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1、西南科技大学本11机制毕业生毕业论文题 目: 基于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机制电 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。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
2、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：PLC 精密测量 滾柱分拣Title The roller diameter sorting system based on PLC control design AbstractIndustrial development level is an important standard to measu
3、re 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 the quality of roller is error roller diameter. In
4、 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 detection and sorting, sorting efficiency is inc
5、reased 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 processing module amplification circuit into PLC,then ope
6、n 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 learn, the design scheme is feasible, Can be used
7、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
8、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 7174 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FC105236 软件设计2461 PLC程序设计基本步骤2462 程序结构类型2463 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11
9、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，
10、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。12
11、 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
12、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。13 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
13、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、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。 14 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
14、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。15 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21 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
15、、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
16、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。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（
17、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。22 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
18、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。23 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
19、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
20、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。24 控制系统的选型2.4.1 PLC的基本概念PLC= Programmab
21、le 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。2.4.2 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
22、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
23、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
24、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，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
25、一般工程技术人员所理解和掌握。225 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
26、图26 S7-300/400系列可编程控制器（PLC）的工作过程可编程控制器（PLC）工作流程图，如图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。31 PLC模块
27、选型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所示。图3.1 PLC模
28、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（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
29、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32 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
30、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
31、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。33 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
32、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参数BW通用拉杆系类75mm可用电性行程（A、E）75mm电阻
33、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.
34、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，实物图如3.3所示。表3-3 对射式传感器参数特点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
35、 （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 电感式传感器参数特点参数有效行程规格（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 MTC34 电磁阀的选型3.4.1
36、 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
37、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，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
38、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:参数动作方式
39、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），FPM、EPDM（可选）标准电压：AC：220V（50/60HZ） DC:24V防护等级：IP6535 STEP 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
40、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操作步骤如图3.6所示。图3.6 STEP 7的操作步骤4 硬件设计41 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
41、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42 系统端子接线系统端子配线如图4.5所示。图4.5（a） 滚柱直径分拣系统端子接线图图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51 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
42、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。52 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
43、改变安装在模板侧面量程调节块的位置来设定。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。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
44、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53 模拟量输入值的规范化FC105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”，
45、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：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），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61 PLC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
