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西門子型號及參數
6ES7331-7KF02-0AB0
SIMATIC S7-300，模擬輸入 SM 331，電位隔離， 8 模擬輸入，分辨率 9/12/14 位， U/I/熱電偶/電阻， 報警，診斷，1個 20針 拔/插利用 激活的背板總線

6AG1331-7KF02-2AB0
SIPLUS S7-300 SM 331 20 極 -25...+70°C 帶防腐蝕涂層 與...相一致 EN 50155 T1 類別 1 Kl A/B 基于 6ES7331-7KF02-0AB0 。 模擬輸入電位隔離 8 模擬輸入，分辨率 9/12/14 位， U/I/熱電偶/電阻， 報警，診斷，1個 20針 拔/插利用 激活的背板總線
6ES7331-7KF02-4AB1
SIMATIC S7-300 輸入輸出模塊捆綁包 組成部分： 模擬輸入 S7-300 SM 331 （6ES7331-7KF02-0AB0）， 1個前面板連接器 （6ES7392-1AJ00-0AA0） 帶螺絲觸點，20針

6ES7331-7KF02-4AB2
SIMATIC S7-300 輸入輸出模塊捆綁包 組成部分： 模擬輸入 S7-300 SM 331 （6ES7331-7KF02-0AB0）， 1個前面板連接器 （6ES7392-1BJ00-0AA0） 帶彈簧觸點，20針

 西門子6XV1830-0EH10紫色通訊電纜

【標題】

【標題】

西門子是一家大型國際公司，其業務遍及全球190多個國家，在全世界擁有大約600家工廠、研發中心和銷售辦事處。公司的業務主要集中于6大領域：信息和通訊、自動化和控制、電力、交通、醫療系統和照明。西門子的全球業務運營分別由13個業務集團負責，其中包括西門子財務服務有限公司和西門子房地資產管理集團。此外，西門子還擁有兩家合資企業——博世－西門子家用電器集團和富士通西門子計算機（控股）公司。
  【通用隨機圖片】
西門子在電氣工程和電子領域擁有完善的業務組合。西門子的業務活動受到各種地區和行業因素的影響。除了國際性業務（如發電、輸配電、醫療系統和交通技術集團，這些業務一般擁有較長的業務周期）之外，其他領域的業務（如通信集團和歐司朗的消費品業務和自動化與驅動集團的資本品業務）易受短期商情趨勢和當時經濟狀況的影響。良好的業務組合幫助西門子從容應對2005財年艱難商業環境帶來的嚴峻挑戰。此外，我們的業務領域還能充分體現未來發展的大趨勢。目前，西門子正在研發新的解決方案，以迎接未來來自衛生、能源、水處理、通信、交通、安防、物流和自動化領域的挑戰。【通用隨機圖片】
  
作為一家全球性公司，西門子充分發揮其多種業務組合的協力優勢，以公司總體戰略為指針，架構明確，職責分明，積極為當地創造價值。公司的傳統優勢在于其創新能力、客戶為本、全球性業務以及財務實力。
  
西門子的業務活動主要集中在全球電氣市場，該市場2005年的市場總量達26,900億歐元。隨著目前世界經濟的降溫，預計2006年全球電氣、電子市場的增幅將略有下降。但以其近7.5%的增速，該市場仍將保持其長期增長勢頭。

SIEMENS 西門子專賣 圖冊

對于一家電氣工程和電子領域的公司而言，創新是其首要工作。2005年，為了保持技術的領先，公司在研發領域投資52億歐元。2004財年，西門子的研發人員共實現了約8,800項發明，比上一年度增長了7%，其中三分之二申請了專利。在專利領域，西門子在德國高居榜首，在歐洲名列第二，在美國則躋身十強行列。在西門子近47,000名研發人員中，大多數從事軟件項目的開發，這使得西門子成為世界上最大的軟件研發機構之一。西門子還致力于不斷增加其服務、解決方案和系統的種類，以進一步完善其產品組合。
  【通用隨機圖片】
西門子透明、負責的管理和監控體系是公司實現持續性增長的保證，同時也是西門子及其業務政策贏得和保持信譽的必不可少的條件。西門子一直非常重視尊重和保護股東的權利，總是及時、毫無隱瞞地向他們提供公司的信息，以確保公司管理委員會和監事會之間的密切合作，并且西門子還始終堅持遵守國際和各國的法規法則。作為一個優秀的企業公民，還致力于幫助提高業務所在國的人民的生活水平，支持年輕一代的教育和培訓，緩和社會問題和弘揚當地的藝術文化。
  
西門子擁有900,000多名股東，是世界上最大的上市公司之一。公司超過55%的股本募集于德國境外。從2001年3月開始，西門子股票在紐約證券交易所（NYSE）掛牌交易。

 【標題】

西門子在中國/德國西門子公司 編輯

西門子中國總裁兼首席執行官郝睿強圖冊

西門子是世界上最大的電氣和電子公司之一，也是中國最知名、最受愛戴和尊敬的企業公民之一。這并不奇怪，因為西門子與中國的合作歷史可以追溯到1872年。公司的中國業務正迅速發展成為西門子全球業務的基石。西門子的全部業務集團都已進入中國，并活躍在中國的自動化與控制、電力、交通、醫療、信息與通訊、照明以及家用電器等各個行業中。， 

【標題】

西門子S7-300系列規格性能參數介紹：

能力改變命運，我們這能高效提高你的技術應用能力。

S7－300主要支持的硬件有：

（1）電源（PS）

電源模塊提供了機架和CPU內部的供電電源，置于1號機架的位置。

（2）中央處理器（CPU）

CPU存儲并處理用戶程序，為模塊分配參數，通過嵌入的MPI總線處理編程設備和PC、模塊、其它站點之間的通訊，并可以為進行DP主站或從站操作裝配一個集成的DP接口。置于2號機架。

（3）接口模塊（IM）

接口模塊將各個機架連接在一起。不同型號的接口模塊可支持機架擴展或PROFIBUS DP連接。置于3號機架，沒有接口模塊時，機架位置為空。

（4）信號模塊（SM）

通常稱為I/O（輸入/輸出）模塊。測量輸入信號并控制輸出設備。信號模塊可用于數字信號和模擬信號，還可用于進行連接，如傳感器和啟動器的連接。

（5）功能模塊（FM）

用于進行復雜的、重要的但獨立于CPU的過程，如：計算、位置控制和閉環控制。

（6）通訊處理器（CP）

模塊化的通訊處理器通過連接各個SIMATIC站點，如：工業以太網，PROFIBUS或串行的點對點連接等。

后三個模塊在機架上可以任意放置，系統可以自動分配模塊的地址。

需要說明的是，每個機架最多只能安裝8個信號模塊、功能模塊或通訊模塊。如果系統任務超過了8個，則可以擴展機架（每個帶CPU的中央機架可以擴展3個機架）。

各個模塊的性能具體如下：

（1）電源模塊（PS）

電源模塊用于將SIMATIC S7-300 連接到120/230V AC電源。

（2）接口模塊

接口模塊用于多機架配置時連接主機架(CR)和擴展機架 (ER)。S7-300通過分布式的主機架(CR)和3個擴展機架(ER)，可以操作多達32個模塊。運行時無需風扇。

（3）CPU模塊

各種CPU 有各種不同的性能，例如，有的CPU 上集成有輸入/輸出點，有的CPU上集成有PROFI- BUS-DP通訊接口等。

以上只是列出了部分指標，設計時還要參看相應的手冊。

（4）信號模塊

信號模塊用于數字量和模擬量輸入/輸出，又分DI/DO（數字量輸入/輸出）和AI/AO（模擬量輸入/輸出）模塊。

①數字量輸入模塊：

②數字量輸出模塊：

③數字輸入/輸出模塊：

④繼電器輸出模塊：

⑤模擬量輸入模塊

⑥模擬量輸出模塊：

⑦模擬量輸入/輸出模塊：

（5）功能模塊

西門子S7－300功能模塊模塊適用于各種場合，功能塊的所有參數都在STEP7中分配，操作方便，而且不必編程。包括：計數器模塊（FM350），定位模塊（FM351），凸輪控制模塊（FM352），閉環控制模塊（FM355）等許多用于特定場合的模塊。

（6）通訊模塊（CP）

S7－300通訊模塊是用于連接網絡和點對點通訊用的專用模塊，比如：用于S7－300和SIMATIC C7通過PROFIBUS通訊的模塊CP343－5，用于S7－300和工業以網通訊的模塊CP343－1及CP343－1 IT等。

二、S7－300CPU前面板說明

S7－300CPU前面板如上圖所示。需要說明的是，S7－300系列有20種不同的CPU，每種CPU的前面板是不同的，但也是大同小異。現以CPU318－2為例，分別說明如下：

1、負載電源模塊

負載電源模塊用于將AC 220V電源轉化為DC 24V，供CPU和I/O模塊及其它模塊使用。

2、后備電池

后備電池的作用是在PLC斷電時，用來保證CPU實時時鐘的正常運行，并可以保存用戶的程序和數據（在RAM中）。有的低端的CPU因為沒有實時時鐘，沒有后備電池。

3、DC 24V接線端子

CPU輸出一個DC 24V，L＋和M分別是DC 24V的正極和負極。可用作CPU開關信號輸入或外部元器件的電源。

4、模式選擇開關

模式選擇開關用來選擇CPU的運行方式。有的該開關是一種鑰匙開關，改變運行方式需要插入鑰匙，用來防止未經授權的人改變CPU的運行方式。

模式選擇開關各位置的含義如下：

（1）RUN－P（運行－編程）位置：CPU不僅執行程序，還可以在線讀出和修改程序及改變運行方式；

（2）RUN（運行）位置：CPU執行程序，可以讀出程序，但不能修改程序；

（3）STOP（停機）位置：CPU不執行程序，可以讀出和修改程序；

（4）MERS（清除存儲器）位置：可以復位存儲器，使CPU回到初始狀態。此位置不能保持，當松開后，又會回到STOP的位置。

5、狀態和故障指示燈

（1）SF（系統故障指示，紅色）：CPU硬件故障或軟件出錯時常亮；

（2）BATF（電池故障，紅色）：電池電壓低或無電池時常亮；

（3）DC 5V（＋5V電源指示，綠色）：CPU和S7－300總線＋5V電源正常時常亮；

（4）FRCE（強制指示，黃色）：至少有一個I/O被強制時常亮；

（5）RUN（運行指示，綠色）：CPU處于RUN運行方式時常亮，重啟動時以2Hz的頻率閃亮，HOLD狀態時以0.5Hz的頻率閃亮；

（6）STOP（停機指示，黃色）：CPU處于STOP、HOLD狀態時常亮；請求存儲器復位時以0.5Hz的頻率閃爍；正在復位時以2Hz的頻率閃爍；

（7）BUSF（總線故障指示，紅色）：Profibud－DP接口硬件或軟件故障時常亮。

6、存儲器卡

存儲器卡用于在斷電時保存用戶程序和一些數據，可以擴展CPU的存儲容量。

7、MPI接口

MPI接口用于CPU與其它PLC、PG/PC（編程器/個人計算機）、OP（操作員接口）通過MPI網絡的通信。

8、前連接器

前連接器用于將傳感器和執行元件連接到信號模塊，前面有蓋板（9）保護。

三、SIMATIC S7-300具有多種不同的通訊接口：

多種通訊處理器用來連接AS-i接口、PROFIBUS 和工業以太網總線系統。

通訊處理器用來連接點到點的通訊系統。

多點接口(MPI) 集成在CPU中，用于同時連接編程器、PC機、人機界面系統及其他SIMATIC S7/M7/C7等自動化控制系統。

----用戶可以方便的使用Step7軟件進行通訊組態。

----CPU 支持下列通訊類型：

過程通訊

通過總線(AS-i或PROFIBUS)對I/O模塊周期尋址(過程映象交換) 。

數據通訊

在自動控制系統之間或人機界面(HMI)和幾個自動控制系統之間，數據通訊會周期地進行或被用戶程序或功能塊調用。

通過PROFIBUS的過程通訊

S7-300通過通訊處理器，或通過集成在CPU上的 PROFIBUS-DP接口連接到PROFIBUS-DP網絡上。

----帶有PROFIBUS-DP主站/從站接口的CPU可以使用戶能夠方便高效地進行組態。

----而且，用戶通過PROFIBUS-DP分布式I/O就像處理集中的I/O一樣，具有相同的組態、地址和編程。

----下列設備可以作為通訊的主站：

SIMATIC S7-300

(通過帶PROFIBUS-DP 接口CPU或通過 PROFIBUS-DP)

SIMATIC S7-300 中型可編程控制器

主要運用技術：
1. 西門子S7-300系列PLC系統。
2. 西門子OP操作屏。
3. SEW變頻器。
4. 島電控制儀。
4. 燃氣加熱系統。
 

西門子S7-300 PLC在KDF2纖維濾棒成型機組中的應用

KDF2纖維濾棒成型機組是煙廠生產卷煙濾棒的設備。經過十幾年的應用，原有機組逐漸顯示出技術上的局限性：機械結構復雜；電控系統相對落后；生產環境比較差，噪音響；維修難度高，能源利用率低等。因此，原有機組越來越不適應現代生產要求。
為此，筆者參照國際上先進的高速濾棒成型設備的設計原理，結合國內市場的需求和機組的特點，運用伺服傳動系統的優良特性及PLC在工業控制中的優勢，設計了此套控制系統。
1 系統概述
纖維濾棒成型機組控制和傳動系統采用了Lenze公司的伺服系統、Digital公司的觸摸式控制屏和西門子公司的PLC，分別通過MPI和DP通訊控制。

   纖維濾棒成型機通過二次開松、增塑劑添加、卷制成形、刀盤切斷和排列裝盤的過程生產濾棒。    
2 控制策略   
(1) 對增塑劑添加的控制策略
起初延用原系統的欠阻尼響應曲線的控制方式。但是，在實際調試過程中，發現該控制方式存在一定的缺陷，具體表現為：每天第一次上電開機時，增塑劑存儲器中增塑劑積累時間過長，造成一段時間內濾棒增塑劑含量過低。根據售后服務部門的反饋，某些煙廠為保證濾棒質量往往會剔除第一盒濾棒。這樣會有較大的浪費。   
產生這種情況是因為煙廠每天工作結束時或者CPU重啟時機組都會停機，并排空存儲器中的增塑劑。由于欠阻尼響應到達設定值時間過長，造成開始階段濾棒增塑劑含量過低。日常生產班次中，每次停機不排空增塑劑，而是在存儲器中保有一定儲存量。   
根據自動控制原理，車速斜坡響應可以分為過阻尼響應、臨界阻尼響應和欠阻尼響應。理論上說，臨界阻尼響應是最理想的控制方式，這種響應方式既實現了控制的快速性又實現了控制的穩定性；過阻尼響應是為了穩定性犧牲快速性；欠阻尼響應則是為了快速性犧牲穩定性。然而，臨界阻尼由于條件過于苛刻，在實際控制中是無法實現的。   
根據剩余的兩種響應曲線的特性，筆者認為CPU啟動時最好使用欠阻尼響應曲線，其理由是：CPU啟動狀態下，對增塑劑積累時間的要求優先于增塑劑含量的穩定性；而其他狀態下使用過阻尼響應曲線，此時對含量的穩定要求優先于積累的快速性。  
因此，利用S7-300啟動時的組織塊OB100在CPU啟動中只執行一次的特性，對增塑劑伺服電機的控制方式依據機組不同的啟動狀態采取了不同響應曲線下的控制方法。具體來說，在CPU啟動時（此時增塑劑存儲量必定為零），通過啟動組織塊OB100中送出高速運轉命令至增塑劑伺服電機，使控制曲線成為欠阻尼響應狀態以實現對存儲器中增塑劑的快速積累。而在非CPU啟動狀態，控制增塑劑伺服電機的FC功能塊將送出普通速度命令，使控制曲線成為比較接近臨界阻尼的過阻尼響應狀態。  
新的設計完全避免了CPU重啟時帶來的增塑劑積累過慢的問題、減少了廢品數量，因此這樣的設計不會影響正常生產狀況時增塑劑含量的穩定性。   
(2) 對濾棒剔除支數的計算策略
在纖維濾棒成型機的生產中，為保證濾棒質量，每當速度低于一定的設定值時，機組就會剔除此時的濾棒。此時機組的速度是不斷變化的，按通常方式無法計算出具體的剔除支數。這對統計生產效率帶來了相當的困難。   
筆者可以得到動態的車速反饋，但這條反饋曲線是不斷波動和變化的非線性曲線。對于非線性曲線，數學上只能夠采用面積積分求解的計算方法。對于此項目就是要求給出一定時間內主電機的圓周行程，即機組一段時間內所生產的濾棒長度。  
從這一角度出發，筆者考慮采用了對車速進行模擬積分的計算方法，即從積分的基本定義出發，求出剔除時間內的濾棒生產長度L=Σ(Δv*Δt)，再除以單個濾棒長度得剔除支數的計算方法。   
按照積分的定義要求，積分求解是在一定條件下才能夠成立。這個條件就是Δt要足夠的小即Δt→0。在實際過程中，近似認為Δt=20ms時可以滿足條件。此時，計算得出的濾棒支數與實際濾棒支數的誤差在±3支以內。在精度上，以最高生產速度3300支/分鐘計（此時濾棒長度為120mm），±3支的精度是完全可以滿足精度要求。所以筆者認為只要將Δt控制在20ms時就可以滿足積分求解的條件。   
原系統的PLC掃描一周的時間高達幾十毫秒，顯然不滿足要求。而此項目采用的S7-315-2DP，其單指令掃描周期為10μs級、整個掃描周期被縮短為7~8ms，這樣就滿足了積分計算的要求。   
(3) 對拼接紙圈的控制策略
改造之前，纖維濾棒成型機執行的是降低運行速度再進行紙圈拼接。這種降速接紙方式對實際生產是不利的：每次降速都會造成車速的大幅度變化，影響了濾棒的質量。為消除這種影響，筆者采用了不降速拼接的方法。   
不降速拼接和降速拼接并沒有本質的區別：兩者采用的接紙動作一樣，兩者只是在機械結構和電氣控制元件上有區別。接紙速度的提高勢必使紙圈的靜摩擦力同等上升。如果轉速斜坡率過高會產生很大的靜摩擦力，該力會撕裂紙圈。如果轉速斜坡率過低，拼接時的紙圈浪費將增加。   
為避免煩瑣，該項目放棄變頻器對接紙電機轉速的分段控制。為求出靜摩擦力和紙圈長度兩者之間的最優控制，筆者對接紙電機上升時間采取最優篩選法。通過最優篩選法得到的電機上升時間大約為3.4s。考慮到生產情況及電磁閥等器件的時滯效應，將這一時間進一步放寬為3.5s。   
3 程序設計   
程序設計采用了結構化設計，將所需實現的各主要功能編制成為S7-300中的用戶功能塊（FC塊），在主程序循環模塊（組織塊OB1）中調用這些已經編制好的子程序。   
程序設計分成硬件設計和軟件設計兩方面。在硬件方面針對系統要求進行設計，在軟件方面則按需要編制了速度計算模塊、報警和故障模塊、伺服電機執行模塊、增塑劑執行模塊、生產統計計算模塊等FC塊和預設、保持系統及生產數據的數據塊DB塊。   
(1) 硬件設計與組態
本系統在S7-300的硬件方面采用了1塊PS307 5A電源模塊，1塊CPU-315-2DP，4塊24V/0V SM321數字量輸入模塊，3塊24V/0.5A SM322數字量輸出模塊，1塊FM352-2高速計數模塊，2塊SM331模擬量輸入模塊，1塊SM332模擬量輸出模塊以及用于DP總線通訊的IM153-1通訊模塊1塊。   
S7-300外圍設備為5個伺服電機的DP通訊端。   
對上述硬件按要求進行組態，分別占據Profibus-DP通訊端的2、3~7和9號站，具體硬件組態如圖3所示。   
(2) 軟件設計
由于編制的用戶功能模塊很多，限于篇幅，在這里不能一一作出介紹。以下介紹幾個比較重要的用戶功能模塊。   
① 數據塊組（Group of Data-Blocks）
數據塊組由一系列數據塊組成。這些數據塊除了一部分是S7-300程序中FB（功能塊的一種）所要求的之外，其他的數據塊都是用戶自定義的。這是因為生產中機組的一些系統和生產數據必須被預設或保存。由于S7-300內部保持型M區的保存數量相對不足，例如：CPU315-2DP中整個可使用的M區的容量僅1024Bytes。同時，程序運行中所大量使用中間參數也需要不可重復的地址空間，所以將大部分的數據（特別是在觸摸屏上顯示的參數）編制成保持型DB塊。    
② 速度計算模塊(FC for Speed)
雖然機組的最高生產能力為400m/min，但是在許多煙廠并不需要一直運行在高速度下。該項目提供可從觸摸屏上選擇5檔不同的車速系統，本模塊就是將無序設定的參數按由大到小的方式降序排列，并在觸摸屏上以這種次序顯示出來。在程序內部，本模塊會進行數據轉換并將轉換后的數據提供給伺服電機執行模塊          ③ 伺服電機執行模塊(FC for Servo-Motor)
在得到速度計算模塊和一些其他模塊（如開松輥參數模塊等）的數據后，伺服電機執行模塊會向對應的伺服控制塊發出指令和接收伺服電機狀態參數。指令包括伺服控制字、車速命令、快停命令、上升時間和下降時間等，狀態參數包括電機當前運行速度等。這些指令和參數通過過程通道和參數通道兩種方式控制“一主三從”共計4個伺服電機。   
④ 增塑劑執行模塊(FC for Glyceride-Motor)
控制增塑劑的伺服電機是相對獨立于其他伺服電機，控制結構類似于主電機。增塑劑執行模塊通過內部計算得到增塑劑伺服電機的運行速度。同時，由于存在增塑劑軟件補償的問題，所以高速和低速運行的參數為不同的兩組參數，程序按設置發送。這是這個模塊區別于伺服電機執行模塊的地方。  
⑤ 生產統計計算模塊(FC for Statistics)
由于要在生產中向工作人員提供實時的生產狀況，所以編制了這個功能塊，這樣就可以通過多次反復調用FC205來得到各班次的生產狀況。這樣節約了編程的時間和工作量，也同時減少了程序編寫出錯的隱患。  
4 結語   
該控制系統全面提高了纖維濾棒成型機組的總體性能，控制功能得到完善和提升。將舊的交流變頻控制系統升級為由S7-300控制下交流伺服系統，使KDF2型纖維濾棒成型機具有新的競爭力。   
考慮到今后煙廠信息集成化和網絡化數據采集的需要，這里使用的S7-300已經預留了數據采集端口，在程序中也進行了相應的處理。這無疑又增強了機組的生命力。

西門子S7-300系列型號參考：