球团生产工艺中的供料系统PLC控制系统设计-毕业论.doc

摘 要球团生产工艺的概念，球团生产工艺是一种提炼球团矿的生产工艺，球团与烧结是钢铁冶炼行业中作为提铁矿石的两种常用工艺。球团矿就是把细磨铁精矿粉或其他含铁粉料添加少量添加剂混合后，在加水润湿的条件下，通过造球机滚动成球,再经过干燥焙烧，固结成具有一定强度和冶金性能球形含铁原料。本文介绍了PLC的基本结构和工作原理，西门子S7-300/400系列PLC的硬件结构、指令系统、编程方式以及STEP7软件的使用。通过这些知识，对球团生产工艺中的供料系统进行PLC控制系统设计，仿真调试，介绍了PLC硬件组态及软件编程的过程，最后应用仿真软件PLCSIM，对程序进行调试。关键词：球团生产工艺、PLC、编程，调试 AbstractThe concept of the pellet production process, the pellet production process is refining the production process of the pellets, pelletizing and sintering are two commonly used process of iron and steel smelting industry as mentioned in the iron ore. pelletizer pellets is finely ground iron ore powder or iron powder to add a small amount of additives mixed, add water, wetting conditions, rolling into a ball, then after dry roasting, solid form with a certain intensity and metallurgical properties of spherical iron materials. This article describes the basic structure and working principle of the PLC, the use of the Siemens S7-300/400 series PLCs hardware architecture, instruction set, programming and STEP7 software. Through this knowledge, the feeding system in the pellet production process of the PLC control system design, simulation, debugging, introduced the process of the PLC hardware configuration and software programming, the PLCSIM of the last application of simulation software, the program for debugging.Keywords：Pellet production process、PLC、programming、Debugging目 录1 绪论11.1 球团工艺的发展状况11.2 球团工艺简介11.2.1 球团基础知识11.2.2 球团生产工艺21.3 本课题主要内容32 PLC控制系统设计42.1 可编程控制器简介42.1.1 可编程控制器的基本结构42.1.2 可编程控制器的工作原理42.2 S7-400系列PLC简介52.2.1 S7-400的CPU模块62.2.2 S7-300的输入/输出模块62.2.3 S7-400的通信处理器模块72.2.4 S7-400的电源模块82.2.5 ET200分布式I/O接口模块82.2.6 PRIFIBUSDP网络82.3 供料系统硬件设计92.3.1 系统硬件选型92.3.2 球团生产线在STEP7中的硬件配置93 西门子STEP7编程软件113.1 西门子STEP7编程软件简介113.2 S7-400用户程序的模块化结构123.3 Step-7常用指令介绍133.3.1 触发器指令133.3.2 定时器与计数器指令133.4 S7-PLCSIM仿真软件144 供料系统程序设计流程164.1 供料系统简介164.2 I/O点说明174.3 供料程序设计18总结29致谢30参考文献31附录32顺序控制程序321 绪论1.1 球团工艺的发展状况由于天然富矿日趋减少，大量贫矿被采用；而铁矿石经细磨、选矿后的精矿粉，品位易于提高；过细精矿粉用于烧结生产会影响透气性，降低产量和质量；细磨精矿粉易于造球，粒度越细，成球率越高，球团矿强度也越高。综上所述原因，球团生产工艺在进入21世纪后得到全面发展与推广如今球团工艺的发展从单一处理铁精矿粉扩展到多种含铁原料。球团产品也已用于炼钢和直接还原炼铁等。球团矿具有良好的冶金性能：粒度均匀、微气孔多、还原性好、强度高，有利于强化高炉冶炼。目前主要的几种球团焙烧方法：竖炉焙烧球团、带式焙烧机焙烧球团、链箅机回转窑焙烧球团。竖炉焙烧法采用最早，但由于这种方法本身固有的缺点而发展缓慢。目前采用最多的是带式焙烧机法，60以上的球团矿是用带式焙烧机法焙烧的。链箅机回转窑法出现较晚，但由于它具有一系列的优点，所以发展较快，今后很可能成为主要的球团矿焙烧法。随着国际上直接还原炼铁技术的发展，其规模和产量迅速增加，都必须优先采用球团矿为入炉料。纵观世界采矿业，细精矿的产量大幅增加，富块矿和粉矿的产量相应减少。世界球团矿的产量和质量在迅速提升。我国所产的炼铁原料几乎都是细精矿，用于生产烧结矿已是不合时宜的、不合理的加工方法，应将其用来生产球团矿才是一种先进的炉料加工方法。另外我国目前钢铁生产所需铁矿粉大部分需要进口，其中细精矿的比例越来越高，这些细精矿都应采用球团法加工成炉料。我国球团矿开始较大规模生产的时间不长，所以球团矿仅是高炉用自然碱度的酸性球团矿，产品质量还存在很多问题，竖炉工艺和小型工厂生产的球团数量超过一半以上。我国球团矿生产存在的主要问题包括： 铁精矿粒度粗、铁品位偏低，进口球团矿品位一般都在65%以上，而我国竖炉球团矿大多在60%左右； 膨润土用量偏高，竖炉球团平均膨润土消耗量在40kg/t，高于国外2倍多； 成品球团矿抗压强度比进口球团矿低； 单台设备生产能力偏小。总之，我国的球团生产仍处于低水平的发展阶段，但其发展前景十分广阔。如今球团工艺的发展从单一处理铁精矿粉扩展到多种含铁原料，生产规模和操作也向大型化、机械化、自动化方向发展，技术经济指标显著提高，并要努力赶上世界先进水平。1.2 球团工艺简介1.2.1 球团基础知识球团法是将细磨精矿制成能满足冶炼要求的块状物料的一个加工过程。其过程为：将准备好的原料（细磨精矿或其他细磨粉状物料，添加剂或粘结剂等），按一定的比例经过配料混匀，在造球机上经滚动而造成一定尺寸的生球，然后采用干燥和焙烧或其他方法使其发生一系例的物理化学变化而硬化固结。这一过程就叫作球团过程，这种方法称为球团法。它所得到的产品就叫作球团矿。根据球团矿固结温度和气氛的差异，球团法所得到产品可分为氧化球团矿、冷固球团矿、金属化球团矿等。按照球团矿的碱度一般分为酸性和自熔性两种。酸性球团矿与自熔性球团矿相比，前者在生产上不会引起操作上的困难，而且其品位高、强度好，便于长途运输。同时又由于大多数烧结厂生产高碱度烧结矿，需要酸性球团矿配合使用以满足高炉冶炼的要求。所以，目前世界各国仍以生产酸性球团矿为主。球团矿是一种高效的造块方法，球团矿无论是在高炉、转炉或电炉中都能使用。其主要优点如下：适于进行大规模生产；l 球团矿呈球形，粒度均匀，从而保证了在高炉中料柱的良好透气性；l 球团矿的还原性好；l 球团矿在运输和多次转运和条件下破碎很少，可以露天存放。根据高炉生产的理论和实践，对入炉原料的基本要求有如下几点：l 品位高、杂质少、化学成分稳定l 强度好、粉末少、粒度均匀l 易还原、粉化少、高温性能好球团矿是一种理想的高炉精料，主要表现在：l 铁品位高、有害元素少l 生产球团矿能扩大冶炼含铁原料的来源l 生产球团矿能扩大冶炼燃料的来源总之，生产球团矿可以根据各种矿石原料的性质，采用不同的球团法和各种技术措施，人为地改善入炉原料的各种性质，为高炉冶炼提供粒度均匀、成份稳定、物理化学特性以及冶金性能良好的精料，使其最大限度地满足冶炼的要求，大大地强化冶炼过程。1.2.2 球团生产工艺原料系统把精矿粉和膨润土送入配料间和膨润土配料矿槽。精矿粉和膨润土通过电子称在配料室按一定比例进行集中配料，由胶带运输机送至干燥机进行干燥混匀，将混合料充分混匀并控制其水份在8以下，送入润磨系统，分料后由皮带机送至竖炉系统的圆盘造球机进行造球。具有一定强度和粒径的生球由皮带机送至生球圆辊筛分机进行筛分，小于等于6mm、大于等于18mm粒径的小球和粉末由返矿皮带机送至造球机重新造球，筛上生球经皮带称计量后由皮带机送至竖炉间，由梭式布料小车均匀布入竖炉内。生球在炉内经过干燥、预热、焙烧、均热和冷却等过程变成成品，由振动给料机排放到链板机上，然后通过成品筛分机进行筛分，粒径6mm的成品球团矿通过胶带运输机经计量后送入成品系统，粒径5mm以下的小球和碎块由皮带机送到返矿槽。流程图如图所示：图1.1 球团生产工艺流程图1.3 本课题主要内容本文共分为四章，主要介绍球团生产线中上料供料系统的PLC控制系统设计。第一章主要介绍了球团的生产工艺；第二章主要介绍了球团生产线供料系统PLC的硬件设计；第三章简要介绍了STEP7及PLCSIM软件的应用；第四章介绍了球团生产线供料系统PLC的软件设计包括控制流程、I/O表及具体的程序分析和调试过程； 最后对全文进行了总结。2 PLC控制系统设计2.1 可编程控制器简介2.1.1 可编程控制器的基本结构PLC专为工业场合设计，采用了典型的计算机结构，主要是由CPU模块、编程器、电源、存储器和专门设计的输入输出接口电路等组成。1CPU模块CPU模块是PLC的核心，每套PLC至少有一个CPU模块，它按PLC的系统程序赋予的功能接收并存贮用户程序和数据，用扫描的方式采集现场输入装置的状态或数据，并存入规定的寄存器中，同时，诊断电源和PLC内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误等。2存储器虽然各种PLC的CPU的最大寻址空间各不相同，但是根据PLC的工作原理，其存储空间一般包括以下三个区域：（1）系统程序存储区；（2）系统RAM存储区（包括I/O映像区和系统软件设备等）；（3）用户程序存储区。3输入/输出模块I/O模块是PLC 与外部电器回路的接口，I/O模块集成了PLC的I/O电路，其输入寄存器反映输入信号状态，输出点反映输出锁存器状态。PLC输入接口的输入设备一般是各种开关、按钮、传感器触点等；PLC的输出接口与被控对象相连，一般是接触器、电磁阀、指示灯等。I/O模块分为数字量输入、数字量输出、模拟量输入、模拟量输出等模块。4电源模块PLC电源用于为PLC各模块的集成电路提供工作电源，同时，有的还为输入电路提供24V的工作电源。电源输入类型有：交流电源（220V AC 或110V AC），直流电源（常用的为24V AC）。5底板或机架大多数模块式PLC使用底板或机架，其作用是：电气上，实现个模块间的联系，使CPU能访问底板上的所有模块；机械上，实现各模块间的连接，使各模块构成一个整体。6可编程控制器系统的其它设备。2.1.2 可编程控制器的工作原理其工作原理主要分为三个阶段：输入采样阶段用户程序执行阶段输出刷新阶段。第一阶段，PLC以扫描方式读入所有输入状态和数据，存入I/O印象区的相应单元；第二阶段，PLC总是按照从上到下的顺序依次扫描用户程序。在扫描每一条梯形图时，按照先左后右、先上后下的顺序对控制线路进行逻辑运算。然后根据这个结果刷新I/O印象区的状态，排在下面的梯形图，被刷新的逻辑线圈在下个扫描周期才对排在上面的程序起作用；第三阶段，输出印象寄存器中存放的是1，对应继电器的常开触点闭合，输出印象寄存器中存放的是0,对应继电器的常开触点断开。第二阶段和第三阶段即使输入状态和数据发生变化，I/O印象区中对应单元的状态和数据不会改变。2.2 S7-400系列PLC简介S7400是具有中高性能的PLC，采模块化无风扇设计，适用于对可靠性要求极高的大型复杂的控制系统。S7400采用大模块结构，大多数模块的尺寸为25mm（宽）*290mm（高）*210mm（深）。S7400主要由机架（RACK）、电源模块（PS）、中央处理单元（CPU）模块、接口模块（IM）、数字量输入/输出（DI/D0）、模拟量输入/输出模块（AI/AO）模块、信号模块（SM）、功能模块(FM)和通信处理器（CP）等部分组成，DI/D0模块和AI/AO模块统称为信号模块（SM）。S7400的模块都有名称，同样名称的模块根据接口名称和功能的不同，又有不同的规格，在PLC的硬件组态中，以订货号为准。图2.1 装有S7-400模块的基板S7400提供了多种级别的CPU模块和种类齐全的通用功能模块，使用户能根据需要组合成不同的专用系统。S7400的模块插座焊在机架中的总线接板上，模块插在模块插座上，有不同槽数的机架供用户选择，如果一个机架容纳不下所有的模块，可以增设一个或数个扩展机架，各机架之间通过接口模块和通信电缆交换信息。中央机架必须配置CPU模块和一个电源模块，可以安装除用于接收的IM（接口模块）外所有的S7400模块。如果有扩展机架，中央机架和扩展机架都需要安装接口模块。扩展机架可以安装除CPU、发送IM、IM4632适配器外的所有S7400模块，但是电源模块不能与IM1（接收IM）一起使用。中央机架和扩展机架通过发送IM和接收IM相连，中央机架可以插入最多6个发送IM，每个扩展机架有1个接收IM，每个发送IM有2个接口，每个接口都可以接一个扩展线路。集中式扩展方式适用于小配置或一个控制柜中的系统。中央机架和扩展机架的最大距离为1.5m（带5 V电源）或3m（不带5 V电源）。电源模块应该安装在机架的最左边（第1个槽），有冗余功能的电源模块是一个例外，中央机架只能插入最多6块发送型的接口模块，每个模块有两个接口，每个接口可以连接4个扩展机架，最多能连接21个扩展机架。中央机架中同时传送电源的发送接口模块（IM4601）不能超过两块，IM4601的每个接口只能带一个扩展机架。扩展机架中的接口模块只能安装在最右边的槽（第18槽或第19槽）。通信处理器CP只能安装在编号不大于6的扩展机架中。2.2.1 S7-400的CPU模块l CPU模块的性能概述S7400 PLC的CPU模块种类有CPU 4121、CPU 4131/4132DP、CPU 4141/4142DP、CPU 4161适用于中等性能的经济型中小型项目；CPU 4131和CPU 4132DP适用于中等性能的较大系统；CPU 4141和CPU 4142DP适用于中等性能，对于程序规模、指令处理速度及通信要求较高的场合；CPU 4161适用于高性能要求的复杂场合。具有集成DP接口的CPU可作为PROFIBUS DP的主站。l CPU的通信接口S7400 PLC有很强的通信功能，CPU模块集成有MPI和DP通信接口，有PROFIBUSDP和工业以太网的通信模块，以及点对点(PtP)通信模块。l 后备电源根据模块类型的不同，在S7400的电源模块中可以使用一个或者两个后备电源，为存储在内置的装载存储器和外部装载存储器、工作存储器的RAM中的用户程序和内部时钟提供后备电源，保持存储器中的存储器位、定时器、计时器、系统数据和数据块中的变量。也可以通过EXTBATT(外地电池)插口提供直流515 V外部后备电源，EXTBATT具有反极性保护。在更换电源模块时，若想保存存储在RAM中的用户程序和数据，需要通过插座EXTBATT提供外部后备电源。2.2.2 S7-300的输入/输出模块输入/输出模块系统称为信号模块(SM)，包括数字量(或称开关量)输入/输出模块，模拟量输入/输出模块。输入/输出信号线连接到前连接器上，前连接器插在SM前盖后面的凹槽内，不需要断开前连接器的接线就可迅速更换模块。1.数字量输入模块数字量输入模块接受外部开关信号，开关信号主要来自按钮、二线式光电开关、接近开关、低压电器的触点等。数字量输入模块现场的开关信号的电平转换成PLC内部的信号电平。直流输入模块操作电压一般是DC24V，交流输入模块的操作电压为AC120V或AC230V。用电容隔离掉输入信号中的直流成分，交流信号经桥式整流电路转换成直流电流。SM321是S7-300的数字量输入模块。2.数字量输出模块数字量输出模块将PLC内部信号电平转换为控制过程所需要的外部信号电平，同时有隔离和功率放大作用。可直接用于驱动电磁阀、接触器、继电器、灯和电动机启动器等负载。按负载回路的电源不同分为：直流输出模块、交流输出模块和交直流输出模块。按输出量开关器件的种类又可分为：晶体管输出方式、双向晶闸管输出方式和继电器输出方式。晶体管方式的模块，只能带直流负载，属于直流输出模块；双向晶闸管输出模块属于交流输出模块；继电器触点输出模块属于交直流输出模块。三种输出形式中，晶体管型输出响应速度最快，继电器输出响应速度最慢。继电器输出模块的负载电压范围宽，承受瞬时过电压和过电流的能力强，但开关频率不能太快，适用于动作频率不高(低于20HZ)的负载。SM322是S7-300的数字输出模块，SM323是数字量输入/输出模块，即输入和输出集成在一个模块上，有两种型号可选择：DC 24V，8输入/8输出及DC 24V，16输入/16输出，输出未晶体管型，输出电流为0.5A。3.模拟量输入模块模拟量输入模块用于接受来自生产过程的连续变化的模拟量信号。如温度、压力、流量、液位及频率等非电量；电压、电流、有功功率、无功功率等电量。传感器检测的模拟量信号通过相应的变送器转换成标准的直流电压和电流信号。模拟量输入模块将来自变送器的模拟信号转换成CPU处理的数字信号，即A/D转换。模拟量输入模块SM331中也有直接不带附加放大器的温度传感器，如热电偶或热电阻。SM331是S7-300的模拟量输入模块。4.模拟量输出模块模拟量输出模块的作用将PLC输出的数字量转换为模拟量信号(电压、电流)区别控制执行机构，其主要组成部分是D/A转换器。S7-300的模拟量输出模块是SM332有 4种输出模块，都有诊断功能。模拟信号应使用屏蔽电缆或双绞线电缆传送。2.2.3 S7-400的通信处理器模块S7400具有很强的通信功能，CPU模块集成有MPI和DP通信接口，有PROFIBUSDP和工业以太网的通信模块以及点对点通信模块。通过PROFIBUS DP 或者AS1现场总线，可以周期性自动交换I/O模块的数据（过程映像数据交换）。在自动化系统之间、PLC与计算机和人机界面站之间，均可以交换数据。数据通信可以周期性地自动进行或基于事情驱动，由用户程序块调用。2.2.4 S7-400的电源模块S7400PLC有PS405和PS407两种电源模块。电源模块通过背板总线向S7400提供直流5 V和电流24 V电源，输出电流额定值有4 A、10 A和20 A 3种。他们不为信号模块提供负载电压。PS405的输入为直流电压，PS407的输入为直流电压或交流电压。2.2.5 ET200分布式I/O接口模块西门子SIMATIC ET200是包含 ET 200S，ET 200M，ET 200pro ，ET 200eco，ET 200iSP五种硬件与软件的系列控制驱动产品。SIMATIC ET 200S 是一款防护等级为IP20，具有丰富的信号模块，同时支持电机启动器，变频器，PROFIBUS 和PROFINET 网络的分布式IO 系统。ET200M 是一款高度模块化的分布式I/O 系统，防护等级为IP20。它使用S7-300 可编程序控制器的信号模块，功能模块和通讯模块进行扩展。由于模块的种类众多， ET200M 尤其适用于高密度且复杂的自动化任务，而且适宜与冗余系统一起使用。SIMATIC ET 200pro 是一种全新的模块化I/O 系统，防护等级高达IP67, 是专门针对那些环境恶劣，安装控制柜困难的等应用而设计的。ET 200pro 支持PROFIBUS 和PROFINET 现场总线，可以连接模拟量、数字量、变频器、电机启动器、RFID 及气动单元等模块，而且集成有故障安全型技术，目前在汽车、钢铁、电力、物流等行业拥有广泛的应用前景。ET 200eco 是一款高防护，无控制柜设计和经济型的分布式IO 产品，并且同时支持PROFIBUS DP 和PROFINET 工业现场总线，在安装空间有限或应用环境比较恶劣的场合具有广泛的应用前景。ET 200iSP 是一种模块化的、本质安全的分布式I/O 产品，可以用于易燃易爆区域，最高可安装于危险1 区。该产品可以连接来自最高危险0 区的本质安全的传感器或执行器的信号。除了电源模块和Profibus DP 总线接口模块， ET 200iSP 还可扩展多种电子模块，包括数字量、模拟量、RTD 和TC 等模块，每站最多可以插入32 块不同的电子模块。2.2.6 PRIFIBUSDP网络PROFIBUSDP的DP即Decentralized Periphery。它具有高速低成本，用设备级控制系统与分散式I/O的通信。它与PROFIBUSPA（Proces Automation ）、PROFIBUS-FMS (Fieldbus Message Specification )共同组成了PROFIBUS标准。PROFIBUSDP用于现场层的高速数据传送。主站周期地读取从站的输入信息并周期地向从站发送输出信息。总线循环时间必须要比主站（PLC）程序循环时间短。除周期性用户数据传输外，PROFIBUS-DP还提供智能化设备所需的非周期性通信以进行组态诊断和报警处理。2.3 供料系统硬件设计2.3.1 系统硬件选型球团生产线所需的点数较多，DI点总计826点，DO点总计210点，AI点总计151点，AO点总计10点。设计使用当前国内流行的操作站+控制站+分布式现场网络，PLC采用西门子S7-400系列可编程控制器，使用现场总线分布式控制，在现场设置从站I/O，变频器亦属于从站并用Profibus现场总线相接，上级通信网络结构为工业局域网，使用标准TCP/IP Ethernet协议，速率10M/100M bps。上位机监控组态软件使用WINCC。整个生产线控制系统共有18个ET200M站及12台变频器。系统所需硬件为：l 主机架：UR2（6ES7 400-1JA01-0AA0）l 电源模块：PS 407 10A（6ES7 407-0KA02-0AA0）l CPU模块：CPU 416-2DP（6ES7 416-2XN05-0AB0）l 以太网通讯模块：CP 443-1（6GK7 443-1EX20-0XE0）l ET200M模块：IM 153-1（6ES7 153-1AA03-0XB0）l DI模块：SM 321（6ES7 321-1BH02-0AA0）l DO模块：SM 322（6ES7 322-1BH01-0AA0）l AI模块：SM 331（6ES7 331-7KF02-0AB0）l A0模块：SM 332（6ES7 332-5HF00-0AB0）本课题主要针对供料系统部分进行设计，相关I/O点位于DP地址为3、4的两个ET200M站， DP地址为3的ET200M站内配置了5块DI模块和2块DO模块； DP地址为4的ET200M站内配置了3块DI模块和1块DO模块。2.3.2 球团生产线在STEP7中的硬件配置在STEP7中新建一个工程项目，命名为“球团项目” ，在项目文件中插入一个SIMATIC 400站，完成后点击Hardware，进入硬件组态界面，在打开的界面中根据前面的硬件选型，分别加入主机架、电源模块、CPU模块、CP模块，并将CPU416-2链接到新建的Profibus-DP网络中，在Profibus-DP中添加ET200M模块，按照设计将站地址以及站内I/O模块全部配置好并设置好其地址，在STEP7中的硬件则组态完毕，组态后的硬件配置如图2.1所示：图2.1 系统硬件组态配置3 西门子STEP7编程软件3.1 西门子STEP7编程软件简介STEP7编程软件是用于SIMATIC S7、M7、C7和基于PC的WinAC编程、监控、参数设置的标准软件包。它是SIMATIC工业软件的组成部分，可提供下列STEP7标准软件包。l STEP7Micro/DOS和STEP7Micro/WIN，适用于SIMATIC S7-200系列PLC的编程、组态。利用该软件通过语句表或图形化的梯形图来优化的创建在S7-200系列PLC中处理的用户程序。用户程序由单一模块组成，它可以包含子程序。l STEP7，适用于SIMATIC M7-300/400、SIMATIC C7和SIMATIC WinAC PLC的标准软件。其中核心工具SIMATIC Manager用于管理所有生成的自动化数据以及处理这些数据所需的必备工具。使用STEP7可以组态SIMATIC控制器硬件、选择模块地址和模块参数，并进行组态网络连接。l STEP7 Lite，适用于SIMATIC S7-300、SIMATIC C7、ET200S和ET200X系列分布式I/O的编程、组态软件包。使用STEP7 Lite可以组态SIMATIC S7-300、SIMATIC C7以及分布式外设。STEP7 Lite完全支持LAD、FBD、STL，它不支持选项包和其他SIMATIC站点的通信。使用STEP7 Lite创建的用户程序还可以在STEP7下作进一步管理。l STEP Professional，它是由STEP7 Basic版本中的标准组件和可选软件包S7-Graph、S7-SCL、S7-PLCSIM组成。所以，除了STEP7中熟识的LAD、FBD和STL编程语言外，STEP Professional还支持现存的IEC语言SFC（顺序功能流程图）和ST（结构文本），并支持用户程序的离线仿真。到目前为止，STEP7 Basic的最新版本为STEP7 V5.4。STEP 7不是单一的应用程序，而是由一系列应用程序(工具)构成的标准软件包。其主要应用工具如下：l SIMATIC管理器：用于集中管理一个自动化控制项目，提供STEP 7标准软件包的集成、统一界面。在SIMATIC管理器环境中进行项目的编程和组态，每一个操作所需要的工具均由SIMATIC管理器自动运行，因此用户无需分别启动各个不同的工具。l 符号编辑器：用于定义符号名称、数据类型和注释全局变量，管理所有共享符号。使用这个工具生成的符号表是全局有效的，可以被其它所有工具使用。l 硬件组态工具：可以利用这个工具对PLC机架上的各种硬件模块进行配置，设置各种硬件模块的参数，例如CPU参数和分布式I/O参数等。l 通信组态：该工具用于组态通信网络连接，包括网络连接的参数设置和网络中各个通信设备的参数设置。l 硬件诊断：用于提供PLC的工作状态概况，快速浏览CPU数据和用户程序在运行中的故障原因。l 编程工具：该工具集成了梯形图LAD、语句表STL和功能块FBD三种编程语言的编辑、编译和调试功能。3.2 S7-400用户程序的模块化结构西门子公司S5、S7系列PLC采用的是“块式程序结构”，用“块”的形式来管理用户编写的程序及程序运行所需要的数据，组成完整的PLC应用程序系统。“块”分为数据块和逻辑块。l 数据块：在生产控制过程中，常常会遇到很多过程数据、基准值、预置值，有些经常需要修改，把他们分类放在不同的数据块中，有利于进行数据管理；其次，数据块也是各逻辑块之间交换、传递和共享数据的重要途径；数据块有丰富的数据结构，有助于高效管理复杂的变量组合，提高程序设计的灵活性。对数据块必须遵循先定义后使用的原则，否则将造成系统错误。数据块可分为共享数据块和背景数据块两类。l 逻辑块：设计者在编程时，将其程序用不同的逻辑块进行结构化处理，也就是将程序分解成自成体系的多个逻辑块，每个逻辑块为不同设备的控制程序或不同功能的控制程序。程序分块后有以下优点：（1）规模大的程序更容易理解（2）可以对单个的程序进行标准化（3）程序组织简化（4）程序修改更容易（5）由于可以分别测试各个部分，查错更为简单（6）系统调试更容易逻辑块包括功能块FB、FC，组织块OB，系统功能块SFB、SFC。下面分别做介绍。（1）功能块FB 属于用户自己编程的块，相当于“子程序”。它带有一个附属的背景数据块。传递给FB的参数和静态变量存在背景数据块中，临时变量存在L数据堆栈中。DI随FB的调用而打开，随FB执行结束而关闭，所以存在DI中的数据不会丢失，但是保存在L堆栈中的临时数据将丢失。FB可以使用全局数据块DB.（2）功能块FC 也是属于用户自己编程的块，但它是（无存储区的）逻辑块。FC的临时变量存储在L堆栈中，在FC执行结束后，这些数据丢失。要将有关数据存储。由于功能块FC没有它自己的存储区，所以必须为它内部的形式参数指定实际参数。另外，不能为FC的局域数据分配初始值。（3）组织块OB 是操作系统与用户程序在各种条件下的接口界面，用于控制程序的运行。各型的S7CPU各有一套可编程的OB，各有所不同。不同的OB由不同的事件起动，执行不同的功能，且具有不同的优先级，可用于控制循环执行或中断执行及PLC的启动方式等。组织块类型包括：起动特性组织块：OB100、OB101、OB102主程序循环块：OB1定期的时间中断组织块：OB10OB17（日时钟中断）、OB20OB23(延时中断)、OB30OB37（循环中断）、事件驱动的中断组织块：OB40OB47（硬件中断）、OB80OB87（异步错误中断）、OB121OB122（同步错误中断）。3.3 Step-7常用指令介绍3.3.1 触发器指令触发器指令可以用在逻辑串最右边结束的逻辑串；也可以用在逻辑串当中作为一个特殊的触点，能影响右边的逻辑操作结果。其功能同电动机的起、停、保控制电路类似。触发器指令有SR触发器和RS触发器两种。SR触发器“置位复位”触发器，是复位优先型；RS触发器即“复位置位”触发器，是置位优先型。图3.1 SR触发器与RS触发器3.3.2 定时器与计数器指令定时器是一种由位与字组成的复合单元。其触点用位表示，定时器存储在定时器字中（占2B，即16位存储器）。定时器的地址就是“T”,如T1、T8等。定时器分为脉冲定时器、扩展脉冲定时器、接通延时定时器、保持型接通延时定时器与关断延时定时器，其梯形图依次如图所示：图3.2 各种定时器梯形图计数器用于对计数器指令前面程序的逻辑操作结果RLO的正跳沿（即正脉冲）计数。计数器是一种位与字组成的复合单元，其触点用位表示。计数初值存在计数器字中（占2B，即16位存储器）。计数范围为0999，当计数器“加计数”达到上限999时，累加停止（即999+1=999）；“减计数”达到0时，将不再减少（即0-1=0）。计数器地址就是“C”，如C1、C20等。定时器分为可逆计数器、加计数器与减计数器，其梯形图依次如图所示：图3.3 各种计数器梯形图3.4 S7-PLCSIM仿真软件S7-PLCSIM用仿真PLC来模拟实际PLC的运行，用户程序的调试是通过视图对象来进行的，S7-PLCSIM提供了多种视图对象，用它们来实现对仿真PLC内的各种变量、计数器、定时器的监视和修改。l 模拟PLC的寄存器。可以模拟512个计时器(T0-T511);可以模拟131072位(二进制)M寄存器;可以模拟131072位I/O寄存器;可以模拟4095个数据块;2048个功能块(FB)和功能(FC);本地数据堆栈64K字节;66 个系统功能块(SFB0-SFB65);128个系统功能(SFC0-SFB127);123个组织块(OB0-OB122)。l 对硬件进行诊断。对于CPU，还可以显示其操作方式，如图1所示。SF(system fault)表示系统报警;DP (distributed peripherals, or remote I/O)表示总线或远程模块报警;DC(power supply) 表示CPU有直流24伏供给;RUN 表示系统在运行状态;STOP表示系统在停止状态。如图3.1所示，RUN-P是既可运行也可编程，RUN表示运行但是不能同时编程，STOP是停止状态，MRES是复位状态。图3.1 PLCSIM仿真软件中的CPUl 对变量进行监控。用菜单命令Insertinput variable监控输入变量;Insertoutput variable监控输出变量，Insertmemory variable监控内部变量;Inserttimer variable监控定时器变量；Insertcounter variable监控计数器变量。如图3.2所示。图3.2 PLCSIM软件中的变量监控4 供料系统程序设计流程4.1 供料系统简介上料供料系统主要包括四台仓壁振动器、四台圆盘给料机、九条皮带机以及三台梨式分料机组成，是由PLC控制线圈得电，进而控制仓壁振动器、圆盘给料机、梨式分料机以及皮带机的起停。皮带机启动顺序为RM-9到RM-1,而胶带的停车顺序为RM-1到RM-9。如图4.01所示图4.01 球团生产线供料系统工艺流程图如图4.02中皮带机主动力回路图所示，当按下启动开关QA，PLC控制的接触器KM主触点动作，电动机得电，进而控制皮带机运行。如图4.02中皮带机控制回路图所示，当按下启动开关QA确保回路中无任何故障，并选择集中操作，由PLC控制QK1、QK3，是接触器线圈KM得电，并在皮带机运行前预告铃响。待皮带机正常运行之后断开预告铃，正常运行指示灯亮；当选择机旁操作时SP合上，使K2得电，从而使预告铃响。按下SB1，使KM得电，并自保持，从而断开K2，正常运行指示灯亮。PLC系统的主要功能有：1.各个胶带运输机的控制（各个皮带机均需有启动预告铃）。2.逆料流启动，顺料流停车。4.2 I/O点说明供料系统的I/O点地址如表4.02所示：表4.03 供料系统I/O地址表地址I/O点说明地址 I/O点说明I0.0RM-1胶带机电源正常I19.0RM-8胶带机选择集中I0.1RM-1胶带机运行反馈I19.1RM-8胶带机选择机旁I0.2RM-1胶带机过负荷I19.2RM-8胶带机轻跑偏节点串I0.3RM-1胶带机事故I19.3RM-8胶带机重跑偏节点串I0.4RM-1胶带机选择集中I20.0犁式卸料器电液推杆1电源正常I0.5RM-1胶带机选择机旁I20.1犁式卸料器电液推杆1正向运行反馈I0.6RM-1胶带机轻跑偏节点串I20.2犁式卸料器电液推杆1反向运行反馈I0.7RM-1胶带机重跑偏节点串I20.3犁式卸料器电液推杆1过负荷I1.0RM-2胶带机电源正常I20.4犁式卸料器电液推杆1正转到位I1.1RM-2胶带机运行反馈I20.5犁式卸料器电液推杆1反转到位I1.2RM-2胶带机过负荷I20.6犁式卸料器电液推杆1选择集中I1.3RM-2胶带机事故I20.7犁式卸料器电液推杆1选择机旁I1.4RM-2胶带机选择集中I21.0犁式卸料器电液推杆2电源正常I1.5RM-2胶带机选择机旁I21.1犁式卸料器电液推杆2正向运行反馈I1.6RM-2胶带机轻跑偏节点串I21.2犁式卸料器电液推杆2反向运行反馈I1.7RM-2胶带机重跑偏节点串I21.3犁式卸料器电液推杆2过负荷I2.0RM-3胶带机电源正常I21.4犁式卸料器电液推杆2正转到位I2.1RM-3胶带机运行反馈I21.5犁式卸料器电液推杆2反转到位I2.2RM-3胶带机过负荷I21.6犁式卸料器电液推杆2选择集中I2.3RM-3胶带机事故I21.7犁式卸料器电液推杆2选择机旁I2.4RM-3胶带机选择集中I22.0犁式卸料器电液推杆3电源正常I2.5RM-3胶带机选择机旁I22.1犁式卸料器电液推杆3正向运行反馈I2.6RM-3胶带机轻跑偏节点串I22.2犁式卸料器电液推杆3反向运行反馈I2.7RM-3胶带机重跑偏节点串I22.3犁式卸料器电液推杆3过负荷I3.0RM-4胶带机电源正常I22.4犁式卸料器电液推杆3正转到位I3.1RM-4胶带机运行反馈I22.5犁式卸料器电液推杆3反转到位I3.2RM-4胶带机过负荷I22.6犁式卸料器电液推杆3选择集中I3.3RM-4胶带机事故I22.7犁式卸料器电液推杆3选择机旁I3.4RM-4胶带机选择集中I23.0电液动三通分料器电源正常I3.5RM-4胶带机选择机旁I23.1电液动三通分料器正向运行反馈I3.6RM-4胶带机轻跑偏节点串I23.2电液动三通分料器反向运行反馈I3.7RM-4胶带机重跑偏节点串I23.3电液动三通分料器过负荷I4.0RM-5胶带机电源正常I23.4电液动三通分料器正转到位I4.1RM-5胶带机运行反馈I23.5电液动三通分料器反转到位I4.2RM-5胶带机过负荷I23.6电液动三通分料器选择集中I4.3RM-5胶带机事故I23.7电液动三通分料器选择机旁I4.4RM-5胶带机选择集中Q0.0RM-1胶带机自动运行I4.5RM-5胶带机选择机旁Q0.1RM-1胶带机预告电铃I4.6RM-5胶带机轻跑偏节点串Q0.2RM-2胶带机自动运行I4.7RM-5胶带机重跑偏节点串Q0.3RM-2胶带机预告电铃I5.0RM-6胶带机电源正常Q0.4RM-3胶带机自动运行I5.1RM-6胶带机运行反馈Q0.5RM-3胶带机预告电铃I5.2RM-6胶带机过负荷Q0.6RM-4胶带机自动运行I5.3RM-6胶带机事故Q0.7RM-4胶带机预告电铃I5.4RM-6胶带机选择集中Q1.0RM-5胶带机自动运行I5.5RM-6胶带机选择机旁Q1.1RM-5胶带机预告电铃I5.6RM-6胶带机轻跑偏节点串Q1.2RM-6胶带机自动运行I5.7RM-6胶带机重跑偏节点串Q1.3RM-6胶带机预告电铃I17.2RM-9胶带机电源正常Q6.2RM-9胶带机自动运行I17.3RM-9胶带机运行反馈Q6.3RM-9胶带机预告电铃I17.4RM-9胶带机过负荷Q6.4RM-8胶带机自动运行I17.5RM-9胶带机事故Q6.5RM-8胶带机预告电铃I17.6RM-9胶带机选择集中Q6.6犁式卸料器电液推杆1自动正转I17.7RM-9胶带机选择机旁Q6.7犁式卸料器电液推杆1自动反转I18.0RM-9胶带机轻跑偏节点串Q7.0犁式卸料器电液推杆2自动正转I18.1RM-9胶带机重跑偏节点串Q7.1犁式卸料器电液推杆2自动反转I18.2RM-9胶带机打滑监测Q7.2犁式卸料器电液推杆3自动正转I18.3RM-9胶带机纵裂监测Q7.3犁式卸料器电液推杆3自动反转I18.4RM-8胶带机电源正常Q7.4电液动三通分料器自动正转I18.5RM-8胶带机运行反馈Q7.5电液动三通分料器自动反转I18.6RM-8胶带机过负荷PIW512胶带机电流RM-8I18.7RM-8胶带机事故4.3 供料程序设计l 所有设备共用电机驱动程序如图4.03，若想启动该电机正转则必须满足SR触发器S端的触发条件，如：电机正转启动按钮FW必须为1，而电机反转启动按钮BW、电机停止STP、电机反转输出OUTB、电机反转反馈RUNB、电机故障ERR以及正向限位ZXXW都必须置0。只有满足以上条件该电机才能正向启动。其中BW、OUTB、RUNB都与电机的反向运行起到了互锁作用，而STP起到了停止电机正转的作用，ERR的作用是当外部出现故障或者电机机械故障时，电机不能启动，起到了安全生产的作用。ZXXW则用于双向电机的停止。 图4.03 电机正向启动如图4.05，该段程序实现的功能是：当PLC的正向启动为1时（即PLC内部以及其所监测的故障点都没有故障），但是此时电机并没有在规定的时间内按预期启动，那么PLC就会报故障，将电机停止。从而实现了从根本上监控电机运转情况的功能。图4.04 电机故障输出图4.06，该段程序的功能是将计数值