西門子可編程控制器CPU 1513-1 PN

若用戶的自動化任務需要 8 個以上的 SM、FM 或 CP 模塊插槽時，則可對 S7-300（除 CPU 312 和 CPU 312C 外）進行擴展：

• *控制器和3個擴展機架zui多可連接32個模塊：
  總共可將 3 個擴展裝置（EU）連接到*控制器（CC）。每個 CC/EU 可以連接八個模塊。

• 通過接口模板連接：
  每個 CC / EU 都有自己的接口模塊。在*控制器上它總是被插在 CPU 旁邊的插槽中，并自動處理與擴展裝置的通信。

• 通過 IM 365 擴展：
  1 個擴展裝置zui遠擴展距離為 1 米；電源電壓也通過擴展裝置提供。

• 通過 IM 360/361 擴展：
  3 個擴展裝置， CC 與 EU 之間以及 EU 與 EU 之間的zui遠距離為 10m。

• 單獨安裝：
  對于單獨的 CC/EU，也能夠以更遠的距離安裝。兩個相鄰 CC/EU 或 EU/EU 之間的距離：長達 10m。

• 靈活的安裝選項：
  CC/EU 既可以水平安裝，也可以垂直安裝。這樣可以zui大限度滿足空間要求。

• 

通信

S7-300 具有不同的通信接口：

• 連接 AS-Interface、PROFIBUS 和 PROFINET/工業(yè)以太網(wǎng)總線系統(tǒng)的通信處理器。

• 用于點到點連接的通信處理器

• 多點接口 (MPI), 集成在 CPU 中；
  是一種經(jīng)濟有效的方案，可以同時連接編程器/PC、人機界面系統(tǒng)和其它的 SIMATIC S7/C7 自動化系統(tǒng)。

PROFIBUS DP進行過程通信

SIMATIC S7-300 通過通信處理器或通過配備集成 PROFIBUS DP 接口的 CPU 連接到 PROFIBUS DP 總線系統(tǒng)。通過帶有 PROFIBUS DP 主站/從站接口的 CPU,可構(gòu)建一個高速的分布式自動化系統(tǒng)，并且使得操作大大簡化。

從用戶的角度來看，PROFIBUS DP 上的分布式I/O處理與集中式I/O處理沒有區(qū)別（相同的組態(tài)，編址及編程）。

以下設(shè)備可作為主站連接：

• SIMATIC S7-300
  （通過帶 PROFIBUS DP 接口的 CPU 或 PROFIBUS DP CP）

• SIMATIC S7-400
  （通過帶 PROFIBUS DP 接口的 CPU 或 PROFIBUS DP CP）

• SIMATIC C7 
  （通過帶 PROFIBUS DP 接口的 C7 或 PROFIBUS DP CP）

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

• SIMATIC 505

出于性能原因，每條線路上連接的主站不得超過 2 個。

以下設(shè)備可作為從站連接：

• ET 200 分布式 I/O 設(shè)備

• S7-300，通過 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

• 現(xiàn)場設(shè)備

雖然帶有 STEP 7 的編程器/PC 或 OP 是總線上的主站，但是只使用 MPI 功能，另外通過 PROFIBUS DP 也可部分提供 OP 功能。

通過 PROFINET IO 進行過程通信

SIMATIC S7-300 通過通信處理器或通過配備集成 PROFINET 接口的 CPU 連接到 PROFINET IO 總線系統(tǒng)。通過帶有 PROFIBUS 接口的 CPU,可構(gòu)建一個高速的分布式自動化系統(tǒng)，并且使得操作大大簡化。

從用戶的角度來看，PROFINET IO 上的分布式I/O處理與集中式I/O處理沒有區(qū)別（相同的組態(tài)，編址及編程）。

可將下列設(shè)備作為 IO 控制器進行連接：

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

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

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

可將下列設(shè)備作為 IO 設(shè)備進行連接：

• ET 200 分布式 I/O 設(shè)備

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

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

• 現(xiàn)場設(shè)備

通過 AS-Interface 進行過程通信

S7-300 所配備的通信處理器 (CP 342-2) 適用于通過 AS-Interface 總線連接現(xiàn)場設(shè)備（AS-Interface 從站）。

更多信息，請參見通信處理器。

西門子可編程控制器CPU 1513-1 PN

PC機控制程序
    a．通訊功能的實現(xiàn)
在Windows環(huán)境下，實現(xiàn)PC與單片機的通訊可利用Windows的通訊API函數(shù)或者利用VC＋＋（或其它語言）的標準通訊函數(shù)＿inp、＿outp來實現(xiàn)。但上述兩種方法比較繁瑣，而采用ActiveX控件MSComm32來實現(xiàn)則非常方便。該控件用事件的方式簡化了對串口操作的編程，并可設(shè)置串行通信的數(shù)據(jù)發(fā)送和接收，還可對串口狀態(tài)及串口通信的信息格式和協(xié)議進行設(shè)置。其初始化程序如下：一般情況下，PC要與多個單片機89C51系統(tǒng)進行主從式通訊，為了區(qū)分各單片機系統(tǒng)，可以使89C51采用串口工作方式3，即11位異步接收／發(fā)送方式，該方式的有效數(shù)據(jù)為9位，其中第9位為地址／數(shù)據(jù)信息的標志位，其作用是使從機據(jù)此判斷發(fā)送的數(shù)據(jù)是否為地址，從而實現(xiàn)多機操作。但現(xiàn)在由于采用的是MSCOMM控件來實現(xiàn)PC機和單片機之間的通訊，這是一種標準的10位串口通信方式，即8位標準數(shù)據(jù)位和該數(shù)據(jù)的起始位、停止位各1位。因此二者格式不相符，故很難利用上述方案。因此可考慮將單片機串口設(shè)為工作方式1，即改為10位異步接收／發(fā)送方式來解決，其通訊流程如下：

首先發(fā)通信開始標志，接著發(fā)送需要操作的單片機系統(tǒng)地址，然后發(fā)送顯示工作命令字，該命令包括2個字節(jié)，前一字節(jié)用于設(shè)定顯示方式和滾動方向，后一字節(jié)則用于設(shè)定顯示速度。再往下是傳送顯示內(nèi)容的點陣數(shù)據(jù)，zui后對數(shù)據(jù)進行校驗。該通訊規(guī)約非常簡便，能夠較好的解決上述問題，從而實現(xiàn)PC機與多單片機之間的主從式通訊及對顯示的控制。
需要注意的是，當顯示內(nèi)容需要改變時，為了避免在單片機串行中斷接收數(shù)據(jù)時，顯示屏出現(xiàn)亂碼，應使顯示屏暫不顯示（處于“黑屏"狀態(tài)），直到數(shù)據(jù)接收*，串行中斷處理結(jié)束時再顯示。
漢字字模的提取非常關(guān)鍵，本文的字模數(shù)據(jù)取自UCDOS下的字庫文件HZK16。關(guān)于這方面的介紹較多，文獻［2］給出了較為具體的在VC下提取漢字字模的方案，這里不再贅述。對于特殊字符或圖形點陣數(shù)據(jù)的提取，簡便的方法可以先做一個BMP文件，然后用一些取模軟件（如字模提取v2．1）來獲得。為了顯示方便，點陣數(shù)據(jù)的格式應為n×（16×8），不足要求的則應以0數(shù)據(jù)補充。 b．動態(tài)效果模擬顯示
為了方便調(diào)節(jié)LED的顯示效果，筆者在PC機的控制界面上設(shè)計了LED顯示屏的模擬顯示，它同實際的顯示效果*一樣。用戶可以設(shè)定顯示的模式，并調(diào)節(jié)顯示速度，然后在界面上對顯示效果進行預覽，同時還可以隨時修改和設(shè)定參數(shù)，因而十分方便簡捷。
為此，可先在界面上描繪出虛擬的LED顯示屏，由于實際的顯示屏為160×16點陣，故須在界面 上設(shè)定相同的區(qū)域。
實現(xiàn)動態(tài)顯示效果的方法和以上幾種基本類似，這里以滾動顯示為例作一說明。對于需要滾動的文字，可以將其設(shè)置為位圖格式，暫存于內(nèi)存中，然后利用VC 提供的位圖拷貝函數(shù)BitBlt將位圖復制到顯示位置。對于特殊字符或圖形，則可以直接利用BitBlt函數(shù)調(diào)用到顯示位置。然后在類CLEDDlg的 OnTimer函數(shù)中調(diào)用該函數(shù)，以實現(xiàn)文字的滾動顯示。另外，也可以通過設(shè)定不同的響應時間間隔來改變文字的滾動速度。
 
漢字顯示屏廣泛應用與汽車報站器，廣告屏等。本文介紹一種實用的漢字顯示屏的制作，考慮到電路元件的易購性，沒有使用8*8的點陣發(fā)光管模塊，而是直接使用了256個高量度發(fā)光管，組成了16行16列的發(fā)光點陣。同時為了降低制作難度， 僅作了一個字的輪流顯示，實際使用時可根據(jù)這個原理自行擴充顯示的字數(shù)。
1漢字顯示的原理：
我們以UCDOS中文宋體字庫為例，每一個字由16行16列的點陣組成顯示。即國標漢字庫中的每一個字均由256點陣來表示。我們可以把每一個點理解為一個像素，而把每一個字的字形理解為一幅圖像。事實上這個漢字屏不僅可以顯示漢字，也可以顯示在256像素 范圍內(nèi)的任何圖形。
用8位的AT89C51單片機控制， 由于單片機的總線為8位，一個字需要拆分為2個部分。
軟件打開后輸入漢字，點“檢取"，十六進制數(shù)據(jù)的漢字代碼即可自動生成，把我們所需要的豎排數(shù)據(jù)復制到我們的程序中即可。
   我們把行列總線接在單片機的i0口，然后把上面分析到的掃描代碼送入總線，就可以得到顯示的漢字了。 在這個例子里，由于一共用到16行，16列，如果將其全部接入89c51
單片機， 一共使用32條io口，這樣造成了io資源的耗盡，系統(tǒng)也再無擴充的余地。 實際應用中我們使用4-16線譯碼器74ls154來完成列方向的顯示。

  LED顯示屏是一種迅速發(fā)展起來的新型信息顯示媒體。隨著我國經(jīng)濟的不斷發(fā)展,已被廣泛應用于車站、賓館、銀行、醫(yī)院等公共場合。顯示屏電源是其重要組成部分，主要用來給顯示屏發(fā)光二極管提供必要的工作電流，保證屏體正常顯示。為簡單起見，通常采用由一小功率電源帶3到4個顯示驅(qū)動板的供電方案。這樣,一個較大面積的顯示屏需要配接許多電源模塊，例如一個2m×1.5m的屏體，就需要提供24個5V/20A的模塊電源。該設(shè)計存在以下的缺點。
   1）接線復雜每一個電源均需單獨地配置交流輸入線、直流輸出線。
   2）電源冗余度差在大多數(shù)情況下，屏體顯示內(nèi)容為文字、動畫、圖片，每個顯示驅(qū)動板消耗的電流不一樣，可能某些電源模塊過載，而另一些模塊空載。此外，若某一電源失效，會造成屏體的一部分黑屏。
   3）電源過載能力差，利用率低屏體在工作時消耗的電流隨畫面的內(nèi)容、顏色、亮度而變化，大部分時間電流較小，而大面積高亮度的畫面雖消耗電流大，但持續(xù)時間短?？紤]到LED是恒流驅(qū)動的，只要驅(qū)動板可正常工作，供電電壓可以降低一些。電源有下拖形狀的限流特性，而不是通常的較陡峭形狀的限流特性，以保證有較好的過載能力、較高的利用率。
   考慮到以上各點，提出新的供電方案如下：
   1）集中供電，采用n＋1冗余方案。
   2）電源模塊設(shè)計適當?shù)妮敵鲭娏鳎K可均流。保證屏體裝配工藝易實現(xiàn)n＋1冗余。
   3）電源模塊有下拖形狀的限流特性以保證有較好的過載能力、較高的利用率。
   4）電源模塊有扁平的外形，自然散熱，易于在屏體上安裝，并利用屏體散熱。
   5）電源模塊帶APFC，減小對電網(wǎng)的干擾，適應電網(wǎng)的波動。
2電路設(shè)計
   采用集中供電方案可避免分散供電的缺點，但要求電源的可靠性更高，否則電源一旦失效會造成整屏的黑屏，而不是部分黑屏。提高電源可靠性的zui積極的辦法為提高變換效率，減少發(fā)熱量，同時選用可靠性高的線路與器件。
2．1AC/DC電路設(shè)計
   傳統(tǒng)的AC/DC全波整流電路采用的是整流＋電容濾波電路。這種電路是一種非線性器件和儲能元件的組合，輸入交流電壓的波形是正弦的，但輸入電流的波形發(fā)生了嚴重的畸變，呈脈沖狀。由此產(chǎn)生的諧波電流對電網(wǎng)有危害作用，使電源輸入功率因素下降。在本設(shè)計中整流電路部分采用有源功率因數(shù)校正電路(APFC),避免了上述缺點。

   與典型PFC主電路不同的是此電路選用了無損吸收緩沖網(wǎng)絡。該網(wǎng)絡降低了開關(guān)管的開關(guān)損耗,提高了其穩(wěn)定性,增強了其使用壽命。它利用一組無源元件,使開關(guān)管實現(xiàn)了零電流開通和零電壓關(guān)斷，提高了電源的工作效率,且相對于其它諧振軟開關(guān)電路，降低了生產(chǎn)成本。
   下面通過分析PFC主開關(guān)Q的工作過程來說明此無損吸收緩沖網(wǎng)絡的工作原理。
   1）Q導通時，因為電感 L2中電流不能突變，且C2、C1電壓不能突變，Q中的的電流從零開始增加,緩慢上升。通過 D4的電流iD4漸減。Q實現(xiàn)零電流開通，導通的損耗較小。
   2）當電流iD4減少為零時，D4進入反向恢復狀態(tài)，通過電感 L2的電流iL2=iL1＋irD4。D4反向電流irD4的變化率受到電感 L2的控制，反向恢復損耗降低。
   3）主電感L2中電流緩慢增加，Q上的電壓 uQ下降。電容C2通過D2、C1、L2、Q放電 ,C2上的電壓uC2下降。
   4）當uC2下降為零時,C2中的能量*轉(zhuǎn)向 C1、L2。L2中的電流飽和不變，uQ下降變?yōu)榱?，Q完成零電流開通過程。
   5）Q保持開通狀態(tài),與普通PFC電路的開關(guān)管狀態(tài)相同。
   6）Q關(guān)斷時，L2中的電流 iL2通過D1流向C2，C2從零開始充電，Q實現(xiàn)零電壓關(guān)斷，關(guān)斷損耗較小。二極管 D2、D3使uC2zui終鉗位在輸出電壓VL。
   7）L2在導通時存儲的能量通過 D1、D2流向C1，L2逐漸復位。當 L2復位后，C1中的能量通過D3輸出。
   8）當C1兩端電壓變?yōu)榱銜r， D4正向?qū)?。Q完成零電壓關(guān)斷過程。
   9）Q保持關(guān)斷狀態(tài)直到開始進入新的開關(guān)循環(huán)過程。
   Q的開關(guān)波形如圖2所示;Q的實測導通時間和關(guān)斷時間如圖3所示。（電源負載22A）
   從以上分析可知此無損吸收網(wǎng)絡具有以下幾個特點。
   1）Q的zui大工作電壓等于輸出電壓 VL。
   2）PFC電路的輸出二極管D4的耐壓是 VL與電感L2的反向電壓之和。
   3）Q中的電流上升率，即Q的開通損耗決定于電感 L2兩端電壓和L2的電感量。
   4）Q兩端的電壓上升率，即Q的關(guān)斷損耗決定于流過電容 C2的電流和C2的容量。
   5）由于開關(guān)動作引起的存儲在 L2和C2中的能量zui終都輸出給了負載，保證了轉(zhuǎn)換器的工作效率。
2．2DC/DC主電路設(shè)計
   DC/DC主電路采用單端雙正激電路。單端雙正激電路相對于其它拓撲電路結(jié)構(gòu)，開關(guān)管承受電壓低，在控制電路設(shè)計中不必擔心共態(tài)導通問題，也不會因電路不對稱發(fā)生高頻變壓器單向偏磁，即不存在變壓器飽和問題，是一種可靠性較高的電路?？紤]到整機的高度不超過60mm，以及變壓器工藝、安裝、散熱的要求，DC/DC變換采用雙變壓器、雙輸出電感結(jié)構(gòu)。變壓器原邊并聯(lián)，副邊各自用一個輸出電感，如圖4所示。
   該電路的無損吸收網(wǎng)絡不同于AC/DC部分電路所采用的無損吸收網(wǎng)絡。它僅使開關(guān)管完成了零電壓關(guān)斷過程。以下以開關(guān) Q2為例（Q1與Q2變化狀態(tài)相同），簡述該網(wǎng)絡的工作原理。