到 CR （中央機(jī)架， CPU 所在的機(jī)架） ； IM361 插入到 ER（擴(kuò)展機(jī)架，擴(kuò)展信號模塊所在的機(jī)架） ； 使用 IM360/IM361 接口模塊最多可以擴(kuò)展 3 個(gè)機(jī)架，既一個(gè)傳統(tǒng)的 PLC 系統(tǒng)最多處理 32 個(gè)信號模塊；（3）功能模塊 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 16 頁計(jì)數(shù)器模塊：可直接連接增量編碼器，實(shí)現(xiàn)連續(xù)、單向和循環(huán)記數(shù)；步進(jìn)電機(jī)控制模塊：和步進(jìn)電機(jī)配套使用，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的定位任務(wù)； PID 控制模塊:實(shí)現(xiàn)溫度、壓力和流量等的死循環(huán)控制 。（4）CPU 中央處理器 S7300 總共有多種不同的 CPU； CPU312 IFM ，帶集成的數(shù)字輸入 /輸出的緊湊型；CPU，用于帶或不帶模擬量的小系統(tǒng)，最多 8 個(gè)模塊； CPU313 用于有更多程序設(shè)計(jì)要求的小型設(shè)備； CPU314IFM，帶有集成的數(shù)字和模擬輸入 /輸出的緊湊型 CPU； CPU 314 用于安裝中等規(guī)模的程序以及中等指令執(zhí)行速度的程序；CPU 315/3152DP 用于要求中到大規(guī)模的程序和通過 PROFIBUSDP 進(jìn)行分布式配置的設(shè)備； CPU316 用于有大量程序設(shè)計(jì)要求的設(shè)備； CPU3182 用于有要求極大規(guī)模的程序和通過 PROFIBUSDP 進(jìn)行分布式配置的設(shè)備最新推出的 313C 等。 （5）通訊處理器 常用的通訊處理器包括：PROFIBUSDP 處理器、PROFIBUSFMS 處理器和工業(yè)以太網(wǎng)處理器；PROFIBUSDP 處理器名稱：CP3425 ；用于連接 SIEMENS S7300 和 PROFIBUSDP 的主/從的接口模塊；通過 PROFIBUS 簡單的進(jìn)行配置和編程；支持的通訊協(xié)議：PROFIBUSDP、S7 通訊功能、PG\OP 通訊；傳輸率：9 .6~12 Mbit/s 自由選擇；主要用于和 ET200 子站配合,組成分布式 I/O 系統(tǒng)；PROFIBUSFMS 處理器名稱：CP3435；用于連接 SIEMENS S7300 和 PROFIBUSFMS 的接口模塊； 通過 PROFIBUS 簡單的進(jìn)行配置和編程； 支持的通訊協(xié)議：PROFIBUSFMS、S7 通訊功能、 PG\OP 通訊；傳輸率：9 .6~； 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 17 頁主要用于和操作員站的連接；工業(yè)以太網(wǎng)處理器名稱：CP3431； 用于連接 SIEMENS S7300 和工業(yè)以太網(wǎng)接口模塊；10/100M bit/s 全雙工,自動(dòng)切換 。接口連接:RJ45 、AUI 。支持的通訊協(xié)議：ISO、TCP/IP 通訊協(xié)議。和 S7 通訊、PG\OP 通訊，主要用于和操作員站的連接。 （6）通訊網(wǎng)卡 PCADAPTER 用于 PC 的串口和 PLC 的 MPI 口直接連接 ；CP5611 通訊卡,支持 MPI 協(xié)議、PROFIBUSDP 協(xié)議、S7 connections；用于工程師站\；操作員站和 PLC 的多點(diǎn)連接；CP5613 通訊卡,支持 MPI 協(xié)議、PROFIBUSDP 協(xié)議、S7 connections；用于工程師站\；操作員站和 PLC 的多點(diǎn)連接；CP1613 通訊卡，支持 ISO 協(xié)議、TCP/IP 協(xié)議、S7 connections；用于工程師站\操作；員站和 PLC 的多點(diǎn)連接；CP5412 A2 通訊卡，支持 PROFIBUS FMS 協(xié)議；用于工程師站\操作員站和PLC 的多點(diǎn)連接；（7）工程師站、操作員站和操作屏 一臺裝有 STEP 7 軟件的 PC 我們就稱之為工程師站，其主要完成系統(tǒng)硬件和組態(tài)、符；號編輯以及程序編程等任務(wù)； 硬件配置：用于對自動(dòng)化系統(tǒng)和模塊進(jìn)行參數(shù)設(shè)置； 網(wǎng)絡(luò)通訊：用于配置 MPI、PROFIBUS 或工業(yè)以太網(wǎng)進(jìn)行的數(shù)據(jù)傳輸； 符號編輯：用于定義符號名稱、數(shù)據(jù)類型和注釋，將物理地址名稱化； 程序編程：三種編程語言可供選用；語句表（STL ） 、梯形圖（LAD） 、功能塊圖 （FBD ） ； 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 18 頁一臺裝有 WINCC 軟件的 PC 我們就稱之為操作員站，其主要完成操作員站畫面組態(tài)、變量連接、系統(tǒng)報(bào)警、變量曲線生成等功能 [8]。 STEP 7 (西門子 S7300 編程軟件) 使用 STEP7 軟件可對 S7300 進(jìn)行編程。而且，能簡單方便地將 S7300 全部功能加以利用。STEP7 包含了自動(dòng)化項(xiàng)目中從項(xiàng)目的啟動(dòng)，實(shí)施到測試以及服務(wù)，每一階段所需的全部功能。硬件要求能夠運(yùn)行所需操作系統(tǒng)的編程器（PG）或者 PC。PG 是專門為在工業(yè)環(huán)境中使用而設(shè)計(jì)的 PC 機(jī)。它已經(jīng)預(yù)裝了包括 STEP7 在內(nèi)的，用于 SIMATIC PLC 組態(tài)，編程所需的軟件。CPU:主頻 600MHz 以上。RAM：256MB 內(nèi)存（推薦 512MB） 。剩余硬盤空間：300600MB（視安裝選項(xiàng)不同而定） 。顯示設(shè)備：XGA，支持 1024*768 分辨率，16bit 以上彩色深度。軟件要求STEP 7 可以安裝在下列操作系統(tǒng)平臺上；Microsoft Windows 2022（至少需 SP3）Microsoft Windows XP（至少需 SP1）上訴操作系統(tǒng)需要安裝 Microsoft Inter Explorer （或以上）版本。STEP 7 軟件界面 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 19 頁圖 4 攪拌機(jī)硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì) PLC 的選型由于整個(gè)系統(tǒng)涉及的基本上是開關(guān)量，并且數(shù)量不多, 攪拌機(jī)控制系統(tǒng)的按扭輸入信號有 3 個(gè)，其中用于啟動(dòng)、停止、隨動(dòng)選擇的 4 個(gè)比例開關(guān)為開關(guān)量信號，數(shù)字開關(guān)量 12 個(gè)指示燈。6 個(gè)模擬信號,刨花設(shè)定、壓力傳感器、膠設(shè)定、流量計(jì)信號 4 個(gè)為模擬輸入量信號；用于驅(qū)動(dòng)可控硅調(diào)速裝置及螺旋給料機(jī)驅(qū)動(dòng)器，均為 2 個(gè)模擬量輸出信號。所以用了西門子 S7300 系列 PLC CPU313C(圖 )作為控制器，并配置了數(shù)字量輸入/輸出模塊作為擴(kuò)展模塊。表 攪拌機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的 PLC 數(shù)字量輸入/輸出統(tǒng)計(jì)名稱 地址 輸入/輸出 數(shù)據(jù)類型 注釋顯示燈 1 輸出 BooL 啟動(dòng)標(biāo)志顯示燈顯示燈 2 輸出 BooL 停止標(biāo)志顯示燈顯示燈 3 輸出 BooL 膠設(shè)定標(biāo)志顯示燈顯示燈 4 輸出 BooL 膠隨動(dòng)標(biāo)志顯示燈顯示燈 5 輸出 BooL 比例 1 標(biāo)志顯示燈顯示燈 6 輸出 BooL 比例 2 標(biāo)志顯示燈顯示燈 7 輸出 BooL 刨花設(shè)定標(biāo)志顯示燈顯示燈 8 輸出 BooL 膠設(shè)定標(biāo)志顯示燈顯示燈 9 輸出 BooL 比例 3 標(biāo)志顯示燈顯示燈 10 輸出 BooL 比例 4 標(biāo)志顯示燈故障燈 1 輸出 BooL 故障 1 標(biāo)志顯示燈故障燈 2 輸出 BooL 故障 2 標(biāo)志顯示燈啟動(dòng) 輸入 BooL 啟動(dòng)按扭停止 輸入 BooL 停止按扭轉(zhuǎn)換 輸入 BooL 轉(zhuǎn)換按扭 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 20 頁比例 1 輸入 BooL 比例 1 按扭比例 2 輸入 BooL 比例 2 按扭比例 3 輸入 BooL 比例 3 按扭比例 4 輸入 BooL 比例 4 按扭根據(jù) I/O 信號的數(shù)量、類型以及控制要求，選擇 CPU313C 主機(jī)，4 通道模擬量輸入/2 通道。這樣共有 8 個(gè)開關(guān)量輸入點(diǎn)，8 個(gè)開關(guān)量輸出點(diǎn)， 4 個(gè)模擬量輸入通道，2個(gè)模擬量輸出通道，滿足控制要求。所以用了西門子 S7300 系列 PLC CPU313C 作為控制器，并配置了模擬量輸入/輸出模塊作為擴(kuò)展模塊，詳細(xì)的地址定義如 表。表 攪拌機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的 PLC 模擬量輸入/輸出統(tǒng)計(jì)名稱 地址 輸入/輸出 數(shù)據(jù)類型刨花設(shè)定 PAIW300 輸入 INT膠設(shè)定 PIW302 輸入 INT流量計(jì) PIW304 輸入 INT壓力計(jì) PIW306 輸入 INT電動(dòng)執(zhí)行器 1 PQW304 輸出 INT電動(dòng)執(zhí)行器 2 PQW306 輸出 INTCPU 313C 特點(diǎn)：本機(jī)集成 14 輸入/10 輸出共 24 個(gè)數(shù)字量 I/O 點(diǎn)， 2 輸入/1 輸出共 3 個(gè)模擬量 I/O 點(diǎn)，可連接 7 個(gè)擴(kuò)展模塊，最大擴(kuò)展值至 168 路數(shù)字量 I/O 點(diǎn)或 38 路模擬量 I/O 點(diǎn)。表 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 21 頁 控制系統(tǒng)的儀表選用表 攪拌機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的表儀表選用儀表名稱 儀表特點(diǎn)EJA110A差壓變送器用于測量液體、氣體和蒸汽的液位、密度和壓力，然后將其轉(zhuǎn)變成 420mADC 的電流信號輸出。 EJA110A 也可以通過BRAIN 手操器或 CENTUM CS/μXL 或 HART 275 手操器相互通訊，通過它們進(jìn)行設(shè)定和監(jiān)控等。Emag 電磁流量計(jì)測量不受流體密度、粘度、溫度、壓力和電導(dǎo)率變化的影響 低頻或多頻方波勵(lì)磁、功耗小、零點(diǎn)穩(wěn)定、低流速特性優(yōu)越 可雙向測量，具有雙向電流，雙向脈沖 多種流量顯示、空管檢測、過程自動(dòng)診斷 抗干擾性強(qiáng)，EMC（電磁兼容性）指標(biāo)符合 BS6667 及EN500811 標(biāo)準(zhǔn) 使用壽命長，無故障運(yùn)行時(shí)間 20220 小時(shí) 防護(hù)等級可達(dá) IP68，水下沉浸 10 米 多種通訊方式，通訊接口配置有RS23 RS48HART、Profibus DP 和 Profibus PA流量計(jì)在攪拌機(jī)控制系統(tǒng)的選用流量計(jì)的選用,攪拌機(jī)控制系統(tǒng)主要測量膠的流量。攪拌機(jī)用的膠屬于腐蝕性介質(zhì),屬于粘稠液體。所以選擇了電磁流量計(jì) [9]。壓力傳感器在攪拌機(jī)控制系統(tǒng)的選用 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 22 頁壓力傳感器的選用，攪拌機(jī)控制系統(tǒng)主要測量刨花的重量。用壓力間接的測量刨花的重量。所以選用差壓變送器 [10]。變頻器在液體攪拌機(jī)上的應(yīng)用（1） 、攪拌機(jī)的配置及運(yùn)用攪拌機(jī)械在設(shè)計(jì)時(shí)均是按使用工況的要求考慮一定余量的，而攪拌機(jī)在實(shí)際使用過程中，則不一定要在最大轉(zhuǎn)速下工作，有很多時(shí)間都可以工作在非滿載狀態(tài)；傳統(tǒng)的攪拌機(jī)通常不進(jìn)行調(diào)節(jié)或采用機(jī)械方式調(diào)速；機(jī)械方式調(diào)速會(huì)增大攪拌機(jī)的損耗，同時(shí)會(huì)使攪拌機(jī)工作在波動(dòng)狀態(tài)，也使攪拌機(jī)設(shè)備工作在“大馬拉小車”的狀態(tài)，很不經(jīng)濟(jì)。 （2） 、攪拌機(jī)變頻方案：根據(jù)攪拌機(jī)配置及運(yùn)行轉(zhuǎn)矩大的特點(diǎn)，通常是在攪拌機(jī)上加裝設(shè)一套范用型的變頻器調(diào)速裝置；保留攪拌機(jī)原工頻系統(tǒng)，并與攪拌機(jī)的變頻系統(tǒng)互為備用可相互切換使用，工頻與變頻之間設(shè)聯(lián)鎖。 （3） 、攪拌機(jī)變頻調(diào)速裝置的功能及優(yōu)點(diǎn)：　　a、攪拌機(jī)變頻節(jié)能裝置為開環(huán)調(diào)節(jié)； 　　b、軟啟動(dòng)方式可減小啟動(dòng)沖擊電流； 　　c、變頻器帶有智能保護(hù)，故障時(shí)可自動(dòng)停機(jī)； 　　d、可根據(jù)不同的工藝采用不同的轉(zhuǎn)速； 　　e、通過變頻調(diào)速實(shí)現(xiàn)節(jié)能：因?yàn)閿嚢铏C(jī)的電動(dòng)機(jī)在變頻調(diào)速方式下運(yùn)行時(shí)的功率與其轉(zhuǎn)速的特性與泵類負(fù)載相似，即其運(yùn)行功率與其轉(zhuǎn)速（頻率）的三次方成正比，粘度高的該比例會(huì)有所下降（一般會(huì)介于二次方與三次方之間） 。故使用變頻器方式調(diào)速時(shí)還會(huì)獲得很可觀的節(jié)電率。 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 23 頁5 攪拌控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 可編程控制器在模擬量閉環(huán)控制中的應(yīng)用在工業(yè)生產(chǎn)中，用閉環(huán)控制方式來控制溫度、壓力、流量等連續(xù)變化的模擬量，無論是使用模擬控制器的模擬控制系統(tǒng)還是使用計(jì)算機(jī)（包括可編程序控制器）的數(shù)字控制系統(tǒng)，PID 控制（即比例積分微分控制）都得到了廣泛的應(yīng)用，這是因?yàn)?PID控制有以下的優(yōu)點(diǎn)：不需要求出控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。至今為止，由于非線性和時(shí)變性，很難求出許多業(yè)控制對象