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西門子CUD1直流控制主板

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西門子PLC模塊

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西門子CUD1直流控制主板
西門子PLC模塊西門子變頻器西門子觸摸屏西門子電線電纜西門子數(shù)控系統(tǒng) 西門子斷路器等

詳細介紹

西門子CUD1直流控制主板

SIMATIC S7-300 PLC S7-300是模塊化小型PLC系統(tǒng)，能滿足中等性能要求的應(yīng)用。各種單獨的模塊之間可進行廣泛組合構(gòu)成不同要求的系統(tǒng)。與S7-200 PLC比較，S7-300 PLC采用模塊化結(jié)構(gòu)，具備高速（0.6~0.1μs）的指令運算速度；用浮點數(shù)運算比較有效地實現(xiàn)了更為復(fù)雜的算術(shù)運算；一個帶標(biāo)準(zhǔn)用戶接口的軟件工具方便用戶給所有模塊進行參數(shù)賦值；方便的人機界面服務(wù)已經(jīng)集成在S7-300操作系統(tǒng)內(nèi)，人機對話的編程要求大大減少。SIMATIC人機界面（HMI）從S7-300中取得數(shù)據(jù)，S7-300按用戶的刷新速度傳送這些數(shù)據(jù)。S7-300操作系統(tǒng)自動地處理數(shù)據(jù)的傳送；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、記錄錯誤和特殊系統(tǒng)事件（例如：超時，模塊更換，等等）；多級口令保護可以使用戶高度、有效地保護其技術(shù)機密，防止未經(jīng)允許的復(fù)制和修改；S7-300 PLC設(shè)有操作方式選擇開關(guān)，操作方式選擇開關(guān)像鑰匙一樣可以拔出

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，當(dāng)鑰匙拔出時，就不能改變操作方式，這樣就可防止非法刪除或改寫用戶程序。具備強大的通信功能，S7-300 PLC可通過編程軟件Step 7的用戶界面提供通信組態(tài)功能，這使得組態(tài)非常容易、簡單。S7-300 PLC具有多種不同的通信接口，并通過多種通信處理器來連接AS-I總線接口和工業(yè)以太網(wǎng)總線系統(tǒng)；串行通信處理器用來連接點到點的通信系統(tǒng)；多點接口（MPI）集成在CPU中，用于同時連接編程器、PC機、人機界面系統(tǒng)及其他SIMATIC S7/M7/C7等自動化控制系統(tǒng)。3． SIMATIC S7-400 PLC S7-400 PLC是用于中、高檔性能范圍的可編程序控制器。 S7-400 PLC采用模塊化無風(fēng)扇的設(shè)計，可靠耐用，同時可以選用多種級別（功能逐步升級）的CPU，并配有多種通用功能的模板，這使用戶能根據(jù)需要組合成不同的系統(tǒng)。當(dāng)控制系統(tǒng)規(guī)模擴大或升級時，只要適當(dāng)?shù)卦黾右恍┠０澹隳苁瓜到y(tǒng)升級和充分滿足需要。

西門子PLC S7-300在北京奔馳汽車發(fā)動機裝配線上的應(yīng)用

1 總述西門子CUD1直流控制主板
北京奔馳汽車發(fā)動機裝配線PLC控制系統(tǒng)，主要針對包括轉(zhuǎn)臺、舉升臺、舉升轉(zhuǎn)移臺、翻轉(zhuǎn)機五種工位的控制。在汽車發(fā)動機裝配過程中，由于被裝配零件的多樣性，需要在裝配線的每個工段適當(dāng)調(diào)整發(fā)動機的方位以方便裝配零件。裝配線上一共有20余個工位，包括7個普通轉(zhuǎn)臺、2個維修轉(zhuǎn)臺、4個無滾輪舉升臺、7個單向滾輪舉升臺以及2個翻轉(zhuǎn)機。整個被控對象包括22個工位,每個工位上包含必需的轉(zhuǎn)移電機或舉升電機,此外還有32個生產(chǎn)線傳輸電機。每個工位均由一個ET200S和一個ET200ECO從站組成,用于該工位的I/O點數(shù)據(jù)采集和發(fā)送以及分散控制。

2 系統(tǒng)功能詳述
本系統(tǒng)包括操作員站、工程師站、自動化系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)和現(xiàn)場I/O站等幾個部分。其中各部分功能如下:
操作員站:提供全漢化人機界面，實現(xiàn)控制系統(tǒng)的監(jiān)控操作功能（操作、顯示、報表、報警、趨勢），并且可以在人機界面上直接查看對應(yīng)的step7源程序。工程師站:用于系統(tǒng)的組態(tài)和維護。自動化系統(tǒng):使用SIMATIC控制器完成回路調(diào)節(jié)和邏輯運算。現(xiàn)場I/O站:使用現(xiàn)場總線技術(shù)，在設(shè)備現(xiàn)場直接采集現(xiàn)場儀表的信號,控制現(xiàn)場的執(zhí)行機構(gòu)。現(xiàn)場總線ProfiBus:用于連接控制單元與操作員站以及管理網(wǎng)絡(luò)。

本系統(tǒng)采用西門子PLC300CPU和CP342-5、CP343-1的接口模塊相連構(gòu)成系統(tǒng)的主站。CP342-5是用于連接S7-300和 profibus-DP的主/從站接口模塊，CP 343-1是用于連接S7-300和工業(yè)以太網(wǎng)的接口模塊。在該控制系統(tǒng)中，除了上述主站外，從站是由 22個ET200S和22個ET200ECO組成，分別分布在兩條profibus網(wǎng)絡(luò)上。CPU上自帶的profibus-DP接口構(gòu)成 profibusⅠ線，CP 342-5接口模塊構(gòu)成profibusⅡ線。

系統(tǒng)中ET200S從站上采用的IM151-1接口模塊有兩種: 基本型和標(biāo)準(zhǔn)型，基本型的接口模塊所能掛接的電源管理模塊和I/O模塊個數(shù)范圍為2～12個，標(biāo)準(zhǔn)型的接口模塊其范圍為2～63個。所以當(dāng)從站I/O模塊較多時，宜選用標(biāo)準(zhǔn)型的接口模塊。接口模塊上帶有profibus地址設(shè)定撥碼開關(guān)。

系統(tǒng)中ET200ECO從站中選用了8DI和16DI兩種模板，模板結(jié)構(gòu)緊湊，模板的供電采用7/8電源線，模板的通訊采用M12通訊接頭。接線靈活而快速，方便拔插。其接口模塊上帶有2個旋轉(zhuǎn)式編碼開關(guān)用于profibus地址分配。

網(wǎng)絡(luò)設(shè)備按照適應(yīng)工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境的程度，以及生產(chǎn)線的布局來考慮選用不同防護等級。控制箱中的模塊采用防護等級為20的ET200S I/O模塊，對應(yīng)每個控制箱的還有一個防護等級為67的ET200eco模塊，置于生產(chǎn)線滾輪下方，由于該模塊需要接觸到現(xiàn)場較為惡劣的生產(chǎn)環(huán)境，因此需要有防水防油防塵等功能。

3 目標(biāo)控制系統(tǒng)
3.1 系統(tǒng)設(shè)計汽車發(fā)動機裝配線是一個對發(fā)動機順序裝配的流水線工藝過程。由于工藝的繁瑣性，工程的計算機控制系統(tǒng)考慮采用分散控制和集中管理的分布式控制模式，采用以西門子PLC為核心構(gòu)成的計算機控制系統(tǒng)，各獨立工位控制系統(tǒng)之間通過網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息、資源共享。該裝配線在整個生產(chǎn)過程中較為關(guān)鍵，由于每個工位之間是流水線生產(chǎn)，因此每個環(huán)節(jié)的控制都必須具備高可靠性和一定的靈敏度，才能保證生產(chǎn)的連續(xù)性和穩(wěn)定性。從站中的每個ET200S站和其對應(yīng)的ET200ECO站共同構(gòu)成一個工位, ET200ECO主要是采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)用。ET200S站的模塊置于小型控制箱內(nèi), 對于工位的基本操作有兩種方式，就地控制箱手動方式和就地自動方式。由于每個控制工位的操作進度不*，操作工可以按照裝配要求進行手自動切換。特殊情況下亦可通過手動操作進行工件位置的修正。

安裝在各工位的分布式I/O模塊ET200S和ET200eco通過現(xiàn)場檢測元件和傳感器將系統(tǒng)主要的監(jiān)控參數(shù)（主要是開關(guān)量）采集進來，ET200S和ET200eco將現(xiàn)場模擬量信號轉(zhuǎn)換為高精度的數(shù)據(jù)量，通過zui高速度可達12M的Profibus-DP現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)將采集數(shù)據(jù)上傳到*控制器，控制器根據(jù)具體工藝要求進行處理，再通過Profibus-DP網(wǎng)絡(luò)將控制輸出下傳給ET200S，實現(xiàn)各工位的控制流程。 PROFIBUS是應(yīng)用zui廣泛的過程現(xiàn)場總線系統(tǒng)。PROFIBUS有三種類型:FMS、DP和PA。PROFIBUS-FMS可用于通用自動化;PROFIBUS-DP用于制造業(yè)自動化;PROFIBUS-PA用于過程自動化。使用PROFIBUS過程現(xiàn)場總線技術(shù)可以使硬件、工程設(shè)計、安裝調(diào)試和維修費用節(jié)省40%以上。PROFIBUS-DP的技術(shù)性能使它可以應(yīng)用于工業(yè)自動化的一切領(lǐng)域，包括冶金、化工、環(huán)保、輕工、制藥等領(lǐng)域。除了安裝簡單外，它有*的傳輸速率，可達12Mbits/s，通訊距離可達到1000米，如果加入中繼器可以將通訊距離延長到數(shù)十公里，具有多種網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)（總線型、星型、環(huán)型）可供選擇。在一個網(wǎng)段上zui多可連接Profibus-DP從站即ET200S或是ET200eco 32個。

整個控制系統(tǒng)根據(jù)工藝劃分由轉(zhuǎn)臺、舉升臺、舉升轉(zhuǎn)移臺、翻轉(zhuǎn)機五種工位組成。各部分可獨立完成各自的控制任務(wù)，并通過工業(yè)以太網(wǎng)實現(xiàn)和上位監(jiān)控系統(tǒng)的連接，由上位系統(tǒng)實現(xiàn)各部分的協(xié)調(diào)控制。

裝配I線工程PLC控制系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)通訊系統(tǒng)具有下列特點:

（1）計算機集成自動化過程控制系統(tǒng)，分布式、高可靠性、高穩(wěn)定性。

（2）從站作為相對獨立的系統(tǒng)分散控制各個工位的運行。

3.2 系統(tǒng)控制要點
（1）該系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中一個主站CPU下兩條profibus網(wǎng)絡(luò)所帶的從站有44個之多，在利用STEP7 V5.5編程軟件進行硬件配置時，根據(jù)S7-300CPU中CPU31XC的地址分配的參數(shù)規(guī)范，對于數(shù)字量輸入輸出，其地址分配的參數(shù)范圍為0.0～127.7。因此在進行硬件配置時,西門子PLC S7-300CPU自帶的profibus-DP接口上的profibus I線上的模塊數(shù)字量I/O地址一般規(guī)定在0.0～127.7的范圍中,如有超出則采用間接尋址的方式來處理。profibus Ⅱ線上的模塊的數(shù)字量I/O地址無論處在哪個范圍中,都必須采用間接尋址方式。

（2）關(guān)于接觸器的硬件互鎖。對于轉(zhuǎn)臺工位，轉(zhuǎn)臺有正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)兩種工作狀態(tài)，因此轉(zhuǎn)臺的回轉(zhuǎn)電機需要有一個負荷開關(guān)和兩個接觸器一并來控制（而舉升電機一般只需要一個負荷開關(guān)和對應(yīng)的一個接觸器即可進行控制），接觸器分正轉(zhuǎn)接觸器和反轉(zhuǎn)接觸器，輸入端為380AV。正轉(zhuǎn)接觸器的三相電壓A、B、C分別和反轉(zhuǎn)接觸器的C、B、A短接。當(dāng)程序在執(zhí)行過程中，若存在某些漏洞使得正轉(zhuǎn)接觸器和反轉(zhuǎn)接觸器的輸出點同時置1時，則會出現(xiàn)正轉(zhuǎn)接觸器和反轉(zhuǎn)接觸器各自的A相和C相短接，造成接觸器短路損壞，主電源開關(guān)跳閘。為了避免這種事故的發(fā)生，首先保證程序中不能出現(xiàn)兩個接觸器同時置1的情況，其次即是采用接觸器上硬件互鎖，點Q1、點Q2是輸出控制點，Q1兩端本應(yīng)接在正向接觸器的兩個輸入端子，同理， Q1兩端本應(yīng)接在正向接觸器的兩個輸入端子，但是改接成如圖所示。接觸器上有自帶的一個常開點和一個常閉點，互鎖中只需用到常閉點，當(dāng)輸出點Q1閉合時，正向接觸器上常閉點隨之?dāng)嚅_，則Q2輸出點兩端之間不可能形成回路，也就不會出現(xiàn)短路跳閘的事故。

該項目中涉及到的變量數(shù)目較多，根據(jù)現(xiàn)場情況隨時可能有更改，為了便于管理，采取S7程序界面和Wincc人機界面共用一套變量。這樣可以將建立變量的工作量減少一半，也將出錯概率減少一半。先安裝西門子STEP 7軟件，之后自定義安裝西門子Wincc軟件，將Wincc通訊組件安裝完整。然后在西門子STEP 7軟件中插入OS站，可點擊右鍵打開并編輯Wincc項目。在Wincc項目中需要引用變量的位置進行變量選擇，出現(xiàn)變量選擇對話框，即可在西門子STEP 7項目變量表中選擇需要的變量，從而保證人機界面和下位機所用變量的*性。

3.3 系統(tǒng)控制功能
（1）手自動回路的切換在Wincc人機界面上可以很方便地知道每個工位的手自動狀態(tài)，但是手自動狀態(tài)的切換是在從站的控制箱面板上實現(xiàn)的。在自動狀態(tài)下，工位的操作全由下位控制，可實現(xiàn)全自動控制機械的操作流程。在手動狀態(tài)下，操作具有自保護功能，在某些機械操作動作下通過軟件互鎖可杜絕相應(yīng)的危險動作的發(fā)生。

（2）安全保護上位監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)定了若干級操作密碼，管理員和操作員分別有自己的操作權(quán)限，且操作員在進行操作時有必要的警告提示框和信息提示框出現(xiàn)。

（3）查詢源程序代碼當(dāng)上位機畫面顯示某個工位出現(xiàn)故障時，可從畫面直接點擊按鈕進入相應(yīng)的下位機梯形圖程序界面，即可迅速查找出故障的根本原因，節(jié)省了維修時間。

（4）故障報警和報表打印當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)故障時，報警框中會出現(xiàn)提示，并伴隨有聲音報警。操作員可根據(jù)需要打印與生產(chǎn)相關(guān)的報表信息。

4 總結(jié)
西門子S7-300CPU通過兩條profibus-DP網(wǎng)絡(luò)連接若干ET200S和ET200ECO從站構(gòu)成的集中分散式控制系統(tǒng)已經(jīng)在該發(fā)動機裝配線成功投運，能夠保證生產(chǎn)線連續(xù)穩(wěn)定地生產(chǎn)，尤其在機械動作靈敏度上有較大提高，*了用戶的要求。

當(dāng)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。完成上述三個階段稱作一個掃描周期。在整個運行期間，PLC的CPU以一定的掃描速度重復(fù)執(zhí)行上述三個階段。輸入采樣在輸入采樣階段，PLC以掃描方式依次地讀入所有輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并將它們存入I/O映象區(qū)中的相應(yīng)得單元內(nèi)。輸入采樣結(jié)束后，轉(zhuǎn)入用戶程序執(zhí)行和輸出刷新階段。在這兩個階段中，即使輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)發(fā)生變化，I/O映象區(qū)中的相應(yīng)單元的狀態(tài)和數(shù)據(jù)也不會改變。因此，如果輸入是脈沖信號，則該脈沖信號的寬度必須大于一個掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。
用戶程序執(zhí)行
在用戶程序執(zhí)行階段，PLC總是按由上而下的順序依次地掃描用戶程序(梯形圖)。在掃描每一條梯形圖時，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點構(gòu)成的控制線路，并按先左后右、先上后下的順序?qū)τ捎|點構(gòu)成的控制線路進行邏輯運算，然后根據(jù)邏輯運算的結(jié)果，刷新該邏輯線圈在系統(tǒng)RAM存儲區(qū)中對應(yīng)位的狀態(tài)；或者刷新該輸出線圈在I/O映象區(qū)中對應(yīng)位的狀態(tài)；或者確定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令。即，在用戶程序執(zhí)行過程中，只有輸入點在I/O映象區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)不會發(fā)生變化，而其他輸出點和軟設(shè)備在I/O映象區(qū)或系統(tǒng)RAM存儲區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)都有可能發(fā)生變化，而且排在上面的梯形圖，其程序執(zhí)行結(jié)果會對排在下面的凡是用到這些線圈或數(shù)據(jù)的梯形圖起作用；相反，排在下面的梯形圖，其被刷新的邏輯線圈的狀態(tài)或數(shù)據(jù)只能到下一個掃描周期才能對排在其上面的程序起作用。
輸出刷新當(dāng)掃描用戶程序結(jié)束后，PLC就進入輸出刷新階段。在此期間，CPU按照I/O映象區(qū)內(nèi)對應(yīng)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)刷新所有的輸出鎖存電路，再經(jīng)輸出電路驅(qū)動相應(yīng)的外設(shè)。這時，才是PLC的真正輸出。同樣的若干條梯形圖，其排列次序不同，執(zhí)行的結(jié)果也不同。另外，采用掃描用戶程序的運行結(jié)果與繼電器控制裝置的硬邏輯并行運行的結(jié)果有所區(qū)別。當(dāng)然，如果掃描周期所占用的時間對整個運行來說可以忽略，那么二者之間就沒有什么區(qū)別了。

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