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西门子模块CPU314C-2PTP 
西门子产品订货号：6ES7314-6BH04-0AB0

西门子产品价格：98  RMB

西门子产品净重：0.370 Kg

西门子产品承诺：质保一年，原装*

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S7-300

SIMATIC S7-300 是模块化的微型 PLC 系统，可满足中、低端的性能要求。

模块化、无风扇设计、易于实现分布式结构以及方便的操作,使得 SIMATIC S7-300 成为中、低端应用中各种不同任务的经济、用户友好的解决方案。

SIMATIC S7-300 的应用领域包括：

• 特殊机械，
• 纺织机械，
• 包装机械，
• 一般机械设备制造，
• 控制器制造，
• 机床制造，
• 安装系统，
• 电气与电子工业及相关产业。

多种性能等级的 CPU，具有用户友好功能的全系列模块，可允许用户根据不同的应用选取相应模块。任务扩展时，可通过使用附加模块随时对控制器进行升级。

SIMATIC S7-300 是一个通用的控制器：

• 具有高电磁兼容性和抗震性，可zui限度地用于工业领域。

S7-300F

SIMATIC S7-300F 故障安全自动化系统可使用在对安全要求较高的设备中。其可对立即停车过程进行控制，因此不会对人身、环境造成损害。

S7-300F 满足下列安全要求：

• 要求等级 AK 1 - AK 6 符合 DIN V 19250/DIN V VDE 0801
• 安全要求等级 SIL 1 - SIL 3 符合 IEC 61508
• 类别 1 - 4 符合 EN 954-1

另外，标准模块还可用在 S7-300F 及故障安全模块中。因此它可以创建一个全集成的控制系统，在非安全相关和安全相关任务共存的工厂中使用。使用相同的标准工具对整个工厂进行组态和编程。

设计

S7-300

一般步骤

S7-300自动化系统采用模块化设计。它拥有丰富的模块，且这些模块均可以独立地组合使用。

一个系统包含下列组件：

• CPU：
  不同的 CPU 可用于不同的性能范围，包括具有集成 I/O 和对应功能的 CPU 以及具有集成 PROFIBUS DP、PROFINET 和点对点接口的 CPU。
• 用于数字量和模拟量输入/输出的信号模块 (SM)。
• 用于连接总线和点对点连接的通信处理器 (CP)。
• 用于高速计数、定位（开环/闭环）及 PID 控制的功能模块（FM）。

根据要求，也可使用下列模块：

• 用于将 SIMATIC S7-300 连接到 120/230 V AC 电源的负载电源模块(PS)。
• 接口模块 (IM)，用于多层配置时连接*控制器 (CC) 和扩展装置 (EU)。
  通过分布式*控制器 (CC) 和 3 个扩展装置 (EU)，SIMATIC S7-300 可以操作多达 32 个模块。所有模块均在外壳中运行，并且无需风扇。
• SIPLUS 模块可用于扩展的环境条件：
  适用于 -25 至 +60℃ 的温度范围及高湿度、结露以及有雾的环境条件。防直接日晒、雨淋或水溅，在防护等级为 IP20 机柜内使用时，可直接在汽车或室外建筑使用。不需要空气调节的机柜和 IP65 外壳。

设计

简单的结构使得 S7-300 使用灵活且易于维护：

• 安装模块：
  只需简单地将模块挂在安装导轨上，转动到位然后锁紧螺钉。
• 集成的背板总线：
  背板总线集成到模块里。模块通过总线连接器相连，总线连接器插在外壳的背面。
• 模块采用机械编码，更换极为容易：
  更换模块时，必须拧下模块的固定螺钉。按下闭锁机构，可轻松拔下前连接器。前连接器上的编码装置防止将已接线的连接器错插到其他的模块上。
• 现场证明可靠的连接：
  对于信号模块，可以使用螺钉型、弹簧型或绝缘刺破型前连接器。
• TOP 连接：
  为采用螺钉型接线端子或弹簧型接线端子连接的 1 线 - 3 线连接系统提供预组装接线另外还可直接在信号模块上接线。
• 规定的安装深度：
  所有的连接和连接器都在模块上的凹槽内，并有前盖保护。因此，所有模块应有明确的安装深度。
• 无插槽规则:
  信号模块和通信处理器可以不受限制地以任何方式连接。系统可自行组态。

扩展

若用户的自动化任务需要 8 个以上的 SM、FM 或 CP 模块插槽时，则可对 S7-300（除 CPU 312 和 CPU 312C 外）进行扩展：

• *控制器和3个扩展机架zui多可连接32个模块：
  总共可将 3 个扩展装置（EU）连接到*控制器（CC）。每个 CC/EU 可以连接八个模块。
• 通过接口模板连接：
  每个 CC / EU 都有自己的接口模块。在*控制器上它总是被插在 CPU 旁边的插槽中，并自动处理与扩展装置的通信。
  • 通过 IM 365 扩展：
    1 个扩展装置zui远扩展距离为 1 米；电源电压也通过扩展装置提供。
  • 通过 IM 360/361 扩展：
    3 个扩展装置， CC 与 EU 之间以及 EU 与 EU 之间的zui远距离为 10m。
• 单独安装：
  对于单独的 CC/EU，也能够以更远的距离安装。两个相邻 CC/EU 或 EU/EU 之间的距离：长达 10m。
• 灵活的安装选项：
  CC/EU 既可以水平安装，也可以垂直安装。这样可以限度满足空间要求。

通信

S7-300 具有不同的通信接口：

• 连接 AS-Interface、PROFIBUS 和 PROFINET/工业以太网总线系统的通信处理器。
• 用于点到点连接的通信处理器
• 多点接口 (MPI), 集成在 CPU 中；
  是一种经济有效的方案，可以同时连接编程器/PC、人机界面系统和其它的 SIMATIC S7/C7 自动化系统。

PROFIBUS DP进行过程通信

SIMATIC S7-300 通过通信处理器或通过配备集成 PROFIBUS DP 接口的 CPU 连接到 PROFIBUS DP 总线系统。通过带有 PROFIBUS DP 主站/从站接口的 CPU,可构建一个高速的分布式自动化系统，并且使得操作大大简化。

从用户的角度来看，PROFIBUS DP 上的分布式I/O处理与集中式I/O处理没有区别（相同的组态，编址及编程）。

以下设备可作为主站连接：

• SIMATIC S7-300
  （通过带 PROFIBUS DP 接口的 CPU 或 PROFIBUS DP CP）
• SIMATIC S7-400
  （通过带 PROFIBUS DP 接口的 CPU 或 PROFIBUS DP CP）
• SIMATIC C7
  （通过带 PROFIBUS DP 接口的 C7 或 PROFIBUS DP CP）
• SIMATIC S5-115U/H、S5-135U 和 S5-155U/H，带IM 308
• SIMATIC 505

出于性能原因，每条线路上连接的主站不得超过 2 个。

以下设备可作为从站连接：

• ET 200 分布式 I/O 设备
• S7-300，通过 CP 342-5
• CPU 313C-2 DP, CPU 314C-2 DP, CPU 314C-2 PN/DP, CPU 315-2 DP, CPU 315-2 PN/DP, CPU 317-2 DP, CPU 317-2 PN/DP and CPU 319-3 PN/DP
• C7-633/P DP, C7-633 DP, C7-634/P DP, C7-634 DP, C7-626 DP, C7-635, C7-636
• 现场设备

虽然带有 STEP 7 的编程器/PC 或 OP 是总线上的主站，但是只使用 MPI 功能，另外通过 PROFIBUS DP 也可部分提供 OP 功能。

通过 PROFINET IO 进行过程通信

SIMATIC S7-300 通过通信处理器或通过配备集成 PROFINET 接口的 CPU 连接到 PROFINET IO 总线系统。通过带有 PROFIBUS 接口的 CPU,可构建一个高速的分布式自动化系统，并且使得操作大大简化。

从用户的角度来看，PROFINET IO 上的分布式I/O处理与集中式I/O处理没有区别（相同的组态，编址及编程）。

可将下列设备作为 IO 控制器进行连接：

• SIMATIC S7-300
  （使用配备 PROFINET 接口或 PROFINET CP 的 CPU）
• SIMATIC ET 200
  （使用配备 PROFINET 接口的 CPU）
• SIMATIC S7-400
  （使用配备 PROFINET 接口或 PROFINET CP 的 CPU）

可将下列设备作为 IO 设备进行连接：

• ET 200 分布式 I/O 设备
• ET 200S IM151-8 PN/DP CPU, ET 200pro IM154-8 PN/DP CPU
• SIMATIC S7-300
  （使用配备 PROFINET 接口或 PROFINET CP 的 CPU）
• 现场设备

通过 AS-Interface 进行过程通信

S7-300 所配备的通信处理器 (CP 342-2) 适用于通过 AS-Interface 总线连接现场设备（AS-Interface 从站）。

更多信息，请参见通信处理器。

通过 CP 或集成接口（点对点）进行数据通信

通过 CP 340/CP 341 通信处理器或 CPU 313C-2 PtP 或 CPU 314C-2 PtP 的集成接口，可经济有效地建立点到点连接。有三种物理传输介质支持不同的通信协议：

• 20 mA (TTY)（仅 CP 340/CP 341）
• RS 232C/V.24（仅 CP 340/CP 341）
• RS 422/RS 485

可以连接以下设备：

• SIMATIC S7、SIMATIC S5 自动化系统和其他公司的系统
• 打印机
• 机器人控制
• 扫描器，条码阅读器，等

特殊功能块包括在通信功能手册的供货范围之内。

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基于PLC 的薄钢板切割精度效验装置研制

　　关键词: 切割精度; 效验装置; 算法模型

　　在钢铁厂的薄钢板生产中，不论是轧制过程还是zui终成品阶段，对薄钢板的尺寸精度和外形轮廓都有较高的要求. 为了达到的轧制效果和收得率，检测薄钢板的垂直度和切割精度就变得尤为重要. 薄钢板通过横切机剪切完成后，相邻的边通常不会*垂直，但是人眼无法识别这其中微小的差异，而要验证切割后的薄钢板是否合格，就需要一种精密的测量设备对切割精度进行效验.

　　为此，本文设计和开发了一套用于薄钢板切割精度效验的测量装置. 出于对整个系统可靠性的考虑，选用了西门子公司的S7-300 PLC(315-2DP)，该控制器具有体积小、速度快、网络通信能力强，以及可靠性高等优点.

　　1 切割精度的定义及数学描述

　　钢铁行业中所规定的板长偏差和对角线偏差从本质上说就是对横切机切割的加工精度，即切割精度提出的要求. 切割精度中的板长偏差是指切割完成后薄钢板的实际测量长度L′与薄钢板的设定长度L 之间的差值. 它反映了薄钢板的实际板长偏离设定要求的程度. 若以ΔL 来表示板长偏差，即

　　切割精度中的对角线偏差是指薄钢板对角线的实际测量长度D′1或D′2与薄钢板的理论对角线长度D 之间的差值. 它反映了薄钢板接近矩形的程度. 薄钢板理论对角线长度D 指的是以薄钢板的设定长度L 和薄钢板的带净宽H 分别为长和宽的矩形对角线的长度. 若以ΔD 来表示对角线偏差，则

　　式中，工程上通常采用D′1与D′2的差值来表示对角线偏差，即

　　2 计算模型设计

　　根据切割精度的定义及数学描述，设计实现的薄钢板切割精度测量的计算模型如图1 所示.

　　图1 中，虚线标识的是标准板，通过运行测量装置的标准板校验功能可以获得一组标准板的探规读数xi，这一组参数与6 个探规之间的距离yi一起作为系统的初始化结构参数. 图1 中实线标识的是待测薄钢板，通过运行测量装置的测量功能可以获得一组待测板的探规读数xi ′，则待测板和标准板差值的值为

　　式中，i = 1，2，3，4，5，6.固定在测量平台右侧面的3 个探规所测量得到的待测板和标准板差值的值dxi总是满足dx1 < dx2 < dx3，而测量平台上部可移动的3 个探规所测量得到的dxi存在两种情况. 因此，计算模型可分为两种情况:计算模型1 的条件是dx4

　　图1 为计算模型1 的情况，待测板和标准板差值的值dxi可通过式(4) 计算得到，∠b 和∠c 可通过式(5)和式(6)计算得到.

　　根据三角形的余弦定理和勾股定理可计算得到AE 和GE，即

　　AE 即作为待测板的实际板高.

　　由勾股定理可得对角线AG 和PF，即

　　因此，待测板的对角线偏差为AG - PF，高度为AE，斜切率为tan b.当dx6 < dx5 < dx4时，计算模型2 的计算与上述计算模型1 的计算类同.

　　3 测量装置的硬件设计

　　3. 1 系统总体设计

　　根据薄钢板切割精度的测量要求( 高度偏小于1 mm，对角线偏差的值小于1 mm)，选用了西门子的S7-300，变频器CU310DP，伺服电机SIMATIC S120，触摸屏TP270，GIVI 光栅尺，Sony 多轴探规接口模块MG20-DT 和6 个探规DT12P 等组成了测量装置. 薄钢板切割精度效验装置的系统总体结构如图2 所示.

　　本系统上位机选用触摸屏TP270 对系统进行控制和监测，将下位机S7-300 PLC 作为主控制器. 在整个测量过程中，PLC 根据编制的程序来控制电机的速度和移动方向，按照Profubus 通信协议，将速度命令信号发送给变频器CU310DP. 变频器获得命令信号后执行动作并反馈运行状态和故障报警信号给PLC. 测量装置通过西门子的高速计数器模块FM350-1 和光栅尺的配合来完成电机的定位功能，从而实现对移动的3 个探规进行准确定位. 探规DT12P 通过气阀伸缩完成对位移量的测量，所测位移数据上传给多轴探规接口模块MG20-DT，PLC 通过串口与MG20-DT 通信获得探规DT12P 所测量的6 个位移数据，然后通过计算模型可得到待测薄钢板的实际高度、对角线差和斜切率，并判断待测薄钢板的切割精度是否在允许误差范围之内，并将测量结果显示在触摸屏上. 触摸屏TP270 同样通过Profibus 总线和PLC 进行实时通信，并可对整个系统进行监控，操作人员也可通过触摸屏直接进行操作.

　　3. 2 PLC 选型以及输入输出点分配

　　校验装置选用了西门子S7-300 PLC，整个系统中所需要的I /O 点数主要有:输入信号有1 个光栅尺计数清零限位开关，1 个上部保护限位开关，一个下部保护限位开关，1 个紧急停车和1 个脚踩测量信号共5 个输入点;输出信号有6 个气阀的启动信号，用于驱动探规.

　　根据所需要的I /O 点数以及整个系统所要实现的功能，进行了PLC 的选型，所选的模块如下:

　　(1)CPU 模块S7-300 的CPU 315-2 DP，型号为6ES7 315-2AG10-0AB0;

　　(2)通信模块CP 340-RS232C，型号为6ES7340-1AH02-0AE0;

　　(3)输入模块DI16* DC24V，型号为6ES7321-1BH02-0AA0;

　　(4) 输出模块DO16 * DC24V/0. 5A，型号为6ES7 322-1BH01-0AA0;

　　(5) 计数模块FM350 COUNTER，型号为6ES7 350-1AH03-0AE0;

　　(6) 电源模块DC24V/2A 电源，型号为6ES7 307-1BA00-0AA0.

　　CPU 模块、通讯模块、输入模块、输出模块和计数模块通过背板总线进行连接，电源模块用来提供PLC 工作所需要的24 V 电源.

　　4 测量装置的功能和软件设计

　　4. 1 测量装置功能

　　本校验装置通过对切割后的薄钢板对角线差、斜切率和高度进行测量，来判断产品是否合格. 为了达到这个目的，在设计中必须要实现如下基本功能:

　　(1)零位校准通过在机械平台上侧装上限位开关，每次上电前，电机控制移动机械臂触碰限位开关后，FM350-1 计数器模块清零，以保证每次开机后测量数据的准确性;

　　(2)标准板校准测量装置应每隔3 个月进行一次标准板的校验，以避免标准板因使用时间过长而造成系统误差，这项校准设置了用户权限，需要密码进入;

　　(3)系统复位系统零位校准后恢复至测量状态，每次测量后系统自动复位;

　　(4)系统调试用于设计人员对测量装置进行现场调试，设置用户权限，需要密码进入;

　　(5)传感器调试用于检测传感器是否正常运行，设置用户权限;

　　(6)开始测量把待测钢板放在工作台上，通过触摸屏输入薄板规格以及所需要的测量精度，然后给系统发出指令，PLC 通过伺服电机控制3 个水平探规的位置，并且通过气阀控制6 个探规的伸缩，将数据读出后，通过算法模块计算得到相应的数据，用来判断产品是否合格，并在触摸屏上显示出结果;

　　(7)脚踩测量开关方便现场操作人员使用;

　　(8)紧停开关当现场工作人员操作失误或仪器发生异常致使电机不能正常停车时，可直接将电机关闭，并且复位系统所有信号.

　　4. 2 PLC 程序设计和上位机组态

　　4. 2. 1 PLC 程序设计

　　测量装置中的PLC 控制程序流程见图3.

　　为保证测量精度，测量装置上电之后必须进行零位校准. 而测量装置每隔一个季度或半年应进行一次标准板的校验，这样可以避免因探规使用时间过长造成探规特性改变而引起的系统误差. 在触摸屏控制面板上输入所测薄钢板的规格参数后开始测量，此时，控制面板会显示出所测薄钢板的测量参数，并显示产品是否合格. 测量结束后，系统会自动复位，以准备下一次的测量. 在测量过程中出现异常或操作失误时，可通过紧急停止开关强行关掉系统，并进行系统复位.

　　测量装置中下位机程序设计使用STEP 7V5. 3 软件平台进行PLC 程序的编写，STEP 7V5. 3可支持梯形图、SIMATIC 指令和功能图的程序编写，且具有指令丰富、结构清晰、编程方便等优点.

　　4. 2. 2 上位机组态

　　选用西门子的OP 操作监视站(TP270)，并运用WinCC 软件进行上位机的组态设计. SIMATICWinCC flexible 工程软件集控制技术、数据库技术、人机界面技术、网络技术和图形技术于一身，包含动态显示、报警、控件、趋势及网络通信等组件，提供友好的人机界面，便于用户在不需要编写程序代码的情况下便可生成自己需要的应用软件. TP270 通过Profibus 总线与下位机PLC 进行通讯，主要显示以下3 种界面.

　　(1)主画面主画面上设有开始测量和系统校验.

　　(2)测量界面测量界面上需要人工输入操作员的工号，所测薄板的规格和要求的误差精度，输入完成后，点击测量按钮，系统完成测量，显示所测得的参数，并判断产品是否合格. 见图4.

　　图4 测量界面

　　(3)校验界面校验界面设有系统零位校验和系统标准校验. 零位校验在系统每次上电之前就要校验一次，而标准校验需要通过标准板对系统进行校准.