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西門子模塊CPU313C
西門子產品訂貨號：6ES7313-5BG04-0AB0

西門子產品價格：98  RMB

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S7-300

SIMATIC S7-300 是模塊化的微型 PLC 系統(tǒng)，可滿足中、低端的性能要求。

模塊化、無風扇設計、易于實現分布式結構以及方便的操作,使得 SIMATIC S7-300 成為中、低端應用中各種不同任務的經濟、用戶友好的解決方案。

SIMATIC S7-300 的應用領域包括：

• 特殊機械，
• 紡織機械，
• 包裝機械，
• 一般機械設備制造，
• 控制器制造，
• 機床制造，
• 安裝系統(tǒng)，
• 電氣與電子工業(yè)及相關產業(yè)。

多種性能等級的 CPU，具有用戶友好功能的全系列模塊，可允許用戶根據不同的應用選取相應模塊。任務擴展時，可通過使用附加模塊隨時對控制器進行升級。

SIMATIC S7-300 是一個通用的控制器：

• 具有高電磁兼容性和抗震性，可zui限度地用于工業(yè)領域。

S7-300F

SIMATIC S7-300F 故障安全自動化系統(tǒng)可使用在對安全要求較高的設備中。其可對立即停車過程進行控制，因此不會對人身、環(huán)境造成損害。

S7-300F 滿足下列安全要求：

• 要求等級 AK 1 - AK 6 符合 DIN V 19250/DIN V VDE 0801
• 安全要求等級 SIL 1 - SIL 3 符合 IEC 61508
• 類別 1 - 4 符合 EN 954-1

另外，標準模塊還可用在 S7-300F 及故障安全模塊中。因此它可以創(chuàng)建一個全集成的控制系統(tǒng)，在非安全相關和安全相關任務共存的工廠中使用。使用相同的標準工具對整個工廠進行組態(tài)和編程。

設計

S7-300

一般步驟

S7-300自動化系統(tǒng)采用模塊化設計。它擁有豐富的模塊，且這些模塊均可以獨立地組合使用。

一個系統(tǒng)包含下列組件：

• CPU：
  不同的 CPU 可用于不同的性能范圍，包括具有集成 I/O 和對應功能的 CPU 以及具有集成 PROFIBUS DP、PROFINET 和點對點接口的 CPU。
• 用于數字量和模擬量輸入/輸出的信號模塊 (SM)。
• 用于連接總線和點對點連接的通信處理器 (CP)。
• 用于高速計數、定位（開環(huán)/閉環(huán)）及 PID 控制的功能模塊（FM）。

根據要求，也可使用下列模塊：

• 用于將 SIMATIC S7-300 連接到 120/230 V AC 電源的負載電源模塊(PS)。
• 接口模塊 (IM)，用于多層配置時連接*控制器 (CC) 和擴展裝置 (EU)。
  通過分布式*控制器 (CC) 和 3 個擴展裝置 (EU)，SIMATIC S7-300 可以操作多達 32 個模塊。所有模塊均在外殼中運行，并且無需風扇。
• SIPLUS 模塊可用于擴展的環(huán)境條件：
  適用于 -25 至 +60℃ 的溫度范圍及高濕度、結露以及有霧的環(huán)境條件。防直接日曬、雨淋或水濺，在防護等級為 IP20 機柜內使用時，可直接在汽車或室外建筑使用。不需要空氣調節(jié)的機柜和 IP65 外殼。

設計

簡單的結構使得 S7-300 使用靈活且易于維護：

• 安裝模塊：
  只需簡單地將模塊掛在安裝導軌上，轉動到位然后鎖緊螺釘。
• 集成的背板總線：
  背板總線集成到模塊里。模塊通過總線連接器相連，總線連接器插在外殼的背面。
• 模塊采用機械編碼，更換極為容易：
  更換模塊時，必須擰下模塊的固定螺釘。按下閉鎖機構，可輕松拔下前連接器。前連接器上的編碼裝置防止將已接線的連接器錯插到其他的模塊上。
• 現場證明可靠的連接：
  對于信號模塊，可以使用螺釘型、彈簧型或絕緣刺破型前連接器。
• TOP 連接：
  為采用螺釘型接線端子或彈簧型接線端子連接的 1 線 - 3 線連接系統(tǒng)提供預組裝接線另外還可直接在信號模塊上接線。
• 規(guī)定的安裝深度：
  所有的連接和連接器都在模塊上的凹槽內，并有前蓋保護。因此，所有模塊應有明確的安裝深度。
• 無插槽規(guī)則:
  信號模塊和通信處理器可以不受限制地以任何方式連接。系統(tǒng)可自行組態(tài)。

擴展

若用戶的自動化任務需要 8 個以上的 SM、FM 或 CP 模塊插槽時，則可對 S7-300（除 CPU 312 和 CPU 312C 外）進行擴展：

• *控制器和3個擴展機架zui多可連接32個模塊：
  總共可將 3 個擴展裝置（EU）連接到*控制器（CC）。每個 CC/EU 可以連接八個模塊。
• 通過接口模板連接：
  每個 CC / EU 都有自己的接口模塊。在*控制器上它總是被插在 CPU 旁邊的插槽中，并自動處理與擴展裝置的通信。
  • 通過 IM 365 擴展：
    1 個擴展裝置zui遠擴展距離為 1 米；電源電壓也通過擴展裝置提供。
  • 通過 IM 360/361 擴展：
    3 個擴展裝置， CC 與 EU 之間以及 EU 與 EU 之間的zui遠距離為 10m。
• 單獨安裝：
  對于單獨的 CC/EU，也能夠以更遠的距離安裝。兩個相鄰 CC/EU 或 EU/EU 之間的距離：長達 10m。
• 靈活的安裝選項：
  CC/EU 既可以水平安裝，也可以垂直安裝。這樣可以限度滿足空間要求。

通信

S7-300 具有不同的通信接口：

• 連接 AS-Interface、PROFIBUS 和 PROFINET/工業(yè)以太網總線系統(tǒng)的通信處理器。
• 用于點到點連接的通信處理器
• 多點接口 (MPI), 集成在 CPU 中；
  是一種經濟有效的方案，可以同時連接編程器/PC、人機界面系統(tǒng)和其它的 SIMATIC S7/C7 自動化系統(tǒng)。

PROFIBUS DP進行過程通信

SIMATIC S7-300 通過通信處理器或通過配備集成 PROFIBUS DP 接口的 CPU 連接到 PROFIBUS DP 總線系統(tǒng)。通過帶有 PROFIBUS DP 主站/從站接口的 CPU,可構建一個高速的分布式自動化系統(tǒng)，并且使得操作大大簡化。

從用戶的角度來看，PROFIBUS DP 上的分布式I/O處理與集中式I/O處理沒有區(qū)別（相同的組態(tài)，編址及編程）。

以下設備可作為主站連接：

• SIMATIC S7-300
  （通過帶 PROFIBUS DP 接口的 CPU 或 PROFIBUS DP CP）
• SIMATIC S7-400
  （通過帶 PROFIBUS DP 接口的 CPU 或 PROFIBUS DP CP）
• SIMATIC C7
  （通過帶 PROFIBUS DP 接口的 C7 或 PROFIBUS DP CP）
• SIMATIC S5-115U/H、S5-135U 和 S5-155U/H，帶IM 308
• SIMATIC 505

出于性能原因，每條線路上連接的主站不得超過 2 個。

以下設備可作為從站連接：

• ET 200 分布式 I/O 設備
• S7-300，通過 CP 342-5
• CPU 313C-2 DP, CPU 314C-2 DP, CPU 314C-2 PN/DP, CPU 315-2 DP, CPU 315-2 PN/DP, CPU 317-2 DP, CPU 317-2 PN/DP and CPU 319-3 PN/DP
• C7-633/P DP, C7-633 DP, C7-634/P DP, C7-634 DP, C7-626 DP, C7-635, C7-636
• 現場設備

雖然帶有 STEP 7 的編程器/PC 或 OP 是總線上的主站，但是只使用 MPI 功能，另外通過 PROFIBUS DP 也可部分提供 OP 功能。

通過 PROFINET IO 進行過程通信

SIMATIC S7-300 通過通信處理器或通過配備集成 PROFINET 接口的 CPU 連接到 PROFINET IO 總線系統(tǒng)。通過帶有 PROFIBUS 接口的 CPU,可構建一個高速的分布式自動化系統(tǒng)，并且使得操作大大簡化。

從用戶的角度來看，PROFINET IO 上的分布式I/O處理與集中式I/O處理沒有區(qū)別（相同的組態(tài)，編址及編程）。

可將下列設備作為 IO 控制器進行連接：

• SIMATIC S7-300
  （使用配備 PROFINET 接口或 PROFINET CP 的 CPU）
• SIMATIC ET 200
  （使用配備 PROFINET 接口的 CPU）
• SIMATIC S7-400
  （使用配備 PROFINET 接口或 PROFINET CP 的 CPU）

可將下列設備作為 IO 設備進行連接：

• ET 200 分布式 I/O 設備
• ET 200S IM151-8 PN/DP CPU, ET 200pro IM154-8 PN/DP CPU
• SIMATIC S7-300
  （使用配備 PROFINET 接口或 PROFINET CP 的 CPU）
• 現場設備

通過 AS-Interface 進行過程通信

S7-300 所配備的通信處理器 (CP 342-2) 適用于通過 AS-Interface 總線連接現場設備（AS-Interface 從站）。

更多信息，請參見通信處理器。

通過 CP 或集成接口（點對點）進行數據通信

通過 CP 340/CP 341 通信處理器或 CPU 313C-2 PtP 或 CPU 314C-2 PtP 的集成接口，可經濟有效地建立點到點連接。有三種物理傳輸介質支持不同的通信協(xié)議：

• 20 mA (TTY)（僅 CP 340/CP 341）
• RS 232C/V.24（僅 CP 340/CP 341）
• RS 422/RS 485

可以連接以下設備：

• SIMATIC S7、SIMATIC S5 自動化系統(tǒng)和其他公司的系統(tǒng)
• 打印機
• 機器人控制
• 掃描器，條碼閱讀器，等

特殊功能塊包括在通信功能手冊的供貨范圍之內。

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西門子S7-300 PLC 的耙料機自動控制系統(tǒng)

　　關鍵詞：耙料機;可編程控制器;監(jiān)控系統(tǒng);組態(tài);自動控制

　　0 引言

　　耙料機是化肥生產包裝的重要設備，是大型化肥廠zui大的移動設備。一般大型化肥廠都設有一座大型化肥散裝庫，在無包裝條件時由膠帶輸送機將化肥均勻撒入散裝庫中，當需要包裝時再由耙料機將化肥耙到膠帶輸送機上。中國石化股份公司安慶分公司化肥廠上世紀70年代從法國引進一套耙料機設備，*處于惡劣的環(huán)境中經過幾十年的運行，各電器元件老化嚴重，已進入故障高發(fā)期。由于早期的繼電器控制系統(tǒng)線路結構復雜，若發(fā)生故障，故障原因難以查找，特別是一些進口元件早已停產，備件來源無法保證，一旦損壞有脹庫的危險。為保證設備的*安全運行，提高維修保養(yǎng)效率，降低一線工人勞動強度，提高工廠自動化水平，實現管理網絡化，控制無人化。設計一種基于可編程控制器(PLC)自動控制系統(tǒng)，改造原先的繼電器控制系統(tǒng)，是耙料機技術改造的可行方案。下面以中國石化股份公司安慶分公司化肥廠耙料機升級改造項目為例介紹一種以西門子S7-300PLC 為基礎的控制系統(tǒng)升級方案。

　　1 系統(tǒng)的結構及功能

　　改造后的耙料機自動監(jiān)控系統(tǒng)由控制主站和控制從站組成， 主從站之間采用無線通訊與PROFIBUS-DP通訊兩種通訊方式，互為熱備?？刂浦髡驹O在散裝庫監(jiān)控室內有兩臺工控機一用一備，控制從站設在耙料機上的行車內。主站和從站均為可編程控制器。從站直接控制現場電氣設備的啟停、運行，并接受現場設備信號，進行簡單的信號處理，再將信號傳遞給主站;主站接收從站信息，將有關參數分析保存并顯示故障報警。系統(tǒng)可在遠程和本地兩種工作狀態(tài)下控制耙料機。監(jiān)控系統(tǒng)的結構如圖1 所示。

　　系統(tǒng)包括以下功能：

　　1) 故障監(jiān)測保護：耙料機跑偏，電機綜合保護器信號，耙臂運行到極限位置，堵料，拉線開關松弛。

　　2) 設備啟動預警，耙料機啟動與要料信號互鎖。

　　3) 通過主站可修改耙料機耙料與膠帶輸送機下料之間的延時參數。

　　4) 主站組態(tài)界面動態(tài)顯示耙料機運行情況及故障發(fā)生點。

　　5) 主站可選擇遠程或本地控方式。系統(tǒng)運行時不可更換。

　　2 系統(tǒng)硬件的結構

　　本系統(tǒng)由西門子S7-300 系列PLC，工控機，電機綜合保護器，語音系統(tǒng)，視頻監(jiān)控系統(tǒng)，各類傳感器的組成。采用PROFIBUS DP 網絡將各部分與監(jiān)控系統(tǒng)連接起來。

　　2.1 PLC的選擇

　　PLC*單元處理器選擇CPU 315-2DP它集成有一個M P I 口(多點通信接口)和一個D P(PROFIBUS-DP)接口。它具有大容量程序存儲器，用于分布式和集中式I/O 控制中。由于耙料機必須在車間內來回移動，主站與從站間信號傳輸距離較長，采用DP通訊時必須在主從站之間使用信號中繼器增加傳輸距離。主站與工控機通過CP343-1 工業(yè)以太網模塊連接。為了給日后升級留出可用的空間，一般在設計時按實際需要輸入、輸出點數的120%確定輸入、輸出點數。因此主站選擇8 點數字量輸入模塊與16 點數字量輸入模塊。從站4個機架共選用14塊8點數字量輸入模塊，5塊8點數字量輸出模塊，一個12 通道模擬量輸入模塊。

　　2.2 電機綜合保護系統(tǒng)

　　電機綜合保護系統(tǒng)為行走電機，旋轉電機等裝置提供電源，并對其進行控制和保護。它可進行過載，接地漏電，短路，缺相和欠壓等保護。并可將故障信號輸入從站PLC輸入模塊中，PLC控制器運算后發(fā)出指令控制電機，并將故障信號輸出給主站PLC。

　　3 系統(tǒng)軟件的設計

　　軟件設計由兩部分組成，PLC程序設計與上位機組態(tài)界面設計。

　　3.1 PLC程序

　　監(jiān)控系統(tǒng)有兩種工作方式，遠程控制方式與本地控制方式。遠程控制方式又可分為自動控制與手動控制。在遠程自動控制方式下耙料機根據事先存儲在PLC內的程序自動控制啟停，各種保護均投入;遠程手動控制方式下，監(jiān)控室內的操作員從上位機發(fā)出啟停指令，各種保護均投入。在本地控制方式下，操作員在耙料機行車操作臺上手動按下啟停和動作按鈕，僅通過從站PLC控制耙料機。此時監(jiān)控室上位機僅顯示工作狀況。
　　PLC程序設計主要包括主站程序和從站程序兩部分，主站程序僅負責與從站的通訊調用從站程序。子站程序包括各種工作方式下的啟?？刂瞥绦颍M量采集程序，數字開關量的采集、處理程序。故障診斷處理程序，與上位機通訊程序。從站PLC 自動控制程序流程圖如圖2 所示。

　　3.2 上位機組態(tài)

　　上位機監(jiān)控系統(tǒng)用于對耙料機的運行狀況進行集中監(jiān)控，工業(yè)控制計算機通過工業(yè)以太網與主站PLC相連。上位機操作系統(tǒng)選用Windows XP，上位機監(jiān)控軟件選用WinCC 6.1 組態(tài)軟件。上位機的主要功能是對耙料機的控制參數進行設置，監(jiān)控耙料機的運行，繪制并保存重要參數變化曲線。上位機組態(tài)的使用大大方便了現場操作人員對設備的操作，由于化肥散裝庫必須全封閉，夏天的高溫和刺激性氣味使生產環(huán)境異常惡劣，系統(tǒng)改造后操作人員不必在現場行車內操作，只需在監(jiān)控室內工控機上即可完成所有操作。同時維護人員的工作量也大大簡化，以前耙料機的維護主要依靠維護人員經驗，改造后通過組態(tài)實現故障的診斷可視化，所有重要數據曲線保存。上位機組態(tài)界面圖如圖3 所示。