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西門子S7-300 PLC簡介 2.1 PLC技術的概念及發展過程 2.1.1 PLC技術的概念 PLC即可編程控制器（Programmable logic Controller），是指以計算機技術為基礎的新型工業控制裝置。PLC是一種專門為在工業環境下應用而設計的數字運算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲器，用來在其內部存儲執行邏輯運算、順序運算、計時、計數和算術運算等操作的指令，并能通過數字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產過程。 2.1.2 PLC技術的發展歷史 *以來，計算機控制和傳統PLC控制一直是工業控制領域的兩種主要控制方法，PLC自1969年問世以來，以其功能強、可靠性高、使用方便、體積小等優點在工業自動化領域得到迅速推廣，成為工業自動化領域中競爭力的控制工具。但傳統的PLC體系結構是封閉的，各個PLC廠家的硬件體系互不兼容，編程語言及指令系統各異，用戶選擇了一種PLC產品后，必須選擇與其相應的控制規程，學習特定的編程語言，不利于終端用戶功能的擴展。近年來，工業自動化控制系統的規模不斷擴大，控制結構更趨于分散化和復雜化，需要更多的用戶接口。同時，企業整合和開放式體系的發展要求自動控制系統應具有強大的網絡通訊能力，使企業能及時地了解生產過程中的諸多信息，靈活選擇解決方案，配置硬件和軟件。此外為了擴大控制系統的功能，許多新型傳感器被加裝到控制單元上。 我國工業控制自動化的發展道路，大多是在引進成套設備的同時進行消化吸收，然后進行二次開發和應用。目前我國工業控制自動化技術、產業和應用都有了很大的發展，我國工業計算機系統行業已經形成。工業控制自動化技術正在向智能化、網絡化和集成化方向發展。 2.1.3 PLC的發展趨勢 1、功能向增強化和專業化的方向發展，針對不同行業的應用特點，開發出專業化
的PLC產品。以此來提高產品的性能和降低產品的成本，提高產品的易用性和專業化水平。 2、規模向小型化和大型化的方向發展，小型化是指提高系統可靠性基礎上，產品的體積越來越小，功能越來越強；大型化是指應用在工業過程控制領域較大的應用市場，應用的規模從幾十點擴展到上千點，應用功能從單一的邏輯運算擴展幾乎能滿足所有的用戶要求。 3、系統向標準化和開放化方向發展，以個人計算機為基礎，在windows平臺上開發符合全新一體化開放體系結構的PLC。通過提供標準化和開放化的接口，可以很方便地將PLC接入其它系統[2]。 2.2 PLC的功能特點 2.2.1 PLC的功能 隨著自動化技術、計算機技術及網絡通信技術的迅速發展，PLC的功能日益增多。它不僅能實現單機控制，而且能實現多機群控制；不僅能實現邏輯控制，還能實現過程控制、運動控制和數據處理等，其主要功能如下： 1、開關量邏輯控制 這是PLC的zui基本的功能。PLC具有強大的邏輯運算能力，它提供了與、或、非等各種邏輯指令，可實現繼電器觸點的串聯、并聯和串并聯等各種連接的開關控制，常用于取代傳統的繼電器控制系統。使用PLC提供的定時、計數指令，可實現定時、計數功能，其定時值和計數值既可由用戶在編程時設定，也可用數字撥碼開關來設定，其值可進行在線修改，操作十分靈活方便。 2、模擬量控制 在工業生產過程中，有許多連續變化的量，如溫度、壓力、流量、液位和速度等都是模擬量。PLC提供了各種智能模塊，如模擬量輸入模塊、模擬量輸出模塊、模擬量輸入輸出模塊、熱電阻用模擬量輸入模塊、熱電阻用模擬量輸出模塊等，通過使用這些模塊，把現場輸入的模擬量經A/D轉換后送CPU處理；而CPU處理的數字結果，經D/A轉換成模擬量去控制被控設備，以完成對連續量的控制。 3、閉環過程控制 使用PLC不僅可以對模擬量進行開環控制，而且還可以進行閉環控制。配置PID西門子面板KTP1200按鍵+觸摸操作12寸西門子面板KTP1200按鍵供應S7-200TD400操作面板
控制單元或模塊，對控制過程中某一變量（如速度、溫度、電流、電壓等）進行PID控制。 4、定時、定位、計數控制 PLC具有定時控制的功能，它為用戶提供了若干個定時器，定時器的時間可以由用戶在編寫程序時設定，也可以用撥盤開關在外部設定，實現定時或延時控制。定位控制是PLC*的控制功能之一。PLC提供了定位模塊、脈沖輸出模塊等智能模塊，以實現各種需求的定位控制。PLC具有計數控制的功能，它為用戶提供了若干個計數器或高速計數模塊。計數器的計數值可以由用戶在編寫程序時設定，也可以用撥盤開關在外部設定，實現計數控制。 5、順序（步進）控制 在工業控制中，選用PLC實現順序控制，可以采用IEC規定的用于順序控制的標準化語言——順序功能圖進行設計，可以用移位寄存器和順序控制指令編寫程序。 6、網絡通信 現代PLC具有網絡通信的功能，它既可以對遠程I/O進行控制，又能實現PLC與計算機之間的通信，從而構成“集中管理，分散控制”的分布式控制系統，實現工廠自動化。PLC通過RS232接口可與各種RS232設備進行通信。PLC還可與其它智能控制設備（如變頻器、數控裝置）實現通信。PLC與變頻器組成聯合控制系統，可提高交流電動機的自動化控制水平。 7、數據處理 現代PLC具有數學運算（含矩陣運算、函數運算、邏輯運算）、數據傳送、數據轉換、排序、查表、位操作等功能，可以完成數據的采集、分析及處理。 這些數據可以與存儲在存儲器中的參考值比較，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能傳送到別的智能裝置，或將它們打印制表[2]。 2.2.2 PLC的特點 1、通用性強、靈活性好、功能齊全 PLC是專為在工業環境下應用而設計的，具有面向工業控制的鮮明特點。通過選配相應的控制模塊便可適用于各種不同的工業控制系統。同時，由于PLC采用存儲邏輯，其控制邏輯以程序方式存儲在內存中，當生產工藝改變或生產設備更新時，不必改變
PLC的硬件，只需改變程序，改變控制邏輯，其連線少，體積小，加之PLC中每只軟繼電器的觸點數理論上無限制，因此，靈活性和擴展性都很好。 2、可靠性高、抗*力強 為了確保PLC在惡劣的工業環境下能可靠的工作。在設計中強化了PLC的抗*力，使之能抗諸如電噪聲、電源波動、振動、電磁干擾等的干擾。PLC能承受電網電壓的變化，可直接由交流市電供電，直接取自電控箱電源。即使在電源瞬間斷電的情況下，仍可正常工作。PLC在設計、生產過程中除了對元器件嚴格篩選外，硬件和軟件還采用屏蔽、濾波。光電隔離和故障診斷、自動恢復等措施，有的PLC還采用了冗余技術等，進一步增強了PLC的可靠性。 3、編程簡單、使用方便 PLC在基本控制方面采用梯形圖語言進行編程，這種梯形圖是與繼電器控制電路圖相呼應的，形式簡單、直觀性強，廣大電氣人員容易接受。用梯形圖編程出錯率比匯編語言低得多。梯形圖、流程圖、語句表之間可以有條件的相互轉換，使用極其方便。 4、模塊化結構、安裝簡單、調試方便 PLC的各個部件，包括CPU、電源、I/O等均采用模塊化結構設計，由機架和電纜將各模塊連接起來，由于配置靈活，使擴展、維護更加方便。另外，PLC的接線十分方便，只需將輸入信號的設備（如按鈕、開關等）與PLC的輸入端子相連，將接受控制的執行元件（接觸器、電磁閥等）與輸出端子相連即可。調試工作大部分是室內調試，用模擬開關模擬輸入信號，其輸入狀態和輸出狀態可以觀察PLC上相應的發光二極管，可以根據它進行測試、排錯和修改[2]。 2.3 西門子S7-300 PLC 2.3.1 S7-300的系統結構 S7-300 PLC是模擬式中小型PLC，電源、CPU和其他模塊都是獨立的，可以通過U形總線把電源（PS）、CPU和其他模塊緊密固定在西門子S7-300的標準軌道上。每個模塊都有一個總線連接器，后者插在各模塊的背后。電源模塊總是安裝在機架的zui左邊，CPU模塊緊靠電源模塊。CPU的右邊是可以選擇的IM接口模塊，如果只用主架導軌而沒有使用擴展支架可以不選擇IM接口模塊。 S7編程軟件組態主架導軌硬件時，電源，CPU和IM分別放在導軌的1號槽、2號 電 話：（同號）
槽和3號槽上。一條導軌共有11個槽號：1號槽至11號槽，其中4號槽至11號槽可以隨意放置除電源、CPU和IM以外的其他模塊。如：DI（數字量輸入）、DO（數字量輸出）、AI（模擬量輸入）、AO（模擬量輸出）、FM（功能模塊）和CP（通信模塊）等[3]。 2.3.2 S7-300 CPU模塊 CPU模塊是控制系統的核心，負責系統的*控制責任，存儲并執行程序，實現通信功能，為U形總線提高5V電源。 CPU有4種操作模式：STOP（停機），STARTUP（啟動），RUN（運行）和HOLD（保持）。在所有的模式中，都可以通過MPI接口與其他設備通信。 S7-300的CPU模塊大致可以分為以下幾類： 1、6種緊湊型CPU，帶有集成的功能和I/O：CPU 312C、313C、313C-PtP、313C-2DP、314C-PtP和314C-2DP。 2、革新的標準型CPU：CPU 312、314和315-2DP。 3、5種標準的CPU：CPU 313、314、315、315-2DP和316-2DP。 4、戶外型CPU：CPU 312 IFM、314 IFM、314戶外型和315-2DP。 5、大容量型CPU：317-2DP和CPU 318-2DP。 6、主從接口安全型CPU：CPU 315F-2DP[3]。 2.3.3 S7-300的模擬量輸入模塊 在生產過程中有大量的連續變化的模擬量需要用PLC來測量或控制。有的是非電量，例如溫度、壓力、流量物體的成分和頻率等。有的是強電量，例如發電機組的電流、電壓、有功功率和無功功率等。變送器用于將傳感器提供的電量或非電量轉換成標準的量程的直流電流和直流電壓信號，例如DC1~5V和DC4~20mA。 模擬量輸入模塊用于將模擬量信號轉換為CPU內部處理用的數字信號，其主要組成部分是A/D轉換器。模擬量輸入模塊的輸入信號一般都是模擬量變送器輸出的標準量程的直流電壓，直流電流信號。 模擬量輸入/輸出模塊中模擬量對應的數字稱為模擬值，模擬值用16位二進制補碼來表示zui高位為符號位。模擬量輸入模塊的模擬值與百分數表示的模擬量之間的對應關系為：雙極性模擬量量程的上下限(*和-*)分別對應模擬值27648和-27648。單極性模擬量量程的上下限(*和0%)分別對應于模擬值27648和0[3]。
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