基于IPC板卡加热炉温度控制系统设计.docx

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1、南洋理工学院南洋理工学院毕业设计论文题目基于 PLC 掌握的加热炉温度掌握系统系专别业电子与电气工程系自动化班级089611学生王刚学号指导 教 师2023 年 6 月南阳理工学院摘要温度掌握系统广泛应用于工业掌握领域，如钢铁厂、化工厂、火电厂等锅炉的温度掌握系统,电焊机的温度掌握系统等.加热炉温度掌握在很多领域中得到广泛的应用。这方面的应用大多是基于单片机进展PID 掌握, 然而单片机掌握的DDC 系统软硬件设计较为简单, 特别是涉及到规律掌握方面更不是其特长, PLC 在这方面却是公认的最正确选择。加热炉温度是一个大惯性系统，一般承受PID调整进展掌握。随着PLC功能的扩大在很多PLC掌握

2、器中都扩大了PID 掌握功能， 因此在规律掌握与PID掌握混合的应用场所中承受PLC掌握是较为合理的。本设计是利用西门子S7-300PLC掌握加热炉温度的掌握系统。首先介绍了温度掌握系统的工作原理和系统的组成,然后介绍了西门子S7300PLC和系统硬件及软件的具体设计过程。关键词：西门子S7300PLC,PID，温度传感器，固态继电器I南阳理工学院AbstractTemperature control system has been widely used in the industry controlled field， as the temperature control system o

3、f boilers and welding machines in steel works、chemical plant、heat-engine plant etc. Heating-stove temperature control has also been applied widely in all kinds of fields .The application of this aspect is based on SCM which is making the PID control, yet the hardware and software design of DDC syste

4、m controlled by SCM is somewhat complicated ， its not an advantage especially relatedto logic control，however it is accepted as the best choice when mentioned to PLC. Thefurnace temperature of heatingstove is a large inertia system，so generally using PID adjusting to control. With the expanding of P

5、LC function, the control function in many PLC controllers has been expanded。 Therefore it is more reasonable to apply PLC controlling in the applicable fields where logical control and PID control blend together。 The design has utilized the control system with which Siemens S7-300 PLC control the te

6、mperature heatingstove。 In the first place this paper presents the working principles of the temperature control system and the elements of this system.Then it introduces Siemens S7-300 PLC and the specific design procedures of the hardware and the software。Key words:Siemens S7-300 PLC,PID，temperatu

7、re pickup, solid state relayII南阳理工学院目 录摘要错误!未定义书签。Abstract错误!未定义书签。第一章 引言错误!未定义书签。1。1 系统设计背景错误!未定义书签。1。2 系统工作原理11.3 系统设计目标及技术要求11.4 技术综述1其次章 系统设计错误!未定义书签。2。1 掌握原理与数学模型错误!未定义书签。2。1。1 PID 掌握原理错误!未定义书签。2.1.2 PID 指令的使用留意事项错误!未定义书签。2.2 采样信号和掌握量分析62。3 系统组成错误!未定义书签。第三章 硬件设计错误!未定义书签。3。1 PLC 的根本概念73.1。1 模块式

8、PLC 的根本构造73.1.2 PLC 的特点83。2 PLC 的工作原理93。2.1 PLC 的循环处理过程错误!未定义书签。3。2.2 用户程序的执行过程103。3 S7300 简介113。3。1 数字量输入模块113.3。2 数字量输出模块113。3。3 数字量输入/输出模块113。3。4 模拟量输入模块113。3。5 模拟量输出模块123。4 温度传感器123.4.1 热电偶.。.。 .。.。 .。 .。.。 .。 .。.。163。4.2 热电阻.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。173。5 固态继电器错误!未定义书签。IV3。5.1 概述。.。.。.。.。.。.。.。

9、.。.。.。.。.183。5。2 固态继电器的组成.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。183。5.3 固态继电器的优缺点。.。.。.。.。.。.。.。.。19第四章 软件设计错误!未定义书签。4.1 STEP7 编程软件简介错误!未定义书签。4.1.1 STEP7 概述错误!未定义书签。4。1。2 STEP7 的硬件接口 .。.。.154。1。3 STEP7 的编程功能164.1.4 STEP7 的硬件组态与诊断功能164。2 STEP7 工程的创立174.2.1 使用向导创立工程174.2 。2 直接创立工程174。2.3 硬件组态与参数设置174。3 用变量表调试程序194.3 。

10、1 系统调试的根本步骤错误!未定义书签。4。3.2 变量表的根本功能错误!未定义书签。4。3。3 变量表的生成错误!未定义书签。4。3.4 变量表的使用214.4 S7300 的编程语言224。4。1 PLC 编程语言的国际标准224.4 。2 STEP7 中的编程技术22完毕语错误!未定义书签。致谢。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。 33参考文献34附录35南阳理工学院第一章 引言1.1 系统设计背景近年来,加热炉温度掌握系统是比较常见和典型的过程掌握系统，温度是工业生产过程中重要的被控参数之一 ,冶金机械食品化工等各类工业生产过程中广泛使用的各种加热炉热处理

11、炉反响炉，对工件的处理均需要对温度进展 掌握。因此，在工业生产和家居生活过程中常需对温度进展检测和监控。由于许 多实践现场对温度的影响是多方面的，使得温度的掌握比较简单，传统的加热炉 电气掌握系统普遍承受继电器掌握技术，由于承受固定接线的硬件实现规律掌握， 使掌握系统的体积增大，耗电多,效率不高且易出故障,不能保证正常的工业生产. 随着计算机掌握技术的进展，传统继电器掌握技术必定被基于计算机技术而产生的PLC 掌握技术所取代.而PLC 本身优异的性能使基于 PLC 掌握的温度掌握系统变的经济高效稳定且维护便利。这种温度掌握系统对改造传统的继电器掌握系统有 普遍性意义。通过本设计可以生疏并把握西

12、门子S7300PLC 的原理与功能以及它的编程语言,以自动掌握理论为指导思想，解决工业生产及生活中温度掌握的问题。1.2 系统工作原理加热炉温度掌握系统根本构成如图 1-1 所示,它由PLC 主控系统、固态继电器、加热炉、温度传感器等 4 个局部组成。图 1-1 加热炉温度掌握系统根本组成加热炉温度掌握实现过程是 :首先温度传感器将加热炉的温度转化为电压信号，PLC 主控系统内部的 A/D 将送进来的电压信号转化为西门子 S7300PLC 可识别的数字量,然后 PLC 将系统给定的温度值与反响回来的温度值进展比较并经过PID 运算处理后，给固态继电器输入端一个掌握信号掌握固态继电器的输出端导通

13、与否从而使加热炉开头加热或停顿加热。既加热炉温度掌握得到实现.其中 PLC 主控系统为加热炉温度掌握系统的核心局部起着重要作用。1。3 系统设计目标及技术要求本系统应能够掌握在设定值的 5的误差范围内并且具有温度上下限报警功能和故障报警功能。1。4 技术综述自 70 年月以来，由于工业过程掌握的需要,特别是在电子技术的迅猛进展,以及自动掌握理论和设计方法进展的推动下，国外温度掌握系统进展快速，并在智能化自适应参数自整定等方面取得成果。在这方面以日本、美国、德国、瑞典等国技术领先，并且都生产出了一批商品化的性能优异的温度掌握器及仪器仪表，2在各行业广泛应用.目前，国外温度掌握系统及仪表正朝着高精

14、度智能化、小型化等方面快速进展. 温度掌握系统在国内各行各业的应用虽然已经格外广泛，但从国内生产的温度掌握器来讲,总体进展水平仍旧不高，同国外的日本、美国、德国等先进国家相比，仍旧有着较大的差距。目前，我国在这方面总体技术水平处于 20 世纪 80 年月中后期水平。成熟产品主要以“点位”掌握及常规的PID 掌握器为主,它只能适应一般温度系统掌握，难于掌握滞后简单时变温度系统掌握,而且适应于较高掌握场合的智能化、自适应掌握仪表国内技术还不格外成熟,形成商品化并广泛应用的掌握仪表较少.现在,我国在温度等掌握仪表业与国外还有着肯定的差距。温度掌握系统大致可分别用 3 种方式实现，一种是用仪器仪表来掌

15、握温度，这种方法掌握的精度不高。另一种是基于单片机进展 PID 掌握，然而单片机掌握的 DDC 系统软硬件设计较为简单, 特别是涉及到规律掌握方面更不是其特长， 而PLC 在这方面却是公认的最正确选择。随着 PLC 功能的扩大在很多 PLC 掌握器中都扩大了 PID 掌握功能。因此本设计选用西门子 S7300PLC 来掌握加热炉的温度。其次章 系统设计2.1 掌握原理与数学模型2.1.1 PID 掌握原理2。1.1。1PID 掌握器根本概念PID 掌握器就是依据系统的误差，利用比例、积分、微分计算出掌握量来进展掌握。当被控对象的构造和参数不能完全把握，或得不到准确的数学模型时、掌握理论的其它技

16、术难以承受时，系统掌握器的构造和参数必需依靠阅历和现场调试来确定,这时应用 PID 掌握技术最为便利。即当我们不完全了解一个系统和被控对象，或不能通过有效的测量手段来获得系统参数时,最适合承受 PID 掌握技术。（1） 比例P掌握比例掌握是一种最简洁的掌握方式 ,其掌握器的输出与输入误差信号成比例关系，当仅有比例掌握时系统输出存在稳态误差Steadystate error。（2） 积分(I掌握在积分掌握中,掌握器的输出与输入误差信号的积分成正比关系。对一个自动掌握系统，假设在进入稳态后存在稳态误差，则称这个掌握系统是有稳态误差的或简称有差系统SystemwithSteady-stateErro

17、r)。为了消退稳态误差，在掌握器中必需引入“积分项”。积分项对误差的运算取决于时间的积分，随着时间的增加,积分项会增大。这样，即便误差很小，积分项也会随着时间的增加而加大， 它推动掌握器的输出增大，使稳态误差进一步减小，直到等于零。因此，承受比例+积分(PI掌握器，可以使系统在进入稳态后无稳态误差。（3） 微分D掌握在微分掌握中，掌握器的输出与输入误差信号的微分即误差的变化率成正比关系。 自动掌握系统在抑制误差的调整过程中可能会消灭振荡甚至失稳。其缘由是由于存在有较大的惯性组件环节)或有滞后delay组件,具有抑制误差的作用，其变化总是落后于误差的变化。解决的方法是使抑制误差的作用的变化“超前

18、”,即在误差接近零时，抑制误差的作用就应当是零 .这就是说，在掌握器中仅引入“比例”项往往是不够的，比例项的作用仅是放大误差的幅值，而目前需要增加的是“微分项”，它能推测误差变化的趋势，这样，具有比例+微分的掌握器就能够提前使抑制误差的掌握作用等于零，甚至为负值，从而避开被控量的严峻超调.所以对有较大惯性或滞后的被控对象,比例+微分PD掌握器能改善系统在调整过程中的动态特性。2。1.1.2 闭环掌握系统特点掌握系统一般包括开环掌握系统和闭环掌握系统。开环掌握系统 (Open-loop Control System)是指被控对象的输出(被掌握量)对掌握器(controller的输出没有影响,在这

19、种掌握系统中,不依靠将被掌握量反送回来以形成任何闭环回路。闭环掌握系统Closedloop Control System的特点是系统被控对象的输出(被掌握量)会反送回来影响掌握器的输出，形成一个或多个闭环。闭环掌握系统有正反响和负反响，假设反响信号与系统给定值信号相反，则称为负反响 Negative Feedback)；假设极性一样，则称为正反响.一般闭环掌握系统均承受负反响,又称负反响掌握系统.可见，闭环掌握系统性能远优于开环掌握系统。PID 就是应用最广泛的闭环掌握器。如图 2-1 所示系统是用于电加热炉温度控制系统的闭环掌握系统的 PID 闭环掌握系统，系统目标设定值为期望的加热炉温度，

20、闭环掌握器的反响值通过温度传感器测得，并经 A/D 变换转换为数字量；目标设定值与温度传感器的反响信号相减，其差送入 PID 掌握器，经比例、积分、微分运算，得到叠加的一个数字量；该数字量经过上限、下限限位处理后进展D/A 变换,输出一个电压信号去掌握固态继电器，以掌握加热炉的温度。该系统的 PID 掌握器一般承受 PLC 供给的专用模块本系统承受 FB58 模块)，也可以承受编程的方法如 PLC 编程、高级语言编程或组态软件编程等生成一个数字 PID 掌握器。同时，其它功能如A/D、D/A 都由 PLC 实现，加热炉的反响信号直接送PLC 采集，掌握固态继电器的电压信号也由 PLC 送出,从

21、而掌握加热炉的温度。图 21 电加热炉温度掌握系统的闭环掌握系统应用实例2.1 。1.3 PID 掌握器的参数整定PID 掌握器的参数整定是掌握系统设计的核心内容。它是依据被控过程的特性，确定PID 掌握器的比例系数、积分时间和微分时间的大小。PID 掌握器参数整定的方法很多，概括起来有如下两大类：(1理论计算整定法。它主要依据系统的数学模型，经过理论计算确定掌握器参数.这种方法所得到的计算数据未必可以直接使用，还必需通过工程实际进展调整和修改。(2)工程整定法。它主要依靠于工程阅历，直接在掌握系统的试验中进展 ,且方法简洁、易于把握，在工程实际中被广泛承受.PID 掌握器参数的工程整定方法，

22、 主要有临界比例法、反响曲线法和衰减法.这三种方法各有其特点，其共同点都是通过试验，然后依据工程阅历公式对掌握器参数进展整定.但无论承受哪一种方法所得到的掌握器参数，都需要在实际运行中进展最终的调整与完善。现在一般承受的是临界比例法。利用该方法进展 PID 掌握器参数的整定步骤如下：(1)首先预选择一个足够短的采样周期让系统工作；（2） 仅参加比例掌握环节,直到系统对输入的阶跃响应消灭临界振荡，登记这时的比例放大系数和临界振荡周期；（3） 在肯定的掌握度下通过公式计算得到 PID 掌握器的参数.2。1。1。4 PID 掌握器的主要优点PID 掌握器成为应用最广泛的掌握器，它具有以下优点:(1P

23、ID 算法蕴涵了动态掌握过程中过去、现在、将来的主要信息，而且其配置几乎最优。其中，比例(P)代表了当前的信息，起订正偏差的作用，使过程反响快速。微分D在信号变化时有超前掌握作用，代表将来的信息。在过程开头时强迫过程进展,过程完毕时减小超调，抑制振荡，提高系统的稳定性，加快系统的过渡过程。积分I代表了过去积存的信息，它能消退静差，改善系统的静态特性.此三种作用协作得当，可使动态过程快速、平稳、准确,收到良好的效果。(2PID 掌握适应性好，有较强的鲁棒性,对各种工业应用场合，都可在不同的程度上应用。特别适于“一阶惯性环节+纯滞后“和“二阶惯性环节+纯滞后”的过程掌握对象。（3） PID 算法简

24、洁明白,各个掌握参数相对较为独立，参数的选定较为简洁， 形成了完整的设计和参数调整方法,很简洁为工程技术人员所把握.（4） PID 掌握依据不同的要求，针对自身的缺陷进展了不少改进，形成了一系列改进的 PID 算法.例如,为了抑制微分带来的高频干扰的滤波 PID 掌握，为抑制大偏差时消灭饱和超调的 PID 积分分别掌握，为补偿掌握对象非线性因素的可变增益 PID 掌握，等。这些改进算法在一些应用场合取得了很好的效果。同时当今智能掌握理论的进展,又形成了很多智能 PID 掌握方法。南阳理工学院2.1.2 PID 指令的使用留意事项2.1 。2。1 PID 掌握器的选取PID 掌握器的性能和处理速

25、度只与所承受的 CPU 的性能有关。对于任意给定的CPU，掌握器的数量和每个掌握器被调用的频率是相互冲突的.掌握环执行的速度， 也即在每个时间单元内操作值必需被更的频率打算了可以安装的掌握器的数量 . 对要掌握的过程类型没有限制，拖延系统温度、液位等和快速系统流量、电机转速等)都可以作为被控对象。过程分析时应留意：掌握过程的静态性能比例和动态性能时间延迟、死区和重设时间等对被控过程掌握器的构造和设计以及静态比例和动态参量积分和微分)的维数选取有着很大的影响。准确地了解掌握过程的类型和特性数据是格外必要的。掌握器选取时应留意：掌握环的特性由被控过程或被控机械的物理特性打算， 并且设计中可以转变的

26、程度不是很大。只有选用了最适合被控对象的掌握器并使 其适应过程的响应时间，才能得到较高的掌握质量。不用通过编程就可以生成控 制器的大局部功能构造、参数设置和在程序中的调用等,前提是必需已经把握STEP 7 的编程根底学问.2。1。2。2PID 参数的设定PID 调整器参数是依据掌握对象的惯量来确定的。大惯量如大烘房的温度掌握，一般 P 可在 10 以上,I=310,D=1 左右.小惯量如一个小电机带一个水泵进展压力闭环掌握,一般只用 PI 掌握，P=1-10，I=0。11,D=0,这些要在现场调试时进展修正,主要是靠阅历及对生产工艺的生疏，参考对测量值的跟踪与设定值的曲线,从而调整 P、I、D

27、 的大小。下面具体说明阅历法的整定步骤：(1让调整器参数的积分系数 I=0，微分系数 D=0，掌握系统投入闭环运行， 由小到大转变比例系数 P,让扰动信号作阶跃变化，观看掌握过程，直到获得满足的掌握过程为止。（2） 取比例系数 P 为当前的值乘以 0。83，由小到大增加积分系数 I，同样让扰动信号作阶跃变化，直至得到满足的掌握过程。（3） 积分系数 I 保持不变，转变比例系数 P，观看掌握过程有无改善，如有改善则连续调整,直到满足为止。否则，将原比例系数 P 增大一些,再调整积分系数 I，力求改善掌握过程。如此反复试凑，直到找到满足的比例系数P 和积分系数I 为止。（4） 引入适当的微分系数

28、D，此时可适当增大比例系数 P 和积分系数 I。和前述步骤一样，微分系数的整定也需反复调整,直到掌握过程满足为止。6需要留意的是：仿真系统所承受的 PID 调整器与传统的工业 PID 调整器有所不同，其各个参数之间是相互隔离的，因而互不影响,用其观看调整规律格外便利。阅历法实质上是一种试凑法，它是在生产实践中总结出来的行之有效的方法，并在现场中得到了广泛的应用。阅历法简洁牢靠，但需要有肯定的现场运行阅历， 整定时易带有主观片面性.当承受 PID 调整器时，由于有多个整定参数，反复试凑的次数增多,因此增加了得到最正确整定参数的难度。2.2 采样信号和掌握量分析本系统共有一个模拟量(温度信号，从模

29、拟量地址的 288 读入 PLC。三个数字量掌握固态继电器.其余变量如表 2-2 所示。表 22变量表序号采样信号名称性质开关、模拟传感器占用硬件资源说明1AI0模拟量热电偶I288从外界读入的温度信号2DI0开关量I0.0启动信号3DI1开关量I0。1停顿信号4DI2开关量I0。2温度继电器高温信号5DI3开关量I0。3温度继电器低温信号6DI5开关量I1。3缺相报警输入7DI6开关量I1.4过载保护信号8DO0开关量Q0。0A 相固态继电器控制信号9DO1开关量Q0.1B 相固态继电器控制信号10DO2开关量Q0。2C 相固态继电器控制信号11DO3开关量Q1.1缺相报警12DO4开关量Q

30、1。2高温指示灯13DO5开关量Q1.3低温指示灯14DO6开关量Q1.5KA 线圈2。3 系统组成本系统的构造框图如图 2-3 所示。图 23 系统构造框图由图 23 可知，温度传感器采集到数据后送给 S7300PLC,S7-300PLC 通过运算后给固态继电器一个掌握信号从而掌握加热炉的导通与否.上位机是编写 PLC 程序以及监控温度的变化.第三章硬件设计随着微处理器、计算机和数字通信技术的飞速进展，计算机掌握已经广泛地应用在全部的工业领域.现代社会要求制造业对市场需求作出快速反响，生产出小批量、多品种、多规格、高质量的产品。为了满足这一要求，生产设备和自动化生产线的掌握系统必需具有极高的

31、牢靠性和敏捷性. 可编程序掌握器Programmable Logic Controller正是顺应这一要求消灭的，它是以微处理器为根底的通用掌握装置。本章主要介绍西门子 S7300 系列 PLC 以及其它硬件的组成与选型。3。1 PLC 的根本概念可编程序掌握器简称为 PLC，它的应用面广、功能强大、使用便利，已经成为当代工业自动化的主要支柱之一。PLC 已经广泛地应用在各种机械设备和生产过程的自动掌握系统中，PLC 在其它领域，例如在民用和家庭自动化设备中的应用也得到了快速的进展。3。1.1 模块式 PLC 的根本构造这里我们主要介绍的是西门子S7300,S7-300 属于模块式PLC。西门

32、子的 PLC 以其极高的性价比,在国内占有很大的市场份额，在我国的各行各业得到了广泛的应用.S7-300 模块式 PLC，主要由机架、CPU 模块、信号模块、功能模块、接口模块、通信处理器、电源模块和编程设备组成，各种模块安装的机架上。通过 CPU 模块或通信模块上的通信接口， PLC 被连接到通信网络上，可以与计算机、其它PLC 或其它设备通信。图 31 是 PLC 掌握系统的示意图。图 31 PLC 掌握系统示意图CPU 模块：CPU 模块主要由微处理器和存储器组成，S7300 将 CPU 模块简称为 CPU。在 PLC 掌握系统中,CPU 模块相当于人的大脑和心脏，它不断的采集输入信号，

33、执行用户程序，刷系统的输出，模块中的存储器用来存储程序和数据。信号模块：输入Input模块和输出Output模块一般简称为 I/O 模块， 开关量输入/输出模块简称为 DI 模块和 DO 模块，模拟量输入/输出模块简称为 AI 模块和 AO 模块，在 S7-300 中统称为信号模块。信号模块是系统的眼、耳、手、南阳理工学院脚，是联系外部现场设备和CPU 模块的桥梁。输入模块用来接收和采集输入信号， 开关量输入模块用来接收从按钮、选择开关、数字拨码开关、限位开关、接近开关等来的开关量输入信号；模拟量输入模块用来接收电位器、测速发电机和各种变送器供给的连续变化的模拟量电流电压信号.开关量输出模块用

34、来掌握接触器、电磁阀、电磁铁、指示灯、数字显示装置和报警装置等输出设备,模拟量输出模块用来掌握电动调整阀、变频器等执行器。在信号模块中，用光耦合器、光敏晶闸管、小型继电器等器件来隔离 PLC 的内部电路和外部的输入、输出电路。功能模块：为了增加PLC 的功能，扩大应用领域，减轻CPU 的负担，PLC 厂家开发了各种各样的功能模块。主要用于完成某些对实时性和存储容量要求很高的掌握任务。接口模块：CPU 模块所在的机架称为中心机架,假设一个机架不能容纳全部模块，可以增设一个或多个扩展机架.接口模块用来实现中心机架和扩展机架之间的通信，有的接口模块还可以为扩展机架供电。通信处理器：通信处理器用于PL

35、C 之间、PLC 与远程 I/O 之间、PLC 与计算机和其他智能设备之间的通信,可以将 PLC 接入 MPI、PROFIBUSDP、AS-i 和工业以太网，或者用于点对点通信。电源模块:PLC 一般使用 AC 220V 电源或 DC 24V 电源，电源模块用于将输入电压转换为 DC 24V 和背板总线上的 DC 5V 电压,供其他模块使用。编程设备：S7-300 使用安装了编程软件 STEP7 的个人计算机作为编程设备, 在计算机屏幕上直接生成和编辑各种文本程序或图形程序，可以实现不同编程语言之间的相互转换。程序被编译后下载到 PLC,也可以将 PLC 中的程序上传到计算机。程序可以存盘或打

36、印,通过网络，可以实现远程编程。编程软件还具有对网络和硬件组态、参数设置、监控和故障诊断等功能.3.1.2 PLC 的特点编程方法简洁易学:梯形图是使用的最多的 PLC 编程语言，其电路符号和表达方式与继电器电路原理图相像,梯形图语言形象直观，易学易用，生疏继电器电路图的电气技术人员只需花几天时间就可以生疏梯形图语言，并用来编制用户程序. 功能强,性能价格比高：一台小型的PLC 内有成百上千个可供用户使用的编程元件，可以实现格外简单的掌握功能。与一样功能的继电器系统相比，具有很高的性能价格比。PLC 可以通过通信联网，实现分散掌握，集中治理。硬件配套齐全，用户使用便利，适应性强：PLC 产品已

37、经标准化、系列化、模块化,配备有品种齐全的硬件装置供用户选用,用户能敏捷便利地进展系统配置， 组成不同功能、不同规模的系统。PLC 的安装接线也很便利，一般用接线端子连接外部接线.硬件配置确定后,通过修改用户程序，就可以便利快速地适应工艺条件10的变化。牢靠性高,抗干扰力量强:PLC 用软件取代了继电器掌握系统中大量的中间继电器和时间继电器,接线可削减到继电器掌握系统的格外之一以下，大大削减了因触点接触不良造成的故障.S7-300 有极强的故障诊断力量。PLC 使用了一系列硬件和软件抗干扰措施，具有很强的抗干扰力量，可以直接用于有猛烈干扰的工业生产现场，PLC 已被公认为最牢靠的工业掌握设备之

38、一.系统的设计、安装、调试工作量少:PLC 用软件功能取代了继电器掌握系统中大量的中间继电器、时间继电器、计数器等器件，使掌握柜的设计、安装、接线工作量大大削减。PLC 的梯形图程序可以用挨次掌握设计法来设计.这种设计方法很有规律，简洁把握。可以在试验室模拟调试 PLC 的用户程序，用小开关来模拟输入信号，通过个输出点对应的发光二极管的状态来观看输出信号的状态,调试的时间比继电器系统少的多。修理工作量小，修理便利：PLC 的故障率很低,并且有完善的故障诊断功能。PLC 或外部的输入装置和执行机构发生故障时，依据 PLC 上的发光二极管或编程软件供给的信息,可以很便利地查明故障的缘由，用更换模块

39、的方法可以快速地排解故障。体积小,能耗低：对于简单的掌握系统,使用 PLC 后，由于削减了大量的中间继电器和时间继电器，开关柜的体积比继电器掌握系统小的多。3。2 PLC 的工作原理3。2.1 PLC 的循环处理过程CPU 中的程序分为操作系统和用户程序。操作系统用来处理 PLC 的起动、刷输入/输出过程映像区、调用用户程序、处理中断和错误、治理存储区和通信等任务。用户程序由用户生成，用来实现用户要求的自动化任务.STEP7 将用户程序和程序所需的数据放置在块中,功能块 FB 和功能 FC 相当于用户编写的子程序,系统功能 SFC 和系统功能块 SFB 是操作系统供给应用户使用的标准子程序，这

40、些块统称为规律块。PLC 承受循环执行用户程序的方式,这种运行方式也称为扫描工作方式。 OB1 是用于循环处理的组织块，相当于用户程序中的主程序，它可以调用别的规律块， 或被中断程序组织块中断。PLC 得电或由 STOP 模式切换到 RUN 模式时,CPU 执行启动操作，去除没有保持功能的位存储器、定时器和计数器，去除中断堆栈和 块堆栈的内容，复位保存的硬件中断等。此外还要执行一次用户编写的“系统启 动组织块“OB100，完成用户指定的初始化操作。以后进入周期性的循环运行.图 3-2是扫描过程。结合图简要介绍下扫描过程：（1） 操作系统启动循环时间监控；（2） CPU 将输出过程映像区的数据写

41、到输出模块;3)CPU 读输入模块的输入状态，并存入输入过程映像区;4CPU 处理用户程序，执行用户程序中的指令； (5在循环完毕时，操作系统执行全部挂起的任务；6CPU 返回第一阶段,重启动循环时间监控。图 32 扫描过程在启动完成后，不断地循环调用 OB1，在 OB1 中可以调用其他规律块(FB、SFB、FC、SFC。循环程序处理过程可以被某些大事中断。假设有中断大事消灭，当前正在执行的块被暂停执行，并调用安排给该大事的组织块。该组织块被执行完后, 被暂停执行的块将从被中断的地方开头连续执行。在 PLC 的存储器中,设置了一片区域用来存放输入信号和输出信号的状态,它们分别称为输入过程映像区

42、和输出过程映像区。PLC 梯形图中的其他编程元件也有对应的映像存储区。在循环程序处理过程中，CPU 并不直接访问 I/O 模块中的输入地址区和输出地址区，而是访问 CPU 内部的过程映像区.在写输出模块阶段，CPU 将输出过程映像区的状态传送到输出模块。梯形图中某一输出位的线圈“通电”时,对应的输出过程映像位为 1 状态。信号经输出模块隔离和功率放大后，继电器型输出模块中对应的硬件继电器的线圈通电,其常开触点闭合,使外部负载通电工作。假设梯形图中的线圈“断电”，对应的输出过程映像位为 0 状态，在写输出模块阶段之后，继电器型输出模块中对应的硬件继电器的线圈断电，其常开触点断开,外部负载断电，停

43、顿工作。在读输入模块阶段,PLC 把全部外部输入电路的接通/断开状态读入输入过程映像区。外部输入电路接通时，对应的输入过程映像位为 1 状态，梯形图中对应的输入位的常开触点接通，常闭触点断开。外部输入触点电路断开时，对应的输入过程映像位为 0 状态,梯形图中对应的输入位的常开触点断开,常闭触点通。在程序执行阶段,即使外部输入信号的状态发生了转变，输入过程映像位的状态也不会随之而变,输入信号变化了的状态只能在下一个循环扫描周期的读输入模块阶段被读入.3.2.2 用户程序的执行过程PLC 的用户程序由假设干条指令组成,指令在存储器中挨次排列.在没有跳转指令和块调用指令时，CPU 从第一条指令开头，

44、逐条挨次地执行用户程序，直到用户程序完毕之处。在执行指令时，从输入过程映像区或别的存储区中将有关编程元件的 0、1 状态读出来，并依据指令的要求执行相应的规律运算，运算的结果写入到对应的存储区中，因此，各编程元件的存储区输入过程映像区除外的内容随着程序的执行而变化.循环时间是指操作系统执行一次如图 3。3 所示的循环操作所需的时间，包括执行 OB1 中的程序段和中断该循环的系统操作的时间，也称扫描循环时间或扫描周期。循环时间与用户程序的长短、指令的种类和 CPU 执行指令的速度有很大的关系。3。3 S7300 简介S7-300 是模块化的中小型 PLC，适用于中等性能的掌握要求。品种繁多的 C

45、PU模块、信号模块和功能模块能满足各种领域的自动掌握任务，用户可以依据系统的具体状况选择适宜的模块，修理时更换模块也很便利.S7300 有很高的电磁兼容性和抗振动抗冲击力量，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。S7300 承受紧凑的、无槽位限制的模块构造，各个模块都安装在导轨上,用螺栓锁紧即可.3。3。1 数字量输入模块数字量输入模块用于连接外部的机械触点和电子数字式传感器，例如二线式光电开关和接近开关等 .数字量输入模块将从现场传来的外部数字信号的电平转换为 PLC 内部的信号电平。输入电路中一般设有RC 滤波电路，以防止由于输入触点抖动或外部干扰脉

46、冲引起的错误输入信号,输入电流一般为数毫安。3.3.2 数字量输出模块SM 322 数字量输出模块将S7-300 的内部电平信号转化为掌握过程所需的外部信号电平，同时具有隔离和功率放大的作用。输出模块的功率放大元件有驱动直流负载的大功率晶体管和场效应晶体管、驱动沟通负载的双向晶闸管或固态继电器 ,以及既可以驱动沟通负载又可以驱动直流负载的小型继电器.输出电流典型值为 0.52A，负载电源由外部现场供给。3.3.3 数字量输入/输出模块SM323 是 S7-300 的数字量输入/输出模块，它由两种型号可供选择。一种是 8 点的输入和 8 点输出的模块,输入点和输出点均只有一个公共端。另外一种有 16 点输入8 点一组和 16 点输出(8 点一组。输入、输出的额定电压均为 DC24V， 输入电流为 7mA