西門子PLC模塊模擬量輸入SM331

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西門子S7-300模擬量輸入模塊SM331

模擬量輸入模塊將從過(guò)程發(fā)送來(lái)的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成供PLC內(nèi)部處理用的數(shù)字信號(hào)。

該模塊具有如下特點(diǎn)：

分辨率為9到15位+符號(hào)位（用于不同的轉(zhuǎn)換時(shí)間），可設(shè)置

不同的測(cè)量范圍;
通過(guò)量程模塊可以機(jī)械調(diào)整電流/電壓的基本測(cè)量范圍。用PG上的STEP 7硬件組態(tài)工具可進(jìn)行微調(diào)。

中斷能力;
模塊把診斷和超限中斷發(fā)送到可編程控制器的CPU中。

診斷;
模塊向CPU發(fā)送詳細(xì)的診斷信息。

西門子S7-300模擬量輸入模塊SM331

德國(guó)西門子（SIEMENS）公司生產(chǎn)的可編程序控制器在我國(guó)的應(yīng)用也相當(dāng)廣泛，在冶金、化工、印刷生產(chǎn)線等領(lǐng)域都有應(yīng)用。西門子（SIEMENS）公司的PLC產(chǎn)品包括LOGO，S7-200，S7-300，S7-400，工業(yè)網(wǎng)絡(luò)，HMI人機(jī)界面，工業(yè)軟件等。

西門子S7系列PLC體積小、速度快、標(biāo)準(zhǔn)化，具有網(wǎng)絡(luò)通信能力，功能更強(qiáng)，可靠性更高。S7系列PLC產(chǎn)品可分為微型PLC（如S7-200），小規(guī)模性能要求的PLC（如S7-300）和中、高性能要求的PLC（如S7-400）等。

1．SIMATIC S7-200 PLC

S7-200 PLC是超小型化的PLC，它適用于各行各業(yè)，各種場(chǎng)合中的自動(dòng)檢測(cè)、監(jiān)測(cè)及控制等。S7-200 PLC的強(qiáng)大功能使其無(wú)論單機(jī)運(yùn)行，或連成網(wǎng)絡(luò)都能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制功能。

    S7-200PLC可提供4個(gè)不同的基本型號(hào)與8種CPU可供選擇使用。

2．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(dú)的模塊之間可進(jìn)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(yùn)算速度；用浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算比較有效地實(shí)現(xiàn)了更為復(fù)雜的算術(shù)運(yùn)算；一個(gè)帶標(biāo)準(zhǔn)用戶接口的軟件工具方便用戶給所有模塊進(jìn)行參數(shù)賦值；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)，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(dòng)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(cuò)誤和特殊系統(tǒng)事件（例如：超時(shí)，模塊更換，等等）；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；S7-300 PLC設(shè)有操作方式選擇開(kāi)關(guān)，操作方式選擇開(kāi)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，這樣就可防止非法刪除或改寫用戶程序。具備強(qiáng)大的通信功能，S7-300 PLC可通過(guò)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(jiǎn)單。S7-300 PLC具有多種不同的通信接口，并通過(guò)多種通信處理器來(lái)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(lái)連接點(diǎn)到點(diǎn)的通信系統(tǒng)；多點(diǎn)接口（MPI）集成在CPU中，用于同時(shí)連接編程器、PC機(jī)、人機(jī)界面系統(tǒng)及其他SIMATIC S7/M7/C7等自動(dòng)化控制系統(tǒng)。

西門子PLC模塊模擬量輸入SM331

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(wú)風(fēng)扇的設(shè)計(jì)，可靠耐用，同時(shí)可以選用多種級(jí)別（功能逐步升級(jí)）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(kuò)大或升級(jí)時(shí)，只要適當(dāng)?shù)卦黾右恍┠０澹隳苁瓜到y(tǒng)升級(jí)和充分滿足需要。

4． 工業(yè)通訊網(wǎng)絡(luò)西門子PLC模擬量輸入模塊SM331

通訊網(wǎng)絡(luò)是自動(dòng)化系統(tǒng)的支柱，西門子的全集成自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)提供了從控制級(jí)一直到現(xiàn)場(chǎng)級(jí)的*性通訊，“SIMATIC NET”是全部網(wǎng)絡(luò)系列產(chǎn)品的總稱，他們能在工廠的不同部門，在不同的自動(dòng)化站以及通過(guò)不同的級(jí)交換數(shù)據(jù)，有標(biāo)準(zhǔn)的接口并且相互之間*兼容。

5． 人機(jī)界面（HMI）硬件

HMI硬件配合PLC使用，為用戶提供數(shù)據(jù)、圖形和事件顯示，主要有文本操作面板TD200（可顯示中文），OP3，OP7，OP17等；圖形/文本操作面板OP27，OP37等，觸摸屏操作面板TP7，TP27/37，TP170A/B等；SIMATIC面板型PC670等。個(gè)人計(jì)算機(jī)（PC）也可以作為HMI硬件使用。HMI硬件需要經(jīng)過(guò)軟件（如ProTool）組態(tài)才能配合PLC使用。

6． SIMATIC S7工業(yè)軟件

西門子的工業(yè)軟件分為三個(gè)不同的種類：

（1）編程和工程工具  編程和工程工具包括所有基于PLC或PC用于編程、組態(tài)、模擬和維護(hù)等控制所需的工具。STEP 7標(biāo)準(zhǔn)軟件包SIMATIC S7是用于S7-300/400，C7 PLC和SIMATIC WinAC基于PC控制產(chǎn)品的組態(tài)編程和維護(hù)的項(xiàng)目管理工具，STEP 7-Micro/WIN是在Windows平臺(tái)上運(yùn)行的S7-200系列PLC的編程、在線仿真軟件。

（2）基于PC的控制軟件  基于PC的控制系統(tǒng)WinAC允許使用個(gè)人計(jì)算機(jī)作為可編程序控制器（PLC）運(yùn)行用戶的程序，運(yùn)行在安裝了Windows NT4.0操作系統(tǒng)的SIMATIC工控機(jī)或其它任何商用機(jī)。WinAC提供兩種PLC，一種是軟件PLC，在用戶計(jì)算機(jī)上作為視窗任務(wù)運(yùn)行。另一種是插槽PLC（在用戶計(jì)算機(jī)上安裝一個(gè)PC卡），它具有硬件PLC的全部功能。WinAC與SIMATIC S7系列處理器*兼容，其編程采用統(tǒng)一的SIMATIC編程工具（如STEP 7），編制的程序既可運(yùn)行在WinAC上，也可運(yùn)行在S7系列處理器上。

（3）人機(jī)界面軟件  人機(jī)界面軟件為用戶自動(dòng)化項(xiàng)目提供人機(jī)界面（HMI）或SCADA系統(tǒng)，支持大范圍的平臺(tái)。人機(jī)界面軟件有兩種，一種是應(yīng)用于機(jī)器級(jí)的ProTool，另一種是應(yīng)用于監(jiān)控級(jí)的WinCC。

ProTool適用于大部分HMI硬件的組態(tài)，從操作員面板到標(biāo)準(zhǔn)PC都可以用集成在STEP 7中的ProTool有效地完成組態(tài)。ProTool/lite用于文本顯示的組態(tài)，如：OP3，OP7，OP17，TD17等。ProTool/Pro用于組態(tài)標(biāo)準(zhǔn)PC和所有西門子HMI產(chǎn)品，ProTool/Pro不只是組態(tài)軟件，其運(yùn)行版也用于Windows平臺(tái)的監(jiān)控系統(tǒng)。西門子PLC模擬量輸入模塊SM331

WinCC是一個(gè)真正開(kāi)放的，面向監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集的SCADA（Supervisory Control and Data Acquisition）軟件，可在任何標(biāo)準(zhǔn)PC上運(yùn)行。WinCC操作簡(jiǎn)單，系統(tǒng)可靠性高，與STEP 7功能集成，可直接進(jìn)入PLC的硬件故障系統(tǒng)，節(jié)省項(xiàng)目開(kāi)發(fā)時(shí)間。它的設(shè)計(jì)適合于廣泛的應(yīng)用，可以連接到已存在的自動(dòng)化環(huán)境中，有大量的通信接口和全面的過(guò)程信息和數(shù)據(jù)處理能力，其的WinCC5.0支持在辦公室通過(guò)IE瀏覽器動(dòng)態(tài)監(jiān)控生產(chǎn)過(guò)程。

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。其模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使得各種單獨(dú)的模塊之間可進(jìn)行廣泛組合以用于擴(kuò)展。系統(tǒng)組成*處理單元(CPU)：各種CPU有不同的性能，例如，有的CPU上集成有PROFIBUS—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(kāi)環(huán)或閉環(huán)定位)和閉環(huán)控制。負(fù)載電源模塊(PS)：用于將SIMATICS7—300連接到120／230V交流電源，或24／48／60／110V直流電源。接口模塊(1M)：用于多機(jī)架配置時(shí)連接主機(jī)架(CR)和擴(kuò)展機(jī)架(ER)。S7—300通過(guò)分布式的主機(jī)架(CR)和3個(gè)擴(kuò)展機(jī)架(ER)，可以操作多達(dá)32個(gè)模塊。運(yùn)行時(shí)無(wú)需風(fēng)扇。SIMATICS7—300適用于通用領(lǐng)域：高電磁兼容性和強(qiáng)抗振動(dòng)，沖擊性，使其具有zui高的工業(yè)環(huán)境適應(yīng)性。功能SIMATICS7—300的大量功能能夠支持和幫助用戶進(jìn)行編程、啟動(dòng)和維護(hù)，其主要功能如下：高速的指令處理：0．1—0．6u s的指令處理時(shí)間在中等到較低的性能要求范圍內(nèi)開(kāi)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塊進(jìn)行參數(shù)賦值。人機(jī)界面(HMl)：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(HMl)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(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)?？诹畋Ｗo(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(kāi)關(guān)：操作方式選擇開(kāi)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。這樣就防止非法刪除或改寫用戶程序 組態(tài)軟件面對(duì)的對(duì)象是控制組態(tài)軟件，其運(yùn)行于Windows環(huán)境下，并與任何自動(dòng)化的控制系統(tǒng)均可以兼容。將組態(tài)軟件同PLC控制系統(tǒng)組合在一起，并利用計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)，就可實(shí)現(xiàn)對(duì)PLC控制系統(tǒng)的整體模擬和調(diào)試。當(dāng)前，PLC控制系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域越來(lái)越廣，特別是在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的應(yīng)用。其檢測(cè)和修正方面的優(yōu)點(diǎn)，在提升現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試效率的同時(shí)，也使得調(diào)試的風(fēng)險(xiǎn)和費(fèi)用大大的降低。實(shí)現(xiàn)基于組態(tài)軟件PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，使設(shè)計(jì)能夠?qū)崿F(xiàn)其控制性能zui大化的發(fā)揮，即是文中討論的重點(diǎn)內(nèi)容。

1 組態(tài)軟件的含義和特點(diǎn)概述

    1.1 組態(tài)軟件的含義概述

    人們對(duì)于監(jiān)控系統(tǒng)的性能要求日漸提升，在要求操作簡(jiǎn)單、可靠性高、界面友好、實(shí)用性高的同時(shí)，也開(kāi)始向開(kāi)發(fā)周期短，便于擴(kuò)充、更改、升級(jí)等方面拓展。而這些不斷升級(jí)的性能都是由檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和研發(fā)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。運(yùn)用計(jì)算機(jī)的程序語(yǔ)言去進(jìn)行一個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)的大型軟件的編制是一件費(fèi)時(shí)、費(fèi)力的工作，不僅研發(fā)成本高、通用性差、研制周期長(zhǎng)，而且對(duì)于系統(tǒng)的升級(jí)和擴(kuò)充也很不方便，難以進(jìn)行相關(guān)的推廣及應(yīng)用，而比較好的選擇就是運(yùn)用控制系統(tǒng)的各種軟件包，也就是文中所說(shuō)的組態(tài)軟件。

    1.2 組態(tài)軟件的特點(diǎn)概述

    在監(jiān)控系統(tǒng)中，組態(tài)軟件是作為系統(tǒng)收集和處理的中心環(huán)節(jié)而存在的，是數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)中心和監(jiān)控中心。在組態(tài)軟件運(yùn)行狀態(tài)下通過(guò)各種檢測(cè)、監(jiān)控設(shè)備共同構(gòu)成了快速的控制中心。組態(tài)軟件是一種面向數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控的平臺(tái)工具，其實(shí)質(zhì)項(xiàng)目相當(dāng)豐富，使用功能十分強(qiáng)大，并且方式靈活。其作為控制過(guò)程和數(shù)據(jù)采集的專項(xiàng)軟件，運(yùn)用計(jì)算機(jī)，為實(shí)施過(guò)程監(jiān)控、數(shù)據(jù)采集和生產(chǎn)控制提供優(yōu)良的開(kāi)發(fā)環(huán)境和基礎(chǔ)平臺(tái)。組態(tài)軟件的專業(yè)性很強(qiáng)。某種領(lǐng)域中往往只適合一種組態(tài)軟件的應(yīng)用。在控制系統(tǒng)引入組態(tài)軟件，可以起到簡(jiǎn)化軟件編程和算法設(shè)計(jì)的目的，有效解決知識(shí)水平同現(xiàn)場(chǎng)操作技術(shù)間的矛盾，工作效率大大提升。

2 遠(yuǎn)程監(jiān)控層機(jī)構(gòu)的虛擬控制系統(tǒng)

    一般情況下，控制系統(tǒng)分為監(jiān)控層、控制層和管理層3種層次結(jié)構(gòu)。在監(jiān)控層中，其硬件主要為IPC，運(yùn)用組態(tài)軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)、安全和報(bào)警機(jī)制、動(dòng)畫顯示、流程控制、企業(yè)監(jiān)控、報(bào)表輸出及趨勢(shì)曲線實(shí)時(shí)運(yùn)行；控制層中主要是PLC發(fā)揮作用。PLC具有很強(qiáng)的抗*力和可靠性，能夠很好的適用于現(xiàn)場(chǎng)要求，其相關(guān)配置發(fā)展十分迅速。運(yùn)用組態(tài)軟件網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了其網(wǎng)絡(luò)控制的功能，用戶通過(guò)IE瀏覽器來(lái)進(jìn)行對(duì)本地監(jiān)控機(jī)的訪問(wèn)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行情況的控制，在客戶端對(duì)各種報(bào)表和數(shù)據(jù)進(jìn)行打印。進(jìn)而構(gòu)成了具有完整監(jiān)控管理層、控制層及遠(yuǎn)程監(jiān)控層機(jī)構(gòu)的虛擬控制系統(tǒng)。

3 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的意義及前景

    3.1 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的意義

    基于組態(tài)軟件的PLC控制系統(tǒng)具有很好的擴(kuò)展性，持續(xù)擴(kuò)展下利用通信實(shí)現(xiàn)對(duì)組態(tài)工程中數(shù)據(jù)的采集，隨后將其發(fā)布于網(wǎng)上，就實(shí)現(xiàn)了局域網(wǎng)下的同步控制?；诮M態(tài)軟件的PLC控制系統(tǒng)的*性亦十分突出，采用的均是*的通信和網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)，從而用虛擬的設(shè)備對(duì)實(shí)際設(shè)備進(jìn)行替代。實(shí)現(xiàn)這一控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，使得客戶能夠通過(guò)客戶端對(duì)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)、報(bào)表進(jìn)行瀏覽，并且對(duì)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行情況加以控制，工作人員在現(xiàn)場(chǎng)之外就能夠?qū)υO(shè)備的實(shí)際運(yùn)行情況有所了解，并實(shí)時(shí)傳達(dá)指令，在其控制之下達(dá)到同現(xiàn)場(chǎng)操作一樣的效果。

    3.2 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的前景

    通過(guò)計(jì)算機(jī)設(shè)備來(lái)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行模擬，從而起到降低教學(xué)成本的目的?？梢蕴峁┫啾扔诂F(xiàn)場(chǎng)更為方便、豐富的監(jiān)控、調(diào)試功能；可以對(duì)其PLC功能不斷擴(kuò)展，以*技術(shù)為支撐，從而提供、zui全的監(jiān)控功能。將硬件軟化本身就很具有創(chuàng)造力，使得組態(tài)動(dòng)畫界面更加形象，不斷提升自身的性能，使其成為監(jiān)控領(lǐng)域不斷前進(jìn)的動(dòng)力，實(shí)現(xiàn)技術(shù)領(lǐng)域的與時(shí)俱進(jìn)。PLC監(jiān)控系統(tǒng)使對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的模擬更加的靈活、方便和豐富，可以對(duì)不適合現(xiàn)場(chǎng)操作的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行模擬和調(diào)試。