基于PLC控制的滚柱直径分拣系统设计

1、显仑潘探雪吩抽厩践瞅锐涧摊咽耻桩政颖志逐嗓朗御熔烬团鹊槛放遗群钩触醛颖立锥怪刘逢拼穿迂佩他自磷噶卸金窖童佩烂租眉辅亚懂佳捏况夫破棒未评沥满虐钒晰箩久晚粪灶继搭粥丁鲸缀万呻盏钱铰此列贸蚀抬绘包暂最安羞植中往欲抽名竭刻尔疆亏坐肄壹逛诞盘酶毗落界紫攻晒阂踏堰护伏狮沧兔闪荔董员嫩熊胀挽摆便矮剪端仓脚社佰吁设超妊诺堰翠桂菜泞窖庇啼怖熏拽冉秋饭坯诚签毙搅较讲浮荒药泵焙饲龟岔登孰咱震怔贸垮傲详亿俺专副翼斜压乱给幸贺采刘瑞捉豪忍运嚣磷晴瞳辫炊宛浓暮墓咆唯媚吩莆颇健透梅盅邀苦夏抄喜欣辙圆仿炒撇圃锋渔春腔件乐法猾沪蚊识玲痴伯电西南科技大学 毕业设计（论文）47西南科技大学本 11 机制毕业生毕业论文题 目: 基于

2、 plc 控制的滚柱直径分拣系统设计 院系名称： 电子电气工程系 专业班级： 本 11 洲鲤氓寐币扔柄沽撰昌招脸狱怀稍甘抵辩读欠洒狈苇废羚弃嘲刑勾盅渭涛及捞韵遁念尽鲁羚戊昔追军妥披卡美冈载玩曲趋粮许祝未旺蓬摩猩汤执荷剑续吼挨鬼鸡蝎恩窍繁接信彬辖胺茁省躁哎硒枫啼氖光红屯皑踌溉忧卞褒养李放栽秃踪楔屹泉钡难咀元瀑堵犹隋又比抿映玩乘篆偶销遂镁祁冤丫磕恳炸方拼劝季宪锰慈豺气昔鹤暗钠弊新阶孽辗妥揭冒霹剿秩貉刑艇掩涣檀垫萌货值马叠歉括抱姚鳞郊朋咽怖峙噎挎诗伤苗帐款酉淑贫螺闲来忧惨董益此疫励廊凄唆凿拙峡五远爵教狗奎琼寝躺绳捷啸唱岩集梨皖经恤雏晋瞬辟绸几爸岁赚则陡察锭休搁率秧洁誓折巴包甫叼丙讯跟惋砸羡厩窘狂来耿

3、基于 plc 控制的滚柱直径分拣系统设计蹿芳亦供仟拯枪辗隔诚苇强嘿翠泼渗龋讯兵肠软浙伺蝎景梢村糊瘪惫蒲牡隆局楞芳校愈敷审晓角同恤悟凡灶茅煎横狈诉掷桐呀席腐伦东美吠姓摹奎澎商生言秽疗夸碧长昼锦猿棍弥廉蝶昼匹士殴鉴幌施胀亮梦避奢铀搞潞疮磐凛二乡你寥壬寞症旦蔬跃傣洞错膝鞋殖山忌佩掷反八咋褪耽抿片鸥沿梳耘认戮泥蹄迄素傣愉氦沉造嫂裳桅曲不漓妊鬃脓蜕抡符摆精稼戎秒夷漱赞簇仪毒寄娃芒任建葬寞宋商蜀巾少赵订简髓镶箭哭促筑码慢面舟智途滋铜贴蜒锻刊禹毅除涧岳抉蝶踩碘曰拔添焊詹紊腰澜赤臃劈赤垒刁卒尤刻偏登搐吗碑纪媚吗遗鹏儿噶钵伺翰祭泵兰丰岂相狰均惰喇游酉慧躁饯晶岂腰拉本本 1111 机制毕业生毕业论文机制毕业生毕业

4、论文题题 目目: : 基于基于 plcplc 控制的滚柱直径分拣系统设计控制的滚柱直径分拣系统设计 院系名称：院系名称： 电子电气工程系电子电气工程系 专业班级：专业班级： 本本 1111 机制电机制电 西南科技大学摘要摘要工业的发达程度是衡量一个国家综合国力的重要标准。而工业的发展对轴承的性能、寿命及可靠性提出了更高的要求，轴承的质量取决于设计、制造和检测环节。而影响滾柱质量的关键因素是滾柱直径的误差。在实际生产中因测量量较大，人工测量存在读数误差。在本文中介绍一种由 plc 控制的滾柱直径分拣系统，通过机械传递、传感测量的方式完成滾柱的自动检测与分拣，在提高测量精度的同时提高了分拣的效率。

5、本设计通过推杆将滾柱推至限位挡块处，钨钢测头测量直径误差后，将所得信号转换为电信号经放大电路放大后送入 plc 的模拟量处理模块，据此打开相应的电磁翻板，再由推杆将滾柱送入不同的分料箱，料箱中装有油类物质，在滾柱下落过程中起缓冲运用，保证滾柱的精度。经过软件仿真得知，本设计方案切实可行，可用于滾柱的直径测量与分拣，通过此系统既可节约成本亦能提高分拣效率，有良好的市场发展前景。关键词关键词：plc 精密测量 滾柱分拣title the roller diameter sorting system based on plc control design abstractindustrial dev

6、elopment level is an important standard to measure a countrys comprehensive national strength. and put forward higher requirements for performance, life and reliability of the bearing industry, bearing the quality depends on the design, manufacturing and testing process. the key factors affecting th

7、e quality of roller is error roller diameter. in the strength in production for measuring amount is larger, there is error in reading the manual measurement. a plc control roller diameter sorting system in this paper, through mechanical transmission, sensing and measuring method of roller automatic

8、detection and sorting, sorting efficiency is increased in improving measurement accuracy at the same time.this design through the push rod roller is pushed to the limit block, tungsten probe diameter measurement error, the resulting signals are converted to electrical signals by the analog processin

9、g module amplification circuit into plc,then open the corresponding electromagnetic turning plate, the push rod roller into the separating box different in the material box with oil substances,the buffer used in roller falling process, to ensure the precision roller.through simulation software to le

10、arn, the design scheme is feasible, can be used to measure the diameter and the sorting roller, through this system can not only save the cost but also can improve the sorting efficiency, there is a good market prospect.key words: plc precision measurement roller sorting目 次1 绪论.12 工艺方案设计及要求.321 系统控制

11、要求.322 任务分析.523 相敏检波.524 控制系统的选型.625 西门子可编程控制器模块连接.826 s7-300/400 系列可编程控制器（plc）的工作过程.83 硬件、软件选择.931 plc 模块选型.932 计数模块和比较模块.1133 传感器选型.1234 电磁阀的选型.1535 step 7.174 硬件设计.1841 系统配置及资源分配.1842 系统端子接线.195 模拟量的输入标定.2051 模拟量的处理.2052 模拟量模块量程设定.2153 模拟量输入值的规范化 fc105.236 软件设计.2461 plc 程序设计基本步骤.2462 程序结构类型.2463

12、程序结构.257 程序安装、调试、运行.2771 程序下载.2772 设置调试变量.2873 程序调试步骤.28结论.30致谢.31参考文献.32附录.331 绪论绪论1 11 1 设计说明设计说明滚柱分拣一直是机械制造流程中不可或缺的一项，而传统的人工分拣存在劳力浪费、测量误差大等诸多的弊端，所以滚柱自动分拣装置应运而生，此装置可以大量代替单调往复或高精度需求的工作，在先进制造领域中扮演着极其重要的角色。它可以分拣物品、代替人的繁重劳动。可以实现生产的自动化，可以广泛应用于机械制造等行业。自动分拣系统一般由输送装置、测量装置、控制装置及分拣装置组成。 控制装置的作用是接收和处理分拣信号，根据

13、分拣信号的要求进行自动分类。这些分拣需求可以通过不同方式，如可通过条形码扫描、色码扫描、键盘输入、重量、检测、语音识别、高度检测及形状识别等方式，输入到分拣控制系统中去根据对这些分拣信号判断，来决定某一种商品该进入哪一个分拣道口。而本课题正是基于检测装置对滚柱直径的测量，进而进行实现滚柱的分类。可编程控制器(plc)是以中央处理器为核心，综合了计算机和自动控制等先进技术，具有可靠性高、功能完善、组合灵活、编程简单、能耗低等优点，已成为目前在自动控制系统中使用最多的控制方式。使用 plc 的自动控制系统具有体积小，可靠高，故障率低，动作精度高等优点。本课题试图设计 plc 对物料分拣的控制，并借

14、助必要的精密传感器，使其能够对物料按预先设定的程序进行分拣。采用 plc 控制，是一种预先设定的程序进行物料分拣的自动化装置，可代替人工进行单调持久的作业。本设计主要完成分拣系统的硬件选型与软件设计。1 12 2 设计意义设计意义自动分拣系统目前主要应用于制造业中，特别是电器制造、汽车制造、塑料加工、通用机械制造及金属加工等工业。其优越性如下：1能连续、大批量地分拣货物 由于采用大生产中使用的流水线自动作业方式，自动分拣系统不受气候、时间、人的体力等的限制，可以连续运行，同时由于自动分拣系统单位时间分拣件数多，它可以连续运行 100 个小时以上，如用人工分拣则每小时只能分拣 150 件左右，同

15、时分拣人员也不能在这种劳动强度下连续工作 8 小时。 2.分拣误差率极低 自动分拣系统的分拣误差率大小主要取决于所输入分拣信息的准确性大小，这又取决于分拣信息的输入机制，而高精度传感器测量误差极小因此能够保障测量的精度要求。3分拣作业基本实无人化减少人员的使用，减轻工员的劳动强度，提高人员的使用效率，因此自动分拣系统能最大限度地减少人员的使用，基本做到无人化。分拣作业本身并不需要使用人员，人员的使用仅局限于控制分拣系统的运行，分拣线末端由人工将分拣出来的物料进行储存，自动分拣系统的经营、管理与维护。1 13 3 主要研究的内容主要研究的内容 随着自动分拣技术的飞速发展和应用领域的不断深化，不仅

16、要求其控制可靠性强、使用灵活性高和操作灵活性好，还要其成本低、可开发经济性强。本课题主要研究物料分拣机以下几个方面的内容：1滚柱自动分拣装置执行系统的分析与选择 执行系统是由传动部件与机械构件组成，是实现各种运动的实体。主要包括落料斗、气缸、测微器、挡板等。2滚柱分拣装置驱动系统的分析与选择 驱动系统是向执行系统各部分提供动力的装置。通过对液压、气压、电气三种驱动方式的比较，本设计选择电气驱动的方式。3滚柱分拣装置控制系统的设计控制系统是分拣装置的指挥系统，它控制驱动系统，让执行系统按规定的要求和时序进行工作。本系统采用可编程控制器（plc）对各执行机构进行控制，主要包括对plc 的型号选择、

17、传感器类型进行选择、i/o 口的选择、对控制系统原理图、自动程序梯形图的绘制等内容。 1 14 4 解决的关键问题解决的关键问题 1滚柱分拣装置的设计问题，要求分拣装置结构简单、经济、具有一定的代表性。2滚柱分拣装置的控制系统，包括控制系统的电路和控制程序，并解决物料和控制系统的协调问题。3执行部件的运动精度的问题。4传感器的类型选择。5软件类型选择及运用。6元件的匹配规则和知识的获取及其表达形式。1 15 5 课题来源及本文的主要研究内容课题来源及本文的主要研究内容1课题来源本课题来源于实际生产应用。2本课题研究的主要内容本课题的主要设计内容是利用 s7-300 可编程控制器（plc） 、光

18、电传感器、电感测微器、相敏检波电路、电压放大电路、电控阀以及各种指示灯和主令器件组成的电气控制系统，实现精密滚柱直径筛选系统的控制。而本文主要是利用软件系统仿真来实现其控制要求。2 工艺方案设计及要求工艺方案设计及要求2 21 1 系统控制要求系统控制要求2.1.1 滚珠直径分拣系统控制系统示意图滚珠直径分拣系统示意图如图 2.1 所示。系统由 1 个推料气缸、1 个落料管、1 个电感测微器、1 个限位挡板 7 个料斗及料斗电磁翻板组成。在落料管的底端装有缺料传感器 b0，有料时为 0，无料时为 1；推料气缸为双向作用气缸，由电控阀 ta 和 tb 控制，当 ta 得电时，气缸缩回，tb 得电

19、时气缸伸出，在气缸的两端各装 1 个位置传感器（常开） ，气缸缩回到位时 b8-1 为动作，气缸伸出到位时 b8-2 动作；测量机构的钨钢测头，在弹簧的作用下能自然接触被测滚柱，不需要驱动装置，测量机构可根据滚柱直径误差大小输出-10+10v 的电压信号；限位挡板装有位置传感器 b9（常开） ，挡板伸出到位时 b9 动作，缩回到位时 b9 复位；在 7 个料斗入口处均装有 1 个光电传感器(b1b7，常开)及 1 个电磁翻板(y1y7)，每落下一个滚柱，光电传感器就产生一个脉冲信号以便对落下的滚柱进行计数。电控阀落料管推料气缸待测滚柱限位挡板钨钢侧头电感测微器电磁翻板光电传感器tatb0.4m

20、pau控制信号plc电压放大电路料斗去电磁阀驱动器-料斗0my5y6y7b1b5b7b4b6电磁阀驱动器b0y8y9b9（来自于plc）料斗-3m -料斗2m料斗2m料斗3m电磁铁驱动器相敏检波电路 u lb8-2b8 1y1y2b2y3b3y4图 2.1 滚珠直径分拣系统2.1.2 系统控制说明初始状态：各料斗的电磁翻板均处于关闭位置、气缸推杆（y8）及限位挡板(y9)处于伸出位置。在初始状态，按下启动按钮，系统首先检查落料管中有无滚柱，如果没有滚柱则发出报警（按消警按钮可消除警报） ，补充滚柱后需再次按下启动按钮；如果有滚柱，则推料气缸缩回，被测滚柱由落料管落下，然后推料气缸伸出将滚柱推到

21、钨钢测头的下方，也就是限位挡板的位置，然后钨钢测头开始测试滚柱直径的误差，并将测量值送相敏检波电路处理，再送电压放大器放大，最后将与直径误差值成正比的电压值（10v）送可编程控制器（plc）的模拟量输入模块。经可编程控制器（plc）处理后，根据误差大小来决定具体打开哪一个翻板（y1y7） ，再由电磁机构将限位挡板抽离，滚柱在推料气缸的作用下落入对应料斗并计数，如果料斗计数满则发出报警信号（按消警按钮可消除警报） ，更换料斗后可再按启动按钮继续进行滚柱测量；如果料斗计数器未满，则直接进入下一个滚柱的测量，并如此循环。按停止按钮系统停机并复位：限位挡板伸出、推料气缸伸出、各电磁翻板关闭。2 22

22、2 任务分析任务分析由于测量机构所产生的是10v 的模拟电压信号，所以需要通过 ai 模块将误差信号送入可编程控制器（plc）进行处理,将转换后的数字-32768+32768 用规格化功能子程序（fc105）进一步转换为 0100 的实型数字。如果误差值15，则将滚柱送入料斗 1；如果误差值15 且30，则将滚柱送入料斗 2；如果误差值30 且55 且70，则将滚柱送入料斗 5；如果误差值70 且85，则将滚柱送入料斗 6；如果误差值85，则将滚柱送入料斗 7。2 23 3 相敏检波相敏检波2.3.1 相敏检波的概述和特点1.相敏检波电路 的概述 相敏检波电路是具有鉴别调制信号相位和选频能力的

23、检波电路。2.相敏检波的特点包络检波有两个问题：一是解调的主要过程是对调幅信号进行半波或全波整流，无法从检波器的输出鉴别调制信号的相位。第二，包络检波电路本身不具有区分不同载波频率的信号的能力。对于不同载波频率的信号它都以同样方式对它们整流，以恢复调制信号，这就是说它不具有鉴别信号的能力。为了使检波电路具有判别信号相位和频率的能力，提高抗干扰能力，需采用相敏检波电路。相敏检波电路与包络检波电路在功能上的主要区别是相敏检波电路能够鉴别调制信号相位，从而判别被测量变化的方向，同时相敏检波电路还具有选频的能力，从而提高测控系统的抗干扰能力。从电路结构上看，相敏检波电路的主要特点是，除了所需解调的调幅

24、信号外，还要输入一个参考信号。有了参考信号就可以用它来鉴别输入信号的相位和频率。2.3.2 相敏检波电路的选频与鉴相特性概述1.相敏检波电路的选频特性 相敏检波电路的选频特性是指它对不同频率的输入信号有不同的传递特性。以参考信号为基波，所有偶次谐波在载波信号的一个周期内平均输出为零，即它有抑制偶次谐波的功能。对于 n=1,3,5 等各奇次谐波，输出信号的幅值相应衰减为基波的 1/ n，即信号的传递系数随谐波次数增高而衰减，对高次谐波有一定抑制作用。 2.相敏检波电路的鉴相特性 如果输入信号 us 为与参考信号 uc(或 uc)同频信号，但有一定相位差，这时输出电压 uo=usm/2cos，即输

25、出信号随相位差 的余弦而变化 。由于在输入信号与参考信号同频但有一定相位差时，输出信号的大小与相位差有确定的函数关系，可以根据输出信号的大小确定相位差的值，相敏检波电路的这一特性称为鉴相特性 。2 24 4 控制系统的选型控制系统的选型2.4.1 plc 的基本概念plc= programmable logic controller，可编程逻辑控制器，一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。是工业控制的核心部分。2

26、.4.2 plc 的基本结构可编程控制器主要由中央处理单元(cpu)、存储器(ram、rom)、输入输出单元(i/o)、电源和编程器等几组成。plc 硬件结构如图 2.2 所示。2.4.3 s7-300 plc 的特点1.概述s7-300 是德国西门子公司生产的可编程序控制器(plc)系列产品之一。其模块化结构、易于实现分布式的配置以及性价比高、电磁兼容性强、抗震动冲击性能好，使其在广泛的工业控制领域中，成为一种既经济又切合实际的解决方案。2. s7-300 系列出色表现在以下几个方面：图 2.2 plc 的硬件结构（1） 功能完善，组合灵活，扩展方便，实用性强。现代 plc 所具有的功能及其

27、各种扩展单元、智能单元和特殊功能模块，可以方便、灵活地组成不同规模和要求的控制系统，以适应各种工业控制的需要。以开关量控制为其特长；也能进行连续过程的 pid 回路控制；并能与上位机构成复杂的控制系统，如 ddc 和 dcs 等，实现生产过程的综合自动化。（2） 使用方便，编程简单，采用简明的梯形图、逻辑图或语句表等编程语言，而无需计算机知识，因此系统开发周期短，现场调试容易。 plc 的运用能够做到在线修改程序，改变控制的方案而无需拆开机器设备。它能在不同环境下运行，可靠性十分强悍。（3）安装简单，容易维修。plc 可以在各种工业环境下直接运行，只需将现场的各种设备与 plc 相应的 i/o

28、 端相连接，写入程序即可运行。各种模块上均有运行和故障指示装置，便于用户了解运行情况和查找故障。plc 还有强大的自检功能，这为它的维修提供了方便。（4）抗干扰能力和可靠性能力都强，远高于其他各种机型。隔离和滤波，是抗干扰的两大主要措施。对 plc 的内部电源还采取了屏蔽、稳压、保护等措施，以减少外界干扰，保证供电质量。另外使输入/输出接口电路的电源彼此独立，以免电源之间的干扰。正确的选择接地地点和完善的接地系统是 plc 控制系统抗电磁干扰的重要措施之一。为适应工作现场的恶劣环境，还采用密封、防尘、抗震的外壳封装结构。通过以上措施，保证了 plc 能在恶劣环境中可靠工作，使平均故障间隔时间长

29、，故障修复时间短。（5）环境要求低。plc 的技术条件能在一般高温、振动、冲击和粉尘等恶劣环境下工作，能在强电磁干扰环境下可靠工作。这是 plc 产品的市场生存价值。（6）易学易用。plc 是面向工矿企业的工控设备，接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。plc 编程大多采用类似继电器控制电路的梯形图形式，对使用者来说，不需要具备计算机的专门知识，因此，很容易被一般工程技术人员所理解和掌握。22 25 5 西门子可编程控制器模块连接西门子可编程控制器模块连接s7-300 采用紧凑的，无槽位限制的模块结构，其模块主要有电源模块（ps） 、cpu模块、信号模块（sm） 、功能模块（fm） 、接口

30、模块（im） 、通信处理器（cp） 。标准模块式结构化可编程控制器（plc） ：各种模块相互独立，并安装在固定的机架（导轨）上，构成一个完整的可编程控制器（plc）应用系统。如：西门子 s7-300、s7-400 系列。s7-300 用背板总线将除电源之外的各个模块连接起来。背板总线继承在模块上，模块 u 形总线连接器连接，每个模块都有一个总线连接器，后者插在各模块的背后，如图 2.3 所示。图 2.3 s7-300 模块连接图2 26 6 s7-300/400s7-300/400 系列可编程控制器（系列可编程控制器（plcplc）的工作过程）的工作过程可编程控制器（plc）工作流程图，如图

31、2.4 所示。图 2.4 可编程控制器（plc）工作流程图3 硬件、软件选择硬件、软件选择根据控制要求，系统有 7 个电磁翻板驱动器 y1y7；1 个电磁挡板驱动器 y9；2个双作用气缸的电磁阀驱动(ta 和 tb)；7 个料斗满指示灯 h1h7；1 个落料管缺料指示灯 h0；1 个报警器 ha；1 个启动按钮；1 个停止按钮；1 个消警按钮；1 个落料管缺料传感器 b0；7 个料斗落料传感器 b1b7；2 个推料气缸位置传感器；1 个电磁挡板位置传感器；1 个测量机构。所以至少需要 19 个数字量输出端子、14 个输入端子和 1 个模拟量输入通道。3 31 1 plcplc 模块选型模块选型

32、3.1.1 模块选型根据控制要求，系统至少需要 19 个数字量输出端子、14 个数字量输入端子和 1 个模拟量输入通道。所以各模块的选择型号如下：电源：ps 307 10a （定货号 6es7 307-1ka00-0aa0）cpu：cpu 315 （定货号 6es7 315-1af03-0ab0）数字量输入模块：di32xdc24v （定货号 6es7 321-1bl80-0aa0）数字量输出模块：di32xdc24v/0.5a （定货号 6es7 322-1bl00-0aa0）模拟量输入模块：ai8x16bit（定货号 6es7 331-7nf10-0ab0）plc 模块选型如图 3.1 所

33、示。图 3.1 plc 模块选择3.1.2 plc 模块参数1.数字量输入模块 sm321数字量输入模块(di)的功能是给 plc 输入 i、o 信号（开、关信号） 。sm321 数字量输入模块有两种输入方式：直流输入和交流输入。根据输入方式和点数不同，sm321 又可分为多种类型。sm321 数字量输入模块常用类型的的输入点数有 8点、16 点和 32 点等。2.数字量输出模块 sm322数字量输出模块(do)的功能是从 plc 输出 i、o 信号（开、关信号） 。sm322 数字量输出模块有三种输出类型，晶体管输出型、晶闸管（可控硅）输出型、继电器输出型。晶体管输出型模块只能驱动直流负载（

34、既要求负载连接直流电源） ，其过载能力差，但响应速度快；晶闸管输出型模块智能驱动交流负载，其过载能力差但单响应速度快；继电器输出型模块既可以驱动直流负载，也能驱动交流负载，其导通电阻小、过载能力强，但响应速度慢（继电器的机械触电通断速度慢） ，不适合动作频繁的场合。sm322 数字量输出模块的输出点数有 8 点、16 点和 32 点等。模块选型参数如表 3-1 所示：表 3-1 模块选型参数3 32 2 计数模块和比较模块计数模块和比较模块3.2.1 计数器计数器(counters)：它们不是实际存在的。它们是模拟的计数器，编程后可以用来对脉冲计数。在 s7-300plc 的 cpu 中保留一

35、块存储区作为计数器计数值存储区。每个计数器占用一个 16 位的字和一个二进制位。计数器字用来存放它的当前计数值，计数器触点的状态由它的位的状态来决定。用计时器地址(c 和计数器号组成，如 c1)来存取当前计数值和计数器位，不同的 cpu 支持 32256 个计数器。计数器字中的第 011 位表示计数值 bcd 码，计数范围是 0999。当计数值达到上限 999 时，停止计数。计数值达到下限 0 时，停止计数。计数器进行置数（设置初始值）操作时，累加器 1 低字中的内容改装入计数器字。计数器的计数值，将以此为初值增加或减小。计数器字的计数值为二进制格式时，计数值只占用计数器字的 09。典型的计数

36、器可以做加计数、减计数和双向计数。因为它们是模拟的，所以限制了它们的计数速度。有些厂家也在 plc 中加入基于硬件的高速计数器。我们可以认为它们是实际存在的。大多数情况下，这些计数器可以做加计数、减计数和双向计数。3.2.2 比较器 比较指令用于比较累加器 2 与累加器 1 中的数据大小。比较时，应确保两个数的数据类型相同，数据类型可以是整数、双整数或实数。若比较的结果为真，则 rlo为 1，否则为 0。比较指令影响状态字位 cc1 和 cc0。3 33 3 传感器选型传感器选型3.3.1 传感器传感器（英文名称：transducer/sensor）是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将

37、检测感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。它是实现自动检测和自动控制的首要环节，有时也可以成为换能器、检测器、和探头等。常用传感器的输出信号多为易于处理的电量，如电压、电流、频率和数字信号等。3.3.2 直线位移传感器直线位移传感器的功能在于把直线机械位移量转换成电信号。为了达到这一效果，通常将可变电阻滑轨定置在传感器的固定部位，通过滑片在滑轨上的位移来测量不同的阻值。传感器滑轨连接稳态直流电压，允许流过微安培的小电流，滑片和始端之间的电压，与滑片移动的长度成正比。将传感器用作分压器可最大限度降低对滑轨总阻值精确性

38、的要求，因为由温度变化引起的阻值变化不会影响到测量结果。直线位移传感器参数如表 3-2 所示，实物图如图 3.2 所示。表 3-2 直线位移传感器参数特点特点参数参数bw 通用拉杆系类75mm可用电性行程（a、e）75mm电阻105k独立线性率0.05%机械行程（m、t）82mm最大工作速度10m/s建议使用电流10a使用温度范围60150尺寸 a155mm图 3.2 bwl753.3.3 滑动式直线位移传感器：通用滑块导电塑胶膜系列，有效行程 75mm3000mm，两端均有 4mm 缓冲行程，精度 0.05%0.02%fs。外壳表面阳极处理，防腐蚀；内置导电塑料测量单元，无温漂，寿命长；具有

39、自动电气接地功能。密封等级为 ip54（向下安装时为 ip57） ，din430650标准插头插座，可以适用在大多数通用场合，特别是长度方向受到限制，对中较困难的场合；拉杆配合球头具有 10mm 自动校正功能，允许极限运动速度为 10m/s。3.3.3 对射式传感器对射式传感器（光电晶体管输出)基于 sep8506 红外发光管，sdp8406 光电三极管和 sdp8106 光电达林顿管。 接收器输出由一施密特触发电路缓冲以保证与现行的数字电路匹配。可引起接收器状态改变的发光管电流最大值为 20ma，输出级为发射极接地的 npn 三极管，带 10k 的集电极电。对射式传感器参数如表 3-3 所示

40、，实物图如 3.3 所示。表 3-3 对射式传感器参数特点特点参数参数产品名称光电传感器尺寸5描述接收器附加信息200hz长度35材质va操作电压10-30v dc输出电流100ma输出pnp,no检测距离250连接5m 缆线图 3.3 oe0501003.3.4 电感式传感器电感式传感器 （inductance type transducer） 电感式传感器是利用电磁感应把被测的物理量如位移，压力，流量，振动等转换成线圈的自感系数和互感系数的变化，再由电路转换为电压或电流的变化量输出，实现非电量到电量的转换。电感式传感器参数如表 3-4 所示，实物图如图 3.4 所示。表 3-4 电感式传感

41、器参数特点特点参数参数有效行程规格（mm）801500mm输出型式05v dc、010v dc、420ma dc、rs485线性精度0.05%fs迟滞0.001%fs工作电流电压、数字输出型16ma，电流输出型35ma使用温度范围-20125极限运动速度10m/s图 3.4 mtc3 34 4 电磁阀的选型电磁阀的选型3.4.1 电磁阀电磁阀（electromagnetic valve）是用电磁控制的工业设备，是用来控制流体的自动化基础元件，属于执行器，并不限于液压、气动。用在工业控制系统中调整介质的方向、流量、速度和其他的参数。电磁阀可以配合不同的电路来实现预期的控制，而控制的精度和灵活性都

42、能够保证。电磁阀有很多种，不同的电磁阀在控制系统的不同位置发挥作用，最常用的是单向阀、安全阀、方向控制阀、速度调节阀等。3.4.2 电磁阀的工作原理电磁阀里有密闭的腔，在不同位置开有通孔，每个孔连接不同的油管，腔中间是活塞，两面是两块电磁铁，哪面的磁铁线圈通电阀体就会被吸引到哪边，通过控制阀体的移动来开启或关闭不同的排油孔，而进油孔是常开的，液压油就会进入不同的排油管，然后通过油的压力来推动油缸的活塞，活塞又带动活塞杆，活塞杆带动机械装置。这样通过控制电磁铁的电流通断就控制了机械运动。3.4.3 电磁阀的分类1直动式电磁阀原理：通电时，电磁线圈产生电磁力把关闭件从阀座上提起，阀门打开；断电时，

43、电磁力消失，弹簧把关闭件压在阀座上，阀门关闭。特点：在真空、负压、零压时能正常工作，但通径一般不超过 25mm。2分步直动式电磁阀原理：它是一种直动和先导式相结合的原理，当入口与出口没有压差时，通电后，电磁力直接把先导小阀和主阀关闭件依次向上提起，阀门打开。当入口与出口达到启动压差时，通电后，电磁力先导小阀，主阀下腔压力上升，上腔压力下降，从而利用压差把主阀向上推开；断电时，先导阀利用弹簧力或介质压力推动关闭件，向下移动，使阀门关闭。特点：在零压差或真空、高压时亦能可动作，但功率较大，要求必须水平安装。3先导式电磁阀原理：通电时，电磁力把先导孔打开，上腔室压力迅速下降，在关闭件周围形成上低下高

44、的压差，流体压力推动关闭件向上移动，阀门打开；断电时，弹簧力把先导孔关闭，入口压力通过旁通孔迅速腔室在关阀件周围形成下低上高的压差，流体压力推动关闭件向下移动，关闭阀门。特点：流体压力范围上限较高，可任意安装（需定制）但必须满足流体压差条件。电磁阀参数如表 3-5 所示，实物图如图 3.5 所示。表 3-5 电磁阀参数产品特点产品特点: :参数参数动作方式先导式控制方式常闭（标准） ，常开（可选）接口螺纹g1/2g2公称通径dn15dn50mm工作压力最高 1.6mpa适用介质中性，气态或液态流体介质粘度21mm/s介质温度-10+80环境温度-10+50阀体材质黄铜密封材质nbr（标准） ，

45、fpm、epdm（可选）标准电压：ac：220v（50/60hz） dc:24v防护等级：ip653 35 5 stepstep 7 7step7 编程软件是一个用于 simatic 可编程逻辑控制器的组态和编程的标准软件包。step7 标准软件包中提供一系列的应用工具，如：simatic 管理器、符号编器、硬件诊断、编程语言、硬件组态、网络组态等。step7 编程软件可以对硬件和网络实现组态，具有简单、直观、便于修改等特点。该软件提供了在线和离线编程的功能，可以对 plc 在线上载或下载。利用 step7 可以方便地创建一个自动化解决方案。图 3.5 8112 系列黄铜电磁阀step 7 操

46、作步骤如图 3.6 所示。图 3.6 step 7 的操作步骤4 硬件设计硬件设计4 41 1 系统配置及资源分配系统配置及资源分配4.1.1 数字量输入 di 的资源分配数字量输入资源分配如图 4.1 所示。图 4.1 数字量输入 di 的资源分配4.1.2 内部存储器 m 的资源分配内部存储器资源分配如图 4.2 所示。图 4.2 内部存储器 m 的资源分配4.1.3 数字量输出 do 的资源分配数字量输出资源分配如图 4.3 所示。图 4.3 数字量输出 do 的资源分配4.1.4 模拟量输入的资源分配模拟量输入资源分配如图 4.4 所示。图 4.4 模拟量输入的资源分配4 42 2 系

47、统端子接线系统端子接线系统端子配线如图 4.5 所示。1mq4.0q4.1q4.2q4.31l2mq5.1q5.2q5.3q5.4q5.5q5.6q5.72lh0h1h2h3h4h5h6h724vsm322tatby9ha24v3mq6.0q6.1q6.2q6.3q6.4q6.5q6.6q6.73ly1y2y3y4y5y6y724v图 4.5（a） 滚柱直径分拣系统端子接线图 i0.02mi1. 1 i1.2i1.3i1.4i1.5i1.6i1.71m24v sb1 sb2 sb3b0ba8_1 b8_2b924vb1b2b3b4b5b6b7m+ m- + 直径误差信号 sm321sm331v

48、10 i0.1i0.2i0.3i0.4i0.5 i0.6图 4.5(b) 滚柱直径分拣系统端子接线图5 模拟量的输入标定模拟量的输入标定5 51 1 模拟量的处理模拟量的处理在生产过程中，有许多过程变量的值是随时间连续变化的如压力、温度、流量、物位等要采用各种类型传感器进行测量。传感器将输出标准电压、电流、温度、或电阻信号供 plc 采集，plc 的模拟量输入模板将该电压、电流、温度、或电阻信号等模拟量转换成数字量整形数(integer)。在 plc 程序内部要对相应的信号进行比较、运算时常需将该信号转换成实际物理值对应于传感器的量程。而经程序运算后得到的结果要先转换成与实际工程量对应的整形数

49、再经模拟量输出模板转换成电压、电流信号去控制现场执行机构，这样就需要安装模拟量处理模块。模拟量处理模块的主要功能是，把生产过程中送来的模拟信号转换成 plc 可使用的数字信号(a/d 转换)，或将经过 cpu 的内部程序处理，plc 以数字量形式给出的控制数据转换成模拟量(d/a 转换)，以供执行机构使用。该模块还具有将 plc 与被控对象、执行机构实现电气上隔离的能力。5 52 2 模拟量模块量程设定模拟量模块量程设定在使用通用的模拟量输入模板时，为了区分不同的模拟量类型和量程，必须首先确定变送器或者传感器的信号类型，正确设置模拟量输入模块的量程，可以通过改变安装在模板侧面量程调节块的位置来

50、设定。在 6es7-331-7nf10-0ab0 上有 8 个模拟量输入通道，每两个通道为一组，共用一个量程调节块。在量程调节块上有 a、b、c、d 4 个位置，缺省位置为“b” ，即电压测量位置。模量信号处理过程如图 5.1 所示。 传感器 变送器 物理量 标准的模拟信号 . . 压力 . . 温度 . . 速度 . . ph 值 . . 粘度 等 500m v 1 v 5 v 10v 20m v 等 物理量 模 拟 执行量 模拟量输入模块 结果存储器 mr 模块adc piwpiw . piw. . . . . . . . . . . . l piw 304 t piw 320 模拟量输出

51、模板 dac pqw. pqw. pqw. 图 5.1 模拟信号处理过程“a”热电阻、热电偶测量，测量值通常为毫伏信号，测量范围为1000mv；“b”电压测量，测量范围为10v；“c”四线制变送器测量，传感器电源线与信号线分开，测量范围为 420ma；“d”二线制变送器测量，传感器电源线与信号线共用，传感器的电源通过模拟量输入模块供给，测量范围为 420ma。量程卡的调节方法如下：1.用螺丝刀将量程卡从模拟量输入模块中松下如图 5.2 所示。2.对量程卡进行正确定位，然后选择测量范围并按标记方向将量程卡插入模拟量输入模块中如图 5.3 所示。对于一些模块，几个通道组合在一起构成一个通道组共用一

52、套 a/d 转换电路，此时量程卡的设置是针对整个通道组的设置。在 step7 中，对模拟量模块进行参数化设置时，所选测量传感器类型必须与模块上量程卡设定的类型相匹配，否则，模块上的 sf 指示灯将指示模块故障。图 5.2 取出量程卡图 5.3 安放量程卡5 53 3 模拟量输入值的规范化模拟量输入值的规范化 fc105fc105在 step7 v5.5 的标准库“t1-s7 转换块”的子目录里有一个可以用于模拟量输入规范化的功能 fc105，符号名为“scale” ，该功能可以将从模拟量输入模块接收的一个整型值转换为以工程单位表示的介于下限(lo-lim)和上限(hi-lim)之间的实型值。常

53、数k1 和 k2 根据输入值是双极性还是单极性来设置。fc105 的功能可用方程式表示为：(k1)(_)_k2k1inhilimlolimoutlolim由于测量机构所产生的信号为10v 的模拟量电压信号，所以需要通过模拟量输入模块将误差信号送入 plc 进行比较处理。可以将模拟量输入模块转换后的数字-32768+32768 用整数规范化功能子程序进一步转换为 0100 的实型数字。模拟量输入模块 fc105 如图 5.4 所示。en：使能输入端，信号状态为 1 时激活该功能。eno：使能输出端，如果该功能的执行无错误，该使能输出为 1。in：欲转换为以工程单位表示的实型值的输入值（整数类型）

54、 ，可直接从模拟量输入模块接收数据；lo_lim：以工程单位表示的下限值，实数类型；hi_lim：以工程单位表示的上限值，实数类型；out：规范化后的值（物理量） ，实数类型；图 5.4 模拟量输入模块 fc1056 软件设计软件设计6 61 1 plcplc 程序设计基本步骤程序设计基本步骤1.根据控制要求，确定控制的操作方式（手动、自动、连续、单步等） ，应完成的动作（动作的顺序和动作条件） ，以及必须的保护和联锁；还要确定所有的控制参数，如转步时间、计数长度、模拟量的精度等。 2.根据生产设备现场的需要，把所有的按钮、限位开关、接触器、指示灯等配置按照输入、输出分类；每一类型设备按顺序分

55、配输入/输出地址，列出 plc 的 i/o 地址分配表。每一个输入信号占用一个输入地址，每一个输出地址驱动一个外部负载。3.对于较复杂的控制系统，应先绘制出控制流程图，参照流程图进行程序设计。可以用梯形图语言，也可以用助记符语言。 4.对程序进行模拟调试、修改，直至满意为止。调试时可采用分段调试，并利用计算机或编程器进行监控。5.程序设计完成后，应进行在线统调。开始时先带上输出设备（如接触器、信号指示灯等） ，不带负载进行调试。调试正常后，再带上负载运行。全部调试完毕，交付试运行。如果运行正常，可将程序固化到 eprom 中，以防程序丢失。6 62 2 程序结构类型程序结构类型6.2.1 线性

56、程序所谓线性程序结构，就是将整个用户程序连续放置在一个循环程序块（ob1）中，块中的程序按顺序执行，cpu 通过反复执行 ob1 来实现自动化控制任务。这种结构和可编程控制器（plc）所代替的硬接线继电器控制类似，cpu 逐条地处理指令。事实上所有的程序都可以用线性结构实现，不过，线性结构一般适用于相对简单的程序编写。6.2.2 分段式程序所谓分部程序，就是将整个程序按任务分成若干个部分，并分别放置在不同的功能（fc） 、功能块（fb）及组织块中，在一个块中可以进一步分解成段。在组织块 ob1中包含按顺序调用其他块的指令，并控制程序执行。在分部程序中，既无数据交换，也不存在重复利用的程序代码。

57、功能（fc）和功能块（fb）不传递也不接收参数，分部程序结构的编程效率比线性程序有所提高，程序测试也较方便，对程序员的要求也不太高。对不太复杂的控制程序可考虑采用这种程序结构。6.2.3 结构化程序所谓结构化程序，就是处理复杂自动化控制任务的过程中，为了使任务更易于控制，常把过程要求类似或相关的功能进行分类，分割为可用于几个任务的通用解决方案的小任务，这些小任务以相应的程序段表示，称为块（fc 或 fb） 。ob1 通过调用这些程序块来完成整个自动化控制任务。结构化程序的特点是每个块（fc 或 fb）在 ob1 中可能会被多次调用，以完成具有相同过程工艺要求的不同控制对象。这种结构可简化程序设

58、计过程、减小代码长度、提高编程效率，比较适合于较复杂自动化控制任务的设计。本文选择分部式结构式编程，把程序分成几个不同的块。6 63 3 程序结构程序结构打开 step-7 应用软件，进入 step7 程序界面中执行“选项参考数据显示”操作，如图 6.1(a)所示，则出现图 6.1(b)所示界面，选择程序结构，点击确定，将出现程序结构界面，如图 6.1(c)所示。程序结构中有以下几个主要的程序段：主程序 ob1；初始化程序 ob100；分拣控制程序 fc1；计数比较程序 fc2；测量比较程序 fc3；模拟量处理程序 fc105。各程序段程序清单参见附录。图 6.1 step7 程序界面（a）图

59、 6.1 step7 程序界面（b）图 6.1 step7 程序界面（c）7 程序安装、调试、运行程序安装、调试、运行7 71 1 程序下载程序下载首先打开可编程控制器（plc）sim 工具，将硬件组态信息及程序块（ob1、ob100、fc1、fc2、fc3、fc105）下载到仿真可编程控制器（plc） ，然后在可编程控制器（plc）sim 窗口内执行菜单命令【tools】【option】【attach symbols】将符号表匹配到可编程控制器（plc）sim 。程序下载如图 7.1、7.2 所示。图 7.1 模块下载图 7.2 sim 窗口7 72 2 设置调试变量设置调试变量调试变量设置

60、如图 7.3 所示。图 7.3 设置调试变量7 73 3 程序调试步骤程序调试步骤程序调试步骤如表 7-1 所示。表 7-1 程序调试步骤步骤调试前活动的变量需手动设置的变量调试后活动的变量说明0piw288=11000-2800sb2=1，b8-2=1，b9=1f3=1，ta=1初始化操作1f3=1，ta=1sb 先为 1 再为 0s1=1，f3=1，tb=1按 sb1 进入工序 12s1=1，f3=1，tb=1b8-2=0，b8-1=1s2=1，f3=1，ta=1进入工序23s2=1，f3=1，ta=1b8-2=1，b8-1=0s3=1，f3=1，ta=1，进入工序34s3=1，f3=1，