基于WinCC自动洗车监控系统设计.docx

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基于WinCC自动洗车监控系统设计

吉林化工学院毕业设计说明书

基于WinCC自动洗车监控系统设计

DesignofAutomaticVehicleCleaningSimulationSystemBasedonWinCC矚慫润厲钐瘗睞枥庑赖。

学生学号：

xxxxxxxx

学生姓名：

xxxxxxxx

专业班级：

xxxxxxxx

指导教师：

xxxxxxxx

职称：

xxxxxxxx

起止日期：

2013.03.04～2013.06.23

吉林化工学院

JilinInstituteofChemicalTechnology

摘要

随着中国汽车市场的快速发展，汽车保有量的不断增加，汽车后市场也在快速的发展之中。

汽车工业发展迅速，随着汽车保有量的增加，汽车维修保养行业也迅速发展，许多企业都在角逐国内汽车维修保养市场。

目前，国内洗车机设备性能不够稳定，故障率高，外观设计存在抄袭，粗糙等弊端。

聞創沟燴鐺險爱氇谴净。

本文以西门子WinCC为背景，对自动洗车的工艺特点、工艺参数、控制难点进行综合分析，确定了自动洗车的控制方案，并对自动洗车控制系统进行了系统模拟联调和运行，完成了自动洗车控制系统中流程图绘制、数据库建立、动态链接、画面切换、故障和报警系统设计等等，实现了洗车过程中手自动切换，完成预洗、泡沫冲洗、清水冲洗和风干等环节。

残骛楼諍锩瀨濟溆塹籟。

关键词：

洗车机；控制方案；自动控制

Abstract

WiththerapiddevelopmentofChina’sautomarket,carownershipisincreasinggradually,whichleadstofastdevelopingoftheautomobileafter-salesmarket.Underthecircumstancesofrapiddevelopmentofautomobileindustry,aswellastheincreaseoftheautopossession,carmaintenanceindustryhaswonfastprogressaswell,whichleadstofiercecompetitionamongenterprisestomeetthecompetitivechallengesofcarmaintenancemarketindomestic.Atpresent,therearemanyshortcomingswithregardtodomesticcarwasherequipmentperformance,suchasnotstableenough,highfailurerate,plagiarizedexteriordesignandroughperformance,etc..酽锕极額閉镇桧猪訣锥。

AgainstthebackgroundofSiemensWinCC,thepapergivecomprehensiveanalysisaboutthetechnologicalcharacteristics,technicalparametersandcontroldifficultiesofautomaticcarwashingprocess.Then,wecandeterminetheautomaticcontrolschemeandconductsystemsimulation,jointdebuggingandoperationabouttheautomaticcar-washingcontrolsystem.WehaveCompletethetaskofflowchartdrawing,databaseestablishment,dynamiclink,screenswitchingandthedesignoffaultandalarmsystemoftheautomaticcar-washingcontrolsystem.Furthermore,wehaveachievedthegoalofautomatichandswitchingduringthecar-washingprocess,aswellaspre-washing,foamflushing,rinseandairdrying,etc..彈贸摄尔霁毙攬砖卤庑。

KeyWords：

CarWasher；ControlScheme；AutomaticControl謀荞抟箧飆鐸怼类蒋薔。

第1章绪论

随着中国汽车市场的快速发展，汽车保有量的不断增加，汽车后市场也在快速的发展之中。

作为汽车服务板块中一个不可或缺的部分，洗车正面临着巨大的市场机遇和严峻的市场挑战。

众所周知，大多数汽车清洗站点只是简单而粗糙的人工擦洗或采用高压水枪冲洗，没有站房和自动清洗打蜡设备，没有污水处理设备和污泥处置措施。

洗车污水不能循环使用，有些甚至随意排放，既浪费了大量的水资源，又造成环境污染，严重地影响了城市的市容卫生。

所以近期国家相关管理部门都在陆续加紧治理非法洗车业者，使洗车业市场出现了一个较大的空白点，同时政府也鼓励加油站、大型停车场和有一定规模的汽车服务公司使用电脑全自动洗车设备从事洗车。

所以基于市场发展，节水和环境保护以及洗车业投资和成本控制的角度出发，开发一种既满足汽车清洗速度快、效率高的要求又能节水环保且设备投资较低的洗车机，对促进我国汽车清洗美容、汽车保养等产业的发展，将具有重要的现实意义[1]。

鳃躋峽祷紉诵帮废掃減。

1.1全球洗车行业发展现状

欧洲作为汽车产业的发源地，毋庸置疑的成为洗车行业的先驱者。

但是“洗车”作为看似简单的行业也是逐步发展起来的。

在汽车工业发展的过程中，洗车行业成为必不可少的服务领域。

但是在初期的洗车只是简单的使用清水或河水进行清洗车辆，在工业进步以及人们对清洁干净程度的要求开始使用了碱性清洁剂。

清洁剂由此开始应用于洗车行业，当然也带动了“清洁液”行业的快速发展。

随着车辆表面油漆质量不断提高，对于清洁液的要求也在提高，同时影响了全球洗车行业的发展与进步。

作为汽车没有成为大众消费品之前，“洗车”这件事往往在汽车拥有者的家中就可以完成。

稟虛嬪赈维哜妝扩踴粜。

随着车辆迅速的增加，洗车行业需求就越发明显，在此期间手持式高压清洗机诞生了。

几乎所有的洗车店都有这样的清洗机来对客人的爱车进行清洗，一直到上世纪70年代中叶，汽车保有量在欧洲成倍的增长。

与此同时，汽车拥有者对洗车速度以及质量有了更高的要求，在此期间诞生了“自动洗车机”，自动洗车机的应用大大提高了洗车行业的发展，同时也刺激了相应的汽车美容、汽车服务等行业的发展。

陽簍埡鲑罷規呜旧岿錟。

洗车业在欧洲已经成为利润率极高的服务行业。

但是欧洲的今天洗车已经成为每个有车族经常要面对的事情，在加油站、汽车修理厂、汽车服务机构、专业汽车站等式非常盛行的。

由于城市规划的需要和规定，大多数的洗车场都在郊区投资建设。

这样在不影响人们日常生活的同时又可以极大地方便洗车人群的需要。

正规化的洗车场在全球也得到不同程度的效仿。

在欧洲随着人员工资的大幅度提高，劳动力成为高附加值的“工具”，于是出现了自助式洗车服务。

发达国家不得已产生的与运作模式同时也被发展中国家效仿，比如波兰、匈牙利、瑞典等，成为了高端洗车服务的一种非健康“模式”。

沩氣嘮戇苌鑿鑿槠谔應。

日本的洗车业发展的比较欧美等国家区别较大，主要体现在日本汽车行业的以及汽车后服务市场的成熟期。

先后涌现了一大批的“洗车店”，铺天盖地的洗车店盛行起来，尤其在加油站的专业洗车店更受到广大客户的青睐，都配备了自动化的电脑洗车机。

先后诞生了“澳都巴克斯”、“黄帽子”、“巴巴忧思”、“快洗队”、“24h洗车连锁”等知名的洗车服务连锁机构，占领了日本将近95%的市场份额。

无论从洗车服务标准，还是服务质量等方面在全球都是一流的，这大大的影响了全球洗车行业的进一步发展与进步。

钡嵐縣緱虜荣产涛團蔺。

中国改革开放30年来汽车工业的发展起步还是比较晚的，相关的洗车服务也是在90年代初开始兴起的。

中国的洗车行业发展是在不断进步的过程中发展过来的，开发适合中国的洗车服务。

在市场发展初期“效仿”让很多人付出了相当大的“代价”。

过多的“学费”缴纳让洗车行业投资人不敢轻易地涉足，主要体现在“规模化洗车店”的发展上。

在中国太大的规模洗车店并不适应，导致不少的大型的洗车店纷纷倒闭，没有合理和理智分析洗车行业的利润与风险，就大手笔的投资洗车服务，最后因为经营、费用、管理、项目定位等问题“关门大吉”。

这极大的影响了终端客户对洗车店的信心，有多数的洗车卡无法再消费，于是就产生了如今的“信誉危机”，这是我们中国洗车行业要好好思考的“重大问题”。

懨俠劑鈍触乐鹇烬觶騮。

1.2洗车机分类

1、按工作方式可分为：

固定式和移动式

（1）固定式

洗车机不动，汽车由机械牵引或自行缓慢通过洗车机的工作区域，洗车机通过各种检测设备反馈的信息，按照相应的指令程序自动运行，达到清洗汽车的工作方式。

如隧道式连续洗车机、大（中小）行通道式洗车机、无轨电车（地铁、旅客列车）清洗机等。

謾饱兗争詣繚鮐癞别瀘。

固定式洗车机用于清洗小型客车的外表。

其特点是个工序机构集中于一个工位，同一工位需要完成所有工艺任务，按各工序之间顺序进行。

汽车定位后，洗车机启动，洗车机通过依次完成预洗、泡沫清洗、清水冲洗、风干等工艺。

洗车效率稍低，但由于机构紧凑和所需作业场地较小，设备前期投资较小。

呙铉們欤谦鸪饺竞荡赚。

（2）移动式

汽车不动，洗车机按照一定的程序在导轨上来回移动，同时执行洗车指令的工作方式。

如龙门往复式洗车机、大（中小）型移动式洗车机等。

移动式特点是各机构按洗车工艺顺序分立布置，电脑线性变速控制系统输送汽车依次进入预洗、泡沫清洗、清水冲洗、风干等工艺。

由于它采用连续生产线布置，工序节拍较短，所以课进行在线洗车。

洗车效率高，但设备占地面积和所需作业场地很大，投资大。

莹谐龌蕲賞组靄绉嚴减。

2、按清洗车型分为小车型，大车型和特种车型。

市场上用于商业用途的绝大部分属于小车型洗车机，该类包含龙门往复式洗车机、隧道连续式洗车机、无刷往复式洗车机等。

大车型洗车机主要含大型移动式洗车机、大型通道式洗车机。

特种车型洗车机主要为特种洗轮机、垃圾车清洗机，列车清洗机等。

麸肃鹏镟轿騍镣缚縟糶。

3、洗车机从原理方面可以分为硬支承洗车机、软支承洗车机、半硬支承洗车机。

硬支承洗车机是平衡转速远低于参振系统共振频率的洗车机。

平衡校验时，支承摆架相对处于“硬”状态，因此转子可以再接近实际轴承条件进行平衡矫正。

具有操作简单、安全性能好的特点。

納畴鳗吶鄖禎銣腻鰲锬。

软支承洗车机是平衡转速大于参振系统共振频率的洗车机。

平衡校验时，支承摆架相对处于“软”状态，因此转子校验平衡时，支承条件与实际轴承工作条件不同。

具有测量精度高的特点。

半硬支承洗车机是平衡转速在0.3~0.5倍参振系统共振频率之间的洗车机。

同时具有硬支承洗车机支承刚度高的特点，又有软支承洗车机精度高的特点。

風撵鲔貓铁频钙蓟纠庙。

4、洗车机从应用方面分为立式洗车机，卧式洗车机，专用洗车机和通用洗车机。

卧式洗车机是被平衡转子的旋转轴在洗车机上呈水平状态的洗车机。

适用于有转轴或装配工艺轴的转子，如机床主轴、风机、滚筒、增压器、电机转子、汽轮机等等。

立式洗车机是被平衡转子的旋转轴在洗车机上呈垂直状态下的洗车机。

适用于转子本身不具转轴的盘状工件如离合器、齿轮、风扇、压盘及其组成、制动器、风叶、水泵叶轮、汽车飞轮、刹车毂、皮带轮、砂轮等盘类零件。

通用洗车机是指能对形状和支承形式比较规则的转子进行动平衡的洗车机。

通用洗车机操作简单，效率比较高。

专用洗车机是能对支承形式和外观与一般转子不同的转子进行平衡的洗车机。

例如特别针对发动机的曲轴，汽车的传动轴进行设计的洗车机，功能专一[2]。

灭嗳骇諗鋅猎輛觏馊藹。

1.3洗车方法研究

几年前，一块抹布一桶水就可以开个洗车档。

但近年高压水枪、电脑洗车成为较为常见的洗车方式，除此之外，其他洗车方式也在悄然兴起，一时间让车主们眼花缭乱。

不要贪图新鲜而去尝试并不熟悉的洗车方式，有些听起来不错，但由于技术未发展成熟，未必能真正达到干净洗车的目的，洗车并不是越新奇越好。

下面介绍几种洗车方式。

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1、全自动洗车

汽车在进入全自动的电脑洗车机后，洗车机内的传送带将带动汽车完成包括：

泡沫清洗、轮刷同动。

超软布刷、不伤车漆。

底盘清洁、养护全车。

水蜡喷洒、风干擦干等在内的整个洗车过程。

攙閿频嵘陣澇諗谴隴泸。

不过全自动洗车目前存在的问题也是较为明显的，由于全自动洗车有固定的模式，车身的角角落落（譬如轮胎和车牌等）位置无法清洗干净，最终还是需要人工做最后的细致收拾。

有些全自动洗车机采用的毛球清洗滚筒长时间使用过后，反复压在车身上洗刷，上面残留的很多细微沙尘，同样会刮损漆面。

趕輾雏纨颗锊讨跃满賺。

除了设备价格原因外，至今全自动洗车机并未被美容店广泛采用的主要原因也在于，它的洗车效果并不比手工洗车好多少。

夹覡闾辁駁档驀迁锬減。

2、蒸汽洗车

对于蒸汽洗车，市场上褒贬不一。

实际上，蒸汽洗车整套设备就只有一台洗衣机大小，它利用电能将水加热产生蒸汽，再将165℃的蒸汽从喷嘴喷出，在车身表面形成一层细密的小水珠，只需用清洁棉刷把水连同污垢一起擦掉即可。

它最大的优势是省水。

视絀镘鸸鲚鐘脑钧欖粝。

这种蒸汽洗车其实就是利用水雾将车身包围来达到清洗目的，但是在实际操作中，蒸汽洗车的清洗洁净力度并不足够。

由于喷出来的水雾压力较小，一些特别脏的车不一定能洗的干净，而且会导致清洁棉刷或者洗车手套中残留一层泥沙，这些沙粒最容易对漆面造成磨损。

同时，蒸汽洗车也不能对汽车底盘进行清洗。

偽澀锟攢鴛擋緬铹鈞錠。

3、无水洗车

无水洗车说白了还是有“水”的，只是用水量更少一些。

这种洗车方式主要是先用喷壶将调配好的液体喷洒到车体表面，然后用毛巾抹擦干净即可。

无水洗车最大的缺点是对比较脏的车洗得不干净，由于无水洗车不具备用水洗和蒸汽洗车工艺上的压力冲刷，只用含酸、碱的清洗剂将颗粒物和污染物悬浮，而不能将粘附在车漆表面的颗粒物体，通过外力冲刷分离，特别是譬如轮胎等藏垢较深的部位由于压力不足，是没法清洗干净的。

最重要的是，单靠毛巾擦拭最容易对车漆造成摩擦，损伤漆面。

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1.4自动洗车的优点

自动洗车机是一种通过电脑设制相关程序来实现预洗、泡沫冲洗、清水冲洗、打蜡、风干、清洗轮辋等工作的机器。

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自动洗车机的优点：

1、安全可靠

自动洗车机由电脑按设计程序控制全过程的操作，完全能够避免人工操作引起的人身、设备事故。

2、快捷高效

人工洗车一般为10分钟/台，电脑洗车机为3分钟/台，一小时可洗20辆车，每日洗车量可达200-300辆。

这是中小型洗车店无法达到的数字，它极大的提高了洗车的工作效率。

疠骐錾农剎貯狱颢幗騮。

3、洗车洁净

自动洗车机由程序控制，采用仿形超软洗涤工具，能排除人为因素，保证洗车质量。

4、环保节水

自动洗车机洗一台汽车耗水量为10-12升，比人工洗车节水10-20升。

如果以洗车店每日洗车100辆计算，每日节水1-2吨，每年节水300-700吨。

一个大、中城市按2000家洗车店计，每年节水量将达百万吨以上。

全自动洗车机可配套使用循环废水处理技术，不仅使大部分水循环使用，减少了污水排放量满足了环保要求，而且可以大量节约水资源。

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5、不伤漆面

自动洗车机采用科学合理的棉刷，洗涤过程中不会损伤漆面，而人工洗车时使用的毛巾和手套，在反复擦洗过程中，夹带的泥沙会在汽车漆面上造成人为的划痕。

根据德国慕尼黑科技人学和美国南加州大学的对比实验，电脑洗车对本身油漆的磨损程度为手工洗车的30%以下，人工洗车时擦拭用的海绵或毛巾中隐存的砂粒会对车面造成不规划磨损，而电脑洗车刷压力均匀、洗车速度及方向稳定。

测试结果表明，电脑洗车50次后车身油漆磨损小于万分之二毫米，而人工洗车磨损大于万分之十毫米。

榿贰轲誊壟该槛鲻垲赛。

6、节省人工

全自动洗车机只需一个操作工人，比人工洗车节省用工量。

1.5选题的目的及意义

1.5.1选题目的

1、自动洗车机效率高，能大大减少劳动力、降低劳动程度，节约成本。

2、通过电脑检测，经分析计算出各种动作的最佳位置和力度，达到最佳的洗车效果。

3、自动式洗车不再是简单的用大量的水去冲洗，而是运用了高科技技术，将洗车剂与水按照一定的比例额进行混合，大大提高了清洗的效率，更能合理利用水资源，节能环保。

邁茑赚陉宾呗擷鹪讼凑。

4、通过对自动洗车系统的研究可以推动洗车行业更快更好地发展。

WinCC因其具有独特的设计思想而具有广阔的应用前景。

借助于模块化的设计，能以灵活的方式对其加以扩展。

它不仅能用于单用户系统，而且能构成多用户系统，甚至包括多个服务器和客户机在内的分布式系统。

WinCC集生产过程和自动化于一体，实现了相互间的集成。

嵝硖贪塒廩袞悯倉華糲。

本设计主要利用WinCC软件实现自动洗车系统开发，利用WinCC对自动洗车系统进行研究，可以加深对WinCC的理解和实际应用，提高了工业控制组态软件、集散控制系统、控制理论与控制工程等理论的综合能力，从而加深和巩固所学的理论知识。

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1.5.2选题意义

时代在前进，生活水平在不断的提高，汽车作为出行的重要的交通工具，所以轿车的数量越来越多同时就带动了洗车行业的发展。

因此洗车便成了不可缺少的话题和必须处理的事情。

随着科技的发展，洗车方式也从原来的人工洗车发展到了如今的自动洗车，为了更加方便人们以后的洗车问题，本系统实现了完全的自动洗车，在不需要人的参与下，也使得洗车越来越轻松、方便、快捷。

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第2章自动洗车系统简介

随着生活水平的不断提高，汽车越来越多的进入了家庭，使得自动洗车现在越来越受到广大车主的青睐。

自动洗车机是一种通过电脑设制相关程序来实现预洗、泡沫冲洗、清水冲洗、风干等工作的机器，整个过程安全可靠、快捷高效、洗车洁净、环保节水、不伤漆面、节省人工。

臠龍讹驄桠业變墊罗蘄。

2.1自动洗车系统工艺流程

自动洗车系统包括6个被控对象：

预洗喷头、前泡沫清洗刷、后泡沫清洗刷、泡沫清洗喷头、清水冲洗喷头和风干机。

当车开入到洗车房里先进行车辆预洗，洗掉洗车的泥沙和尘土，避免泥沙划伤车漆的现象。

泡沫冲洗是用专门的洗车液，通过毛刷对车辆进行深入清洗。

清水冲洗是为了把车上面的泡沫及灰尘冲洗干净。

最后通过风干，把车身所有缝隙里的水流全部吹出，起到了保护汽车内部元器件的作用[2]。

鰻順褛悦漚縫冁屜鸭骞。

在洗车过程中被洗车辆一直处于移动状态，故车辆所在位置作为触发点，当被清洗车辆到达预洗开始控制点时，预洗喷头开始喷水，对车辆进行预洗，当车辆移出预洗区时预洗喷头关闭，停止预洗动作。

穑釓虚绺滟鳗絲懷紓泺。

当车辆到达泡沫清洗区时，泡沫清洗喷头开始喷水，同时前后泡沫清洗刷开始下降并旋转，对车辆进行整体清洗，当车辆移出泡沫清洗区，泡沫清洗喷头停止喷水，前后泡沫清洗刷停止旋转并上移。

清水冲洗过程与预洗相同。

当车辆进入风干区时，风干机开始启动。

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当过程中发生故障时，洗车系统将停止运行，且车辆回到初始位置。

工艺流程如图2-1所示。

图2-1工艺流程

2.2IO点表建立

根据自动洗车系统工艺流程以及控制的需求，可以确立I/O点表：

12个DI点，5个DO点。

DI：

启动/停止、手自动、预洗、泡沫冲洗、清水冲洗、风干、预洗故障、泡沫冲洗故障、前刷故障、后刷故障、清水冲洗故障、风机故障。

DO：

预洗启动、泡沫冲洗启动、清水冲洗启动、风机启动、小车移动。

具体I/O点表如表2-1所示。

浹繢腻叢着駕骠構砀湊。

表2-1I/O点表

序号

名称

位号

类型

1

启动/停止

Qiting

DI

2

手自动

Shouzidong

DI

3

预洗

Yuxi

DI

4

泡沫冲洗

Paomochongxi

DI

5

清水冲洗

Qingshuchongxi

DI

6

风干

Fenggan

DI

7

预洗故障

Yuxiguzhang

DI

8

泡沫冲洗故障

PaomochongxiGZ

DI

9

前刷故障

QianshuaGZ

DI

10

后刷故障

HoushuaGZ

DI

11

清水冲洗故障

QingshuichongxiGZ

DI

12

风干故障

FengganGZ

DI

13

预洗启动

YuxiQD

DO

14

泡沫冲洗启动

PaomochongxiQD

DO

15

清水冲洗

QingshuchongxiQD

DO

16

风机启动

FengganQD

DO

17

小车移动

Xiaocheyidong

DO

2.3硬件选型

SIMATICS7-300是一种通用型的PLC，能适合自动化工程中的各种应用场合，尤其是在生产制造工程中的应用。

模块化、无风扇结构、易于实现分布式的配置以及易于掌握等特点，使得S7-300PLC在各种工业领域中实施各种控制任务时，成为一种既经济又切合实际的解决方案。

本部分详细介绍各模块结构和安装规范[3]。

鈀燭罚櫝箋礱颼畢韫粝。

S7-300由多种模块部件组成，包括导轨（Rack）、电源模块（PS）、CPU模块、接口模块（IM）、输入输出模块（SM）。

它通过MPI网的接口直接与编程器PG、操作员面板OP和其它S7PLC相连。

各种模块能以不同方式组合在一起，从而可使控制系统设计更加灵活、满足不同的应用需求。

惬執缉蘿绅颀阳灣熗鍵。

1、电源模块

电源模块是构成PLC控制系统的重要组成部分，针对不同系列的CPU，西门子有匹配的电源模块与之对应，用于对PLC内部电路和外部负载供电。

有多种S7-300电源模块可为编程控制器供电，也可以向需要24V直流的传感器/执行器供电。

贞廈给鏌綞牵鎮獵鎦龐。

2、中央处理器（CPU）

CPU是PLC系统的运算控制核心，它根据系统程序的要求完成以下任务：

接收并存储用户程序和数据，接收现场输入设备的状态和数据，诊断PLC内部电路工作状态和编程过程中的语法错误，完成用户程序规定的运算任务，更新有关标志位的状态和输出状态寄存器的内容，实现输出控制或数据通信等功能。

嚌鲭级厨胀鑲铟礦毁蕲。

3、SM模块

信号模块（SM）也叫输入/输出模块，是CPU模块与现场输入输出元件和设备连接的桥梁，用户可根据现场输入/输出设备选择各种用途的I/O模块。

薊镔竖牍熒浹醬籬铃騫。

（1）数字量输入模块

数字量输入模块将现场过程送来的数字信号电平转换成S7-300内部信号电平。

它有直流输入方式和交流输入方式。

齡践砚语蜗铸转絹攤濼。

（2）数字量输出模块

数字量输出模块SM322将S7-300内部信号电平转换成现场所需要的外部信号电平，可直接用于驱动电磁阀、接触器、小型电动机、灯和电动机启动器等。

绅薮疮颧訝标販繯轅赛。

（3）模拟量输入模块

模拟量输入模块用于将模拟量信号转换为CPU内部处理的数字信号，其主要组成部分是A/D（Analog/Digit）转换器。

饪箩狞屬诺釙诬苧径凛。

（4）模拟量输出模块

SM332用于将S7-300的数字信号转换成系统所需要的模拟信号，控制模拟量调节器或执