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西门子型号及参数
6ES7331-7KF02-0AB0
SIMATIC S7-300，模拟输入 SM 331，电位隔离， 8 模拟输入，分辨率 9/12/14 位， U/I/热电偶/电阻， 报警，诊断，1个 20针 拔/插利用 激活的背板总线

6AG1331-7KF02-2AB0
SIPLUS S7-300 SM 331 20 极 -25...+70°C 带防腐蚀涂层 与...相一致 EN 50155 T1 类别 1 Kl A/B 基于 6ES7331-7KF02-0AB0 。 模拟输入电位隔离 8 模拟输入，分辨率 9/12/14 位， U/I/热电偶/电阻， 报警，诊断，1个 20针 拔/插利用 激活的背板总线
6ES7331-7KF02-4AB1
SIMATIC S7-300 输入输出模块捆绑包 组成部分： 模拟输入 S7-300 SM 331 （6ES7331-7KF02-0AB0）， 1个前面板连接器 （6ES7392-1AJ00-0AA0） 带螺丝触点，20针

6ES7331-7KF02-4AB2
SIMATIC S7-300 输入输出模块捆绑包 组成部分： 模拟输入 S7-300 SM 331 （6ES7331-7KF02-0AB0）， 1个前面板连接器 （6ES7392-1BJ00-0AA0） 带弹簧触点，20针

 西门子6XV1830-0EH10紫色通讯电缆

【标题】

【标题】

西门子是一家大型国际公司，其业务遍及全球190多个国家，在全世界拥有大约600家工厂、研发中心和销售办事处。公司的业务主要集中于6大领域：信息和通讯、自动化和控制、电力、交通、医疗系统和照明。西门子的全球业务运营分别由13个业务集团负责，其中包括西门子财务服务有限公司和西门子房地资产管理集团。此外，西门子还拥有两家合资企业——博世－西门子家用电器集团和富士通西门子计算机（控股）公司。
  【通用随机图片】
西门子在电气工程和电子领域拥有完善的业务组合。西门子的业务活动受到各种地区和行业因素的影响。除了国际性业务（如发电、输配电、医疗系统和交通技术集团，这些业务一般拥有较长的业务周期）之外，其他领域的业务（如通信集团和欧司朗的消费品业务和自动化与驱动集团的资本品业务）易受短期商情趋势和当时经济状况的影响。良好的业务组合帮助西门子从容应对2005财年艰难商业环境带来的严峻挑战。此外，我们的业务领域还能充分体现未来发展的大趋势。目前，西门子正在研发新的解决方案，以迎接未来来自卫生、能源、水处理、通信、交通、安防、物流和自动化领域的挑战。【通用随机图片】
  
作为一家全球性公司，西门子充分发挥其多种业务组合的协力优势，以公司总体战略为指针，架构明确，职责分明，积极为当地创造价值。公司的传统优势在于其创新能力、客户为本、全球性业务以及财务实力。
  
西门子的业务活动主要集中在全球电气市场，该市场2005年的市场总量达26,900亿欧元。随着目前世界经济的降温，预计2006年全球电气、电子市场的增幅将略有下降。但以其近7.5%的增速，该市场仍将保持其长期增长势头。

SIEMENS 西门子专卖 图册

对于一家电气工程和电子领域的公司而言，创新是其首要工作。2005年，为了保持技术的领先，公司在研发领域投资52亿欧元。2004财年，西门子的研发人员共实现了约8,800项发明，比上一年度增长了7%，其中三分之二申请了专利。在专利领域，西门子在德国高居榜首，在欧洲名列第二，在美国则跻身十强行列。在西门子近47,000名研发人员中，大多数从事软件项目的开发，这使得西门子成为世界上最大的软件研发机构之一。西门子还致力于不断增加其服务、解决方案和系统的种类，以进一步完善其产品组合。
  【通用随机图片】
西门子透明、负责的管理和监控体系是公司实现持续性增长的保证，同时也是西门子及其业务政策赢得和保持信誉的必不可少的条件。西门子一直非常重视尊重和保护股东的权利，总是及时、毫无隐瞒地向他们提供公司的信息，以确保公司管理委员会和监事会之间的密切合作，并且西门子还始终坚持遵守国际和各国的法规法则。作为一个优秀的企业公民，还致力于帮助提高业务所在国的人民的生活水平，支持年轻一代的教育和培训，缓和社会问题和弘扬当地的艺术文化。
  
西门子拥有900,000多名股东，是世界上最大的上市公司之一。公司超过55%的股本募集于德国境外。从2001年3月开始，西门子股票在纽约证券交易所（NYSE）挂牌交易。

 【标题】

西门子在中国/德国西门子公司 编辑

西门子中国总裁兼首席执行官郝睿强图册

西门子是世界上最大的电气和电子公司之一，也是中国最知名、最受爱戴和尊敬的企业公民之一。这并不奇怪，因为西门子与中国的合作历史可以追溯到1872年。公司的中国业务正迅速发展成为西门子全球业务的基石。西门子的全部业务集团都已进入中国，并活跃在中国的自动化与控制、电力、交通、医疗、信息与通讯、照明以及家用电器等各个行业中。， 

【标题】

西门子S7-300系列规格性能参数介绍：

能力改变命运，我们这能高效提高你的技术应用能力。

S7－300主要支持的硬件有：

（1）电源（PS）

电源模块提供了机架和CPU内部的供电电源，置于1号机架的位置。

（2）中央处理器（CPU）

CPU存储并处理用户程序，为模块分配参数，通过嵌入的MPI总线处理编程设备和PC、模块、其它站点之间的通讯，并可以为进行DP主站或从站操作装配一个集成的DP接口。置于2号机架。

（3）接口模块（IM）

接口模块将各个机架连接在一起。不同型号的接口模块可支持机架扩展或PROFIBUS DP连接。置于3号机架，没有接口模块时，机架位置为空。

（4）信号模块（SM）

通常称为I/O（输入/输出）模块。测量输入信号并控制输出设备。信号模块可用于数字信号和模拟信号，还可用于进行连接，如传感器和启动器的连接。

（5）功能模块（FM）

用于进行复杂的、重要的但独立于CPU的过程，如：计算、位置控制和闭环控制。

（6）通讯处理器（CP）

模块化的通讯处理器通过连接各个SIMATIC站点，如：工业以太网，PROFIBUS或串行的点对点连接等。

后三个模块在机架上可以任意放置，系统可以自动分配模块的地址。

需要说明的是，每个机架最多只能安装8个信号模块、功能模块或通讯模块。如果系统任务超过了8个，则可以扩展机架（每个带CPU的中央机架可以扩展3个机架）。

各个模块的性能具体如下：

（1）电源模块（PS）

电源模块用于将SIMATIC S7-300 连接到120/230V AC电源。

（2）接口模块

接口模块用于多机架配置时连接主机架(CR)和扩展机架 (ER)。S7-300通过分布式的主机架(CR)和3个扩展机架(ER)，可以操作多达32个模块。运行时无需风扇。

（3）CPU模块

各种CPU 有各种不同的性能，例如，有的CPU 上集成有输入/输出点，有的CPU上集成有PROFI- BUS-DP通讯接口等。

以上只是列出了部分指标，设计时还要参看相应的手册。

（4）信号模块

信号模块用于数字量和模拟量输入/输出，又分DI/DO（数字量输入/输出）和AI/AO（模拟量输入/输出）模块。

①数字量输入模块：

②数字量输出模块：

③数字输入/输出模块：

④继电器输出模块：

⑤模拟量输入模块

⑥模拟量输出模块：

⑦模拟量输入/输出模块：

（5）功能模块

西门子S7－300功能模块模块适用于各种场合，功能块的所有参数都在STEP7中分配，操作方便，而且不必编程。包括：计数器模块（FM350），定位模块（FM351），凸轮控制模块（FM352），闭环控制模块（FM355）等许多用于特定场合的模块。

（6）通讯模块（CP）

S7－300通讯模块是用于连接网络和点对点通讯用的专用模块，比如：用于S7－300和SIMATIC C7通过PROFIBUS通讯的模块CP343－5，用于S7－300和工业以网通讯的模块CP343－1及CP343－1 IT等。

二、S7－300CPU前面板说明

S7－300CPU前面板如上图所示。需要说明的是，S7－300系列有20种不同的CPU，每种CPU的前面板是不同的，但也是大同小异。现以CPU318－2为例，分别说明如下：

1、负载电源模块

负载电源模块用于将AC 220V电源转化为DC 24V，供CPU和I/O模块及其它模块使用。

2、后备电池

后备电池的作用是在PLC断电时，用来保证CPU实时时钟的正常运行，并可以保存用户的程序和数据（在RAM中）。有的低端的CPU因为没有实时时钟，没有后备电池。

3、DC 24V接线端子

CPU输出一个DC 24V，L＋和M分别是DC 24V的正极和负极。可用作CPU开关信号输入或外部元器件的电源。

4、模式选择开关

模式选择开关用来选择CPU的运行方式。有的该开关是一种钥匙开关，改变运行方式需要插入钥匙，用来防止未经授权的人改变CPU的运行方式。

模式选择开关各位置的含义如下：

（1）RUN－P（运行－编程）位置：CPU不仅执行程序，还可以在线读出和修改程序及改变运行方式；

（2）RUN（运行）位置：CPU执行程序，可以读出程序，但不能修改程序；

（3）STOP（停机）位置：CPU不执行程序，可以读出和修改程序；

（4）MERS（清除存储器）位置：可以复位存储器，使CPU回到初始状态。此位置不能保持，当松开后，又会回到STOP的位置。

5、状态和故障指示灯

（1）SF（系统故障指示，红色）：CPU硬件故障或软件出错时常亮；

（2）BATF（电池故障，红色）：电池电压低或无电池时常亮；

（3）DC 5V（＋5V电源指示，绿色）：CPU和S7－300总线＋5V电源正常时常亮；

（4）FRCE（强制指示，黄色）：至少有一个I/O被强制时常亮；

（5）RUN（运行指示，绿色）：CPU处于RUN运行方式时常亮，重启动时以2Hz的频率闪亮，HOLD状态时以0.5Hz的频率闪亮；

（6）STOP（停机指示，黄色）：CPU处于STOP、HOLD状态时常亮；请求存储器复位时以0.5Hz的频率闪烁；正在复位时以2Hz的频率闪烁；

（7）BUSF（总线故障指示，红色）：Profibud－DP接口硬件或软件故障时常亮。

6、存储器卡

存储器卡用于在断电时保存用户程序和一些数据，可以扩展CPU的存储容量。

7、MPI接口

MPI接口用于CPU与其它PLC、PG/PC（编程器/个人计算机）、OP（操作员接口）通过MPI网络的通信。

8、前连接器

前连接器用于将传感器和执行元件连接到信号模块，前面有盖板（9）保护。

三、SIMATIC S7-300具有多种不同的通讯接口：

多种通讯处理器用来连接AS-i接口、PROFIBUS 和工业以太网总线系统。

通讯处理器用来连接点到点的通讯系统。

多点接口(MPI) 集成在CPU中，用于同时连接编程器、PC机、人机界面系统及其他SIMATIC S7/M7/C7等自动化控制系统。

----用户可以方便的使用Step7软件进行通讯组态。

----CPU 支持下列通讯类型：

过程通讯

通过总线(AS-i或PROFIBUS)对I/O模块周期寻址(过程映象交换) 。

数据通讯

在自动控制系统之间或人机界面(HMI)和几个自动控制系统之间，数据通讯会周期地进行或被用户程序或功能块调用。

通过PROFIBUS的过程通讯

S7-300通过通讯处理器，或通过集成在CPU上的 PROFIBUS-DP接口连接到PROFIBUS-DP网络上。

----带有PROFIBUS-DP主站/从站接口的CPU可以使用户能够方便高效地进行组态。

----而且，用户通过PROFIBUS-DP分布式I/O就像处理集中的I/O一样，具有相同的组态、地址和编程。

----下列设备可以作为通讯的主站：

SIMATIC S7-300

(通过带PROFIBUS-DP 接口CPU或通过 PROFIBUS-DP)

SIMATIC S7-300 中型可编程控制器

主要运用技术：
1. 西门子S7-300系列PLC系统。
2. 西门子OP操作屏。
3. SEW变频器。
4. 岛电控制仪。
4. 燃气加热系统。
 

西门子S7-300 PLC在KDF2纤维滤棒成型机组中的应用

KDF2纤维滤棒成型机组是烟厂生产卷烟滤棒的设备。经过十几年的应用，原有机组逐渐显示出技术上的局限性：机械结构复杂；电控系统相对落后；生产环境比较差，噪音响；维修难度高，能源利用率低等。因此，原有机组越来越不适应现代生产要求。
为此，笔者参照国际上先进的高速滤棒成型设备的设计原理，结合国内市场的需求和机组的特点，运用伺服传动系统的优良特性及PLC在工业控制中的优势，设计了此套控制系统。
1 系统概述
纤维滤棒成型机组控制和传动系统采用了Lenze公司的伺服系统、Digital公司的触摸式控制屏和西门子公司的PLC，分别通过MPI和DP通讯控制。

   纤维滤棒成型机通过二次开松、增塑剂添加、卷制成形、刀盘切断和排列装盘的过程生产滤棒。    
2 控制策略   
(1) 对增塑剂添加的控制策略
起初延用原系统的欠阻尼响应曲线的控制方式。但是，在实际调试过程中，发现该控制方式存在一定的缺陷，具体表现为：每天第一次上电开机时，增塑剂存储器中增塑剂积累时间过长，造成一段时间内滤棒增塑剂含量过低。根据售后服务部门的反馈，某些烟厂为保证滤棒质量往往会剔除第一盒滤棒。这样会有较大的浪费。   
产生这种情况是因为烟厂每天工作结束时或者CPU重启时机组都会停机，并排空存储器中的增塑剂。由于欠阻尼响应到达设定值时间过长，造成开始阶段滤棒增塑剂含量过低。日常生产班次中，每次停机不排空增塑剂，而是在存储器中保有一定储存量。   
根据自动控制原理，车速斜坡响应可以分为过阻尼响应、临界阻尼响应和欠阻尼响应。理论上说，临界阻尼响应是最理想的控制方式，这种响应方式既实现了控制的快速性又实现了控制的稳定性；过阻尼响应是为了稳定性牺牲快速性；欠阻尼响应则是为了快速性牺牲稳定性。然而，临界阻尼由于条件过于苛刻，在实际控制中是无法实现的。   
根据剩余的两种响应曲线的特性，笔者认为CPU启动时最好使用欠阻尼响应曲线，其理由是：CPU启动状态下，对增塑剂积累时间的要求优先于增塑剂含量的稳定性；而其他状态下使用过阻尼响应曲线，此时对含量的稳定要求优先于积累的快速性。  
因此，利用S7-300启动时的组织块OB100在CPU启动中只执行一次的特性，对增塑剂伺服电机的控制方式依据机组不同的启动状态采取了不同响应曲线下的控制方法。具体来说，在CPU启动时（此时增塑剂存储量必定为零），通过启动组织块OB100中送出高速运转命令至增塑剂伺服电机，使控制曲线成为欠阻尼响应状态以实现对存储器中增塑剂的快速积累。而在非CPU启动状态，控制增塑剂伺服电机的FC功能块将送出普通速度命令，使控制曲线成为比较接近临界阻尼的过阻尼响应状态。  
新的设计完全避免了CPU重启时带来的增塑剂积累过慢的问题、减少了废品数量，因此这样的设计不会影响正常生产状况时增塑剂含量的稳定性。   
(2) 对滤棒剔除支数的计算策略
在纤维滤棒成型机的生产中，为保证滤棒质量，每当速度低于一定的设定值时，机组就会剔除此时的滤棒。此时机组的速度是不断变化的，按通常方式无法计算出具体的剔除支数。这对统计生产效率带来了相当的困难。   
笔者可以得到动态的车速反馈，但这条反馈曲线是不断波动和变化的非线性曲线。对于非线性曲线，数学上只能够采用面积积分求解的计算方法。对于此项目就是要求给出一定时间内主电机的圆周行程，即机组一段时间内所生产的滤棒长度。  
从这一角度出发，笔者考虑采用了对车速进行模拟积分的计算方法，即从积分的基本定义出发，求出剔除时间内的滤棒生产长度L=Σ(Δv*Δt)，再除以单个滤棒长度得剔除支数的计算方法。   
按照积分的定义要求，积分求解是在一定条件下才能够成立。这个条件就是Δt要足够的小即Δt→0。在实际过程中，近似认为Δt=20ms时可以满足条件。此时，计算得出的滤棒支数与实际滤棒支数的误差在±3支以内。在精度上，以最高生产速度3300支/分钟计（此时滤棒长度为120mm），±3支的精度是完全可以满足精度要求。所以笔者认为只要将Δt控制在20ms时就可以满足积分求解的条件。   
原系统的PLC扫描一周的时间高达几十毫秒，显然不满足要求。而此项目采用的S7-315-2DP，其单指令扫描周期为10μs级、整个扫描周期被缩短为7~8ms，这样就满足了积分计算的要求。   
(3) 对拼接纸圈的控制策略
改造之前，纤维滤棒成型机执行的是降低运行速度再进行纸圈拼接。这种降速接纸方式对实际生产是不利的：每次降速都会造成车速的大幅度变化，影响了滤棒的质量。为消除这种影响，笔者采用了不降速拼接的方法。   
不降速拼接和降速拼接并没有本质的区别：两者采用的接纸动作一样，两者只是在机械结构和电气控制元件上有区别。接纸速度的提高势必使纸圈的静摩擦力同等上升。如果转速斜坡率过高会产生很大的静摩擦力，该力会撕裂纸圈。如果转速斜坡率过低，拼接时的纸圈浪费将增加。   
为避免烦琐，该项目放弃变频器对接纸电机转速的分段控制。为求出静摩擦力和纸圈长度两者之间的最优控制，笔者对接纸电机上升时间采取最优筛选法。通过最优筛选法得到的电机上升时间大约为3.4s。考虑到生产情况及电磁阀等器件的时滞效应，将这一时间进一步放宽为3.5s。   
3 程序设计   
程序设计采用了结构化设计，将所需实现的各主要功能编制成为S7-300中的用户功能块（FC块），在主程序循环模块（组织块OB1）中调用这些已经编制好的子程序。   
程序设计分成硬件设计和软件设计两方面。在硬件方面针对系统要求进行设计，在软件方面则按需要编制了速度计算模块、报警和故障模块、伺服电机执行模块、增塑剂执行模块、生产统计计算模块等FC块和预设、保持系统及生产数据的数据块DB块。   
(1) 硬件设计与组态
本系统在S7-300的硬件方面采用了1块PS307 5A电源模块，1块CPU-315-2DP，4块24V/0V SM321数字量输入模块，3块24V/0.5A SM322数字量输出模块，1块FM352-2高速计数模块，2块SM331模拟量输入模块，1块SM332模拟量输出模块以及用于DP总线通讯的IM153-1通讯模块1块。   
S7-300外围设备为5个伺服电机的DP通讯端。   
对上述硬件按要求进行组态，分别占据Profibus-DP通讯端的2、3~7和9号站，具体硬件组态如图3所示。   
(2) 软件设计
由于编制的用户功能模块很多，限于篇幅，在这里不能一一作出介绍。以下介绍几个比较重要的用户功能模块。   
① 数据块组（Group of Data-Blocks）
数据块组由一系列数据块组成。这些数据块除了一部分是S7-300程序中FB（功能块的一种）所要求的之外，其他的数据块都是用户自定义的。这是因为生产中机组的一些系统和生产数据必须被预设或保存。由于S7-300内部保持型M区的保存数量相对不足，例如：CPU315-2DP中整个可使用的M区的容量仅1024Bytes。同时，程序运行中所大量使用中间参数也需要不可重复的地址空间，所以将大部分的数据（特别是在触摸屏上显示的参数）编制成保持型DB块。    
② 速度计算模块(FC for Speed)
虽然机组的最高生产能力为400m/min，但是在许多烟厂并不需要一直运行在高速度下。该项目提供可从触摸屏上选择5档不同的车速系统，本模块就是将无序设定的参数按由大到小的方式降序排列，并在触摸屏上以这种次序显示出来。在程序内部，本模块会进行数据转换并将转换后的数据提供给伺服电机执行模块          ③ 伺服电机执行模块(FC for Servo-Motor)
在得到速度计算模块和一些其他模块（如开松辊参数模块等）的数据后，伺服电机执行模块会向对应的伺服控制块发出指令和接收伺服电机状态参数。指令包括伺服控制字、车速命令、快停命令、上升时间和下降时间等，状态参数包括电机当前运行速度等。这些指令和参数通过过程通道和参数通道两种方式控制“一主三从”共计4个伺服电机。   
④ 增塑剂执行模块(FC for Glyceride-Motor)
控制增塑剂的伺服电机是相对独立于其他伺服电机，控制结构类似于主电机。增塑剂执行模块通过内部计算得到增塑剂伺服电机的运行速度。同时，由于存在增塑剂软件补偿的问题，所以高速和低速运行的参数为不同的两组参数，程序按设置发送。这是这个模块区别于伺服电机执行模块的地方。  
⑤ 生产统计计算模块(FC for Statistics)
由于要在生产中向工作人员提供实时的生产状况，所以编制了这个功能块，这样就可以通过多次反复调用FC205来得到各班次的生产状况。这样节约了编程的时间和工作量，也同时减少了程序编写出错的隐患。  
4 结语   
该控制系统全面提高了纤维滤棒成型机组的总体性能，控制功能得到完善和提升。将旧的交流变频控制系统升级为由S7-300控制下交流伺服系统，使KDF2型纤维滤棒成型机具有新的竞争力。   
考虑到今后烟厂信息集成化和网络化数据采集的需要，这里使用的S7-300已经预留了数据采集端口，在程序中也进行了相应的处理。这无疑又增强了机组的生命力。

西门子S7-300系列型号参考：