设计气动自动生产线检测系统的电路与控制设计说明

1、. . . . 三 江 学 院本科毕业设计（论文）题目 气动自动生产线检测系统的电路与控制设计 三江高职 院（系） 机械设计制造与其自动化 专业学 号 G095152015 学生 鹏 指导教师 康 杰 起讫日期 2012年12月17日2013年4月5日设计地点 三江学院 34 / 41摘 要随着现代化工业生产的发展，气动技术、液压技术、传感器技术、PLC技术网络与通讯技术等紧密结合而形成的机电液、机电气、机电光一体化的自动化控制技术的应用在工业生产中起着越来越重要的作用，自动化生产系统已成为当今工业生产的重要组成部分。德国FESTO公司研制的MPS(Modular Production Sys

2、tem）模块化生产系统就是一个工业自动化生产系统，是基于机电气（液）一体化技术、PLC控制与机器人结合的全自动、可完成气缸加工装配的系统。 本文所研究的课题是以MPS启动自动生产线的检测单元为例，对检测单元的模块化控制系统进行研究。主要进行两个方面的工作一是对检测单元的硬件设备的电路进行设计，二是对其控制系统进行设计。以SIEMENS S7-200 PLC 为核心控制系统，完成了检测单元总体的功能设计与分解以与各个模块的功能设计与分解，完成了各模块工艺流程的详细设计、程序设计、为模块之间的协调工作设计了合理的传递信息，完成了各个模块的联机工作工艺流程详细设计。关键字：PLC；检测单元；生产线；

3、气动ABSTRACTWith the development of modem industrial production,pneumatic technology,hydraulic technology,sensor technology,PLCnetwork and communications technology,technology integration and the formation of the close hydraulic,aircraft electrical,mechanical and electrical integration,automatic contr

4、ol technology optical applications in industry production is playing an increasingly important role in automated production systems have become an important component of industrial production.Point.Germany FESTO company developed MPS(Modular Production System)modular production system for industrial

5、 an automation on a production system is based on the electrical machine(liquid) integration technology,PLC control combined with automatic robot can complete the processing and assembling of the cylinder systems.The subject in this paper si to MPS pneumatic automatic production line detection unit

6、as an example,the detection unit of the modular control system.Two main areas of work carried out,one of the detection unit hardware circuit design,and second,to design its control system.To SIEMENS S7-200 PLC as the core control system,complete detection unit and decomposition process of each modul

7、e to complete the detailed design,program design,coordination between the modules reasonably designed to transmit information,complete the online work of each module detailed design process.Key words:PLC; detection unit;production lines; pneumatic目 录第一章 绪论11.1课题背景11.1.1工业自动化技术11.1.2工业和自动化技术的现状与发展11.

8、2课题的主要容31.2.1课题研究目的31.2.2课题研究任务3第二章 检测单元总体功能设计与分解52.1检测单元的总体功能设计52.2检测单元的模块分解62.2.1传感模块62.2.2起重模块72.2.3测量模块72.2.4气垫滑梯模块8第三章 检测单元控制系统设计93.2可编程控制器的介绍103.2.1PLC的工作原理103.5安装结构控制图15第四章 检测单元的程序编制与调试174.1程序的编制174.1.1编程软件step7介绍174.1.2模块化编程法实现系统控制184.1.3检测系统PLC外部接线图194.1.4检测系统的资源分配194.1.5用顺序控制编程法实现检测单元程序的编制

9、214.1.6检测单元编程的具体实现过程224.2程序的调试254.2.1仿真软件的介绍254.2.2程序的调试与仿真26结束语28致 29参考文献30附录31第一章 绪论1.1课题背景1.1.1工业自动化技术制造业正在通过技术创新,提供高质产品和具有吸引力的产品价格等方式加强自身的竟争力。在实现这些目标的过程中,生产线检测系统在生产流程中扮演重要的角色。通过在线检测，企业可以提高生产质量,削减更多的成本并提高产品质。工业自动化技术是一种运用控制理论、仪器仪表、计算机和其他信息技术，对工业生产过程实现检测、控制、优化、调度、管理和决策，达到增加产量、提高质量、降低消耗、确保安全等目的综合性高技

10、术，包括工业自动化软件、硬件和系统三大部分。工业自动化技术作为20世纪现代制造领域中最重要的技术之一，主要解决生产效率与一致性问题。无论高速大批量制造企业还是追求灵活、柔性和定制化企业，都必须依靠自动化技术应用。国家在“十五”期间，制定了“用信息化带动工业自动化”的指导方针。“十五”期间，作为以信息化带动工业化战略的重要组成部分，科技部组织实施制造业信息化工程。其目标是在“九五”CAD（计算机辅助设计）应用公共流程和CIMS(计算机集成制造系统)应用示公共流程公共能做成果的基础上，实现基业管理的信息化、生产过程的自动化以与装备的现代化。并要培养锻炼一大批人才，形成一支推进工业化发展的基本队伍。

11、1.1.2工业和自动化技术的现状与发展 明确企业创新发展的最终目的应该是：满足提高生产力和竟争力、降低制造成本、经济地将质提离到的水平、满足新产品生产和过程创新的需要、改菩工作环境、提高工人健康水平、避免浪费、降低能耗和保护环境。随着电子和信息技术的发展，特别是随着计算机的出现和广泛的应用，国外对自动化生产线技术的研究非常重视，已经进行了大量研究，自动化工业发展极快。虽然我国对自动化生产线技术的研究十分重视，近年来在研究和应用上作了大量工作。但是由于工业企业效益好，就投资类需求看出，我国还没很好的完成工业化任务；微电子技术落后，不能很好支撑工业的发展。工业生产检测控制系统要配套的集成电路、电力

12、电子器件，关键外部设备和系统软件等基本依靠进口，致使整机产品开发周期较长；我国的相关产品开发的人才整体水平不高，产品的开发和推广应用对人才要求较高，都要既懂机又懂电，既懂产品相关的软硬件又懂应用工业工艺的复合人才。1.1.3MPS模块化生产系统介绍德国FESTO公司的MPS(Modular Production System)模块化生产系统是一套包含工业自动化系统中不同程度的复杂控制过程自动化技术系统，是集机械、电子、通讯为一体高度集成的培训系统。它涵盖了机械设计、传感器技术、自控技术、信息技术和计算机技术等多项学科的容，MPS的每个单元均根据设定的任务，选择相应功能和技术参数的气动元件、传感

13、器、电器元件与标准型材集成而成，它代表了当今现代化企业产品开发“采购和集成”的先进设计理念。在工业生产中，专业技术人员需要掌握越来越多有关控制器的基础知识与使用、系统模拟、可视化监控、总线系统与网络技术的知识。如图1-1所示：图1-1 MPS模块化生产系统 MPS模块化自动生产系统，为项目的确认、课题的验证与新技术的开发提供良好的实践与运行平台。此课题研究的MPS模块化自动生产系统包含九个工作站，又称为九站生产系统。它为气液、传感器、机器人、可编程逻辑控制器，总线与网络技术等的应用提供了技术平台。MPS模块化生产系统如图1-2所示：图1-2 MPS系统加工组装的元件图九个工作站按供料站、检测站

14、、加工站、操作手站、暂存站、机械手站、装配站、冲压站和成品分装站顺序排布可以实现由活塞、弹簧与端盖组成的气缸的运送，检测，加工、组装与分选。1.2课题的主要容1.2.1课题研究目的MPS(Modular Production System)模块化生产系统就一个是工业自动化生产系统，是基于机电气(液)一体化技术、PLC控制与机器人结合的全自动、可完成气缸加工装配系统。以该系统为平台，其模块化的结构，将气动、液压、电气与电子、PLC、网络与计算机技术综合与一体，构成典型的加工单元，再由多个单元组合在一起，形成一个生产加工系统。本课题的研究目的是解决自动生产线检测系统研制开发过程中所涉与到的系统总体

15、功能设计与分解、系统模块功能设计与分解、工艺流程详细设计、PLC程序设计等关键控制技术，开发出一条集工业总线技术、机械传动与执行机构技术、PLC控制技术、电气控制技术、传感器技术于一体的自动生产线检测系统，为生产加工系统的开发设计提供了技术上的探索和有益的借鉴。1.2.2课题研究任务本论文涉与的主要研究任务包括: （1）检测系统总体功能设计与分解在分析客户需求的基础上，确定生产检测系统的总体功能，并对总体功能进行分解，确定系统的组成模块。 （2）各个模块的功能设计与分解在确定了检测系统的总体功能以与组成模块的基础上，对各个组成模块的功能进行设计和分解，为进行各个模块控制器的开发、工艺流程的详细

16、设计、程序流程的详细设计奠定基础。 （3）检测系统工艺流程详细设计完成检测系统的多功能工艺流程的设计，包括详细的工艺流程设计、程序流程设计、PLC程序设计。第二章 检测单元总体功能设计与分解2.1检测单元的总体功能设计该工作单元主要由PLC、控制面板、调节阀、电控阀、无杆举升气缸与上下限位开关、工件厚度测量装置、推料缸与推出到位传感器、下滑槽、上滑槽、物料检测传感器等组成。该工作单元的主要作用是对供料单元所送来的工件进行厚度检测；如果工件的厚度在有效围之，则认为是合格工件并通过上滑槽送到下一站；如果工件的厚度在有效围之外，则认为工件是非合格工件并从下滑槽推出。检测工作单元的结构如图2-1：图2

17、-1 检测工作单元结构图具体要求如下：上电时要求先点亮允许复位指示灯，按复位按钮，各工作部件应回到初始状态（无杆举升气缸下降、推料缸将参与工件从下滑槽推出并缩回）。按复位按钮，工作部件回到初始位置后应点亮允许启动指示灯；按启动按钮，工作单元开始工作。工作单元开始工作后，如果下游站出于空闲状态、本站物料位置有工件且上游站的摆缸已离开物料位置，则举升气缸上升对工件进行厚度检测；如果工件的厚度在有效围，则对上滑槽吹气并将工件从上滑槽推出，然后停止对滑槽吹气；如果工件的厚度在有效围之外，则举升缸下降，并将工件从下滑槽推出。工作过程中按停止按钮，各工作部件应立即停止动作。通过分析，可绘制出检测单元的动作

18、流程图，如图2-2所示：图2-2 检测单元动作流程图2.2检测单元的模块分解该测试站确定放入的工件的特点。该传感模块标识一个工件颜色，电容式传感器检测每个工件的颜色。弥散性的传感器识别金属和红色工件。黑色工件检测不到。测量模块模拟传感器决定了高度工件。输出信号或者是数字化可调通过与比较阈值，也可以通过提供一个到PLC使用模拟信号处理连接块。一个线性缸引导正确的工件到下游站通过高空气垫滑梯。2.2.1传感模块如图2-3所示：图2-3 传感模块此传感模块安装在初始位置，由一个光电传感器来确定工件的有无，若工件存在则起重模块开始运动。2.2.2起重模块如图2-4所示：图2-4 起重模块工件由初始位置

19、至检测位置以与不合格工件回到初始位置都是由起重模块完成。该驱动器使用的是无杆举升缸和一个喷射缸。移动压缩空气管道和电缆线路也布置其中。2.2.3测量模块 如图2-5所示：图2-5 测量模块起重模块将工件送至上限位，即是测量位置。由测量模块中的电感式传感器得到的模拟量与设定值相比较，确定工件高度是否合格，将此信号送至PLC。2.2.4气垫滑梯模块 （a）（b）图2-6 气垫滑梯模块此空气缓冲滑动模块用于运输工件，检测合格与不合格的工件都要由推杆送至滑梯，通过上下滑梯来进行分类运输。为了确保工件的安全，滑梯的高度与倾斜角均可以调整。滑梯上有一排喷气孔，是由喷射缸喷气之用。若工件合格，推杆便将工件推

20、至滑梯上，同时，喷射缸喷射高压气体，使得工件下滑时与滑梯表面减少接触，摩擦自然减少，更容易滑动。第三章 检测单元控制系统设计3.1检测单元的工作过程检测系统的主要作用是对位于起点的工件进行甄别，检测加工工件的高度特性，将不同的工件送入不同的地点。在加工工件被无杆缸提升至检测位置之前，由向后反射式光电传感器检测该位置是否为空，模拟量传感器检测工件的高度。无杆缸将合格的工件传送至启动滑槽的上层，并将不合格的工件检出至启动滑槽的下层。开关按钮是控制检测环节的开始与结束，检测过程的动作则有PLC来控制。光电式传感器固定在铝合金底板上，即初始位置。当没有工件时，由于光电式传感器发出的光线将直接射出，而不

21、被遮挡，即没有反射光线返回给传感器，则传感器的输出信号为“0”，如果此时该位置上放有工件，则光电式传感器发出的光线被工件挡住，工件将光线反射给传感器，则传感器的输出信号为“1”，利用光电式传感器信号的变化即可判断是否有工件放在初始位置上。当确定初始位置有工件，且此时推杆缩回，启动系统后，控制上下运动的举升缸慢慢向上运动，到达上限位，使得上行程开端常闭出点断开，举升缸停止运动，工件此时到达了预设的检测位置。位于上端的测量模块将对工件进行检测，判断工件是否合格。测量模块即是霍尔传感器。如果工件合格，在霍尔元件的控制电流恒定，且在一个均匀的梯度磁场中，因为霍尔电压与位移成正比，合格的工件高度一定，霍

22、尔电压时一个定值，传感器将测得的模拟量与设定值比较，若一样则输出信号为“1”，若不同则输出信号为“0”。利用霍尔传感器的信号变化即可判断工件是否合格。若测量模块确定工件合格以后，推杆就会伸出，将合格的工件推送至上层滑梯进行分类。气垫滑梯的高度和倾斜角均可以调整。在推出工件的同时，滑梯上的排气孔也会喷射出高压气体，使得工件下滑时与滑梯表面减少接触，摩擦自然减少，更容易滑动。若工件不合格，举升缸则向下运动，将不合格的工件运至初始位置，到达下限位，下行程开关常闭触点断开，举升缸停止运动，推杆伸出，将不合格的工件推至下层滑梯进行分类。此时一个工作循环结束。通过对检测单元的控制要求与工作过程的分析，可绘

23、制出该站的工作流程，如图3-1所示：图3-1 检测站工作流程图3.2可编程控制器的介绍可编程序控制器(PC,Programmable Controller)因早期主要用于开关量的逻辑控制，因此也称为PLC(Programmable Logic Controller)。可编程序控制器是以微处理器为基础，综合了计算机技术、自动控制技术和通信技术而发展起来的一种通用的工业自动控制装置。它具有体积小、功能强、灵活通用与维护方便等一系列优点。PLC网络经过多年的发展，己成为具有3-4级子网的多级分布式网络。3.2.1PLC的工作原理PLC虽具有微机的许多特点，但它的工作方式却与微机有很大不同。微机一般采

24、用等待命令的工作方式，PLC则采用循环扫描工作方式。在PLC中，用户程序按先后顺序存放。CPU从第一条指令开始执行程序，直至遇到结束符后又返回第一条。如此周而复始不断循环。每一个循环称为一个扫描周期。一个扫描周期大致可分为I/O刷新和执行指令两个阶段，即图3-2所示：图3-2 CPU扫描周期示意图所谓I/O刷新即对PLC的输入进行一次读取，将输入端各变量的状态重新读入PLC中存入部寄存器，同时将心得运算结果送到输出端，这实际是将存放输入、输出状态的寄存器容进行一侧更新，故称为“I（输入)/O(输出)刷新”。由此可见若输入变量在I/O刷新期间状态发生变化，则本次扫描期间输出端也会相应地发生变化。

25、反之，若本次I/O刷新之后，输入变量才发生变化，则本次扫描输出不变，而要到下一次扫描期间输出才会产生响应。由于PLC采用循环扫描的工作方式，所以它的输出对输入的响应速度要受扫描周期的影响。总之，采用循环扫描的工作方式，是PLC区别于微机和其他控制设备的最大特点。MPS模块化生产系统分为九个工作站，为了完成对过程现场输入输出信号的处理，实现各工作站信息的交换，完成气缸与其元件的运送、加工、自动装配与分选的顺序控制，除机械手站外，其他各站分别由一台PLC控制。机械手有专用的控制盒与编程语言，主要完成气缸的装配工作。3.2.2 SIMATIC S7-200介绍西门子公司的SIMATIC S7-200

26、系列属于小型PLC。可用于代替继电器的简单控制场合，也可用于复杂的自动化控制系统。由于它有极强的通信功能，在大型网络控制系统中也能充分发挥其作用。应用领域极为广泛，覆盖所有与自动检测，自动化控制有关的工业与民用领域，包括各种机床、机械、电力设备、民用设施、环境保护设备等。如：冲压机床、磨床、印刷机械、橡胶化工机械、中央空调、电梯控制、运动系统。S7-200系列出色表现在以下几个方面： （1）极高的可靠性 （2）极丰富的指令集 （3）易于掌握 （4）便捷的操作 （5）丰富的置集成功能 （6）实时特性 （7）强劲的通讯能力 （8）丰富的扩展模块S7-200的可靠性很高，可以用梯形图、语句表（即指令

27、表）和功能块图三种语言来编辑程序。它的指令丰富，指令功能强，易于掌握，操作方便，置有高速计数器、高速输出、PID控制器、RS-485通信/编程接口、PPI通信协议、MPI通信协议和自由端口模式通信功能，最大可以扩展到248点数字量I/O或35路模拟量I/O,最多有30多KB程序和数据存储空间。3.3传感器的介绍信息技术取得的进展以与未处理和计算机技术的高速发展，都需要在传感器的开发方面有相应的进展。未处理现在已经在测量和控制系统中得到广泛的应用。随着这些系统能力的增强，作为信息采集系统的前端单元，传感器的作用越来越重要。传感器已成为自动化系统和机器人技术中的关键部件，作为系统中的一个结构组成，

28、其重要性变得越来越明显。最广义地来说，传感器是一种能把物理量或化学量转变成便于利用的电信号的器件。国际电工委员会的的定义为：“传感器是测量系统中的一种前置部件，它将输入变量转换成可供测量的信号”。按照Gopal等的说法是：“传感器是包括承载体和电路连接的敏感元件”，而“传感器系统则是组合有某种信息处理（模拟或数字）能力的传感器”。传感器是传感器系统的一个组成部分，它是被测量信号输入的第一道关口。传感器的种类繁多，其工作原理、性能特点和应用领域各不一样。所以结构、组成差异很大。但总的来说。传感器通常有敏感元件、转换元件与测量电路组成，有时还加上辅助电源，如图3-3所示：图3-3 传感器的组成 传

29、感器系统的性能主要取决于传感器，传感器把某种形式的能量转换成另一种形式的能量。常将传感器的功能与人类5大感官相比拟：光敏传感器视觉 声敏传感器听觉气敏传感器嗅觉 化学传感器味觉压敏、温度、流体传感器触觉对传感器设定了许多技术要求，有一些是对所有类型传感器都适应的，也有只对特定类型传感器适应的特殊要求。针对传感器的工作原理和结构场合均需要的基本要：高灵敏度、抗干扰的稳定性（对噪声不敏感）、线性、容易调节（校准简易）、高精度、高可靠性、无迟滞性、工作寿命（耐用性）、可重覆性、抗老化、高响应速率、抗环境影响（热、震动、酸、碱、空气、水、尘埃）的能力、选择性、安全性（传感器应是无污染的）、互换性、低成

30、本、宽测量围、小尺寸、重量轻和高强度、宽工作温度围。现代传感器制造业的进展取决于用于传感器技术的新材料和敏感元件的开发强度。传感器开发的基本趋势是和半导体以与介质材料的应用密切关联的。3.3.1光电传感器光电传感器是将光信号转换成电信号的光敏器件，它可用于检测直接引起光强变化的非电量，如光强、辐射测温、气体成分分析等；也可用来检测能转换成光量变化的其他非电量，如零件线度、表面粗糙度、位移、速度、加速度等。光电式传感器具有响应快、性能可靠、能实现非接触测量等优点，因而在检测和控制领域获得广泛应用。光电传感器是采用光电元件作为检测元件的传感器。它首先把被测量的变化转换成光信号的变化，然后借助光电元

31、件进一步将光信号转换成电信号。光电传感器一般由光源、光学通路和光电元件三部分组成。光电式传感器是以光电器件作为转换元件的传感器，光电检测方法具有精度高、反应快、非接触等优点，而且可测量参数多，传感器的结构简单，形式灵活多样，因此，光电式传感器在检测和控制中应用非常广泛。3.3.2霍尔式传感器霍尔传感器是基于霍尔效应的一种传感器。1879年美国物理学家霍尔首先在金属材料中发现霍尔效应，但由于技术材料的霍尔效应太弱而没有得到应用。随着半导体技术的发展，开始用半导体材料制成霍尔元件，由于它的霍尔效应显著而得到应用和发展。由于霍尔传感器具有体积小、成本低、灵敏度高、性能可靠、频率响应款、动态围大的特点

32、，并可采用集成电路工艺、因此被广泛用于电磁测量、压力、加速度、震动等方面的测量。3.4检测单元的气动控制检测单元的执行元件部分主要是由气动控制。包括控制上下运动的举升气缸，推杆缸，和气垫滑梯上的喷射缸。由电磁阀来控制气缸的通断，从而改变执行元件的运动。以上已经分析过检测单元的工作过程与个模块的工作目的，由此，可绘制出检测单元的气路原理图，如图3-4所示：图3-4 电气路原理图3.5安装结构控制图电气元件安装布置示意图：图3-5 电气元件安装布置示意图电气原理总图：图3-6 电气原理总图第四章 检测单元的程序编制与调试4.1程序的编制4.1.1编程软件step7介绍西门子STEP7是用于SIMA

33、TIC S7-300/400站创建可编程逻辑控制程序的标准软件，可使用梯形图逻辑、功能块图和语句表进行编程操作。STEP7用于SIMATIC可编程逻辑控制组态和编程的标准软件包。STEP不是一个单一的应用程序，而是由一系列应用程序（工具）构成的软件包，图4-1给出了STEP中的主要工具。图4-1 Step工具STEP7软件用于SIMATIC S7、M7、C7和基于PC的WINAC,是供它们编程、监控和参数设置的标准工具。STEP7具有以下功能：硬件配置和参数设置、通信组织、编程、测试、启动和维护、文件建档、运行和诊断功能等。本课题的检测单元控制部分采用西门子STEP-MicroWIN32V2.

34、1软件进行编程。STEP7-Micro/WIN是专门为S7-200设计的、在个人计算机上运行的软件，它的功能强大、使用方便、简单易学，图4-2是V2.1版编程软件的界面。图4-2 STEP 7-Micro/WIN的工作界面4.1.2模块化编程法实现系统控制STEP 7有三种设计程序的方法，即线性化编程、模块化编程和结构化编程。(1)线性化编程：整个用户程序放在循环控制组织块OBl(主程序)中。(2)模块化编程：程序被分为不同的逻辑块，每个块包含完成某些任务的逻辑指令。(3)结构化编程：将复杂的自动化任务分解为小任务，这些任务由相应的逻辑块来表示，程序运行时所需的大量数据和变量存储在数据块中。调

35、用时将“实参”赋值给形参。由于MPS系统控制元件较多，而且要编制通讯程序，用线性化编程会比较混乱，程序也不易修改；本系统的程序编制相对不是很复杂，不需要将大量数据存入数据块，只需将不同的控制任务用不同的逻辑块来表达，即可清晰明确的完成任务的编制。所以MPS系统各PLC站采用模块化程序设计方法。 西门子PLC编程语言主要分为：顺序功能图(SFCSequential Function Chart)、梯形图(LADLadder Diagram)、语句表(STLStatement List)、功能块图(FBD-Function Block Diagram)、结构化文本(STStructured Tex

36、t)。梯形图是使用最多的PLC编程语言。与继电器电路很相似，具有直观易懂的特点，容易被熟悉继电器控制的电气人员掌握，特别适合于数字量逻辑控制。结合MPS系统与编程具体情况，选择梯形图语言进行编程。4.1.3检测系统PLC外部接线图根据第三章对输入输出的分析，可以绘制出检测系统的PLC外部接线图，如图4-3所示：图4-3 检测系统PLC外部接线图4.1.4检测系统的资源分配MPS的检测工作单元采用的CPU是集成有16点的数字量输入与16点的数字量输出。按硬件组态结果，数字量输入占用IB0和IB1两个字节，其中IB0被连接到本站各位置开关与传感器，IB1被连接到控制面板上的按钮与开关；数字量输出占

37、用QB0和QB1两个字节，其中QB0被连接到本站的电控阀上，用来控制各执行机构，QB1被连接到输出面板上，用来控制各指示灯；通信数据区占用实际输入/输出以外的输入与输出映像区，本站选用IB12，QB12作为通信数据区。 （1）输入信号设置在检测控制系统中，输入信号是所有动作执行的主要依据，不同的输入信号将决定不同的执行动作，输入信号设置是否合理，将直接决定整个控制系统工艺流程的优劣，也直接决定了控制流程实现的难易程度，在该系统中输入信号主要分为两类: 开关即按钮控制信号该种类型的信号主要实现系统的启动、停止、复位、紧急停车功能。其中启动信号用来实现系统的启动，使得系统在满足初始条件时进入工作状

38、态。停机信号用来停止系统的工作状态，跟急停功能不一样的是，按下停止按钮后，系统不会立刻停止运行，而是完成正在执行的循环的所有动作之后，也就是完成整个工件的工艺流程之后，系统才会停止动作。检测系统PLC的按钮信号地址分配情况如表4-1：表4-1 检测系统PLC的按钮信号地址分配情况序号地址元件符号元件名称元件用途信号特征1I1.0S-Start启动按钮（常开）启动设备“1”表示按钮按下2I1.1S-Stop停止按钮（常闭）停止设备“1”表示按钮按下3I1.2S-Reset复位按钮（常开）初始化设备“1”表示按钮按下4I1.3Em-Stop急停按钮紧急停车“1”表示按钮按下传感器信号该种类型的信号

39、主要来自传感器，包括举升缸等执行机构的极限位置传感器，以与判断初始位是否有工件的光电传感器，测量工件是否合格的霍尔式传感器。检测系统PLC的按钮信号地址分配情况如表4-2：表4-2 检测系统PLC的按钮信号地址分配情况序号地址元件符号元件名称元件用途信号特征5I0.0Part-AV光电式传感器判断物料位有无工件“l”表示初始位有工件“0”表示初始位无工件6I0.1B1霍尔传感器判断工件高度是否合格“1”表示工件合格“0”表示工件不合格7I0.21B1霍尔传感器判断推杆的位置“1”表示推杆伸出8I0.31B2霍尔传感器判断推杆的位置“1”表示推杆缩回9I0.42B1行程开关判断工作台位置“l”表

40、示工作台在上限位10I0.52B2行程开关判断工作台位置“l”表示工作台在下限位（2）输出信号设置输出信号主要用于控制电磁阀动作，以达到控制各种执行机构的目的，当输出信号为1时，相应的电磁阀动作，从而达到控制相应的执行机构的目的。在检测系统中需要控制的执行机构包括:举升运动气缸、推杆运动气缸、喷射缸、红绿灯。检测系统PLC的输出控制信号地址分配情况如表4-3：表4-3 信号地址分配序号地址元件符号元件名称元件用途信号特征11Q0.01Y1电磁阀控制举升缸运动“1”控制气缸使下降12Q0.11Y2电磁阀控制举升缸运动“1”控制气缸使上升13Q0.22Y1电磁阀控制推杆缸运动“1”控制推杆伸出14

41、Q0.32Y2电磁阀控制推杆缸运动“1”控制推杆缩回15Q1.03Y1电磁阀控制喷射缸喷气“1”控制喷射缸喷气16Q1.1L1LED灯指示复位状态灯亮为在执行17Q1.2L2LED灯指示停止状态灯亮为在执行18Q1.3L3LED灯指示启动状态灯亮为在执行4.1.5用顺序控制编程法实现检测单元程序的编制在设计可编程控制器的梯形图时，一般采用经验设计法，继电器控制电路移植法和顺序控制设计法，三种编程方法。经验设计法，没有固定的步骤可遵循，且有很大的试探性和随意性。对于各种不同的控制系统，设计者需重复设计。特别是在设计复杂系统的梯形图时，需要大量的中间单元来完成记忆、连锁、互锁等功能，考虑的因素较多

42、，它们往往又交织在一起，分析起来比较困难，很容易遗漏一些应考虑的问题。而且修改某一局部电路时，经常是“牵一发而动全身”，对控制系统其他部分产生意想不到的影响。另外，用经验法设计出的梯形图往往比较复杂，程序维护人员很难读懂，给PLC控制系统的维护和改进带来很大困难。如果用PLC改造继电器控制系统，根据继电器电路图结合继电器控制电路移植法来设计梯形图是一条捷径。顺序控制设计法也叫功能表图设计法，就是按照生产工艺预先规定的顺序，在各个输入信号的作用下，根据部状态和时间的顺序，在生产过程中各个执行机构自动而有秩序的进行操作。功能表图是一种用来描述控制系统的控制过程功能、特性的图形，它主要是由步、转换、

43、转换条件、箭头线和动作组成。这是一种先进的设计方法，很容易被初学者接受，对于有经验的工程师也会提高设计的效率，对于复杂系统，可以节约60-90的设计时间。程序的调试修改阅读也很方便。顺序控制设计法的最基本思想是将系统的一个工作周期划分为若干各顺序相连的阶段，这些阶段称为步(Step)，然后用编程元件(例如存储器位M)来代表各步。步是根据输出量的ONOFF状态的变化来划分的，在任何一步各输出量的状态不变，但是相邻两步输出量总状态是不同的，步的这种划分方法使代表各步的编程元件的状态与各输出量的状态之间有着极为简单的逻辑关系。使系统由当前步进入下一步的信号称为转换条件，它可以是外部的输入信号，也可以

44、是PLC部产生的信号，还可能是若干个信号的与、或、非的逻辑组合。顺序控制设计法用转换条件控制代表各步的编程元件，让它们的状态按一定的顺序变化，然后用代表各步的编程元件去控制PLC的各个输出位。4.1.6检测单元编程的具体实现过程 （1）根据动作流程绘制检测站流程图，如图4-4所示：图4-4 检测站流程图 图中数字代表各步，左端的为转换条件，右端为输出。（2）根据流程图转化成顺序功能图，如图4-5所示：图4-5 顺序功能图（3）根据顺序功能图编制检测站流程的梯形图程序，如图4-64-8： 急停控制：图4-6 急停控制 停止控制：图4-7 停止控制 复位控制：图4-8 复位控制 主程序（见附录）4

45、.2程序的调试4.2.1仿真软件的介绍1）S7-200仿真软件很多读者苦于做实验用的PLC，缺乏实验的条件，编写程序后无法检验实验是否正确，编程能力很难提高。PLC的仿真软件是解决这一问题的理想工具。西门子的S7-300/400PLC有功能强大的仿真软件PLCSIM。近年来在网上流行一种S7-200的仿真软件，在Google等搜索工具搜索“S7-200仿真软件”可以找到该文件。仿真软件不能模拟S7-200的全部指令和全部功能，具体的情况可以通过实验来了解。但是它仍然不失为一个很好的学习S7-200的工具软件。图4-9是S7-200仿真软件界面：图4-9 仿真软件界面2）下载程序生成文本文件以后

46、，点击仿真软件工具条上左边第2个按钮可以下载程序，一般选择下载全部块，按确定按钮后，在选择对话中“打开”对话框中选择要下载的*.awl文件。下载成功后，图CPU模块中间的“彩灯循环控制”是下载程序的名称，同时会出现下载程序的名称，同时会出现下载程序代码文本框，可以关闭该文本框。如果用户程序中有仿真软件不支持的软件和功能，点击工具条三角形的“运行”按钮后，不能切换到RUN模式，CPU模块左侧的“RUN”LED（发光二极管）的状态不会变化。如果仿真软件支持用户程序的全部指令和功能，点击工具条的“运行”按钮，将从“STOP”模式切换到RUN模式， “RUN ”LED变为绿色。点击工具条正方形的“停止

47、”按钮，CPU将切换到STOP模式。4.2.2程序的调试与仿真仿真软件不能直接接收编程软件的程序代码，必须将编程软件的程序生成ASC文本文件，然后再下载到仿真软件进行调试和仿真。下面是复位功能的程序的ASC文本。/复位控制LD I1.2LPSAN I0.5= Q0.0LRDS M0.0, 1LPPS Q1.1, 1将ASC文本下载到仿真软件里，将STOP模式切换到RUN模式，再按下I1.2按钮，Q0.0、M0.0、Q1.1都有输入，状态一见图4-10：。图4-10 仿真软件界面在按下I1.2按钮的前提下，再按下I0.5,Q0.0没有输入。状态二如图4-11：图4-11 仿真软件界面结束语在当今

48、的市场经济大环境下，特别是中国加入世贸组织后，质量和效益是决定企业兴衰的关键所在。为了大幅度提高企业生产效率，减轻认为失误，以求今后更好的发展，自动检测系统的开发尤为重要。课题的目的就是研制出检测效率高、精度高的自动检测系统，最终实现工件的自动、高效、高精度检测和分级。在本课题的研究过程中始终以实用第一原则，力求做到方案的可行性、科学性，由此全文的各个部分也是在这一指导原则下完成的。该论文探索的容为生产型MPS控制系统的开发设计提供技术上的探索和有意的借鉴，所以本论文主要完成一些几部分工作：1. 系统总体功能设计与分解。在分析客户需求的基础上，确定检测系统的总体功能，并对总体功能进行分解，确定系统的组成模块。2. 各个模块的功能设计与分解。在确定了系统的总体功能以与组成模块的基础上，对各个组成模块的功能