西南科技大学 毕业设计（论文）
4 胶带输送机控制系统硬件选型
4.1 PLC硬件设计
SIMATIC S7—300系列PLC是模块化结构设计，各个单独模块之间可以进行单独组合和扩展，从而使控制系统设计更加灵活满足不同的应用需求。编程器PG用来为S7-300 PLC编制程序，使用编程电缆连接编程器和CPU。通过PROFIBUS电缆可以实现S7-300 CPU之间的通讯，以及与其他SIMATIC S7 PLC进行通讯。一根PROFIBUS总线电缆可以连接多个S7-300。S7-300 PLC的主要组成部分有导轨（RACK）、电源模块（PS）、中央处理单元模块（CPU）、接口模块（IM）、信号模块（SM）、功能模块（FM）。它通过MPI网的接口直接与编程器PG、操作员面板OP和其它S7 PLC 相连。
4.1.1 CPU的选择
（1）I/O点数的确定
经过对各输入输出的大略计算，本设计中需要数字量输入164点，数字量输出69点，模拟量输入通道14路，其具体分配见表
表4-1模拟量输入通道统计表
模拟量输入 皮带机速度 滚筒温度 总计 表4-2数字量输入点数统计表
数字量输入 控制方式选择 操 作 台 总启动按钮 总停止按钮 起车预警按钮 急停按钮 给煤机启停按钮 点数 3 1 1 1 1 2 通道数 7 7 14
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各皮带启停按钮 堆煤传感器 主提升、走廊皮带跑偏开关 其他皮带跑偏开关 纵撕传感器 烟雾传感器 走廊皮带拉线急停开关 主提升皮带拉线急停开关 其他皮带拉线急停开关 就地箱启动按钮 就地箱停止按钮 就地箱急停按钮 总计 表4-3数字量输出点数统计表
数字量输出 皮带电机开 洒水装置电磁阀 皮带电机关 警铃 给煤机启动、停止 状态指示灯 就地箱故障显示灯 总计 点数 7 7 7 1 2 10 35 69 14 7 24 48 7 7 2 20 5 7 7 7 164 考虑到前面的设计中I/O点数可能有疏漏，并考虑到I/O端的分组情况以及隔离与接地要求，应在统计后得出的I/O总点数基础上，增加10％到15％的裕量。考虑裕量后的I/O总点数即为I/O点数估计值。选定的PLC机型的I/O能力极限值必须大于I/O点数估计值，并应尽量避免使PLC能力接近饱和，一般应留有30％的裕量。 （2） 存储器容量选择
PLC的I/O点数估算值大小，在很大程度上反映了PLC系统的功能要求，因此可以在I/O点数估算值的基础上计算对PLC存储器容量的需求。目前，大
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西南科技大学 毕业设计（论文） 多用统计经验公式进行存储器容量估算。这种方法是以PLC处理每个信息量所需存储器数的统计平均经验值为依据，乘以信息量数再考虑一定的裕量计算得到存储器需要容量。作为一般应用下的一种经验公式是：
存储器容量(KB)?(1.1~1.25) ?DI(?10?DO?5?AI/O?100)/1024其中：DI为数字量输入总点数；
DO为数字量输出总点数； AI/O为模拟量I/O通道总数。
DI点数估计值为164×1.15=189，DO点数估计值为69×1.15=80，AI通道估
1.2×(189×10+69×5+17×100)/1024=4.62KB
通过上面的计算，考虑系统通讯和冗余的要求，选用SIMATIC S7-300系列中的CPU315-2 DP是最合适的。其中最主要的原因是CPU315-2 DP是S7-300系列中唯一带现场总线(PROFIBUS) SINEC L2-DP接口的CPU模块。内置80KB RAM，随机存储器为48KB，最大数字量I/O点数为1024个，最大模拟量I/O通道数为128个。最大配置4个机架，32块模块。满足设计需要。
4.1.2数字量模块选择
计值为14×1.15=17个。所以存储器容量为:
（3） 响应速度
1.数字量输入模块的选择及外部连线
数字量输入模块SM321：数字量输入模块用于将现场过程送来的数字信号电平转换成S7-300内部信号电平。数字量输入模块有直流输入方式和交流输入方式。直流输入模块各输入点所对应的电路都相同，它们有一个公共的端子，即有一个公共汇入集点，因此直流输入方式又称为直流汇点输入方式。交直流输入模块各输入电路都相同，但它们各个输入电路可能有一个公共端子，称为汇点输入方式；也可能没有公共端子，而是彼此独立，互不影响，称为分隔式输入方式。
输入模块的选择时应注意以下几方面：a.根据现场设备与模块之间的距离来选择模块电压水平，其传输距离不宜太远；b.模块的同时接通点数不宜太多，一般来讲，同时接通点数不要超过输入点数的60%；c.为提高控制系统的可靠性，应考虑其门槛电平的大小。门槛电平越高，抗干扰能力越强，传输距离也越远。
综合考虑以上几点，本次设计中选用直流32点输入的输入模块SM321（6ES7 321-1BL00-0AA0）。操作台输入开关量有23个点，远程I/O主提升皮带输入开关
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西南科技大学 毕业设计（论文） 量有38个，其他皮带输入开关量点数都少于20个。故操作台输入模块SM321选1块，主提升皮带远程I/O选2块，其余皮带远程I/O各选1块，一共选9块输入模块SM321。
输入模块是通过输入端子与外部用户输入设备相连接的。输入模块通常有若干个输入点。每一个输入点能接受一个来自用户输入设备所发出的开关信号。输入模块与外部用户输入设备的接线分汇点式输入接线和分隔式输入接线两种基本接线形式。汇点式输入接线如下图，各输入电路有一个公共端（汇集端）COM，可以是全部输入端为一组，共用一个公共端和一个电源；也可以是将全部输入点分为几组，每组有一个公共端和独立的一个电源。汇点式输入接线即可以用于直流输入模块，也可用于交流输入模块。直流输入模块的电源一般由PLC本身的电源供给，交流输入模块的电源由用户提供。本项目输入模块的外部接线如附图所示，它采用汇点式直流输入方式。
24VAC输入模块用户接线用户电源AC输入模块 COM用户电源 （a） （b）
图4-1 汇点式输入接线（a 直流模块 b 交流模块）
2.数字量输出模块的选择和外部连线
SM322数字量输出模块的作用是将S7-300的输出信号传给外部负载（即用户输出设备），并将S7-300内部低电平信号转换成外部所需要电平的输出信号。因此每一个输出点的输出电路可等效为一个输出继电器，可直接用于驱动电磁阀、接触器、小型电机、灯和电动机启动器。按负载回路使用电源的不同，可分为直流输出模块、交流输出模块和交直流两用输出模块三种。按输出开关器件的种类不同又可分为晶体管输出方式、可控硅输出方式和继电器触点输出方式三种。晶体管输出方式的模块只能带直流负载，属于直流输出模块；可控硅
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