飲料罐裝生產(chǎn)流水線的PLC控制畢業(yè)論文.docx

飲料罐裝生產(chǎn)流水線的PLC控制畢業(yè)論文前 言工業(yè)現(xiàn)代化的進程，對生產(chǎn)過程的自動控制和信息通信提出了更高的要求。隨著計算機和網(wǎng)絡通訊技術(shù)的發(fā)展，企業(yè)對生產(chǎn)過程的自動控制和信息通訊提出了更高的要求。工業(yè)自動化系統(tǒng)已經(jīng)從單機的PLC控制發(fā)展到多PLC及人機界面（HMI，Human Machine Interface）的網(wǎng)絡控制。早期的灌裝生產(chǎn)流水線大多數(shù)采用容積泵式、蠕動泵式作為計量方式。這些方式存在一些缺點。例如：灌裝精度和穩(wěn)定性難以保證、更換灌裝規(guī)格困難等。本系統(tǒng)采用的飲料分裝計量是通過時間和單位時間流量來確定的，計量精度由可編程控制器（PLC）控制確定。并且在本系統(tǒng)還具有數(shù)據(jù)統(tǒng)計和故障報警功能，能夠準確的將生產(chǎn)情況告知用戶，使用戶能靈活的調(diào)整生產(chǎn)方式和方便的了解到設備的即時運行狀態(tài)。PLC控制具有編程簡單、工作可靠、使用方便等特點，已經(jīng)在工業(yè)自動化控制領域得到了廣泛的應用。1.緒論1.1飲料灌裝生產(chǎn)流水線的概述1.1.1生產(chǎn)流水線的概念生產(chǎn)流水線是生產(chǎn)型企業(yè)最常用的制造產(chǎn)品的形式，它是由一群人或機器人在一個接一個的完成一項半成品或成品的加工及檢驗和包裝，由于是有些采用行走的輸送帶承載被加工的物品，因此被稱為流水線生產(chǎn)。1.1.2生產(chǎn)流水線的形式及特點(1) 板鏈式裝配流水線特點：承載的產(chǎn)品比較重，和生產(chǎn)線同步運行，可以實現(xiàn)產(chǎn)品的爬坡；生產(chǎn)的節(jié)拍不是很快；以鏈板面作為承載，可以實現(xiàn)產(chǎn)品的平穩(wěn)輸送。(2) 滾筒式流水線特點：承載的產(chǎn)品類型廣泛，所受限制少；與阻擋器配合使用，可以實現(xiàn)產(chǎn)品的連續(xù)、節(jié)拍運行功能；采用頂升平移裝置，可以實現(xiàn)產(chǎn)品的離線返修或檢測而不影響整個流水線的運行。(3) 皮帶式流水線特點：承載的產(chǎn)品比較輕，形狀限制少；和生產(chǎn)線同步運行，可以實現(xiàn)產(chǎn)品的爬坡轉(zhuǎn)向；以皮帶作為載體和輸送，可以實現(xiàn)產(chǎn)品的平穩(wěn)輸送，噪音??；可以實現(xiàn)輕型物料或產(chǎn)品較長距離的輸送。(4) 差速輸送流水線特點：差速輸送流水線采用速鏈牽引，工裝板可以自由傳送，采用阻擋器定位使工件自由運動或停止，工件在兩端可以自動頂升，橫移過渡。還可以在線可設旋轉(zhuǎn)、專機、檢測設備、機械手等。1.2飲料灌裝生產(chǎn)流水線模型飲料灌裝自動化生產(chǎn)線示意圖如圖1-1所示。生產(chǎn)線由瓶子傳送帶和灌裝液罐組成，傳送帶由電動機驅(qū)動，可以正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)。電動機正轉(zhuǎn)時，傳送的瓶子依次通過空瓶、灌裝、滿瓶和終端4個工位。圖1-1飲料灌裝生產(chǎn)流水線模型 自動化生產(chǎn)線的控制臺可以用普通的控制面板實現(xiàn)，也可以用HMI（人機界面）設備實現(xiàn)?？刂泼姘迦鐖D1-2所示。控制面板上有啟動/停止按鈕、急停按鈕、下位/上位選擇開關(guān)、手動/自動選擇開關(guān)、正反轉(zhuǎn)點動按鈕、故障復位按鈕、計數(shù)清零按鈕及各種指示燈等。完成以上的控制動作，需要通過可編程控制器來對生產(chǎn)線的控制。1.3 PLC基礎可編程控制器是工業(yè)自動化的基礎平臺。在工業(yè)現(xiàn)場中用于對大量的數(shù)字量和模擬量進行控制，例如電磁閥的開閉，電動機的啟停、溫度、壓力、流量的設定，產(chǎn)品的計數(shù)與控制等。1.3.1可編程控制器的產(chǎn)生和定義可編程控制器的縮寫為PLC（Logical Controller），是將計算機技術(shù)、自動化技術(shù)和通信技術(shù)融為一體，專為工業(yè)環(huán)境下應用而設計的控制設備。20世紀60年代，生產(chǎn)過程及各種設備的控制主要是繼電器控制系統(tǒng)。繼電器控制簡單、實用，但存在著明顯的缺點：設備體積大，可靠性差，動作速度慢，功能少，難以實現(xiàn)較復雜的控制特別是由于它是靠硬連線邏輯構(gòu)成的系統(tǒng)，接線復雜，一旦動作順序或生產(chǎn)工藝發(fā)生變化時，就必須進行重新設計、布線、裝配和調(diào)試，所以通用性和靈活性較差。生產(chǎn)上迫切需要一種使用方便靈活、性能完善、工作可靠的新一代生產(chǎn)過程自動控制系統(tǒng)。1968年美國GM（通用汽車）公司提出取代繼電器控制裝置的要求，第二年美國數(shù)宇公司研制出了第一代可編程序控制器，它具有邏輯運算、定時、計數(shù)等順序等功能。20世紀80年代后，由于計算機技術(shù)的迅猛的發(fā)展，PLC采用通用微處理器為核心，具有了函數(shù)運算、高速計數(shù)、中斷技術(shù)、PID控制等功能，稱為PC(Controller) 即可編程控制器。但由于PC（Personal Computer）已成為個人計算機的代名詞，為了不與之混淆，人們習慣上仍將可編程控制器稱為PLC。經(jīng)過短短的幾十年發(fā)展，可編程控制器已經(jīng)成為自動化技術(shù)的三大支柱（PLC、機器人和CAD/CAM）之一。1982年，國際電工委員會（IEC）制定了PLC的標準，在1987年12月頒布的第三稿中，對可編程控制器的定義是：“可編程控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計。它采用可編程序的存貯器，用來在其內(nèi)部存貯執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，并通過數(shù)字的、模擬的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P(guān)設備，都應按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴充其功能的原則設計?！?.3.2 可編程控制器的特點(1) 可靠性高，抗干擾能力強微機雖然具有很強的功能，單抗干擾能力差，工業(yè)現(xiàn)場的電磁干擾、電源波動、機械振動、溫度和濕度的變化等都可以使一般通用微機不能正常工作。而PLC是專為工業(yè)環(huán)境應用而設計的，故對于可能受到的電磁干擾、高低溫及電源波動等影響，已在PLC硬件及軟件的設計上采用了措施。如在硬件方面采用了電和屏蔽，對I/O接口采用了光電隔離，對電源及I/O接口線采用了多種濾波等。而在軟件方面采用了故障檢測、診斷、信息保護和恢復等手段，一旦發(fā)生異常，CPU立即采取有效措施，防止故障擴大，使PLC的可靠性大大提高。(2) 機構(gòu)簡單，應用靈活PLC在硬件結(jié)構(gòu)上采用模塊化積木式結(jié)構(gòu)，各種輸入輸出信號模塊、通信模塊及一些特殊功能模塊品種齊全。針對不同的控制對象，可以方便、靈活地組合成不同要求的控制系統(tǒng)。硬件接線簡單，一般不需要很多配套的外圍設備。(3) 編程方便，易于使用PLC采用了與繼電器控制電路有許多相似之處的梯形圖作為主要的編程語言，程序形象直觀，指令簡單易學，編程步驟和方法容易理解和掌握，不需要具備專門的計算機知識，只要具有一定的電工和工藝知識的人員都可以在短時間內(nèi)學會。(4) 功能完善，適用性強PLC具有對數(shù)字量和模擬量很強的處理功能，如邏輯運算、算術(shù)運算、特殊函數(shù)運算等。PLC具有常用的控制功能，如PID閉環(huán)回路控制、中斷控制等。PLC可以擴展特殊功能，如高速計數(shù)、電子凸輪控制、伺服電動機定位、多軸運動插補控制等。PLC可以組成多種工業(yè)網(wǎng)絡，實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳送、上位監(jiān)控等功能。1.3.3 設計PLC控制時，應遵循以下基本原則(1) 最大限度地滿足被控對象的控制要求充分發(fā)揮PLC的功能，最大限度地滿足被控對象的控制要求，是設計PLC控制系統(tǒng)的首要前提，這也是設計中最重要的一條原則。這就要求設計人員在設計前就要深入現(xiàn)場進行調(diào)查研究，收集控制現(xiàn)場的資料，收集相關(guān)先進的國內(nèi)、國外資料。同時要注意和現(xiàn)場的工程管理人員、工程技術(shù)人員、現(xiàn)場操作人員緊密配合，擬定控制方案，共同解決設計中的重點問題和疑難問題。(2) 保證PLC控制系統(tǒng)安全可靠保證PLC控制系統(tǒng)能夠長期安全、可靠、穩(wěn)定運行，是設計控制系統(tǒng)的重要原則。這就要求設計者在系統(tǒng)設計、元器件選擇、軟件編程上要全面考慮，以確?？刂葡到y(tǒng)安全可靠。例如：應該保證PLC程序不僅在正常條件下運行，而且在非正常情況下（如突然掉電再上電、按鈕按錯等），也能正常工作。(3) 力求簡單、經(jīng)濟、使用及維修方便一個新的控制工程固然能提高產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量，帶來巨大的經(jīng)濟效益和社會效益，但新工程的投入、技術(shù)的培訓、設備的維護也將導致運行資金的增加。因此，在滿足控制要求的前提下，一方面要注意不斷地擴大工程的效益，另一方面也要注意不斷地降低工程的成本。這就要求設計者不僅應該使控制系統(tǒng)簡單、經(jīng)濟，而且要使控制系統(tǒng)的使用和維護方便、成本低，不宜盲目追求自動化和高指標。(4) 適應發(fā)展的需要由于技術(shù)的不斷發(fā)展，控制系統(tǒng)的要求也將會不斷地提高，設計時要適當考慮到今后控制系統(tǒng)發(fā)展和完善的需要。這就要求在選擇PLC、輸入/輸出模塊、I/O點數(shù)和內(nèi)存容量時，要適當留有裕量，以滿足今后生產(chǎn)的發(fā)展和工藝的改進。實際上PLC控制系統(tǒng)的設計，按照國外發(fā)達國家的標準：首先考慮的是系統(tǒng)的安全性、可靠性設計，然后才是根據(jù)控制工藝要求進行控制流程設計，然后就是編寫切實可行、高效的程序，這里在安全性、可靠性設計要求的前提下，編寫相應的PLC程序非常重要，硬件上保證的安全性，以及軟件PLC程序中的安全考慮應該同步進行。2. 飲料灌裝生產(chǎn)流水線的PLC控制要求和內(nèi)容及硬件設計2.1 控制任務自動化生產(chǎn)線模型設計了手動和自動兩種工作模式。手動模式用于設備的調(diào)試和計數(shù)統(tǒng)計的復位。自動模式下允許啟動生產(chǎn)線運行?？刂葡到y(tǒng)中包括緊急情況的處理以及故障診斷與顯示報警功能。(1) 急停功能當設備發(fā)生故障時，按下急停按鈕，停止設備的一切運行。(2) 手動模式l 在手動模式下，可以通過點動按鈕使傳送帶電動機正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)，用于調(diào)試設備。l 在手動模式下，可以通過復位按鈕對計數(shù)統(tǒng)計值進行清零。l 在手動模式下，可以通過選擇開關(guān)設置下位（PLC）或上位（HMI）控制。(3) 自動模式l 在自動模式下，按下啟動按鈕，系統(tǒng)啟動，電動機正轉(zhuǎn)，傳送帶運行。l 空瓶子達到灌裝位置時，電動機停轉(zhuǎn)，灌裝閥門打開。l 灌裝時間到，灌裝閥門關(guān)閉，電動機正轉(zhuǎn)，傳送帶繼續(xù)運行。l 在自動模式下，按下停止按鈕，系統(tǒng)停止，電動機不轉(zhuǎn)，傳送帶停止運行。(4) 工件計數(shù)統(tǒng)計控制系統(tǒng)可以實現(xiàn)工件的計數(shù)統(tǒng)計，包括毛坯數(shù)，正品數(shù)和廢品數(shù)。正品數(shù)顯示在控制面板的數(shù)碼管上。(5) 模擬量檢測灌裝液罐的液位由傳感器進行監(jiān)視。液位低于下限時，要打開進料閥門，液位高于上限時，要關(guān)閉進料閥門。(6) 故障報警當設備發(fā)生故障時，控制系統(tǒng)能夠立即響應，控制面板上相應的故障指示燈會閃亮。故障排除后，按下故障復位按鈕，生產(chǎn)線才能自動運行。2.2 控制方案設計原則自動化控制系統(tǒng)的被控對象一般為機械加工設備、電器設備、生產(chǎn)線或生產(chǎn)過程?？刂品桨冈O計主要包括硬件設計、軟件程序設計、施工設計及現(xiàn)場調(diào)試等幾部分內(nèi)容。2.2.1 確定系統(tǒng)控制任務與設計要求首先要了解機械運動與電氣執(zhí)行元件之間的關(guān)系，仔細分析被控對象的控制過程和控制要求，熟悉工藝流程及設備性能，明確各項任務的要求、結(jié)束條件及控制方式。對于較復雜的控制系統(tǒng)，還可將控制任務分成幾個獨立的部分，這樣可以化繁為簡，有利于編程和調(diào)試。2.2.2 制定電氣控制方案根據(jù)生產(chǎn)工藝和機械運動的控制要求，確定控制系統(tǒng)的工作方式，例如：全自動、半自動、手動、單機運行、多機聯(lián)線運行等。還要確定控制系統(tǒng)應有的其他功能，例如故障診斷與顯示報警、緊急情況的處理、管理功能、網(wǎng)絡通信等。2.2.3 確定控制系統(tǒng)的輸入輸出信號根據(jù)被控對象對控制系統(tǒng)的功能要求，明確控制對象輸入輸出信號的類型及信號數(shù)值范圍。2.2.3.1 控制對象的類型（1）數(shù)字（開關(guān)）量型數(shù)字量輸入對象：按鈕、選擇開關(guān)、行程開關(guān)、限位開關(guān)、光電開關(guān)等各種開關(guān)型傳感器。數(shù)字量輸出對象：繼電器、電磁閥、電動機起動器、指示燈、蜂鳴器等。（2）模擬量型模擬量輸入對象：溫度、壓力、流量、液位、電動機電流等各種模擬量傳感器。模擬量輸出對象：電動調(diào)節(jié)閥、變頻器等執(zhí)行機構(gòu)。2.2.3.2 控制對象的數(shù)值范圍（1）數(shù)字（開關(guān)）量型外部輸入信號電壓等級：DC24V、DC48125V、AC120/230V。外部負載電壓等級：DC24/48V、DC48125V、AC120/230V。（2）模擬量型外部輸入傳感器信號的類型（如電壓、電流、電阻等）及測量的量程范圍。外部負載的類型（如電壓或電流）及對應的輸出值范圍。2.2.4 PLC選型與硬件配置(1). PLC選型PLC考慮一下幾點：I/O信號的點數(shù)：根據(jù)已確定的I/O設備統(tǒng)計所需要的I/O信號的點數(shù)，選擇是否支持擴展機架的CPU。網(wǎng)絡通訊的模式：根據(jù)控制要求的信號傳輸方式所需要網(wǎng)絡接口的形式，選擇支持現(xiàn)場總線的網(wǎng)絡、工業(yè)以亞太網(wǎng)絡或點到點通訊的CPU。如果網(wǎng)絡有路由要求，則選擇集成了該功能的CPU。(2). 硬件配置考慮到生產(chǎn)規(guī)模的擴大、生產(chǎn)工藝的改進、控制任務的增加以及維護重接線的需要，在選擇硬件模塊時要留有適當?shù)挠嗔俊８鶕?jù)已經(jīng)確定的I/O設備統(tǒng)計所需要的I/O信號的點數(shù)和類型，預留10%15%的容量，選擇I/O信號模塊。根據(jù)特殊功能要求選擇智能單元.根據(jù)通信要求選擇通信接口模塊。2.2.5 I/O分配通過對輸入輸出設備的分析、分類和整理，進行相應的I/O地址分配，應盡量將相同類型的信號、相同電壓等級的信號地址安排在一起，以便施工和布線，并繪制I/O接線圖。2.2.6 控制程序設計按照控制系統(tǒng)的要求進行PLC程序設計是工程設計的核心。程序設計時，應將控制任務進行分解，編寫完成不同功能的程序塊，包括循環(huán)掃描主程序、急停處理子程序、手動運行子程序、自動運行子程序、故障報警子程序等。編寫的程序要在實驗室進行模擬運行與調(diào)試，檢查邏輯及語法錯誤，觀察在各種可能的情況下各個輸入量、輸出量之間的變化關(guān)系是否符合設計要求，發(fā)現(xiàn)問題及時修改設計。3. S7-300硬件介紹3.1 S7-300硬件模塊S7-300/屬于模塊式PLC，主要由機架、電源模塊、CPU模塊、信號模塊、通信模塊、功能模塊、接口模塊等組成，所有模塊均安裝在機架上。S7-300系統(tǒng)PLC如圖3-1所示。32圖3-1 S7-300系列PLC1-電源 2-CPU 3-信號模塊13.1.1 CPU圖3-2 S7-300 CPU模塊a)早期的CPU314 b)新型的CPU314 c)新型的CPU315-2DP1-模式選擇器 2-存儲器卡 3-指示燈 4-MPI接口 5-DP接口1234b)a)c)5CPU模塊如圖3-2所示，早期的CPU是指2002年10月以前的產(chǎn)品，2002年10月以后的產(chǎn)品為新型的CPU。在PLC控制系統(tǒng)中，CPU模塊相當于人的大腦和心臟，它不斷地采集輸入信號，執(zhí)行用戶程序，刷新系統(tǒng)的輸出；存儲器用來儲存程序和數(shù)據(jù)。CPU的主要技術(shù)指標有內(nèi)存空間、運算速度、內(nèi)部資源（如計數(shù)器、定時器的個數(shù)）、中斷處理能力、通信方式等。S7-300系列PLC從CPU312到CPU319、S7-400系列PLC從CPU412到CPU417有不同的型號，序號越大，功能越強。（1）模式選擇器STOP 停止模式，CPU檢測所有已經(jīng)配置的模塊或設置為默認地址的模塊是否存在，并設置模塊到預置的初始模式，停止模式下CPU不執(zhí)行用戶程序。RUN 運行模式，CPU執(zhí)行用戶程序，更新輸人、輸出信號，響應中斷請求，對故障信息進行處理。早期的CPU在運行模式下不能將修改后的程序下載到CPU。RUN-P 早期的CPU有RUN-P模式，CPU允許用戶在運行模式下修改程序。MRES 模塊復位（Module Reset），CPU清除硬件組態(tài)信息和用戶程序。(2) 存儲器卡CPU內(nèi)部的裝載存儲器和工作存儲器的類型均為RAM，即掉電后信息會丟失。CPU為存儲器卡提供一個插槽，它提供了電源斷電情況下可以后備用戶信息。當發(fā)生斷電時利用存儲器卡不需要電池就可以保存用戶程序及過程數(shù)據(jù)。對于新型的CPU，由于內(nèi)部沒有集成裝載存儲器，因此CPU必須插入一個微型存儲器卡（MMC，Micro Memory Card）否則無法工作。(3) 狀態(tài)指示燈SF（紅色） 系統(tǒng)錯誤，CPU內(nèi)部錯誤或帶診斷功能模塊錯誤BF（紅色） 總線錯誤，（帶DP接口的CPU）BATF（紅色） 電池故障，電池不足或不存在（2002年10月以前的CPU）DC5V（綠色） 內(nèi)部5VDC電壓指示FRCE（黃色） 強制有效，指示至少有一個輸入或輸出被強制RUN（綠色） 當CPU啟動時閃爍，在運行模式下常亮STOP（黃色） 在停止模式下常亮；存儲器復位時閃爍(4) 電池盒對于早期CPU，在前蓋下有一個裝鋰電池的空間，當出現(xiàn)斷電時鋰電池用來保存RAM中的內(nèi)容。對于新型的CPU，不需要電池，信息保存在MMC卡中。(5) MPI接口多點接口（MPI，Multipoint Interface）用于連接CPU到編程設備，或用于MPI網(wǎng)絡的通訊。(6) DP 接口部分CPU集成了DP通訊接口，CPU型號為CPU31X-2DP或CPU41X-2DP，表明該CPU有2個接口，除了MPI接口外，另1個為DP 接口。DP 接口用于將分布式I/O通過PROFIBUS-DP網(wǎng)絡連接到CPU。(7)接口部分CPU集成了點到點通訊接口，Point to Point），CPU型號為CPU31X-2PtP或CPU41X-2PtP，表明該CPU有2個接口，除了MPI接口外，另1個為接口。接口用于二個設備之間的通訊，通訊方式簡單，有多種專用的通訊協(xié)議可供選用。圖3-3 S7-300緊湊型CPUS7-300系列PLC除了標準CPU外還提供了緊湊型CPU，型號為CPU31xC（早期型號為CPU31xIFM）。緊湊型CPU在本機上集成了I/O點和一些特殊功能，如高速計數(shù)、頻率測量、定位和PID調(diào)節(jié)等，適合于中小型設備，如包裝機、印刷機等設備的控制。3.1.2 信號模塊信號模塊（SM，Signal Module）如圖3-4所示，是聯(lián)系外部現(xiàn)場設備與CPU模塊的橋梁。圖3-4 信號模塊S7-300 信號模塊 有各種不同類型的信號模塊可供選擇。（1）數(shù)字量輸入模塊DI數(shù)字量輸入模塊按輸入點數(shù)分為DI32、DI16和DI種類型，按輸入電壓等級分為DC24V、DC48125V、AC120/230V等多種規(guī)格。(2) 數(shù)字量輸出模塊DO數(shù)字量輸出模塊按輸出點數(shù)分為DO32、DO16和DOI8種類型，按輸出電壓等級分為DC24V、DC48125V、AC120/230V等多種規(guī)格。(3) 數(shù)字量輸入/輸出模塊DI/DOS7-300系列PLC配有數(shù)字量輸入/輸出模塊，即將輸入/輸出端子集成在同一個模塊上。按輸入/輸出點數(shù)分為DI16/DO16、DI8/DO8和DI8/DX8幾種類型，電壓等級為DC24V。(4) 模擬量輸入模塊AI模擬量輸入模塊按輸入通道數(shù)分為AI2、AI8、AI16等幾種類型，按傳感器輸入信號的性質(zhì)分為測電壓、測電流、測電阻、測溫度等多種類型。(5) 模擬量輸出模塊AO模擬量輸出模塊按輸出通道數(shù)分為AO2、AO4、AO8等幾種類型，輸出方式有電壓和電流兩種形式。(6) 模擬量輸入/輸出模塊AI/AOS7-300系列PLC配有模擬量輸入/輸出模塊，即將輸入/輸出通道集成在同一個模塊上。按輸入/輸出通道數(shù)分為AI4/AO2和AI4/AO4兩種類型。(7) 前連接器信號模塊在使用前需要配備前連接器，傳感器和執(zhí)行器的信號通過前連接器接入模塊。這樣在更換模塊時之需拆下前連接器而不需要重新接線。前連接器如圖2-7所示。圖3-5前連接器S7-300前連接器 3.1.3通信模塊通信處理器（CP，Communication Processor），用于PLC之間、PLC與遠程I/O之間、PLC與計算機和其他智能設備之間的通信，可以將PLC接入MPI、PROFIBUS-DP、AS-i和工業(yè)以太網(wǎng)，或者用于實現(xiàn)點對點通信。常用的通信處理器有用于分布式現(xiàn)場總線PROFIBUS-DP網(wǎng)絡的CP342-5和CP443-5擴展型，用于工業(yè)以太網(wǎng)的CP343-1和CP443-1，用于AS-i網(wǎng)絡的CP343-2等。3.1.4功能模塊功能模塊（FM，F(xiàn)unction Module）是“智能”信號處理模塊。S7-300/400的功能模塊主要有高速計數(shù)器模塊、定位模塊、步進電機控制模塊，伺服電機控制模塊，PID控制器模塊等。3.1.5接口模塊接口模塊（IM，Interface）用來實現(xiàn)中央機架與擴展機架之間的通信。CPU模塊所在的機架稱為中央機架，如果一個機架不能容納控制系統(tǒng)的全部模塊，可以增設一個或多個擴展機架。在中央機架上安裝的接口模塊為發(fā)送器，在擴展機架上安裝的接口模塊為接收器。3. 2 S7-300的擴展能力S7系列314及以上型號的CPU最大擴展能力為32個模塊如圖3-6所示，每個機架（層）最多安裝8個模塊（不含電源和CPU模塊），最多擴展3層機架，。圖3-6 S7-300的擴展能力電源必須安裝在1號槽，CPU必須安裝在2號槽，接口模塊必須安裝在3號槽。對于信號模塊、功能模塊和通訊處理器沒有插槽限制，也就是說它們可以安裝到除1、2、3以外的任何一個槽位。3.3面向槽位的編址方式圖3-7 S7-300DI/DO多層機架的地址3.3.1 .S7-300數(shù)字量模塊的固定編址3.3.2 S7-300模擬量模塊的固定編址圖3-8 S7-300 AI/AO多層機架的地址4. 硬件接線4.1 模塊選擇4.1.1 CPU選擇帶DP端口的CPU315-2DP，可以直接連接PROFIBUS-DP網(wǎng)絡。4.1.2 信號模塊根據(jù)輸入/輸出點數(shù)的要求并考慮預留一定的容量，配置一塊數(shù)字量輸入模塊32DI、一塊數(shù)字量輸出模塊32DO、一塊數(shù)字量輸入/輸出混合模塊8DI/8DO、一塊模擬量輸入模塊2AI。4.1.3 電源模塊選擇一塊輸入為AC220V、輸出為DC24/2A的電源模塊。4.2 I/O分配表飲料灌裝自動化生產(chǎn)線I/O地址分配表見表4-1CPU內(nèi)部位存儲器地址分配表見表4-2序號名稱類型端口地址備注1啟動按鈕DI10.02停止按鈕DI10.13正轉(zhuǎn)點動按鈕DI10.24反轉(zhuǎn)點動按鈕DI10.35手動、自動選擇開關(guān)DI10.46下位、上位控制選擇開關(guān)DI10.57計數(shù)清零按鈕DI11.08故障源1信號DI11.19故障源2信號DI11.210故障源3信號DI11.311故障復位按鈕DI11612急停按鈕DI11.713終端位置接近開關(guān)DI18.014空瓶位置接近開關(guān)DI18.515灌裝位置接近開關(guān)DI18.616滿瓶位置接近開關(guān)DI18.717系統(tǒng)運行指示燈DOQ4.118手動模式指示燈DOQ4.219自動模式指示燈DOQ4.320下為控制指示燈DOQ4.421上位控制指示燈DOQ4.522故障1報警指示燈DOQ5.123故障2報警指示燈DOQ5.224故障3報警指示燈DOQ5.325急停指示燈DOQ5.7264位數(shù)碼顯示DOQW627進料閥門DOQ8.028灌裝閥門DOQ8.229終端指示燈DOQ8.430電動機正轉(zhuǎn)DOQ8.531電動機反轉(zhuǎn)DOQ8.632蜂鳴器DOQ8.733灌裝罐液位傳感器AIPIW304表4-1 I/O分布表 表4-2 位存儲器地址分配表4.3 I/O接線圖4.3.1數(shù)字量輸入模塊32DI的接線圖數(shù)字量輸入模塊32DI的接線圖，如圖4-3所示。圖4-3 數(shù)字量輸入模塊32DI的接線圖4.3.2數(shù)字量輸出模塊32DO的接線圖數(shù)字量輸出模塊32DO的接線圖，如圖4-4 所示。圖4-4 數(shù)字量輸出模塊32DO的接線4.3.3 數(shù)字量輸入/輸出模塊8DI/8DO的接線圖數(shù)字量輸入/輸出混合模塊8DI/8DO的接線圖如圖4-5所示。圖4-5 8DI/8DO的接線圖5. 工程軟件的設計5.1 S7的編程語言在STEP 7中，有三種編程語言可以用來編程。LAD梯形圖和電路圖很相似，采用諸如觸點和線圈的符號。適用于熟悉電氣控制的技術(shù)人員和初學者。STL 語句表即匯編語言，適用于熟悉計算機編程語言的程序員。FBD 功能塊圖使用不同的功能“盒”。盒中的符號表示功能（例如：& 指“與”邏輯操作）。5.2 S7程序結(jié)構(gòu)設計5.2.1 程序塊類型（1）組織塊（OB, Organization Block）OB是操作系統(tǒng)與用戶之間的接口，只有在OB中編寫的指令或調(diào)用的程序塊才能被CPU的操作系統(tǒng)執(zhí)行。在不同的情況下，操作系統(tǒng)執(zhí)行不同的OB，例如:系統(tǒng)上電時，執(zhí)行一次啟動組織塊（OB100或OB101或OB102），然后將循環(huán)執(zhí)行OB1。除OB1外，還有其他處理中斷或錯誤的組織塊。（2）功能（FC，