1、要完成启动循环时间监，数据写入输出模块，读取输入模块状态，并存入输入过程映像区；在系统循环结束时，接着执行所有挂起的任务。最后返回第一阶段。各个阶段如图3-1所示执行OB100启动循环时间监控数据写入输出模块读取输入模块状态执行用户程序执行其他任务图3-1 扫描过程PLC的特点如下：n 可靠性高，抗干扰能力强，适应性强。n 系统的安装、设计和调试工作量小，维护方便。n 硬件配套齐全，编程方便易学，操作方便。n 体积小，功能强大，能耗低，性价比高。3.2 S7-300的输入输出模块 S7-300属于模块式PLC，主要由CPU模块、电源模块、输入输出模块组成（图3-2）。各种模块安装在机架上，通过
2、通信模块，PLC可以与计算机，其他PLC或其他设备进行通信。电源模块接口模块输 入 模 块CPU 模块输 出 模 块通信接口其他设备其他PLC计算机通信网络扩展机架图3-2 PLC基本结构 模拟量输入模块在温度控制系统中，传感器将检测到的温度信号转换成420mA的电流信号。模拟量输入模块SM331用于将模拟量信号转换为CPU内部处理的数字信号。其主要组成部分是A/D转换器。模拟量输入模块的输入信号一般是模拟量变送器的标准输出信号。为了减少电磁干扰，传送模拟信号时使用双绞屏蔽电缆。模拟信号电缆的屏蔽层两端接地，如果电缆两端存在电位差，将会造成对模拟信号的干扰。在这种情况下，将电缆的屏蔽层一点接地
3、。 模拟量输出模块模拟量输出模块SM332用于将CPU送给执行元件的数字信号转换成成比例的电流信号，其主要部件是D/A转换器、模拟量输出模块为负载和执行器提供电流或电压，模拟信号使用屏蔽电缆或双绞线电缆来传送。 数字量输入模块数字量输入模块SM321用于连接外部的机械触点和电子式传感器，比如接近开关，二线式开关等。数字量输入模块把外部传来的数字信号转换为PLC的内部信号，输入电路中一般含有RC滤波器，防止由于外部干扰而引起的错误信号输入。输入电流一般为几毫安。 数字量输出模块 数字量输出模块SM322用于驱动接触器，灯等小功率电机负载。数字量输出模块将PLC的内部信号转换为控制过程所需的外部信
4、号。具有隔离和功率放大作用，其功率放大元件如大功率晶体管和场效应晶体管，固态继电器，驱动交流负载的双向晶体管等。输出电流一般为0.52A 3.3 温度传感器温度传感器是最早开发，应用最广的一种传感器。它是把检测到的温度转化为电量的装置。按照传感器材料及电子元件特性分为热电阻和热电偶，热电偶是将温度转化为电势的变化，而热电阻是将温度的变化转化为电阻的变化。 热电阻热电阻是金属导体的电阻随温度的增加而增加的这一特性来测量温度的，是测量低温的温度传感器，一般测量温度在-200800。热电阻由金属材料制成，应用最广的是铂和铜。热电阻式温度传感器有如下特点:优点：1）准确度高 2)输出信号大，灵敏度高。
5、3）测量范围广，稳定性好。4)输出线性好 缺点：1）抗机械冲击与振动性能差 2）元件结构复杂，热响应时间长，不适宜测量温度瞬变区域。 热电偶将两种不同的金属导体焊接在一起，构成闭合回路。在焊接端（测量端）加热产生温差，就会在回路里产生热电流，相应地产生热电动势。这种以测量热电动势的方法来测量温度的元件称为热电偶。一般测量范围在4001800。热电偶温度传感器有如下特点： 优点：1）结构简单，制造容易 2)价格便宜 3)准确度高 4）测量范围广，能适应各种测量对象的要求，远距离测量和控制 5）具有极高的响应速度，可以测量极速变化的过程 缺点：灵敏度较低，容易受到环境干扰的影响。 本设计使用镍镉-
6、镍硅N型热电偶，具有线性度好，热电动势大，灵敏度稳定性均较好的优点。3.4 温度变送器 变送器用于将传感器提供的电量转换为标准量程的直流电流或直流电压信号。例如DC010V和420mA。变送器分为电流输出型和电压输出型。PLC模拟量输入模块的电压输入端的输入阻抗很高。如果变送器距离PLC较远，传送模拟量电压信号时抗干扰能力会很差。当PLC的模拟量输入模块输入电流时，产生的干扰较小，所以模拟量电流信号适合于远距离传送。本设计选用电流输出型。3.5 温度控制器 本设计采用可控硅作为开关元件，可以避免传统继电器的频繁吸合造成损坏的问题。而且具有动作快，寿命长，可靠性好等优点。通过将可控硅的导通角大小
7、来调节输出功率，从而控制主回路加热元件电流大小，使加热炉保持在设定温度工作状态。可控硅温度控制器由主回路和控制回路组成，主回路由可控硅、快速熔断器，加热元件等部分组成。控制回路由电源、热电偶、PID调节器等部分组成。3.6系统网络结构西门子的STMATIC NET网络系统可分为四层，如图3-3管理层单元层现场层执行器传感器工业以太网工业以太网ProfibusProfibusAS-i图3-3 网络系统 1.现场层是通过连接如分布式I/O、执行机构、传感器和开关等现场设备，完成现场设备控制及设备的连接控制。西门子网路系统将执行器与传感器单独分一层，并使用AS-i网络。 2.单元层 单元层又称车间监
8、控层，用来连接车间的生产设备，实现车间级设备的监控，设备故障报警及维护等。单元层（车间监控）网络采用PROFIBUS-FMS或工业以太网。PROFIBUS-FMS是一个多主网络，能传送大量信息。 3管理层 车间操作员工作站可以通过集线器与车间办公管理网连接。通过工业以太网将车间产生的数据传送到车间管理层。工厂管理层通常采用TCP/IP通信协议标准，即符合IEC802.3标准的以太网。 S7-300PLC有PROFIBUS-DP和工业以太网的通信模块以及点对点通信模块。通过PROFIBUS-DP或AS-i现场总线，CPU与分布式I/O模块之间周期性地自动交换数据。3.6.1 PROFIBUS现场
9、总线 现场总线是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式串行多点式通信的数据总线，具有如下优点： 1）现场总线使自动控制设备和系统组成了一个信息网络 2）多个控制设备可共用一对双绞线，便于节省费用。 3）具有维护方便，系统可靠性高。 4）用户可以灵活地自由集成系统。 工业现场总线PROFIBUS是用于车间级监控（单元层）和现场层的通信系统。PROFIBUS是不依赖于生产厂家、开放式的现场总线，各种各样的自动化设备都可以通过同样的接口交换信息。PROFIBUS由三部分组成，即分布式外围设备PROFIBUS-DP，用于自动化系统中单元级控制设备与分布式I/O的通信;报文规范P
10、ROFIBUS-FMS，它定义了主站与主站之间的通信模型，用于系统级和车间级的不同级之间供应商的自动化系统之间传输数据;过程自动化PROFIBUS-PA，用于过程自动化的现场传感器和执行器的低速数据传输。其中PROFIBUS-DP应用最广。 S7-300PLC可以通过集成在CPU上的PROFIBUS-DP接口连接到PROFIBUS-DP网络上，具有快速、高效、低成本等优点及可以进行组态、诊断和报警处理。PROFIBUS-DP设备可以分为三类不同类型的设备：1类DP主站（DPM1）是系统的中央控制器，与DP从站循环地交换信息，对总线通信进行控制和管理;2类DP主站（DPM2）是DP网路中的编程、
11、诊断和管理设备，除了具有DPM1的功能外，在与一类DP主站进行数据通信时可以读取DP从站的输入/输出数据和当前组态数据，可以给DP从站分配新的总线地址；3类DP从站是进行输入信息采集和输出信息发送的外围设备，它只与组态它的DP主站交换用户数据，可以向该主站报告本地诊断中断和过程中断。 本系统采用插有PROFIBUS网卡的PC机作为1类主站，PC机上装有程序编程软件STEP7，用PC机和MCGS组态软件作监控操作站，连接在PROFIBUS总线上，可以完成远程编程组态以及在线监控功能。西门子ET-200M作为从站，ET-200M是模块化分布式I/O,具有集成的模块诊断功能。3.6.2 MPI网络M
12、PI是多点接口的总称，每个S7-300CPU都集成了多点接口的通信协议，其物理层是RS-485,最大传输速率为12M bit/s,两个相邻节点最大传输距离为50m。PLC通过MPI可以访问功能模块，可以自动广播其总线参数组态，可以与多个设备同时建立通信连接，连接的设备有运行STEP7的PC机，HMI,及西门子其他型号的PLC。联网的CPU可以通过MPI接口实现全局数据(GD)服务，周期性地相互进行数据交换。西门子有两种MPI连接器，一种有PG（编程器）接口，另一种则没有PG接口，在PC机上插上了一块MPI卡或使用PC/MPI适配器。3.6.3 AS-i网路 执行器传感器接口AS-i网路，用于传感器和执行器的双向数据通信网路。位于自动控制系统最底层的网路。AS-i用于连接需要传送开关量的传感器和执行器，比如读取温度开关的状态，控制各种阀门等，也可以传送模拟量数据。AS-i属于主从式网路，每个网段只能有一个主站，主站是网路通信的中心，用于网路的初始化，设置从站的地址和参数等。AS-i从站是AS-i系统的输入通道和输出通道。CP343-2通信处理器用于AS-i主站。AS-i的从站由专用的AS-
