趙 欣

（紅河學(xué)院生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，云南蒙自 661100）

引言

目前，電液伺服系統(tǒng)的控制器以模擬器件居多.其缺點(diǎn)有：第一，功耗高、散熱量大；第二，某些模擬器件，成本高，損壞后修理難度大；第三，系統(tǒng)的在線監(jiān)測(cè)和故障診斷性能差.針對(duì)以上諸多問(wèn)題，進(jìn)行控制器的數(shù)字化改造勢(shì)在必行.

本文根據(jù)電液伺服系統(tǒng)的控制要求，構(gòu)建了一個(gè)基于SIMATIC PLC S7-300的數(shù)字控制器，代替現(xiàn)有的模擬控制器.改造后的以PLC為核心的數(shù)字控制系統(tǒng)，具有較強(qiáng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)性能，能及時(shí)處理工作中出現(xiàn)的問(wèn)題，并減小了系統(tǒng)功耗.該設(shè)計(jì)對(duì)電液伺服系統(tǒng)控制器的數(shù)字化研究及技術(shù)升級(jí)有重要意義及實(shí)用價(jià)值.

1 CPU模塊

根據(jù)電液伺服系統(tǒng)的控制要求，得出系統(tǒng)的測(cè)控點(diǎn)如表1所示.

表1 測(cè)控點(diǎn)數(shù)量統(tǒng)計(jì)表

該電液伺服系統(tǒng)主要的輸入輸出信號(hào)如表2所示.根據(jù)表1、表2，初步選擇的CPU模塊為CPU317-2PN/DP：工作存儲(chǔ)器256KB，最大數(shù)字量I/O點(diǎn)數(shù)16384，最大模擬量I/O點(diǎn)數(shù)1024，功耗3.5W.

存儲(chǔ)器容量的估算，通?？墒褂萌缦陆?jīng)驗(yàn)公式[1]計(jì)算.存儲(chǔ)容量

其中，DI為數(shù)字量輸入點(diǎn)，D0為數(shù)字量輸出點(diǎn)，AI/0為模擬量I/O輸入輸出總點(diǎn)數(shù).將表1中的數(shù)值代入公式（1），得PLC所需的存儲(chǔ)容量為：1.25×(58×10+38×5+106×100)/1024=13.879＜256(KB)

可見(jiàn)，CPU317-2PN/DP能夠滿足控制系統(tǒng)的要求，且保留了一定的余量.

表2 主要輸入輸出信號(hào)

2 輸入輸出模塊

選擇輸入輸出模塊之前，應(yīng)確定哪些信號(hào)需要輸入給PLC，哪些負(fù)載由PLC驅(qū)動(dòng)，這些信號(hào)是開(kāi)關(guān)量還是模擬量信號(hào)，以及電壓的等級(jí).輸入輸出點(diǎn)數(shù)一般應(yīng)留有一定的余量，以備今后系統(tǒng)改進(jìn)或擴(kuò)充時(shí)使用.

2.1 數(shù)字量輸入模塊

數(shù)字量輸入模塊把數(shù)字量信號(hào)轉(zhuǎn)換成S7-300的內(nèi)部信號(hào)電平.根據(jù)表2，本系統(tǒng)選擇SIMENS SM321(DI DC 16×DV24V)數(shù)字量輸入模塊，從背板總線輸出的最大電流為25mA.

2.2 數(shù)字量輸出模塊

數(shù)字量輸出模塊把S7-300的內(nèi)部信號(hào)轉(zhuǎn)換成現(xiàn)場(chǎng)的信號(hào)電平，可直接驅(qū)動(dòng)電磁閥等設(shè)備.考慮具體的控制要求，本系統(tǒng)選擇8點(diǎn)輸出的SM322(DO DC8×AC120/230V) 數(shù)字量輸出模塊，最大輸出電流1A.

2.3 模擬量模塊

該系統(tǒng)中選用的模擬量模塊為SM334系列的模塊，稱為模擬量I/O模塊，它既有模擬量輸入通道，又有模擬量輸出通道.選用的型號(hào)為SM334(AI4/AO2×12位)，它的模塊最大輸出電流0.2A.

3 電源模塊

一個(gè)實(shí)際的S7-300 PLC系統(tǒng)，確定好以上各模塊后，要選擇合適的電源模塊.所選定的電源模塊的輸出功率必須大于CPU模塊、所有I/O模塊等總消耗功率之和.并且留有30%左右的余量.該控制系統(tǒng)的電流、功率計(jì)算如下：

各模塊從S7-300背板總線吸取的電流:

25×1+1000 ×1+200×1=1225(mA)

各模塊從24V負(fù)載電源吸取的電流:

1000+1×0 +2000×1+400×1=3400(mA)

各模塊的功率損耗:

8+1×3 .5+1×4.9+10×1=18.4(W)

從以上的計(jì)算可知，信號(hào)模塊從S7-300背板總線吸取的電流是1225mA，未超過(guò)CPU317-2PN/DP提供的1.8A；各模塊從24V負(fù)載電源吸取的電流大約3340mA，未超過(guò)電源模塊PS307 5A，且留有一定余量.所以該S7-300PLC結(jié)構(gòu)選擇PS307 5A電源模塊可以滿足要求.

4 接口模塊

使用PLC快速接口模塊與電纜，可以方便的將PLC的I/O進(jìn)行接線.快速接口模塊的特點(diǎn)是：在短時(shí)間內(nèi)即可完成布線，預(yù)布線的電纜兩端插頭已經(jīng)在工廠按規(guī)定線序制作完成；減少布線錯(cuò)誤，連接線纜經(jīng)過(guò)預(yù)先測(cè)試，可保證100%的正確連接[2].此處選擇比較經(jīng)濟(jì)的IM365(6E7S 390-1AJ00-0AA0)接口模塊對(duì).

確定好以上各模塊后還需要選擇合適的PROFIBUS通信線和導(dǎo)軌.該系統(tǒng)中選擇的PROFIBUS通信線型號(hào)為RS-485兩根，標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)軌兩條.

確定好了這些硬件后，將各硬件安裝于導(dǎo)軌上，并用接線端子將I/O點(diǎn)一對(duì)一的連接，得到以S7-300為核心的控制器板.控制器的硬件安裝結(jié)構(gòu)如圖1所示.

圖1 控制器的硬件結(jié)構(gòu)

5 結(jié)束語(yǔ)

改造后的液壓伺服系統(tǒng)控制器包括硬件和軟件部分，硬件部分采用基于SIMATIC PLC S7-300的數(shù)字系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)邏輯運(yùn)算、數(shù)據(jù)采集、控制、顯示和數(shù)據(jù)處理；軟件部分的核心是STEP 7梯形圖程序.本文根據(jù)系統(tǒng)的控制要求，主要介紹了計(jì)算和選擇數(shù)字控制器硬件的方法，最終確定出一套符合控制要求的硬件系統(tǒng).這種計(jì)算和選擇方法對(duì)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)中PLC各元件的選擇有一定的指導(dǎo)意義和參考價(jià)值.

[1]王曙光.S7300/400入門(mén)與開(kāi)發(fā)實(shí)例.北京:人民郵電出版社,2009.

[2]龔仲華.S7-200/300/400 PLC應(yīng)用技術(shù)[M].北京:人民郵電出版社,2007.

[3]郭國(guó)選,孫迎遠(yuǎn).PLC在電液伺服系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].許昌學(xué)院學(xué)報(bào),2009,5.

[4]李慧中.基于PLC的電液伺服穩(wěn)定平臺(tái)的控制研究[D].浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文,2006.