对辊式破碎机控制系统设计设计说明.doc

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1、学学 号：号：200901050227 HEBEI UNITED UNIVERSITY 毕毕业业设设计计说说明明书书 GRADUATE DESIGN 设计题目：设计题目：对辊式破碎机控制系统设计对辊式破碎机控制系统设计 学生姓名：刘文杰学生姓名：刘文杰 专业班级：专业班级：09 电气电气 2 班班 学学 院：电气工程学院院：电气工程学院 指导教师：王海群指导教师：王海群 副教授副教授 2013 年年 05 月月 29 日日 摘 要 本说明书介绍了国内破碎机的发展现状及其存在的问题，同时介绍了可编 程控制器 PLC 的工作原理及其编程软件 STEP7 的使用方法，另外说明书还介 绍了西门子 MM

2、440 变频器的使用。本设计是一种基于 PLC-300 程序的全自动 对辊式破碎机控制系统，本设计包括硬件设计、软件设计两部分。 本说明书第 6 章介绍了对辊式破碎机的硬件设计，硬件设计包括了对辊式 破碎机的工艺、控制过程、硬件选择和硬件的接线。其中重点介绍了对辊式破 碎机的控制过程及其硬件接线，并且配有系统控制原理图跟 PLC 硬件接线图 各一套。 本说明书第 7 章是对辊式破碎机的软件设计部分，软件设计包括了系统程 序流程、PLC 的输入输出 I/O 分配、系统程序的编程。程序编程部分介绍了 PLC 编程软件 STEP7 的安装和系统程序的编程过程 。本章配有系统程序流程 图、I/O 符号

3、表。程序梯形图 3 套。 关键词 对辊式破碎机；PLC-300；西门子 MM440 变频器 摘要 -I- Abstract The manual describes the development of the domestic status quo Crusher and its problems, at the same time introduced the PLC programmable controller and its working principle STEP7 programming software to use, and specification also desc

4、ribes the use of Siemens frequency converter MM440. The design is a process based on the PLC-300 automatic oppositely rolling roller crusher control system, the design includes hardware design, software design in two parts. Chapter 5 of this manual describes the oppositely rolling roller crusher har

5、dware design, hardware design, including the roller crusher technology, process control, hardware selection and wiring hardware. Which focuses on the oppositely rolling roller crusher control wiring process and its hardware, and system control with schematic wiring diagram with the set of hardware.

6、Chapter 6 of this manual is oppositely rolling roller crusher part of software design, software design processes including the system procedures, PLC input and output I / O allocation, the system programming. Programming the PLC section describes the installation of STEP7 programming software and sy

7、stems programming process. Procedures in this chapter with a system flow chart, I / O symbol table. 3 sets of procedures ladder. Keywords oppositely rolling roller crusher；PLC-300；Siemens MM440 Inverter 目录 -II- 目 录 摘 要.I Abstract .II 第 1 章 绪论1 第 2 章 国产破碎机的背景2 2.1 国产破碎机的发展2 2.2 国产破碎机所存在的问题2 2.3 破碎机的发

8、展趋势3 2.4 实现自动化3 第 3 章 可编程控制器 PLC 原理及选型.5 3.1 PLC 发展历程.5 3.2 PLC 的应用现状.5 3.3 PLC 控制系统的发展前景.6 3.4 可编程序控制器 PLC 的分类.6 3.5 PLC 的选型方法8 3.5.1 PLC 电源的选择8 3.5.2 输入输出（I/O）点数的估算9 3.5.3 输入输出模块的选择.9 3.5.4 存储器容量的估算 9 3.5.5 存储器的选择.9 第 4 章 西门子 STEP7 软件介绍.10 4.1 西门子 STEP7 的概述.10 4.2 STEP7 的构成组件10 4.3 STEP7 各程序块的功能11

9、 第 5 章 MM440 变频器14 5.1 MM440 通用型变频器概述 14 5.2 MM440 变频器的安装与接线 14 5.3 MM440 变频器开关量输入功能 15 5.4 MM440 变频器的多段速选择功能 16 5.5 MM440 变频器的停车跟制动 17 第 6 章 对辊式破碎机的硬件设计18 6.1 对辊式破碎机简介.18 6.2 对辊式破碎机的主要结构18 目录 -III- 6.3 对辊式破碎机的控制要求18 6.4 对辊式破碎机的控制过程19 6.4.1 对辊式破碎机的控制模式.19 6.4.2 PLC 现场控制箱的指示按钮19 6.4.3 对辊式破碎机的控制原理图.19

10、 6.5 硬件选择说明.23 6.5.1 主电路电动机选择.23 6.5.2 油泵电机选择.23 6.5.3 电流互感器选择.24 6.5.4 电流变送器选择.24 6.5.5 断路器选择24 6.5.6 热过载继电器选择.25 6.5.7 中间继电器选择.25 6.5.8 变频器的选择.25 6.6 PLC 硬件选择25 6.6.1 PLC 电源选择25 6.6.2 CPU 选择.26 6.6.3 数字量输入模块选择与接线.26 6.6.4 数字量输出模块选择与接线26 6.6.5 模拟量输入模块选择与接线27 第 7 章 对辊式破碎机控制系统软件设计29 7.1 对辊式破碎机控制系统的程序

11、流程29 7.2 I/O 符号表.30 7.3 编辑系统程序.32 7.3.1 创建新项目32 7.3.2 设计 PLC 硬件组态35 7.3.3 编辑符号表36 7.3.4 编写系统的程序37 7.4 对辊式破碎机控制系统的程序梯形图38 结论48 参考文献49 谢辞50 第 1 章 绪论 -0- 第 1 章 绪论 随着我国煤炭、矿山、建筑等行业规模的不断发展，破碎机呈现出种类、 数目不断增多，机型不断丰富的局面。随着各行业对破碎机产品质量要求的不 断提高，对破碎机技术提出了更高的要求，特别是对辊式破碎机提出了更新更 高的要求。在当前各种多功能全自动破碎机逐渐进入各企业的情况下，人们有 必要

12、对国产破碎机的应用现状及发展作进一步研究。 对辊式破碎机适用于在水泥，化工，电力，冶金，建材，耐火材料等工业 部门破碎中等硬度的物料，如石灰石，炉渣 ，焦炭，煤等物料的中碎，细碎作 业。对辊式破碎机两路齿辊由油泵润滑，物料进入破碎机后靠辊子的挤轧和磨 剪力进行破碎，其结构简单、紧凑、轻便、工作可靠、破碎能力大。对辊式破 碎机齿形优化设计，拉剪力选择破碎，高效低耗，出粒均匀，将其应用在大块 物料破碎至小块物料，是其他破碎机所望尘莫及的。 本课题将选用西门子的 S7-300 PLC 程序，根据控制要求设计出对辊式破 碎机的控制系统。本控制系统应该有硬件设计和软件设计两部分。 第 2 章 国产破碎机

13、的背景 -1- 第 2 章 国产破碎机的背景 2.1 国产破碎机的发展 1.在质量方面，由于破碎机是机械中较为复杂的机械，它包罗了机、电、 气、光和其它技术于一体，而目前国内破碎机制造厂无论是产品的最初设计水 平，还是后来的加工与装配水平，都与国外同行有着十几年的差距，无法生产 出真正有竞争力的产品。 2.在适应性方面，国产自动破碎机的功能比较单一，适应面也比较窄，对 待装破碎机的形状与体积等均有较严格的规定，一般只适用于一二种破碎机， 而国内同一破碎机生产企业所生产的破碎机规格各不相同，产量也不同，这就 给相关工作带来一定的困难。而国外破碎机生产厂商特别注重这方面的问题， 他们所生产的设备功

14、能更加灵活多变，适用范围也更广。 3.在运行可靠性方面，进口自动也要高出国产一截，部分国产破碎机的故 障率较高。因此，许多破碎机生产企业不得不购买多台国产自动，以防因维修 机器而影响正常生产。 4.在工作效率方面，由于国产破碎机的运行速度大多在中低档水平，且自 动化程度一般，其生产效率自然不如以生产高档产品著称的国外同类产品，这 样就等于无形中增加了企业的成本，降低了企业的利润，造成了极大的浪费。 总之，目前国产破碎机存在着适应物种类单一、纸盒尺寸的变化范围小、生产 速度普遍停留在中低速水平等不完善之处。 2.2 国产破碎机所存在的问题 1.破碎机的研制是一个复杂的系统工程，需要有雄厚的技术力

15、量、精密的 生产工艺等多方面的要求，而目前我国在这方面的投入甚少，行业中的产品生 产与基础研究经费的投入比例严重失调，生产厂家只顾眼前利益，不愿投入资 金进行基础研究。可以说，破碎机的研发力量薄弱与经费严重不足造成其技术 含量低下，无法与国外同类产品竞争，且只能靠低价维持其市场竞争力，无法 长期占领市场的现状。 2.在行业中，破碎机低水平重复太多，应变能力不强，国内的大部分生产 厂商规模都很小，且大多生产同种类型的设备，在市场上进行低价恶性竞争， 而一旦遇上市场要求变动，又无法及时转型，从而极易被市场所淘汰。 河北联合大学电气工程学院 -2- 2.3 破碎机的发展趋势 人机工程学属于一种综合性

16、的边缘学科，现已广泛地应用于产品设计中， 使产品设计更注重人的因素，它的最终目的是达到“人产品环境”的和谐 统一。那么破碎机设备作为一种为了降低人的劳动强度的产品来说更应该考虑 人的因素，且应该将这种观念贯穿于机械设计的每一个细节，如操作台面的高 低、操作程序的合理化、操作界面的视觉效果（视疲劳的产生程度） 、操作的安 全性、维修的方便性、调整的方便性等。制料厂家由于各种因素对破碎机更新 换代比较频繁，那么一种型号的设备就不能只用于一种产品的。由于不同破碎 机的态、特性，即使工艺相同，也会涉及到模具不同、加料方式不同等问题。 现今市场上的破碎机设备兼容性较小，适用也不广泛，一般为一对一的， 既

17、使可以包不同的破碎机，更换模具也不是很方便。如果把工序相同或类似的 机械做成一种或几种标准设备，需要更换的部位做成能独立运行的基本单元体， 通过接口相连实现和主机的连机，使其和主机成为一个共同体（类似积木的形 式，可以根据要求进行组合） ，在实际应用中根据自己的需要对基本单元体进行 自行组合就行了。如果能实现这种设计，既方便操作者更换模具，又可以极大 的减少浪费，同时增大了机器的灵活性和适用性。 2.4 实现自动化 自动化已成为一种必然的趋势，而且我们也正朝着这个方向努力。但现在 的自动化只能说是相对的，要实现真正的自动化我们的路还很长，会碰到诸如 检测、自动调整等一系列问题。对形态各异、物理

18、特性各不相同的破碎机在检 测过程中所碰到的问题会更多，而检测之后数据的传输和处理，对控制系统的 要求也不会就停。 留在当前的程度上。这需要电子行业和行业的共同努力，需要医料机械能 够将新的电子技术及时的应用到实践中来，需要两个行业的共同探索。 有些制料机械企业已经开始用伺服电机控制代替传统的传动系统，这种替 代就是对传统框框的一种改革和突破。用伺服系统控制的传动系统即可以通过 程序的编写来控制整个动作的同步问题，又可以消除传统传动系统容易形成积 累误差的缺点，在调试的过程还可以对每个动作单独控制，也节省了调试所形 成的浪费。在自动化的设计中我们强调“模块化”设计，将相关动作分解开来， 由系统独

19、立控制，并可方便地实现整体控制，实际上是增加了机械运行和调节 的灵活性，提高了自动化。在对医疗机械进行自动化上，我们对自动化定义越 第 2 章 国产破碎机的背景 -3- 来越广，越来越细，研究的也越来越深，从一种机械自动化上升到整个车间的 自动化，从的一部分工序到整个过程，整条生产线及整个车间的设计将成为一 种必然的趋势。整体自动化车间的设计，实际上是对破碎机提供一套完整的解 决方案，是对自动化一种全新的飞跃，随着这种趋势的发展，工业也会加入其 中，发挥它强大的功能。 从绿色设计的角度看待机械，我们需要改进的地方还很多。泡罩采用的无 边冲裁，就是成功的典型一例，它既是破碎机厂家的节约之举，也是

20、社会资源 的节约，同时还减少了环境污染。刚刚修订过的固体环境污染防治法草案, 草案的实施对过度问题提出了具体的限制，虽然仍不完善，但这说明国家已经 将所引起的环境问题提到日程上来了。据统计，垃圾已经占到生活垃圾的 30%，而这些垃圾绝大部分都是过度。顺着这个思路思考一下医料机械的整体 状况，就会发现我们距离“绿色”有多远。我们应当遵守这样一条原则：减少 一切可以避免的，一切废品都是浪费，都可能对环境造成污染。在这条原则的 下，我们可以从结构、工艺组合及原材料等方面来考虑我们的机械。 河北联合大学电气工程学院 -4- 第 3 章 可编程控制器 PLC 原理及选型 3.1 PLC 发展历程 在工业

21、生产过程中，大量的开关量顺序控制，它按照逻辑条件进行顺序动 作，并按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制，及大量离散量的数据采集。传 统上，这些功能是通过气动或电气控制系统来实现的。1968 年美国 GM（通用 汽车）公司提出取代继电气控制装置的要求，第二年，美国数字公司研制出了 基于集成电路和电子技术的控制装置，首次采用程序化的手段应用于电气控制， 这就是第一代可编程序控制器，称 Programmable Controller（PC）。 个人计算机（简称 PC）发展起来后，为了方便，也为了反映可编程控制器 的功能特点，可编程序控制器定名为 Programmable Logic Controlle

22、r（PLC）。 上世纪 80 年代至 90 年代中期，是 PLC 发展最快的时期，年增长率一直保持为 3040%。在这时期，PLC 在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和 网络能力得到大幅度提高，PLC 逐渐进入过程控制领域，在某些应用上取代了 在过程控制领域处于统治地位的 DCS 系统。 PLC 具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编 程简单等特点。PLC 在工业自动化控制特别是顺序控制中的地位，在可预见的 将来，是无法取代的。 3.2 PLC 的应用现状 自20 世纪60 年代中期以来PLC 产品在电力、冶金、化工等行业发挥了重 大作用, 尤其近20 年来计算

23、机和信息技术的飞速发展, 不断成倍扩大的功能和 成倍降低的价格, 使PLC、通讯联网技术、过程控制软件都获得了长足进步, 也 使PLC 的广泛应用成为可能。下面通过两组数据(引自工控网) 说明PLC 的应 用现状。 PLC 在冶金行业的市场将持续增加 2003 年中国的工业出现了快速增长, 工业产值同比增长在 12% 以上, 而且中国的最大钢铁出口对象美国在 2003 年下半年取消了钢铁附加税, 中国钢材对其出口也将迅速回升。这些有利因素 刺激了中国冶金行业的投资。据调查, 中国冶金行业对设备的投资同比增长接 近 50%。冶金设备的大量增长带动了 PLC 在该行业的增长, 2003 年 PLC

24、 在冶 金行业的市场达到 216 亿元, 2004 年有望达到 3 亿元。 第 3 章 可编程控制器 PLC 原理及选型 -5- PLC 在纺织行业的应用分析。在中国, PLC 在纺织机械上的运用已经有17 年的历史了, 从最早的进口合成纤维生产设备到目前的中小型纺机, PLC 无处不 在。占各类纺织机械60% 以上的织机平均每台带有一个小型的PLC, 主要用于 检测、报警、速度控制和机器启停控制。纺机的比例在纺织机械中不到5% , 却 用到更多的PLC, 单台纺纱机最多用到17台PLC, 主要是60个IO点以下的微型产 品。梳棉机也用微小型PLC 控制。其它各类纺织机械基本上都采用PLC 控

25、制, 只有一些相对简单的设备采用单片机或者其它控制方式。纺织机械的辅助设备 也主要由PLC 控制, 如循环水系统、空调系统、蒸气系统、废水处理系统、线 等。实际上PLC 在中国的应用已分布到各行各业, 根据工控网的调查, 2003 年 中国控制类产品市场PLC的占有率已超过50% , 而且保持着10% 15%的发展 速度。 3.3 PLC 控制系统的发展前景 现在,虽然出现了性能更加优越的 DCS 和 FCS 控制系统, PLC 控制也终 将会被先进的 FCS 控制所取代,但是目前以及今后相当长的一段时间, PLC 还 会与 DCS 和 FCS 共存,这主要基于以下原因:(1) 现在企业的确正

26、在朝着自动 化、信息化、开放化的方向发展,但这并不意味着要将现有控制系统推倒重来。 企业投入大量的人力和财力建立起来的 PLC 控制系统已经成型,如果要完全推 翻再建立新的 DCS 或 FCS 控制系统,需要更大的资金投入,将造成很大的浪费。 (2) 基于以上市场需求,许多软件厂商(例如: 华富惠通软件公司) 正在考虑如何 利用企业已经成型的控制系统及新建的厂级网络,开发控制系统软件,帮助企业实 现工厂自动化、信息化,为企业提供控制系统与管理网络的集成。(3) 目前, PLC 的功能增强、结构优化, IO 模块趋向分散化、智能化,编程工具和编程语言更具 标准化和高级化。(4) PLC 的联网通

27、信能力增强, 向高速度、多层次、大信息量、 高可靠性及开放式的通信发展。(5) 现在的 PLC 系统与 DCS 技术、现场总线 IO技术相结合,结构开放、扩展方便、技术先进、价格低廉。由以上分析可以预 见,未来 PLC 将朝着多功能化、集成化、智能化、标准化、开放化的方向发展, 故 PLC 虽然面临其它自动化控制系统的挑战,但同时也在吸收它们的优点, 互 相融合,不断创新,在今后一段时间内将与其它先进控制方式并存,共同发展。 3.4 可编程序控制器 PLC 的分类 PLC产品种类繁多，其规格和性能也各不相同。对PLC的分类，通常根据 河北联合大学电气工程学院 -6- 其结构形式的不同、功能的差

28、异和I/O点数的多少等进行大致分类。 （1） 按结构形式分类根据PLC的结构形式，可将PLC分为整体式和模块 式两类。 1.整体式 PLC 整体式PLC是将电源、CPU、I/O接口等部件都集中装在一 个机箱内， 具有结构紧凑、体积小、价格低的特点。小型PLC一般采用这种整 体式结构。整体式PLC由不同I/O点数的基本单元（又称主机）和扩展单元组成。 基本单元内有CPU、I/O接口、与I/O扩展单元相连的扩展口，以及与编程器或 EPROM写入器相连的接口等。扩展单元内只有I/O和电源等，没有CPU。基本 单元和扩展单元之间一般用扁平电缆连接。整体式PLC一般还可配备特殊功能 单元，如模拟量单元、

29、位置控制单元等，使其功能得以扩展。 2.模块式PLC 模块式PLC是将PLC各组成部分，分别做成若干个单独的模 块，如CPU模块、I/O模块、电源模块（有的含在CPU模块中）以及各种功能模 块。模块式PLC由框架或基板和各种模块组成。模块装在框架或基板的插座上。 这种模块式PLC的特点是配置灵活，可根据需要选配不同规模的系统，而且装 配方便，便于扩展和维修。大、中型PLC一般采用模块式结构。还有一些PLC 将整体式和模块式的特点结合起来，构成所谓叠装式PLC。叠装式PLC其CPU、 电源、I/O接口等也是各自独立的模块，但它们之间是靠电缆进行联接，并且各 模块可以一层层地叠装。这样，不但系统可

30、以灵活配置，还可做得体积小巧。 （2） 按功能分类根据PLC所具有的功能不同，可将PLC分为低档、中档、 高档三类。 1.低档PLC 具有逻辑运算、定时、计数、移位以及自诊断、监控等基本功 能，还可有少量模拟量输入输出、算术运算、数据传送和比较、通信等功能。 主要用于逻辑控制、顺序控制或少量模拟量控制的单机控制系统。 2.中档PLC 除具有低档PLC的功能外，还具有较强的模拟量输入/输出、算 术运算、数据传送和比较、数制转换、远程I/O、子程序、通信联网等功能。有 些还可增设中断控制、PID控制等功能，适用于复杂控制系统。 3.高档PLC 除具有中档机的功能外，还增加了带符号算术运算、矩阵运算

31、、 位逻辑运算、平方根运算及其它特殊功能函数的运算、制表及表格传送功能等。 高档PLC机具有更强的通信联网功能，可用于大规模过程控制或构成分布式网 络控制系统，实现工厂自动化。 （3） 按I/O点数分类根据PLC的I/O点数的多少，可将PLC分为小型、中型 和大型三类。 1.小型PLCI/O点数小于256点；单CPU、8位或16位处理器、用户存储 器容量4K字以下。 第 3 章 可编程控制器 PLC 原理及选型 -7- 2. 中型PLCI/O点数2562048点；双CPU，用户存储器容量28K。 3.大型PLCI/O点数 2048点；多CPU，16位、32位处理器，用户存储 器容量816K。

32、3.5 PLC 的选型方法 在 PLC 系统设计时，首先应确定控制方案，下一步工作就是 PLC 工程设 计选型。工艺流程的特点和应用要求是设计选型的主要依据。PLC 及有关设备 应是集成的、标准的，按照易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功 能的原则选型所选用 PLC 应是在相关工业领域有投运业绩、成熟可靠的系统， PLC 的系统硬件、软件配置及功能应与装置规模和控制要求相适应。熟悉可编 程序控制器、功能表图及有关的编程语言有利于缩短编程时间，因此，工程设 计选型和估算时，应详细分析工艺过程的特点、控制要求，明确控制任务和范 围确定所需的操作和动作，然后根据控制要求，估算输入输出点数、所

33、需存储 器容量、确定 PLC 的功能、外部设备特性等，最后选择有较高性能价格比的 PLC 和设计相应的控制系统。 3.5.1 PLC 电源的选择 PLC 的供电电源，除了引进设备时同时引进 PLC 应根据产品说明书要求设 计和选用外，一般 PLC 的供电电源应设计选用 220VAC 电源，与国内电网电压 一致。重要的应用场合，应采用不间断电源或稳压电源供电。 如果 PLC 本身带有可使用电源时，应核对提供的电流是否满足应用要求，否则 应设计外接供电电源。为防止外部高压电源因误操作而引入 PLC，对输入和输 出信号的隔离是必要的，有时也可采用简单的二极管或熔丝管隔离。 PLC 按结构分为整体型和

34、模块型两类，按应用环境分为现场安装和控制室 安装两类；按 CPU 字长分为 1 位、4 位、8 位、16 位、32 位、64 位等。从应 用角度出发，通常可按控制功能或输入输出点数选型。 整体型 PLC 的 I/O 点数固定，因此用户选择的余地较小，用于小型控制系 统；模块型 PLC 提供多种 I/O 卡件或插卡，因此用户可较合理地选择和配置控 制系统的 I/O 点数，功能扩展方便灵活，一般用于大中型控制系统。 河北联合大学电气工程学院 -8- 3.5.2 输入输出（I/O）点数的估算 I/O 点数估算时应考虑适当的余量，通常根据统计的输入输出点数，再增加 10%20%的可扩展余量后，作为输入

35、输出点数估算数据。实际订货时，还需 根据制造厂商 PLC 的产品特点，对输入输出点数进行圆整。 3.5.3 输入输出模块的选择 输入输出模块的选择应考虑与应用要求的统一。例如对输入模块，应考虑 信号电平、信号传输距离、信号隔离、信号供电方式等应用要求。对输出模块， 应考虑选用的输出模块类型，通常继电器输出模块具有价格低、使用电压范围 广、寿命短、响应时间较长等特点；可控硅输出模块适用于开关频繁，电感性 低功率因数负荷场合，但价格较贵，过载能力较差。输出模块还有直流输出、 交流输出和模拟量输出等，与应用要求应一致。可根据应用要求，合理选用智 能型输入输出模块，以便提高控制水平和降低应用成本。考虑

36、是否需要扩展机 架或远程 I/O 机架等。 3.5.4 存储器容量的估算 存储器容量是可编程序控制器本身能提供的硬件存储单元大小，程序容量 是存储器中用户应用项目使用的存储单元的大小，因此程序容量小于存储器容 量。设计阶段，由于用户应用程序还未编制，因此，程序容量在设计阶段是未 知的，需在程序调试之后才知道。为了设计选型时能对程序容量有一定估算， 通常采用存储器容量的估算来替代。 存储器内存容量的估算没有固定的公式，许多文献资料中给出了不同公式， 大体上都是按数字量 I/O 点数的 1015 倍，加上模拟 I/O 点数的 100 倍，以此 数为内存的总字数（16 位为一个字），另外再按此数的

37、25%考虑余量。 3.5.5 存储器的选择 由于计算机集成芯片技术的发展，存储器的价格已下降，因此，为保证应 用项目的正常投运，一般要求 PLC 的存储器容量，按 256 个 I/O 点至少选 8K 存储器选择。需要复杂控制功能时，应选择容量更大，档次更高的存储器。 第 4 章 西门子 STEP7 软件介绍 -9- 第 4 章 西门子 STEP7 软件介绍 4.1 西门子 STEP7 的概述 STEP7 是用于 SIMATIC 可编程控制器组态和编程的标准软件包，其用户 接口是基于当前最新水平的人机控制工程设计，可以轻松方便的使用。STEP7 编程软件适用于 SIMATICS7、M7、C7 和

38、基于 PC 的 WinAC，是供其编程、监 控和藏书设置的标准工具。 STEP7 是一个强大的工程工具，用于整个项目流程设置。从项目实施的计 划配置、实施模块测试、继承测试调试到运行维护阶段，都需要不同功能的工 程工具。STEP7 工程工具包含了整个羡慕流程的各种功能要求：CAD/CAE 支 持、硬件组态、网络组态、仿真、过程诊断等。 4.2 STEP7 的构成组件 STEP7 不是一个单一的应用程序，而是有一系列应用程序工具构成的软 件包。 STEP7 主要包括以下组件： SIMATIC 管理器，程序编辑器，符号编辑器，硬件组态，硬件诊断，网络 组态。 SIMATIC 管理器：在 SIMAT

39、IC 管理器SIMATIC Manager环境中进行项目 的编程和组态，每个操作所需的工具均由 SIMATIC Manager 自动运行，因此不 需要用户分别启动各个不同的工具。对于用户来说，SIMATIC Manager 提供了 STEP7 标准软件包的集成，统一的界面。SIMATIC Manager 中可以同时打开多 个项目，每个项目的视图由两部分组成。左视图显示整个项目的层次结构，在 右试图中显示左视图当前选中的目录下的所包含的对象。SIMATIC Manager 的 菜单主要实现以下几类功能：项目文件的管理；对象的编辑和插入；程序的下 载，监控，诊断；视图，窗口排列，环境设置选项。 硬

40、件组态：该工具为自动化项目的硬件进行组态和参数设置。可以对 PLC 机架上的硬件进行配置，设置各种硬件模块的参数，例如 CPU 参数和分布式 I/O 参数等。 编程工具：该工具集成了梯形图 LAD，语句表 STL 和功能块图 FBD 三种 编程语言的编辑，编译和调试功能。 河北联合大学电气工程学院 -10- 符号编辑器：该工具用于创建和管理所有的全局符号。为输入输出信号， 位存储和块设定符号名和注释。使用这个工具生成的符号表式全局有效的，可 供其他所有工具使用。因而，一个符号的任何改变都能自动被其他工具识别。 硬件诊断：该工具可以对 PLC 站的各硬件模块进行在线诊断，显示相关的 故障信息和状

41、态信息。 网络组态：该工具用于组态通讯网络连接，包括网络连接的参数设置和网 络中各个通讯设备的参数设置。 4.3 STEP7 各程序块的功能 在S7用户程序中有下列几种类型的块可以使用: 1. 组织块OBOB决定用户程序的结构； 2. 系统功能块(SFB)和系统功能(SFC): SFB和SFC集成在S7CPU中可以用来访问 一些重要的系统功能； 3. 功能块(FB):FB是带有“存储区域”的块，可以自己编程这个存储区域； 4. 功能(FC):FC中是经常使用的功能的程序； 5. 背景数据块(背景DB):当一个FB/SFB被调用时，背景DB与该块相关联，它们 可以在编译过程中自动生成； 6. 数

42、据块(DB): DB是用于存储用户数据的数据区域，除了指定一个功能块的数 据， 还可以定义可以被任何块使用的共享数据。 1、组织块及其优先级 组织块是操作系统和用户程序的接口。它有操作系统调用并控制循环和中 断驱动的程序的执行以及可编程控制器如何启动。它们还处理对错误的响应， 通过编程组织块可指定CPU 的反应。组织块决定各个程序部分执行的顺序。一 个OB的执行可以被另一个OB的调用而中断。那个OB可以中断另一个OB由它的 优先级决定，高优先级的OB可以中断低优先级的OB，其中用于全程序循环的 OB1优先级最高，背景OB优先级最低。部分组织块的功能简要说明如下： (1)主程序循环OB1：在S7

43、-300/400系列的PLC中，无论哪种型号的CPU模板 都通过OB1来组织，如果全部的用户程序结构只有1个程序块，即采用线性编程， 那就是OB1,主程序在OB1中执行，OB1调用功能块FB,系统功能块SFB或使用功 能调用FC和系统功能调用SFC的功能。 (2)日期时间中断OB10-OB17:日期时间中断允许用户通过STEP7编程设定， 可在特定日期，时间执行中断操作，也可按照时间间隔周期性的重复执行中断 操作，8个日期时间中断具有相同的优先级，CPU按启动事件发生顺序进行处理。 第 4 章 西门子 STEP7 软件介绍 -11- (3)时间延时中断OB20-OB23：如果在STEP7参数设

44、定时选中了延时中断OB 项，并在用户程序中调用SFC32，设定延时时间，则当延时时间到时，调用时 间延时中断。 (4) 循环中断OB30-OB38：循环中断是CPU进入RUN后按间隔时间循环触 发的中断，因此，用户定义的间隔时间要大于中断服务程序的执行时间，启动 循环中断，需要在STEP7参数设置时选中循环中断参数块，并按1ms的整数倍设 置间隔时间，如果未做间隔时间设置，CPU则按默认值触发循环中断。 (5)异步故障中断OB80-OB87:异步故障中断是由CPU的操作系统检测到一个 异步错误时触发的中断，其检测错误类型和调用中断号如下： OB80:时间错误中断，如设置循环间隔时间太小； OB

45、81：诊断中断，如诊断出电池故障； OB82:诊断中断，如诊断出I/O模板中某个通道短路； OB83:插入/移走模板中断，如PLC系统运行中被移走了一个输出模板； OB84:CPU硬件错误，如MPI网络接口错误； OB85:优先级错误，如程序未安排OBX组织块； OB86:机架故障； OB87：通信错误，如在全局数据通信中有错误的标识符。 (6)启动中断OB100-OB102:如果需要安排初始化操作，或者根据暖启动，热 启动，冷启动的启动事件，可在OB100，OB101,OB102中编写启动条件，完成 PLC系统的启动步骤，PLC CPU启动中断的触发条件为： 电源上电； CPU的开关状态从S

46、TOP拨向RUN/RUN-P； 从网络通信来的启动请求。 2、功能块(FC) FC是“无存储区”的逻辑块。FC的临时变量存储在局域数据堆栈中，当 FC 执行结束后， 这些数据就丢失了。要将这些数据永久存储，FC也可以使用 共享数据块。由于FC没有自己的存储区，所以必须为它指定实际参数，不能为 一个FC的局域数据分配初始值。 3、功能块(FB) 功能块是具有“存储功能” 的块， 用数据块作为功能块的存储器。传递 给功能块的参数和静态变量存储在背景块中。临时变量存在本地数据堆栈中。 当功能块执行结束时， 存在背景块中的数据不会丢失，但存在本地堆栈中的数 河北联合大学电气工程学院 -12- 据将丢失

47、。功能块使得对于经常使用的功能、复杂功能的编程变得容易。 4、共享数据块(DB) 如果某个逻辑块(FC, FB 或OB)被调用，则它可以临时占用局域数据区(L 堆栈)。除了这个局域数据区， 逻辑块还可以打开一个DB形式的存储区。与局 域数据区中的数据不同，在DB中的数据当DB关闭时，也就是，当相应的逻辑 块结束时，不会被删除。每个FB,FC或OB可从共享DB中读取数据，或将数据写 入共享DB。当该DB 退出时，这些数据保持在DB中。 5、系统功能块(SFB)和系统功能(SFC) 在S7中不需要每个功能都自己编程，S7CPU 为用户提供了一些己经编号的 程序块，这些块可在用户程序中进行调用。 （

48、1）系统功能块(SFB) 系统功能块时集成在S7CPU 中的功能块。SFB作为操作系统的一部分，不 占用户程序空间。与FB相同，SFB也是“具有存储能力” 的块。用户必须为 SFB生成背景数据块， 并将其下载到CPU 中作为程序的一部分。 （2）系统功能(SFC) 系统功能时集成在S7CPU中的预先编号程序并通过测试的功能。可在程序 中直接调用SFC. SFC属于操作系统的一部分，而不算做用户程序的一部分。 第 4 章 MM440 变频器 -13- 第 5 章 MM440 变频器 5.1 MM440 通用型变频器概述 MICROMASTER 440 变频器简称 MM440 变频器，是用于控制三

49、相交流电 动机速度的变频器系列，本系列有多种型号供用户选用，很顶转矩（CT）控制 方式额定功率范围从 120W 200KW ,可变转矩（VT）控制方式可达到 250kw。 MM440 由微处理器控制，采用具有现代先进技术水平的绝缘栅双极晶体管 （IGBT）作为功率输出器件。因此，它们具有很高的运行可靠性和功能多样性。 其脉冲宽度调制的开关频率是可选的，因而降低了电动机运行的噪声，具有全 面而完善的保护功能，为变频器和电动机提供了良好的保护。 MM440 变频器具有默认的工厂设置参数，它是给数量众多的简单的电动机 控制系统供电的理想变频驱动装置。由于 MM440 变频器具有全面而完善的控 制功能，在设置相关参数以后，它也可用于更高级的电动机控制系统。 MM440 变频器既可用于单机驱动系统，也可集成到自动化系统中。 5.2 MM440 变频器的安装与接线 表表 5-1 MM440 变频器数字输入端子功能说明变频器数字输入端子功能说明 数字输入参数编号出厂设置功能说明 Din1P07011接通正转/断开 停车 Din2P070212接通反转/断开 停车 Din3 P0704 15速度选择 1 Din4 P0705 15速度选择 2 河北联合大学电气工程学院 -14- 图 5.1 MM440 变频器的