撥爪排屑機控制系統(tǒng)設計畢業(yè)設計

畢業(yè)設計（論文）說明書 畢業(yè)設計 (論文 )任務書 課題名稱 撥爪排屑機控制系統(tǒng)設計 系 別 自動化 專業(yè)班級 姓 名 學 號 畢業(yè)設計（論文）的主要內容及要求 : 畢業(yè)設計主要內容 1 熟悉工藝流程 2 進行控制系統(tǒng) PLC 硬件選型及硬件圖紙設計 3 分析系統(tǒng)控制流程 4 進行控制系統(tǒng)部分 PLC 的軟件編程 5 實驗室離線調試 畢業(yè)設計要求 1 了解本次畢業(yè)設計任務及資料的收集、整理 2 學習 PLC 的基本知識，掌握 S7-300PLC 結構與功能 3 編寫 PLC 控制系統(tǒng) STEP7 程序 4 實驗室仿真調試 5 有關英文資料的翻譯工作 6 撰寫畢業(yè)論文 指導教師簽字 ： 畢業(yè)設計（論文）說明書 裝 訂 線 I 摘要 隨著工業(yè)自動化技術的發(fā)展，新的控制需求的不斷提出，工業(yè)自動化控制技術和水平不斷提高。尤其是現場總線技術的應用給工業(yè)生產控制帶來巨大的變革。本課題名為撥爪排屑機控制系統(tǒng)設計即對生產產生的廢鐵屑予以清理回收，采用 S7-300作控制主機構成的 PROFIBUS 網絡進行設計，在硬件選型、圖紙設計、軟件編程、仿真 調試后以使其達到相關的控制要求。 撥爪排屑機系統(tǒng)有兩個液壓站，每個液壓站有兩個油泵電機，正常工作時，一臺油泵電機工作，一臺備用。在工作油泵出現電氣或液壓故障時，備用油泵自動投入工作。系統(tǒng)的工作動力機構由液壓站和液壓缸組成，往復運動機構包含鋼軌、框架和滾輪，框架由前段、中段和后段組成，前段與液壓缸推桿連接，框架沿著鋼軌運動。撥爪機構位于框架上，這樣，撥爪就可以起到排屑作用。 關鍵詞 ： 撥爪排屑，西門子 PLC， PROFIBUS-DP 總線 ， STEP7 編程 畢業(yè)設計（論文）說明書 裝 訂 線 II Abstract With the development of industrial automation technology, the new control requirements have repeatedly stated, industrial automation and control technology and improved continuously. Bring huge changes to the application of field bus technology for industrial production control. This topic is called dial claw Chip Conveyor control system design to be the emptying of recycling scrap iron on production, the S7-300 control hosts a PROFIBUS network design, hardware selection, design drawings, software programming simulation debugging to reach the control requirements. Dial claw Chip Conveyor system has two hydraulic stations, which has two pump motor. In normal working hours, a pump motor works, and the other one spare. In the working oil pump electrical or hydraulic failure, the standby pump works automatically. The system working power institutions is composed of hydraulic station and the hydraulic cylinder. The reciprocating mechanism includes rail, frame and wheel. The frame consists of front-end, middle and rear section. The preceding of the frame is connected with the hydraulic cylinder push rod. The frame works along the rail. The dial claw institutions located in the frame, so the dial claw can play a role in chip removal. Keywords； The claw chip, Siemens PLC, PROFIBUS-DP bus ， STEP7programming 畢業(yè)設計（論文）說明書 目 錄 摘要 . I Abstract . II 目 錄 . 1 1緒論 . 1 1.1 課題介紹 . 1 1.2 工業(yè)背景 . 1 1.2.1 工業(yè)控制系統(tǒng) . 1 1.2.2 工業(yè)控制主機 . 2 2西門子 S7-300PLC . 4 2.1 PLC 的組成與原理 . 4 2.1.1 可編程邏輯控制器的定義 . 4 2.1.2 可編程邏輯控制器基本結構 . 4 2.1.3 可編程邏輯控制器工作原理 . 5 2.1.4 可編程邏輯控制器編程語言 . 6 2.2 S7-300 的硬件結構 . 6 2.3 S7-300 的通信網絡 . 10 2.3.1 工業(yè)網絡概述 . 10 2.3.2 S7-300 通信網絡 . 11 2.3.3 PROFIBUS DP . 11 2.4 S7-300 的指令系統(tǒng) . 11 2.5 S7-300 的編程軟件 . 12 2.5.1 S7-300 的編程軟件簡介 . 12 2.5.2 用戶程序結構 . 12 2.5.3 啟用 SIMATIC 管理器 . 13 2.5.4 S7-PLCSIM 仿真軟件 . 15 3控制系統(tǒng)設計 . 16 3.1 系統(tǒng)硬件設計 . 16 3.1.1 系統(tǒng)工藝流程 . 16 3.1.2 PLC 硬件選型 . 16 3.1.3 硬件圖紙設計 . 17 3.2 系統(tǒng)軟件設計 . 18 3.2.1 系統(tǒng)控制流程 . 18 3.2.2 STEP7 軟件編程 . 19 3.2.2.1 硬件配置 . 19 3.2.2.2 編輯符號表 . 20 3.2.2.3 程序設計 . 24 3.2.3 離線仿真調試 . 46 4結論 . 47 致謝 . 48 參考文獻 . 49 裝 訂 線 畢業(yè)設計（論文）說明書 裝 訂 線 1 1.緒論 1.1 課題介紹 本課題名為撥爪排屑機控制系統(tǒng)，是對一個實際的工程項目研究設計。因此除了理論設計外，還要考慮工程實際。 撥爪排屑機是一種用于清除堆積的工業(yè)半成品表面被擦除的毛糙狀廢鐵屑的自動化裝置。該系統(tǒng)的工作過程分為兩個階段 :撥爪排屑的過程：當左右兩個液壓站投入工作時，與 1#， 2#油泵電機相連的撥爪在推拉作用下做往復運動，將產生的廢鐵屑推送到 中間的運輸鏈上。 鐵屑運輸的過程，當運輸鏈電機啟動工作時，便將運輸皮帶上的鐵屑運出工作區(qū)處理。 該系統(tǒng)的意義在于；一方面可及時排除生產工程中產生的廢鐵屑，不至于因長時間的堆積妨礙生產的正常進行，或者因需人工清理帶來的麻煩；另一方面可 使產生的鐵屑不因隨意丟棄而造成污染與浪費，在鐵屑被運出后可對其進行壓縮處理，以便回收利用。 1.2 工業(yè)背景 1.2.1 工業(yè)控制系統(tǒng) 隨著計算機技術，通信技術，自動控制理論的發(fā)展與在工業(yè)生產過程中的應用，近幾十年來工業(yè)自動化取得前所未有的發(fā)展。 工業(yè)自動化就是工業(yè)生產中 的各種參數為控制目的，實現各種過程控制，在整個工業(yè)生產中 ,盡量減少人力的操作 ,而能充分利用動物以外的能源與各種資訊來進行生產工作 ,即稱為工業(yè)自動化生產，而使工業(yè)能進行自動生產之過程稱為工業(yè)自動化。而在“蒸汽時代”，“電氣時代”之后到來的“信息時代”給工業(yè)自動化帶來又一次更大的革命性的發(fā)展，具體表現在計算機控制系統(tǒng)取代傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)以及與之相關的技術在工業(yè)生產過程中的應用與普及。 計算機控制系統(tǒng) (Computer Control System，簡稱 CCS)是應用計算機參與控制并借助一些輔助部件與被控對象 相聯系，以獲得一定控制目的而構成的系統(tǒng)。這里的計算機通常指數字計算機，可以有各種規(guī)模，如從微型到大型的通用或專用計算機。輔助部件主要指輸入輸出接口、檢測裝置和執(zhí)行裝置等。與被控對象的聯系和部件間的聯系，可以是有線方式，如通過電纜的模擬信號或數字信號進行聯系；也可以是無線方式，如用紅外線、微波、無線電波、光波等進行聯系。 計算機控制系統(tǒng)所采用的形式，與生產過程的復雜程度密切相關，不同的被控對象和不同的要求，應有不同的控制方案。計算機控制系統(tǒng)大致可分為以下幾種典型形式： 操作指導控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有數據采集和處 理功能，能夠為操作人員提供反應生產過程工況的各種數據，并相應地給出操作指導信息，供操作人員參考。其優(yōu)點是結構簡單，控制靈活和安全，缺點是要由人工操作，速度受到限制，不能控制多個對 畢業(yè)設計（論文）說明書 裝 訂 線 2 象。 直接數字控制（ direct digital control, DDC）系統(tǒng) ,該系統(tǒng)計算機首先通過模擬量輸入通道和開關量輸入通道實時采集數據，然后按照一定的控制規(guī)律進行計算，最后發(fā)出控制信息，并通過模擬量輸出通道和開關量輸出通道直接控制生產過程。其是計算機在生產過程中最普遍的以中應用方式，但因計算機直接承擔控制任務要求實時性好、 可靠性高、和適應性強。 監(jiān)督控制（ supervisory computer control, SCC）系統(tǒng)，該系統(tǒng)計算機根據原始工藝信息和其他參數，按照描述生產過程的數學模型或其他方法，自動地改變模擬調節(jié)器或以直接數字控制方式工作的微型機中的給定值，從而使生產過程始終處于最優(yōu)工況 如保持高質量、高效率、低消耗、低成本等 。從這個角度說，它的作用是改變給定值，所以又稱設定值控制（ set point control, SPC）。 集散控制系統(tǒng)（ distributed control system, DCS）也叫 分布式控制系統(tǒng)，采用分散控制、集中操作、分級管理和綜合協(xié)調的方法，把系統(tǒng)從下到上分為分散過程控制級、集中操作監(jiān)控級、綜合信息管理級，形成分級分布式控制。 現場總線控制系統(tǒng) (field bus control system ,FCS)是新一代分布式控制系統(tǒng)。 DCS的結構模式為 :“操作站 控制站 現場儀表”三層結構，系統(tǒng)成本較高，而且各廠商的 DCS 有各自的標準，不能互聯。 FCS 與 DCS 不同，它的結構模式為：“工作站 現場總線智能儀表”二層結構， FCS 用二層結構完成了 DCS 中的三層結構功能，降低了成本，提高了可靠 性，可實現真正的開放式互連系統(tǒng)結構。 綜合自動化系統(tǒng)，目前，由企業(yè)資源信息管理系統(tǒng)、生產執(zhí)行系統(tǒng)和生產過程控制系統(tǒng)夠成的三層結構，已成為綜合自動化系統(tǒng)的整體解決方案。綜合自動化系統(tǒng)主要包括制造業(yè)的計算機集成制造系統(tǒng)（ CIMS）流程工業(yè)的計算機集成過程系統(tǒng)（ CIPS）。 1.2.2 工業(yè)控制主機 在計算機控制系統(tǒng)中，可編程邏輯控制器、工控機、單片機、 DSP、智能調節(jié)器等，都是常用的控制器，適應不同的應用要求。在工程實際中，選擇何種控制器，應根據控制規(guī)模、工藝要求、控制特點和所完成的工作來確定。 可編程邏輯控 制器（ PLC）是“一種數字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計。它采用可編程序的存儲器，用來在其內部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數和算術運算等操作的指令，并通過數字、模擬的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產過程。可編程控制器及其有關設備，都應按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯成一個整體，易于擴充功能的原則設計。”具有可靠性高、編程容易功能完善擴展靈活、安裝調試簡單方便等特點。 工控機（ IPC）是一種面向工業(yè)控制、采用標準總線技術和開放式體系結構的計算機，具有豐富的外圍接口產品，如模擬量輸入輸出模 板、數字量輸入輸出模板等。廣為流行的工控機總線有 PC 總線、 ISA 總線、 PCI 總線、 STD 總線、 VME 總線等。具有可靠性高、可維修性好、環(huán)境適應性強、控制實時性強、 I/O 通道完善、軟件豐 畢業(yè)設計（論文）說明書 裝 訂 線 3 富等特點。 嵌入式系統(tǒng)是“控制、監(jiān)視或者輔助裝置、機器和設備運行的”，是軟件和硬件的綜合體，核心是嵌入式微處理器?？煞譃?MPU、 MCU、 EDSP、 SoC 等。具有體積小、成本低、可靠性高等優(yōu)點。 智能調節(jié)器是一種數字化的過程控制儀表。以微處理器和單片微型計算機為核心，具有數據通信功能，能完成生產過程 14 個回路直接數字控制任 務，在 DCS 分散過程控制級中得到了廣泛應用。 在工業(yè)自動控制系統(tǒng)的設計中，須在熟悉工藝流程與控制要求后選擇合理的控制系統(tǒng)與合適的主機。 畢業(yè)設計（論文）說明書 裝 訂 線 4 2西門子 S7-300PLC 2.1 PLC 的組成與原理 2.1.1 可編程邏輯控制器的定義 國際電工委員會對 PLC的定義是：“可編程序控制器是一種數字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計。它采用可編程序的存儲器，用來在其內部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數和算術運算等操作的指令，并通過數字、模擬的 輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產過程。可編程控制器及其有關設備，都應按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯成一個整體，易于擴充功能的原則設計?！?2.1.2 可編程邏輯控制器基本結構 PLC 專為工業(yè)場合設計，采用了典型的計算機結構，主要是由 CPU、存儲器、專門設計的輸入輸出接口電路、電源、底座與機架和編程器等組成： 一、 CPU 模塊 CPU 模塊是 PLC 的核心，每套 PLC 至少有一個 CPU 模塊，它按 PLC 系統(tǒng)程序賦予的功能接受并存儲用戶程序和數據，用掃描的方式采集現場輸入裝置的狀態(tài)或數據，并存入規(guī)定的寄存器中，同時，診斷電 源， PLC 內部電路的工作狀態(tài)和編程過程中的語法錯誤等。進入運行后，從用戶程序中逐條讀取指令，經過分析再按指令規(guī)定的任務產生相應的控制信號去控制外部電路。 CPU 速度和內存容量是 PLC 的重要參數，它決定著 PLC 的工作速度， I/O 數量及軟件容量等，因此限制著控制規(guī)模。 二、 存儲器 雖然各種 PLC 的 CPU 的最大尋址空間各不相同，但是根據 PLC 的工作原理，其存儲空間一般包括以下三個區(qū)域： （ 1）系統(tǒng)程序存儲區(qū) （ 2）系統(tǒng) RAM 存儲區(qū)（包括 I/O 映像區(qū)和系統(tǒng)軟設備等） （ 3）用戶程序存儲區(qū) 三、 輸入輸出接口電路 （ 1）現場輸入接口電路由光耦合電路和微機的輸入接口，作用是可編程邏輯控制器與現場控制的接口界面的輸入通道。 （ 2）現場輸出接口電路由輸出數據寄存器、選通電路和中斷請求集成，作用可編程邏輯控制器通過現場輸出接口電路向現場的執(zhí)行部件輸出相應的控制信號。 四、電源模塊 PLC 電源用于為 PLC 各模塊的集成電路提供電源，同時，有的還為輸入電路提供 24V 工作電源。電源的輸入類型有：交流電源（ 220VAC 或 110VAC），直流電源（常用的為 24VDC）。 五、底板與機架 畢業(yè)設計（論文）說明書 裝 訂 線 5 大多數模塊式 PLC 使用底板和機架，其作用是：電 氣上，實現各模塊間的聯系，使 CPU 能訪問底板上所有的模塊 ;機械上，實現各模塊間的連接，使各模塊構成一個整體。 六、其他設備 （ 1）編程設備 編程器是 PLC 開發(fā)應用、檢測運行、檢查維護不可缺少的外部設備，用于編程、調試、系統(tǒng)設定、監(jiān)控 PLC 及 PLC 所控制的系統(tǒng)的工作狀況，但它不直接參與現場控制運行。編程器分智能型和非智能型，非智能型是手持編程器，用于狀態(tài)檢測；智能型是一臺運行編程軟件的計算機，通過通信適配器與 PLC 通信完成編輯器功能。 （ 2）人機界面 最簡單的人機界面是指示燈和按鈕，目前液晶屏（或觸摸屏）式的 一體式操作員終端應用越來越廣泛，有計算機（運行組態(tài)軟件）充當人機界面非常普及。 （ 3）輸入輸出設備 用于永久性的存儲用戶數據，如 EPROM、 EEPROM 寫入器、條碼閱讀器，輸入模擬量的電位器，打印機等。 2.1.3 可編程邏輯控制器工作原理 當可編程邏輯控制器投入運行后，其工作過程一般分為三個階段，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個階段。完成上述三個階段稱作一個掃描周期。在整個運行期間，可編程邏輯控制器的 CPU 以一定的掃描速度重復執(zhí)行上述三個階段。 一、 輸入采樣階段 在輸入采樣階段，可編程邏輯控制 器以掃描方式依次地讀入所有輸入狀態(tài)和數據，并將它們存入 I/O 映象區(qū)中的相應的單元內。輸入采樣結束后，轉入用戶程序執(zhí)行和輸出刷新階段。在這兩個階段中，即使輸入狀態(tài)和數據發(fā)生變化， I/O 映象區(qū)中的相應單元的狀態(tài)和數據也不會改變。因此，如果輸入是脈沖信號，則該脈沖信號的寬度必須大于一個掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。 二、 用戶程序執(zhí)行階段 在用戶程序執(zhí)行階段，可編程邏輯控制器總是按由上而下的順序依次地掃描用戶程序 (梯形圖 )。在掃描每一條梯形圖時，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點構成的控制線路，并 按先左后右、先上后下的順序對由觸點構成的控制線路進行邏輯運算，然后根據邏輯運算的結果，刷新該邏輯線圈在系統(tǒng) RAM 存儲區(qū)中對應位的狀態(tài)；或者刷新該輸出線圈在 I/O 映象區(qū)中對應位的狀態(tài)；或者確定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令。 即，在用戶程序執(zhí)行過程中，只有輸入點在 I/O 映象區(qū)內的狀態(tài)和數據不會發(fā)生變化，而其他輸出點和軟設備在 I/O 映象區(qū)或系統(tǒng) RAM 存儲區(qū)內的狀態(tài)和數據都有可能發(fā)生變化，而且排在上面的梯形圖，其程序執(zhí)行結果會對排在下面的凡是用到這些線圈或數據的梯形圖起作用；相反，排在下面的梯形圖，其被刷 新的邏輯線圈的狀態(tài)或數據只能到下一個掃描周期才能對排在其上面的程序起作用。 畢業(yè)設計（論文）說明書 裝 訂 線 6 在程序執(zhí)行的過程中如果使用立即 I/O 指令則可以直接存取 I/O 點。即使用 I/O指令的話，輸入過程影像寄存器的值不會被更新，程序直接從 I/O 模塊取值，輸出過程影像寄存器會被立即更新，這跟立即輸入有些區(qū)別。 三、 輸出刷新階段 當掃描用戶程序結束后，可編程邏輯控制器就進入輸出刷新階段。在此期間，CPU 按照 I/O 映象區(qū)內對應的狀態(tài)和數據刷新所有的輸出鎖存電路，再經輸出電路驅動相應的外設。這時，才是可編程邏輯控制器的真正輸出。 2.1.4 可 編程邏輯控制器編程語言 在可編程邏輯控制器中有多種程序設計語言，它們是梯形圖語言、布爾助記符語言、功能模塊圖語言、功能表圖語言及結構化語句描述語言等。 梯形圖語言和布爾助記符語言是基本程序設計語言，它通常由一系列指令組成，用這些指令可以完成大多數簡單的控制功能，例如，代替繼電器、計數器、計時器、完成順序控制和邏輯控制等，通過擴展或增強指令集，它們也能執(zhí)行其他的基本操作。 功能表圖語言和構化語句描述語言是高級的程序語言，它們可根據需要去執(zhí)行更有效的操作，例如，模擬量的控制，數據的操縱，報表的打印和其他基本程序 設計語言無法完成的功能。 功能模塊圖語言采用功能模塊圖的形式，通過軟連接的方式完成所要求的控制功能，它不僅在可編程邏輯控制器中得到了廣泛的應用，在集散系統(tǒng)的編程和組態(tài)時也常常被采用，由于它具有連接方便、操作簡單、易于掌握等特點，為廣大工程設計和應用人員所喜愛。 2.2 S7-300 的硬件結構 S7-300 屬于模塊式 PLC，主要由機架， CPU 模塊，電源模塊，接口模塊，信號模塊，功能模塊，通信處理器和編程設備等組成。 S7-300 有 350 多條指令，其編程軟件 STEP7 功能強大，可以使用多種編程語言，所有模塊和網 絡參數都可用 STEP7的軟件工具設置。 S7-300 的 CPU 上帶有一個編程接口，使用西門子的 MPI（ Multi-point Interface）通信協(xié)議。有的 CPU還帶有集成的現場總線 PROFIBUS-DP接口或 PtoP(Point to Point)串行通信接口。因此 S7-300 不需要添加任何通信處理器就可以建立一個 MPI 網絡或一個 PROFIBUS-DP 網絡。 S7-300 的模塊都安裝在導軌上，各模塊用 U 形總線連接器連接，外部信號線接在模塊的前連接器上。除了電源模塊、 CPU 模塊、本地擴展接口模塊，其他任 何模塊都可插在任何一個槽上。系統(tǒng)根據其自動分配地址。個機架最多能安裝 8 個信號模塊、功能模塊或通信模塊。 畢業(yè)設計（論文）說明書 裝 訂 線 7 圖 2-1 西門子 S7-300PLC 一、 CPU 模塊 S7-300 有二十種不同型號的 CPU，分別適用于不同規(guī)模及不同控制要求的項目： （ 1） 緊湊型 CPU： CPU312C， 313C， 313C-PtP， 313C-2DP， 314C-PtP 和 314-2DP。 （ 2） 標準型 CPU： CPU312， CPU313,314,315,315-2DP 和 316-2DP。 （ 3） 戶外型 CPU： CPU312IFM， 314IFM， 314 戶外 型和 315-2DP。 （ 4） 高端 CPU： CPU317-2DP 和 318-2DP。 （ 5） 故障安全性 CPU： CPU315F。 不同型號的 CPU 其接口類型，輸入輸出模塊點數或通道數，計數器數目等不相同。 CPU 內的元件封裝在一個塑料殼內，面板上有模式選擇開關、通信接口、狀態(tài)和故障選擇指示 LED，存儲器插槽等。 （ 1） 模式選擇開關 RUN P（運行 編程）：運行時可以讀出和修改用戶程序，改變運行方式； RUN（運行）： CPU 執(zhí)行讀出用戶程序，但不能修改用戶程序； STOP（停止）：不執(zhí)行用戶程序，可以讀出和修改用戶程序； MRES（ 清除存儲器） :位置不能保持。在此位置松手時，鑰匙開關自動返回 STOP位置。鑰匙開關從 STOP 位置轉換到 MRES 位置，可復位存儲器，使 CPU 回到初始狀態(tài)。 （ 2） 狀態(tài)與故障顯示 LED SF（系統(tǒng)出錯 /故障顯示，紅色）：指示 CPU 硬件故障或軟件故障； BATF（電池故障，紅色）：指示電池電壓低或沒有電池； 畢業(yè)設計（論文）說明書 裝 訂 線 8 BUSF（總線錯誤）：指示 PROFIBUS DP 接口硬件或軟件故障，集成有 DP 接口的 CPU 才有此 LED； DC5V（ +5V 電源指示，綠色）：指示 CPU 和總線 5V 電源正常； FORCE（強制，黃色）：指示至少有一個 I/O 被強制； RUN（運行方式，綠色）： CPU 處于 RUN 狀態(tài)時亮；重新啟動時以 2Hz 的頻率閃爍； HOLD（單步、斷點）狀態(tài)時以 0.5Hz 的頻率閃爍； STOP（停止方式，黃色）：指示 CPU 處于 STOP、 HOLD 狀態(tài)或重新啟動。 （ 3） 微存儲器卡 微存儲器卡（ MMC）可以擴展 CPU 的存儲容量，可以在斷電時保存用戶程序和數據。 MMC 讀寫直接在 CPU 內進行。由于 CPU31xC 沒有集成的裝載存儲器， CPU上必須插上才能工作。是單獨定貨的，有多種容量規(guī)格的工選擇只有在斷電或 CPU 處于 STOP 狀態(tài)下，才能 取下 MMC。 （ 4） 通信接口 所有的 CPU 模塊都有一個多點接口 MPI，有的 CPU 模塊還有一個 PROFIBUS DP 接口。 MPI 用于 PLC 與 PLC 之間， PLC 與（編程器或個人計算機）之間， PLC 與 OP（操作員接口）之間的 MPI 網絡通信。 PROFIBUS DP 是自動化系統(tǒng)中單元級控制設備與分布式 I/O 的通信協(xié)議，最高傳輸速率為 12Mbit/s，通過 CPU上的 PROFIBUS DP 接口，可實現與其他帶 DP 接口的 PLC、 PG/PC、 OP 和其他DP 主站和從站通信。 （ 5） 電源接線端子 電源模塊的 L1、 N 端子接 AC220 電源，電源模塊的接地端子和 M 端子一般用短接片短接后接地，機架導軌也應接地。電源模塊上的 L+和 M 端子分別是 DC24V 輸出電壓的正負極，用專用的電源連接器或導線連接電源模塊和 CPU 模塊上的 L+和 M端子。 （ 6） CPU 模塊上的集成 I/O 有些 CPU 模塊上有集成的數字量 I/O，有些 CPU 還有集成的 I/O。 （ 7） 存儲器 PLC 使用的物理存儲器有 RAM， ROM， Flash EPROM 和 EEPROM。 二、 電源模塊 PS307 電源模塊將 120/230V 交流電壓轉換為 24V 直流電源，為 S7-300、傳感器和執(zhí)行器供電，輸出電流有 2A、 5A、或 10A 3 種。電源模塊安裝在導軌最左邊的插槽，在主機架上用電源聯接器連接到 CPU 上，在擴展機架上用電源連接器連接到IM361 上。電源模塊除了給 CPU 供電，還可向 I/O 模塊提供 DC24V 電源。模塊上的M 端子一般是用短接片與接地端連接的。 三、 輸入 /輸出模塊 輸入 /輸出模塊統(tǒng)稱信號模塊（ SM），包括數字量（或稱開關量）輸入輸出模塊，模擬量輸入輸出模塊。 畢業(yè)設計（論文）說明書 裝 訂 線 9 輸入輸出信號連接在前連接器上，前連接器插在 SM 前蓋后面的凹槽內，不需要斷開前連接器的接線就可以迅速更換模塊。 數字量模塊模塊的地址由地址標識符（ I 輸入 Q 輸出 M 存儲器）、地址字節(jié)部分（小數點前）和位部分（小數點后）組成。從 0 號機架的 4 號槽開始，每個槽位分配4 個字節(jié)的地址，即 32 個 I/O 點。 模擬量模塊以通道為單位，一個通道占一個字的地址，由兩個字節(jié)地址組成。從IB256 開始給每個模擬量模塊分配 16 個字節(jié)，即 8 個通道的地址。 （ 1）數字量輸入模塊 數字量輸入模塊接受外部開關信號，開關信號主要來自按鈕、二線式光電開關、接近開關、低壓電器的觸點等。其將現場的開關信號電平轉換成 PLC 內部的信號電平。直流輸入模塊的操作電壓一般是 24V，交流輸入模塊的操作電壓為 AC120V 或AC230V。 SM321 是 S7-300 的數字量輸入模塊。 （ 2）數字量輸出模塊 數字 量輸出模塊將 PLC 內部信號電平轉換為控制過程所需要的外部信號電平，同時有隔離和功率放大作用。按負載回路的電源不同分為：直流輸出模塊、交流輸出模塊和交直流輸出模塊。按輸出開關器件的種類又可對應分為：晶閘管輸出方式、雙向晶閘管輸出方式、繼電器輸出方式。其中晶閘管型輸出響應速度快、頻率高，但承受過壓過流能力弱，繼電器型輸出響應慢、頻率低，但負載電壓范圍寬。要根據電壓的種類、大小、工作頻率和負載類型選擇數字量輸出模塊，每一個輸出點的輸出電流、每一組輸出的最大電流也是數字量輸出模塊的重要指標。 SM322 是 S7-300 的數字量輸出模塊， SM323 是數字量輸入 /輸出模塊，即輸入和輸出集成在一個模塊上，有兩種型號可選擇： DC24V， 8 輸入 /8 輸出及 DC24V， 16 輸入 /16 輸出。輸出為晶閘管型，輸出電流為 0.5A。 （ 3）模擬量輸入模塊 模擬量輸入模塊將來自變送器的模擬信號轉換成 CPU 處理的數字信號，即 A/D轉換。 SM331 是 S7-300 的模擬量輸入模塊。 （ 4）模擬量輸出模塊 模擬量輸出模塊將 PLC 輸出的數字量轉換為模擬信號（電壓、電流）去控制執(zhí)行機構，其主要組成部分是 D/A 轉換器。 SM332 是 S7-300 的模擬量輸出模塊 。 四、 其他模塊 其他還有前連接器，有 20 針和 40 針兩種；閉環(huán)控制模塊 FM355；位置控制與檢測模塊，如 FM353 是步進電機定位模塊等；計數器模塊，如 FM350-1 等；模擬器模塊， SM347 用于調試程序等。 當因 I/O 點過多使模塊數量多于 8 個且距離在 10 米之內，可以采用擴展機架，用本地擴展接口模塊 IM 來實現，除了帶 CPU 的中央機架（ CR），最多可以擴展三個擴展機架（ ER），每個機架可以插 8 個模塊（不包括電源、 CPU、接口模塊 IM），四個機架最多可插 32 個，模塊；當因距離過遠（ 1500 米以內）或者 I/O 點過多 ，可以 畢業(yè)設計（論文）說明書 裝 訂 線 10 采用 ET200 分布式 I/O 來實現， PROFIBUS 是為全集成自動化定制的開放的現場總線系統(tǒng)，有 FMS、 DP 和 PA 三種行規(guī)。 ET200 是基于 PROFIBUS DP 現場總線的分布式 I/O,可以與西門子的其他自動化系統(tǒng)協(xié)同運行，還能在經過認證的非西門子公司的 PROFIBUS DP 主站協(xié)同運行，而 ET200M 模塊化的分布式 I/O，采用 S7-300 全系列模塊，最多 8 個模塊。 2.5S7-300 的通信網絡 2.3 S7-300 的通信網絡 2.3.1 工業(yè)網絡概述 一個典型的工廠自動化系統(tǒng)一般是三級網絡結構， 分別是現場設備層、車間監(jiān)控層和工廠管理層。 （ 1） 現場設備層 現場設備層主要功能是連接現場設備，例如分布式 I/O、傳感器、驅動器、執(zhí)行機構和開關設備等，完成現場設備控制及設備間連鎖控制。 （ 2） 車間監(jiān)控層 車間監(jiān)控層又稱單元層，用來完成車間主生產設備之間的連接，包括生產設備狀態(tài)的在線監(jiān)控、設備故障報警及維護等。還有生產統(tǒng)計、生產調度等功能。車間監(jiān)控層可采用 PROFIBUS FMS 或工業(yè)以太網，該層要求能傳送大容量的信息，對傳送速率要求不高。 （ 3） 工廠管理層 車間操作員工作站通過集線器與車間辦公管理網連接， 車間管理網作為工廠主網的一個子網，連接到廠區(qū)骨干網，將車間數據集成到工廠管理層。該層一般采用工業(yè)以太網協(xié)議，即符合 IEEE802.3 標準。 畢業(yè)設計（論文）說明書 裝 訂 線 11 圖 2-2 現場總線應用示例 2.3.2 S7-300 通信網絡