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1、浙江科技学院毕业设计（论文）五金工具自动充磁设备控制系统硬件设计周 明(自动化与电气工程学院 指导教师：何致远)摘要：在五金工具生产过程中，为使工具便于实际应用，广泛采用充磁机对五金工具进行充磁。目前使用的充磁机自动化程度差，操作过程劳动强度大，以至生产效率低，同时充磁机中充磁线圈设计不尽合理，容易过热、烧毁等，同时较小的线圈结构也限制了生产。本文应用可编程序控制器（PLC）和触摸屏技术，设计了充磁机自动控制系统的软硬件设计，建立了友好的人机操作界面。同时应用电磁场理论和电力电子技术，完成了充磁线圈的理论设计。系统经过调试，能够初步满足实际生产工艺要求。该系统改进了充磁机的自动化程度，提高了可
2、靠性，具备规模化生产能力，人机界面使操作简单、方便，对五金工具制造行业自动化水平的提高具有积极意义，具备广阔的应用前景。关键词: 五金工具；充磁机；PLC；触摸屏Abstract:In the production process of hardware, filling magnetism device is widely used in area of filling hardware magnetism, which can be conveniently used in practical application. However, the automation degree of a
3、ctual device is so low at present, that the productivity is low and the labor intension is high. Further more, the width of production equipment is not reasonable, temperature is very high , the device is easily destroyed by the high heat. The smaller winding fracture restrict the ability of product
4、ion. This essay designed the filling magnetism automobile system and graphic operating panel with programmable logic controller (PLC) and touch panel. Finished the designation of winding by using the theory of electromagnetism field and power electronic technology. With the debugging of program, the
5、 system could satisfy the production process. The system improved the automatism and reliability of filling magnetism device. The device had a ability of mass production. Human machine panel made operation easy and simply, it will make positive meaning to improve fill magnetism devices automation le
6、vel . The device had a profound foreground in actual application.Keywords：hardware tool；fill magnetism device；programmable logic controller；touch panel 1 绪 论1.1 本课题的意义和目的目前在五金工具生产行业中，广泛应用充磁装置对五金工具部分地方进行充磁，使其带有磁性便于实际应用目前在五金工具行业中，充磁机应用广泛，但大部分都以手工操作为主，充磁机的线圈设计较小，使劳动强度大而生产效率低，满足不了工业发展的需求，迫切需要改进充磁机的自动化程度
7、，实现连续、批量充磁。五金工具是浙江省的出口创汇的支柱产品之一，目前主要在省内温州、金华和杭州等地的一些中小企业生产，但目前各企业生产设备的自动化程度较低，劳动密度大，生产装置中充磁线圈设计也不尽合理，容易过热，烧毁等缺憾，可编程序控制器（PLC）在此方面的应用较少。五金工具的充磁工业作为产品性能的主要指标之一，其工艺稳定度要求高，以前经常会发生因为产品质量不过关而遭到外商的退货，这对五金行业的发展起到非常大的阻碍作用，研制一条全自动的充磁工艺流水线是解决目前存在问题的关键措施。利用PLC控制的自动充磁流水线的研发可以极大提高劳动生产率和自动化程度，实现连续、批量充磁，结合触摸屏技术和机械手技
8、术节省了很大的空间，操作方便简单解决了行业所面对的技术缺陷，提高这个行业的水平。1.2 五金工具自动充磁设备研发的特点与要求在五金工具生产行业中，广泛应用充磁装置对五金工具部分地方进行充磁，使其带有磁性便于实际应用。目前国内外及我省对五金工具充磁的要求实现连续、批量充磁，生产效率高，安全可靠。在五金工具充磁中当前已经开始运用PLC技术和触摸屏技术来控制整个充磁过程,大大提高了生产水平。今后五金工具充磁流水线将更多地利用自动化生产，降低劳动强度，利用工业机器人摆脱手工操作，使生产的产品的质量满足不同客户的要求。应用自动充磁设备控制系统对充磁装置对五金工具部分部位进行充磁，使其带有磁性便于实际应用
9、。应用PLC控制系统不仅使设计简单化，提高系统的可靠性，而且各项性能指标优于传统的继电器控制系统。结合了触摸屏技术使得操作方便，节省空间，实现了连续、批量充磁，提高了自动化程度和生产效率，降低了劳动强度。解决了行业所面对的技术缺陷，提高这个行业的整体水平。PLC是近几十年发展起来的一种新型工业控制器，由于它把计算机的编程灵活、功能齐全、应用面广等优点与继电器系统的控制简单、使用方便、抗干扰能力强、价格便宜等优点结合起来，而其本身又具有体积小、重量轻、耗电省等特点，在工业过程控制中的应用越来越广泛。以后充磁机将向流水线连续充磁方向发展，PLC将起着关键作用。1.3 PLC发展概述世界上第一台PL
10、C由美国数字设备公司研究成功的，上世纪80年代至90年代中期，是PLC发展最快的时期，年增长率一直保持为3040%。PLC广泛地应用于汽车、航天、冶金、轻工、建材等行业。目前，世界上有200多厂家生产300多品种，PLC国际主流产品：Siemens、A-B、OMRON、三菱、GE、富士、日立、光洋等等。目前中国PLC市场95%以上被国外产品占领，目前国产PLC的市场占有率还不到3%，欧美产品在大中型PLC领域占有绝对优势，日本产品在小型PLC领域占有优势，中国本土自主品牌PLC的市场影响非常小，很难形成规模经济。国内应用Siemens产品的用户占20.8%，A-B14%左右，OMRON14%左
11、右，三菱8.3%，GE6.25%，富士4.2%；其他（日立、光洋等）4%。如今PLC的指令越来越丰富，从单一的逻辑控制向时时通讯发展，PLC在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到大幅度提高，PLC逐渐进入过程控制领域，在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的DCS系统。PLC今后将朝着体积更小、速度更快、功能更强、价格更低的微小型PLC发展，另外一个方向将向大型（1000点以上）、高速（0.2-0.4um/指令）、多功能方向发展。21世纪，PLC会有更大的发展。从技术上看，计算机技术的新成果会更多地应用于可编程控制器的设计和制造上，会有运算速度更快、存储容量更大、智能
12、更强的品种出现；从产品规模上看，会进一步向超小型及超大型方向发展；从产品的配套性上看，产品的品种会更丰富、规格更齐全，完美的人机界面、完备的通信设备会更好地适应各种工业控制场合的需求；从市场上看，各国各自生产多品种产品的情况会随着国际竞争的加剧而打破，会出现少数几个品牌垄断国际市场的局面，会出现国际通用的编程语言；从网络的发展情况来看，可编程控制器和其它工业控制计算机组网构成大型的控制系统是可编程控制器技术的发展方向1。目前的计算机集散控制系统DCS（Distributed Control System）中已有大量的可编程控制器应用。伴随着计算机网络的发展，可编程控制器作为自动化控制网络和国际
13、通用网络的重要组成部分，将在工业及工业以外的众多领域发挥越来越大的作用。1.4 触摸屏发展概述在20世纪90年代初，出现了一种新的人机交互作用技术-触摸屏技术，利用这种技术使用者只要用手指轻轻地碰计算机显示屏上的图符或文字就能实现对主机操作，这样摆脱了键盘和鼠标操作，使人机交互更为直截了当。因此，触摸屏技术已成为当前最简便的人机交流的输入设备。触摸屏在我国的应用范围非常广阔，主要是公共信息的查询；城市街头的信息查询；汽车领域和家电领域也有很大发展空间；此外还应用在手机领域，特别是现在进入3G时代，智能手机将是一个很大的市场，将来触摸屏还要走入家庭。国际主流产品：欧姆龙、富士通、三菱、pro-f
14、ace、siemens、ABB等。触摸屏的发展呈现专业化、多媒体化、立体化和大屏幕化等趋势。以触摸屏技术为交互窗口的公共信息传输系统通过采用先进的计算机技术，运用文字、图像、音乐、解说、动画、录像等多种形式，直观、形象地把各种信息介绍给人们，给人们带来极大的方便。可以预见，随着触摸屏技术的迅速发展，触摸屏的应用领域会越来越广，性能会越来越好。触摸屏技术方便了人们对计算机的操作使用，是一种极有发展前途的交互式输入技术。世界各国对此普遍给予重视，并投入大量的人力物力进行研发，新型触摸屏不断涌现。利用触摸笔进行操作的触摸屏类似白板，除显示界面、窗口、图标外，还具有利用触摸笔签名、标记的功能，系统已做
15、到了自动辨认。这种触摸笔比早期只提供选择菜单用的光笔功能大大增强。触摸板采用了压感电容式触摸技术，屏幕面积最大，3m4m是一种壁挂式系统。触摸板由三部分组成：最底层是中心传感器，用于监视触摸板是否被触摸，然后对信息进行处理，中间层提供了交互用的图形、文字等，最外层是触摸表层，由强度很高的塑料材料构成。当手指点触外层表面时，在千分之一秒内就可以将此信息送到传感器并进行登录处理。触摸板与PC机兼容，它还具有亮度高、图像清晰、易于交互等特点，因而被应用于指点式信息查询系统（如电子公告板），收到了非常好的效果。总之，触摸屏的发展呈现专业化、多媒体化、立体化和大屏幕化等趋势。可以预见，随着触摸屏技术的迅
16、速发展，触摸屏对于计算机技术的普及利用将发挥重要的作用2。1.5 本文所做的主要工作按照毕业设计任务书的要求，本论文主要进行了下述几方面的工作：1 查阅和消化课题研究的相关资料，研究基于PLC控制的电气传动系统的设计理论方法。2 调研目前市场上各个厂商所生产的PLC、机械手和触摸屏类型，比较他们的性能和价格。3 设计了五金工具自动充磁设备的传动控制电路，进行设备的选型，应用欧姆龙PLC进行了相关控制程序的编制，绘制相关的电气图纸。4 掌握欧姆龙PLC与触摸屏产品的应用环境,完成相关硬件连接及通讯软件程序设计，实现欧姆龙PLC控制器与触摸屏之间的通讯，经调试软硬件达到预期要求。2 充磁线圈与整流
17、电路设计2.1充磁线圈的设计2.1.1 充磁线圈的计算充磁线圈的工作原理，是应用通电螺线管能产生磁场的原理，应用毕奥萨伐尔定律计算如下：如图21所示，载流导线上有一电流元Idl在真空中某点P处的磁感强度dB的大小，与电流元的大小Idl成正比，与电流元Idl到点P的矢量r间的夹角的正弦成正比。并与电流元到点P的距离r的二次方成反比，即： 图2-1 电流元的磁感强度的方向 （2-1）式中k为比例系数，它的大小和单位取决于磁场中的磁介质和所选用的单位制。对于真空中的磁场，如式中各量均用国际单位制，则比例系数，叫做真空磁导率，其值为。这样，上式可写成： （2-2）dB的方向垂直于dl和r所组成的平面，
18、并沿矢积的方向，即由Idl经小于180度的角转向r时的右螺旋前进方向。 若用矢量式表示，则有： （2-3）e为沿矢量r的单位矢量。式(2-1)就是毕奥萨伐尔定律。 这样任意载流导线在点P处的磁感强度B可以由式(2-1)求得 （2-4）载流直螺线管的磁场计算图2-2 载流直螺线管的磁场计算 如图2-2所示，有一长为L、半径为R的载流密绕直螺线管，螺线管的总匝数为N。通有电流I，设把螺线管放在真空中，求管内轴线上一点处的磁感强度。 由于直螺线管上线圈是密绕的，所以每匝线圈可近似当作是闭合的圆形电流。于是，轴线上任意点P处的磁感强度B，可以认为是N个圆电流在该点各自激发的磁感强度的叠加。现取图中轴线
19、上的点P为坐标原点O。并以轴线为Ox轴，在螺线管上取长为dx的一小段，匝数为。其中=n为单位长度的匝数，这一小段载流线圈相当于通有电流为Indx的圆形线圈。利用圆形载流导线的磁场计算中式(2-1)。可得它们在Ox轴上点P处的磁感强度dB的值为： （2-5）dB的方向沿Ox轴正向，考虑到螺线管上各小段载流线圈在Ox轴上点P所激发的磁感强度的万向相同，均沿Ox轴正向，所以整个载流螺线管在点P处的磁感强度。应为各小段载流线圈在该点磁感强度之和，即： （2-6）为便于积分。用角变量替换x，为点P到小段线圈的连线与Ox轴之间的夹角。 从图2-2(b)可以看出： （2-7）以及： （2-8）把它们代入式（
20、2-5）得： （2-9）和的几何意义见图2-2。 下面讨论几种特殊情况：如点P处于管内轴线上的中点，在这情况下，而 ，则由（2-9）可得： （2-10）若，即很细很长的螺线管可看作是无限长的。由上式可得管内轴线上个中点处的磁感强度的值为： 上述结果还可以由式直接得到，对“无限长”的螺线管来说，可以取及，代入式（2-9）。亦得： （2-11）B的方向沿Ox轴正向。如点P 处于“无限长”载流螺线管的一端，则，或者，由式（2-9）可得螺线管两端的磁感强度的值均为 （2-12）比较上述结果可以看出，半“无限长”螺线管轴线上端点的磁感强度只有管内轴线中点磁感强度的一半。 图23 长直螺线管内轴线上磁感强
21、度的分布图23给出长直螺线管内轴线上磁感强度的分布,可以看出密绕载流长直螺线管内轴线中部附近的磁场完全可以视作均匀磁场3。2.1.2 线圈整流电路的的设计 三相桥式整流电路，这种电路用六个整流元件，如图2-4所示。图 2-4 三相桥式整流电路 1电路的工作原理 从上面三相桥式整流电路图中可知，不论是a与b，a与c,还是b与c之间，都串接着变压器次级绕组的线电压，实际上是将次级绕组的线电压经整流后成为负载电压的。 在讨论三相桥式整流电路的工作情况时，要分析整流元件的导通情况；何时导通?同时有几个元件导通?导通次序如何？ 我们在讨论三相桥式整流电路的工作情况时，从图24中可看到，、三只二极管是共阴
22、极接法，、三只二极管是共阳极接法。 那么导通原则为：、三只二极管中阳极电位具有最高正电位的整流元件才能导通，、三只二极管中阴极电位具有最低负电位的整流元件才能导通。这样我们把三相桥式整流电路可看成是由一组共阴极接法的三相半波整流电路（、）与一组共阳极接法的三相半波整流电路(、)迭合而成的。极接法的三相半波整流电路(、)迭合而成的。图2-5 三相桥式整流电路的波形2电压和电流的关系 负载上得到的直流电压，在相同的相电压条件下为三相半波整流电路中的两倍。 （2-13） 通过次级绕组的电流有效值： （2-14） 变压器总功率： （2-15）3整流元件的选择 因为整流元件是交替工作的，每一瞬间只有两只
23、管子导通，每个管子导通通，故流过每个整流二极管的平均电流是负载平均电流的三分之一。 （2-16） 整流二极管所承受的反向峰值电压等于次级线电压的峰值。 （2-17）与三相半波整流电路相比，在输出同样的负载直流电压条件下，三相桥式整流电路中的整流元件承受的电压较小。3 基于PLC与触摸屏的充磁系统硬件设计3.1 PLC简介3.1.1 PLC的构成从结构上分，PLC分为固定式和组合式（模块式）两种。固定式PLC包括CPU板、I/O板、显示面板、内存块、电源等，这些元素组合成一个不可拆卸的整体。模块式PLC包括CPU模块、I/O模块、内存、电源模块、底板或机架，这些模块可以按照一定规则组合配置。 （
24、1）CPU的构成CPU是PLC的核心，起神经中枢的作用，每套PLC至少有一个CPU，它按PLC的系统程序赋予的功能接收并存贮用户程序和数据，用扫描的方式采集由现场输入装置送来的状态或数据，并存入规定的寄存器中，同时，诊断电源和PLC内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误等。进入运行后，从用户程序存贮器中逐条读取指令，经分析后再按指令规定的任务产生相应的控制信号，去指挥有关的控制电路。 CPU主要由运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系的数据、控制及状态总线构成，CPU单元还包括外围芯片、总线接口及有关电路。内存主要用于存储程序及数据，是PLC不可缺少的组成单元。 在使用者看来，不必要详细分
25、析CPU的内部电路，但对各部分的工作机制还是应有足够的理解。CPU的控制器控制CPU工作，由它读取指令、解释指令及执行指令。但工作节奏由震荡信号控制。运算器用于进行数字或逻辑运算，在控制器指挥下工作。寄存器参与运算，并存储运算的中间结果，它也是在控制器指挥下工作。 CPU速度和内存容量是PLC的重要参数，它们决定着PLC的工作速度，IO数量及软件容量等，因此限制着控制规模。（2）I/O模块 PLC与电气回路的接口，是通过输入输出部分（I/O）完成的。I/O模块集成了PLC的I/O电路，其输入暂存器反映输入信号状态，输出点反映输出锁存器状态。输入模块将电信号变换成数字信号进入PLC系统，输出模块
26、相反。I/O分为开关量输入（DI），开关量输出（DO），模拟量输入（AI），模拟量输出（AO）等模块。 开关量是指只有开和关（或1和0）两种状态的信号，模拟量是指连续变化的量。常用的I/O分类如下： 开关量：按电压水平分，有220VAC、110VAC、24VDC，按隔离方式分，有继电器隔离和晶体管隔离。 模拟量：按信号类型分，有电流型（4-20mA,0-20mA）、电压型（0-10V,0-5V,-10-10V）等，按精度分，有12bit,14bit,16bit等。 除了上述通用IO外，还有特殊IO模块，如热电阻、热电偶、脉冲等模块。 按I/O点数确定模块规格及数量，I/O模块可多可少，但其最大
27、数受CPU所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或机架槽数限制。 （3）电源模块 PLC电源用于为PLC各模块的集成电路提供工作电源。同时，有的还为输入电路提供24V的工作电源。电源输入类型有：交流电源（220VAC或110VAC），直流电源（常用的为24VAC）。 （4）底板或机架 大多数模块式PLC使用底板或机架，其作用是：电气上，实现各模块间的联系，使CPU能访问底板上的所有模块，机械上，实现各模块间的连接，使各模块构成一个整体。 （5）PLC系统的其它设备 编程设备：编程器是PLC开发应用、监测运行、检查维护不可缺少的器件，用于编程、对系统作一些设定、监控PLC及PLC所控制的系统的
28、工作状况，但它不直接参与现场控制运行。小编程器PLC一般有手持型编程器，目前一般由计算机（运行编程软件）充当编程器。 人机界面：最简单的人机界面是指示灯和按钮，目前液晶屏（或触摸屏）式的一体式操作员终端应用越来越广泛，由计算机（运行组态软件）充当人机界面非常普及。 输入输出设备：用于永久性地存储用户数据，如EPROM、EEPROM写入器、条码阅读器，输入模拟量的电位器，打印机等。 （6）PLC的通信联网 依靠先进的工业网络技术可以迅速有效地收集、传送生产和管理数据。因此，网络在自动化系统集成工程中的重要性越来越显著，甚至有人提出网络就是控制器的观点说法。 PLC具有通信联网的功能，它使PLC与
29、PLC之间、PLC与上位计算机以及其他智能设备之间能够交换信息，形成一个统一的整体，实现分散集中控制。多数PLC具有RS-232接口，还有一些内置有支持各自通信协议的接口。 PLC的通信，还未实现互操作性，IEC规定了多种现场总线标准，PLC各厂家均有采用4。3.1.2 PLC的工作原理PLC虽然以微处理器为核心，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。微机一般采用等待命令和中断的工作方式，如常见的键盘扫描方式或I0扫描方式，当有键按下或I/O动作，则转入相应的子程序或中断服务程序，无键按下，则继续扫描等待。 PLC则是采用“顺序扫描、不断循环”的方式进行工作的。当PLC运行时，
30、 CPU根据用户按控制要求编制好并存于用户存储器中的程序，按指令步序号作周期性的程序循环扫描，如果无跳转指令，则从第了-条指令开始逐条顺序执行用户程序，直到程序结束，然后重新返回第一条指令，开始下一轮新的扫描。在每次扫描过程中，还要完成对输入信号的采样和对输出状态的刷新等工作。如此周而复始。PLC的工作过程大体可分为输入刷新、程序执行、输出刷新三个阶段，并进行周期性循环，工作原理如图3-1所示。图3-1 PLC扫描工作原理（1）输入刷新阶段PLC在输入刷新阶段，首先以扫描方式按顺序从输入锁存器中读人所有输入端子的通断状态或输人数据，并将其存人(写入)内存中各对应的输入状态映象寄存器中，这一过程
31、称为输人采样或输入刷新。随后关闭输入端口，进入程序执行阶段。在程序执行阶段，即使输入端状态有变化，输入状态映象寄存器中的内容也不会改变。变化了的输人信号状态只能在下一个扫描周期的输入刷新阶段被读入。（2）程序执行阶段 PLC在程序执行阶段，按用户程序顺序扫描执行每条指令，所需的执行条件可从输入状态映象寄存器中和元件状态寄存器(存有辅助继电器、定时器、计数器、输出继电器等PLC各种内部元件的状态)中读入，经过相应的运算处理后，将结果再写入元件状态映象寄存器中。因此，对于每一个元件来说，元件状态映象寄存器中所存的内容会随着程序的执行进程而改变。 （3）输出刷新阶段 当程序所有指令执行完毕，输出状态
32、映象寄存器(元件状态映象寄存器中对应输出继电器的部分)的通断状态在CPU的控制下被一次集中送至输出锁存器中，并通过一定输出方式输出，推动外部相应执行元件工作，这就是PLC的输出刷新。 经过输入刷新、程序执行和输出刷新这三个阶段，完成一个扫描周期。这个过程以同一方式反复重复称为循环扫描工作方式。在循环扫描工作方式中，由于输入刷新过程是在输出刷新过程后马上进行的，有时为了简便起见，将输入刷新和输出刷新过程统称为IO刷新。实际上，除了执行程序和IO刷新外，可编程控制器还要进行各种错误检测(自诊断功能)和与编程工具等外部设备通讯，这些操作称为“监视服务”，在程序执行后进行。 由于扫描时间定义为完成一次
33、扫描所需时间，故一个扫描周期(IO刷新、程序执行和监视服务)的长短主要取决于三个因素：一是CPU执行指令的速度；二是每条指令占用的时间；三是执行指令条数的多少，即用户程序的长短。由于采用这种集中采样、集中输出的方式，使得在每一个扫描周期中，PLC只对输入状态采样一次，对输出状态更新一次，在一定程度上降低了系统的响应速度，即存在输入/输出滞后的现象。第一次扫描：由于X0输入映象寄存器是OFF，则所有输出Y0、Y1、Y2均处于OFF状态。 第二次扫描：在输入采样阶段，由于X0输入映象寄存器由OFF转为ON，则Y1输出映象寄存器在执行程序后变为ON，同时Y2输出映象寄存器也变为ON。输出刷新后在输出
34、端子上Y0=OFF、YI=ON、Y2=ON。 第三次扫描：由于YI输出映象寄存器为ON，所以执行程序后Y0也变为ON。由上述循环扫描过程可见，在输入条件接通后，输出将出现响应延迟。最大延迟时间有可能占2-3个扫描周期时间，所以响应延迟时间与程序长度、指令执行速度有关。实际上，输入输出滞后现象除与上面所说PLC的集中输入输出刷新、程序循环扫描执行方式有关外，还与输入电路滤波器的时间常数以及继电器输出方式中输出继电器的机械滞后有关。一般地，PLC几毫秒乃至几十毫秒的响应延迟，对响应速度要求不高的普通工业系统或设备的控制来讲是无关紧要的，或者说，这些滞后现象是完全允许的。但在那些需要输出对输入做出快
35、速反应的高速系统或设备的控制中则不能忽视，必须通过合理选择机型(例如应考虑选用具有快速响应、高速计数及中断处理功能，而且指令执行速度高的PLC)和精心设计程序加以解决。虽然PLC的扫描工作方式使系统的响应速度受到一定的影响，但从另外一个角度却大大提高了系统的抗干扰能力，使可靠性增强。这也是PLC的一个特殊的优点。（4）PLC对输入输出的处理规则 根据上述工作特点，可以总结出，PLC在输儿输出处理方面遵循以下规则： 输入状态映象寄存器中的数据，取决于与输人端子板上各输入端相对应的输入锁存器在上一次刷新期间的状态。 程序执行中所需的输入、输出状态，由输入状态映象寄存器和输出状态映象寄存器读出。 输
36、出状态映象寄存器的内容随程序执行过程中与输出变量有关的指令的执行结果而改变。 输出锁存器中的数据，由上一次输出刷新阶段时输出状态映象寄存器的内容决定。输出端子板上各输出端的通断状态，由输出锁存器中的内容决定5。 3.1.3 PLC的特点和应用（）编程方法简单易学梯形图是使用的最多的可编程语言，其电路符号和表达方式与继电器电路原理图相似。梯形图语言形象直观，易学易懂，熟悉继电器的电气技术人员只要花几天时间就可以熟悉梯形图语言，并用来编制用户程序。 梯形图语言实际上是一种面向用户的高级语言，可编程控制器语言实际上是一种面向用户的高级语言，可编程控制器在执行梯形图程序是，用解释程序将它“翻译“成汇编
37、语言再去执行。（2）功能强，性能价格比高一台小型可编程控制器内有成百上千个可供用户使用的编程元件，有很强的功能，可以实现非常复杂的控制功能。与相同功能的继电器系统相比，具有很高的性能价格比。可编程控制器可以通过通信联网，实现分散控制，集中管理。（3）硬件配套齐全，用户使用方便，适应性强可编程控制器产品已经标准化，系列化，配备有品种齐全的各种硬件装置供应用户选用，用户能灵活方便的进行系统配置，组成不同功能，不同规模的系统。可编程控制器的安装接线也很方便，一般用接线端子连接外部接线。可编程控制器有较强的带负载能力，可以直接驱使一般的电磁阀和交流接触器硬件确定后，可以通过修改应用程序，方便快速的适应
38、工艺条件的变化。（4）可靠性高，抗干扰能力强传统的继电器控制器使用大量的中间继电器，时间继电器。由于触电接触不良，易出现故障。可编程控制器用软件代替大量的中间继电器。仅剩下与输入输出有关的少量硬件，接线可减少到继电器控制系统的1/10至/100，因触点接触不良造成的故障大为减少。可编程控制器采取了一系列硬件和软件抗干扰措施，具有很强的抗干扰能力，平均无故障时间数万小时以上，可以直接用与有强烈干扰的工业生产现场，可编程控制器已被广大用户公认为最可靠的工业控制设备之一。（5）系统的设计，安装，调试工作量少可编程控制器用软件功能取代了中间继电器，时间继电器，计数器等器件，使控制柜的设计，安装，接线工
39、作量大大减少。可编程控制器的梯形图一般采用顺序控制设计法。这种编程方法很有规律，很容易掌握。对于复杂的控制系统，梯形图的设计时间比设计继电器系统电路图的时间要少的多。可编程控制器的用户程序可以在实验室模拟调试，输入用小开关来模拟，通过可编程控制器上的发光二极管可观察输出信号的状态。完成了系统的安装和接线后，在现场的系统调试过程中发现的问题一般通过修改程序就可以解决，系统的调试时间比继电器系统少的多。（6）维修量工作量少，维修方便可编程控制器的故障率低，且有完善的自诊断和显示功能。可编程控制器或外部的输入装置和执行机构发生故障时，可以根据可编程控制器上的发光二极管可编程控制器提供的信息迅速的查明
40、故障的原因，用更换模块的方法可以迅速的排除故障。（7）体积小，能耗低对于复杂的控制系统，使用可编程控制器后，可以减少大量的中间继电器和时间继电器，小型的可编程控制器的体积仅相当于几个继电器的大小，因此可将开关的体积缩小到原来的1/2至1/10。可编程控制器的配线比继电器控制系统的配线少的多，故可以将省下大量的配线和附件，减少大量的安装工时，加上开关柜的体积的缩小，可以节省大量的费用6。3.1.4 选用PLC的性能目前市场上所可以选用的PLC类型和种类十分繁多,选择适合具体项目的PLC对于每一位设计者来说致关重要,选择既满足工程要求,又经济实惠的PLC是我们应该做到的。这次设计五金工具自动充磁生
41、产线主要是要求逻辑量的控制，再加上适当的模拟量显示，因此首先从I/O输入点数着手，设计的数字量输入点数为10个，输出为4点，模拟输入量为3个输入，暂时无输出点。在选型期间我收集了很多公司的资料，听取了他们工程师对产品的介绍，我收集的产品目录有西门子、欧姆龙、三菱、松下等四家公司。西门子的产品质量大家都是公认的，但价格比较贵，比其它公司的产品要高出很多。欧姆龙在我们平常所用的市场分额不是非常高，但是它的功能也是比较齐全的，包含了其它公司产品的大部分功能，其最大的特点是价格优势，质量也还可以，很适合在环境不是很恶劣的情况下使用。其他公司的产品相比这两种产品的优势相对差一些，因此最终考虑到价格和质量
42、以及所使用的环境选择了欧姆龙的产品。欧姆龙也有许多型号，有CJ系列、CS系列、CP系列等很多款产品，我们这次所需要的I/O点数在20点左右，但考虑到以后可能要扩展功能以及在使用中可能会出现损坏等情况，因此选择了比20点更多的点数的PLC，我们选择了40点左右的型号。一般的PLC模拟量模块需要另外配置，公司的工程师在得知我们需要少量模拟量的要求后像我们推荐了CP1H-XA40DR-A，这台PLC和单独配置然后扩展模块比较起来实惠了很多。经过我和何老师以及余绍焕同学的商量与其它的PLC比较后，最终选择了CP1H-XA40DR-A。本系统所采用的OMRON CP1H系列PLC,该PLC功能丰富能满足
43、多种需求,我所选的XA型本体搭载4CH输入2CH输出,无需使用扩展单元就可以实现模拟量控制。这样既降低了成本又减小了体积，一台CP1H-XA就可以应对广泛的应用。它还有高速脉冲输出功能：标准搭载4轴在高精度定位上发挥无穷威力。高速计速器功能：标准搭载相位差方式4轴多轴控制一台足以对应。串行通信功能：标准装配USB端口、2个串行端口，可以与各种元器件连结，亲和力更强。提供优化的编程环境，使日趋复杂的编程简单化、缩短了设计时间：备有丰富的指令用语，结构化文本（ST）语言，数值运算更简单，通讯程序由Smart FB(功能快)库提供。CPM系列的扩展I/O最大可扩展到7台，充分实现功能扩大、网络对应等
44、的系统构成7。 所选用CPU CP1H-XA40DR-A的主要参数：（1）电源电压：AC100-240V，50/60HZ；（2）允许电源电压：AC85-264V；（3）消耗电力：100VA以下；（4）浪涌电流：20A以下（AC100-120V），40A以下（AC200-240V）；（5）外部电源：DC24V，300mA；（6）内藏输入输出点数：40点（输入24点，输出16点）；（7）输入点数：1600点0000.00-0099.15（CPU24点为0000.00-0000.11、0001.00-0001.111）；输出点数：1600点0100.00-0199.15（CPU16点为0100.00-0100.07、0101.00-0101.07）；（8）数据存储：32K字；（9）指令执行时间：基本指令：0.1um,应用指令：0.15um；（10）共同处理时间：0.7ms；（11）输入中断：8点（输入中断计数器模式，脉冲捕捉共用）； （13）输入中断计数器模式：8点（响应频率：所有中断输入点5KHZ最大）16位 （14）程序容量：20K步； （15）定时器：4096位；
