西门子可编程控制器CPU 1513-1 PN

西门子可编程控制器CPU 1513-1 PN

若用户的自动化任务需要 8 个以上的 SM、FM 或 CP 模块插槽时，则可对 S7-300（除 CPU 312 和 CPU 312C 外）进行扩展：

• *控制器和3个扩展机架zui多可连接32个模块：
  总共可将 3 个扩展装置（EU）连接到*控制器（CC）。每个 CC/EU 可以连接八个模块。

• 通过接口模板连接：
  每个 CC / EU 都有自己的接口模块。在*控制器上它总是被插在 CPU 旁边的插槽中，并自动处理与扩展装置的通信。

• 通过 IM 365 扩展：
  1 个扩展装置zui远扩展距离为 1 米；电源电压也通过扩展装置提供。

• 通过 IM 360/361 扩展：
  3 个扩展装置， CC 与 EU 之间以及 EU 与 EU 之间的zui远距离为 10m。

• 单独安装：
  对于单独的 CC/EU，也能够以更远的距离安装。两个相邻 CC/EU 或 EU/EU 之间的距离：长达 10m。

• 灵活的安装选项：
  CC/EU 既可以水平安装，也可以垂直安装。这样可以zui大限度满足空间要求。

• 

通信

S7-300 具有不同的通信接口：

• 连接 AS-Interface、PROFIBUS 和 PROFINET/工业以太网总线系统的通信处理器。

• 用于点到点连接的通信处理器

• 多点接口 (MPI), 集成在 CPU 中；
  是一种经济有效的方案，可以同时连接编程器/PC、人机界面系统和其它的 SIMATIC S7/C7 自动化系统。

PROFIBUS DP进行过程通信

SIMATIC S7-300 通过通信处理器或通过配备集成 PROFIBUS DP 接口的 CPU 连接到 PROFIBUS DP 总线系统。通过带有 PROFIBUS DP 主站/从站接口的 CPU,可构建一个高速的分布式自动化系统，并且使得操作大大简化。

从用户的角度来看，PROFIBUS DP 上的分布式I/O处理与集中式I/O处理没有区别（相同的组态，编址及编程）。

以下设备可作为主站连接：

• SIMATIC S7-300
  （通过带 PROFIBUS DP 接口的 CPU 或 PROFIBUS DP CP）

• SIMATIC S7-400
  （通过带 PROFIBUS DP 接口的 CPU 或 PROFIBUS DP CP）

• SIMATIC C7
  （通过带 PROFIBUS DP 接口的 C7 或 PROFIBUS DP CP）

• SIMATIC S5-115U/H、S5-135U 和 S5-155U/H，带IM 308

• SIMATIC 505

出于性能原因，每条线路上连接的主站不得超过 2 个。

以下设备可作为从站连接：

• ET 200 分布式 I/O 设备

• S7-300，通过 CP 342-5

• CPU 313C-2 DP, CPU 314C-2 DP, CPU 314C-2 PN/DP, CPU 315-2 DP, CPU 315-2 PN/DP, CPU 317-2 DP, CPU 317-2 PN/DP and CPU 319-3 PN/DP

• C7-633/P DP, C7-633 DP, C7-634/P DP, C7-634 DP, C7-626 DP, C7-635, C7-636

• 现场设备

虽然带有 STEP 7 的编程器/PC 或 OP 是总线上的主站，但是只使用 MPI 功能，另外通过 PROFIBUS DP 也可部分提供 OP 功能。

通过 PROFINET IO 进行过程通信

SIMATIC S7-300 通过通信处理器或通过配备集成 PROFINET 接口的 CPU 连接到 PROFINET IO 总线系统。通过带有 PROFIBUS 接口的 CPU,可构建一个高速的分布式自动化系统，并且使得操作大大简化。

从用户的角度来看，PROFINET IO 上的分布式I/O处理与集中式I/O处理没有区别（相同的组态，编址及编程）。

可将下列设备作为 IO 控制器进行连接：

• SIMATIC S7-300
  （使用配备 PROFINET 接口或 PROFINET CP 的 CPU）

• SIMATIC ET 200
  （使用配备 PROFINET 接口的 CPU）

• SIMATIC S7-400
  （使用配备 PROFINET 接口或 PROFINET CP 的 CPU）

可将下列设备作为 IO 设备进行连接：

• ET 200 分布式 I/O 设备

• ET 200S IM151-8 PN/DP CPU, ET 200pro IM154-8 PN/DP CPU

• SIMATIC S7-300
  （使用配备 PROFINET 接口或 PROFINET CP 的 CPU）

• 现场设备

通过 AS-Interface 进行过程通信

S7-300 所配备的通信处理器 (CP 342-2) 适用于通过 AS-Interface 总线连接现场设备（AS-Interface 从站）。

更多信息，请参见通信处理器。

西门子可编程控制器CPU 1513-1 PN

PC机控制程序
a．通讯功能的实现
在Windows环境下，实现PC与单片机的通讯可利用Windows的通讯API函数或者利用VC＋＋（或其它语言）的标准通讯函数＿inp、＿outp来实现。但上述两种方法比较繁琐，而采用ActiveX控件MSComm32来实现则非常方便。该控件用事件的方式简化了对串口操作的编程，并可设置串行通信的数据发送和接收，还可对串口状态及串口通信的信息格式和协议进行设置。其初始化程序如下：一般情况下，PC要与多个单片机89C51系统进行主从式通讯，为了区分各单片机系统，可以使89C51采用串口工作方式3，即11位异步接收／发送方式，该方式的有效数据为9位，其中第9位为地址／数据信息的标志位，其作用是使从机据此判断发送的数据是否为地址，从而实现多机操作。但现在由于采用的是MSCOMM控件来实现PC机和单片机之间的通讯，这是一种标准的10位串口通信方式，即8位标准数据位和该数据的起始位、停止位各1位。因此二者格式不相符，故很难利用上述方案。因此可考虑将单片机串口设为工作方式1，即改为10位异步接收／发送方式来解决，其通讯流程如下：

首先发通信开始标志，接着发送需要操作的单片机系统地址，然后发送显示工作命令字，该命令包括2个字节，前一字节用于设定显示方式和滚动方向，后一字节则用于设定显示速度。再往下是传送显示内容的点阵数据，zui后对数据进行校验。该通讯规约非常简便，能够较好的解决上述问题，从而实现PC机与多单片机之间的主从式通讯及对显示的控制。
需要注意的是，当显示内容需要改变时，为了避免在单片机串行中断接收数据时，显示屏出现乱码，应使显示屏暂不显示（处于“黑屏"状态），直到数据接收*，串行中断处理结束时再显示。
汉字字模的提取非常关键，本文的字模数据取自UCDOS下的字库文件HZK16。关于这方面的介绍较多，文献［2］给出了较为具体的在VC下提取汉字字模的方案，这里不再赘述。对于特殊字符或图形点阵数据的提取，简便的方法可以先做一个BMP文件，然后用一些取模软件（如字模提取v2．1）来获得。为了显示方便，点阵数据的格式应为n×（16×8），不足要求的则应以0数据补充。 b．动态效果模拟显示
为了方便调节LED的显示效果，笔者在PC机的控制界面上设计了LED显示屏的模拟显示，它同实际的显示效果*一样。用户可以设定显示的模式，并调节显示速度，然后在界面上对显示效果进行预览，同时还可以随时修改和设定参数，因而十分方便简捷。
为此，可先在界面上描绘出虚拟的LED显示屏，由于实际的显示屏为160×16点阵，故须在界面 上设定相同的区域。
实现动态显示效果的方法和以上几种基本类似，这里以滚动显示为例作一说明。对于需要滚动的文字，可以将其设置为位图格式，暂存于内存中，然后利用VC 提供的位图拷贝函数BitBlt将位图复制到显示位置。对于特殊字符或图形，则可以直接利用BitBlt函数调用到显示位置。然后在类CLEDDlg的 OnTimer函数中调用该函数，以实现文字的滚动显示。另外，也可以通过设定不同的响应时间间隔来改变文字的滚动速度。

汉字显示屏广泛应用与汽车报站器，广告屏等。本文介绍一种实用的汉字显示屏的制作，考虑到电路元件的易购性，没有使用8*8的点阵发光管模块，而是直接使用了256个高量度发光管，组成了16行16列的发光点阵。同时为了降低制作难度， 仅作了一个字的轮流显示，实际使用时可根据这个原理自行扩充显示的字数。
1汉字显示的原理：
我们以UCDOS中文宋体字库为例，每一个字由16行16列的点阵组成显示。即国标汉字库中的每一个字均由256点阵来表示。我们可以把每一个点理解为一个像素，而把每一个字的字形理解为一幅图像。事实上这个汉字屏不仅可以显示汉字，也可以显示在256像素 范围内的任何图形。
用8位的AT89C51单片机控制， 由于单片机的总线为8位，一个字需要拆分为2个部分。
软件打开后输入汉字，点“检取"，十六进制数据的汉字代码即可自动生成，把我们所需要的竖排数据复制到我们的程序中即可。
我们把行列总线接在单片机的i0口，然后把上面分析到的扫描代码送入总线，就可以得到显示的汉字了。 在这个例子里，由于一共用到16行，16列，如果将其全部接入89c51
单片机， 一共使用32条io口，这样造成了io资源的耗尽，系统也再无扩充的余地。 实际应用中我们使用4-16线译码器74ls154来完成列方向的显示。

LED显示屏是一种迅速发展起来的新型信息显示媒体。随着我国经济的不断发展,已被广泛应用于车站、宾馆、银行、医院等公共场合。显示屏电源是其重要组成部分，主要用来给显示屏发光二极管提供必要的工作电流，保证屏体正常显示。为简单起见，通常采用由一小功率电源带3到4个显示驱动板的供电方案。这样,一个较大面积的显示屏需要配接许多电源模块，例如一个2m×1.5m的屏体，就需要提供24个5V/20A的模块电源。该设计存在以下的缺点。
1）接线复杂每一个电源均需单独地配置交流输入线、直流输出线。
2）电源冗余度差在大多数情况下，屏体显示内容为文字、动画、图片，每个显示驱动板消耗的电流不一样，可能某些电源模块过载，而另一些模块空载。此外，若某一电源失效，会造成屏体的一部分黑屏。
3）电源过载能力差，利用率低屏体在工作时消耗的电流随画面的内容、颜色、亮度而变化，大部分时间电流较小，而大面积高亮度的画面虽消耗电流大，但持续时间短。考虑到LED是恒流驱动的，只要驱动板可正常工作，供电电压可以降低一些。电源有下拖形状的限流特性，而不是通常的较陡峭形状的限流特性，以保证有较好的过载能力、较高的利用率。
考虑到以上各点，提出新的供电方案如下：
1）集中供电，采用n＋1冗余方案。
2）电源模块设计适当的输出电流，模块可均流。保证屏体装配工艺易实现n＋1冗余。
3）电源模块有下拖形状的限流特性以保证有较好的过载能力、较高的利用率。
4）电源模块有扁平的外形，自然散热，易于在屏体上安装，并利用屏体散热。
5）电源模块带APFC，减小对电网的干扰，适应电网的波动。
2电路设计
采用集中供电方案可避免分散供电的缺点，但要求电源的可靠性更高，否则电源一旦失效会造成整屏的黑屏，而不是部分黑屏。提高电源可靠性的zui积极的办法为提高变换效率，减少发热量，同时选用可靠性高的线路与器件。
2．1AC/DC电路设计
传统的AC/DC全波整流电路采用的是整流＋电容滤波电路。这种电路是一种非线性器件和储能元件的组合，输入交流电压的波形是正弦的，但输入电流的波形发生了严重的畸变，呈脉冲状。由此产生的谐波电流对电网有危害作用，使电源输入功率因素下降。在本设计中整流电路部分采用有源功率因数校正电路(APFC),避免了上述缺点。

与典型PFC主电路不同的是此电路选用了无损吸收缓冲网络。该网络降低了开关管的开关损耗,提高了其稳定性,增强了其使用寿命。它利用一组无源元件,使开关管实现了零电流开通和零电压关断，提高了电源的工作效率,且相对于其它谐振软开关电路，降低了生产成本。
下面通过分析PFC主开关Q的工作过程来说明此无损吸收缓冲网络的工作原理。
1）Q导通时，因为电感 L2中电流不能突变，且C2、C1电压不能突变，Q中的的电流从零开始增加,缓慢上升。通过 D4的电流iD4渐减。Q实现零电流开通，导通的损耗较小。
2）当电流iD4减少为零时，D4进入反向恢复状态，通过电感 L2的电流iL2=iL1＋irD4。D4反向电流irD4的变化率受到电感 L2的控制，反向恢复损耗降低。
3）主电感L2中电流缓慢增加，Q上的电压 uQ下降。电容C2通过D2、C1、L2、Q放电 ,C2上的电压uC2下降。
4）当uC2下降为零时,C2中的能量*转向 C1、L2。L2中的电流饱和不变，uQ下降变为零，Q完成零电流开通过程。
5）Q保持开通状态,与普通PFC电路的开关管状态相同。
6）Q关断时，L2中的电流 iL2通过D1流向C2，C2从零开始充电，Q实现零电压关断，关断损耗较小。二极管 D2、D3使uC2zui终钳位在输出电压VL。
7）L2在导通时存储的能量通过 D1、D2流向C1，L2逐渐复位。当 L2复位后，C1中的能量通过D3输出。
8）当C1两端电压变为零时， D4正向导通。Q完成零电压关断过程。
9）Q保持关断状态直到开始进入新的开关循环过程。
Q的开关波形如图2所示;Q的实测导通时间和关断时间如图3所示。（电源负载22A）
从以上分析可知此无损吸收网络具有以下几个特点。
1）Q的zui大工作电压等于输出电压 VL。
2）PFC电路的输出二极管D4的耐压是 VL与电感L2的反向电压之和。
3）Q中的电流上升率，即Q的开通损耗决定于电感 L2两端电压和L2的电感量。
4）Q两端的电压上升率，即Q的关断损耗决定于流过电容 C2的电流和C2的容量。
5）由于开关动作引起的存储在 L2和C2中的能量zui终都输出给了负载，保证了转换器的工作效率。
2．2DC/DC主电路设计
DC/DC主电路采用单端双正激电路。单端双正激电路相对于其它拓扑电路结构，开关管承受电压低，在控制电路设计中不必担心共态导通问题，也不会因电路不对称发生高频变压器单向偏磁，即不存在变压器饱和问题，是一种可靠性较高的电路。考虑到整机的高度不超过60mm，以及变压器工艺、安装、散热的要求，DC/DC变换采用双变压器、双输出电感结构。变压器原边并联，副边各自用一个输出电感，如图4所示。
该电路的无损吸收网络不同于AC/DC部分电路所采用的无损吸收网络。它仅使开关管完成了零电压关断过程。以下以开关 Q2为例（Q1与Q2变化状态相同），简述该网络的工作原理。