西门子S7-300CPU312C中央控制单元
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詹雪芬 9 9：85011-1590
chuanzhen：
zhixian：
本系统采用西门子PLC300CPU和CP342-5、CP343-1的接口模块相连构成系统的主站。CP342-5是用于连接S7-300和 profibus-DP的主/从站接口模块，CP 343-1是用于连接S7-300和工业以太网的接口模块。在该控制系统中，除了上述主站外，从站是由 22个ET200S和22个ET200ECO组成，分别分布在两条profibus网络上。CPU上自带的profibus-DP接口构成 profibusⅠ线，CP 342-5接口模块构成profibusⅡ线。
系统中ET200S从站上采用的IM151-1接口模块有两种: 基本型和标准型，基本型的接口模块所能挂接的电源管理模块和I/O模块个数范围为2～12个，标准型的接口模块其范围为2～63个。所以当从站I/O模块较多时，宜选用标准型的接口模块。接口模块上带有profibus地址设定拨码开关。
系统中ET200ECO从站中选用了8DI和16DI两种模板，模板结构紧凑，模板的供电采用7/8电源线，模板的通讯采用M12通讯接头。接线灵活而快速，方便拔插。其接口模块上带有2个旋转式编码开关用于profibus地址分配。
网络设备按照适应工业现场环境的程度，以及生产线的布局来考虑选用不同防护等级。控制箱中的模块采用防护等级为20的ET200S I/O模块，对应每个控制箱的还有一个防护等级为67的ET200eco模块，置于生产线滚轮下方，由于该模块需要接触到现场较为恶劣的生产环境，因此需要有防水防油防尘等功能。
3 目标控制系统
3.1 系统设计汽车发动机装配线是一个对发动机顺序装配的流水线工艺过程。由于工艺的繁琐性，工程的计算机控制系统考虑采用分散控制和集中管理的分布式控制模式，采用以西门子PLC为核心构成的计算机控制系统，各独立工位控制系统之间通过网络实现数据信息、资源共享。该装配线在整个生产过程中较为关键，由于每个工位之间是流水线生产，因此每个环节的控制都必须具备高可靠性和一定的灵敏度，才能保证生产的连续性和稳定性。从站中的每个ET200S站和其对应的ET200ECO站共同构成一个工位, ET200ECO主要是采集现场数据用。ET200S站的模块置于小型控制箱内, 对于工位的基本操作有两种方式，就地控制箱手动方式和就地自动方式。由于每个控制工位的操作进度不一致，操作工可以按照装配要求进行手自动切换。特殊情况下亦可通过手动操作进行工件位置的修正。
由PLC实现的三相异步电动机正反转控制线路 /O接线图 2、PLC的输入输出地址分配表 输入： X0-----SB1(启动） X1-----SB2（停止） X2-----SB3 输出： Y0-----KM1 Y1-----KM2 Y2-----KM3 Y3-----KM4 3、PLC的梯形图 4、指令表 一个声控开关控制的照明灯控制程序的梯形图举例 试设计一个照明灯的控制程序。当接在I0.0上的声控开关感应到声音信号后，接在Q0.0上的照明灯可发光30S。如果在这段时间内声控开关又感应到声音信号，则时间间隔从头开始。这样可确保后一次感应到声音信号后，灯光可维持30S的照明。 答案：参考梯形图 )X[NOJDZC)2O3YFO]FTJ%%K 1）周期可调的脉冲信号发生器 如图5-6所示采用定时器T0产生一个周期可调节的连续脉冲。当X0常开触点闭合后，次扫描到T0常闭触点时，它是闭合的，于是T0线圈得电，经过1s的延时，T0常闭触点断开。T0常闭触点断开后的下一个扫描周期中，当扫描到T0常闭触点时，因它已断开，使T0线圈失电，T0常闭触点又随之恢复闭合。这样，在下一个扫描周期扫描到T0常闭触点时，又使T0线圈得电，重复以上动作，T0的常开触点连续闭合、断开，就产生了脉宽为一个扫描周期、脉冲周期为1s的连续脉冲。改变T0的设定值，就可改变脉冲周期。 图5-6 周期可调的脉冲信号发生器 a）梯形图 b）时序图 （2）占空比可调的脉冲信号发生器 如图5-7所示为采用两个定时器产生连续脉冲信号，脉冲周期为5秒，占空比为3：2（接通时间：断开时间）。接通时间3s，由定时器T1设定，断开时间为2s，由定时器T0设定，用Y0作为连续脉冲输出端。 图5-7 占空比可调的脉冲信号发生器 a）梯形图 b）时序图 （3）顺序脉冲发生器 如图5-8a所示为用三个定时器产生一组顺序脉冲的梯形图程序，顺序脉冲波形如图5-8b所示。当X4接通，T40开始延时，同时Y31通电，定时l0s时间到，T40常闭触点断开，Y31断电。T40常开触点闭合，T41开始延时，同时Y32通电，当T41定时15s时间到，Y32断电。T41常开触点闭合，T42开始延时．同时Y33通电，T42定时20s时间到，Y33断电。如果X4仍接通，重新开始产生顺序脉冲，直至X4断开。当X4断开时，所有的定时器全部断电，定时器触点复位，输出Y31、Y32及Y33全部断电。
安装在各工位的分布式I/O模块ET200S和ET200eco通过现场检测元件和传感器将系统主要的监控参数（主要是开关量）采集进来，ET200S和ET200eco将现场模拟量信号转换为高精度的数据量，通过高速度可达12M的Profibus-DP现场总线网络将采集数据上传到中央控制器，控制器根据具体工艺要求进行处理，再通过Profibus-DP网络将控制输出下传给ET200S，实现各工位的控制流程。 PROFIBUS是全球应用广泛的过程现场总线系统。PROFIBUS有三种类型:FMS、DP和PA。PROFIBUS-FMS可用于通用自动化;PROFIBUS-DP用于制造业自动化;PROFIBUS-PA用于过程自动化。使用PROFIBUS过程现场总线技术可以使硬件、工程设计、安装调试和维修费用节省40%以上。PROFIBUS-DP的技术性能使它可以应用于工业自动化的一切领域，包括冶金、化工、环保、轻工、制药等领域。除了安装简单外，它有极高的传输速率，可达12Mbits/s，通讯距离可达到1000米，如果加入中继器可以将通讯距离延长到数十公里，具有多种网络拓扑结构（总线型、星型、环型）可供选择。在一个网段上多可连接Profibus-DP从站即ET200S或是ET200eco 32个。
整个控制系统根据工艺划分由转台、举升台、举升转移台、翻转机五种工位组成。各部分可独立完成各自的控制任务，并通过工业以太网实现和上位监控系统的连接，由上位系统实现各部分的协调控制。
装配I线工程PLC控制系统和网络通讯系统具有下列特点:
（1）计算机集成自动化过程控制系统，分布式、高可靠性、高稳定性。
（2）从站作为相对独立的系统分散控制各个工位的运行。
3.2 系统控制要点
（1）该系统网络中一个主站CPU下两条profibus网络所带的从站有44个之多，在利用STEP7 V5.5编程软件进行硬件配置时，根据S7-300CPU中CPU31XC的地址分配的参数规范，对于数字量输入输出，其地址分配的参数范围为0.0～127.7。因此在进行硬件配置时,西门子PLC S7-300CPU自带的profibus-DP接口上的profibus I线上的模块数字量I/O地址一般规定在0.0～127.7的范围中,如有出则采用间接寻址的方式来处理。profibus Ⅱ线上的模块的数字量I/O地址无论处个范围中,都必须采用间接寻址方式。
（2）关于接触器的硬件互锁。对于转台工位，转台有正转和反转两种工作状态，因此转台的回转电机需要有一个负荷开关和两个接触器一并来控制（而举升电机一般只需要一个负荷开关和对应的一个接触器即可进行控制），接触器分正转接触器和反转接触器，输入端为380AV。正转接触器的三相电压A、B、C分别和反转接触器的C、B、A短接。当程序在执行过程中，若存在某些漏洞使得正转接触器和反转接触器的输出点同时置1时，则会出现正转接触器和反转接触器各自的A相和C相短接，造成接触器短路损坏，主电源开关跳闸。为了避免这种事故的发生，首先保证程序中不能出现两个接触器同时置1的情况，其次即是采用接触器上硬件互锁，点Q1、点Q2是输出控制点，Q1两端本应接在正向接触器的两个输入端子，同理， Q1两端本应接在正向接触器的两个输入端子，但是改接成如图所示。接触器上有自带的一个常开点和一个常闭点，互锁中只需用到常闭点，当输出点Q1闭合时，正向接触器上常闭点随之断开，则Q2输出点两端之间不可能形成回路，也就不会出现短路跳闸的事故。
该项目中涉及到的变量数目较多，根据现场情况随时可能有更改，为了便于管理，采取S7程序界面和Wincc人机界面共用一套变量。这样可以将建立变量的工作量减少一半，也将出错概率减少一半。先安装西门子STEP 7软件，之后自定义安装西门子Wincc软件，将Wincc通讯组件安装完整。然后在西门子STEP 7软件中插入OS站，可点击右键打开并编辑Wincc项目。在Wincc项目中需要引用变量的位置进行变量选择，出现变量选择对话框，即可在西门子STEP 7项目变量表中选择需要的变量，从而保证人机界面和下位机所用变量的一致性。
3.3 系统控制功能
（1）手自动回路的切换在Wincc人机界面上可以很方便地知道每个工位的手自动状态，但是手自动状态的切换是在从站的控制箱面板上实现的。在自动状态下，工位的操作全由下位控制，可实现全自动控制机械的操作流程。在手动状态下，操作具有自保护功能，在某些机械操作动作下通过软件互锁可杜绝相应的危险动作的发生。
（2）安全保护上位监控系统设定了若干级操作密码，管理员和操作员分别有自己的操作权限，且操作员在进行操作时有必要的警告提示框和信息提示框出现。
（3）查询源程序代码当上位机画面显示某个工位出现故障时，可从画面直接点击按钮进入相应的下位机梯形图程序界面，即可迅速查找出故障的根本原因，节省了维修时间。
（4）故障报警和报表打印当设备出现故障时，报警框中会出现提示，并伴随有声音报警。操作员可根据需要打印与生产相关的报表信息。
4 结
西门子S7-300CPU通过两条profibus-DP网络连接若干ET200S和ET200ECO从站构成的集中分散式控制系统已经在该发动机装配线投运，能够保证生产线连续稳定地生产，尤其在机械动作灵敏度上有较大提高，完全满足了用户的要求。
当PLC投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间，PLC的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。输入采样在输入采样阶段，PLC以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入I/O映象区中的相应得单元内。输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化，I/O映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。因此，如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。
用户程序执行
在用户程序执行阶段，PLC是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序(梯形图)。在扫描每一条梯形图时，又是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统RAM存储区中对应位的状态；或者刷新该输出线圈在I/O映象区中对应位的状态；或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。即，在用户程序执行过程中，只有输入点在I/O映象区内的状态和数据不会发生变化，而其他输出点和软设备在I/O映象区或系统RAM存储区内的状态和数据都有可能发生变化，而且排在上面的梯形图，其程序执行结果会对排在下面的凡是用到这些线圈或数据的梯形图起作用；相反，排在下面的梯形图，其被刷新的逻辑线圈的状态或数据只能到下一个扫描周期才能对排在其上面的程序起作用。
输出刷新当扫描用户程序结束后，PLC就进入输出刷新阶段。在此期间，CPU按照I/O映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。这时，才是PLC的真正输出。同样的若干条梯形图，其排列次序不同，执行的结果也不同。另外，采用扫描用户程序的运行结果与继电器控制装置的硬逻辑并行运行的结果有所区别。当然，如果扫描周期所占用的时间对整个运行来说可以忽略，那么二者之间就没有什么区别了。
IEC61131-3标准与PLC编程语言的关系 由于PLC强大的功能和优良的性能，以及应用成本的不断下降和使用的方便性，促使PLC的应用领域不断扩展，市场潜力巨大，于是，全世界许多公司纷纷推出自己的PLC产品。出于垄断或市场保护的目的，各家公司的PLC产品各有差别，互不兼容。当形形色色的PLC涌入市场时，国际电工委员会与有关PLC制造商多次协商，于1993年制定了IEC1131标准以引导PLC健康地发展。 IEC1131标准共分为5个部分：IEC1131-1为一般信息，即对通用逻辑编程作了一般性介绍并讨论了逻辑编程的基本概念、术语和定义；IEC1131-2为装配和测试需要，从机械和电气两部分介绍了逻辑编程对硬件设备的要求和测试需要；IEC1131-3为编程语言的标准，它吸取了多种编程语言的长处，并制定了5种标准语言；IEC1131-4为用户指导，提供了有关选择、安装、维护的信息资料和用户指导手册；IEC1131-5为通信规范，规定了逻辑控制设备与其他装置的通信联系规范。IEC1131标准后更名为IEC61131标准。 在IEC61131-3中，规定了控制逻辑编程中的语法、语义和显示，并对以往编程语言进行了部分修改后形成目前通用的5种语言。在这5种语言中，有3种是图形化语言，2种是文本化语言。图形化编程语言包括：梯形图（LD－Ladder Diagram）、功能块图（FBD － Function Block Diagram）、顺序功能图（SFC － Sequential Function Chart）。文本化编程语言包括：指令表(IL-Instruction List)和结构化文本 (ST-Strutured Text)。IEC61131-3的编程语言是IEC工作组对世界范围的PLC厂家的编程语言合理地吸收、借鉴的基础上形成的一套针对工业控制系统的国际编程语言标准，它不但适用于PLC系统，而且还适用于更广泛的工业控制领域；IEC61131-3 的编程工具提供对现场总线系统的支持，并对现场总线装置的软件设计产生了很大影响。IEC并不要求每种产品都运行这5种语言，可以只运行其中的一种或几种，但均必须符合标准。在实际组态时，可以在同一项目中运用多种编程语言，相互嵌套，以供用户选择简单的方式生成控制策略。 正是由于IEC61131-3标准的公布，许多PLC制造厂先后推出符合这一标准的PLC产品。美国罗克韦尔(Rockwell)公司许多PLC产品都带符合IEC61131-3标准中结构文本的软件选项。法国施耐德()公司的Modicon TSX Quantum PLC产品可采用符合IEC61131-3标准的Concept软件包，它在支持Modicon 984梯形图的同时，也遵循IEC61131-3标准的5种编程语言。德国西门子(Siemens)公司的SIMATIC S7-200、S7-300、S7-400、C7-620均采用SIMATIC软件包，其中梯形图和功能块图部分符合IEC61131-3标准。 根据功能流程图设计出PLC梯形图程序 根据图16所示的功能流程图，设计出梯形图程序。 1使用起保停电路模式的编程 对应的状态逻辑关系为： 对应的梯形图程序如图17所示。 2使用置位、复位指令的编程 对应的梯形图程序如图18所示。 3使用顺序控制指令的编程 对应的功能流程图如图19所示。对应的梯形图程序如图20所示。 （3）并行分支及编程方法 并行分支也分两种，图21a为并行分支的开始，图21b为并行分支的结束，也称为合并。并行分支的开始是指当转换条件实现后，同时使多个后续步激活。为了强调转换的同步实现，水平连线用双线表示。在图21a中，当工步2处于激活状态，若转换条件e=1，则工步3、4、5同时起动，工步2必须在工步3、4、5都开启后，才能关断。并行分支的合并是指：当前级步6、7、8都为活动步，且转换条件f成立时，开通步9，同时关断步6、7、8。
S7-300 CPU 的六个性能等级
现有性能范围极宽的分级 CPU 系列，可用于组态控制器。
产品范围包括 7 种标准的 CPU、
7 种紧凑式 CPU、5 种故障防护型 CPU 以及 3 种工艺 CPU。
现有 CPU 的宽度仅 40mm
SIMATICS7-300 是我们全集成自动化设计的一部分，是销量大的控制器。
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在个实例中，SIMATIC S7-300 用于制造工艺中的创新性系统解决方案，特别是用于汽车工业，一般机械工程，特别是特殊机械制造和机器的连续生产 (OEM)，以及塑料加工、包装行业、食品和饮料工业和加工工程
作为一种多用的自动化系统，S7-300 是那些需要灵活的设计以实现集中和本地组态的应用的理想解决方案。
对于由于环境条件限制需要特殊的坚固性的应用，我们可以提供SIPLUS 极端设备。
6ES7 390-1AE80-0AA0 导轨(480mm)
6ES7 390-1AF30-0AA0 导轨(530mm)
6ES7 390-1AJ30-0AA0 导轨(830mm)
6ES7 390-1BC00-0AA0 导轨(2000mm)
6ES7 392-1AJ00-0AA0 20针前连接器
6ES7 392-1AM00-0AA0 40针前连接器
6ES7 392-1BM01-0AA0 弹簧行连接器
西门子PLCS7-300系列PLC安装及注意事项
西门子S7-300安装注意事项一)辅助电源功率较小，只能带动小功率的设备(光电传感器等);
西门子S7-300安装注意事项二)一般PLC均有一定数量的占有点数(即空地址接线端子)，不要将线接上;
西门子S7-300安装注意事项三)PLC存在I/O响应延迟问题，尤其在快速响应设备中应加以注意。
西门子S7-300安装注意事项四)输出有继电器型，晶体管型(高速输出时宜选用)，输出可直接带轻负载(LED指示灯等
6GK1561-1AA01
SIMATIC NET, PB, CP 5611 通讯处理器，A2 PCI 卡（32 位；3.3/5V; 33/66 MHz），用于将编程器或带 PCI 总线的 PC 连接到 PROFIBUS 或 MPI（不支持 WIN9X ！）
内存卡
6ES7 953-8LF20-0AA0 SIMATIC Micro内存卡 64kByte(MMC)
6ES7 953-8LG11-0AA0 SIMATIC Micro内存卡128KByte(MMC)
6ES7 953-8LJ20-0AA0 SIMATIC Micro内存卡512KByte(MMC)
6ES7 953-8LL20-0AA0 SIMATIC Micro内存卡2MByte(MMC)
6ES7 953-8LM20-0AA0 SIMATIC Micro内存卡4MByte(MMC)
6ES7 953-8LP20-0AA0 SIMATIC Micro内存卡8MByte(MMC)
西门子一级代理商产品远销：
常见DP头：
6ES7 972-0BB12-0xA0 ：
90度电缆出线，集成终端电阻，9针 Sub-D插座，有编程口，不支持快速连接
6ES7 972-0BA12-0xA0 ：
90度电缆出线，集成终端电阻，9针 Sub-D插座，无编程口，不支持快速连接
6ES7 972-0BA42-0xA0 ：
35度电缆出线，集成终端电阻，9针 Sub-D插座，无编程口，支持快速连接
6ES7 972-0BA52-0xA0 ：
90度电缆出线，集成终端电阻，9针 Sub-D插座，无编程口，支持快速连接
6ES7 972-0BB42-0xA0 ：
35度电缆出线，集成终端电阻，9针 Sub-D插座，有编程口，不支持快速连接
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90度电缆出线，集成终端电阻，9针 Sub-D插座，有编程口，支持快速连接
