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西門子SM331模擬量16點輸入
西門子產(chǎn)品訂貨號：6ES7321-1BH02-0AA0

西門子產(chǎn)品價格：98  RMB

西門子產(chǎn)品凈重：0.370 Kg

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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(xiàn)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(jīng)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(chǎn)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(jù)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(shù)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(shù)、定位（開環(huán)/閉環(huán)）及 PID 控制的功能模塊（FM）。

根據(jù)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(xiàn)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(wǎng)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(jīng)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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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(shù)據(jù)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(jīng)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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基于可編程控制器的工業(yè)機械手無線遙控系統(tǒng)

　　無線數(shù)傳模塊是一種集成式的于無線數(shù)據(jù)收發(fā)的模塊，可直接通過數(shù)據(jù)總線與其它控制、采集等模塊連接完成無線數(shù)據(jù)收發(fā)功能，廣泛應用于工業(yè)遙控、遙測，無線抄表，自動化數(shù)據(jù)采集等場合。具有可靠性高，功耗低，協(xié)議透明使用方便等優(yōu)點。傳輸距離可以達到幾十*百米，有些甚至可以到上千米的距離。目前很多廠商推出了工業(yè)化、系列化的產(chǎn)品，可以根據(jù)不同的使用場合和要求選擇合適的產(chǎn)品。

　　目前一些廠家推出了的基于嵌入式處理器的工業(yè)用無線遙控器，其性能優(yōu)異，集成度高。如HBC、JAY等，應用于混凝土泵車、裝載機等場合。但由于其一般針對工程設備，不具有較好的通用性及可擴展性，且主要是國外廠家，價格高昂，其應用推廣受到限制。

　　在我們研制的多關節(jié)工業(yè)機械手中，采用PLC作為其主控制器，完成對液壓泵站和各關節(jié)液壓閥的開關及比例控制，實現(xiàn)機械手的基本功能。采用無線數(shù)傳模塊通過無線通信方式收發(fā)數(shù)字信號，實現(xiàn)遠程無線遙控功能，所設計的手持遙控器的輸入開關量及模擬量由16位單片機采集并編碼輸出。

　　1.總體方案

　　該機械手用于巷道內進行混凝土噴漿作業(yè)，有自動和手動操作兩種模式。自動模式下，PLC控制機械手各關節(jié)按程序預定的軌跡運動，調整機械手末端的方位與角度，使噴漿噴頭按設定軌跡運動，且始終垂直于受噴的巷道面，完成巷道表面的噴漿作業(yè)。手動模式下，由操作員分別采用按鈕和比例搖桿對開關閥和比例閥進行控制，驅動各關節(jié)運動，控制混凝土噴頭的方位及角度。其中按鈕控制泵站的啟停及開關閥的方向切換，比例搖桿則根據(jù)操作人員的控制，形成一個±10V范圍內的模擬量，比例閥根據(jù)模擬量的大小及方向，控制關節(jié)運動速度的大小及方向。其控制系統(tǒng)功能框圖如圖1所示。

　　圖1機械手控制系統(tǒng)功能框圖

　　在布線方便的情況下，按鈕操作及搖桿操作的開關及比例信號可通過電纜直接輸入到PLC的數(shù)字量及模擬量輸入模塊。這種方式結構簡單、成本低、可靠性高，控制系統(tǒng)的硬件設計及軟件編程極為簡化。但在實際工業(yè)現(xiàn)場中，布線受到諸多限制，尤其是對于移動型設備，采用有線控制方式人員操作不夠方便靈活。由于我們研制的機械手需要在軌道上長距離運動，且操作距離較遠，因此必須采用無線遙控操作的方式。為此我們采用無線數(shù)傳模塊作為通信模塊，并設計了基于16位單片機的手持式操作器，改進后的遙控型機械手控制系統(tǒng)總體功能框圖如圖2所示。無線數(shù)傳模塊成對使用，在手持操作器端和機械手本體上的控制系統(tǒng)端各有一塊，分別完成數(shù)據(jù)的無線發(fā)送及接收功能。在控制系統(tǒng)需要的時候，也可以雙向收發(fā)，即同一端的數(shù)傳模塊在數(shù)據(jù)接收和數(shù)據(jù)發(fā)送功能中切換。此時需要注意，數(shù)傳模塊的發(fā)送與接收功能的切換需要一定的時間?！　∈殖植僮髌鞲鶕?jù)操作員對按鈕及搖桿的不同操作，通過IO口及AD轉換進行采集，采集后的信息進行數(shù)字編碼后形成指令，以ASCII碼的形式通過串口發(fā)送到無線數(shù)傳模塊，無線數(shù)傳模塊再將指令以無線方式發(fā)出;機械手上的控制系統(tǒng)的數(shù)傳模塊接收到發(fā)送來的指令編碼后通過串口總線傳送至PLC，PLC對指令編碼進行解碼，分解出不同的操作指令，然后進行邏輯運算，根據(jù)不同的指令得到不同的需要執(zhí)行的動作，再通過數(shù)字輸出和模擬輸出控制相應的繼電器或閥動作，從而實現(xiàn)對機械手各關節(jié)的遠程無線操作。通過信號電纜連接到PLC的按鈕操作輸入及搖桿操作輸入保留在機械手本體上，作為備份或檢修使用。同時，在PLC數(shù)字輸入口和手持操作器上均設置遙控操作切換按鈕，可以進入或退出遙控操作模式。PLC上的按鈕操作應具有更高的優(yōu)先級。

　　由于搖桿操作采集的對象為搖桿的比例位置狀態(tài)，它采用的是自動對中的設計的。因此在控制系統(tǒng)軟件結構上，采用循環(huán)發(fā)送指令的方式。即進入無線控制狀態(tài)后，手持操作器就定時地將采集到的狀態(tài)發(fā)送出來，而不管此時有沒有操作人員的操作輸入。

　　圖2遙控型機械手控制系統(tǒng)功能框圖

　　2.通信模式選擇

　　無線數(shù)傳模塊一般具備三種接口模式：TTL電平UART接口，可直接與單片機或其它芯片的串口管腳相連;標準的RS-232接口;標準的RS-485接口。其中232接口模式與485接口模式通過跳線進行切換。西門子的S7-200系列PLC具備一個或兩個RS-485標準的接口，因此可以采用后兩種方式，將PLC直接與無線數(shù)傳模塊的485接口相連;或者利用與PLC相配的PC/PPI電纜將PLC的485接口轉換為232接口后，再與無線數(shù)傳模塊的232接口相連。

　　S7-200系列PLC的通訊端口支持多種通訊協(xié)議，此處可以采用的有兩種。一種是西門子的PPI主-從協(xié)議，利用這種協(xié)議主站可以直接對從站，即控制系統(tǒng)中的PLC，發(fā)出指令，控制從站的各端口及功能。這種方式PLC的編程簡單，不需要對原有從站程序進行修改。但是PPI協(xié)議不是一個公開的協(xié)議，在文獻[4>中提到了一種通過串口偵聽獲取PPI協(xié)議從而利用主站編程控制從站的方式。另外一種通訊模式是自由口模式，利用自定義的PLC程序控制S7-200CPU的通訊端口，使用用戶自己定義的通訊協(xié)議來實現(xiàn)與外界的通訊。這種模式支持ASCII和二進制協(xié)議。自由口模式使用簡單、靈活，但需要對PLC進行專門的編程。因為無線遙控所需數(shù)據(jù)量不大，通過比較，選擇了自由口通訊模式，以ASCII碼的形式在手持操作器和PLC之間傳遞命令和反饋信息。在PLC內編寫了專門的無線控制程序，實現(xiàn)無線控制狀態(tài)下的數(shù)據(jù)通信及對機械手的控制。

　　無線數(shù)傳模塊的功能僅為實現(xiàn)PLC與手持操作器的無線通信功能，對于PLC與手持操作器中CPU而言，通過無線數(shù)傳模塊的無線通信與通過串行端口直接相連的有線通信兩種方式，在編程上是沒有任何差別的。

　　單片機與無線數(shù)傳模塊的通信接口則可以選擇三種接口模式中的任一種，既可以采用簡單的直接相連;為提高穩(wěn)定性，也可以采用232或485芯片進行電平轉換后再與數(shù)傳模塊相連。為保持更好的可擴展性，我們選擇了RS-232接口標準。

　　3.手持操作器的設計

　　手持操作器的功能為通過處理器的數(shù)字IO及AD功能檢測按鈕及搖桿上的操作輸入，并將轉換后的數(shù)字信號進行編碼后形成控制指令，通過無線數(shù)傳模塊發(fā)出。

　　XC166系列單片機是英飛凌科技(Infineon)的16位微控制器產(chǎn)品，其優(yōu)異的內核結構，高效的指令集，以及不斷擴充更新的產(chǎn)品線，使其廣泛應用于汽車電子、工業(yè)控制和信息技術領域。該系列單片機具有豐富的接口模式，如14通道10位AD變換器，同步/異步串行通道USART，高速同步串行通道SPI，CAN模塊，79個IO引腳等，并可與各種設備組成通訊網(wǎng)絡。同時，該系列單片機適應于惡劣的工業(yè)環(huán)境，工作溫度可在-40～125°C。[6>針對我們所設計的手持操作器的功能，我們選擇了XC166系列中的XC164CS型單片機。這樣只需附加極少的外圍硬件，就可以實現(xiàn)所需的功能，同時，使該遙控器具有工作性能穩(wěn)定和易于進行功能擴展的優(yōu)點。

　　手持操作器的功能模塊主要包括AD采樣功能，即采集搖桿操作產(chǎn)生的比例控制電壓;數(shù)字IO功能，即采集按鈕操作狀態(tài)和進行一些功能狀態(tài)顯示;通訊功能，即定時地將采集到的控制指令按規(guī)定的格式編碼后通過串口以無線的方式發(fā)送。

　　手持操作器由電池供電，XC166系列單片機及無線數(shù)傳模塊可以滿足低功耗的要求。

　　4.數(shù)據(jù)可靠性

　　無線遙控操作系統(tǒng)必須保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)母呖煽啃院涂刂频陌踩?，避免發(fā)生失控和錯誤控制指令現(xiàn)象，本系統(tǒng)主要通過以下幾方面來保證：

　　無線數(shù)傳模塊的高抗*力和低誤碼率，高效前向糾錯信道編碼技術;

　　串行通訊協(xié)議校驗，一般采用奇偶校驗;

　　軟件協(xié)議校驗;通過軟件編程，對發(fā)送的數(shù)據(jù)進行校驗，可采用CRC校驗、交互確認或多次發(fā)送對比的方式。在我們的程序中采用同一動作指令重復發(fā)送的方式，只有命令指令與確認指令*相同，PLC才接受指令，否則忽略此指令。這樣就*避免了通信所產(chǎn)生的錯誤指令;

　　PLC的“軟件看門狗”;在PLC程序中設置定時程序，當超時未收到無線指令時，停止機械手動作，防止由于通訊中斷而使機械手失控;

　　通過以上四個措施，可以有效地保證無線遙控的可靠性，防止產(chǎn)生錯誤操作指令或機械手失控。