毕业设计（论文）-PLC皮带秤控制系统硬件设计.doc

摘 要随着传感器、电子技术和微机技术的崛起，称重技术得到了迅速发展，称重在数字化，智能化等方面有长足的进步，称重装置的研究与开发也进入了一个段。皮带秤等衡器更是作为一种新兴的高技术产业而受到世界各国的普遍关注，用新技术，开发各种自动称重系统，提高动态称重的准确度，加强网络功能是发展的重点。我国的衡器产业己初具规模，但高档次衡器产品技术水平落后，具有自主知识产权的高档次衡器产品对发展我国的衡器产业具有重要意义。随着传感器技术、电子仪表技术的发展，可以输出电信号的速度传感器及称重传感器迅速取代了机械式皮带秤的相应机构，而对速度、重量信号进行放大处理及实现各种运算都可以放在电子仪表中完成，称量精确度提高了，秤架结构简化了，因此电子皮带秤迅速全面地取代了机械式皮带秤。但机械式皮带秤在其长达六十年左右的发展过程中也为皮带秤的使用积累了丰富的应用经验，没有机械式皮带秤的昨天，就没有电子皮带秤的今天。 关键词 可编程控制器;传感器;皮带秤abstractalong with spread a feeling machine, electronics technique technical with tiny machine of rising, weighed a technique to get a quick development, weigh at the numeral turn, the intelligence turn etc. contain substantial progress and research and development which weigh device also got into a segment. belt weight heng machine is also conduct and actions a kind of newly arisen and high technique industry but be subjected to an international community of widespread concern, use a new technique, develop various auto weigh system, raise the accurate degree that dynamic state weigh, strengthen the network function is the point of development. heng machine the industry personal beginning of our country has scale, but upscale time the heng machine product technique the level fall behind, have an independent intelligent property right of upscale time heng machine product to development our country of the heng machine industry have important meaning.along with spread a feeling machine technique, the technical development of the electronics appearance, can outputted the speed of telecommunication number to spread a feeling machine and weighed to spread a feeling machine to quickly replace correspond of the machine type leather belt steelyard organization, but to the speed, weight signal carry on enlarging a processing and carry out various operations can put in the electronics appearance completion, measured accuracy to raise, the steelyard structure simplified, so electronics leather belt steelyard quickly and completely replaced the machine type leather belt steelyard. but the machine type leather belt steelyard was also the usage backlog of leather belt steelyard in it as long as around 60 years of the development process abundant of applied experience, there is no yesterday of machine type leather belt steelyard, have no today of electronics leather belt steelyard.keywords plc; spread a feeling machine ;transducer;leather belt steelyardii目 录摘 要iabstractii引 言11 绪 论21.1 皮带秤配料自动控制系统简介21.2 问题的提出及解决方案32 皮带秤配料系统的整体设计52.1系统工作原理及工作过程52.2 系统整体工作框图53 皮带秤配料系统中的plc硬件选型与设计63.1 plc的基本知识63.2 s7-300简介93.3 plc的选型要点113.4 plc的中央处理器cpu的选型133.5 plc数字量输入/输出模块的选型与线路连接143.6 plc的模拟量输入模块的选型与线路连接143.7 模拟量输出模块的选型与线路连接163.8 ps307电源模块容量计算及选型164 皮带秤配料系统中的工业控制计算机174.1 工业控制计算机简介174.2 ipc的技术特点184.3 ipc的主要结构184.4 ipc的硬件组成194.5 工控机与plc的通讯204.6 皮带秤配料系统中工控机的选型与配置设计215 皮带秤配料系统中的传感器和变频器的设计与选型245.1 传感器245.2 接触器305.3 变频器34结束语40参考文献41谢 辞42第 42 页 共42页河北联合大学学士学位论文引 言本次设计为皮带秤控制系统的硬件设计，该系统的基本功能是实现八路皮带自动配料，最终生产出具有配料精确，快速产品的系统。该系统广泛使用在水泥、冶金、陶瓷等工业生产中。本设计我们用到了研华ipc-610-h作为系统上位机，s7-300的plc和各个模拟或数字量输入输出模块，控制圆盘给料机的变频器以及称重传感器等，以下几个章节对系统硬件配置，硬件链接，硬件选型以及个别模块容量计算进行将详细具体地介绍。河北联合大学学士学位论文1 绪 论1.1 皮带秤配料自动控制系统简介皮带秤配料自动控制系统总起来说就是运用各种自动控制技术完成各种原料的称重、配比、混合、运送等相应工艺操作的控制系统。皮带秤配料系统在水泥、冶金、化工等许多生产领域都有着广泛的应用。1908年，美国一个年轻人赫尔伯特梅里克发明了一种皮带输送机使用的城中设备，那是根据皮带速度和重量用机械方法运行无聊舒服量计算的世界上第一胎动态称重设备，这一发明完全改变了原有测量固体物料流量的方法。这是根据重力测量固体物料流量的设备后来被称为梅里克型机械式皮带秤。滚轮皮带秤由重力传递系统、滚轮、计数器和速度盘组成。速度盘转速正比于皮带速度。滚轮滚动的角速度正比于皮带上通过的物料量。滚轮在速度盘上滚动的位置由物料的重力大小来调整。当皮带上没有物料时，滚轮靠近速度盘中心，转速为零，计数器不累计；当皮带上有物料时，滚轮随着重力变大向周边移动，并带动计数器记下皮带上通过的物料总量。电子皮带秤使用最广泛的皮带秤。由承重装置、称重传感器、速度传感器和称重显示器组成。称重时，承重装置将皮带上物料的重力传递到称重传感器上，称重传感器即输出正比于物料重力的电压(mv)信号，经放大器放大后送模数转换器变成数字量a，送到运算器；物料速度输入速度传感器后，速度传感器即输出脉冲数b，也送到运算器；运算器对a、b进行运算后，即得到这一测量周期的物料量。对每一测量周期进行累计，即可得到皮带上连续通过的物料总量。电子皮带秤承重装置的秤架结构主要有双杠杆多托辊式、单托辊式、悬臂式和悬浮式 4种。双杠杆多托辊式和悬浮式秤架的电子皮带秤计量段较长，一般为28组托辊，计量准确度高，适用于流量较大、计量准确度要求高的地方。单托辊式和悬臂式秤架的电子皮带秤的皮带速度可由制造厂确定，适用于流量较小的地方或控制流量配料用的地方。称重显示器主要有数字显示和汉字显示两种，汉字显示为数字显示的升级产品。称重显示器有累计和瞬时流量显示，具有自动调零、半自动调零、自检故障、数字标定、流量控制、打印等功能。汉字显示除此之外还能显示速度。汉字显示在操作时有功能显示，能更好的帮助使用人员操作。电子皮带秤，由秤架，测速传感器，高精度测重传感器，电子皮带秤控制显示仪表等组成，能对固体物料进行连续动态计量皮带秤配料控制系统可以分为三种实现形式：（1）以继电器，接触器等电器设备来完成每一步的顺序控制。这种控制系统的自动化程度低，而且许多地方都需要人来手动完成，不仅工作效率低控制精度也难以提高。现已经基本被淘汰。（2）以单片机控制皮带秤配料自动控制系统。它具有价格便宜功能强大。既可以用于价格低廉的民用产品也可用于昂贵复杂的特殊应用系统。自带完善的外围接口，可直接连接各种外设，有强大的模拟量和数据处理能力。体积小，功耗低可用于电池供电的便携式产品。有高级语言支持，编程效率高，可移植性好的优点。但是它编程方法复杂，不容易上手。抗干扰能力差。（3）以可编程控制器（plc）技术取代继电器，接触器等电器设备来完成控制。plc具有容易开发，编程较简单，可靠性高，稳定、安全，功能强大，抗干扰能力强，有丰富的扩展模块和联网能力，可以做成大型复杂的工业控制系统的优点。但是plc的造价过高，体积大，功能扩展需要较多的模块，不适合大批量重复生产。1.2 问题的提出及解决方案本课题的提出是由于：皮带秤配料系统在诸多行业的工业生产过程中占有及其重要的地位，皮带秤配料工序的合理性、稳定性、准确性以及快速性直接影响到生产的产品质量。除此之外，我们还要求能够实现大规模的生产，这就要求我们对以往的系统进行改进。落后的配料设备不仅效率低，而且配料不准，手工操作又将人的因素引入配料环节，使工艺配方难以在生产中实现，严重影响产品质量的稳定及进一步提高。因此实现高精度、大规模的快速的皮带秤配料对工业企业生产有极为重要的意义。以前在这类控制中大多是以继电器，接触器等电器设备来或是用单片机来完成控制，自动化程度低，规模小，稳定性和安全性也小。现在，随着可编程控制器（plc），组态软件以及变频皮带秤技术的发展迫切的要求我们要能够使用plc实现皮带秤配料系统的自动控制。首先plc技术的具有很多优点如可靠性高，抗干扰能力强，适应性强，应用灵活。多数采用模块式的硬件结构，组合和扩展方便。编程方便，易于使用。 梯形图语言和顺控流程图语言使编程简单方便。控制系统设计、安装、调试方便。维修方便，工作量小。功能完善。除基本的逻辑控制、定时、计数、算术运算等功能外，配合特殊功能块，还可以实现点位控制、pid运算、过程控制、数字控制等功能，既方便工厂管理又可与上位机通信，通过远程模块还可以控制远方设备。组态软件技术具有直观，实时控制的特点广为使用。变频皮带秤技术优点变频皮带秤技术是近十几年来迅速发展起来的比以往任何皮带秤方法更加优越的新技术，具有节能效果明显、皮带秤曲线平滑、皮带秤过程简单、安全可靠、保护功能齐全、起动性能优越、自动化程度高等特点，被应用到工业生产控制过程中的任何场合，显著的节能效果也给众多的企业带来了巨大的经济效益， 变频器现已形成了与电机相配合的不同功率、不同用途的系列化产品，具有多种速度切换、加减速时间的外部设定、v/f曲线设定、转距升高调整、输出频率上、下限幅、频率跳跃等功能;具有各种接口，能与计算机、可编程序控制器及自动化仪表联机，并具有远程控制的功能。目前产品已经广泛地应用于石油、石化、钢铁、冶金、矿山、机械、纺织、建筑、造纸等行业。所以，基于以上优点，我们用plc实现皮带秤配料系统是非常必要的。也正是我们需要解决的问题。对此，我们皮带秤配料系统的初步设计方案就是使用工业控制计算机作为上位机，plc作为控制器，变频器作为我们的执行机构。其中，最主要的将会是各种硬件的选型、连接以及外围变送和放大电路的设计。以下几个章节将详细介绍具体的设计。2 皮带秤配料系统的整体设计2.1系统工作原理及工作过程我们要实现的是八路自动皮带秤配料的控制系统。该系统共有八路上料，每一路的上料都是有一定的配比，受到各个参数的约束。 它的基本工作原理是：当系统开始运行，八路上料系统根据需要开始上料，每一路的上料与否以及根据产品配比的要求下料多少，是受plc控制的。每一路上料的实际多少是由称重传感器测量，将测得的数据送到plc由预先使用step7编写好的程序进行处理，简单的说就是相乘的关系，这样可以得到每一路每一个小时下料的吨位。这个每小时的吨位与要求的吨位对比形成负反馈，反馈到plc，经过预置程序的控制以及使用pid控制算法处理调节执行机构变频器控制电动机，使整个系统达到预先的要求，从而生产出合格的产品。这就是整个皮带秤配料系统的工作原理的简单介绍。2.2 系统整体工作框图如下图所示，由上位机通过wincc组态软件或者可编程控制器控制整个系统的启停。主体“皮带秤”通过线路与两样设备连接：称重传感器、变频器。其中前两个设备的主要功能是信号采集，称重传感器采集各路皮带秤的数据，转换成相应的电信号，反映到可编程序控制器中，由其中的cpu按照事先编制的程序进行计算，从而得到各路配料的实际情况和给定值之间的差距。这中算法是根据pid算法控制进行控制，pid 控制是最早发展起来的控制策略之一，由于其算法简单、可靠性高，被广泛应用于工业过程控制，尤其适用于可建立精确数学模型的确定性控制系统。本系统的核心控制算法也是基于pid控制算法。实现该系统控制流程的方式主要分两种：(1)通过step7编写好的程序由plc按照设定的值进行pid控制。完成8路的自动配料。(2)通过手动控制，在变频器上输入pid参数，完成8路的自动配料。变频器的功能则是按照信息指令调节圆盘给料机电机的频率，达到对单路原料进行控制配比的目的。对各路皮带秤进行总体调节，即可完成按工业要求进行配比工作。这时，plc要完成两个工作：第一，要通过线路将各信号上传到上位机，由上位机的组态软件wincc接收，从而使工作人员可以完成组态监控工作；第二，plc向下将控制信号传送到各路变频器，变频器经过信号转换来控制皮带秤的圆盘给料机电机转速，实现各路配料按要求配比。在此过程中，工作人员可以通过上位机的组态画面实时监控系统的运行情况，一旦系统发生意外情况，或进行定期不定期维护，即可由上位机对plc进行控制和调试。 图1 系统整体工作框图3 皮带秤配料系统中的plc硬件选型与设计由于可编程序控制器在工业控制领域中所占的核心地位和日趋重要的发展态势。本章对配料系统中的可编程控制器进行了详细的介绍，并对可编程控制器s7-300的各个模块进行了细致的选型及设计。3.1 plc的基本知识（1）什么是plc 国际电工委员会(iec)对它的定义:可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序、执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。（2）plc的分类小型 plc 中型plc 大型plc（3）plc的结构plc实质是一种专用于工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同如图3所示。 图3 plc的结构中央处理单元(cpu)中央处理单元(cpu)是plc的控制中枢。它按照plc系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据;检查电源、存储器、1/0以及警戒定时器的状态，并能诊断用户程序中的语法错误。存储器存放系统软件的存储器称为系统程序存储器。存放应用软件的存储器称为用户程序存储器电源plc的电源在整个系统中起着十分重要得作用。一般交流电压波动在+10%(+15%)范围内，可以不采取其它措施而将plc直接连接到交流电网上去。输入输出元件 (1/o模块)1/o模块是cpu与现场uo装置或其它外部设备之间的连接部件。将外部输入信号变换成cpu能接受的信号，或将cpu的输出信号变换成需要的控制信号去驱动控制对象，以确保整个系统正常工作。编程器和外部设备（4）plc的工作原理 plc采用了一种不同于一般计算机的运行方式即扫描方式。工作过程当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，如图4所示。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 图4 plc的工作过程扫描周期plc的扫描周期包括自诊断、通讯等，如图5所示。一个周期等于自诊断、通讯、输入采样、用户程序执行、输出刷新等所有时间之和。 图5 plc的扫描周期 (5)可编程序控制器的主要功能和应用可编程控制器的设计思想是尽可能地利用当前先进的计算机技术去满足用户的需要，plc与继电器接触器控制电路的一个本质区别就是除了必要的与外部物理世界的接口(即i/0点)外，其它的逻辑功能均在其内部实现。这些逻辑功能不仅可以取代，而且远远超过诸如中间继电器、时间继电器等硬件逻辑所能达到的功能，从而为plc在可靠性和便利性上形成特色奠定了基础。plc的功能可分类如下:逻辑控制 定时控制 计数控制 步进(顺序)控制pid控制 数据控制:plc具有数据处理能力 通信和联网其它:plc还有许多特殊功能模块，适用于各种特殊控制的要求，如:定位控制模块，crt模块。(6)plc的编程语言plc与微机一样，是以指令程序的形式进行工作的，各种型号的plc一般均以梯形图语言为主，同时也兼顾一些其它形式的编程语言。以下列出了三种编程语言。梯形图 (lad) 指令语句表 (stl) 逻辑功能图(fbd) 图6 plc的编程语言3.2 s7-300简介plc选型依据 ：1)具有足够大的暂存器空间且独家提供档案暂存器空间，保证系统的配料配方量足够多足够大，透过专用指令操作保证配方的绝对安全2)通讯功能强大，通讯协议编程简单方便3)可扩展多个通讯口，为系统延伸控制与联网提供硬件支持4)经济实惠，运行可靠稳定性要好 (1)概述 西门子s7-300可编程序控制器是模块化小型plc系统，各种单独的模块之间可进行广泛组合以用于扩展，能满足中等性能要求。(2)s7-300的组成s7-300主要组成部分有:导轨、中央处理单元模板、接口模板 (im)、信号模板(sm)、功能模板 (fm)等。s7-300组成如图7所示。 图7 s7-300的组成负载电源模块 (ps):用于将 simatic s7-300连接到 120/220 v交流电源，或 24/48/60/110 v直流电源。 中央处理单元 (cpu)不同的 cpu有不同的性能，有的 cpu上集成有输入/输出点，有的 cpu上集成有 propibus-dp通讯接口等。 信号模块 (sm):用于数字量和模拟量输入/输出。通讯处理器 (cp):用于连接网络和点对点连接 功能模块 (fm):用于高速计数，定位操作 (开环或闭环定位)和闭环控制。 接口模块 (im):用于多机架配置时连接主机架 (cr)和扩展机架 (er) 。s7-300通过分布式的主机架 (cr)和 3个扩展机架 (er)，可以操作多达 32个模块。运行时无需风扇。（3）s7-300的类型 标准型 :温度范围从 0到 60 环境条件扩展型:温度范围从-25 到+60更强的耐受振动和污染特性。（4） s7-300的功能simatic s7-300的大量功能支持和帮助用户进行编程、启动和维护。 高速的指令处理 :0.60.1s的指令处理时间在中等到较低的性能要求范围内开辟了全新的应用领域。浮点数运算:用此功能可以有效地实现更为复杂的算术运算 方便用户的参数赋值 :一个带标准用户接口的软件工具给所有模块进行参数赋值，这样就节省了入门和培训的费用。 人机界面 (hmi):方便的人机界面服务已经集成在 s7-300操作系统内。因此人机对话的编程要求大大减少。simatic人机界面 (hmi)从 s7-30o中取得数据，s7-300按用户指定的刷新速度传送这些数据。s7-300操作系统自动地处理数据的传送 。 诊断功能 :cpu的智能化的诊断系统连续监控系统的功能是否正常、记录错误和特殊系统事件 (例如 :超时，模块更换，等等)。口令保护:多级口令保护可以使用户高度、有效地保护其技术机密，防止未经允许的复制和修改。操作方式选择开关 :操作方式选择开关像钥匙一样可以拔出，当钥匙拔出时，就不能改变操作方式。这样就防止非法删除或改写用户程序(5) s7-300的通讯方便用户的step7的用户界面提供了通讯组态功能，这使得组态非常容易、简单。simatic s7-300具有多种不同的通讯接口:多种通讯处理器用来连接 as-1接口、和工业以太网总线系统。串行通讯处理器用来连接点到点的通讯系统。 多点接口 (mpi)集成在 cpu中，用于同时连接编程器、pc机、人机界面系统及其他simatic s7/m7/c7等自动化控制系统。cpu支持下列通讯类型:过程通讯通过总线 (as-1或 profibus)对 u0模块周期寻址 (过程映象交换)数据通讯在自动控制系统之间或人机界面 (hmi)和几个自动控制系统之间，数据通讯会周期地进行或被用户程序或功能块调用 1,2。3.3 plc的选型要点在plc系统设计时，首先应确定控制方案，下一步工作就是plc工程设计选型。工艺流程的特点和应用要求是设计选型的主要依据。plc及有关设备应是集成的、标准的，按照易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则选型所选用plc应是在相关工业领域有投运业绩、成熟可靠的系统，plc的系统硬件、软件配置及功能应与装置规模和控制要求相适应。熟悉可编程序控制器、功能表图及有关的编程语言有利于缩短编程时间，因此，工程设计选型和估算时，应详细分析工艺过程的特点、控制要求，明确控制任务和范围确定所需的操作和动作，然后根据控制要求，估算输入输出点数、所需存储器容量、确定plc的功能、外部设备特性等，最后选择有较高性能价格比的plc和设计相应的控制系统。 （1）输入输出（i/o）点数的估算 i/o点数估算时应考虑适当的余量，通常根据统计的输入输出点数，再增加10%20%的可扩展 余量后，作为输入输出点数估算数据。实际订货时，还需根据制造厂商plc的产品特点，对输入输出点数进行调整。 （2）存储器容量的估算 存储器容量是可编程序控制器本身能提供的硬件存储单元大小，程序容量是存储器中用户应用项目使用的存储单元的大小，因此程序容量小于存储器容量。设计阶段，由于用户应用程序还未编制，因此，程序容量在设计阶段是未知的，需在程序调试之后才知道。为了设计选型时能对程序容量有一定估算，通常采用存储器容量的估算来替代。 存储器内存容量的估算没有固定的公式，许多文献资料中给出了不同公式，大体上都是按数字量i/o点数的1015倍，加上模拟i/o点数的100倍，以此数为内存的总字数（16位为一个字），另外再按此数的25%考虑余量。 （3）机型的选择 plc的类型 plc按结构分为整体型和模块型两类，按应用环境分为现场安装和控制室安装两类；按cpu字长分为1位、4位、8位、16位、32位、64位等。从应用角度出发，通常可按控制功能或输入输出点数选型。 整体型plc的i/o点数固定，因此用户选择的余地较小，用于小型控制系统；模块型plc提供多种i/o卡件或插卡，因此用户可较合理地选择和配置控制系统的i/o点数，功能扩展方便灵活，一般用于大中型控制系统。 输入输出模块的选择 输入输出模块的选择应考虑与应用要求的统一。例如对输入模块，应考虑信号电平、信号传输距离、信号隔离、信号供电方式等应用要求。对输出模块，应考虑选用的输出模块类型，通常继电器输出模块具有价格低、使用电压范围广、寿命短、响应时间较长等特点；可控硅输出模块适用于开关频繁，电感性低功率因数负荷场合，但价格较贵，过载能力较差。输出模块还有直流输出、交流输出和模拟量输出等，与应用要求应一致。 可根据应用要求，合理选用智能型输入输出模块，以便提高控制水平和降低应用成本。考虑是否需要扩展机架或远程i/o机架等。 电源的选择 plc的供电电源，除了引进设备时同时引进plc应根据产品说明书要求设计和选用外，一般plc的供电电源应设计选用220v电源，与国内电网电压一致。重要的应用场合，应采用不间断电源或稳压电源供电。 如果plc本身带有可使用电源时，应核对提供的电流是否满足应用要求，否则应设计外接供电电源。为防止外部高压电源因误操作而引入plc，对输入和输出信号的隔离是必要的，有时也可采用简单的二极管或熔丝管隔离。 存储器的选择 由于计算机集成芯片技术的发展，存储器的价格已下降，因此，为保证应用项目的正常投运，一般要求plc的存储器容量，按256个i/o点至少选8k存储器选择。需要复杂控制功能时，应选择容量更大，档次更高的存储器。33.4 plc的中央处理器cpu的选型 根据输入输出点数的要求选择cpu315（6es7315-2ag10-0ab0）作为本次设计的中央处理器。cpu315是s7-300的大脑，其装载存储器的基本容量为48k字节或80k字节，可用存储卡扩充装载存储器，最大容量可达到512kb。每执行1000条二进制指令约需0.3ms，最大可扩充1024点数字量i/0或128路模拟量通道。cpu315内装硬件实时时钟。 图9 cpu315模块面板布置示意图cpu315的操作系统是事件驱动的用户程序扫描过程。cpu响应哪个事件，操作系统自动调用该事件的组织块ob。 cpu315可调用128个功能块fb (0-127);128个功能调用fc (0-127); 127个数据块db (1-127, 0保留)。ob, fb, fc,db的容量均不大于8kb。此外，还有38个系统功能块sfc集成在操作系统中供用户调用;有9个系统数据块sdb装载s7-300系统参数。cpu315适用于要求高速处理和中等i/0规模的任务。它可以装载中等规模的程序，并具有中等的指令执行速度。cpu315满足系统的要求。3.5 plc数字量输入/输出模块的选型与线路连接 在皮带秤配料自动控制系统中，由于plc的cpu本身没有输入输出接口，需要使扩展模块作为系统的i/o口。在本系统中我们采用sm321 以及sm323来满足系统的要求。sm 321为 di 16 x dc 24 v，sm323数字量的输入/输出模块(6es7 323-1bl00-0aa0)sm 323; di 16/do 16 x dc 24 v/0.5 a 的属性： 16 点输入，电隔离为 16 组 16 点输出，电隔离为 8 组 额定输入电压 24 vdc 额定负载电压 24 vdc 输入适用于开关以及 2/3/4 线接近开关 (bero) 输出适用于电磁阀、dc 接触器和指示灯 3.6 plc的模拟量输入模块的选型与线路连接在皮带秤配料系统的plc硬件设计中需要将称重传感器的信号输送到plc中，这就需要用到模拟量的输入模板，模拟量的输入模板为sm331。sm331概述：sm331: ai8*12bit是8通道的模拟量输入模块，在系统中用于输入称重传感器的测量值。模块主要是由a/d转换部件、模拟切换开关、补偿电路、恒流源、光电隔离部件、逻辑电路等组成。a/d转换部件是模块的核心，其转换原理采用积分方法。积分式a/d转换的积分时间直接影响到a/d转换时间和a/d转换精度。积分时间越长，被测值的精度越高。sm331可选的积分时间有:2.5ms, 16.7ms, 20ms和100ms。相对应的以位表示的精度为8、12、12和14。为了抑制工频及谐波干扰，一般选用20 ms的积分时间，相应精度为12位。s7-300的cpu用16位的二进制补码表示模拟量的值，其中最高位为符号位s。 0”表示正值，“1”表示负值。s7-300模拟输入模块的输入测量值范围很宽，可直接输入电压、电流、电阻、热电偶等信号。sm331的每两个输入通道构成一个输入通道组，可以按通道组任意选择测量方法和测量范围。模块上需接24vdc的负载电压l+，有反接保护功能。模块与s7-300cpu及负载电压之间是光电隔离的。sm331: ai8*12bbit模拟量输入模块的电气原理图如图10所示。另外，为了使模拟量输入模块获得最佳的抗干扰性能，可以将不使用的通道与m短接。根据需要我们选用sm 331（ 6es7 331-7nf00-0ab0）模拟量输入模板作为我们的模拟量输入模板，具体的参数如下simatic s7-300的模拟输入 用于连接电压和电流传感器、热电耦、电阻器和电阻式温度计 8输入，高分辨率。 图10 8路输入模块的连接原理示意图3.7 模拟量输出模块的选型与线路连接模拟量输出模块sm332 用于连接模拟量执行器sm332可以输出电压，也可以输出电流。在输出电压时，可以采用2线回路和4线回路两种方式与负载相连。采用4线回路能获得比较高的输出精度。模拟量输出(简称模出(ao)模块sm332目前有三种规格型号，即4aol2位模块、2ao12位模块和4aol6位模块，分别为4通道的12位模拟量输出模块、2通道的12位模拟量输出模块、4通道的16位模拟量输出模块。sm332与负载/执行装置的连接。我们选择sm332（6es7 332-5hf00-0ab0）模拟量输出模板控制执行机构变频器。3.8 ps307电源模块容量计算及选型 ps307是西门子公司为s7-300专配的24 v dc电源。ps307系列模块除输出额定电流不同外(有2 a、5 a、10 a三种)，其工作原理和各种参数都相同。 ps307可安装在s7-300的专用导轨上，除了给s7-300 cpu供电外，也可给i/o模块提供负载电源。图11为ps307 2a模块端子接线图。 s7-300模块使用的电源由s7-300背板总线提供，一些模块还需从外部负载电源供电。在组建s7-300应用系统时，考虑每块模块的电流耗量和功率损耗是非常必要的. 一个实际的s7-300 plc系统，确定所有的模块后，要选择合适的电源模块，所选定的电源模块的输出功率必须大于cpu模块、所有i/o模块、各种智能模块等总消耗功率之和，并且要留有30左右的裕量。当同一电源模块既要为主机单元又要为扩展单元供电时，从主机单元到最远一个扩展单元的线路压降必须小于0.25 v。ps307电源模块的输入接单相交流，输入电压为120/230v, 50/60hz;输出电压24vdc，输出电流5a;在输入和输出之间有可靠的隔离。图11 ps307 2a模块端子接线图s7-300系统时要选择合适的电源模块。其选择准则是电源模块的输出功率必须大于cpu模块与所有i/0模块之和。表1 s7-300各模块电流耗量和功率损耗模块通过背板总线吸取的电流（最大值）从24v负载电源吸收的电流（不带负载运行）功率损耗（正常运行）cpu315供1.2a1a8wsm32125ma1ma3.5wsm32380ma100ma6.5wsm33160ma60ma1.3wsm33260ma340ma6wcm35150ma -如上表所示，该系统各个模块从s7-300背板总线吸取的电流为60+60+150+80+25=375ma没有超过cpu315所能转供的电流1. 2a。考虑到电源应留有一定的余量，所以电源模块应选ps307 (2a) 4。(6es7 307-1ba00-0aa0)4 皮带秤配料系统中的工业控制计算机4.1 工业控制计算机简介工业个人计算机（industrial personal computeripc）是一种加固的增强型个人计算机，它可以作为一个工业控制器在工业环境中可靠运行。早在80年代初期，美国ad公司就推出了类似ipc的mac-150工控机，随后美国ibm公司正式推出工业个人计算机ibm7532。由于ipc的性能可靠、软件丰富、价格低廉，而在工控机中异军突起，后来居上，应用日趋广泛。目前，ipc已被广泛应用于通讯、工业控制现场、路桥收费、医疗、环保及人们生活的方方面面。4.2 ipc的技术特点采用符合“eia”标准的全钢化工业机箱，增强了抗电磁干扰能力。采用总线结构和模块化设计技术。cpu及各功能模块皆使用插板式结构，并带有压杆软锁定，提高了抗冲击、抗振动能力。机箱内装有双风扇，正压对流排风，并装有滤尘网用以防尘。配有高度可靠的工业电源，并有过压、过流保护。电源及键盘均带有电子锁开关，可防止非法开、关和非法键盘输入。具有自诊断功能。可视需要选配i/o模板。设有“看门狗”定时器，在因故障死机时，无需人的干预而自动复位。开放性好，兼容性好，吸收了pc机的全部功能，可直接运行pc机的各种应用软件。可配置实时操作系统，便于多任务的调度和运行。可采用无源母板（底板），方便系统升级。4.3 ipc的主要结构全钢机箱ipc的全钢机箱是按标准设计的，抗冲击、抗振动、抗电磁干扰，内部可安装同pc-bus兼容的无源底板。无源底板无源底板的插槽由isa和pci总线的多个插槽组成，isa或pci插槽的数量和位置根据需要有一定选择，该板为四层结构，中间两层分别为地层和电源层，这种结构方式可以减弱板上逻辑信号的相互干扰和降低电源阻抗。底板可插接各种板卡，包括cpu卡、显示卡、控制卡、i/o卡等。工业电源为at开关电源，平均无故障运行时间达到250，000小时。cpu卡ipc的cpu卡有多种，根据尺寸可分为长卡和半长卡，根据处理器可分为386、486、586、pii、piii主板，用户可视自己的需要任意选配。其主要特点是：工作温度0-600c；装有“看门狗”计时器；低功耗，最大时为5v/2.5a。其他配件ipc的其他配件基本上都与pc机兼容，主要有cpu、内存、显卡、硬盘、软驱、键盘、鼠标、光驱、显示器等。4.4 ipc的硬件组成微型计算机控制系统硬件主要有主机，过程输入输出通道（设备），常规外部设备，通信设备，操作设备，系统支持设备的组成。（1）主机由微处理器，内存贮器（ram和rom）和系统总线构成的主机是控制系统的核心。主机根据过程输入通道发送来的，反映生产过程工况的各种信息和已定的控制规律，做出相应的控制决策，并通过过程输出通道发出控制命令，达到预定的控制目的。主机所产生的控制是按照人们预先安排好的程序进行的。能实现过程输入，控制和输出等功能的程序预先放入内存，系统启动后，cpu逐条取出并执行，产生预定控制。（2）过程输入输出通道过程输入输出通道，是在微机和生产过程之间起信息传递和变换作用的装置。它包括：模拟量输入通道（ai）, 开关量输入通道（di），模拟量输出通道（ao）和开关量输出通道（do）。（3）操作设备系统的操作设备是操作员和系统之间的信息交换工具。操作设备一般由crt显示器（或其他显示器）、键盘、开关和指示灯等构成。操作员通过操作设备可以操作控制系统和了解系统的运行状态。微机控制系统的操作员分两种，系统操作员和生产操作员。系统操作员负责建立和修改系统，如编制程序和组态等；生产操作员负责与生产过程运行有关的操作。为了安全和方便，系统操作员和生产操作员的操作设备一般是分开的。（4）常规外部设备常规外部设备是指键盘终端、打印机、绘图机、磁盘等一类微机输入输出设备。（5）通信设备规模较大的工业生产过程，其控制和管理也较复杂，往往需用几台或几十台微机才能分级完成控制和管理任务。这样，系统中的微机之间需要通信。为此，由通信设备将系统中的微机互连起来，构成控制与管理网络。（6）系统支持功能系统支持功能主要包含以下几部分。监控定时器。俗称看门狗（watchdog）,其主要作用是，在系统因干扰或其它原因出现异常时，如“飞程序”或程序进入死循环，使系统自动恢复正常运行，从而提高系统可靠性。实时日历钟。实时日历钟使系统具有时间驱动能力，如在指定时刻产生某种控制或自动记录某个事件发生的时间等。实时日历钟在电源掉电时仍应正常工作。4.5 工控机与plc的通讯本设计是通过多点接口(mpi)协议的数据通信 来实现工控机与plc的通讯。mpi 是多点接口（multi point interface ）的简称，mpi 的物理层是 rs-485，通过mpi 能同时连接运行step 7 的编程器、计算机、人机 界面(hmi)及其他 simatic s7，m7 和c7。 通过mpi 接口实现全局数据(gd)服务，周期性地相互进行数据交换。另外，组态软件wincc带有opc的客户接，上位机通过opc服务器就可以与网卡进行通信了，使用者不需要自己编写通讯协议，这使得plc与工控机之间的通讯联接变得非常简便。这也是选用西门子wincc组态软件作为系统的监控软件的原因之一。wincc与s7 plc通过mpi协议通讯时，在plc侧不须进行任何编程和组态；在wincc上要对s7 cpu的站地址和槽号及网卡组态。（1）pc机上mpi网卡的设置与安装。首先，将mpi网卡cp5613插入pc机上并不固定好，然后，启动计算机，在pc机的控制面板中双击“setting pg/pc interface”图表，弹出窗口中就会显示已安装的网卡。（2）在wincc上添加siamtic s7通讯协议网卡安装正确后，打开wincc，选择“tag management”击右键选择“add newdriver”，再弹出窗口中选择”siamtic s7 protocol suite”连接驱动，将其添加到”tag management”向下， s7协议组包括在不同网络上应用的s7协议，如mpi网，profibus网，以及工业以太网等，在这些网络上，应用层是s7协议，这里我们通过mpi通讯。（3）在wincc通讯连接参数设选择mpi通讯协议并按右键选择“system parameter”进入系统参数设置界面（4）在wincc上建立通讯连接选择mpi通讯驱动并按右键选择“new driver connection”建立一个连接，如果连接多个cpu，每连接一个cpu就需要建立一个连接，所能连接的cpu的数量与上位机所用网卡有关，例如 cp5611所能支持的最大连接数是8个，网卡的连接数可以在手册中查找。这里需要修改每个连接的属性，如选择cpu的站地址和槽号等， 连接s7-300 cpu时槽号都是2，连接s7-400 cpu时，槽号应参照step7硬件组态中的槽号，所有这些工作完成之后通讯就可直接以建立起来。（5）通讯诊断 如果此时通讯有问题，应检查网卡是否安装正确，通讯电缆和接头是否接触良好，组态参数是否正确等，如果使用cp5511，cp5611或cp5613通讯卡，诊断起来就比较简单，在pc机的