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1、PROFIBUS现场总线S7-300 PLC触摸屏摘 要在PLC控制系统中应用现场总线技术实现PLC与现场设备、客户端、服务器间实时通信，达到分散优化综合控制是工业控制领域的热门问题。综合控制系统设计的优良直接影响着工业生产的经济性。深入研究应用PLC及现场总线控制技术会为我国在工业自动化领域的进一步发展做出有益贡献。工控行业领军企业的西门子的PROFIBUS与SIMATIC系列PLC控制系统提供了完善的软硬件支持和系统的解决方案。这样缩短了工控系统的开发周期，扩展了设备间的通信能力，优化了软件设计，增强了系统兼容性。因此从理论上研究PROFIBUS现场总线以及深入探讨西门子SIMATIC系列
2、PLC能够拉近我国工业自动化与外国的差距，提升我国自动化产业的竞争力。本文从分析PROFIBUS现场总线技术入手，研究PROFIBUS-DP协议及其报文结构，阐述SIMATIC S7-300系列PLC中PROFIBUS总线的应用。用PLC取代原有继电控制系统，完成了硬件选型，程序块定义及梯形图程序编辑及仿真调试、下载，实现了对电机调速系统监控的设计。这一研究的目的在于实现基于PROFIBUS现场总线的Siemens PLC S7-300控制系统设计及触摸屏界面组态，包括PLC控制系统设计、上位机管理和监控系统设计。对于总线协议的研究可以更深入的掌握PROFIBUS的通信机制。PLC控制系统与现
3、场总线技术的结合，实现了系统高速实时通信的目的，增强了系统的稳定性，安全性和实时性。关键词：PROFIBUS现场总线；S7-300 PLC；触摸屏 AbstractNow PLC control system is widely studied and applied in the field of industrial automation. PLC control system conbine with Field-Bus will keep PLC,Field-unit, client and service computer in real-time communication. Th
4、is control system afect the industry production directly. So the combination of PLC control system and Field-Bus will become the hot spot in near future.The works of study and application of this combine system will enhance competence in this field of our country.Siemens, one of the most successful
5、supplier of automation products in world wide,has successfully supply a series of software and hardware base on PROFIBUSand PLC. It has enlarged the ability of communication among field units, shortened the research cycle, optimized the software application, enhanced the system compatibility. So we
6、should study the PROFIBUS Field-Bus from the theory of protocol level, and far more study the SIMATIC PLC. Those works will improve tech. a lot.This article describe the application of PROFIBUS in SIMATIC S7-300PLC, configure the hardware of the production line of wires in STEP 7,study the theory of
7、 PROFIBUS,analysis the protocols and message structure of PROFIBUS-DP define blocks of PLC.The purpose of this study is to design Siemens PLC S7-300 contorl system base on PROFIBUS Field-Bus. This control system include PLC field unit designing, the management of computer station and software simula
8、tions. The study of Field-bus protocols will promote the realization of PROFIBUS communications. The application of S7-300 PLC is valuable in the field of industry.The combination of PLC control system and Field-Bus tech.have fulfill the requirement of high speed communication，and ensure the system
9、to be more reliable stable and efective.Keywords:PROFIBUS Field-Bus;S7-300 PLC;Touch Screen 目 录第一章 绪论11.1课题研究背景11.2PROFIBUS概述11.3现场总线技术的特点21.4本论文研究的意义及内容31.5方案论证4第二章 西门子可编程控制器S7-30062.1 可编程控制器基础62.1.1可编程控制器的产生62.1.2可编程控制器发展过程72.1.3可编程控制器的特点82.1.4可编程控制器的分类82.2 S7-300硬件模块102.2.1机架112.2.2电源模块112.2.3CPU
10、122.2.4信号模块122.2.5通信模块132.2.6功能模块132.2.7接口模块132.3硬件安装142.3.1 S7-300安装规范142.4组态硬件142.4.1创建一个项目152.4.2硬件配置16第三章 PROFIBUS网络183.1 PROFIBUS网络概述183.1.1PROFIBUS的优点183.1.2PROFIBUS的通信协议连接部件193.1.3PROFIBUS-DP网络的主站和从站203.2建立PROFIBUS-DP网络213.2.1集成DP接口的CPU作主站21第四章 触摸屏的使用254.1人机界面254.1.1人机界面的概述254.1.2人机界面未来发展趋势26
11、4.2触摸屏的基本工作原理264.2.1触摸屏的分类264.3 Wincc flexible概述284.3.1建立一个Wincc flexible项目284.3.2设置触摸屏的参数30第五章 变频器335.1变频器概述335.2变频器的工作原理34第六章 系统整体设计366.1控制任务366.1.1自动化生产线模型366.1.2控制系统技术要求376.2控制方案的设计386.2.1硬件的配置以及软件的编程386.3建立灌装生产线监控项目466.3.1设置触摸屏的通信参数466.3.2定义变量476.3.3组态监控画面486.3.4组态初始画面516.3.5组态运行画面526.3.6组态物料混合
12、画面536.3.7组态参数设置画面546.3.8组态趋势视图546.3.9项目的集成模拟调试55附录57参考文献58致 谢59 第一章 绪论1.1课题研究背景电子信息技术的飞速发展又给自动化工业控制系统带来了深刻的变革。逐步形成了现在的以网络集成自动化为基础的企业信息系统。它具有开放式、数字化、容易进行数据交换的特点。它利用现场总线连接智能现场设备和自动化系统形成数字式、双向传输、多分支结构网络特色的自动控制系统。这样，现场总线成为当今3C(Computer，Control，Communication)发展的结合点，也是过程控制技术、自动化仪表技术和计算机网络技术发展的交汇点，而且是信息技术、
13、网络技术的发展在控制领域的集中体现，是信息技术、网络技术延伸到现场的必然结果。因此，现场总线控制系统既是一个开放的通信网络，又是一种分布式控制系统，它作为智能设备的联系纽带，把挂接在总线上作为控制节点的职能设备连接为网络系统，并进一步构成自动化控制系统。它在制造业、流程工业、交通、楼宇等方面的自动化控制系统得到越来越广泛的应用。本文主要是研究PROFIBUS现场总线技术与PLC的结合应用。1.2PROFIBUS概述PROFOIBUS（Process Field Bus）是现场级通信网络，作为工厂数字通信网络的基础，沟通了生产过程现场及控制设备之间及其与更高控制管理层之间的联系。PROFIBUS
14、目前占有全世界最大的现场总线份额，广泛应用于制造业自动化、过程自动化、电力、楼宇、铁路交通等领域。计算机网络技术的飞速发展和工业生产要求，互联网己逐渐渗入我们生活的各个方面，为了满足运动控制要求，对不同电机的同步调速提出了越来越高的技术要求。在实践中为了满足工业的生产需要进行技术改造，使生产线达到分别控制不同类电机调速的要求。基于安装容易、节省成本、集中组态、减少维护成本和投资风险等因素考虑，采用PROFIBUS-DP总线网络下的PLC控制系统来改造电机的运动控制，使整条生产线系统框架的搭建和整个系统的配置和实现。利用西门子现有自动化产品组建基于现场总线技术的控制系统，实现对现场设备的有效监视
15、、控制等功能，为进一步应用和推广现场总线技术提供一个有效的实现平台。本论文主要介绍了PROFIBUS-DP通信协议，阐述了PLC、变频器和触摸屏的通信原理，并在此基础上组成了由变频器、触摸屏、S7-300PLC组成的基于PROFIBUS-DP的变频控制系统。介绍了控制系统的硬件组成、结构、系统功能及软件实现，简述了控制系统在实际中的应用、优点及实用价值。1.3现场总线技术的特点现场总线是一种工业数据总线，它是自动化领域中计算机通信系统最底层的低成本网络。根据国际电工委员会IEC61158标准定义：现场总线是指安装在制造或过程区域的现场装置与控制室内的自动装置之间的数字、串行、多点通信的数据总线
16、。基于现场总线的自动化系统采用总线方式代替一对一的I/O连线，对于大规模I/O系统来说，减少了接线点造成的不可靠因素，并符合工控系统向分散化、网络化、智能化发展的方向。相对于传统的自动化控制系统，现场总线控制系统（Fieldbus Control System）有以下优点：1.数字化的信号传输无论是现场总线底层传感器、执行器、控制器之间的信号传输，还是与上层工作站及高速网之间的信息交换，全部使用数字信号，实现了高速、双向、多变量、多站点之间的通信。2.开放式、互操作性、互换性、可集成性现场总线技术及标准是全开放式的，从总线标准、产品检验到信息发布都是公开的，面向所有制造商和用户。通信网络可以和
17、其他系统网络或高速网络相连接，用户可共享网络资源。此外，现场总线特别强调互操作性、互换性，因此设备具有很好的可集成性。3.可靠性高、可维护性好基于现场总线的自动化系统具有现场设备的在线故障诊断、报警、记录功能，并可完成现场设备的远程参数设定、修改等工作，增强了系统的可维护性。4.降低系统成本现场总线的应用将大大减少自动化系统的投资，仅系统布线、安装、维护费用，可比传统的自动控制系统（DCS）减少一半以上。另外，还可以减少厂房面积、节省投资。现场总线的出现使传统的自动化系统产生了革命性变革。它改变了传统的信息交换方式、信号调制和系统结构，改变了传统的自动化功能概念和结构形式，也改变了系统的设计和
18、调试方式，将会开拓一个崭新的自动化控制新世界。1.4本论文研究的意义及内容PROFIBUS目前占有全世界最大的现场总线份额，广泛应用于制造业自动化、过程自动化、电力、楼宇、铁路交通等领域。计算机网络技术的飞速发展和工业生产要求，互联网己逐渐渗入我们生活的各个方面，为了满足运动控制要求，对不同电机的同步调速提出了越来越高的技术要求。在实践中为了满足工业的生产需要进行技术改造，使生产线达到分别控制不同类电机调速的要求。基于安装容易、节省成本、集中组态、减少维护成本和投资风险等因素考虑，采用PROFIBUS-DP总线网络下的PLC控制系统来改造电机的运动控制，使整条生产线系统框架的搭建和整个系统的配
19、置和实现。利用西门子现有自动化产品组建基于现场总线技术的控制系统，实现对现场设备的有效监视、控制等功能，为进一步应用和推广现场总线技术提供一个有效的实现平台。研究内容如下：(1)研究PROFIBUS现场总线的通信协议和应用接口技术，及其与现场设备、PLC和监控管理设备的互联；(2)研究Siemens PLC S7-300系列可编程序控制器(PLC)的原理和应用；(3)通过查阅大量资料，分析PROFIBUS现场总线的通信协议；分析Siemens PLC与PROFIBUS搭建网络的模式，并对PROFIBUS现场总线安装技术进行详细阐述。(4)以通过设计物料自动灌装系统为例，研究最终的系统整合，搭建
20、成具有一定开放系统特性的基本系统。包括PLC控制系统设计、上位机管理和监控系统设计。 1.5方案论证物料灌装自动化生产线在各企业的应用已经十分普遍，但是很多企业设备严重老化，仍然使用继电器控制系统，安装接线复杂，并且出错率高，进而导致生产效率低下。为了解决上述问题，本论文采用基于PROFIBUS的PLC、变频器和触摸屏的综合研究方案。本方案采用触摸屏对运行过程进行监控，及时发现并纠正错误；用西门子S7-300的编程软件进行编程，使现场的接线简化，降低了出错率，并且改装容易；用变频器控制电机，不仅能够适应不同要求的电机转速，而且还能节能，最后通过PROFIBUS总线搭建成一个物料灌装自动化生产线
21、系统。其中的硬件接线图和结构图如图1-1、1-2和1-3所示。图1-1 数字量输入和输出模块接线图 图1-2数字量输入/输出模块接线图图1-3物料灌装自动化生产线控制系统结构图第二章 西门子可编程控制器S7-3002.1 可编程控制器基础可编程控制器是工业自动化的基础平台，在工业现场中用于对大量的数字量和模拟量进行控制，例如电磁阀的开启，电动机的起停，温度、压力、流量的设定，产品的计数与控制等。在学习自动化系统设计之前，首先了解可编程控制器的基础知识。西门子系列的产品如图2-1所示。图2-1 西门子系列产品2.1.1可编程控制器的产生可编程控制器的缩写为PLC（Programmable Log
22、ic Controller）,是将计算机技术、自动化技术和通信技术融为一体，专为工业环境下应用而设计的控制设备。20世纪60年代，生产过程及各种设备的控制主要是继电器控制系统。继电器控制简单、实用，但是存在着明显的缺点：设备体积大，可靠性差，动作速度缓慢，功能少，难以实现较复杂的控制，特别是它是考硬件连线构成的系统，接线复杂，一旦动作顺序或生产工艺发生变化时，就必须进行重新设计、布线、装配、和调试，所以通用性和灵活性差。生产上迫切需要一种使用灵活、性能完善、工作可靠的新一代生产过程自动控制系统。2.1.2可编程控制器发展过程PLC的发展过程大致可以分为如下几个阶段：19701980年：PLC的
23、结构定型阶段。在这一阶段，由于PLC刚诞生，各种类型的顺序控制器不断出现（如逻辑电路型、1位机型、通用计算机型、单板机型等），但迅速被淘汰。最终以微处理器为核心的现有PLC结构形成，取得了市场的认可，得以迅速发展.推广。PLC的原理、结构、软件、硬件趋向统一与成熟，PLC的应用领域由最初的小范围、有选择使用、逐步向机床、生产线扩展。19801990年：PLC的普及阶段。在这一阶段，PLC的生产规模日益扩大，价格不断下降，PLC被迅速普及。各PLC生产厂家产品的价格.品种开始系列化，并且形成了固定I/O点型、基本单元加扩展块型、模块化结构型这三种延续至今的基本结构模型。PLC的应用范围开始向顺序
24、控制的全部领域扩展。比如三菱公司本阶段的主要产品有F.F1.F2小型PLC系列产品,K/A系列中、大型PLC产品等。19902000年，PLC的高性能与小型化阶段。在这一阶段，随着微电子技术的进步，PLC的功能日益增强，PLC的CPU运算速度大幅度上升、位数不断增加，使得适用于各种特殊控制的功能模块不断被开发，PLC的应用范围由单一的顺序控制向现场控制拓展。此外，PLC的体积大幅度缩小，出现了各类微型化PLC。三菱公司本阶段的主要产品有FX小型PLC系列产品，AIS/A2US/Q2A系列中，大型PLC系列产品等。2000年至今：PLC的高性能与网络化阶段。在本阶段，为了适应信息技术的发展与工厂
25、自动化的需要，PLC的各种功能不断进步。一方面，PLC在继续提高CPU运算速度，位数的同时，开发了适用于过程控制，运动控制的特殊功能与模块，使PLC的应用范围开始涉及工业自动化的全部领域。与此同时，PLC的网络与通信功能得到迅速发展，PLC不仅可以连接传统的编程与通入/输出设备，还可以通过各种总线构成网络，为工厂自动化奠定了基础。三菱公司本阶段的主要产品有FX小型PLC系列产品（包括最新的FX3u系列产品），Qn,QnPH系列中，大型PLC系列产品等。 2.1.3可编程控制器的特点1.可靠性高，抗干扰能力强计算机虽然有很强的功能，但是抗干扰能力差，工业现场的电磁干扰、电源波动、机械振动、温度和
26、湿度的变化等都可以使一般通用计算机不能正常工作，而PLC是专为工业环境应用设计的，故对于可能受到的电磁干扰、高低温及电源波动等影响，已在PLC硬件及软件的设计上采取了措施，如在硬件方面采用了模块式结构，对易受干扰影响工作的部件采取了电和磁的屏蔽，对I/0接口采用了光电隔离，对电源及I/O接口采用了多种滤波。而在软件方面给采用了故障检测、诊断、信息保护和恢复等手段，一旦发生异常，CPU立即采取有效的措施，防止故障扩大，是PLC的可靠性大大提高。2.机构简单，应用灵活PLC在硬件结构上采用了模块化积木结构，各种输入输出信号模块、通信模块及一些特殊功能模块，品种齐全。硬件接线简单，一般不需要很多配套
27、的外围设备。3.编程方面，易于使用PLC采用了与继电器控制电路相似之处的梯形图作为主要的编程语言，程序形象直观，指令简单易学，编程步骤和方法容易理解和掌握，不需要具备专门的计算机知识，只要具有一定电工和工艺知识的人员都可在短时间内学会。4.功能完善，适用性强PLC具有对数字量和模拟量很强的处理功能，如逻辑运算、算术运算、特殊函数运算等。PLC具有常用的控制功能，如PID闭环回路控制、中断控制等。PLC可以扩展特殊功能，如高速计数、电子凸轮空股指、伺服电机定位、多轴运动插补等。PLC可以组成多种工业网络，实现数据传送、上位监控等功能。2.1.4可编程控制器的分类为了满足工业控制的要求，PLC的生
28、产制造商不断地推出具有不同性能和内部资源的PLC，形式多样。在对PLC进行分类时，通常采用以下三种方法。1.按照I/O点数容量进行分类 （1）小型机小型PLC的功能一般以开关量控制为主，其输入/输出点数一般在256点以下，用户存储容量在4KB以下。现在的高性能小型PLC还具有一定的通信能力和少量的模拟量处理能力。这来PLC的特点是价格低廉，体积小巧，适用于单机或小规模生产过程的控制。西门子公司的S7-200属于小型机。（2）中型机中型PLC的输入/输出点数在2561024之间，用户存储容量为264KB。中型PLC不仅具有开关量和模拟量的控制功能，还具有更强的数字计算能力，它的网络通信功能和模拟
29、处理能力更强大，中型机的指令比小型机更丰富，适用于复杂的逻辑控制系统以及连续生产过程的过程控制场合。西门子公司的S7-300属于中型机。（3）大型机大型PLC的输入/输出总点数在1024点以上，用户存储容量为32KB几MB。大型PLC的性能已经与工业控制计算机相当，它具有非常完善的指令系统，具有齐全的中断控制、过程控制、智能控制和远程控制功能，网络通信功能十分强大，向上可与上位监控系统机通信，向下可与下位计算机、PLC、数控机床、机器人通行、适用于大规模过程控制、分布式控制和工厂自动化网络。西门子公司的S7-400属于大型机。以上的划分没有严格的界限，随着PLC技术的飞速发展，某些小型PLC也
30、具有中型或大型PLC的功能，这也是PLC的发展趋势。2.按照结构形式分类根据PLC的结构形式的不同，PLC主要可以分为整体式和模块式两类。（1）整体式结构整体式结构的特点是将PLC的基本部件，如CPU、输入输/出部件、电源等集中于一体，装在一个标准机壳内，构成PLC的一个基本单元。为了扩展输入输出点数，主机上设有标准端口，通过扩展电缆可与扩展模块相连，以构成PLC不同的配置。整体式结构的PLC体积小，成本低，安装方便。小型PLC一般为整体式结构。西门子公司的S7-200系列的PLC属于整体式结构。（2）模块式结构 模块式结构的PLC由一些独立的标准模块构成，如CPU模块、输入模块、输出模块、电
31、源模块等。用户可根据控制要求选用不同档次的CPU和各种模块，将这些模块插在机架或基板山，构成需要的PLC系统。模块式结构的PLC，配置灵活，装配和维修方便，便于功能扩展，大中型的PLC通常采用这种结构，西门子公司的S7300/400系列PLC属于模块式结构。3.按照使用情况分类按照使用情况分类，PLC可分为通用型和专用型1）通用型通用型PLC可供各工业控制系统选用，通过不同的配置和应用软件的编写可满足不同的需要。2）专用型专用型PLC是为某类控制系统专门设计的PLC，如数控机床专用型PLC。西门子公司也有专为数控机床设计的PLC。2.2 S7-300硬件模块S7-300属于模块式PLC，主要由
32、机架、电源模块、CPU模块、信号模块、通信模块、功能模块和接口模块等组成，所有模块安装在机架上。 图2-2 S7-300系列PLC 2.2.1机架机架（Rack）如图2-3所示，用于连接和安装PLC的所有模块。图2-3 机架 S7-300系列PLC使用DIN导轨作为中央机架和扩展机架，机架上没有背板总线，CPU与其他模块之间通过U型总线连接器连接，模块不能带电插拔。1.中央机架中央机架带有K总线（串行通信总线）和P总线（并行I/O总线），可以安装CPU模块、信号模块、通信模块、功能模块和接口模块等。2.扩展机架扩展机架只带有P总线，不能安装需要K总线通信的功能模块和通信模块。3.通用机架通用机
33、架带有K总线和P总线，既可以用于中央机架也可以用于扩展机架，在扩展机架上也可以安装功能模块和通信模块。2.2.2电源模块电源模块（Power Suplly，PS）用于将AC或DC电网电压转换为CPU所需的DC24V和DC5V工作电压。S7-300系列PLC的电源只提供DC24V电压，输出电流有2A、5A、10A三种型号。输出电压是隔离的，并具有短路保护，不带有负载时输出稳定。一个LED用来指示电源是否正常，当输出电压过载时，LED指示灯闪烁。选择开关可以选择不同的供电电压：120V和230V。背板总线所需的DC5V电压由CPU或接口模块将DC24电压转换后供给。 2.2.3CPUCPU的主要技
34、术指标有内存空间、运算速度、内部资源（如计数器、定时器个数）、中断处理能力、通信方式等，早期的CPU是指2002年10月以前的产品，2002年10月以后生产的产品为新型的CPU。为了适应不同应用场合的需要，S7-300系列CPU有多种规格型号。按功能划分主要由以下几种类型：（1）通用型S7-312S7-319实现计算、逻辑处理、定时、通信等CPU的基本功能。（2）紧凑型：S7-300CCPU集成了输入/输出端口、高速计数、简单定位和脉冲输出等功能，适用于对处理能力有较高要求的中小型设备的控制。（3）故障安全性：S7-300FCPU经过TUV(技术监督学会)组织的认证，可以组成为一个故障安全型自
35、动化系统。当发生故障时，确保控制系统切换到安全的模式，用于对安全要求较高的设备。（4）技术功能性：S7-300T具有智能技术/运动控制功能的SIMATIC CPU。（5）宽温型：S7-300SIPLUS水平安装-2560，垂直安装-2540。2.2.4信号模块信号模块（Signal Module，SM）是控制系统的眼、耳、手、脚，是联系现场设备与CPU模块的桥梁，通过输入模块将各类传感器的输入信号传送到CPU进行运算处理，然后将逻辑结果和控制命令通过输出模块送出，达到控制生产过程的目的。信号模块有电平转换作用，在模块中用光电耦合器、光敏晶闸管或小型电器等器件隔离PLC的内部电路和外部电路的输入
36、/输出电路，防止从外部引入的尖峰电压和干扰噪声对CPU模块的损坏。一些信号模块还有故障诊断和过程中断的功能，可以对信号采集出错或过程事件作出快速响应。S7-300的信号模块都有一个U型总线连接器，总线连接器通过背板总线与CPU连接。根据输入输出电压的类型以及范围，有各种不同类型的信号模块可供选择。有数字量输入模块DI、数字量输出模块DO、数字量输入/输出模块DI/DO、模拟量输入模块AI、模拟量输出模块AO、模拟量输入/输出模块AI/AO。2.2.5通信模块通信处理器（Communication Processor，CP）用于PLC之间、PLC和远程I/O之间、PLC与计算机和其他智能设备之间
37、的通信，可以将PLC接入MPI、PROFIBUS-DP、AS-i和工业以太网，或者用于实现点对点通信。常用的通信处理器有用于分布式现场总线PROFIBUS-DP网络的CP342-5和CP443-5扩展型，用于工业以太网的CP343-1和CP443-1，用于AS-i网络的CP343-2等。2.2.6功能模块功能模块（Fuction Module，FM）是智能信号处理模块。他们不占用CPU 资源部的情况下对来自设备系统的信号运算与处理，并将此信号反送给控制过程，或者传送给CPU的内部接口。他们负责处理那些CPU通常无法以规定速度执行的任务，例如高速脉冲计数、定位控制、闭环控制或驱动控制等，从而使释
38、放CPU 资源用于其他重要的过程控制任务。2.2.7接口模块接口模块（Interface Module，IM）用来实现中央机架与扩展机架之间的通信，CPU所在的机架成为中央机架，如果一个机架不能容纳控制系统的全部模块可以增设一个扩展机架。在中央机架上安装的接口模块为IMS(发送器)，在扩展机架上安装的接口模块为IMR(接收器)。IM365用于配置一个中央机架和一个扩展机架。两个模块之间带有固定的链接电缆，长度为1m。IM360和IM361用于扩展一个中央机架和3个扩展机架。IM360为IMS，装在中央机架上；IM361为IMR,装在扩展机架上。2.3硬件安装2.3.1 S7-300安装规范1.
39、S7-300的安装位置在控制柜中可以垂直或水平安装S7-300的模块，对于水平安装，CPU和电源必须安装在左侧，对于垂直安装，CPU电源必须安装在底部。根据安装位置的不同，可编程控制器的控制柜的环境温度要求为垂直安装为0-40；水平安装0-60。2.S7-300的扩展能力S7-300系列314及以上的CPU最多扩展3层机架，机架在控制柜中左右为20mm，单层组态安装时，上下为40mm，两层组态安装时，上下至少为80mm。每个机架最多安装8个I/O模块（信号模块、功能模块、通信处理器），最大扩展能力为32个模块。电源为1号槽，CPU安装在电源的右面为2号槽，接口模块安装在CPU 的右面为3号槽，
40、对于信号模块、功能模块和通信处理器没有插槽限制，也就是说，他们可以插到任何一个槽位。接口模块IM360和IM361用来在机架之间传递总线。IMS接口代表发送，IMR接口代表接受，接口模块必须安装到特定的插槽（3号槽）。选择两层机架之间的电缆长度时，IM360/IM361的多层组态之间的最大长度为10m，采用IM365的两层之间的最大长度为1m，经济型的接口模块IM365支持扩展一层机架，扩展机架上不需要电源模块，由于IM365不提供K总线，所以扩展机架上只能安装SM模块，不能安装FM和CP模块。2.4组态硬件组态硬件是STEP7软件的一项重要功能，是对PLC硬件模块的参数进行设置和修改。组态硬
41、件包括两部分内容，即组态硬件模块设置参数。组态硬件模块：在STEP7软件的“硬件配置”工具中模拟真实的PLC硬件系统，将电源、CPU、信号模块、功能模块、通信处理模块以及分布式I/O模块等硬件设备安装到表示机架的组态表中。设置参数：对PLC硬件模块属性以及网络通信参数等进行设置。如设置CPU的中断系统，设置SM模块的I/O地址，设置网络通信速率及各站地址等。2.4.1创建一个项目1.直接创建新项目在SIMATIC Manger的“文件”下拉菜单中点击“新建”，或者点击工具栏中的按钮“新建”，弹出新建项目的对话框，输入项目名称，选择存储路径。选中项目名，在“插入”下拉菜单中点击“站点”，选择与工
42、程项目所使用的CPU类型相匹配的站点。2.项目属性设置选中项目名，单击鼠标右键弹出下拉菜单，选择“对象属性”，打开设置窗口，激活“可以在任何Windows语言设置（中性语言）下打开”如图2-4所示。图2-4项目属性设置 3.编程器通信接口设置用户可以选择不同的接口设备实现编程器和PLC之间通信，如PC/MPI适配器、CP5613卡等。通信前，需要在“SIMATIC Manger”中设置接口类型及参数，方法是在“SIMATIC Manger”的“选项”下拉菜单中，点击“设置PG/PC”接口，在弹出的对话框中选择当前使用的接口，点击“属性”可以设置通信地址和传输速率，设置如图2-5所示。图2-5
43、通信接口设置2.4.2硬件配置1.启动硬件配置编辑器在“SIMATIC Manager”窗口中选中“站点”，双击“硬件”图标启动“组态硬件”应用程序，点击工具栏中的按钮“目录”打开“硬件目录”窗口，依次安装机架、电源模块（PS）、CPU、信号模块（SM）等模块。本论文选用的电源模块为“PS 307 2A”,CPU模块为“CPU 315-2 PN/DP”,信号模块为“DI8/DO8DC24V/0.5A”，最后的硬件配置如图2-6所示。 图2-6 硬件配置2.保存组态参数点击硬件配置工具栏中的按钮“保存和编译”将设置的模块参数和地址的组态存盘并创建系统数据块SDB，SDB保存在CPU的“块”文件夹
44、中。这样可以方便的更换CPU模块，只需要将系统数据块下载到新的CPU模块即可，无需重新组态。如果“保存和编译”时出现问题，可以使用“站点”下拉菜单中的“一致性检查”命令，检查硬件配置中是否有错误，在一致性检查期间发现的所有错误会显示在窗口中。3.将组态下载到CPU 点击硬件组态窗口工具栏中“下载到模块”，在出现的对话框中点击“视图”查看当前CPU地址，在“可访问的节点”窗口中选择CPU的地址，将CPU的硬件参数下载到CPU中。 第三章 PROFIBUS网络3.1 PROFIBUS网络概述PROFIBUS(Process Filed Bus)是现场级通信网络，作为工厂数字通信的基础，沟通生产过程现场及控制设备之间及其与更高控制管理层之间的联系，用于制造自动化、过程自动化、楼宇自动化等领域的现场智能设备之间中小数据量的实时通信。现场通信网络如图3-1所示。 图3-1 现场通信网络3.1
