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1、1火焰切割机的电气设计（二）SIMATIC S7-300 是一种通用型 PLC，能适合自动化工程中的各种应用场合，尤其是在生产制造工程中的应用。模块化、无排风扇结构、易于实现分布式的配置、以及用户易于掌握等特点，使得 S7-300 在以下工业部门中实施各种控制任务时，成为一种既经济又切合实际的解决方案：l 生产制造工程l 汽车工业l 通用机械制造l 专用机械制造l 各种类型的专用机床 OEMl 塑料加工l 包装工业l 食品和饮料工业l 工艺过程工程（例如，供水、排水、建筑服务设施等）S7-300 具有以下显著特点：l 循环周期短、处理速度高l 指令集功能强大、可用于空间有限的场合2l 模块化结
2、构、适合密集安装l 有不同档次的 CPU、各种各样的功能模块和 I/O 模块可供选择l 100%免维护l 已检定合格的、可在恶劣气候条件下露天使用的模块类型S7-300 是由各种模块部件所组成，各模块能以各种不同方式组合在一起。这表明可将控制系统设计成完全符合应用的需要。除了模块之外，用户其他所需要的就是一种 DIN 标准导轨。各模块安装在导轨上，并用螺丝固定。这种结构形式既可靠又电磁兼容。背板总线集成在各模块上，通过将总线连接器插在模块机壳的背后，使背板总线联成一体。最多 8 个模板可一起装在一个机架上（中央控制器/扩展单元）。图 4.2 多机架的 S7-300PLC4.3 PLC 模块简介
3、（1）CPU 模块CPU 模块主要由微处理器（CPU 芯片）和存储器组成。在 PLC 控制系统中，CPU 模块相当于人的大脑和心脏，它不断地采集输入信号，执行用户程序，刷新系统的输出；存储器用来储存程序和数据。S7-300/400 将 CPU 模块简称为 CPU。3（2）信号模块输入（INPUT）模块和输出（Output）模块简称为 I/O 模块，开关量输入、输出模块简称为 DI 模块和 DO 模块，模拟量输入、输出模块简称为 AI 模块和 AO 模块，它们统称为信号模块。信号模块是系统的眼、耳、手、脚，是联系外部现场设备和CPU 模块的桥梁。输入模块用来接收和采集输入信号，开关量输入模块用来
4、接收从按钮、选择开关、数字拨码开关、限位开关、接近开关、光电开关、压力继电器等来的开关量输入信号；模拟量输入模块用来接收电位器、测速发电动机和各种变送器提供的连续变化的模拟量电流电压信号。开关量输出模块用来控制接触器、电磁阀、电磁铁、指示灯、数字显示装置和报警装置等输出设备，模拟量输出模块用来控制电动调节阀、变频器等执行器。CPU 模块内部的工作电压一般是 DC 5V，而 PLC 的输入/输出信号电压一般较高，例如 DC 24V 或 AC 220V。从外部引入的尖峰电压和干扰噪声可能损坏CPU 模块的元器件，或使 PLC 不能正常工作。在信号模块中，用光耦合器、光敏晶闸管、小型继电器等器件来隔
5、离 PLC 的内部电路和外部的输入、输出电路。信号模块除了传递信号外，还有电平转换与隔离的作用。（3）功能模块为了增强 PLC 的功能，扩大其应用领域，减轻 CPU 的负担，PLC 厂家开发了各种各样的功能模块。它们主要用于完成某些对实时性和存储容量要求很高的控4制任务。（4）接口模块CPU 模块所在的机架称为中央机架，如果一个机架不能容纳全部模块，可以增设一个或多个扩展机架。接口模块用来实现中央机架与扩展机架之间的通信，有的接口模块还可以为扩展机架供电。（5）通信处理器通信处理器用语 PLC 之间、PLC 与远程 I/O 之间、PLC 与计算机和其他智能设备之间的通信，可以将 PLC 接入
6、MPI、PROFIBUS-DP、AS-i 和工业以太网，或者用于实现点对点通信等。CPU 模块集成有 MPI 通信接口，有的还集成了其他通信接口。（6）电源模块PLC 一般使用 AC 220V 电源或 DC 24V 电源，电源模块用于将输入电压转换为 DC 24V 电压和背板总线上的 DC 5V 电压，供其他模块使用。（7）编程设备S7-300/400 使用安装了编程软件 STEP 7 的个人计算机作为编程设备，在计算机屏幕上直接生成和编辑各种文本程序或图形程序，可以实现不同编程语言之间的相互转换。程序被编译后下载到 PLC，也可以将 PLC 中的程序上传到计算机。程序可以存盘或打印，通过网络
7、，可以实现远程编程和传送。编程软件还具有对网络和硬件组态、参数设置、监控和故障诊断等功能。54.4 电源模块的选择PS307 电源模块（5A）具有以下显著特性：l 输出电流 5Al 输出电压 24VDC；防短路和开路保护l 连接单相交流系统（输入电压 120/230VAC，50/60HZ）l 可靠的隔离特性，符合 EN 60 950l 可用作负载电源图 4.3 PS307 电源模块（5A）的接线图表 4-1 PS307（5A）技术特性表45 数字量输入模块的选择表 4-2 数字量输入模块特性SM 321；DI 3224 VDC 数字量输入模块具有以下显著特性：l 32 个输入点，带隔离，16
8、点为一组6l 额定输入电压 24 VDCl 适用于开关和 2/3/4 线 BERO（接近开关）46 数字量输出模块的选择表 4-3 数字量输出模块特性数字量输出模块 SM322；DO 3224 VDC/0.5A（6ES7 322-1BL00-0AA0）具有以下显著特性：l 32 个输出点，带隔离，8 点为一组l 0.5A 输出电流l 24VDC 额定负载电压l 适用于电磁阀、直流接触器和指示灯47 数字量输入输出模块的选择表 4-4 数字量输入输出模块特性数字量输入/输出模块 SM 323；DI8/DO824VDC/0.5A（6ES7 323-1BH1-0AA0）具有以下显著特性：7l 8 个
9、输入点，带隔离，8 点为一组l 8 个输出点，带隔离，8 点为一组l 额定输入电压 24VDCl 额定负载电压 24VDCl 输入适用于开关和 2/3/4 线接近开关（BERO）l 适用于电磁阀、直流接触器和指示灯48 接口模块的选择表 4-5 接口模块的特性（1）接口模板 IM 360 具有以下特性l 用于 S7-300 机架 0 的接口l 通过连接电缆 368 将数据从 IM360 传送到 IM361l IM360 与 IM361 之间的最大距离为 10 米。（2）接口模板 IM361 具有以下特性l 24VDC 电源l 用作 S7-300 机架 1 到机架 3 的接口8l 通过 S7-3
10、00 背板总线的最大电流输出为 0.8Al 通过 368 连接电缆将数据从 IM360 传送到 IM361 或从 IM361 传送到 IM361l IM360 和 IM361 之间的最大长度为 10 米l IM361 和 IM361 之间的最大长度为 10 米5 低压电气元件的选择51 选择原则电器元件选择的基本原则如下：（1） 按对电器元件的功能要求确定电器元件的类型。（2） 确定电器元件承载能力的临界值及使用寿命。根据电器控制的电压、电流及功率的大小确定电器元件的规格。（3） 确定电器元件预期的工作环境及供应情况，如防油、防尘、防水、防爆及货源情况。（4） 确定电器元件在应用中所要求的可靠
11、性进行选择。（5） 确定电器元件的使用类型。52 按钮的选择按钮主要根据所需要的触点数、使用场合、颜色标注以及额定电压、额定电流9进行选择。按钮颜色及其含义。国标 GB5226-85机床电气设备通用技术条件对按钮的颜色做了如下规定。（1）“停止”和急停按钮必须是红色。当按下红色按钮时，必须使设备停止工作或断电。（2）“启动”按钮的颜色是绿色。（3）“启动”与“停止”交替动作的按钮必须是黑色、白色或灰色，不得用红色和绿色。（4）点动按钮必须是黑色。（5）复位按钮（如保护继电器的复位按钮）必须是蓝色。当复位按钮还有停止的作用时，则必须是红色。53 限位开关的选择当生产机械运动速度不是太快时，通常选
12、用一般用途的行程开关；而当生产机械行程通过的路径不宜装设直动式行程开关时，应选用凸轮轴转动式的行程开关；而在工作效率很高、对可靠性及精度要求也很高时，应选用接近开关。接近开关又称无触点接近开关，是理想的电子开关量传感器。当金属检测体接近开关的感应区域，开关就能无接触，无压力、无火花、迅速发出电气指令，准确反应出运动机构的位置和行程，即使用于一般的行程控制，其定位精度、操作频率、10使用寿命、安装调整的方便性和对恶劣环境的适用能力，是一般机械式行程开关所不能相比的。它广泛地应用于机床、冶金、化工、轻纺和印刷等行业。在自动控制系统中可作为限位、计数、定位控制和自动保护环节。接近开关具有使用寿命长、
13、工作可靠、重复定位精度高、无机械磨损、无火花、无噪音、抗振能力强等特点。行程开关分 PNP 和 NPN 两种PNP 输出行程开关一般应用在 PLC 或计算机作为控制指令较多，NPN 输出行程开关用于控制直流继电器较多，在实际应用中要根据控制电路的特性进行选择其输出形式。现选择如下：夹紧臂张开位行程开关（原位、PNP 二线制）切枪限位接近开关（终位、PNP 二线制）小车行程开关（原位、前位、PNP 二线制）54 交流接触器的选择接触器分交流与直流两种。应用最多的是交流接触器。当线圈通电后，线圈中因有电流通过而产生磁场，静铁心在电磁力的作用下，克服弹簧的反作用力，将动铁心吸合，从而使动、静触头接触
14、，主电路接通；而当线圈断电时，静铁心的电磁吸力消失，动铁心在弹簧的反作用力下复位，从而使动触头与静触头分离，切断主电路。11选择时主要考虑主触点的额定电压与额定电流、辅助电流触点的数量、吸引线圈的电压等级、使用类别、操作频率等。选择交流接触器，其主触点的额定电流应等于或大于负载或电动机的额定电流。式中接触器的额定电压；负载的额定线电压；接触器的额定电流；接触器主触点电流；电动机功率；电动机额定线电压；K经验常数，K=11.4。故选施耐德 交流接触器LC1-D0910N5C 9A 220VN5电压编号 C合资产品55 继电器的选择12继电器是一种利用各种物理量的变化，将电量或非电量信号转化为电磁
15、力（有触头式）或使输出状态发生阶跃变化（无触头式），从而通过其触头或突变量促使在同一电路或另一电路中的其它器件或装置动作的一种控制元件。根据转化的物理量的不同，可以构成各种各样的不同功能的继电器，以用于各种控制电路中进行信号传递、放大、转换、联锁等，从而控制主电路和辅助电路中的器件或设备按预定的动作程序进行工作，实现自动控制和保护的目的。 被转化或施加于继电器的电量或非电量称为检点器的激励量（输入量），当继电器被激励，从一个起始位置达到预定的工作位置，并完成电路的切换动作，称为继电器的工作特性，包括吸合、不吸合、保持与释放状态。施加于继电器的激励量或高于它的吸合值或低于它的释放值，可以是电量如
16、交流或直流电的电流、电压等，也可以是非电量如位置、时间、温度、速度、压力等。当输入量变化到高于它的吸合值或低于它的释放值时，继电器动作，对于有触头式继电器其触头闭合或断开，对于无触头式继电器其输出发生阶跃变化，以此提供一定的逻辑变量。继电器的用途很多，一般可以归纳如下：（1） 输入与输出电路之间和隔离；（2） 信号转换（从断开到接通）；（3） 增加输出电路（即切换几个负载或切换不同电源负载）；（4） 重复信号；（5） 切换不同电压或电源负载；13（6） 保留输出信号；（7） 闭锁电路；（8） 提供遥控。因此，继电器选择如下：欧姆龙 G2A-432A-N1 型欧姆龙 G2AK-232A 型56 控制变压器的选择控制变压器用来降低辅助电路的电压，以满足一些电器元件的电压要求，保证控制电路安全可靠地工作。控制变压器的选择原则如下：（1）控制变压器一、二次侧电压应与交流电源电压、控制电路和辅助电路电压相等。（2）应能保证接于变压器二次侧的交流电磁器件在启动时可靠地吸合。（3）电路正常运行时，变压器温升不应超过允许值。控制变压器容量的
