地铁安全检测系统.docx

编 号： 审定成绩： 重庆邮电大学移通学院毕业设计（论文）设计（论文）题目：地铁安全检测系统接收模块设计单 位（系别） ：自动化系学 生 姓 名 ：专 业 ：班 级 ：学 号 ：指 导 教 师 ：答辩组 负责人 ：填表时间： 20 年 月重庆邮电大学移通学院教务处制重庆邮电大学移通学院本科毕业设计（论文）重庆邮电大学移通学院毕业设计(论文)任务书设计(论文)题目 学生姓名 系别 专业 班级 指导教师 职称 联系电话 教师单位 下任务日期_ _年_月_日 主 要 研 究 内 容 、 方 法 和 要 求本设计是基于地铁安全监测系统的接收模块设计，主要研究内容是根据项目要求（地铁在到站之前接收地铁站台控制中心发送的指令），设计相应的硬件电路和编码、解码方式与元件结构。地铁在到站之前接收地铁站台控制中心发送的指令，地铁接收指令后做出符合指令的操作方法，以使地铁安全到达指定的车道，确保行程流畅和安全。如何实现数据的传递，数据的处理，控制地铁安全行驶是本设计的重点。 进 度 计 划(1) 完成开题报告，交给指导老师检查（3月15日前）(2)查阅资料，翻译英文文献（3月25日前）(3) 收集资料，初步确定设计方案（4月16日前）(4) 毕业设计内容交给指导老师进行中期检查（4月20日前）(5) 毕业设计论文初稿（5月14日前）(6) 毕业设计论文终稿（5月28日前） 主 要 参 考 文 献1范继义，安全技术与管理M.北京：中国铁道出版社，200842郭建新，铁道信号基础M.北京：中国铁道出版社，20073周钝熊，PLC在铁路信号连锁控制中心的应用M上海：上海铁道学院，19994赵志熙，车站信号控制系统M北京：中国铁道出版社，1993指导教师签字： 年 月 日教研室主任签字： 年 月 日备注：此任务书由指导教师填写，并于毕业设计(论文)开始前下达给学生。摘 要铁道信号也称为铁路信号，铁道信号的作用是保证列车运行安全，有效提高铁路运输效率，降低运输成本，大大改善行车人员的劳动条件。同时，信号是指挥地铁的命令，也是告诫人们安全的警语。随着时代的发展，社会的进步，科技水平的不断提高，铁路信号的分类和应用也更加精确，高科技的的产品在铁路运输中的应用，将极大可能的优化整个铁路控制系统，同时保证铁路行车安全。地铁列车到站提醒发送系统及其到站信息发送方式采用目前先进的无线通信技术，该系统包括信息接收控制模块、编码设置模块和无线数据发送模块；信息接收控制模块和编码设置模块制作在同一块电路板上，并通过电路板母线相连，编码设置模块与无线数据发送模块通过列车车载网络连接。设计主要模拟一个规模较小的地铁站，通过中心元件PLC实现对地铁进出站的信号灯和轨道控制。预想一个时间段，有数列地铁通过一个铁路的中转站，有5条轨道，期间有各列地铁途径此站时，完成通过，停留，变轨等作业任务，在信号灯与控制台的统一操作下，各列地铁完成有条不紊的安全作业。设计包括使用PLC STEP7编程软件编写控制程序，系统硬件的组态以及整个系统使用PLCSIM软件的仿真过程。【关键词】PLC 轨道自动变轨控制 信号灯自动控制 梯形图编程ABSTRACTThe railway signal also called railway signal, the railway signal role is to ensure that the train operation safety, effectively improve the railway transport efficiency, reduce the costs of transportation, greatly improve the driving conditions of Labour personnel. At the same time, the signal is command the train command, is also warned people safe witty remarks. With the development of The Times, the progress of the society, the improvement of science and technology, the classification of railway signal and application and more accurate, high-tech products in the railway transport, the application will greatly the optimization of the whole railway may control system, at the same time guarantee a railway traffic safety. The subway train station remind send system and its station information sent by the way the advanced wireless communication technology, the system including the information receive control module, encoding Settings module and wireless data sent module; The information receive control module and coding set in the same circuit board production module, and through the circuit board bus is linked together, code modules and wireless data set sent by the train car network connection modules. Design mainly simulates a smaller railway station, through the center components of a train station PLC in and out the lights and track control. Expected a time, have the sequence through a railway train station, there are five rail, the train way during the stand, after completion, stay, such as change track task, in light of the console and unified operation, the train completed in an orderly way safe operations. Design including the use of PLC STEP7 programming software control procedures, configuration of the system hardware and software of the system used PLCSIM simulation process.目 录前 言1第一章 绪论2第一节 铁路信号控制技术2第二节 铁路6502集中管理技术2一、铁路6502技术概述2二、所选站场简介4三、车站信号平面布置图4四、布置信号机5五、双线轨道电路布置方法5第三节 设计的主要内容6第二章 西门子S7-300PLC概述7第一节 西门子S7-300PLC的基本组成部分7一、CPU7二、数字I/O接口7三、模拟I/O接口8四、电源8五、特殊功能模板8第二节 西门子S7-300PLC的硬件配置8一、西门子S7-300PLEC的组成9二、西门子PLC的分类9第三节 S7-300系列PLC的工作原理10第四节 西门子S7-300PLC的相关参数11一、标准CPU相关性能参数11二、MPI模块相关性能11第五节 S7-300系列PLC的性能11第六节 西门子S7-300PLC的发展前景14第三章 设计总体思想16第一节 控制框图16一、研究背景图示16二、设计方案18三、设计目标18第二节 实验装置18第三节 硬件配置20第四章 软件编程和系统仿真22第一节 梯形程序图编程22一、梯形图符号说明22二、IO地址分配24第二节 S7-plcsim仿真25一、S7-plcsim特点25二、PLC Simulation软件强大的断电测试功能操作25三、S7-pcsim仿真流程26第五章 结论30致 谢31参考文献32附 录33一、英文原文33二、英文翻译38三、源程序43V- -前 言随着当代社会快速发展，交通作为人类生活必不可少的一部分在现代生活中起着越来越重要的作用。作为交通运输中的王牌铁路的发展对现代生活的作用可想而知。然而地铁作为现代社会新型的一种交通工具，短时间里已经在人们的生活中起到了举足轻重的作用。近20多年来，在运输市场激烈竞争的压力下，各国铁路，特别是发达国家铁路为实现提速、高速和重载运输，积极引进采用新技术，大幅度提高了现代化通信信号设备的装备水平，新型技术系统不断涌现。随着铁路运输提速、重载的发展，基于分立元器件和模拟信号处理技术的传统铁路信号设备越来越满足不了铁路运输安全性和实时性的要求。因此，全面引进计算机技术，利用计算机的高速分析计算功能，来提高信号设备的技术水平已非常紧迫。数字信号处理技术（DSP,Digital Signal Processing）的出现为铁路信号信息处理提供了很好的解决方法。随着计算机网络技术的飞速发展，实施企业网络化管理已成为企业实现管理现代化的客观要求和必然趋势。铁路信号系统网络化是铁路运输综合调度指挥的基础。在网络化的基础上实现信息化，从而实现集中、智能管理。近年来，我国铁路行业已成功地推广应用了原TMIS和DMIS（现称TDCS）等系统，在利用信息技术方面取得了长足的进步。具有代表性的列车调度指挥系统TDCS，以现代信息技术为基础，综合运用通信、信号、计算机网络、多媒体技术，建立了新型现代化运输调度指挥系统.铁路信号是铁路运营的耳目，它的主要功能是保证行车安全。关于安全条件的检查，最初是靠运营管理措施来保证的，随着铁路运输的发展需要和科学技术的进步， 铁路通信信号技术在现代生活中发生了重大变化，车站、区间和列车控制的一体化，铁路通信信号技术的相互融合，以及行车调度指挥自动化等技术，冲破了功能单一、控制分散、通信信号相对独立的传统技术理念，推动了铁路通信信号技术向数字化、智能化、网络化和一体化的方向发展。随着计算机技术（Computer）、通信技术（Communication）和控制技术（Control）的飞跃发展，向传统的以轨道电路作为信息传输媒体的列车运行控制系统提出了新的挑战。综合利用3C（Computer、Communication、Control）技术代替轨道电路技术，构成新型列车控制系统已成必然。第一章 绪论第一节 铁路信号控制技术正文近20多年来，在运输市场激烈竞争的压力下，各国铁路，特别是发达国家铁路为实现提速、高速和重载运输，积极引进采用新技术，大幅度提高了现代化通信信号设备的装备水平，新型技术系统不断涌现。随着铁路信号技术的发展和应用，铁路信号已成为提高运输效率、实现运输管理自动化和列车运行自动控制以及改善铁路员工劳动条件的重要技术手段。铁路信号系统按其应用场所可分为车站信号控制系统、编组站调车控制系统、区间信号控制系统、铁路行车指挥控制系统及列车运行自动控制系统等。6502电气集中联锁系统即为车站信号控制系统，它是一个安全继电集中联锁系统。这个系统主要包括的技术有： 进路空闲的检测技术； 道岔控制技术； 信号控制技术； 联锁技术； 故障-安全技术。这些技术都反应在系统的联锁电路中。在这些电路安装之前，首先需要现场勘测调查，然后设计站场室内室外设备的布置以及电路电缆的走向、送电受电等等。第二节 铁路6502集中管理技术一、铁路6502技术概述6502电气集中使用电气(继电器实现)的方法来集中控制和监督车站内的信号、道岔以及轨道电路,并实现他们之间的联锁关系。它不仅实现了站内行车指挥自动控制,还能准确地反映现场的行车情况并迅速控制,因而也大大提高了车站作业效率和行车安全程度,改善了劳动条件。由于其采用非对称的“故障-安全”原则,是实现铁路现代化的重要基础设备。分析6502电气集中电路动作规律,根据故障现象来实现故障的判断与处理,从而提高该设备的运用质量。6502电气集中电路的动作程序分析6502电气集中电路动作顺序包括选路、排路、检查联锁条件、锁闭进路、开放信号、解锁进路等过程,其中选路由16线实现，主要的继电器有JXJ、DCJ、FCJ；7线是实现进路选排一致性的检查，主要继电器是KJ；8线的主要继电器是XJJ，用来检查进路联锁条件，即检查道岔位置是否正确、进路是否空闲、敌对进路是否未建立；9、10线的主要继电器是QJJ(GJJ),QJJ(GJJ)为锁闭进路做准备，每一个区段设一个QJJ，每个道岔设有SJ。当QJJ时，1LJ、2LJ落下，SJ落下，实现进路锁闭；11线的主要继电器是XJ，控制信号的开放。图示为岔道换位法的示意图，以及控制继电器组成架的示意图：图1.1 岔道换位法的示意图图1.2 控制继电器组成架的示意图二、所选站场简介：对于工程设计，首先需要勘测调查。勘测调查是在接到批准的设计任务书，取得按一定比例绘制的车站线路平面图之后进行的，主要包括收集资料和现场勘测两部分。本次毕业设计的站场原始资料是由工务部门提供的1：2000的缩尺图，在此基础上绘制有关车站信号工程设计的图纸。车站信号平面布置图需正确反映电气集中室外主要设备的布置情况及设置地点、线路和股道的运用情况以及站内列车和调车作业的概况等。所选站场为复线5股道站场，带有牵出线一条，货物线两条。设计只针对集中联锁区。其中IG，IIG为正线，可走超限货物旅客列车，其余为站线。下行咽喉共布置信号机17架，其中调车信号机9架，从D1至D17；进站信号机两架X和XF；预告信号机1架；出站兼调车信号机5架；道岔12个，其中双动道岔为4组，单动道岔为4组。上行咽喉共布置信号机12架，其中调车信号机4架，从D2至D8；进站信号机两架S和SF；预告信号机1架；出站兼调车信号机5架；道岔7个，其中双动道岔为2组，单动道岔为3组。全站共设复示信号机9架。全站除两条货物线非电化外，其余均设电化，车站上行咽喉进站方向坡度大于6。在信号平面布置图的基础上进行6502电气集中的其他工程设计。三、车站信号平面布置图车站信号平面布置图是根据委托单位提供的站场缩尺平面图（1：2000或1：1000）绘制成的有关信号设备布置情况的技术图纸，它所包含的内容是电气集中所有后续技术图纸的设计依据。在这张图纸上能正确反映电气集中室外主要设备的布置情况及设置地点、线路和股道的运用情况以及站内列车和调车作业的概况等 。车站信号平面布置图包括以下内容： 信号楼及其设置位置，联锁区的全部线路以及与联锁区有密切联系的非联锁区线路；联锁区内的全部道岔，需标明每组道岔岔尖距信号楼中心的距离； 信号机的布置及每架信号机至信号楼中心的距离；分割轨道区段的全部轨道绝缘节，需标明各绝缘节距信号楼中心距离； 道口房和机车出入库闸楼的位置；继电器箱和局部控制盘等距信号楼中心的距离； 标明水鹤的位置；标明桥梁、涵洞及高架天桥的位置；标明道口宽度及其距信号楼的距离； 站台的位置、宽度及线路间距；信号楼外墙至最近线路中心的距离；通话柱位置； 股道上及咽喉区内，与信号机有关的及侵入限界的绝缘节处的警冲标位置； 进站信号机外方制动距离内进站方向为超过6的下坡道时，需画出接近车站的制动距离内线路坡道示意图； 对集中道岔、股道、色灯信号机及道岔和无道岔轨道电路区段均需标出编号和名称； 车站线路应以箭头表示其接车方向；当有局部控制道岔时，应对局部控制的道岔在平面图上除标以联锁道岔外再画圆圈表示。四、布置信号机信号机是指示列车和车列运行的主要设备,车站线路能否被充分利用及使用中是否具备最大的灵活性,很大程度上取决于信号机的布置是否合理。因此,设计时应对车站线路运用情况进行充分了解，然后再根据<<铁路技术管理规程>>及<<铁路信号设计规范>>来布置全站的信号机。一般先布置列车信号机，再布置调车信号机。五、双线轨道电路布置方法轨道电路极性交叉；轨道电路送、受电端布置；绘出各种室外设备，并标出信号楼的距离。第三节 设计的主要内容根据实际铁路信号控制的原理，采用中心元件PLC对信号灯和轨道变轨器进行控制。通过对PLC进行梯形图编程、PLC硬件的组态、程序仿真、程序改进、硬件的调试，最终使得PLC有效合理的控制地铁进出站的信号以及变轨。第二章 西门子S7-300PLC概述第一节 西门子S7-300PLC的基本组成部分一、CPUCPU是PLC的核心，起神经中枢的作用，每套PLC至少有一个CPU，它按PLC的系统程序赋予的功能接收并存贮用户程序和数据，用扫描的方式采集由现场输入装置送来的状态或数据，并存入规定的寄存器中，同时，诊断电源和PLC内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误等。进入运行后，从用户程序存贮器中逐条读取指令，经分析后再按指令规定的任务产生相应的控制信号，去指挥有关的控制电路。CPU主要由运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系的数据、控制及状态总线构成，CPU单元还包括外围芯片、总线接口及有关电路。内存主要用于存储程序及数据，是PLC不可缺少的组成单元。在使用者看来，不必要详细分析CPU的内部电路，但对各部分的工作机制还是应有足够的理解。CPU的控制器控制CPU工作，由它读取指令、解释指令及执行指令。但工作节奏由震荡信号控制。运算器用于进行数字或逻辑运算，在控制器指挥下工作。寄存器参与运算，并存储运算的中间结果，它也是在控制器指挥下工作。CPU速度和内存容量是PLC的重要参数，它们决定着PLC的工作速度，IO数量及软件容量等，因此限制着控制规模。应该注意的是：在PLC中，CPU的概念与普通微型电脑的CPU有很大的不同。在PLC中，CPU指的不是一块集成电路，而是一個模板，其上不仅包括CPU芯片，还有RAM和ROM或者EPROM。而且，在中大型PLC中，CPU模板中一般有兩快CPU芯片，一片用作字处理器（主处理器），用于字节指令的处理，并实现各种控制作用；另一片用作字处理器（辅助处理器），用于实现位讯息的高速处理。二、数字I/O接口用作CPU模板与外部开关量讯号之间的接口。它完成诸如电平转换、电气隔离、串/并型数据转换以及对外提供一定的驱动能力等工作。数字I/O讯号常來自按钮、开关和继电器触点等实际开关量，以及其它外设或受控对象送来的数字量。三、模拟I/O接口其输入部分主要完成阻抗匹配、讯号放大、讯号滤波、I/V变换、V/F变换或者A/D变换等工作，以便将来自受控对象的模拟量转换成PLC能夠处理的数字量。其输出部分主要实现阻抗匹配、功率放大、波形校正等功能。在一些场合下，模拟讯号也需要与现场电气隔离。但模拟讯号的隔离比数字讯号要复杂得多。用于数字讯号的光电隔离因线性度较差而不能用來隔离模拟讯号，因此模拟讯号常常採用成本较高的隔离放大器來实现电气隔离。四、电源PLC中的电源稳定性好，抗干扰能力很强。对电网提供的电源稳定要求不高，一般允许电源电压在额定值±15范围内波动。PLC电源一般有三类：+5V、±15V直流电源：供PLC中TTL芯片和集成运放使用； 供输出接口使用的高压大电流的功率电源； 锂电池及其充电电源。考虑到系统的可靠性以及光电隔离器的使用，不同类型的电源其地线也不同。电源的可靠性一般取决于系统所需要输出的电压级别，输出的电压级别越高，所要求电源的可靠性越强。五、特殊功能模板特殊功能模板一般都自带CPU和系统软件，与PLC的CPU模板并行工作，并通過PLC系统总线与CPU模板接口。常见的特殊功能模板包括：高速计数板（能滿足100KHz以上的计数或定时要求）、具有快速PID调节器的闭环控制模板、通讯模板等。目前PLC的发展非常迅速，型号众多，各种特殊功能模板不断涌现。通常根据其I/O点的数量將PLC分为三大类：小型机：256点以下（无模拟量）；中型机：256 2048点（64 128路模拟量）；大型机：2048点以上（128 512路模拟量）。具体实现時，通常採用模板式结构，以便用户根据实际应用需求进行配置。但一些小型机常制作成一体机，其配置固定，主要供定型成套设备使用；而一些大型机一般在电源、或者CPU，甚至两者都作了热备份，主要保证PLC的数据资料得到最可靠的保存5。第二节 西门子S7-300PLC的硬件配置一、西门子S7-300PLEC的组成西门子S7-300PLC主要分为整体式PLC（如图2-3）和模块式PLC（如图2-4）。尽管他们结构不太一样，但个硬件组成和功能作用都是一样的。一般的，PLC由四大部分组成：CPU、存储器、I/O系统以及其它可选部件。前三大部分是PLC完成各种控制所必需的，一般称为PLC的基本组成部分。其它可选部件包括编程器、外存储器、模拟I/O、通讯接口、扩展接口以及测试设备等，主要用于系统的编程组态、程序存储、通讯网络、系统扩展和系统测试等二、西门子PLC的分类 S7系列：传统意义的PLC产品，S7-200是针对低性能要求的小型PLC。S7-300是模块式中小型PLC，最多可以扩展32个模块。S7-400是大型PLC，可以扩展300多个模块。S7-300/400可以组成MPI、PROFIBUS和工业以太网等。 M7-300/400：采用与S7-300/400相同的结构，它可以作为CPU或功能模块使用。具有AT兼容计算机的功能，可以用C，C或CFC等语言来编程。C7由S7-300 PLC，HMI（人机接口）操作面板、I/O、通信和过程监控系统组成。WinAC基于Windows和标准的接口(ActiveX，OPC)，提供软件PLC或插槽PLC。图2.1 多机架的S7-300 PLC第三节 S7-300系列PLC的工作原理当PLC投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间，PLC的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。 输入采样阶段：在输入采样阶段，PLC以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入I/O映象区中的相应得单元内。输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化，I/O映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。因此，如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。 用户程序执行阶段：在用户程序执行阶段，PLC总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序(梯形图)。在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统RAM存储区中对应位的状态；或者刷新该输出线圈在I/O映象区中对应位的状态；或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。即在用户程序执行过程中，只有输入点在I/O映象区内的状态和数据不会发生变化，而其他输出点和软设备在I/O映象区或系统RAM存储区内的状态和数据都有可能发生变化，而且排在上面的梯形图，其程序执行结果会对排在下面的凡是用到这些线圈或数据的梯形图起作用；相反，排在下面的梯形图，其被刷新的逻辑线圈的状态或数据只能到下一个扫描周期才能对排在其上面的程序起作用。 输出刷新阶段：当扫描用户程序结束后，PLC就进入输出刷新阶段。在此期间，CPU按照I/O映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。这时，才是PLC的真正输出。同样的若干条梯形图，其排列次序不同，执行的结果也不同。另外，采用扫描用户程序的运行结果与继电器控制装置的硬逻辑并行运行的结果有所区别。当然，如果扫描周期所占用的时间对整个运行来说可以忽略，那么二者之间就没有什么区别了。一般来说，PLC的扫描周期包括自诊断、通讯等，即一个扫描周期等于自诊断、通讯、输入采样、用户程序执行、输出刷新等所有时间的总和。第四节 西门子S7-300PLC的相关参数一、标准CPU相关性能参数表2.1 资料查得S7-300PLC基本CPU数据CPU型号性能指标CPU3126KB RAM，24V负电压及MPI接口，本机10I6O，最大扩展144DIDOCPU31312KB RAM，最大扩展128DIDO，带扩展内存插槽CPU314-IFM32KB RAM，本机16DIDO，最多可扩展4排MPI接口CPU315-2DP64KB RAM，带扩展内存卡槽和PROFIBUS-DP主/从接口CPU318-2DP128KB RAM，最大扩展16384DI/DO，2048AI/AO，带扩展内存卡槽二、MPI模块相关性能表2.2 资料查得MPI的性能MPI模块 性能特点（1）升级以后的MPI不仅是一个编程口，它的数据传输数率达到187.5Kbits至12Mbits；（2）它的存在，使得每个CPU最多能连接32个站点；（3）附带PGOP通信功能，全局数据通信无需额外编程；（4）最重要的是节约了通讯方案的成本，减少了额外的硬件投资。第五节 S7-300系列PLC的性能IMATIC S7-300 的大批功能支撑和辅助用户进行编程启动和保护，高速的指令处理：0.60.1mS的指令处理时光在中等到较低的性能要求规模内开拓了全新的运用范畴。浮点数运算：用此功能可以有效地实现更为庞杂的算术运算。方便用户的参数赋值：一个带尺度用户接口的软件工具给所有模块进行参数赋值，这样就节俭了入门和seo培训家的用度。人机界面 (HMI)：便利的人机界面服务已经集成在S7-300 操作系统内。因此人机对话的编程请求大大减少。SIMATIC人机界面(HMI)从S7-300中请求数据，S7-300按用户指定的刷新速度传送这些数据。S7-300操作系统主动地处理数据的传送。诊断功能：CPU的智能化的诊断体系持续监控系统的功效是否正常、记载过错和特别系统事件(例如：超时，模块调换，等等)。口令掩护：多级口令维护可以使用户高度、有效地维护其技巧秘密，防止未经容许的复制和修正。操作方式选择开关：操作方法选择开关像钥匙一样可以拔出，当钥匙拔出时，就不能转变操作方式。可靠性高，抗干扰能力强一方面要求PLC生产厂家提高设备的抗干扰能力，另一方面要求应用部门在工程设计、安装施工和使用维护中引起高度重视，多方配合才能完善解决问题，有效地增强系统的抗干扰性能；通用性强，控制程序可变使用方便PLC品种齐全的各种硬件装置，可以组成能满足各种要求的控制系统，用户不必自己再设计和制作硬件装置。用户在硬件确定以后，在生产工艺流程改变或生产设备更新的情况下，不必改变PC的硬设备，只需改编程序就可以满足要求。因此，PC除应用于单机控制外，在工厂自动化中也被大量采用；功能强，适应面广现代PLC不仅有逻辑运算、计时、计数、顺序控制等功能，还具有数字和模拟量的输入输出、功率驱动、通信、人机对话、自检、记录显示等功能。既可控制一台生产机械、一条生产线，又可控制一个生产过程；编程简单，容易掌握目前，大多数PC仍采用继电控制形式的“梯形图编程方式”。既继承了传统控制线路的清晰直观，又考虑到大多数工厂企业电气技术人员的读图习惯及编程水平，所以非常容易接受和掌握。梯形图语言的编程元件的符号和表达方式与继电器控制电路原理图相当接近。通过阅读PLC的用户手册或短期培训，电气技术人员和技术工很快就能学会用梯形图编制控制程序。同时还提供了功能图、语句表等编程语言。PLC在执行梯形图程序时，用解释程序将它翻译成汇编语言然后执行（PC内部增加了解释程序）。与直接执行汇编语言编写的用户程序相比，执行梯形图程序的时间要长一些，但对于大多数机电控制设备来说，是微不足道的，完全可以满足控制要求；减少了控制系统的设计及施工的工作量由于PLC采用了软件来取代继电器控制系统中大量的中间继电器、时间继电器、计数器等器件，控制柜的设计安装接线工作量大为减少。同时，PLC的用户程序可以在实验室模拟调试，更减少了现场的调试工作量。并且，由于PLC的低故障率及很强的监视功能，模块化等等，使维修也极为方便；体积小、重量轻、功耗低、维护方便PLC是将微电子技术应用于工业设备的产品，其结构紧凑，坚固，体积小，重量轻，功耗低。并且由于PLC的强抗干扰能力，易于装入设备内部，是实现机电一体化的理想控制设备；西门子S7-300 PLC 的独有特点S7-300是模块化小型PLC系统，主要包括：电源模块（PS）、CPU模块、接口模块（IM）、信号模块（SM）、输入模块（DI）、输出模块（DO）、通讯处理模块(CP)、功能模块（FM）、工程工具（STEP7），能满足中等性能要求的应用。各种单独西门子PLC的模块之间可进行广泛组合构成不同要求的系统。与S7-200 PLC比较，S7-300 PLC采用模块化结构，具备高速（0.6-0.1s）的指令运算速度；用浮点数运算比较有效地实现了更为复杂的算术运算；一个带标准用户接口的软件工具方便用户给所有模块进行参数赋值；方便的人机界面服务已经集成在S7-300操作系统内，人机对话的编程要求大大减少。SIMATIC人机界面（HMI）从S7-300中取得数据，S7-300按用户指定的刷新速度传送这些数据。S7-300操作系统自动地处理数据的传送；CPU的智能化的诊断系统连续监控系统的功能是否正常、记录错误和特殊系统事件（例如：超时，模块更换，等等）；多级口令保护可以使用户高度、有效地保护其技术机密，防止未经允许的复制和修改；S7-300 PLC设有操作方式选择开关，操作方式选择开关像钥匙一样可以拔出，当钥匙拔出时，就不能改变操作方式，这样就可防止非法删除或改写用户程序。具备强大的通信功能，S7-300 PLC可通过编程软件Step 7的用户界面提供通信组态功能，这使得组态非常容易、简单。S7-300 PLC具有多种不同的通信接口，并通过多种通信处理器来连接AS-I总线接口和工业以太网总线系统；串行通信处理器用来连接点到点的通信系统；多点接口（MPI）集成在CPU中，用于同时连接编程器、PC机、人机界面系统及其他SIMATIC S7/M7/C7等自动化控制系统。第六节 西门子S7-300PLC的发展前景随着个人计算(PC机)和通讯技术的发展，现在PLC和DCS的设计结构越来越接近基本构架都是操作站通过以太网接主站，主站通过现场总线接从站。出于安全性的考虑，冗余技术也不断发展，双冗余、三冗余(如：TRICON)、七冗余（航空领域）。从PLC主站CPU的运行方式上又分为冷备、热备和同步热备。冗余技术的发展使得PLC可以冲破低级芯片的限制，而大量应用尖端的电子技术，与PC机发展同步。由于个人计算机的飞速发展，PC机变得稳定而可靠。其接口的开放性，通讯和CPU的速度都使得它比原始设计思想下的PLC更适用于工控的要求。因此出现了软PLC的概念，又称为软逻辑。其构架是：在PC机上安装如Linux、WinCE等操作系统，而在操作系统中运行IEC1131的逻辑执行程序，作为PLC系统的主站。这种嵌入式的PLC使得工业控制可以应用各个领域的先进技术，突破了禁锢瓶颈，典型的软逻辑PLC结构为 ARM嵌入Linux然后安装PLC解释程序。软PLC的另外一个发展分支是，直接在微软的个人计算机操作系统上运行类似PLC的软件，而用计算机取代PLC系统中的主站。运行软件PLC的计算机可以充分应用计算机的开放性接口和通讯速度，兼容性好。可以挂接板卡、USB设备、以太网设备、串行通讯设备。比较典型的应用方案是：组态王软逻辑通过串行通讯（现在也可用以太网）挂接研华的亚当模块。随着电子技术、通讯技术和软件技术的不断发展。这种构架将完全取代PLC 和 DCS 成为主流形式。在全球工业计算机控制领域，围绕开放与再开放过程控制系统、开放式过程控制软件、开放性数据通信协议，已经发生巨大变革，几乎到处都有PLC，但这种趋势也许不会继续发展下去。随着软PLC(Soft PLC)控制组态软件技术的诞生与进一步完善和发展，安装有Soft PLC组态软件和基于工业PC控制系统的市场份额正在逐步得到增长，这些事实使传统PLC供应商在思想上已经发生了戏剧性的变化，他们必须面对现实，在传统PLC的技术发展与提高方面做出更加开放的高姿态。对于控制软件来讲，这是PLC控制器的核心，PLC供应商正在向工业用户提供开放式的编程组态工具软件，而且对于工业用户表现得非常积极。此外，开放式通信网络技术也得到了突破，其结果是将PLC融入更加开放的工业控制行业。55- -第三章 设计总体思想第一节 控制框图设计控