基于西門子S7-300PLC的設(shè)計選型及應(yīng)用

S7-300PLC是西門子plc近些年主推的PLC產(chǎn)品之一，模塊化中型PLC系統(tǒng)，滿足中、小規(guī)模的控制要求，被業(yè)界廣泛應(yīng)用。許多客戶在設(shè)計選型和調(diào)試及實際應(yīng)用中可能會碰到各種各樣的問題，下面就S7-300PLC在選型和應(yīng)用中的一些要點做一下分析。

一、選型要點

S7-300PLC的選型原則是據(jù)生產(chǎn)工藝所需的功能和容量進(jìn)行選型，并考慮維護(hù)的方便性、備件的通用性，以及是否易于擴(kuò)展和有無特殊功能等要求。選型時具體注意以下幾方面：

(1)有關(guān)參數(shù)確定。一是輸入/輸出點數(shù)(I/O點數(shù))確定。這是確定PLC規(guī)模的一個重要依據(jù)，一定要根據(jù)實際情況留出適當(dāng)余量和擴(kuò)展余地。二是PLC存儲容量確定。注意當(dāng)系統(tǒng)有模擬量信號存在或要進(jìn)行大量數(shù)據(jù)處理時，其存儲容量應(yīng)選大一些。

(2)系統(tǒng)軟硬件選擇。一是擴(kuò)展方式選擇，S7-300PLC有多種擴(kuò)展方式，實際選用時，可通過控制系統(tǒng)接口模塊擴(kuò)展機(jī)架、Profibus-DP現(xiàn)場總線、通信模塊、運程I/O及PLC子站等多種方式來擴(kuò)展PLC或預(yù)留擴(kuò)展口；二是PLC的聯(lián)網(wǎng)，包括PLC與計算機(jī)聯(lián)網(wǎng)和PLC之間相互聯(lián)網(wǎng)兩種方式。因S7-300PLC的工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)淡化了PLC與DCS的界限，聯(lián)網(wǎng)的解決方案很多，用戶可根據(jù)企業(yè)的要求選用；三是CPU的選擇，CPU的選型是合理配置系統(tǒng)資源的關(guān)鍵，選擇時必須根據(jù)控制系統(tǒng)對CPU的要求(包括系統(tǒng)集成功能、程序塊數(shù)量限制、各種位資源、MPI接口能力、是否有PROFIBUS-DP主從接口、RAM容量、溫度范圍等)，并最好在西門子公司的技術(shù)支持下進(jìn)行，以獲得合理的選型；四是編程軟件的選擇，這主要考慮對CPU的支持狀況，我們的體會是：STEP7V4.0對有些型號的CPU不支持，硬件組態(tài)時會發(fā)生故障出錯，而STEP7V5.0則不存在這種問題。

二、設(shè)計及使用

1.設(shè)計注意事項

設(shè)計時主要應(yīng)注意以下幾方面：

(1)PLC輸出電路中沒有保護(hù)，因此在外部電路中應(yīng)設(shè)置串聯(lián)熔斷器等保護(hù)裝置，以防止負(fù)載短路造成PLC損壞。熔斷器容量一般為0.5A。

(2)PLC存在I/O響應(yīng)延遲問題，因此在快速響應(yīng)設(shè)備中應(yīng)加以注意。MPI通信協(xié)議雖簡單易行，但響應(yīng)速度較慢。(3)編制控制程序時，最好用模塊式結(jié)構(gòu)程序。這樣既可增強程序的可讀性，方便調(diào)試和維護(hù)工作；又能使數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)統(tǒng)一，方便WinCC組態(tài)時變量標(biāo)簽的統(tǒng)一編制和設(shè)備狀態(tài)的統(tǒng)一顯示。

(4)硬件資源。要合理配置硬件資源，以提高系統(tǒng)可靠性。如PLC電源配電系統(tǒng)要配備冗余的UPS不間斷電源，以排除停電對全線運行的不利影響。又如對電機(jī)的控制回路要進(jìn)行繼電器隔離，以消除外部負(fù)載對I/O模塊的可能損壞。另外，系統(tǒng)設(shè)備要采用獨立的接地系統(tǒng)，以減少雜波干擾。

2.使用要點

(1)抗干擾措施。來自電源線的雜波，能造成系統(tǒng)電壓畸變，導(dǎo)致系統(tǒng)內(nèi)電氣設(shè)備的過電壓、過負(fù)荷、過熱甚至燒毀元器件，造成PLC等控制設(shè)備誤動作。所以，在電源入口處最好應(yīng)設(shè)置屏蔽變壓器或電源濾波等防干擾設(shè)施。其中，電源濾波器的地要以最短線路接到中央保護(hù)地。對于直流電源，則可加裝微分電容加以干擾抑制。

(2)保護(hù)接地?？刹扇∮貌恍∮?0mm2的保護(hù)導(dǎo)線接好配電板的保護(hù)地；相鄰的控制柜也應(yīng)良好接觸并與地可靠連接。同時要做好防雷保護(hù)接地，通?？刹扇】偩€電纜使用屏蔽電纜且屏蔽層兩端接地，或模擬信號電纜采取兩層屏蔽，外層屏蔽兩端接地等措施。另外，為防止感應(yīng)雷進(jìn)入系統(tǒng)，可采用浪涌吸收器。

(3)做好信號屏蔽。信號的屏蔽非常關(guān)鍵，一般可采取屏蔽電纜傳送模擬信號。注意對多個模擬信號共用一根多芯屏蔽電纜或用兩種屏蔽電纜傳送時，信號間一定要做好屏蔽。而且電纜的屏蔽層一端(一般在控制柜端)要可靠接地。(4)當(dāng)現(xiàn)場沒有或無法設(shè)置硬點時，可在操作界面上采取軟按鍵的方法解決走向選擇或控制方式選擇等問題。此外，與變頻器、智能儀表等的連接，最好還是采用信號線直接相連的方式。

(5)應(yīng)合理配置PLC的使用環(huán)境，提高系統(tǒng)抗干擾能力。具體采取的措施有：遠(yuǎn)離高壓柜、高頻設(shè)備、動力屏以及高壓線或大電流動力裝置；通信電纜和模擬信號電纜盡量不與其他屏(盤)或設(shè)備共用電纜溝；PLC柜內(nèi)不用熒光燈等。另外，PLC雖適合工業(yè)現(xiàn)場，但使用中也應(yīng)盡量避免直接震動和沖擊、陽光直射、油霧、雨淋等；不要在有腐蝕性氣體、灰塵過多、發(fā)熱體附近應(yīng)用；避免導(dǎo)電性雜物進(jìn)入控制器。

三、調(diào)試要點及注意事項

(1)常規(guī)檢查。在通電之前要耐心細(xì)致地作一系列的常規(guī)檢查(包括接線檢查、絕緣檢查、接地電阻檢查、保險檢查等)，避免損壞PLC模塊(用STEP7的診斷程序?qū)λ心K進(jìn)行檢查)。

(2)系統(tǒng)調(diào)試。系統(tǒng)調(diào)試可按離線調(diào)試與在線調(diào)試兩階段進(jìn)行。其中離線調(diào)試主要是對程序的編制工作進(jìn)行檢查和調(diào)試，采用STEP7能對用戶編制程序進(jìn)行自動診斷處理，用戶也可通過各種邏輯關(guān)系判斷編制程序的正誤。而在線調(diào)試是一個綜合調(diào)試過程，包括程序本身、外圍線路、外圍設(shè)備以及所控設(shè)備等的調(diào)試。在線調(diào)試過程中，系統(tǒng)在監(jiān)控狀態(tài)下運行，可隨時發(fā)現(xiàn)問題、隨時解決問題，從而使系統(tǒng)逐步完善。因此，一般系統(tǒng)所存在的問題基本上可在此過程中得到解決。在線調(diào)試設(shè)備開停時，必須先調(diào)試空開關(guān)的運行情況；如果設(shè)備設(shè)有運行監(jiān)視開關(guān)，則可把監(jiān)視開關(guān)強制為"１"(正式運行時，撤銷強制)。調(diào)試單臺設(shè)備時可針對性地建立該設(shè)備的變量表，對該設(shè)備及其與該設(shè)備相關(guān)的變量進(jìn)行實時監(jiān)視。這樣既可判斷邏輯操作是否正確，對模擬量的變化也可一目了然。比如調(diào)試電動執(zhí)行器時，可建立一變量表，對執(zhí)行器的位置信號、限位信號、過力矩信號及輸出命令信號等進(jìn)行實時監(jiān)視，便可非常直觀地觀測執(zhí)行器的動作情況。

(3)S7-300PLC模擬量模塊可通過變換信號類型卡支持各種類型信號。當(dāng)改造老生產(chǎn)工藝線時，不可避免地會遇到多類信號。因此，設(shè)計時最好不把幾種信號接到同一模塊；同時必須先組態(tài)好模塊，再接信號線，檢查無誤后送電。此外，應(yīng)避免兩線制與四線制信號、電流與電壓信號的混接，以免燒壞模塊。

(4)一般變送器的負(fù)載能力為600Ω，而模擬量輸入模塊的抗阻各不相同(一般在250Ω以下)。如果回路內(nèi)設(shè)安全欄，必須注意抗阻的匹配；模擬量輸出模塊的負(fù)載能力為600Ω，一般執(zhí)行器的負(fù)載能力為250Ω；如線路較長，也存在抗阻匹配問題。此外，要加強信號的隔離，特別是要加強與支流調(diào)速裝置、變頻調(diào)速裝置及設(shè)備配套的小型PLC之間的信號隔離，防止相互干擾。

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