拨爪排屑机控制系统设计毕业设计VIP

毕业设计（论文）说明书 毕业设计 (论文 )任务书 课题名称 拨爪排屑机控制系统设计 系 别 自动化 专业班级 姓 名 学 号 毕业设计（论文）的主要内容及要求 : 毕业设计主要内容 1 熟悉工艺流程 2 进行控制系统 PLC 硬件选型及硬件图纸设计 3 分析系统控制流程 4 进行控制系统部分 PLC 的软件编程 5 实验室离线调试 毕业设计要求 1 了解本次毕业设计任务及资料的收集、整理 2 学习 PLC 的基本知识，掌握 S7-300PLC 结构与功能 3 编写 PLC 控制系统 STEP7 程序 4 实验室仿真调试 5 有关英文资料的翻译工作 6 撰写毕业论文 指导教师签字 ： 毕业设计（论文）说明书 装 订 线 I 摘要 随着工业自动化技术的发展，新的控制需求的不断提出，工业自动化控制技术和水平不断提高。尤其是现场总线技术的应用给工业生产控制带来巨大的变革。本课题名为拨爪排屑机控制系统设计即对生产产生的废铁屑予以清理回收，采用 S7-300作控制主机构成的 PROFIBUS 网络进行设计，在硬件选型、图纸设计、软件编程、仿真 调试后以使其达到相关的控制要求。 拨爪排屑机系统有两个液压站，每个液压站有两个油泵电机，正常工作时，一台油泵电机工作，一台备用。在工作油泵出现电气或液压故障时，备用油泵自动投入工作。系统的工作动力机构由液压站和液压缸组成，往复运动机构包含钢轨、框架和滚轮，框架由前段、中段和后段组成，前段与液压缸推杆连接，框架沿着钢轨运动。拨爪机构位于框架上，这样，拨爪就可以起到排屑作用。 关键词 ： 拨爪排屑，西门子 PLC， PROFIBUS-DP 总线 ， STEP7 编程 毕业设计（论文）说明书 装 订 线 II Abstract With the development of industrial automation technology, the new control requirements have repeatedly stated, industrial automation and control technology and improved continuously. Bring huge changes to the application of field bus technology for industrial production control. This topic is called dial claw Chip Conveyor control system design to be the emptying of recycling scrap iron on production, the S7-300 control hosts a PROFIBUS network design, hardware selection, design drawings, software programming simulation debugging to reach the control requirements. Dial claw Chip Conveyor system has two hydraulic stations, which has two pump motor. In normal working hours, a pump motor works, and the other one spare. In the working oil pump electrical or hydraulic failure, the standby pump works automatically. The system working power institutions is composed of hydraulic station and the hydraulic cylinder. The reciprocating mechanism includes rail, frame and wheel. The frame consists of front-end, middle and rear section. The preceding of the frame is connected with the hydraulic cylinder push rod. The frame works along the rail. The dial claw institutions located in the frame, so the dial claw can play a role in chip removal. Keywords； The claw chip, Siemens PLC, PROFIBUS-DP bus ， STEP7programming 毕业设计（论文）说明书 目 录 摘要 . I Abstract . II 目 录 . 1 1绪论 . 1 1.1 课题介绍 . 1 1.2 工业背景 . 1 1.2.1 工业控制系统 . 1 1.2.2 工业控制主机 . 2 2西门子 S7-300PLC . 4 2.1 PLC 的组成与原理 . 4 2.1.1 可编程逻辑控制器的定义 . 4 2.1.2 可编程逻辑控制器基本结构 . 4 2.1.3 可编程逻辑控制器工作原理 . 5 2.1.4 可编程逻辑控制器编程语言 . 6 2.2 S7-300 的硬件结构 . 6 2.3 S7-300 的通信网络 . 10 2.3.1 工业网络概述 . 10 2.3.2 S7-300 通信网络 . 11 2.3.3 PROFIBUS DP . 11 2.4 S7-300 的指令系统 . 11 2.5 S7-300 的编程软件 . 12 2.5.1 S7-300 的编程软件简介 . 12 2.5.2 用户程序结构 . 12 2.5.3 启用 SIMATIC 管理器 . 13 2.5.4 S7-PLCSIM 仿真软件 . 15 3控制系统设计 . 16 3.1 系统硬件设计 . 16 3.1.1 系统工艺流程 . 16 3.1.2 PLC 硬件选型 . 16 3.1.3 硬件图纸设计 . 17 3.2 系统软件设计 . 18 3.2.1 系统控制流程 . 18 3.2.2 STEP7 软件编程 . 19 3.2.2.1 硬件配置 . 19 3.2.2.2 编辑符号表 . 20 3.2.2.3 程序设计 . 24 3.2.3 离线仿真调试 . 46 4结论 . 47 致谢 . 48 参考文献 . 49 装 订 线 毕业设计（论文）说明书 装 订 线 1 1.绪论 1.1 课题介绍 本课题名为拨爪排屑机控制系统，是对一个实际的工程项目研究设计。因此除了理论设计外，还要考虑工程实际。 拨爪排屑机是一种用于清除堆积的工业半成品表面被擦除的毛糙状废铁屑的自动化装置。该系统的工作过程分为两个阶段 :拨爪排屑的过程：当左右两个液压站投入工作时，与 1#， 2#油泵电机相连的拨爪在推拉作用下做往复运动，将产生的废铁屑推送到 中间的运输链上。 铁屑运输的过程，当运输链电机启动工作时，便将运输皮带上的铁屑运出工作区处理。 该系统的意义在于；一方面可及时排除生产工程中产生的废铁屑，不至于因长时间的堆积妨碍生产的正常进行，或者因需人工清理带来的麻烦；另一方面可 使产生的铁屑不因随意丢弃而造成污染与浪费，在铁屑被运出后可对其进行压缩处理，以便回收利用。 1.2 工业背景 1.2.1 工业控制系统 随着计算机技术，通信技术，自动控制理论的发展与在工业生产过程中的应用，近几十年来工业自动化取得前所未有的发展。 工业自动化就是工业生产中 的各种参数为控制目的，实现各种过程控制，在整个工业生产中 ,尽量减少人力的操作 ,而能充分利用动物以外的能源与各种资讯来进行生产工作 ,即称为工业自动化生产，而使工业能进行自动生产之过程称为工业自动化。而在“蒸汽时代”，“电气时代”之后到来的“信息时代”给工业自动化带来又一次更大的革命性的发展，具体表现在计算机控制系统取代传统的继电器控制系统以及与之相关的技术在工业生产过程中的应用与普及。 计算机控制系统 (Computer Control System，简称 CCS)是应用计算机参与控制并借助一些辅助部件与被控对象 相联系，以获得一定控制目的而构成的系统。这里的计算机通常指数字计算机，可以有各种规模，如从微型到大型的通用或专用计算机。辅助部件主要指输入输出接口、检测装置和执行装置等。与被控对象的联系和部件间的联系，可以是有线方式，如通过电缆的模拟信号或数字信号进行联系；也可以是无线方式，如用红外线、微波、无线电波、光波等进行联系。 计算机控制系统所采用的形式，与生产过程的复杂程度密切相关，不同的被控对象和不同的要求，应有不同的控制方案。计算机控制系统大致可分为以下几种典型形式： 操作指导控制系统，该系统具有数据采集和处 理功能，能够为操作人员提供反应生产过程工况的各种数据，并相应地给出操作指导信息，供操作人员参考。其优点是结构简单，控制灵活和安全，缺点是要由人工操作，速度受到限制，不能控制多个对 毕业设计（论文）说明书 装 订 线 2 象。 直接数字控制（ direct digital control, DDC）系统 ,该系统计算机首先通过模拟量输入通道和开关量输入通道实时采集数据，然后按照一定的控制规律进行计算，最后发出控制信息，并通过模拟量输出通道和开关量输出通道直接控制生产过程。其是计算机在生产过程中最普遍的以中应用方式，但因计算机直接承担控制任务要求实时性好、 可靠性高、和适应性强。 监督控制（ supervisory computer control, SCC）系统，该系统计算机根据原始工艺信息和其他参数，按照描述生产过程的数学模型或其他方法，自动地改变模拟调节器或以直接数字控制方式工作的微型机中的给定值，从而使生产过程始终处于最优工况 如保持高质量、高效率、低消耗、低成本等 。从这个角度说，它的作用是改变给定值，所以又称设定值控制（ set point control, SPC）。 集散控制系统（ distributed control system, DCS）也叫 分布式控制系统，采用分散控制、集中操作、分级管理和综合协调的方法，把系统从下到上分为分散过程控制级、集中操作监控级、综合信息管理级，形成分级分布式控制。 现场总线控制系统 (field bus control system ,FCS)是新一代分布式控制系统。 DCS的结构模式为 :“操作站 控制站 现场仪表”三层结构，系统成本较高，而且各厂商的 DCS 有各自的标准，不能互联。 FCS 与 DCS 不同，它的结构模式为：“工作站 现场总线智能仪表”二层结构， FCS 用二层结构完成了 DCS 中的三层结构功能，降低了成本，提高了可靠 性，可实现真正的开放式互连系统结构。 综合自动化系统，目前，由企业资源信息管理系统、生产执行系统和生产过程控制系统够成的三层结构，已成为综合自动化系统的整体解决方案。综合自动化系统主要包括制造业的计算机集成制造系统（ CIMS）流程工业的计算机集成过程系统（ CIPS）。 1.2.2 工业控制主机 在计算机控制系统中，可编程逻辑控制器、工控机、单片机、 DSP、智能调节器等，都是常用的控制器，适应不同的应用要求。在工程实际中，选择何种控制器，应根据控制规模、工艺要求、控制特点和所完成的工作来确定。 可编程逻辑控 制器（ PLC）是“一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字、模拟的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关设备，都应按易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩充功能的原则设计。”具有可靠性高、编程容易功能完善扩展灵活、安装调试简单方便等特点。 工控机（ IPC）是一种面向工业控制、采用标准总线技术和开放式体系结构的计算机，具有丰富的外围接口产品，如模拟量输入输出模 板、数字量输入输出模板等。广为流行的工控机总线有 PC 总线、 ISA 总线、 PCI 总线、 STD 总线、 VME 总线等。具有可靠性高、可维修性好、环境适应性强、控制实时性强、 I/O 通道完善、软件丰 毕业设计（论文）说明书 装 订 线 3 富等特点。 嵌入式系统是“控制、监视或者辅助装置、机器和设备运行的”，是软件和硬件的综合体，核心是嵌入式微处理器。可分为 MPU、 MCU、 EDSP、 SoC 等。具有体积小、成本低、可靠性高等优点。 智能调节器是一种数字化的过程控制仪表。以微处理器和单片微型计算机为核心，具有数据通信功能，能完成生产过程 14 个回路直接数字控制任 务，在 DCS 分散过程控制级中得到了广泛应用。 在工业自动控制系统的设计中，须在熟悉工艺流程与控制要求后选择合理的控制系统与合适的主机。 毕业设计（论文）说明书 装 订 线 4 2西门子 S7-300PLC 2.1 PLC 的组成与原理 2.1.1 可编程逻辑控制器的定义 国际电工委员会对 PLC的定义是：“可编程序控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字、模拟的 输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关设备，都应按易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩充功能的原则设计。” 2.1.2 可编程逻辑控制器基本结构 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、存储器、专门设计的输入输出接口电路、电源、底座与机架和编程器等组成： 一、 CPU 模块 CPU 模块是 PLC 的核心，每套 PLC 至少有一个 CPU 模块，它按 PLC 系统程序赋予的功能接受并存储用户程序和数据，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， PLC 内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误等。进入运行后，从用户程序中逐条读取指令，经过分析再按指令规定的任务产生相应的控制信号去控制外部电路。 CPU 速度和内存容量是 PLC 的重要参数，它决定着 PLC 的工作速度， I/O 数量及软件容量等，因此限制着控制规模。 二、 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 映像区和系统软设备等） （ 3）用户程序存储区 三、 输入输出接口电路 （ 1）现场输入接口电路由光耦合电路和微机的输入接口，作用是可编程逻辑控制器与现场控制的接口界面的输入通道。 （ 2）现场输出接口电路由输出数据寄存器、选通电路和中断请求集成，作用可编程逻辑控制器通过现场输出接口电路向现场的执行部件输出相应的控制信号。 四、电源模块 PLC 电源用于为 PLC 各模块的集成电路提供电源，同时，有的还为输入电路提供 24V 工作电源。电源的输入类型有：交流电源（ 220VAC 或 110VAC），直流电源（常用的为 24VDC）。 五、底板与机架 毕业设计（论文）说明书 装 订 线 5 大多数模块式 PLC 使用底板和机架，其作用是：电 气上，实现各模块间的联系，使 CPU 能访问底板上所有的模块 ;机械上，实现各模块间的连接，使各模块构成一个整体。 六、其他设备 （ 1）编程设备 编程器是 PLC 开发应用、检测运行、检查维护不可缺少的外部设备，用于编程、调试、系统设定、监控 PLC 及 PLC 所控制的系统的工作状况，但它不直接参与现场控制运行。编程器分智能型和非智能型，非智能型是手持编程器，用于状态检测；智能型是一台运行编程软件的计算机，通过通信适配器与 PLC 通信完成编辑器功能。 （ 2）人机界面 最简单的人机界面是指示灯和按钮，目前液晶屏（或触摸屏）式的 一体式操作员终端应用越来越广泛，有计算机（运行组态软件）充当人机界面非常普及。 （ 3）输入输出设备 用于永久性的存储用户数据，如 EPROM、 EEPROM 写入器、条码阅读器，输入模拟量的电位器，打印机等。 2.1.3 可编程逻辑控制器工作原理 当可编程逻辑控制器投入运行后，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，可编程逻辑控制器的 CPU 以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。 一、 输入采样阶段 在输入采样阶段，可编程逻辑控制 器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 映象区中的相应的单元内。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。 二、 用户程序执行阶段 在用户程序执行阶段，可编程逻辑控制器总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，又总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。 毕业设计（论文）说明书 装 订 线 6 在程序执行的过程中如果使用立即 I/O 指令则可以直接存取 I/O 点。即使用 I/O指令的话，输入过程影像寄存器的值不会被更新，程序直接从 I/O 模块取值，输出过程影像寄存器会被立即更新，这跟立即输入有些区别。 三、 输出刷新阶段 当扫描用户程序结束后，可编程逻辑控制器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，才是可编程逻辑控制器的真正输出。 2.1.4 可 编程逻辑控制器编程语言 在可编程逻辑控制器中有多种程序设计语言，它们是梯形图语言、布尔助记符语言、功能模块图语言、功能表图语言及结构化语句描述语言等。 梯形图语言和布尔助记符语言是基本程序设计语言，它通常由一系列指令组成，用这些指令可以完成大多数简单的控制功能，例如，代替继电器、计数器、计时器、完成顺序控制和逻辑控制等，通过扩展或增强指令集，它们也能执行其他的基本操作。 功能表图语言和构化语句描述语言是高级的程序语言，它们可根据需要去执行更有效的操作，例如，模拟量的控制，数据的操纵，报表的打印和其他基本程序 设计语言无法完成的功能。 功能模块图语言采用功能模块图的形式，通过软连接的方式完成所要求的控制功能，它不仅在可编程逻辑控制器中得到了广泛的应用，在集散系统的编程和组态时也常常被采用，由于它具有连接方便、操作简单、易于掌握等特点，为广大工程设计和应用人员所喜爱。 2.2 S7-300 的硬件结构 S7-300 属于模块式 PLC，主要由机架， CPU 模块，电源模块，接口模块，信号模块，功能模块，通信处理器和编程设备等组成。 S7-300 有 350 多条指令，其编程软件 STEP7 功能强大，可以使用多种编程语言，所有模块和网 络参数都可用 STEP7的软件工具设置。 S7-300 的 CPU 上带有一个编程接口，使用西门子的 MPI（ Multi-point Interface）通信协议。有的 CPU还带有集成的现场总线 PROFIBUS-DP接口或 PtoP(Point to Point)串行通信接口。因此 S7-300 不需要添加任何通信处理器就可以建立一个 MPI 网络或一个 PROFIBUS-DP 网络。 S7-300 的模块都安装在导轨上，各模块用 U 形总线连接器连接，外部信号线接在模块的前连接器上。除了电源模块、 CPU 模块、本地扩展接口模块，其他任 何模块都可插在任何一个槽上。系统根据其自动分配地址。个机架最多能安装 8 个信号模块、功能模块或通信模块。 毕业设计（论文）说明书 装 订 线 7 图 2-1 西门子 S7-300PLC 一、 CPU 模块 S7-300 有二十种不同型号的 CPU，分别适用于不同规模及不同控制要求的项目： （ 1） 紧凑型 CPU： CPU312C， 313C， 313C-PtP， 313C-2DP， 314C-PtP 和 314-2DP。 （ 2） 标准型 CPU： CPU312， CPU313,314,315,315-2DP 和 316-2DP。 （ 3） 户外型 CPU： CPU312IFM， 314IFM， 314 户外 型和 315-2DP。 （ 4） 高端 CPU： CPU317-2DP 和 318-2DP。 （ 5） 故障安全性 CPU： CPU315F。 不同型号的 CPU 其接口类型，输入输出模块点数或通道数，计数器数目等不相同。 CPU 内的元件封装在一个塑料壳内，面板上有模式选择开关、通信接口、状态和故障选择指示 LED，存储器插槽等。 （ 1） 模式选择开关 RUN P（运行 编程）：运行时可以读出和修改用户程序，改变运行方式； RUN（运行）： CPU 执行读出用户程序，但不能修改用户程序； STOP（停止）：不执行用户程序，可以读出和修改用户程序； MRES（ 清除存储器） :位置不能保持。在此位置松手时，钥匙开关自动返回 STOP位置。钥匙开关从 STOP 位置转换到 MRES 位置，可复位存储器，使 CPU 回到初始状态。 （ 2） 状态与故障显示 LED SF（系统出错 /故障显示，红色）：指示 CPU 硬件故障或软件故障； BATF（电池故障，红色）：指示电池电压低或没有电池； 毕业设计（论文）说明书 装 订 线 8 BUSF（总线错误）：指示 PROFIBUS DP 接口硬件或软件故障，集成有 DP 接口的 CPU 才有此 LED； DC5V（ +5V 电源指示，绿色）：指示 CPU 和总线 5V 电源正常； FORCE（强制，黄色）：指示至少有一个 I/O 被强制； RUN（运行方式，绿色）： CPU 处于 RUN 状态时亮；重新启动时以 2Hz 的频率闪烁； HOLD（单步、断点）状态时以 0.5Hz 的频率闪烁； STOP（停止方式，黄色）：指示 CPU 处于 STOP、 HOLD 状态或重新启动。 （ 3） 微存储器卡 微存储器卡（ MMC）可以扩展 CPU 的存储容量，可以在断电时保存用户程序和数据。 MMC 读写直接在 CPU 内进行。由于 CPU31xC 没有集成的装载存储器， CPU上必须插上才能工作。是单独定货的，有多种容量规格的工选择只有在断电或 CPU 处于 STOP 状态下，才能 取下 MMC。 （ 4） 通信接口 所有的 CPU 模块都有一个多点接口 MPI，有的 CPU 模块还有一个 PROFIBUS DP 接口。 MPI 用于 PLC 与 PLC 之间， PLC 与（编程器或个人计算机）之间， PLC 与 OP（操作员接口）之间的 MPI 网络通信。 PROFIBUS DP 是自动化系统中单元级控制设备与分布式 I/O 的通信协议，最高传输速率为 12Mbit/s，通过 CPU上的 PROFIBUS DP 接口，可实现与其他带 DP 接口的 PLC、 PG/PC、 OP 和其他DP 主站和从站通信。 （ 5） 电源接线端子 电源模块的 L1、 N 端子接 AC220 电源，电源模块的接地端子和 M 端子一般用短接片短接后接地，机架导轨也应接地。电源模块上的 L+和 M 端子分别是 DC24V 输出电压的正负极，用专用的电源连接器或导线连接电源模块和 CPU 模块上的 L+和 M端子。 （ 6） CPU 模块上的集成 I/O 有些 CPU 模块上有集成的数字量 I/O，有些 CPU 还有集成的 I/O。 （ 7） 存储器 PLC 使用的物理存储器有 RAM， ROM， Flash EPROM 和 EEPROM。 二、 电源模块 PS307 电源模块将 120/230V 交流电压转换为 24V 直流电源，为 S7-300、传感器和执行器供电，输出电流有 2A、 5A、或 10A 3 种。电源模块安装在导轨最左边的插槽，在主机架上用电源联接器连接到 CPU 上，在扩展机架上用电源连接器连接到IM361 上。电源模块除了给 CPU 供电，还可向 I/O 模块提供 DC24V 电源。模块上的M 端子一般是用短接片与接地端连接的。 三、 输入 /输出模块 输入 /输出模块统称信号模块（ 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。 毕业设计（论文）说明书 装 订 线 9 输入输出信号连接在前连接器上，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以迅速更换模块。 数字量模块模块的地址由地址标识符（ I 输入 Q 输出 M 存储器）、地址字节部分（小数点前）和位部分（小数点后）组成。从 0 号机架的 4 号槽开始，每个槽位分配4 个字节的地址，即 32 个 I/O 点。 模拟量模块以通道为单位，一个通道占一个字的地址，由两个字节地址组成。从IB256 开始给每个模拟量模块分配 16 个字节，即 8 个通道的地址。 （ 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。其将现场的开关信号电平转换成 PLC 内部的信号电平。直流输入模块的操作电压一般是 24V，交流输入模块的操作电压为 AC120V 或AC230V。 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。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。按输出开关器件的种类又可对应分为：晶闸管输出方式、双向晶闸管输出方式、继电器输出方式。其中晶闸管型输出响应速度快、频率高，但承受过压过流能力弱，继电器型输出响应慢、频率低，但负载电压范围宽。要根据电压的种类、大小、工作频率和负载类型选择数字量输出模块，每一个输出点的输出电流、每一组输出的最大电流也是数字量输出模块的重要指标。 SM322 是 S7-300 的数字量输出模块， 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： DC24V， 8 输入 /8 输出及 DC24V， 16 输入 /16 输出。输出为晶闸管型，输出电流为 0.5A。 （ 3）模拟量输入模块 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。 SM331 是 S7-300 的模拟量输入模块。 （ 4）模拟量输出模块 模拟量输出模块将 PLC 输出的数字量转换为模拟信号（电压、电流）去控制执行机构，其主要组成部分是 D/A 转换器。 SM332 是 S7-300 的模拟量输出模块 。 四、 其他模块 其他还有前连接器，有 20 针和 40 针两种；闭环控制模块 FM355；位置控制与检测模块，如 FM353 是步进电机定位模块等；计数器模块，如 FM350-1 等；模拟器模块， SM347 用于调试程序等。 当因 I/O 点过多使模块数量多于 8 个且距离在 10 米之内，可以采用扩展机架，用本地扩展接口模块 IM 来实现，除了带 CPU 的中央机架（ CR），最多可以扩展三个扩展机架（ ER），每个机架可以插 8 个模块（不包括电源、 CPU、接口模块 IM），四个机架最多可插 32 个，模块；当因距离过远（ 1500 米以内）或者 I/O 点过多 ，可以 毕业设计（论文）说明书 装 订 线 10 采用 ET200 分布式 I/O 来实现， PROFIBUS 是为全集成自动化定制的开放的现场总线系统，有 FMS、 DP 和 PA 三种行规。 ET200 是基于 PROFIBUS DP 现场总线的分布式 I/O,可以与西门子的其他自动化系统协同运行，还能在经过认证的非西门子公司的 PROFIBUS DP 主站协同运行，而 ET200M 模块化的分布式 I/O，采用 S7-300 全系列模块，最多 8 个模块。 2.5S7-300 的通信网络 2.3 S7-300 的通信网络 2.3.1 工业网络概述 一个典型的工厂自动化系统一般是三级网络结构， 分别是现场设备层、车间监控层和工厂管理层。 （ 1） 现场设备层 现场设备层主要功能是连接现场设备，例如分布式 I/O、传感器、驱动器、执行机构和开关设备等，完成现场设备控制及设备间连锁控制。 （ 2） 车间监控层 车间监控层又称单元层，用来完成车间主生产设备之间的连接，包括生产设备状态的在线监控、设备故障报警及维护等。还有生产统计、生产调度等功能。车间监控层可采用 PROFIBUS FMS 或工业以太网，该层要求能传送大容量的信息，对传送速率要求不高。 （ 3） 工厂管理层 车间操作员工作站通过集线器与车间办公管理网连接， 车间管理网作为工厂主网的一个子网，连接到厂区骨干网，将车间数据集成到工厂管理层。该层一般采用工业以太网协议，即符合 IEEE802.3 标准。 毕业设计（论文）说明书 装 订 线 11 图 2-2 现场总线应用示例 2.3.2 S7-300 通信网络