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SIMATICS7-300是一種通用型PLC，能適合自動化工程中的各種應用場合，尤其是在生產制造工程中的應用。模塊化、無排風扇結構、易于實現分布式的配置、以及用戶易于掌握等特點，使得S7-300在以下工業部門中實施各種控制任務時，成為一種既經濟又切合實際的解決方案：

l生產制造工程

l汽車工業

l通用機械制造

l專用機械制造

l各種類型的專用機床OEM

l塑料加工

l包裝工業

l食品和飲料工業

l工藝過程工程（例如，供水、排水、建筑服務設施等）

S7-300具有以下顯著特點：

l循環周期短、處理速度高

l指令集功能強大、可用于空間有限的場合

l模塊化結構、適合密集安裝

l有不同檔次的CPU、各種各樣的功能模塊和I/O模塊可供選擇

l100%免維護

l已檢定合格的、可在惡劣氣候條件下露天使用的模塊類型

S7-300是由各種模塊部件所組成，各模塊能以各種不同方式組合在一起。這表明可將控制系統設計成完全符合應用的需要。

除了模塊之外，用戶其他所需要的就是一種DIN標準導軌。各模塊安裝在導軌上，并用螺絲固定。這種結構形式既可靠又電磁兼容。

背板總線集成在各模塊上，通過將總線連接器插在模塊機殼的背后，使背板總線聯成一體。最多8個模板可一起裝在一個機架上（中央控制器/擴展單元）。

4.3PLC模塊簡介

（1）CPU模塊

CPU模塊主要由微處理器（CPU芯片）和存儲器組成。在PLC控制系統中，CPU模塊相當于人的大腦和心臟，它不斷地采集輸入信號，執行用戶程序，刷新系統的輸出；存儲器用來儲存程序和數據。S7-300/400將CPU模塊簡稱為CPU。

（2）信號模塊

輸入（INPUT）模塊和輸出（Output）模塊簡稱為I/O模塊，開關量輸入、輸出模塊簡稱為DI模塊和DO模塊，模擬量輸入、輸出模塊簡稱為AI模塊和AO模塊，它們統稱為信號模塊。信號模塊是系統的眼、耳、手、腳，是聯系外部現場設備和CPU模塊的橋梁。

輸入模塊用來接收和采集輸入信號，開關量輸入模塊用來接收從按鈕、選擇開關、數字撥碼開關、限位開關、接近開關、光電開關、壓力繼電器等來的開關量輸入信號；模擬量輸入模塊用來接收電位器、測速發電動機和各種變送器提供的連續變化的模擬量電流電壓信號。

開關量輸出模塊用來控制接觸器、電磁閥、電磁鐵、指示燈、數字顯示裝置和報警裝置等輸出設備，模擬量輸出模塊用來控制電動調節閥、變頻器等執行器。

CPU模塊內部的工作電壓一般是DC5V，而PLC的輸入/輸出信號電壓一般較高，例如DC24V或AC220V。從外部引入的尖峰電壓和干擾噪聲可能損壞CPU模塊的元器件，或使PLC不能正常工作。在信號模塊中，用光耦合器、光敏晶閘管、小型繼電器等器件來隔離PLC的內部電路和外部的輸入、輸出電路。信號模塊除了傳遞信號外，還有電平轉換與隔離的作用。

（3）功能模塊

為了增強PLC的功能，擴大其應用領域，減輕CPU的負擔，PLC廠家開發了各種各樣的功能模塊。它們主要用于完成某些對實時性和存儲容量要求很高的控制任務。

（4）接口模塊

CPU模塊所在的機架稱為中央機架，如果一個機架不能容納全部模塊，可以增設一個或多個擴展機架。接口模塊用來實現中央機架與擴展機架之間的通信，有的接口模塊還可以為擴展機架供電。

（5）通信處理器

通信處理器用語PLC之間、PLC與遠程I/O之間、PLC與計算機和其他智能設備之間的通信，可以將PLC接入MPI、PROFIBUS-DP、AS-i和工業以太網，或者用于實現點對點通信等。CPU模塊集成有MPI通信接口，有的還集成了其他通信接口。

（6）電源模塊

PLC一般使用AC220V電源或DC24V電源，電源模塊用于將輸入電壓轉換為DC24V電壓和背板總線上的DC5V電壓，供其他模塊使用。

（7）編程設備

S7-300/400使用安裝了編程軟件STEP7的個人計算機作為編程設備，在計算機屏幕上直接生成和編輯各種文本程序或圖形程序，可以實現不同編程語言之間的相互轉換。程序被編譯后下載到PLC，也可以將PLC中的程序上傳到計算機。程序可以存盤或打印，通過網絡，可以實現遠程編程和傳送。編程軟件還具有對網絡和硬件組態、參數設置、監控和故障診斷等功能。

4.4電源模塊的選擇

PS307電源模塊（5A）具有以下顯著特性：

l輸出電流5A

l輸出電壓24VDC；防短路和開路保護

l連接單相交流系統（輸入電壓120/230VAC，50/60HZ）

l可靠的隔離特性，符合EN60950

l可用作負載電源

4．5數字量輸入模塊的選擇

表4-2數字量輸入模塊特性

SM321；DI32×24VDC數字量輸入模塊具有以下顯著特性：

l32個輸入點，帶隔離，16點為一組

l額定輸入電壓24VDC

l適用于開關和2/3/4線BERO（接近開關）

4．6數字量輸出模塊的選擇

表4-3數字量輸出模塊特性

數字量輸出模塊SM322；DO32×24VDC/0.5A（6ES7322-1BL00-0AA0）具有以下顯著特性：

l32個輸出點，帶隔離，8點為一組

l0.5A輸出電流

l24VDC額定負載電壓

l適用于電磁閥、直流接觸器和指示燈

4．7數字量輸入輸出模塊的選擇

表4-4數字量輸入輸出模塊特性

數字量輸入/輸出模塊SM323；DI8/DO8×24VDC/0.5A（6ES7323-1BH×1-0AA0）具有以下顯著特性：

l8個輸入點，帶隔離，8點為一組

l8個輸出點，帶隔離，8點為一組

l額定輸入電壓24VDC

l額定負載電壓24VDC

l輸入適用于開關和2/3/4線接近開關（BERO）

l適用于電磁閥、直流接觸器和指示燈

4．8接口模塊的選擇

表4-5接口模塊的特性

（1）接口模板IM360具有以下特性

l用于S7-300機架0的接口

l通過連接電纜368將數據從IM360傳送到IM361

lIM360與IM361之間的最大距離為10米。

（2）接口模板IM361具有以下特性

l24VDC電源

l用作S7-300機架1到機架3的接口

l通過S7-300背板總線的最大電流輸出為0.8A

l通過368連接電纜將數據從IM360傳送到IM361或從IM361傳送到IM361

lIM360和IM361之間的最大長度為10米

lIM361和IM361之間的最大長度為10米

5低壓電氣元件的選擇

5．1選擇原則

電器元件選擇的基本原則如下：

（1）按對電器元件的功能要求確定電器元件的類型。

（2）確定電器元件承載能力的臨界值及使用壽命。根據電器控制的電壓、電流及功率的大小確定電器元件的規格。

（3）確定電器元件預期的工作環境及供應情況，如防油、防塵、防水、防爆及貨源情況。

（4）確定電器元件在應用中所要求的可靠性進行選擇。

（5）確定電器元件的使用類型。

5．2按鈕的選擇

按鈕主要根據所需要的觸點數、使用場合、顏色標注以及額定電壓、額定電流進行選擇。

按鈕顏色及其含義。國標GB5226-85《機床電氣設備通用技術條件》對按鈕的顏色做了如下規定。

（1）“停止”和急停按鈕必須是紅色。當按下紅色按鈕時，必須使設備停止工作或斷電。

（2）“啟動”按鈕的顏色是綠色。

（3）“啟動”與“停止”交替動作的按鈕必須是黑色、白色或灰色，不得用紅色和綠色。

（4）點動按鈕必須是黑色。

（5）復位按鈕（如保護繼電器的復位按鈕）必須是藍色。當復位按鈕還有停止的作用時，則必須是紅色。

5．3限位開關的選擇

當生產機械運動速度不是太快時，通常選用一般用途的行程開關；而當生產機械行程通過的路徑不宜裝設直動式行程開關時，應選用凸輪軸轉動式的行程開關；而在工作效率很高、對可靠性及精度要求也很高時，應選用接近開關。

接近開關又稱無觸點接近開關，是理想的電子開關量傳感器。當金屬檢測體接近開關的感應區域，開關就能無接觸，無壓力、無火花、迅速發出電氣指令，準確反應出運動機構的位置和行程，即使用于一般的行程控制，其定位精度、操作頻率、使用壽命、安裝調整的方便性和對惡劣環境的適用能力，是一般機械式行程開關所不能相比的。它廣泛地應用于機床、冶金、化工、輕紡和印刷等行業。在自動控制系統中可作為限位、計數、定位控制和自動保護環節。接近開關具有使用壽命長、工作可靠、重復定位精度高、無機械磨損、無火花、無噪音、抗振能力強等特點。

行程開關分PNP和NPN兩種

PNP輸出行程開關一般應用在PLC或計算機作為控制指令較多，NPN輸出行程開關用于控制直流繼電器較多，在實際應用中要根據控制電路的特性進行選擇其輸出形式。

現選擇如下：

夾緊臂張開位行程開關（原位、PNP二線制）

切槍限位接近開關（終位、PNP二線制）

小車行程開關（原位、前位、PNP二線制）

5．4交流接觸器的選擇

接觸器分交流與直流兩種。應用最多的是交流接觸器。

當線圈通電后，線圈中因有電流通過而產生磁場，靜鐵心在電磁力的作用下，克服彈簧的反作用力，將動鐵心吸合，從而使動、靜觸頭接觸，主電路接通；而當線圈斷電時，靜鐵心的電磁吸力消失，動鐵心在彈簧的反作用力下復位，從而使動觸頭與靜觸頭分離，切斷主電路。

選擇時主要考慮主觸點的額定電壓與額定電流、輔助電流觸點的數量、吸引線圈的電壓等級、使用類別、操作頻率等。選擇交流接觸器，其主觸點的額定電流應等于或大于負載或電動機的額定電流。

式中

—接觸器的額定電壓；

—負載的額定線電壓；

—接觸器的額定電流；

—接觸器主觸點電流；

—電動機功率；

—電動機額定線電壓；

K—經驗常數，K=1～1.4。

故選施耐德交流接觸器

LC1-D0910N5C9A220V

N5—電壓編號C—合資產品

5．5繼電器的選擇

繼電器是一種利用各種物理量的變化，將電量或非電量信號轉化為電磁力（有觸頭式）或使輸出狀態發生階躍變化（無觸頭式），從而通過其觸頭或突變量促使在同一電路或另一電路中的其它器件或裝置動作的一種控制元件。根據轉化的物理量的不同，可以構成各種各樣的不同功能的繼電器，以用于各種控制電路中進行信號傳遞、放大、轉換、聯鎖等，從而控制主電路和輔助電路中的器件或設備按預定的動作程序進行工作，實現自動控制和保護的目的。

被轉化或施加于繼電器的電量或非電量稱為檢點器的激勵量（輸入量），當繼電器被激勵，從一個起始位置達到預定的工作位置，并完成電路的切換動作，稱為繼電器的工作特性，包括吸合、不吸合、保持與釋放狀態。施加于繼電器的激勵量或高于它的吸合值或低于它的釋放值，可以是電量如交流或直流電的電流、電壓等，也可以是非電量如位置、時間、溫度、速度、壓力等。當輸入量變化到高于它的吸合值或低于它的釋放值時，繼電器動作，對于有觸頭式繼電器其觸頭閉合或斷開，對于無觸頭式繼電器其輸出發生階躍變化，以此提供一定的邏輯變量。

繼電器的用途很多，一般可以歸納如下：

（1）輸入與輸出電路之間和隔離；

（2）信號轉換（從斷開到接通）；

（3）增加輸出電路（即切換幾個負載或切換不同電源負載）；

（4）重復信號；

（5）切換不同電壓或電源負載；

（6）保留輸出信號；

（7）閉鎖電路；

（8）提供遙控。

因此，繼電器選擇如下：

歐姆龍G2A-432A-N1型

歐姆龍G2AK-232A型

5．6控制變壓器的選擇

控制變壓器用來降低輔助電路的電壓，以滿足一些電器元件的電壓要求，保證控制電路安全可靠地工作?？刂谱儔浩鞯倪x擇原則如下：

（1）控制變壓器一、二次側電壓應與交流電源電壓、控制電路和輔助電路電壓相等。

（2）應能保證接于變壓器二次側的交流電磁器件在啟動時可靠地吸合。

（3）電路正常運行時，變壓器溫升不應超過允許值。

控制變壓器容量的近似計算公式為

式中，—變壓器容量的儲備系數，=1.1～1.25

1.1×6×220≈1452KVA

所以選擇額定容量為1500KVA的JBK3-1500變壓器

5．7自動開關的選擇

低壓斷路器俗稱自動空氣開關，是低壓配電網中的主要電器開關之一，它不僅可以接通和分斷正常負載電流、電動機工作電流和過載電流，而且可以接通和分斷短路電流。主要用在不頻繁操作的低壓配電線路或開關柜（箱）中作為電源開關使用，并對線路、電器設備及電動機等實行保護，當它們發生嚴重過電流、過載、短路、斷相、漏電等故障時，能自動切斷線路，起到保護作用，應用十分廣泛。較高性能型萬能式斷路器帶有三段式保護特性，并具有選擇性保護功能。高性能萬能式斷路器帶有各種保護功能脫扣器，包括智能化脫扣器，可實現計算機網絡通信。低壓斷路器具有的多種功能，是以脫扣器或附件的形式實現的，根據用途不同，斷路器可配備不同的脫扣器或繼電器。脫扣器是斷路器本身的一個組成部分，而繼電器（包括熱敏電阻保護單元）則通過與斷路器操作機構相連的欠電壓脫扣器或分勵脫扣器的動作控制斷路器。

5．8直流穩壓電源

5.8.1穩壓電源的作用

電子設備一般是由整流器供電的。當交流電網電壓或負載電流變化時，整流器輸出電壓也會隨之發生變化。但是，許多電子設備，比如精密的電子測試儀器、自動控制裝置和電子計算機等，都要求直流電源電壓穩定不變，否則，將造成測量和計算誤差，或引用自動控制裝置工作不穩，甚至根本無法工作。為了供給穩定的直流電壓，必須采用直流穩壓電路。直流穩壓電路與整流器和濾波器合在一起，構成直流穩壓電源，其方框圖如圖3.7所示。

圖5.2直流穩壓電源方框圖

5.8.2直流穩壓電源的種類及選用

直流穩壓電源按習慣可分為化學電源，線性穩壓電源和開關型穩壓電源，它們又分別具有各種不同類型：

開關型直流穩壓電源

它的電路形式主要有單端反激式、端正激式、半橋式、推挽式和全橋式。它和線性電源的根本區別在于它變壓器不工作在工頻而是工作在幾十千赫茲到幾兆赫茲。功能管不是工作在飽和及截止區即開關狀態；開關電源因此而得名。

開關電源的優點是體積小，重量輕，穩定可靠；缺點相對于線性電源來說波紋較大（一般≤1%VO（P-P），好的可做到十幾mV（P-P）或更小）。它的功率可自幾瓦-幾千瓦均有產品。價位為3元-十幾萬元/瓦，下面就一般習慣分類介紹幾種開關電源：

（1）AC/DC電源

該類電源也稱一次電源，它自電網取得能量，經過高壓整流濾波得到一個直流高壓，供DC/DC變換器在輸出端獲得一個或幾個穩定的直流電壓，功率從幾瓦-幾千瓦均有產品，用于不同場合。屬此類產品的規格型號繁多，據用戶需要而定通信電源中的一次電源（AC220輸入，DC48V或24V輸出）也屬次類。

（2）DC/DC電源

在通信系統中也稱二次電源，它是由一次電源或直流電池組提供一個直流輸入電壓，經DC/DC變換以后在輸出端獲一個或幾個直流電壓。

（3）通信電源

通信電源其實質上就是DC/DC變換器式電源，只是它一般以直流-48V或-24V供電，并用后備電池作DC供電的備份，將DC的供電電壓變換成電路的工作電壓，一般它又分中央供電、分層供電和單板供電三種，以后者可靠性最高。

（4）電臺電源

電臺電源輸入AC220V/110V，輸出DC13.8V，功率由所供電臺功率而定，幾安幾百安均有產品。為防止AC電網斷電影響電臺工作，而需要有電池組作為備份，所以此類電源輸出一個13.8直流電壓外，還具有對電池充電自動轉換功能。

（5）模塊電源

隨著科學技術飛速發展，對電源可靠性、容量/體積比要求越來越高，模塊電源越來越顯示起優越性，它工作頻率高、體積小、可靠性高，便于安裝和組合擴容，所以越來越被廣泛采用。目前，國內雖有相應模塊生產，但因生產工藝未能趕上國際水平，故障率較高。

DC/DC模塊電源目前雖然成本較高，但從產品的漫長的應用周期的整體成本來看，特別是因系統故障而導致的高昂的維修成本及商譽損失來看，選用該電源模塊還是合算的。

（6）特種電源

高電壓小電流電源、大電流電源、400HZ輸入的AC/DC電源等，可歸于此類，可根據特殊需要選用。

根據需要，選用模塊電源

西門子6EP1436-1SH01

5.9電氣元器件目錄清單

6線路裝置

線路裝置主要由導線及支持物件所組成，它起著傳輸電能的作用。線路裝置種類很多，按其電壓等級分，有特低電壓線路、低壓線路、高壓線路及超高壓線路；按供電性質分，有單相線路、三相線路和直流輸電線路；按安裝方式分，有架空線路、電纜線路及戶內外配電線路等。

線路裝置必須按規程裝設，并符合安全技術要求，否則，就極易發生觸電、電氣火災及其他各種電氣事故。對線路裝置的基本要求是：安全可靠、布線合理、安裝牢固、便于維護、美觀整齊。低壓線路裝置嚴禁利用大地或與大地連接的保護導線（PE線）作中性線（N線）。

導線截面選擇

導線截面的選擇，必須同時滿足：導線的安全載流量（即導線允許載流量）、導線允許的電壓降、導線的機械強度和導線與熔體的額定電流（或低壓斷路器的整定電流）相配合。

6.1導線安全載流量

導線和電纜在通過電流時會發熱，當通過正常最大負荷電流時產生發熱溫度，不應超過其正常運行時的最高允許溫度。如果符合太大，導線將會過熱，可能造成停電或火災事故。

6.1.1電力負荷

（1）單臺電動機

（A）

式中：—電動機的額定電流

（2）多臺電動機

式中：—功率最大一臺電動機的額定電流

—其余各臺電動機的計算負荷電流

計算負荷電流在工程中的常用的計算方法

（1）統計所有裝接設備的額定功率之和（KW）；

（2）把全部功率換算成電流；

（3）考慮同一時間內的最大需用量（即需用系數）；

（4）考慮發展因數，一般加20%左右寬裕度（即發展系數）。

在三相四線或二相三線的配電線路中，當用電負荷大部分分為單相用電設備時，其N線或PEN線的截面不宜小于相線截面；以氣體放電燈為主要負荷的回路中，N線截面不應小于相線截面；采用可控硅調光的三相四線或二相三線配電線路，其N線或PEN線的截面不應小于相線截面的2倍。單相線路中性線的截面應與相線截面相同。

在采用多相供電時，同一建筑物、構筑物的導線絕緣層顏色選擇應一致，即保護導線（PE）應為綠/黃雙色線，中性線（N）線為淡藍色；相線應為—黃色，—綠色、—紅色。

我國電纜產品型號采用漢語拼音字母和阿拉伯數字組成，其含義見表6-1

如型電纜，表示鋁芯紙絕緣鉛包鋼帶鎧裝電力電纜。

型電纜，表示鋁芯紙絕緣分相鉛包裸鋼帶鎧裝電力電纜。

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