水壓試管機(jī)系統(tǒng)-PLC控制RM

1、油管靜水壓試管裝置自動(dòng)控制系統(tǒng)-PLC控制摘 要隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展,鋼管被廣泛應(yīng)用于石油化工,鍋爐制造等行業(yè), , 它們的普遍特點(diǎn)是常用于高溫、高壓等惡劣工況下,因此對(duì)鋼管的質(zhì)量提出了更 高的要求.本文所介紹的水壓試驗(yàn)機(jī)控制系統(tǒng)正是為檢驗(yàn)鋼管的耐壓能力而設(shè) 計(jì)制造的.它是一個(gè)多方面為一體的復(fù)雜系統(tǒng),是集機(jī)械,電氣,液壓,傳感和自動(dòng)控制為一體的復(fù)雜的機(jī)電液一體化設(shè)備。本文所研究的是靜水壓試管裝置的PLC控制關(guān)鍵詞:靜水壓試管裝置控制系統(tǒng);PLC控制Design Of ElectricalControl System For Hydrostatic achine Testing Machine

2、Control By PLCAbstractWith the rapid development of the national economy,steel pipes are widely used in petrochemical, boiler manufacturing industry, their general characteristics is commonly used in high temperature, high pressure and other adverse conditions, so the quality of steel has put forwar

3、d higher requirements. Described in this article hydrostatic testing machine control system for the test tube is the ability to design and manufacture of pressure of. It is a multifaceted complex system as a whole, is a mechanical, electrical, hydraulic, sensor integration and automation for complex

4、 mechanical, electrical and hydraulic equipment integration. In this paper, The design, primarily responsible for part of PLC control. Keywords: Control system for hydrostatic testing machine; PLC control- 47 -目錄第1章 緒論- 1 -1.1 背景- 1 -1.2 研究意義- 1 -1.3 國(guó)內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀- 1 -1.4 研究?jī)?nèi)容- 3 -第二章 靜水壓試管裝置自動(dòng)控制系統(tǒng)的工

5、作原理及基本構(gòu)成- 3 -2.1 靜水壓試管裝置自動(dòng)控制系統(tǒng)工作原理- 3 -2.2 靜水壓試管裝置自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本構(gòu)成- 5 -2.3 硬件系統(tǒng)組成- 5 -第三章 關(guān)于PLC與西門子S7-300的介紹- 11 -3.1 PLC相關(guān)知識(shí)- 11 -3.1.1 PLC的定義- 11 -3.1.2 PLC的基本結(jié)構(gòu)- 12 -3.1.3 PLC工作原理- 13 -3.1.4 PLC基本功能與特點(diǎn)- 15 -3.2 西門子S7-300相關(guān)知識(shí)- 17 -3.2.1 西門子相關(guān)介紹 - 17 -3.2.2 S7-300介紹- 18 -第四章 S7-300工作環(huán)境- 22 -4.1 STEP7- 2

6、2 -4.1.1 編程軟件簡(jiǎn)介- 22 -4.1.2 STEP7的項(xiàng)目結(jié)構(gòu)- 23 -4.1.3 使用STEP7的基本步驟- 24 -4.2 選擇編程語(yǔ)言- 24 -4.3 S7-300硬件組態(tài)設(shè)計(jì)- 29 -4.4 CAD圖的解釋- 45 -第1章 緒論1.1 背景隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展,鋼管被廣泛應(yīng)用于石油化工,鍋爐制造等行業(yè), 它們的普遍特點(diǎn)是常用于高溫、高壓等惡劣工況下,因此對(duì)鋼管的質(zhì)量提出了更 高的要求,根據(jù) API (American petroleum institute,美國(guó)石油組織) 標(biāo)準(zhǔn)要 求,各種不同品種和鋼級(jí)的油井管,必須能承受相應(yīng)等級(jí)的壓力,于是,壓力試驗(yàn) 成為鋼管生

7、產(chǎn)過(guò)程中必需的質(zhì)量檢測(cè)環(huán)節(jié),對(duì)鋼管質(zhì)量檢驗(yàn)起著重要作用. 水壓 試驗(yàn)機(jī)正是為檢驗(yàn)鋼管的耐壓能力而設(shè)計(jì)制造的.水壓實(shí)驗(yàn)機(jī)是一種利用油水 平衡控制對(duì)鋼管進(jìn)行靜水壓試驗(yàn)的機(jī)器.它一方面檢查鋼管是否有滲漏現(xiàn)象,另一方面可以消除鋼管在成型過(guò)程中產(chǎn)生的殘余內(nèi)應(yīng)力.將鋼管充滿高壓水后在一定壓力范圍內(nèi)對(duì)其進(jìn)行保壓,保證規(guī)定時(shí)間內(nèi)鋼管全長(zhǎng)范圍內(nèi)均無(wú)泄漏,它是一個(gè)多方面為一體的復(fù)雜系統(tǒng),是集機(jī)械,電氣,液壓,傳感和自動(dòng)控制為一體的復(fù)雜的機(jī)電液一體化設(shè)備。1.2 研究意義 水壓試驗(yàn)機(jī)是鋼管生產(chǎn)線上必不可少的設(shè)備,因而水壓試驗(yàn)機(jī)的工作效率 直接影響到產(chǎn)品的生產(chǎn)率,因此提高水壓試驗(yàn)機(jī)的生產(chǎn)率,對(duì)提高設(shè)備的檢驗(yàn)?zāi)?力及產(chǎn)

8、品質(zhì)量具有重要意義,很好的研究水壓試驗(yàn)機(jī)的系統(tǒng)更有利于逐步改進(jìn) 提高現(xiàn)有設(shè)備的控制系統(tǒng),提高設(shè)備的自動(dòng)化水平,進(jìn)而提高生產(chǎn)力水平,創(chuàng) 造更多的經(jīng)濟(jì)效益.1.3 國(guó)內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀隨著高級(jí)鋼管市場(chǎng)的擴(kuò)大,對(duì)高壓鋼管水壓試驗(yàn)機(jī)的需求也日益增大.以前,我國(guó)油套管,輸送管主要生產(chǎn)企業(yè)使用的高壓水壓試驗(yàn)機(jī)主要依賴進(jìn)口,直到 1999 年西安重型機(jī)械研究所設(shè)計(jì)研發(fā)出第一套高壓鋼管水壓試驗(yàn)機(jī)才改變了這種局面. 在不到 10 年的時(shí)間里,西安重型機(jī)械研究所根據(jù)用戶需求,開發(fā)設(shè)計(jì)了十多套不同規(guī)格,不同試驗(yàn)壓力的高壓鋼管水壓試驗(yàn)機(jī).由于國(guó)產(chǎn)高壓鋼管水壓試驗(yàn)機(jī)的起步較晚,其發(fā)展過(guò)程中尚存以下亟待解決的問(wèn)題:

9、(1)制管生產(chǎn)線生產(chǎn)率的提高對(duì)高壓鋼管水壓試驗(yàn)機(jī)提出了挑戰(zhàn).目前, 單頭高壓鋼管水壓試驗(yàn)機(jī)的試壓最高頻次是 90 根/小時(shí),而前道工序的生產(chǎn)率有時(shí)會(huì)更高,因此,開發(fā)高試壓頻次的高壓鋼管水壓試驗(yàn)機(jī)是今后的一個(gè)目標(biāo). (2)開發(fā)新型的排氣端卡頭移動(dòng)機(jī)構(gòu)以滿足鋼管長(zhǎng)度變化時(shí)的試壓需要. 目前水壓試驗(yàn)機(jī)排氣端卡頭移動(dòng)用絲杠螺母機(jī)構(gòu),雖然定位準(zhǔn)確,剛性好,但螺母磨損較嚴(yán)重,可以考慮用液壓伺服機(jī)構(gòu)來(lái)解決這一問(wèn)題.(3)開發(fā)新型的大口徑鋼管密封結(jié)構(gòu). 隨著制管生產(chǎn)技術(shù)的提高,鋼管外徑不斷增大,需要試壓的管徑也相應(yīng)增大,現(xiàn)在采用的徑向預(yù)壓緊組合密封是靠鋼管外徑密封的,鋼管外徑如果太大,此結(jié)構(gòu)就太笨重,不利于更

10、換卡頭,尋找一種新的密封方式是需要解決的問(wèn)題. 目前國(guó)內(nèi)外鋼管水壓試驗(yàn)機(jī)有很多種,但原理基本相似,國(guó)內(nèi)的水壓試驗(yàn)機(jī) 在部分規(guī)格和某些部分的工藝上不如國(guó)外的水壓機(jī), 例如目前我國(guó)無(wú)縫管軋制的規(guī)格僅到508mm,且較大規(guī)格(大于630mm)密封圈的制作工藝不過(guò)關(guān),因此,我國(guó)還沒(méi)有直徑大于630mm,采用徑向密封的無(wú)縫鋼管水壓試驗(yàn)機(jī).近二十年來(lái),國(guó)外水壓機(jī)發(fā)展很快,技術(shù)先進(jìn),但系統(tǒng)復(fù)雜,制造和運(yùn)行成本很高.為了適應(yīng)產(chǎn)品高質(zhì)量,高效率,降低能耗,減少公害,改善勞動(dòng)條件,創(chuàng)建鍛造文明生產(chǎn)的 要求,在70年代中期,不少水壓機(jī)己經(jīng)實(shí)現(xiàn)通過(guò)計(jì)算機(jī),一人對(duì)壓機(jī)與操作機(jī)進(jìn) 行聯(lián)動(dòng)控制.20世紀(jì)70年代以后,由于高

11、性能大流量油泵及其液壓元器件,PLC, 觸摸屏, 工控機(jī)和各種先進(jìn)的測(cè)控元件等進(jìn)入工業(yè)領(lǐng)域, 水壓機(jī)得到了長(zhǎng)足進(jìn)步. 從80年代初到現(xiàn)在其控制水平又有提高, 壓機(jī)機(jī)組自編程已完全進(jìn)入工業(yè)性實(shí)用 階段,并且開始實(shí)現(xiàn)鋼管檢測(cè)流程的網(wǎng)絡(luò)管理及自動(dòng)控制. 國(guó)內(nèi)外水壓試驗(yàn)機(jī)的研究主要集中在原理與結(jié)構(gòu)探討,設(shè)備改造,組態(tài)系 統(tǒng)設(shè)計(jì),控制系統(tǒng)和對(duì)水壓試驗(yàn)機(jī)的整體運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行故障診斷以及預(yù)報(bào)潛在 故障等方面,都取得了很大的進(jìn)展.例如采用絲堵和膠塞密封的石油油套管水壓試驗(yàn)機(jī),由于其密封壓力低,密封件使用壽命短,效率低,損傷螺紋等原因, 已不能滿足API標(biāo)準(zhǔn)的新要求.以前進(jìn)口的水壓試驗(yàn)機(jī),因試驗(yàn)壓力低,使用受到限

12、制. 近年來(lái),新開發(fā)了多種水壓試驗(yàn)機(jī),不僅滿足 API標(biāo)準(zhǔn)的新要求,而且價(jià)格低,很受用戶歡迎.1.4 研究?jī)?nèi)容水壓機(jī)是一種利用油水平衡控制對(duì)鋼管進(jìn)行靜水壓試驗(yàn)的機(jī)器.它主要有以下幾部分組成:鋼管傳送裝置,水路系統(tǒng),油路系統(tǒng)和控制系統(tǒng).鋼管傳送裝置負(fù)責(zé)鋼管的進(jìn)出傳送,水路系統(tǒng)負(fù)責(zé)鋼管進(jìn)行靜水壓試驗(yàn)時(shí)向鋼管里充水打壓,油路系統(tǒng)負(fù)責(zé)鋼管靜水壓試驗(yàn)時(shí)控制封頭實(shí)現(xiàn)管端油水壓力平衡,控制系統(tǒng)負(fù)責(zé)整個(gè)設(shè)備的自動(dòng)運(yùn)行控制和試驗(yàn)數(shù)據(jù)的自動(dòng)保存和歷史 數(shù)據(jù)的管理. 水壓試驗(yàn)機(jī)的擬研制控制系統(tǒng)由硬件系統(tǒng),軟件系統(tǒng)組成. 1.硬件系統(tǒng)組成: 硬件系統(tǒng)組成硬件系統(tǒng)主要由上位機(jī),下位機(jī),人機(jī)接口,現(xiàn)場(chǎng)傳感器和可執(zhí)行元件組

13、成.上位機(jī)包括工程師站和操作員站,他們共用一臺(tái)電腦,上位機(jī)還作為數(shù)據(jù)服務(wù)器使用,存儲(chǔ)試驗(yàn)數(shù)據(jù). 下位機(jī)由一臺(tái)西門子 S7-200PLC擔(dān)任,它負(fù)責(zé)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)傳感器檢測(cè)到的信號(hào)傳送給上位機(jī)進(jìn)行信號(hào)處理,同時(shí)它又把上位機(jī)的控制指令翻譯成執(zhí)行指令控制現(xiàn)場(chǎng)可執(zhí)行元件的動(dòng)作,從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)整體自動(dòng)協(xié)調(diào)動(dòng)作,完成鋼管的靜水壓試驗(yàn). 人機(jī)接口包括鍵盤,鼠標(biāo)和操作臺(tái).利用鍵盤,鼠標(biāo),通過(guò)電腦操作畫面完成參數(shù)傳遞和實(shí)時(shí)監(jiān)控顯示以及數(shù)據(jù)報(bào)表的打印等操作.操作臺(tái)完成外圍輔助設(shè)備的動(dòng)作,包括鋼管傳送,油泵和水泵的起停,管端封頭的移動(dòng)等. 現(xiàn)場(chǎng)傳感器有水壓傳感器和油壓傳感器,它們負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)檢測(cè)水路系統(tǒng)和油路系統(tǒng)的壓力,將它們轉(zhuǎn)

14、換為電信號(hào)傳送到PLC,等待進(jìn)一步處理. 可執(zhí)行元件包括電液比例閥,電磁換向閥,電機(jī)和信號(hào)指示燈,它們負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)機(jī)械的各個(gè)具體動(dòng)作和相關(guān)信號(hào)指示. 2.軟件系統(tǒng)組成: 2.軟件系統(tǒng)組成: 軟件系統(tǒng)組成 軟件系統(tǒng)包括: 監(jiān)控組態(tài)軟件, 歷史數(shù)據(jù)管理軟件, PLC運(yùn)行開發(fā)軟件 STEP ( 7-Micro/WIN V5.4).本次設(shè)計(jì)中,我主要負(fù)責(zé)PLC控制部分.第二章 靜水壓試管裝置自動(dòng)控制系統(tǒng)的工作原理及基本構(gòu)成2.1 靜水壓試管裝置自動(dòng)控制系統(tǒng)工作原理水壓試驗(yàn)機(jī)原理上的根據(jù)是油水平衡受力平衡公式: P 油 ×S 油 = P 水 ×S 水式中:P 水為水壓試驗(yàn)壓力 MPa;

15、S 水為鋼管內(nèi)徑橫截面積平方毫米 ; P 油為水壓試驗(yàn)工作油缸內(nèi)壓力 MPa ;S 油為水壓試驗(yàn)機(jī)工作油缸橫截面積平方米. 圖2.1 水壓試驗(yàn)機(jī)實(shí)驗(yàn)工作原理圖送料機(jī)構(gòu): 主要作用是將工作臺(tái)上試壓完成的鋼管送入料框, 同時(shí)將料架上的待試鋼管送入臺(tái)面上的試驗(yàn)位置,并使之定位. 送料機(jī)構(gòu)采用機(jī)械連動(dòng), 用電磁閥,限位開關(guān)控制停，啟, 它是一種間隔動(dòng)作的機(jī)構(gòu). 夾緊機(jī)構(gòu): 主要作用是將送到試驗(yàn)臺(tái)面上的鋼管夾緊, 目的是在試驗(yàn)時(shí)使前后試驗(yàn)頭能準(zhǔn)確地插入鋼管, 試壓完成后又能順利地使鋼管撥出;此外還有使鋼管在試壓時(shí)不產(chǎn)生彎曲變形的作用.夾緊機(jī)構(gòu)的執(zhí)行裝置一般用氣缸來(lái)實(shí)現(xiàn). 前后試驗(yàn)頭: 前后試驗(yàn)頭是水壓試

16、驗(yàn)機(jī)的關(guān)鍵裝置之一, 通過(guò)前后試驗(yàn)頭向 鋼管供水,加壓,它和鋼管的兩個(gè)端頭之間應(yīng)該有良好的密封, 一般供水和加壓 是通過(guò)前試驗(yàn)頭進(jìn)行的, 而后試驗(yàn)頭則安裝排氣裝置. 前后試驗(yàn)頭的驅(qū)動(dòng)裝置一般采用液壓缸, 試壓時(shí)使前后試驗(yàn)頭前進(jìn), 插入鋼管并密封; 試驗(yàn)完畢后, 前后試驗(yàn)頭退出, 鋼管和前后試驗(yàn)頭脫開. 供水裝置:供水裝置主要由水泵和閥門組成, 為了避免水泵頻繁啟,停, 在 整個(gè)試壓期間都處于開動(dòng)狀態(tài), 對(duì)鋼管的低壓供水在一個(gè)試壓周期內(nèi)只要開啟 和關(guān)閉有關(guān)的閥門就行了, 這種閥門一般有兩個(gè), 一個(gè)是用來(lái)對(duì)試壓床身上待 試鋼管進(jìn)行沖洗, 將鋼管內(nèi)的焊渣, 塵土及其它臟物沖洗干凈, 我們稱它為沖洗閥

17、, 另一個(gè)閥則用來(lái)對(duì)試壓鋼管預(yù)充以低壓水, 我們稱之為充水閥. 為了便于可靠地實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化, 沖洗閥和充水閥一般都用氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu), 它們的啟閉用氣壓傳動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn). 排氣機(jī)構(gòu): 排氣機(jī)構(gòu)的主要作用是在鋼管預(yù)充水時(shí)將試壓鋼管內(nèi)的空氣排出, 它還有另外一個(gè)作用是在試壓完畢后將排氣閥打開使試壓管卸壓. 排氣機(jī)構(gòu)是安裝在后試驗(yàn)頭上的一個(gè)排氣閥,它的執(zhí)行機(jī)構(gòu)也是一個(gè)氣缸, 在充水時(shí)將排氣閥打開, 進(jìn)行排氣; 在增壓時(shí)關(guān)閉; 試壓完成后又打開, 使鋼管卸壓. 增壓裝置的作用是向試壓鋼管內(nèi)提供達(dá)到一定試驗(yàn)壓力的高壓水.2.2 水壓試驗(yàn)機(jī)控制系統(tǒng)的基本構(gòu)成水壓試驗(yàn)機(jī)的制控制系統(tǒng)由硬件系統(tǒng),軟件系統(tǒng)組成.2.3 硬件

18、系統(tǒng)組成 水壓機(jī)的結(jié)構(gòu)如下圖:圖 2.2 水壓機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖在以往的控制系統(tǒng)中, 由于采用的繼電器和接觸器控制方式存在很多問(wèn)題, 比如其控制元件體積大,在動(dòng)作頻繁時(shí),響應(yīng)速度較低,尤其在水氣潮濕,塵埃較多的惡劣環(huán)境下工作時(shí)常發(fā)生電氣故障,對(duì)生產(chǎn)影響很大.因此這里采用一種PLC 的控制系統(tǒng). 幾十年來(lái),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 前仍然在工業(yè)領(lǐng)域中大量地應(yīng)用,然而其控制性能與自身的功能己無(wú)法滿足與 適應(yīng)工業(yè)控制的要求和展,與PLC相比較,存在著質(zhì)的差別. 圖2.3 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖在硬件系統(tǒng)中上位機(jī)還作為數(shù)據(jù)服務(wù)器使用,存儲(chǔ)試驗(yàn)數(shù)據(jù),下位機(jī)由一 臺(tái)西門子 S7-300 P

19、LC 擔(dān)任,它負(fù)責(zé)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)傳感器檢測(cè)到的信號(hào)傳送給上位機(jī)進(jìn)行信號(hào)處理,同時(shí)它又把上位機(jī)的控制指令翻譯成執(zhí)行指令控制現(xiàn)場(chǎng)可執(zhí)行元件的動(dòng)作,從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)整體自動(dòng)協(xié)調(diào)動(dòng)作,完成鋼管的靜水壓試驗(yàn).人機(jī)接口包括鍵盤,鼠標(biāo)和操作臺(tái).利用鍵盤,鼠標(biāo),通過(guò)電腦操作畫面完成參數(shù)傳遞和實(shí)時(shí)監(jiān)控顯示以及數(shù)據(jù)報(bào)表的打印等操作.操作臺(tái)完成外圍輔助設(shè)備的動(dòng)作,包括鋼管傳送,油泵和水泵的起停,管端封頭的移動(dòng)等.現(xiàn)場(chǎng)傳感器有水 壓傳感器和油壓傳感器,它們負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)檢測(cè)水路系統(tǒng)和油路系統(tǒng)的壓力,將它們轉(zhuǎn)換為電信號(hào)傳送到PLC,等待進(jìn)一步處理.可執(zhí)行元件包括電液比例閥, 電磁換向閥,電機(jī)和信號(hào)指示燈,它們負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)機(jī)械的各個(gè)具體動(dòng)作和

20、相關(guān)信號(hào)指示. 在硬件系統(tǒng)中,還包括有穩(wěn)壓系統(tǒng).為了滿足 API 標(biāo)準(zhǔn)對(duì)鋼管水壓試驗(yàn)的要求,鋼管水壓試驗(yàn)機(jī)在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮穩(wěn)壓?jiǎn)栴},系統(tǒng)穩(wěn)壓性能的好壞是衡量鋼管水壓試驗(yàn)機(jī)性能的重要指標(biāo).系統(tǒng)穩(wěn)壓性能的好壞是衡量鋼管水壓試驗(yàn)機(jī)性能的重要指標(biāo).穩(wěn)壓系統(tǒng)主要分兩種: 允許補(bǔ)壓的穩(wěn)壓系統(tǒng). 1)允許補(bǔ)壓的穩(wěn)壓系統(tǒng).允許補(bǔ)壓的穩(wěn)壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)一般基于這樣的設(shè)計(jì)思路:由于系統(tǒng)泄漏無(wú)法避免,需采取補(bǔ)壓措施,但必須設(shè)法保證穩(wěn)壓時(shí)壓力波動(dòng)在 API 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的范圍內(nèi). 圖 2.4 允許補(bǔ)壓的穩(wěn)壓系統(tǒng)這種回路采取了補(bǔ)壓措施,增加了高壓蓄能罐,若無(wú)蓄能罐,穩(wěn)壓時(shí)高壓往復(fù)泵或增壓器一直處于工作狀態(tài);水閥6 ,7 不

21、僅在充水階段起排氣作用, 在穩(wěn)壓結(jié)束后還肩負(fù)著試管卸荷的作用.排氣過(guò)程要求迅速,所以水閥6 ,7 通徑較大,卸荷時(shí)系統(tǒng)處于高壓狀態(tài),這時(shí)要打開水閥6 ,7 的閥芯,勢(shì)必液壓系統(tǒng)控制壓力高,可以想象放氣閥體積相當(dāng)龐大;水閥1 穩(wěn)壓時(shí)接通大容積高壓蓄能罐, 穩(wěn)壓時(shí)間到后要關(guān)閉,所以通徑也大,控制壓力高;水閥3 ,4 ,5 和徑向密封水路相連,徑向密封所需的流量較小,所以通經(jīng)也小.1 ,2 ,3 ,4 ,5 ,6 ,7 水閥的結(jié)構(gòu)基本相同 ,這種閥中間部分為水腔, 兩側(cè)為控制腔. 上下控制活塞和水閥閥芯的同軸問(wèn)題只能靠機(jī)加工來(lái)保證,加工誤差和實(shí)際使用時(shí)磨損產(chǎn)生的偏差難以消除,所以同軸度差,這是水閥閥

22、口關(guān)不住的主要原因;從控制腔的密封環(huán)境看,水中的污染物易損壞控制部分活塞桿處密封,進(jìn)而損壞控制活塞密封圈,造成控制腔里的液壓油竄入水腔,系統(tǒng)里的水竄入控制油腔,這是鋼管水壓試驗(yàn)機(jī)"吃油" 現(xiàn)象的根本原因,使維護(hù)難度增大,生產(chǎn)成本增高. 2)不采用任何方式補(bǔ)壓的穩(wěn)壓系統(tǒng).API 標(biāo)準(zhǔn)對(duì)穩(wěn)壓過(guò)程是否可以補(bǔ)壓沒(méi)不采用任何方式補(bǔ)壓的穩(wěn)壓系統(tǒng). 有明確規(guī)定,而在西氣東輸工程<1 016 mm ×14. 6 mm鋼管生產(chǎn)中,要求鋼管水壓試驗(yàn)機(jī)在靜水壓試驗(yàn)過(guò)程中不應(yīng)采取任何方式進(jìn)行補(bǔ)壓.為了滿足用戶的要求, 我公司對(duì)鋼管水壓試驗(yàn)機(jī)穩(wěn)壓回路進(jìn)行了改進(jìn). 這種改進(jìn)是根據(jù)鋼管在

23、試壓過(guò)程中不同階段的特點(diǎn),合理設(shè)計(jì)高性能水閥,使系統(tǒng)泄漏量減少到最低限度,從而實(shí)現(xiàn)不采取任何措施對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行補(bǔ)壓.不需補(bǔ)壓的穩(wěn)壓系統(tǒng)示意如圖3.2 ,現(xiàn)計(jì)對(duì)該系統(tǒng)做以分析. 圖2.5 不需補(bǔ)壓的穩(wěn)壓回路系統(tǒng)在低壓充水過(guò)程中,要求水閥6 ,7 能迅速排氣,所以要求通經(jīng)大.同時(shí)低壓充水時(shí)試管內(nèi)水壓較低,因而在這階段只需較低的控制壓力就能控制水閥 6 ,7 的開啟或關(guān)閉;在增壓,穩(wěn)壓階段,要求水閥6 ,7 能可靠關(guān)閉.保壓時(shí)間到后,試管卸壓時(shí)實(shí)際需要的水量很小,所以水閥5的通徑較小,因而所需的控制壓力也較低這種水閥設(shè)計(jì)時(shí)不宜利用試管內(nèi)高壓水密封閥口,原因是控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí),閥芯若打不開可能釀成安全事

24、故. 為了安全,設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮在控制部分出現(xiàn)故障時(shí),利用試管內(nèi)的高壓水自動(dòng)抬起閥芯,卸掉高壓水.在增壓過(guò)程中水閥2 的作用是向徑向密封處接通高壓水,水閥3 的作用是卸去密封壓力.水閥4 的開 啟或關(guān)閉,接通或斷開密封蓄能器,雖然多數(shù)時(shí)間處于高壓狀態(tài),但水量均不大, 通徑小,可參考水閥5 的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu).水閥1 可借鑒先導(dǎo)式液壓閥的原理來(lái)設(shè)計(jì), 避免直動(dòng)式結(jié)構(gòu)體積龐大,控制壓力高的缺點(diǎn).控制部分的驅(qū)動(dòng)力只需克服試管 內(nèi)的高壓水作用在水閥1 導(dǎo)閥部分的力即可,導(dǎo)閥芯直徑較小,所以仍可選用活 塞直徑較小的雙作用標(biāo)準(zhǔn)油缸.主閥芯閥口設(shè)計(jì)成面接觸,同時(shí)利用試管內(nèi)的高 壓作用在主閥芯上部,這樣穩(wěn)壓階段閥口密封更

25、可靠.控制油缸和導(dǎo)閥部分采用 球接手連接,有利于保證主閥芯和閥體之間的同軸精度.水閥1 ,2 ,3 ,4 ,5 ,6 ,7 靜密封選用O 型密封圈,動(dòng)密封選用夾織物V 型組合密封圈,這樣在水質(zhì)較差的 情況下,也能使用較長(zhǎng)時(shí)間. 2.2.2 軟件系統(tǒng)組成 軟件系統(tǒng)包括: 監(jiān)控組態(tài)軟件, 歷史數(shù)據(jù)管理軟件, PLC運(yùn)行開發(fā)軟(STEP7 V5.5).本次設(shè)計(jì)中,我主要負(fù)責(zé)PLC控制部分. STEP7 V5.5 是基于 Windows 平臺(tái)的應(yīng)用軟件.是 SIEMENS 公司專為 SIMATIC 系列 S7-300 研制開發(fā)的編程軟件, 它可以使用通用的個(gè)人計(jì)算機(jī)作為圖形編輯器.用于在線(聯(lián)機(jī))或者

26、離線(脫機(jī))開發(fā)用戶程序,并可在 線實(shí)時(shí)監(jiān)控用戶程序的執(zhí)行狀態(tài). STEP7 V5.5 是基于 Windows 平臺(tái)的應(yīng)用軟件.是 SIEMENS 公司專為 SIMATIC 系列 S7-300 研制開發(fā)的編程軟件, 它可以使用通用的個(gè)人計(jì)算機(jī) 作為圖形編輯器.用于在線(聯(lián)機(jī))或者離線(脫機(jī))開發(fā)用戶程序,并可在線實(shí)時(shí)監(jiān)控用戶程序的執(zhí)行狀態(tài). STEP7 V5.5 編輯軟件的基本功能是在 Windows 平行編制用戶應(yīng)用程序,它主要完成下列任務(wù). 1.在離線(脫機(jī))方式下創(chuàng)建,編輯和修改用戶程序.在離線方式下,計(jì)算機(jī)不直接與 PLC 聯(lián)系,可以實(shí)現(xiàn)對(duì)程序的編輯,編譯,調(diào)試?yán)到y(tǒng)組態(tài),r由于沒(méi)有聯(lián)

27、機(jī),所有的程序和參數(shù)都存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)器中. 2.在存線(聯(lián)機(jī))方式下通過(guò)聯(lián)機(jī)通信的方式上裝和下裝用戶程序及組態(tài)數(shù)據(jù),編輯和修改用戶程序.可以直接對(duì) PLC 做各種操作.3.在編輯程序過(guò)程中進(jìn)行語(yǔ)法檢查.為避免用戶在編程過(guò)程中出現(xiàn)的一些語(yǔ)法錯(cuò)誤和數(shù)據(jù)類型錯(cuò)誤,要進(jìn)行語(yǔ)法檢查.使用梯形圖編程時(shí),存山現(xiàn)錯(cuò)誤的地方自動(dòng)加紅色波浪線.使用語(yǔ)句表編程時(shí),在出現(xiàn)錯(cuò)誤的語(yǔ)句行前自動(dòng)畫上紅色義,且在錯(cuò)誤處加上紅色波浪線. 4.提供對(duì)用戶程序進(jìn)行文檔管理,加密處理等工具功能. 5.設(shè)置 PLC 的工作方式和運(yùn)行參數(shù),進(jìn)行運(yùn)行監(jiān)控和強(qiáng)制操作等. STEP7 V5.5 的菜單條(含有8個(gè)主菜單選項(xiàng))鈕中有8個(gè)主菜

28、單選項(xiàng). 文件( File).用鼠標(biāo)單擊(或?qū)?yīng)的快捷鍵操作)菜單條中的 File 選項(xiàng),可出現(xiàn)一個(gè)下拉菜單,可分別選擇文件操作如新建,打開,關(guān)閉,保存文件,上裝和下裝用戶程序,打印預(yù)覽,頁(yè)面設(shè)置等操作. 編輯(Edit) .編輯(Edit)主菜單選項(xiàng)提供一般 Windows 平臺(tái)下的程序編輯工具.用鼠標(biāo)單擊(或?qū)?yīng)的快捷鍵操作)菜單條中的 Edit 選項(xiàng),可出現(xiàn)一個(gè)下拉菜單,可分別選擇剪切,復(fù)制,粘貼程序塊或數(shù)據(jù)塊的功能操作,以及 查找,替換,插入,刪除和快速光標(biāo)定位的操作. 視圖(View).視圖(View)豐菜單選項(xiàng)用于設(shè)置 STEP7 的開發(fā)環(huán)境,打開和關(guān)閉其他輔助窗口(如引導(dǎo)窗口,指

29、令樹窗口,工具條按鈕 區(qū)) .用鼠標(biāo)單擊(或?qū)?yīng)的快捷鍵操作)菜單條中的 View 選項(xiàng),可出現(xiàn)一個(gè)下拉菜單,用戶可根據(jù)需要或喜好設(shè)置開發(fā)環(huán)境,執(zhí)行引導(dǎo)窗口區(qū)的選擇項(xiàng), 選擇編群語(yǔ)言(LAD,STL 或 FBD)的程序編輯器,設(shè)置程序編輯器的風(fēng)格,如 字體及功能框的大小. 可編程控制器(PLC).可編程控制器(PLC)選項(xiàng)用于進(jìn)行與 PLC 聯(lián)機(jī)時(shí)的操作.用鼠標(biāo)單擊(或?qū)?yīng)的快捷鍵操作)菜單條中的 PLC 選項(xiàng),可出現(xiàn)一個(gè)下拉菜單,可用于選擇 PLC 的類型,PLC 的工作方式,查看 PLC 的信息,PLC 通信設(shè)置,清除用戶程序數(shù)據(jù),進(jìn)行在線編譯,程序比較等功能. 調(diào)試(Debug) .調(diào)試

30、(Debug)選項(xiàng)用于聯(lián)機(jī)調(diào)試. 工具( Tools).在工具( Tools)主菜單選項(xiàng)中,可以調(diào)用復(fù)雜指令向?qū)?(包括 PID 指令,NETR/NETW 指令利 HSC 指令) ,安裝文本顯示器 TD200,設(shè)置用戶界面風(fēng)格(如設(shè)置按鈕及按鈕樣式,添加菜單項(xiàng)) ,在選項(xiàng)子菜單中也可以設(shè)置程序編輯器的風(fēng)格,如字體及功能框的大小. 窗口(Windows) .窗口( Windows)主菜單選項(xiàng)的功能足打開一個(gè)或多個(gè)窗口,并進(jìn)行窗口之間的切換.可以選擇并設(shè)置多個(gè)窗口的排放形式(如水平, 垂直或?qū)盈B) . 幫助(Help) .利用幫助主菜單,可以非常方便地檢索各種相關(guān)的幫助信息(包括提供網(wǎng)上查詢功能)

31、 .在軟件操作過(guò)程中,可隨時(shí)按 F1 鍵,顯示在線幫助. 歷史數(shù)據(jù)管理軟件包括數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)(Access 數(shù)據(jù)庫(kù)),數(shù)據(jù)報(bào)表查詢軟件(利用 VB 開發(fā)的可執(zhí)行文件),VB 開發(fā)系統(tǒng),它們負(fù)責(zé)歷史數(shù)據(jù)的報(bào)表查詢.第三章 關(guān)于PLC與西門子S7-300的介紹3.1 PLC相關(guān)知識(shí)3.1.1 PLC的定義PLC = Programmable Logic Controller，可編程邏輯控制器，一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)的。它采用一類可編程的存儲(chǔ)器，用于其內(nèi)部存儲(chǔ)程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算，順序控制，定時(shí)，計(jì)數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過(guò)數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機(jī)械或

32、生產(chǎn)過(guò)程。是工業(yè)控制的核心部分PLC = Programmable Logic Controller，可編程控制器，另外PLC還有以下幾個(gè)名稱：PLC = Power Line Communication，電力線通信，即我們俗稱的“電力線上網(wǎng)”。PLC = Public Limited Company，公共有限公司，股票上市公司。PLC = Power-line Carrier，輸電線載波，電力線載波，電源線車。PLC = Power Loading Control，動(dòng)力負(fù)載控制。PLC = Preparative Layer Chromatography，制備層色譜法。PLC = Progr

33、amming Language Committee，程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言委員會(huì)美。3.1.2 PLC的基本結(jié)構(gòu)PLC的構(gòu)成從結(jié)構(gòu)上分，PLC分為固定式和組合式（模塊式）兩種。固定式 PLC 包括 CPU 板、I/O 板、顯示面板、內(nèi)存塊、電源等，這些元素組合成一個(gè)不可拆卸的整體。模塊式 PLC 包括 CPU 模塊、I/O 模塊、內(nèi)存、電源模塊、底板或機(jī)架，這些模塊可以按照一定規(guī)則組合配置。 a） CPU 的構(gòu)成 CPU 是 PLC 的核心，起神經(jīng)中樞的作用，每套 PLC 至少有一個(gè) CPU，它按 PLC 的系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存貯用戶程序和數(shù)據(jù)，用掃描的方式采集由現(xiàn)場(chǎng)輸入裝置送來(lái)的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并存

34、入規(guī)定的寄存器中，同時(shí)，診斷電源和 PLC內(nèi)部電路的工作狀態(tài)和編程過(guò)程中的語(yǔ)法錯(cuò)誤等。進(jìn)入運(yùn)行后，從用戶程序存貯器中逐條讀取指令，經(jīng)分析后再按指令規(guī)定的任務(wù)產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號(hào)，去指揮有關(guān)的控制電路。 CPU主要由運(yùn)算器、控制器、寄存器及實(shí)現(xiàn)它們之間聯(lián)系的數(shù)據(jù)、控制及狀態(tài)總線構(gòu)成，CPU單元還包括外圍芯片、總線接口及有關(guān)電路。內(nèi)存主要用于存儲(chǔ)程序及數(shù)據(jù)，是PLC不可缺少的組成單元。 在使用者看來(lái)，不必要詳細(xì)分析CPU 的內(nèi)部電路，但對(duì)各部分的工作機(jī)制還是應(yīng)有足夠的理解。CPU的控制器控制CPU工作，由它讀取指令、解釋指令及執(zhí)行指令。但工作節(jié)奏由震蕩信號(hào)控制。運(yùn)算器用于進(jìn)行數(shù)字或邏輯運(yùn)算，在控制器

35、指揮下工作。寄存器參與運(yùn)算，并存儲(chǔ)運(yùn)算的中間結(jié)果，它也是在控制器指揮下工作。CPU速度和內(nèi)存容量是 PLC 的重要參數(shù)，它們決定著 PLC 的工作速度，IO 數(shù)量及軟件容量等，因此限制著控 制規(guī)模。 b） I/O 模塊 PLC 與電氣回路的接口，是通過(guò)輸入輸出部分（I/O）完成的。I/O 模塊集成了PLC的I/O 電路，其輸入暫存器 反映輸入信號(hào)狀態(tài)，輸出點(diǎn)反映輸出鎖存器狀態(tài)。輸入模塊將電信號(hào)變換成數(shù)字信號(hào)進(jìn)入 PLC 系統(tǒng)，輸出模塊 相反。I/O 分為開關(guān)量輸入（DI），開關(guān)量輸出（DO），模擬量輸入（AI），模擬量輸出（AO）等模塊。 常用的 I/O 分類如下：開關(guān)量：按電壓水平分，有 2

36、20VAC、110VAC、24VDC，按隔離方式分，有繼電器隔離和晶體管隔離。 模擬量：按信號(hào)類型分，有電流型（4-20mA,0-20mA）、電壓型（0-10V,0-5V,-10-10V）等，按精度分，有 12bit,14bit,16bit 等。 除了上述通用 IO 外，還有特殊IO 模塊，如熱電阻、熱電偶、脈沖等模塊。 按 I/O 點(diǎn)數(shù)確定模塊規(guī)格及數(shù)量，I/O 模塊可多可少，但其最大數(shù)受 CPU 所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或機(jī)架槽數(shù)限制。c） 電源模塊 PLC 電源用于為 PLC 各模塊的集成電路提供工作電源。同時(shí)，有的還為輸入電路提供 24V 的工作電源。電源輸入類型有：交

37、流電源（220VAC 或 110VAC），直流電源（常用的為 24VDC）。 d） 底板或機(jī)架 大多數(shù)模塊式 PLC 使用底板或機(jī)架，其作用是：電氣上，實(shí)現(xiàn)各模塊間的聯(lián)系，使 CPU 能訪問(wèn)底板上的所有模塊，機(jī)械上，實(shí)現(xiàn)各模塊間的連接，使各模塊構(gòu)成一個(gè)整體。 3.1.3 PLC工作原理（a） PLC 的工作方式：采用循環(huán)掃描方式。在PLC處于運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，從內(nèi)部處理、通信操作、程序輸入、程序執(zhí)行、程序輸出，一直循環(huán)掃描工作。注意： 由于 PLC 是掃描工作過(guò)程，在程序執(zhí)行階段即使輸入發(fā)生了變化，輸入狀態(tài)映象寄存器的內(nèi)容也不會(huì)變化，要等到下一周期的輸入處理階段才能改變。循環(huán)掃描過(guò)程 如下： （b）

38、 工作過(guò)程：主要分為內(nèi)部處理、通信操作、輸入處理、程序執(zhí)行、輸出處理幾個(gè)階段。 1） 內(nèi)部處理階段： 在此階段，PLC檢查 CPU 模塊的硬件是否正常，復(fù)位監(jiān)視定時(shí)器，以及完成一些 其它內(nèi)部工作。 2） 通信服務(wù)階段 在此階段，PLC 與一些智能模塊通信、響應(yīng)編程器鍵入的命令，更新編程器的顯示內(nèi)容等，當(dāng) PLC 處于停狀態(tài)時(shí)，只進(jìn)行內(nèi)容處理和通信操作等內(nèi)容。3） 輸入處理輸入處理也叫輸入采樣。在此階段順序讀入所有輸入端子的通斷狀態(tài)，并將讀入的信息存入內(nèi)存中所對(duì)應(yīng)的映象寄存器。在此輸入映象寄存器被刷新，接著進(jìn)入程序的執(zhí)行階段。 4） 程序執(zhí)行 根據(jù) PLC 梯形圖程序掃描原則，按先左后右，先上后

39、下的步序，逐句掃描，執(zhí)行程序。但遇到程序跳轉(zhuǎn)指令，則根據(jù)跳轉(zhuǎn)條件是否滿足來(lái)決定程序的跳轉(zhuǎn)地址。 若用戶程序涉及到輸入輸出狀態(tài)時(shí)，從輸入映象寄存器中讀出上一階段采入的 PLC 對(duì)應(yīng)輸入端子狀態(tài)，從輸出映象寄存器讀出對(duì)應(yīng)映象寄存器的當(dāng)前狀態(tài)。根據(jù)用戶程序進(jìn)行邏輯運(yùn)算，運(yùn)算結(jié)果再存入有關(guān)器件寄存器中。5） 輸出處理 程序執(zhí)行完畢后，將輸出映象寄存器，即元件映象寄存器中的 Y 寄存器的狀態(tài)，在輸出處理階段轉(zhuǎn)存到輸出鎖存器，通過(guò)隔離電路，驅(qū)動(dòng)功率放大電路，使輸出端子向外界輸出控制信號(hào)，驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載。 （c） PLC 的運(yùn)行方式： 1） 運(yùn)行工作模式當(dāng)處于運(yùn)行工作模式時(shí)，PLC要進(jìn)行從內(nèi)部處理、通信服務(wù)、

40、輸入處理、程序處理、輸出處理，然后按上述過(guò)程循環(huán)掃描工作。在運(yùn)行模式下，PLC 通過(guò)反復(fù)執(zhí)行反映控制要求的用戶程序來(lái)實(shí)現(xiàn)控制功能， 為了使 PLC 的輸出及時(shí)地響應(yīng)隨時(shí)可能變化的輸入信號(hào)，用戶程序不是只執(zhí)行一次，而是不斷地重復(fù)執(zhí)行，直至 PLC 停機(jī)或切換到 STOP 工作模式。 注： PLC的這種周而復(fù)始的循環(huán)工作方式稱為掃描工作方式。 2） 停止模式當(dāng)處于停止工作模式時(shí)，PLC只進(jìn)行內(nèi)部處理和通信服務(wù)等內(nèi)容。3.1.4 PLC基本功能與特點(diǎn)PLC 的功能非常豐富。 這主要與它具有豐富的處理信息的指令系統(tǒng)及存儲(chǔ)信息的內(nèi)部器件有關(guān)。 它的指令多達(dá)幾十條、幾百條，可進(jìn)行各式各樣的邏輯問(wèn)題的處理，

41、還可進(jìn)行各種類型數(shù)據(jù)的運(yùn)算。凡普通計(jì)算機(jī)能做到的，它也都可作到。它的內(nèi)部器件，即內(nèi)存中的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)，種類繁多，容量宏大。I/O 繼電器，可以用以存儲(chǔ)入、出點(diǎn)信息的，少的幾十、幾百，多的可達(dá)幾千、幾萬(wàn)，以至 10 幾萬(wàn)。 這意味著它可進(jìn)行這么多 I/O 點(diǎn)的入出信息變換， 進(jìn)行這么大規(guī)模的控制。它的內(nèi)部種種繼電器，相當(dāng)于中間繼電器，數(shù)量更多。內(nèi)存中一個(gè)位就可作為一個(gè)中間繼電器，它的計(jì)數(shù)器、定時(shí)器也很多，是繼電電路所望塵莫及的。小小的箱體或模塊，其內(nèi)部定時(shí)器、計(jì)數(shù)器可達(dá)成百、成千。這也是因?yàn)橹灰脙?nèi)存中的一個(gè)字，再加一些標(biāo)志位，即可成為定時(shí)器、計(jì)數(shù)器，所以才那么多。 而且，這些內(nèi)部器件還可設(shè)置成丟

42、電保持的，或丟電不保持的，即上電后予以清零的。以滿足不同的使用要求。這些也是繼電器件所難以做到的。 它的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)還可用以存儲(chǔ)大量數(shù)據(jù)，幾百、幾千、幾萬(wàn)字的信息都可以存，而且，掉電后還不丟失。 PLC 還有豐富的外部設(shè)備，可建立友好的人機(jī)界面，以進(jìn)行信息交換?？伤腿氤绦颍腿霐?shù)據(jù)，可讀出程序，讀出數(shù)據(jù)。而且讀、寫時(shí)可在圖文并茂的畫面上進(jìn)行。數(shù)據(jù)讀出后，可轉(zhuǎn)儲(chǔ)，可打印。數(shù)據(jù)送入可鍵入，可以讀卡入，等等。PLC還具有通訊接口，可與計(jì)算機(jī)鏈接或聯(lián)網(wǎng)，與計(jì)算機(jī)交換信息。自身也可聯(lián)網(wǎng)，以形成單機(jī)所不能有的更大的、地域更廣的控制系統(tǒng)。 PLC還有強(qiáng)大的自檢功能，可進(jìn)行自診斷。其結(jié)果可自動(dòng)記錄。這為它的維修

43、增加了透明度，提供了方便。 豐富的功能為PLC的廣泛應(yīng)用提供了可能；同時(shí)，也為工業(yè)系統(tǒng)的自動(dòng)化、 遠(yuǎn)動(dòng)化及其控制的智能化創(chuàng)造了條件。像PLC這樣集豐富功能于一身，是別的電控制器所沒(méi)有的；更是傳統(tǒng)的繼電控制電路所無(wú)法比擬的。用PLC實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的控制是非常方便的。這是因?yàn)椋菏紫萈LC 控制邏輯的建立是程序,用程序代替硬件接線。編程序比接線，更改程序比更改接線，當(dāng)然要方便得多，其次PLC的硬件是高度集成化的，已集成為種種小型化的模塊。而且，這些模塊是配套的，已實(shí)現(xiàn)了系列化與規(guī)格化。種種控制系統(tǒng)所需的模塊，PLC 廠家 多有現(xiàn)貨供應(yīng)，市場(chǎng)上即可購(gòu)得。所以，硬件系統(tǒng)配置與建造也非常方便。正因如此，用可編

44、程序控制器才有這個(gè)"可"字。對(duì)軟件講，它的程序可編，也不難編。對(duì)硬件講，它的配置可變，而且也易于變。 具體地講，PLC有五個(gè)方面的方便： （1）配置方便：可接控制系統(tǒng)的需要確定要使用哪家的PLC，那種類型的， 用什么模塊，要多少模塊，確定后，到市場(chǎng)上定貨購(gòu)買即可。 （2）安裝方便：PLC 硬件安裝簡(jiǎn)單，組裝容易。外部接線有接線器，接線 簡(jiǎn)單，而且一次接好后，更換模塊時(shí)，把接線器安裝到新模塊上即可，都不必再接線。內(nèi)部什么線都不要接，只要作些必要的 DIP 開關(guān)設(shè)定或軟件設(shè)定，以及編制好用戶程序就可工作。 （3）編程方便：PLC 內(nèi)部雖然沒(méi)有什么實(shí)際的繼電器、時(shí)間繼電器、計(jì)數(shù)

45、器，但它通過(guò)程序（軟件）與系統(tǒng)內(nèi)存，這些器件卻實(shí)實(shí)在在地存在著。其數(shù)量之多是繼電器控制系統(tǒng)難以想象的。即使是小型的PLC，內(nèi)部繼電器數(shù)都可以千計(jì)，時(shí)間繼電器、計(jì)數(shù)也以百計(jì)。而且，這些繼電器的接點(diǎn)可無(wú)限次地使用。 PLC內(nèi)部邏輯器件之多，用戶用起來(lái)已不感到有什么限制。唯一考慮的只是入出點(diǎn)。而這個(gè)內(nèi)部入出點(diǎn)即使用得再多，也無(wú)關(guān)緊要。大型 PLC的控制點(diǎn)數(shù)可達(dá)萬(wàn)點(diǎn)3.2 西門子S7-300相關(guān)知識(shí) 3.2.1 西門子相關(guān)介紹 西門子股份公司（Siemens AG）總部位于柏林和慕尼黑的西門子集團(tuán)公司是世界上最大的電氣工程和電子公司之一。公司成立以來(lái)，可持續(xù)性就一直是西門子公司的顯著特征。在西門子，可

46、持續(xù)性意味著長(zhǎng)期的經(jīng)濟(jì)成功以及一個(gè)好的企業(yè)公民所應(yīng)具備的環(huán)境意識(shí)和社會(huì)責(zé)任感。2005財(cái)年（截止于9月30日），公司在全球擁有大約461,000名雇員，實(shí)現(xiàn)銷售額754.45億歐元，凈收入30.58億歐元。其中80%的銷售額來(lái)自德國(guó)境外。西門子是一家大型國(guó)際公司，其業(yè)務(wù)遍及全球190多個(gè)國(guó)家，在全世界擁有大約600家工廠、研發(fā)中心和銷售辦事處。公司的業(yè)務(wù)主要集中于6大領(lǐng)域：信息和通訊、自動(dòng)化和控制、電力、交通、醫(yī)療系統(tǒng)和照明。西門子的全球業(yè)務(wù)運(yùn)營(yíng)分別由13個(gè)業(yè)務(wù)集團(tuán)負(fù)責(zé)，其中包括西門子財(cái)務(wù)服務(wù)有限公司和西門子房地資產(chǎn)管理集團(tuán)。此外，西門子還擁有兩家合資企業(yè)。西門子在電氣工程和電子領(lǐng)域擁有完善的

47、業(yè)務(wù)組合。西門子的業(yè)務(wù)活動(dòng)受到各種地區(qū)和行業(yè)因素的影響。除了國(guó)際性業(yè)務(wù)（如發(fā)電、輸配電、醫(yī)療系統(tǒng)和交通技術(shù)集團(tuán)，這些業(yè)務(wù)一般擁有較長(zhǎng)的業(yè)務(wù)周期）之外，其他領(lǐng)域的業(yè)務(wù)（如通信集團(tuán)和歐司朗的消費(fèi)品業(yè)務(wù)和自動(dòng)化與驅(qū)動(dòng)集團(tuán)的資本品業(yè)務(wù)）易受短期商情趨勢(shì)和當(dāng)時(shí)經(jīng)濟(jì)狀況的影響。良好的業(yè)務(wù)組合幫助西門子從容應(yīng)對(duì)2005財(cái)年艱難商業(yè)環(huán)境帶來(lái)的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。 此外,西門子的業(yè)務(wù)領(lǐng)域還能充分體現(xiàn)未來(lái)發(fā)展的大趨勢(shì)。目前，西門子正在研發(fā)新的解決方案，以迎接未來(lái)來(lái)自衛(wèi)生、能源、水處理、通信、交通、安防、物流和自動(dòng)化領(lǐng)域的挑戰(zhàn)。作為一家全球性公司，西門子充分發(fā)揮其多種業(yè)務(wù)組合的協(xié)力優(yōu)勢(shì)，以公司總體戰(zhàn)略為指針，架構(gòu)明確，職責(zé)分

48、明，積極為當(dāng)?shù)貏?chuàng)造價(jià)值。公司的傳統(tǒng)優(yōu)勢(shì)在于其創(chuàng)新能力、客戶為本、全球性業(yè)務(wù)以及財(cái)務(wù)實(shí)力。西門子的業(yè)務(wù)活動(dòng)主要集中在全球電氣市場(chǎng)，該市場(chǎng)2005年的市場(chǎng)總量達(dá)26,900億歐元。隨著目前世界經(jīng)濟(jì)的降溫，預(yù)計(jì)2006年全球電氣、電子市場(chǎng)的增幅將略有下降。但以其近7.5%的增速，該市場(chǎng)仍將保持其長(zhǎng)期增長(zhǎng)勢(shì)頭。對(duì)于一家電氣工程和電子領(lǐng)域的世界級(jí)公司而言，創(chuàng)新是其首要工作。2005年，為了保持技術(shù)的領(lǐng)先，公司在研發(fā)領(lǐng)域投資52億歐元。2004財(cái)年，西門子的研發(fā)人員共實(shí)現(xiàn)了約8,800項(xiàng)發(fā)明，比上一年度增長(zhǎng)了7%， 其中三分之二申請(qǐng)了專利。在專利領(lǐng)域，西門子在德國(guó)高居榜首，在歐洲名列第二，在美國(guó)則躋身十強(qiáng)

49、行列。在西門子近47,000名研發(fā)人員中，大多數(shù)從事軟件項(xiàng)目的開發(fā)，這使得西門子成為世界上最大的軟件研發(fā)機(jī)構(gòu)之一。西門子還致力于不斷增加其服務(wù)、解決方案和系統(tǒng)的種類，以進(jìn)一步完善其產(chǎn)品組合。3.2.2 S7-300介紹 S7-300是模塊化中小型PLC系統(tǒng)，它滿足中等性能要求的應(yīng)用，模塊化武排風(fēng)扇結(jié)構(gòu),，易于實(shí)現(xiàn)分布。易于用戶掌握等特點(diǎn)，使用S7-300成為各種從小規(guī)模到中等性能要求任務(wù)的方便有經(jīng)濟(jì)的解決方案。SIMATIC S7-300應(yīng)用領(lǐng)域包括：專業(yè)機(jī)床，紡織機(jī)械，包裝機(jī)械，通用機(jī)械工程應(yīng)用，控制系統(tǒng)，機(jī)床，樓宇自動(dòng)化，電器制造工業(yè)及其相關(guān)產(chǎn)業(yè)S7-300機(jī)構(gòu) 系統(tǒng)組成： 中央處理單元

50、(CPU) 各種CPU 有各種不同的性能，例如，有的CPU 上集成有輸入/輸出點(diǎn)，有的CPU上集成有PROFI- BUS-DP通訊接口等。 信號(hào)模塊 (SM) 用于數(shù)字量和模擬量輸入/輸出 通訊處理器 (CP) 用于連接網(wǎng)絡(luò)和點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接 功能模塊 (FM) 用于高速計(jì)數(shù)，定位操作 (開環(huán)或閉環(huán)控制) 和閉環(huán)控制功能 SIMATIC S7-300的大量功能支持和幫助用戶進(jìn)行編程、啟動(dòng)和維護(hù) 高速的指令處理 0.60.1ms的指令處理時(shí)間在中等到較低的性能要求范圍內(nèi)開辟了全新的應(yīng)用領(lǐng)域。 浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算 用此功能可以有效地實(shí)現(xiàn)更為復(fù)雜的算術(shù)運(yùn)算 方便用戶的參數(shù)賦值 一個(gè)帶標(biāo)準(zhǔn)用戶接口的軟件工具給所有模

51、塊進(jìn)行參數(shù)賦值，這樣就節(jié)省了入門和培訓(xùn)的費(fèi)用。 人機(jī)界面 (HMI) 方便的人機(jī)界面服務(wù)已經(jīng)集成在S7-300 操作系統(tǒng)內(nèi)。因此人機(jī)對(duì)話的編程要求大大減少。SIMATIC人機(jī)界面(HMI)從S7-300中要求數(shù)據(jù)，S7-300按用戶指定的刷新速度傳送這些數(shù)據(jù)。S7-300操作系統(tǒng)自動(dòng)地處理數(shù)據(jù)的傳送。 診斷功能 CPU的智能化的診斷系統(tǒng)連續(xù)監(jiān)控系統(tǒng)的功能是否正常、記錄錯(cuò)誤和特殊系統(tǒng)事件 (例如：超時(shí)，模塊更換，等等)。 口令保護(hù) 多級(jí)口令保護(hù)可以使用戶高度、有效地保護(hù)其技術(shù)機(jī)密，防止未經(jīng)允許的復(fù)制和修改。 操作方式選擇開關(guān) 操作方式選擇開關(guān)像鑰匙一樣可以拔出，當(dāng)鑰匙拔出時(shí)，就不能改變操作方式。

52、這樣就防止非法刪除或改寫用戶程序。 S7300硬件說(shuō)明 S7300主要支持的硬件有：（1）電源（PS）電源模塊提供了機(jī)架和CPU內(nèi)部的供電電源，置于1號(hào)機(jī)架的位置。（2）中央處理器（CPU）CPU存儲(chǔ)并處理用戶程序，為模塊分配參數(shù)，通過(guò)嵌入的MPI總線處理編程設(shè)備和PC、模塊、其它站點(diǎn)之間的通訊，并可以為進(jìn)行DP主站或從站操作裝配一個(gè)集成的DP接口。置于2號(hào)機(jī)架。（3）接口模塊（IM）接口模塊將各個(gè)機(jī)架連接在一起。不同型號(hào)的接口模塊可支持機(jī)架擴(kuò)展或PROFIBUSDP連接。置于3號(hào)機(jī)架，沒(méi)有接口模塊時(shí)，機(jī)架位置為空。（4）信號(hào)模塊（SM）通常稱為I/O（輸入/輸出）模塊。測(cè)量輸入信號(hào)并控制輸出

53、設(shè)備。信號(hào)模塊可用于數(shù)字信號(hào)和模擬信號(hào)，還可用于進(jìn)行連接，如傳感器和啟動(dòng)器的連接。（5）功能模塊（FM）用于進(jìn)行復(fù)雜的、重要的但獨(dú)立于CPU的過(guò)程，如：計(jì)算、位置控制和閉環(huán)控制。（6）通訊處理器（CP）模塊化的通訊處理器通過(guò)連接各個(gè)SIMATIC站點(diǎn)，如：工業(yè)以太網(wǎng)，PROFIBUS或串行的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接等。后三個(gè)模塊在機(jī)架上可以任意放置，系統(tǒng)可以自動(dòng)分配模塊的地址。需要說(shuō)明的是，每個(gè)機(jī)架最多只能安裝8個(gè)信號(hào)模塊、功能模塊或通訊模塊。如果系統(tǒng)任務(wù)超過(guò)了8個(gè)，則可以擴(kuò)展機(jī)架（每個(gè)帶CPU的中央機(jī)架可以擴(kuò)展3個(gè)機(jī)架）。第四章 S7-300工作環(huán)境4.1 STEP74.1.1 編程軟件簡(jiǎn)介STEP7 是

54、用于對(duì) SIMATIC 可編程邏輯控制器進(jìn)行組態(tài)和編程的標(biāo)準(zhǔn)軟件包。它是SIMATIC 工業(yè)軟件的一部份。STEP7 標(biāo)準(zhǔn)軟件包有下列版本：STEP7 Micro/DOS和STEP7 Micro/Win，用于 SIMATIC S7-200 上的簡(jiǎn)化單機(jī)應(yīng) 用程序。STEP7 ，應(yīng)用在SIMATIC S7-300/S7-400 ，SIMATIC M7-300/M7-400以及SIMATIC C7 上它具有更廣泛的功能。4.1.2 STEP7的項(xiàng)目結(jié)構(gòu)在STEP7中，一個(gè)自動(dòng)化系統(tǒng)的所有數(shù)據(jù)以項(xiàng)目（Project）的形式來(lái)進(jìn)行組織和管理。一個(gè)項(xiàng)目包含了以下的三類數(shù)據(jù)。1、硬件結(jié)構(gòu)的組態(tài)數(shù)據(jù)及模塊參

55、數(shù)2、通信網(wǎng)絡(luò)的組態(tài)數(shù)據(jù)3、可編程模塊的程序上述數(shù)據(jù)都以對(duì)象的形式存儲(chǔ)，STEP7采用目錄式的層次結(jié)構(gòu)管理項(xiàng)目中的所有對(duì)象。對(duì)象從上到下有三個(gè)層次：第一層：項(xiàng)目；第二層：通訊子網(wǎng)、PLC站或S7程序；第三層：第二層下面的具體對(duì)象，視第二層定。4.1.3 使用STEP7的基本步驟4.2 選擇編程語(yǔ)言STEP 7 的基本程序編輯器支持下列三種標(biāo)準(zhǔn)的編程語(yǔ)言： LAD (梯形邏輯圖)：以電路圖表示為基礎(chǔ)。電路圖的元件，例如常開觸點(diǎn)和常閉觸點(diǎn)， 相互組合，從而構(gòu)成程序段。邏輯塊的代碼段表示一個(gè)或多個(gè)程序段。 FBD (功能塊圖)： 以布爾代數(shù)中眾所周知的圖形邏輯符號(hào)為基礎(chǔ)。也可以通過(guò)邏輯框的 組合直接

56、顯示諸如熟悉函數(shù)的復(fù)雜功能。 STL (語(yǔ)句表)：基于文本的編程語(yǔ)言，具有一種類似機(jī)器代碼的結(jié)構(gòu)。每個(gè)語(yǔ)句代表 CPU的一種程序處理操作。多個(gè)語(yǔ)句鏈接在一起就構(gòu)成了程序段。這一部分向你展示了如何選擇和修改編程語(yǔ)言。 除這些基本的選項(xiàng)外， 西門子還提供了很多在STEP 7 下的附加編程語(yǔ)言來(lái)滿足您進(jìn)一步開發(fā)的需要。用STEP7組態(tài)硬件的基本原理組態(tài)硬件介紹術(shù)語(yǔ)“組態(tài)”指的是在站窗口中對(duì)機(jī)架、模塊、分布式 I/O(DP)機(jī)架、以及接口子模塊等進(jìn)行排列。使用組態(tài)表表示機(jī)架，就像實(shí)際的機(jī)架一樣，可在其中插入特定數(shù)目的模塊。在組態(tài)表中，STEP7自動(dòng)給每個(gè)模塊分配一個(gè)地址。如果站中的CPU可自由尋址 (

57、意思是可為模塊的每個(gè)通道自由分配一個(gè)地址，而與其插槽無(wú)關(guān))，那么，您可改變站中模塊的地址。您可將您的組態(tài)任意多次復(fù)制給其它STEP7項(xiàng)目，并進(jìn)行必要的修改，然后將其下載到一個(gè)或多個(gè)現(xiàn)有的設(shè)備中去。在可編程控制器啟動(dòng)時(shí)，CPU將比較STEP7中創(chuàng)建的預(yù)置組態(tài)與設(shè)備的實(shí)際組態(tài)。從而可立即識(shí)別出它們之間的任何差異，并報(bào)告分配參數(shù)。術(shù)語(yǔ)“分配參數(shù)”含義如下：為本地組態(tài)中和網(wǎng)絡(luò)中的可編程模塊設(shè)置屬性。例如：CPU 是一個(gè)可編程模塊。其監(jiān)視狗時(shí)間就是您可設(shè)置的一個(gè)參數(shù)。 對(duì)主站系統(tǒng)(PROFIBUS)的總線參數(shù)、主站與從站參數(shù)進(jìn)行設(shè)置參數(shù)將下載給 CPU 并由 CPU 傳送給各自的模塊?？煞奖愕貙?duì)模塊進(jìn)行替換， 因?yàn)樵趩?dòng)期間，自動(dòng)將使用 STEP7所設(shè)置的參數(shù)下載給新的模塊。何時(shí)“組態(tài)硬件”？S7可編程控制器和模塊的屬性均可預(yù)先設(shè)置為缺省值，這樣，在許多情況下，您都不需要對(duì)