选矿厂磨矿S7-300PLC控制系统梯形图软件设计(3)

2 选矿厂自动化系统总体设计方案 第三部分 生产车间

上位机和下位机通过MPI总线联系通信；下位机和生产车间设备则通过数据电缆通信；这样这三个部分便构成了整个生产管理及控制体系。上位机系统完成数据集中管理任务。下位机系统用于采集和处理各种信号,并输入上位机,完成独立系统的分散控制功能。[4,6]

图2—1 系统组成示意图

2.4 现场控制与远程控制

现场设备控制柜设有启停等操作按钮，为继电接触器控制系统； 远程中控室设置操作台和上位机，操作台上分别设置每个设备的启停等操

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河北联合大学轻工学院 作按钮，这些操作按钮连接PLC输入端，由按钮通过PLC控制设备运行；

远程中控室设置操作台设有“现场”和“手动”和“自动”切换开关： 当开关放在“现场”位置时远程中央控制失效，由操作员现场本地操作控制；

当开关放在“手动”位置时，操作员可通过中控室操作台人工操作控制系统运行；

当开关放在“自动”位置时，操作员可通过中控室上位机组态监控软件Wincc操作控制系统。

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3 可编程控制器和软件系统概述 3 可编程控制器和软件系统概述

3.1 可编程控制器（PLC）概述

（1）PLC的由来和特点

1969年，美国数字设备公司(DEC) 研制出第一台PLC，在美国通用汽车自动装配线上试用获得了成功。这种新型的工业控制装置以其简单易懂，操作方便，可靠性高，通用灵活，体积小，使用寿命长等一系列优点，很快地在美国其他工业领域推广应用。

多年来，可编程控制器(以下简称PLC)从其产生到现在，实现了接线逻辑到存储逻辑的飞跃，其功能从弱到强，实现了逻辑控制到数字控制的进步；其应用领域从小到大，实现了单体设备简单控制到胜任运动控制、过程控制及集散控制等各种任务的跨越。今天的PLC在处理模拟量、数字运算、人机接口和网络的各方面能力都己大幅提高，成为工业控制领域的主流控制设备，在各行各业发挥着越来越大的作用。[5] 1.高可靠性；

2.丰富的I/O接口模块；

3.采用模块化结构为了适应各种工业控制需要； 4.编程简单易学； 5.安装简单，维修方便； （2） PLC的应用

PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时日常维护也变得容易起来，更重要的是使同一设备经过改变程序而改变生产过程成为可能。这特别适合多品种、小批量的生产场合。目前，PLC使用情况主要分为如下几类： 1.开关量逻辑控制

取代传统的继电器控制电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于控制单台设备，也可用于多机群控及自动化流水线。如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。 2.工业过程控制

在工业生产过程当中，存在一些如温度、压力、流量、液位和速度等连续变化的量(即模拟量)，PLC采用相应的A/D和D/A转换模块及各种各样的控制算法程序来处理模拟量，完成闭环控制。PID调节是一般闭环控制系统中用得

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河北联合大学轻工学院 较多的一种调节方法。过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。 3.运动控制

PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制。一般使用专用的运动控制模块，如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。 4.数据处理

PLC具有数学运算(含矩阵运算、函数运算、逻辑运算)、数据传送、数据转换、排序、造纸、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。数据处理一般用于如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。 5.通信及联网

PLC通信包括PLC间的通信及PLC与其它智能设备间的通信。随着工厂自动化网络的发展，现在的PLC都具有通信接口，通信非常方便。[17] （3）S7-300的组成

西门子S7系列PLC产品中S7-200是针对低性能要求的小型PLC，S7-300是模块式中小型PLC，最多可以扩展32个模块，S7-400是大型PLC，可以扩展300多个模块。S7-300/400可以组成MPI, PROFIBUS和工业以太网等。[5]

S7-300主要组成部分有：导轨、中央处理单元模板、接口模板(IM)、信号模板(SM)、功能模板(FM)等。S7－300组成如下图所示。[7]

图3—1 S7-300组成

1.负载电源模块(PS)：用于将S7-300连接到120/230V交流电源，或24V等直流电源。

2.中央处理单元(CPU)：不同的CPU有不同的性能，有的CPU上集成有I/O点，有的CPU上集成有PROFIBUS－DP通讯接口等。 3.信号模块(SM)：用于数字量和模拟量输入/输出。 4.通讯处理器(DP)：用于连接网络和点对点连接

5.功能模块(FM)：用于高速计数，定位操作(开环或闭环定位)和闭环控制。 6.接口模块(IM)：用于多机架配置时连接主机架(CR)和扩展机架(ER)。S7-300 通过分布式的主机架(CR)和3个扩展机架(ER)，可以操作多达32个模块。

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3 可编程控制器和软件系统概述 3.2 STEP 7概述

PLC控制软件使用西门子STEP7软件开发，STEP7是用于SIMATIC可编程逻辑控制器的组态和编程的标准软件包。标准软件包运行在操作系统Windows下并与Windows的图形对象和面向对象的操作原则相匹配。标准软件包的功能： 标准软件支持自动任务创建过程的各个阶段 。基于此，本设计选用STEP7 V5.3进行程序开发。STEP 7 包括以下组件：

1.SIMATIC管理器，用于集中管理所有工具以及自动化项目数据； 2.程序编辑器，用于以LAD、FBD和STL语言生成用户程序； 3.符号编辑器，用于管理全局变量； 4.硬件组态，用于组态和参数化硬件； 5.硬件诊断，用于诊断自动化系统的状态； （1）STEP 7中PLC程序的基本结构

本系统的PLC软件采用了STEP 7语言中的类似于一般高级语言子程序的功能，STEP 7将用户程序分成不同的块类型。程序块分为两大类：系统块和用户块。系统块是存储在CPU操作系统中预定义的功能或功能块，可以被用户程序调用。用户块也称程序块，是提供给用户用于管理用户程序代码和数据的区域。用户块包括：

OB：组织块； FB：功能块； FC：功能； DB：数据块。

主程序可以放入“组织块”(0B)中，而子程序可以放入“功能块”(FB或FC)中。OB1是主程序，通过\调用语句，依次调用各模块，达到组织整个程序的目的。PLC采用循环执行用户程序的方式。OB1是用于循环处理的组织块(主程序)，它可以调用别的逻辑块，或被中断程序(组织块)中断。在起动完成后，不断地循环调用OB1，在OB1中可以调用其它逻辑块(FB, SFB, FC或SFC) 。循环程序处理过程可以被某些事件中断。

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内部的输入/输出过程映像区。批量输入、批量输出。 （2）STEP 7的编程语言

在标准的 STEP 7 软件包中包括LAD、FBD、STL这几种编程语言表示类型，也可购买作为可选软件包的其它的编程语言。

梯形图LD(Ladder diagram)：西门子简称为LAD。图形编程语言梯形逻辑

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