畢業(yè)設計說明書高爐上料控制系統(tǒng)設計

1、<p><b>　　摘要</b></p><p>　　鋼鐵行業(yè)是我國重工業(yè)之一，是我國的支柱產業(yè)。高爐上料是煉鐵生產的重要環(huán)節(jié)，可靠完美的上料自動控制及數(shù)據(jù)采集對于高爐的順利穩(wěn)產、降低焦化、提高產量質量起著重要的作用?，F(xiàn)在國內外鋼鐵企業(yè)都非常關注高爐產量如何提高的問題，也都在積極應用高爐上料自動化系統(tǒng)。高爐上料自動化系統(tǒng)主要解決以下幾方面的問題：在工藝上要保證自動化系統(tǒng)能夠正確的按

2、照料單進行配料，并且能安規(guī)定的順序把料送進高爐；在電氣設計上要保證系統(tǒng)有一定數(shù)目的檢測點，以保證給控制器能夠對輸入的信號作出準確的處理并進行對外控制；在軟件上要保證監(jiān)控系統(tǒng)的準確可靠性?，F(xiàn)代高爐自動化主要是指儀表檢測及控制系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)和過程及管理用的計算機。即高爐“三電”一體化。</p><p>　　本系統(tǒng)主要設計的內容包括：（1）用STEP7編程軟件對S7-300 PLC進行編程、下載和調試。STEP7是

3、一個功能強大的編程軟件，尤其是v5.4這個版本支持梯形圖、語句表、功能塊圖編程語言，并采用類似于高級語言的編程模式，把主程序、子程序和中斷程序進行了模塊化，增加了程序的可讀性，使編程人員和現(xiàn)場調試人員一目了然。另外STEP7支持便量表調試，把程序下載到PLC后可以利用便量表認為賦值的方式來模擬現(xiàn)場數(shù)據(jù)的輸入。（2）利用所學電器與PLC控制技術、電路、數(shù)字電子技術、模擬電子技術、電力電子技術、工廠供電、電機拖動以及傳感器技術在圖紙上繪制出

4、可行性的電氣連接圖。</p><p>　　關鍵詞：高爐上料；S7-300 PLC；自動控制</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　Iron and steel industry is one of China's heavy industry, is China's pillar indust

5、ries. Blast furnace iron production is an important part of the perfect feeding reliable control and data acquisition for the smooth stable blast furnace to reduce coke, improve yield and quality play an important role.

6、Domestic and foreign steel companies are very concerned about the issue of how to increase blast furnace production, are also active in Blast Furnace Automation System applications. The main blast f</p><p>　

7、　This system is mainly designed to include: (1) with STEP7 programming software on the S7-300 PLC programming, download and debug. STEP7 is a powerful programming software, in particular, v5.4 This version supports ladd

8、er diagram, statement list, function block diagram programming language, and uses similar to high-level language programming modes, the main program, subroutine and interrupt procedures were modular, increase the readabi

9、lity of the program, so programmers and field testing workers</p><p>　　Key words: blast furnace；S7-300 PL；automatic contro</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　摘要I</

10、b></p><p>　　AbstractII</p><p><b>　　引言1</b></p><p>　　1 高爐上料控制系統(tǒng)概述2</p><p>　　1.1 高爐自動化介紹2</p><p>　　1.2高爐上料系統(tǒng)在高爐的地位與作用2</p><p&g

11、t;　　1.3高爐上料系統(tǒng)工藝簡介3</p><p>　　1.4上料系統(tǒng)的工藝與設備4</p><p>　　1.5高爐卷揚的基本結構7</p><p>　　1.6高爐卷揚機的工作特點8</p><p>　　1.7控制系統(tǒng)的實現(xiàn)8</p><p>　　1.8高爐上料控制系統(tǒng)設計方案9</p>&

12、lt;p>　　1.8.1 系統(tǒng)功能及性能指標9</p><p>　　1.8.2 系統(tǒng)結構10</p><p>　　2 可編程邏輯控制器（PLC）的應用12</p><p>　　2.1 step7 編程軟件介紹12</p><p>　　2.2編程方法介紹14</p><p>　　2.2.1經驗編程法介紹

13、14</p><p>　　2.2.2 順控編程法介紹15</p><p>　　2.3 可編程控制器的結構15</p><p>　　2.4 PLC的工作原理16</p><p>　　2.5 可編程控制器（PLC）的特點16</p><p>　　2.6 可編程控制器（PLC）的主要功能和應用18</p>

14、;<p>　　2.7 PLC與其他工業(yè)控制的比較18</p><p>　　3 PLC的選型和其他硬件配置22</p><p>　　3.1 PLC的選型22</p><p>　　3.2 西門子S7-300系列PLC特性及主要模塊介紹23</p><p>　　3.3 配料部分給料機的配置29</p><

15、p>　　3.4 稱量斗的電器配置29</p><p>　　3.5 高爐卷揚部分電器配置31</p><p>　　3.5.1 交流調速系統(tǒng)31</p><p>　　3.5.2 西門子MICROMASTER 440 系列通用變頻器介紹32</p><p>　　3.5.3 本系統(tǒng)的變頻控制電路33</p><

16、p>　　3.5.4 卷揚電機的選型34</p><p>　　3.6 高爐探尺35</p><p>　　3.6.1直流調速簡介35</p><p>　　3.6.2 高爐探尺系統(tǒng)36</p><p>　　3.6.3 直流電機選型37</p><p>　　3.7其它電器元件的配置37</p>

17、<p><b>　　4 系統(tǒng)設計39</b></p><p>　　4.1 系統(tǒng)硬件設計39</p><p>　　4.1.1 系統(tǒng)設計原理39</p><p>　　4.1.2 通道分配40</p><p>　　4.1.3變頻器線路設計41</p><p>　　4.1.4 變頻

18、器主要參數(shù)設置41</p><p>　　4.1.5 PLC外部接線43</p><p>　　4.2 系統(tǒng)軟件設計43</p><p>　　4.2.1 工藝要求43</p><p>　　4.2.2 PLC程序設計44</p><p>　　4.2.3 系統(tǒng)工作過程51</p><p>&

19、lt;b>　　結論53</b></p><p><b>　　參考文獻54</b></p><p><b>　　謝辭55</b></p><p><b>　　引言</b></p><p>　　與國外先進水平相比，我國煉鐵技術還存在較大差距，主要表現(xiàn)：（1）

20、工藝裝備水平落后，首先是爐容方面大型高爐少。（2）風溫比國外低150-200℃，頂壓低 80-100Kpa，檢測技術和自動控制差的更多。特別在高爐長壽方面， 我們的差距尤為突出。生產技術指標較低，原因除工藝裝備和生產管理落后外，主要是料不精。日本精料最先進，品位高，燒結礦的品位一般為 56-58%，質量好，尤其是還原性好。鋼鐵廠建有中和料場，原料成分十分穩(wěn)定。而我國鋼鐵廠大多數(shù)無中和料場，原料成分波動大，燒結礦還原性差，品位只有 52%

21、左右。尤其是燃料消耗高，無論在節(jié)焦上， 還是在余熱余能回收上都有很大差距。300 立方米級以下的高爐由于勞動生產率偏低、能耗高、污染環(huán)境等缺點越來越不適應當今社會的發(fā)展。根據(jù)國家的技術政策，限制建設 1000 立方米以下高爐，逐步淘汰 300 立方米級以下的高爐。目前我國 300立方米級高爐還較多，特別是 300 立方米級高爐其許多指標優(yōu)于大高爐，加上較低的 投資、區(qū)域資源和市場的優(yōu)勢使這些在成本上有一定的競爭力。企業(yè)的生產規(guī)模和合理的

22、高爐座數(shù)(34 座為宜)也是當前制約高爐擴容的一個客觀因</p><p>　　在新世紀初，檢測技術的現(xiàn)代化和高爐自動控制發(fā)展到一個新的階段。高爐的技術進步與檢測技術進步密切相關，特別是要實現(xiàn)高爐自動控制，沒有良好的檢測技術是不可想象的。由于高爐是一個封閉的冶煉設備，而且是連續(xù)生產，因此用電子計算機控制的必要性和重要性更大，但難度也大。自 1958 年美國首次把電子計算機應用于高爐配料控制以來，已逐步發(fā)展到以下幾方

23、面的應用：</p><p>　　(1) 上料系統(tǒng)：包括原料配料、稱量以及裝料程序的自動控制。</p><p>　　(2) 熱風爐系統(tǒng)：包括燃燒過程控制及自動換爐。送風系統(tǒng)的風量、風溫、濕度 和原料噴吹的自動控制。</p><p>　　(3)高爐過程控制：包括象征高爐熱制度的生鐵含硅控制，爐料和煤氣運動的檢 測與控制，冷卻制度的檢測與控制，爐襯侵蝕的控制等。</

24、p><p>　　1 高爐上料控制系統(tǒng)概述</p><p>　　1.1 高爐自動化介紹</p><p>　　高爐上料系統(tǒng)的設計包括：(1)高爐煉鐵生產工藝的設計(2)系統(tǒng)硬件設計（包括 PLC 部分設計和數(shù)字儀表的設計）(3)系統(tǒng)軟件設計（包括 STEP 7 程序設計和界面 的設計和開發(fā)）。</p><p>　　高爐是一次點火晝夜不間斷連續(xù)運行數(shù)年

25、的煉鐵設備，根據(jù)高爐型號的不同日產量可達千噸至萬噸。如此之大的產量還需要有嚴格的質量要求，這就要求要有精確的稱量、配料、上料順序和精湛的工藝作保障。以前高爐生產的各個環(huán)節(jié)都是由人工操作，生產效率低、質量差嚴重的制約了行業(yè)的發(fā)展。隨著計算機技術的發(fā)展，工業(yè)自動化已是現(xiàn)代工業(yè)生產的標志，是行業(yè)突飛猛進發(fā)展的動力。</p><p>　　高爐自動化的目的主要保證高爐操作的4 個主要問題: 即正確的配料并以一定的順序及時裝

26、入爐內;控制爐料均勻下降;調節(jié)料柱中爐料分布及保持與煤氣流良好的接觸:保持合理的熱狀態(tài)。現(xiàn)代高爐自動化主要是指儀表檢測及控制系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)和過程及管理用的計算機。即高爐“三電”一體化。它在功能分配上又是分級式層次結構，高層次是過程控制級，低層次是基礎自動化級?；A自動化級，主要進行電氣自動控制和儀表自動控制，對工藝設備過程信息進行檢測、顯示、記錄及數(shù)據(jù)基礎處理，執(zhí)行設備運轉控制及工藝設備過程自調節(jié)，越限報警。過程控制級，主要完成生產

27、優(yōu)化控制、操作指導、數(shù)據(jù)處理和存儲，與上級管理計算機及其他計算機之間的數(shù)據(jù)通信。如芬蘭羅塔魯基公司拉赫廠的高爐是60年代由前蘇聯(lián)設計和建造的，當時的各項指標都比較落后。而最近十幾年來，這些高爐己經躋身于世界最先進高爐的行列。他們的經驗主要有兩條，一是提高燒結礦和焦炭的質量，二是建立了性能優(yōu)良、工作可靠的計算機控制系統(tǒng)?，F(xiàn)在，世界各國主要產鋼國都采用了計算機控制高爐，其中水平最高的當屬日本。</p><p>　　1

28、.2高爐上料系統(tǒng)在高爐的地位與作用</p><p>　　在高爐生產中，上料系統(tǒng)上下所設置的設備，是為高爐煉鐵服務的。其所屬的設備稱為上料設備:包括主卷揚機、料車、探尺、爐頂布料裝置等一系列設備。其生產過程構成上料系統(tǒng)。主要作用是保證及時、準確、穩(wěn)定地將合格原料從貯礦槽送上高爐爐頂。鋼廠的高爐上料卷揚系統(tǒng)是煉鋼生產中的關鍵環(huán)節(jié)，主要作用是將煉鐵所需的各種原料源源不斷地送到高爐內，保證高爐煉鐵的正常需要。</p

29、><p>　　高爐上料系統(tǒng)是供高爐爐料的重要環(huán)節(jié)，其基本工藝參數(shù)是由高爐的冶煉需求確定的。為了滿足冶煉要求，必須合理確定控制方案?？刂品桨覆粌H與設計和選用設備有關，而且直接影響高爐的操作條件。高爐冶煉過程是一個連續(xù)的、大規(guī)模的、高溫生產過程。爐料(礦石、熔劑、焦炭)按照確定的比例通過上料設備分批地從爐頂裝入爐內。只要使高爐吃飽、吃好、吃精料，這對高爐實現(xiàn)優(yōu)質、高產、低耗，提高高爐冶煉水平具有十分重要的意義。</

30、p><p>　　1.3高爐上料系統(tǒng)工藝簡介</p><p>　　煉鐵設備主要由三大部分組成：配料部分、中間斗部分、和高爐部分。以上都是在煉鐵工藝的指導下按要求完成各自工作的。</p><p>　　配料部分由貯料倉、稱量斗和皮帶運輸機組成。貯料倉位于高爐一側，分為貯焦炭倉、貯礦石倉、貯燒結倉和貯石灰石倉。貯料倉外圍有磚砌成，內部由水泥抹滑。貯料倉的上部多為正方體形，下邊為

31、漏斗形。貯料倉主要解決高爐連續(xù)上料和車間間斷續(xù)供料的矛盾，當貯礦槽之前的供料系統(tǒng)設備檢修或因事故造成短期間斷供料時，可依靠貯礦槽內的存量維持高爐生產。由于貯礦槽都是高架式的，可以利用原料的自重下滑進入下一工序，有利于實現(xiàn)配料等的機械化和自動化。在每個貯料倉下面是電磁振動給料機和稱量斗。稱量斗的作用就是按要求稱量出對應的原料，并放到其下面的皮帶運輸機上運往中間都。稱量斗由稱體和壓力傳感器組成，掛在貯料倉的下面，稱量斗下方是一個開關門，由電

32、磁閥控制，按要求適時打開和關閉。電磁振動給料機負責向稱量斗給料，并把篩選出來的不合格的粉末原料篩選出來，由另一條皮帶機運往供料車間。皮帶運輸機位于各個稱量斗的下方，起到配料部分和中間都部分的鏈接作用，皮帶運輸機是時時運行的。</p><p>　　中間部分其實就為一個中間存儲器，目的是為了及時的把稱量好的原料放入上料小車（上料小車一會介紹）以滿足高爐要求。中間斗下面有兩個出料口，一個對準一號上料小車，一個對準二號小

33、車。每個出料口各有一個開關門，也是由電磁閥控制。</p><p>　　高爐部分由上料小車、小料盅、大料盅、爐底、探尺、熱風管和煤氣管組成。上料小車負責把稱量好的原料送往高爐，一般上料小車是一對，一上一下起配重的作用，共由一臺電動機驅動，電動機是由變頻器控制的在設定好的區(qū)段內以相應的速度運行，保證小車快速穩(wěn)定的向高爐供料。上料小車一般不允許中途停車。小料盅和大料盅起密封和存料作用，本次設計的高爐大料盅最多存放四車原

34、料，小料盅最多存放兩車原料，而且在大料盅網爐底放料時小料盅必須是關閉的，以免爐內的高壓把料盅里的原料噴出爐外，發(fā)生生產事故，而且在大料盅向下放料時小料盅里必須存放兩車的原料以加大密封顱腔的壓力。切忌大料盅和小料盅不能同時開啟、各料盅存料量不能大于要求值。爐底是煉鐵的反應室里面底層由焦炭墊起，上面為礦石燒結和石灰石，石灰石起凝結爐渣的作用。反應室里的溫度由熱風供給，熱風由熱風管輸入，溫度達上千度，在爐體內反應還會產生煤氣，由煤氣管輸出。探

35、尺的作用是檢查爐體內原料的多少，以便控制下料和上料系統(tǒng)。</p><p>　　1.4上料系統(tǒng)的工藝與設備</p><p>　　為了高爐的正常工作和鐵水質量，各個系統(tǒng)設備按一定的連鎖、順序關系工作、各個設備的動作程序由值班人員根據(jù)高爐冶煉情況編制并通過 PLC 準確控制各個設 備。高爐上料控制系統(tǒng)包括下列主要系統(tǒng)：</p><p>　　1)槽下稱量裝料及料倉儲料系統(tǒng)；

36、</p><p>　　2) 高爐料鐘裝料系統(tǒng)；</p><p><b>　　3) 探尺系統(tǒng)；</b></p><p>　　4) 料車卷揚系統(tǒng)。</p><p>　　高爐槽下上料工藝，包括高爐礦槽下部至高爐料車以前的受料、篩分、物料輸送等所有設施的工藝配置，設備性能選擇，以及正確的給料、配料程序等。在我國高爐中，有以下三種

37、形式：</p><p>　　(1)料車式上料：為保證高爐連續(xù)性生產，防止供料暫時中斷，具有一定的原料 儲備能力。儲備能力通過設置料倉來解決，圖1為料倉平面布置圖。在上料機斜橋 3 的下面有兩個比較大的料倉 2 是焦倉，其余容積較小數(shù)目較多的料倉是礦倉，各種礦 石和溶劑分別裝在礦倉內。礦倉上部的物料是采用膠帶機來運輸?shù)?，料倉的倉底不與 地面接觸，形成空架以便利用重力落差放料。料車設有兩個稱量漏斗，按照工藝提供 的料

38、批組成，它可停留在任意一個料倉下面取料，然后運行地坑的位置，將爐料卸入 上料小車。料車是向上料小車供給礦石和溶劑的一個種重要設備。為保證高爐連續(xù)生產，防止料車故障，均設有備用料車。焦炭由焦倉經振動篩，稱量漏斗直接卸入料車。</p><p><b>　　圖1料倉平面布置圖</b></p><p>　　1 礦石倉 2 焦炭倉 3 上料機斜料 4 高爐</p&g

39、t;<p>　　(2)運輸與稱量分開的供料形式：這種供料形式(見圖2)的設備職能單一，構造 大為簡化，可靠性增強，并且有利于提高生產能力和實現(xiàn)自動化。</p><p>　　圖2 運輸與稱量分開的供料形式圖</p><p>　　1-主礦倉 2-運輸機 3-礦石稱量漏斗 4-雜礦倉 5-雜礦稱量漏斗 6-雜礦運輸膠帶機 7-主焦倉 8-備用焦倉 9-焦炭運輸膠帶機 10-焦炭篩

40、11-焦炭稱量漏斗 12-料車 13-碎焦倉 14-碎焦料車 15-高爐 </p><p><b>　　16-備用礦倉</b></p><p>　　采用兩個容積比較大的料倉分別作為主焦倉7和主礦倉1，有若干個容積比較小的 分別作為備用焦倉8和備用礦倉16。</p><p>　　焦炭和礦石均采用稱量漏斗計量，除雜礦和溶劑的稱量漏斗布置在雜礦倉出口

41、 外，焦炭和主要礦石的稱量漏斗均布置在料車坑的兩側。每一料車上面均布置有焦炭 稱量漏斗和礦石稱量漏斗。這兩個稱量漏斗的排料口，由不同方向對準料車，靠落差 向料車上料。</p><p>　　倉上物料是用膠帶機來運輸?shù)?。直接布置在料車坑上方的四個主礦倉，倉內物料 直接進入稱量漏斗。備用倉內的物料則通過帶式運輸機進入料車坑的稱量斗內。雜礦 和熔劑的用量較少，需要稱量后再由膠帶機6送到料車坑的料斗內。從備用倉或主焦倉7來

42、的焦炭，均通過焦炭篩10，再流入焦炭稱量漏斗11。這種供料形式雖然客服了前述料車上料型式的缺點，但還存在其它缺點。由于每側礦石倉只設一個礦石稱量漏斗，如礦石品種較多，顯然不易勝任。此外，在每個燒 結礦倉下面，往往都設有振動篩，增加了設備。</p><p>　　(3)膠帶式上料：這種供料系統(tǒng)(國內外大型高爐，都采用膠帶上料機)。這種供 料型式的料倉，不論焦倉或礦倉，都由若干個同樣容積的料倉排列在同一條直線上， 不分

43、主礦倉和備用倉。由于所有原料均為冷態(tài)，因此可以廣泛采用膠帶運輸機。倉下 不用笨重的鏈板式運輸機，來料也不用鐵路車廂運輸，在焦倉下面只裝有膠帶運輸機， 在礦倉下面裝有振動篩和漏斗以及膠帶運輸機。礦石品種較多，需在每個料倉下面設 置篩分和稱量設備，分別完成篩分和稱量任務。</p><p>　　礦倉采用分散篩分和稱量的好處還在于可以使篩分和稱量設備小型化，便于制造 和維修，對易于出問題的設備(例如振動篩)還可以起備用作

44、用。這種供料型式較好地 滿足了對供料系統(tǒng)所提出的各項要求。</p><p>　　在這三種方式中，新建的現(xiàn)代大中型高爐都是膠帶式上料，小型高爐及20世紀80 年代以前建設的大中型高爐使用料車式上料。</p><p>　　1.5高爐卷揚的基本結構</p><p>　　圖 3 高爐卷揚的基本結構</p><p>　　1.斜橋 2.柱 3.卷揚

45、機室 4.料坑 5.料車 6.滾筒</p><p>　　7.鋼繩 8、9、10. 滑輪 11.減速器 12.主卷揚電機</p><p>　　在冶金高爐生產線上，一般把按照品種、數(shù)量稱好的爐料從地面的儲礦槽運送到爐頂?shù)纳a機械稱為高爐上料設備，它是高爐的供料系統(tǒng)的重要設備。它包括料車坑、料車、斜橋、卷揚機或帶式上料機。高爐上料機主要有三種：料罐式、 料車式和皮帶機上料。料罐式

46、上料機是上行重罐下行空罐，如果速度快，就會吊著料罐擺動不停，上料能力低，新建高爐已不再采用。對于大型高爐幾乎完全采用帶式上料機，對于小型高爐或使用熱燒結礦的高爐，目前還是以料車式上料為主。料車式上料機結構如圖3所示，料車上料機主要由斜橋、料車、卷揚機三部分組成。 </p><p>　　將爐料直接送到高爐爐頂?shù)脑O備稱為上料機。對上料機的要求是：要有足夠的上料能力，不僅能滿足正常生產的需要，還能在低料線的情況下很快趕

47、上料線。為滿足這一要求，在正常情況下上料機的作業(yè)率一般不應超過70%；工作穩(wěn)妥可靠；最大程度的機械化和自動化。</p><p>　　1.6高爐卷揚機的工作特點</p><p>　　料車卷揚機是牽引料車在斜橋上行走的設備。在高爐設備中是僅次于鼓風機的關鍵設備，料車卷揚機系統(tǒng)主要由驅動電機、減速箱、卷筒、鋼繩、安全裝置及控制系統(tǒng)組成，其工作特點為：</p><p>　　

48、1)能夠頻繁啟動、制動、停車、反向、轉速平穩(wěn)、過渡時間短。</p><p>　　2)能夠按一定的速度圖運行。</p><p>　　3)能廣泛地調速，速度一般為0.5～3.5m/s，目前料車的最大線速度可達3.8m/s。</p><p>　　4)系統(tǒng)工作可靠。在進入曲軌段及離開料坑時不能有高速沖擊，確保終點位置準確停車。</p><p>　　1

49、.7控制系統(tǒng)的實現(xiàn)</p><p><b>　　料車的運行分析:</b></p><p>　　料車在斜橋上的運動分為啟動、加速、穩(wěn)定運行、減速、傾翻和制動六個階段，在整個過程中包括兩次加速和兩次減速。料車提升一次所需時間與料車的運動速度和加速度有關，其變化曲線如圖4所示。</p><p>　　圖4 料車速度和加速度圖</p>&l

50、t;p>　　1)t1時間內：料車起動，重料車開始上行，同時空料車自爐頂極限位置下行。此時，鋼繩自卷筒退出的加速度不應超過料車的加速度，以免產生鋼繩松弛現(xiàn)象。此段時間對應斜橋的A區(qū)域，由于此處軌道較陡，在給定值相同的情況下加速度α1只為0.2～0.4m/ s2，以較低的加速度加速運行。</p><p>　　2)t2時間內：重料車繼續(xù)上行，通過A區(qū)域，進入了斜橋的B區(qū)域，此處軌道傾角比A區(qū)域小，則加速度α2會變

51、大升至0.4～0.8m/s2。料車以較高加速度加速到最大速度υ。</p><p>　　3)t3時間內：料車以最大速度υ穩(wěn)定運行。</p><p>　　4)t4時間內：重料車進入卸料曲軌道之前的第一次減速時間，加速度α4= -0.4～-0.8m/ s2。如圖4所示，在第一次減速點，取消之前的卷揚電機高速給定，轉而給卷揚電機接入低速給定值，通過電機的回饋制動使料車減速至。</p>

52、<p>　　5)t5為重料車在卸料曲軌段等速運行時間，速度=1m/s左右。</p><p>　　1.8高爐上料控制系統(tǒng)設計方案</p><p>　　1.8.1 系統(tǒng)功能及性能指標</p><p>　　1)配料，震動篩上料，液壓傳動開門。</p><p>　　2)蓄料斗小車上下行控制。</p><p>　　3

53、)大鐘小鐘及探尺控制（自動功能備用）。</p><p>　　4)雙操作臺結構。配料操作臺控制料斗上料、開關門、皮帶開停；卷揚操作臺 實現(xiàn)小車的啟停、大鐘小鐘及探尺控制。</p><p>　　5)具有操作臺與計算機鍵盤（鼠標）兩種操作方式。</p><p>　　6)具有手動、半自動、自動控制功能。 手動：通過按鈕直接控制上料、開關門、小車上下行等功能。 半自動：通過按

54、鈕實現(xiàn)上料、卸料的單步自動控制。 自動：操作臺通過按鈕實現(xiàn)上料、開門、小車上下行的全部自動控制。</p><p>　　7)控制系統(tǒng)采用 S7-300 系列 PLC +儀表方式+計算機。</p><p>　　8) 計算機關機時，電控柜可獨立運行。</p><p>　　1.8.2 系統(tǒng)結構</p><p>　　1) 配料系統(tǒng)控制柜</p&g

55、t;<p><b>　　2)卷揚系統(tǒng)控制柜</b></p><p>　　2 可編程邏輯控制器（PLC）的應用</p><p>　　2.1 step7 編程軟件介紹</p><p>　　PLC 控制程序的編程采用了STEP7 編程軟件作為開發(fā)工具，結構化的程序設計使PLC 按工藝要求實現(xiàn)了對現(xiàn)場設備的控制。STEP7 編程軟件是一個

56、用于SIMATIC 可編程邏輯控制器的組態(tài)和編程的標準軟件包。STEP7 標準軟件包中提供一系列的應用工具，如：SIMATIC 管理器、符號編輯器、硬件診斷、編程語言、硬件組態(tài)、網絡組態(tài)等。STEP7 編程軟件可以對硬件和網絡實現(xiàn)組態(tài)，具有簡單、直觀、便于修改等特點。該軟件提供了在線和離線編程的功能，可以對PLC 在線上載或下載。利用STEP7 可以方便地創(chuàng)建一個自動化解決方案。下圖為創(chuàng)建一個自動化項目的基本步驟：</p>

57、<p>　　圖 7 自動化項目的基本步驟</p><p>　　項目可用來存儲為自動化任務解決方案而生成的數(shù)據(jù)和程序。這些數(shù)據(jù)包括：硬件結構的組態(tài)數(shù)據(jù)及模板參數(shù)；網絡通訊的組態(tài)數(shù)據(jù)以及為可編程模板編制的程序。它們都被收集在一個項目下。</p><p>　　在生成一個項目后，先插入站，然后可以組態(tài)硬件。在組態(tài)硬件時，可以借助于模板樣本對可編程控制器中的CPU 及各模板進行定義，通

58、過雙擊站來啟動硬件組態(tài)的應用程序。一旦存儲并退出硬件組態(tài)，對于在組態(tài)中生成的每一個可編程模板，都會自動生成S7/M7 程序及空的連接表。連接表可用來定義網絡中可編程模板之間的通訊連接。硬件組態(tài)完成后就可為編程模板生成軟件。為可編程模板編制的軟件存儲在對象文件夾中。對該對象文件夾稱作“S7-Program”。在子菜單中，可以選擇想要生成的塊的類型(如：數(shù)據(jù)塊，用戶定義的數(shù)據(jù)類型，功能，功能塊，組織塊或變量表)。打開一個空的塊，然后用語句表

59、，梯形圖或功能圖輸入程序。</p><p>　　用于S7-300 的編程語言有：梯形圖(LAD)，語句表(STL)和功能塊圖(FBD)。LAD 是STEP7 編程語言的圖形表達方式。它的指令語法與一個繼電器梯形邏輯圖相似：當電信號通過各個觸點復合元件以及輸出線圈時，梯形圖可以讓你追蹤電信號在電源示意線之間的流動。STL 是STEP7 編程語言的文本表達方式，與機器碼相似，CPU 執(zhí)行程序時按每一條指令一步一步地執(zhí)

60、行。FBD 是STEP7 編程語言的圖形表達方式，使用與布爾代數(shù)相類似的邏輯框來表達邏輯。</p><p>　　STEP7 編程軟件允許結構化用戶程序，可以將程序分解為單個的自成體系的程序部分。從而使大規(guī)模的程序更容易理解，可以對單個的程序部分進行標準化。程序組織簡化，修改更容易。系統(tǒng)的調試也容易了許多。在S7 用戶程序中可以使用如下幾種不同類型的塊：</p><p>　　1）組織塊(OB

61、)是操作系統(tǒng)和用戶程序的接口。它們由操作系統(tǒng)調用，并控制循環(huán)和中斷驅動程序的執(zhí)行，以及可編程控制器如何啟動。它們還處理對錯誤的響應。組織塊決定各個程序部分執(zhí)行的順序。用于循環(huán)程序處理的組織塊OB1 的優(yōu)先級最高。操作系統(tǒng)循環(huán)調用OB1 并用這個調用啟動用戶程序的循環(huán)執(zhí)行。</p><p>　　2）功能塊(FC)屬于用戶自己編程的塊。功能是“無存儲區(qū)”的邏輯塊。FC 的臨時變量存儲在局域數(shù)據(jù)堆棧中，當FC 執(zhí)行結束

62、后，這些數(shù)據(jù)就丟失了。</p><p>　　3）功能塊(FB)屬于用戶自己編程的塊。功能塊是具有“存儲功能”的塊。用數(shù)據(jù)塊作為功能塊的存儲器(背景數(shù)據(jù)塊)。傳遞給FB 的參數(shù)和靜態(tài)變量存在背景數(shù)據(jù)塊中。背景數(shù)據(jù)塊(背景DB)在每次功能塊調用時都要分配一塊給這次調用，用于傳遞參數(shù)。</p><p>　　4）系統(tǒng)功能塊(SFB)和系統(tǒng)功能(SFC)是STEP7為用戶提供的己編程好的程序的塊，經

63、過測試集成在CPU 中的功能程序庫。SFB 作為操作系統(tǒng)的一部分并不占用程序空間，是具有存儲能力的塊，它需要一個背景數(shù)據(jù)塊，并須將此塊作為程序的一部分安裝到CPU中。</p><p>　　整體來說OB1相當于主程序，系統(tǒng)會循環(huán)掃描，在其中調用各個子程序。其他OB塊相當與中斷子程序，當中斷條件滿足時調用。FB、FC、SFB、SFC相當普通子程序，各自能完成一定的功能，供主程序或其他子程序調用。</p>

64、<p><b>　　2.2編程方法介紹</b></p><p>　　2.2.1經驗編程法介紹</p><p>　　“經驗法”顧名思義是依據(jù)設計者的經驗進行設計的方法，它主要基于以下幾點。</p><p>　　1)PLC編程的根本點是找出符合控制要求的系統(tǒng)各個輸出的工作條件，這些條件又總是以機內各種器件的邏輯關系出現(xiàn)的。</p&

65、gt;<p>　　2)梯形圖的基本模式是啟-保-停電路，每個啟-保-停電路一般只針對一個輸出，這個輸出可以是系統(tǒng)的實際輸出，也可以是中間變量。</p><p>　　3)梯形圖編程中常使用一些約定俗成的基本環(huán)節(jié)，他們都有一定的功能，可以像積木一樣在許多地方應用，如延時環(huán)節(jié)、震蕩環(huán)節(jié)、互鎖環(huán)節(jié)等。</p><p>　　“經驗法”編程步驟如下：</p><p&g

66、t;　　①在準確了解控制要求后，合理的為控制系統(tǒng)中的事件分配輸入輸出口。選擇必要的機內器件，如定時器、計數(shù)器、輔助繼電器等。</p><p>　　②對于一些控制要求較簡單的輸出，可直接寫出他們的工作條件，依啟-保-停電路模式完成相關的梯形圖支路。工作條件稍復雜的可借助輔助繼電器。</p><p>　?、蹖τ谳^復雜的控制要求，為了能用啟-保-停電路模式繪出各輸出口的梯形圖，要正確分析控制要求

67、，并確定組成總的控制要求的關鍵點。</p><p>　?、苡贸绦驅㈥P鍵點表達出來。關鍵點總是要用機內器件來表示的，在安排機內器件時需要考慮并安排好。繪關鍵點的梯形圖時，可以使用常見的基本環(huán)節(jié)，如定時器計時環(huán)節(jié)、震蕩環(huán)節(jié)、分頻環(huán)節(jié)等。</p><p>　　⑤在完成關鍵點梯形圖的基礎上，針對系統(tǒng)最終的輸出進行梯形圖的編匯。使用關鍵點器件綜合出最終輸出的控制要求。</p><

68、p>　?、迣彶橐陨喜堇L圖紙，在此基礎上，補充遺漏的功能，更正錯誤進行最后的完善。</p><p>　　“經驗法”并無一定的章法可尋，在設計過程中如發(fā)現(xiàn)初步的設計構想不能實現(xiàn)控制要求時，可以換個角度試一試。</p><p>　　2.2.2 順控編程法介紹</p><p>　　順控編程思想的基本思想是將系統(tǒng)的一個控制過程分為若干個順序相連的階段，這些階段稱為步，也

69、稱為狀態(tài)，并用編程元件來代表它。步的劃分主要根據(jù)輸出量的變化。在一步內，一般來說輸出量的狀態(tài)不變，相鄰兩步輸出量的狀態(tài)則是不同的。步的這種劃分方法使代表各步的編程元件與各個輸出量之間有著極明確的邏輯關系。</p><p>　　2.3 可編程控制器的結構</p><p>　　可編程控制器實際上是一種工業(yè)控制專用計算機，其系統(tǒng)的組成與微機基本相同，一般由以下五個部分組成，其結構圖如圖8所示：&

70、lt;/p><p>　　圖8 PLC結構示意圖</p><p>　　1)中央處理器（CPU）</p><p>　　進行邏輯和數(shù)學運算，控制整個系統(tǒng)使之協(xié)調工作</p><p><b>　　2)存儲器</b></p><p>　　用于存放系統(tǒng)的監(jiān)控程序，用戶程序，邏輯變量和一些其他的信息</p

71、><p><b>　　3)接口電路</b></p><p>　　它是PLC與現(xiàn)場設備以及外圍設備的聯(lián)系通道。如輸入/輸出接口、鍵盤/顯示器、通信接口和擴展接口等</p><p><b>　　4)輸入/輸出電路</b></p><p>　　輸入電路用來對輸入信號進行隔離和電平轉換；輸出電路用來對PLC的輸

72、出結果進行放大和電平轉換，驅動現(xiàn)場設備</p><p><b>　　5)電源</b></p><p>　　包括系統(tǒng)電源，備用電源和掉電保護電源</p><p>　　2.4 PLC的工作原理</p><p>　　當PLC投入運行后，其工作過程一般分為三個階段，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個階段:</p>

73、<p>　　1)輸入采樣。即檢查各輸入的開關狀態(tài)，將這些狀態(tài)數(shù)據(jù)存儲起來為下一階段使用；</p><p>　　2)執(zhí)行程序。然后PLC按用戶程序中的指令逐條執(zhí)行，但是把執(zhí)行結果暫時存儲起來；</p><p>　　3)輸出刷新。按第1階段的輸入狀態(tài)在第2階段執(zhí)行程序中確定的結果，在本階段中對輸出予以刷新。</p><p>　　完成上述三個階段稱作一個掃描

74、周期。在整個運行期間，PLC的CPU以一定的掃描速度重復執(zhí)行上述三個階段。PLC對信號的輸入、數(shù)據(jù)的處理和控制信號的輸出分別在1個掃描周期的不同時間進行的方式有助于排除系統(tǒng)中受到的干擾。</p><p>　　2.5 可編程控制器（PLC）的特點</p><p>　　PLC是一種用于工業(yè)自動化控制的專用計算機，實質上屬于計算機控制方式。PLC與普通微機一樣，以通用或專用CPU作為字處理器，實

75、現(xiàn)通道(字)的運算和數(shù)據(jù)存儲，另外還有位處理器(布爾處理器)，進行點(位)運算與控制。PLC控制一般具有可靠性高、易操作、維修、編程簡單、靈活性強等特點。</p><p>　　1)可靠性高,對可維修的產品，可靠性包括產品的有效性和可維修性。</p><p>　　(1) PLC不需要大量的活動元件和接線電子元件，它的接線大大減少，與此同時，系統(tǒng)的維修簡單，維修時間短。</p>

76、<p>　　(2) PLC采用了一系列可靠性設計的方法進行設計，例如，冗余設計，斷電保護，故障診斷和信息保護及恢復等，提高了MTBF，降低了MTTR使可靠性提高。</p><p>　　(3) PLC有較高的易操作性，它具有編程簡單，操作方便，維修容易等特點，一般不易發(fā)生操作的失誤?？煽啃愿?。</p><p>　　(4) PLC是為工業(yè)生產過程控制而專門設計的控制裝置。</p

77、><p>　　(5) 在PLC的硬件方面，采用了一系列提高可靠性的措施。例如，采用可靠性的元件；采用先進的工藝制造流水線制造；對干擾的屏蔽、隔離和濾波等；對電源的斷電保護；對存儲器內容的保護等。</p><p>　　(6) PLC的軟件方面，也采取了一系列提高系統(tǒng)可靠性的措施。例如，采用軟件濾波；軟件自診斷；簡化編程語言等。</p><p>　　2)易操作性，PLC的易

78、操作性表現(xiàn)在下列幾個方面：</p><p>　　(1) 操作方便。對PLC的操作包括程序輸入和程序更改的操作。大多數(shù)PLC采用編程器進行輸入和更改的操作。編程器至少提供了輸入信息的顯示，對大中型的PLC，編程器采用了CRT屏幕顯示，因此，程序的輸入直接可以顯示。更改程序的操作也可直接根據(jù)所需要的地址編號或接點號進行搜索或順序尋找，然后進行更改。</p><p>　　(2) 編程方便。PLC

79、有多種程序設計語言可供使用。對電氣技術人員來說，由于梯形圖與電氣原理圖較為接近，容易掌握和理解。采用布爾助記符編程語言時，十分有助于編程人員的編程。</p><p>　　(3) 維修方便。PLC具有的自診斷功能對維修人員維修技能的要求降低。當系統(tǒng)發(fā)生故障時，通過硬件和軟件的自診斷，維修人員可以很快的找到故障的部位，以便維修。</p><p>　　3)靈活性，PLC的靈活性表現(xiàn)在以下幾個方面

80、：</p><p>　　(1) 編程的靈活性。PLC采用的編程語言有梯形圖、布爾助記符、功能表圖、功能模塊和語句描述編程語言。編程方法的多樣性使編程方便、應用面拓展。</p><p>　　(2) 擴展的靈活性。PLC的擴展靈活性是它的一個重要特點。它可根據(jù)應用的規(guī)模不同，可進行容量的擴展、功能的擴展、應用和控制范圍的擴展。</p><p>　　(3) 操作的靈活性。

81、操作十分靈活方便，監(jiān)視和控制變得十分容易。</p><p>　　2.6 可編程控制器（PLC）的主要功能和應用</p><p>　　1)開關邏輯和順序控制 這是PLC應用最廣泛、最基本的場合。它主要功能是完成開關邏輯運算和進行順序邏輯控制，從而可以實現(xiàn)各種簡單或復雜的控制要求。</p><p>　　2)模擬控制 在工業(yè)生產過程中，由許多連續(xù)變化的物理量需要進行控

82、制，如溫度、壓力、流量、液位等，這些多屬于模擬量。為了實現(xiàn)工業(yè)領域對模擬量控制的廣泛要求，目前大部分PLC產品多具備處理這類模擬量的功能。特別是在系統(tǒng)中的模擬控制點數(shù)不多，同時混有較多的開關量時，PLC具有其它控制裝置所無法比擬的優(yōu)勢。</p><p>　　3)定時控制 PLC具有很強的定時、計數(shù)功能，它可以為用戶提供數(shù)十甚至上百個定時和計數(shù)器。其定時時間間隔可以由用戶加以設定。對與計數(shù)器，如果需要對于頻率較

83、高的信號進行計數(shù)，可以選擇高速計數(shù)器。</p><p>　　4)數(shù)據(jù)處理 新型PLC多具有數(shù)據(jù)處理的能力，它不僅能進行算術運算，數(shù)據(jù)傳送，而且還能進行數(shù)據(jù)比較、數(shù)據(jù)轉換、數(shù)據(jù)顯示打印功能，有些PLC還可以進行浮點運算、函數(shù)運算。</p><p>　　5)信號連鎖系統(tǒng) 信號連鎖是安全生產所需要的。在信號連鎖系統(tǒng)中，采用高可靠性的PLC是安全生產的要求。對安全要求高的系統(tǒng)還可以采用多重的檢

84、出元件和連鎖系統(tǒng)，而對其中的邏輯運算等，可采用冗余的PLC實現(xiàn)。</p><p>　　6)通信 把PLC作為下位機，與上位機或同級的可編程序控制器進行通信，完成數(shù)據(jù)的處理和信息的交換，實現(xiàn)對整個生產過程的信息控制和管理，因而PLC是實現(xiàn)工廠自動化的理想工業(yè)控制器。</p><p>　　2.7 PLC與其他工業(yè)控制的比較</p><p>　　系統(tǒng)硬件設計幾十年來，繼

85、電器控制系統(tǒng)為工業(yè)控制的發(fā)展起到了巨大的作用，而且目前依然在工業(yè)領域中大量的應用，然而其控制性能與自身的功能已無法滿足與適應工業(yè)控制的要求和發(fā)展，與PLC相比較存在著質的差別，表1給出了PLC與繼電器控制系統(tǒng)的功能和特點比較。</p><p>　　1)與繼電器順序邏輯控制系統(tǒng)的比較</p><p>　　繼電器順序邏輯控制系統(tǒng)有大量的活動觸點和元器件，只要其中任一部件或觸點故障， 將造成系統(tǒng)

86、的故障。另外，它的體積和重量較大， 維修的工作量也較大。與此比較，由可編程序控制器組成的控制系統(tǒng)，采用軟接線的方式實現(xiàn)程序所需的功能， 通過在線或離線的編程，方便地實施所需的控制要求。由于采用可靠性的設計，其故障率和維修時間都大大降低。</p><p>　　系統(tǒng)硬件設計幾十年來，繼電器控制系統(tǒng)為工業(yè)控制的發(fā)展起到了巨大的作用，而且目前依然在工業(yè)領域中大量的應用，然而其控制性能與自身的功能已無法滿足與適應工業(yè)控制的

87、要求和發(fā)展，與PLC相比較存在著質的差別，表1給出了PLC與繼電器控制系統(tǒng)的功能和特點比較。[1]</p><p>　　表1 PLC與繼電器控制功能的比較</p><p>　　2)與計算機控制系統(tǒng)的比較</p><p>　　計算機控制系統(tǒng)是指用單片處理器或工控機組成的計算機控制系統(tǒng)。在可編程序控制器發(fā)展的階段中， 單片處理器組成的計算機控制系統(tǒng)對順序邏輯控制系統(tǒng)

88、的發(fā)展發(fā)揮了較大的作用。但可編程序控制器對此進行了改造。它變通用為專用， 降低了成本， 縮小了體積。采用掃描方式工作，有利于順序邏輯控制的實施。功能分散、危險分散，并適應惡劣工業(yè)應用環(huán)境。通用計算機具有十分強大的計算和數(shù)據(jù)處理能力，同時數(shù)據(jù)處理的速度已達到極高的水平，但是應用通用計算機進行工業(yè)控制，在很多方面遠遠沒有PLC的功能強大，[2] 表2給出了它們的對比。</p><p>　　表2 PLC與計算機控制

89、系統(tǒng)功能與特點的比較</p><p>　　3)與集散控制系統(tǒng)的比較</p><p>　　集散控制系統(tǒng)(Distributed Control System)是專門為工業(yè)過程控制設計的過程控制裝置。它主要應用場合是連續(xù)量的模擬控制。而可編程序控制器的主要應用場合是開關量的邏輯控制。可編程序控制器是按掃描方式工作的。集散控制系統(tǒng)是按用戶的程序指令工作的。在集散控制系統(tǒng)中， 可有多級優(yōu)先級中斷的

90、設置，而可編程序控制器通常不采用中斷方式。在存儲器的容量上，由于可編程序控制器所需的運算多是邏輯運算，因此所需的容量較小，而集散控制系統(tǒng)需進行大量的數(shù)字運算，所需容量較大。在可靠性方面， 兩者都是有較高要求的。為了擴大應用的范圍，可編程序控制器正在向分散控制系統(tǒng)靠攏，擴展模擬量的控制功能。同樣， 集散控制系統(tǒng)也正在擴展邏輯控制功能， 出現(xiàn)綜合集成趨勢。</p><p>　　可編程控制器在集散自動化系統(tǒng)中充分發(fā)揮其

91、強大功能。使用范圍可覆蓋從替代繼電器的簡單控制到更復雜的自動化控制。應用領域極為廣泛，覆蓋所有與自動檢測，自動化控制有關的工業(yè)及民用領域，包括各種機床、機械、電力設施、民用設施、環(huán)境保護設備等等。如：</p><p><b>　　* 沖壓機床</b></p><p><b>　　* 磨床</b></p><p><

92、;b>　　* 印刷機械</b></p><p><b>　　* 橡膠化工機械</b></p><p><b>　　* 中央空調</b></p><p><b>　　* 電梯控制</b></p><p><b>　　* 運動系統(tǒng)</b&

93、gt;</p><p>　　3 PLC的選型和其他硬件配置</p><p>　　3.1 PLC的選型</p><p>　　目前，存在著種類繁多的大、中、小型PLC，小到作為少量繼電器裝置的替代品，大到可以作為分布系統(tǒng)中的上位機，幾乎可以滿足各種工業(yè)控制的需要。選擇PLC首先定義PLC的I/O點數(shù)，包括開關量的I/O點數(shù)，模擬量的I/O點數(shù)以及特殊功能模塊。建立I/O

94、分配表如表3：</p><p>　　表3 I/O點數(shù)量如下：</p><p>　　目前PLC使用性能較好的有SIEMENS公司、日本的三菱、歐姆龍、美國的AB公司。根據(jù)性能價格比的選擇，被控對象的I/O點數(shù)以及工藝要求、掃描速度，自診斷能力等方面的考慮，采用德國西門子公司生產的S7-300模塊化中小型PLC?？紤]到通信和以后的擴展要求，選用CPU 315-2 DP型號的CPU。SIMAT

95、IC S7-300可編程序控制器是模塊化結構設計。各種單獨的模塊之間可進行廣泛組合以用于擴展。其特點：模塊化中小型PLC系統(tǒng)，能滿足中等性能要求的應用 ；大范圍的各種功能模塊可以非常好地滿足和適應自動控制任務 ；由于簡單實用的分散式結構和多界面網絡能力，使得應用十分靈活 ；方便用戶和簡易的無風扇設計；當控制任務增加時，可自由擴展 ；由于大范圍的集成功能使得它功能非常強勁；S7-300通過通訊處理器，或通過集成在CPU上的 PROFIBU

96、S-DP接口連接到PROFIBUS-DP網絡上，帶有PROFIBUS-DP主站/從站接口的CPU能夠實現(xiàn)高速的、用戶方便的分布式自動化組態(tài)。</p><p>　　PLC系統(tǒng)有以下組成：</p><p>　　中央處理器（CPU）：選用CPU314-2 DP(內置PROFIBUS-DP 接口) 1塊；</p><p>　　數(shù)字量輸入模塊（DI）：選用SM321（8點/塊

97、），共3塊；</p><p>　　數(shù)字量輸出模塊（DO）：選用SM322（8點/塊），共2塊；</p><p>　　通信模塊：選用CP340，共1塊為RS-232接口；</p><p>　　其它：電源模塊選用PS307；接口模塊選用IM365 [7]</p><p>　　3.2 西門子S7-300系列PLC特性及主要模塊介紹</p>

98、;<p>　　SIMATIC S7-300系列PLC適用于各行各業(yè)，各種場合中的檢測、監(jiān)測及控制的自動化。S7-300系列的強大功能使其無論在獨立運行中，或相連成網絡皆能實現(xiàn)復雜控制功能。因此S7-300系列具有極高的性能/價格比。S7-300系列出色表現(xiàn)在以下幾個方面:極高的可靠性、極豐富的指令集、易于掌握、便捷的操作、豐富的內置集成功能、實時特性、強勁的通訊能力、豐富的擴展模塊。</p><p>

99、;　　S7-300系列在集散自動化系統(tǒng)中充分發(fā)揮其強大功能。使用范圍可覆蓋從替代繼電器的簡單控制到更復雜的自動化控制。應用領域極為廣泛，覆蓋所有與自動檢測，自動化控制有關的工業(yè)及民用領域，包括各種機床、機械、電力設施、民用設施、環(huán)境保護設備等等。如：沖壓機床，磨床，印刷機械，橡膠化工機械，中央空調，電梯控制，運動系統(tǒng)。</p><p>　　S7-300系列PLC功能強、速度快、擴展靈活，具有緊湊、模塊化的組合結構

100、。根據(jù)應用對象的不同，可選用不同型號的和不同數(shù)量的模塊。并可以將這些模塊安裝在同一機架上。S7-300系列PLC可提供CPU312IFM、CPU313、CPU314、CPU315、CPU315-2DP等中央處理單元可供選擇，CPU312IFM模塊上集成有10個數(shù)字量輸入點和6個數(shù)字量輸出點。CPU313、CPU314、 CPU315模塊上不帶有I/O端口，其存儲器容量、指令執(zhí)行速度、可擴展的I/O點數(shù)、計數(shù)器/定時器數(shù)量、軟件塊數(shù)量等隨

101、序號的遞增而遞增，CPU314除具有現(xiàn)場總線擴展能力外，其它特性與CPU315相同。同時還能夠提供各種數(shù)字量輸入輸出模塊，模擬量輸入輸出模塊，通訊模塊等。</p><p><b>　　1．CPU模塊</b></p><p>　　這里主要介紹一下本設計中要用到的CPU315-DP。CPU315-DP具有大中容量的程序存儲器和PROFIBUS-DP主/從接口的CPU，它用

102、于包括分布式和集中式I/O的任務中。CPU315-DP具有64KB內置96KB(RAM)的裝載存儲器，可用存儲卡擴充裝載存儲器容量最大到4MB，指令執(zhí)行速度為300ns/二進制指令。最大可擴展2048點數(shù)字量I/O或256路模擬量通道。CPU315-DP的操作系統(tǒng)是事件驅動的用戶程序掃描過程。CPU響應哪些事件，操作系統(tǒng)自動調用該事件的組織塊OB.例如CPU315-DP可調用128個功能塊FB(0-127)； 128個功能調用FC(0-

103、127)；127個數(shù)據(jù)塊DB(1-127，0保留)；OB，F(xiàn)B， FC，DB的容量均不大于8KB。除此之外，有34個系統(tǒng)功能SFC集成在操作系統(tǒng)中。這些參數(shù)可用STEP7組態(tài)軟件輸入。</p><p><b>　　圖9 CPU315</b></p><p>　　2)數(shù)字量擴展模塊[9]</p><p>　　S7-300有多種型號的數(shù)字量I/O模

104、塊供選擇。如數(shù)字量輸入模塊SM321，數(shù)字量輸出模塊SM322，數(shù)字量I/O模塊SM323，仿真模塊SM374，占位模塊DM370等。本節(jié)主要介紹數(shù)字量輸入模塊SM321，數(shù)字量輸出模塊SM322模塊的技術性能和基本原理。</p><p>　　SM321數(shù)字量輸入模塊</p><p>　　概述：①SIMATIC S7-300數(shù)字量輸入</p><p>　?、谟糜谶B接

105、開關和2線接近開關（BERO）</p><p>　　應用：數(shù)字量輸入模塊將從過程傳輸來的外部數(shù)字信號的電平轉換為內部S7-300信號電平。該模塊適用于連接開關和2線BERO接近開關。</p><p>　　數(shù)字量輸入模塊將現(xiàn)場過程送來的數(shù)字1信號電平轉換成S7-300內部信號電平。數(shù)字量輸入模塊有直流輸入方式和交流輸入方式。對現(xiàn)場輸入器件，僅要求提供開關觸點即可。輸入信號進入模塊后，一般都經

106、過光電隔離和濾波，然后才送至輸入緩沖期等待CPU采樣。采樣時，信號經過背板總線進入到輸入映像區(qū)。</p><p>　　數(shù)字輸入模塊SM321 向外提供電源，將位于現(xiàn)場的開關觸點的狀態(tài)經過光電隔離和濾波，將從過程傳輸來的外部數(shù)字信號轉化為內部S7-300 信號電平。然后送至輸入緩沖器等待CPU 采樣，采樣時，信號經過背板總線進入到輸入映像區(qū)。數(shù)字量輸入模塊SM321有四種型號模塊可供選擇，即直流16點輸入、直流32

107、點輸入、交流16點輸入、交流8點輸入模塊。用于連接按鈕或形成開關。數(shù)據(jù)采集部分與背板總線通過光耦合器隔離。模塊的每個輸出點有一個綠色發(fā)光二極管LED 顯示輸入狀態(tài)。輸入開關閉合即有輸入電壓時，LED 亮。</p><p>　　圖10所示為直流16點數(shù)字量輸入模塊，圖中只畫出了輸入電路，其中的M為同一輸入組內個輸入信號的公共端，L+為負載電壓輸入端。模塊的每個輸入點有一個綠色發(fā)光二極管顯示輸入狀態(tài)，輸入開關閉合（即

108、有輸入電壓）時，二極管點亮。</p><p>　　圖 10 直流16點數(shù)字量輸入模塊</p><p>　　3)SM322數(shù)字量輸出模塊</p><p>　　SM322數(shù)字量輸出模塊將S7-300內部信號電平轉換成過程所要求的外部信號電平，同時有隔離和功率放大作用，可直接用于驅動電磁閥、接觸器、小型電動機、燈和電動機啟動器等，輸出電流的典型值為0.5-2A，負載

109、電源由外部現(xiàn)場提供。按負載回路使用的電源不同分為：直流輸出模塊、交流輸出模塊和交直流兩用輸出模塊。按輸出開關器件的種類不同又可分為：晶體管輸出方式、可控硅輸出方式和繼電器觸點輸出方式。晶體管輸出方式的模塊，只能帶直流負載，屬于直流輸出模塊；可控硅輸出方式屬于交流輸出模塊；繼電器觸點輸出方式的模塊屬于交直流兩用輸出模塊。從響應速度上看，晶體管響應最快，繼電器最慢；從安全隔離效果及應用靈活性角度看，以繼電器觸點輸出型最佳。數(shù)字量輸出模塊SM