模块化生产加工系统

《模块化生产加工系统》由会员分享，可在线阅读，更多相关《模块化生产加工系统（58页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、第一章 概 述一、模块化生产加工系统简介 模块化生产加工系统又叫MPS。该系统是从德国费斯托公司引进的一套实训装置，用以模拟实际工业生产中大量复杂控制过程，包括分装站(distribution station)、检验站(testing station)、序列站(processing station)、装卸站(handling station)、缓冲站(buffer station)、机械手(robot station)、装配站(assembly station)、分类站(sorting station) 8个工作站，具有模块化、综合性和易扩充等特点。 该实验装置的一大显著特点是：具有较好的柔性

2、，即每站各有一套PLC控制系统独立控制。8个站可以分开单独运行，又可以将相邻的两站、三站直至8站连在一起，学习复杂系统的控制、编程、装配和调试技术。二、PLC简介21 可编程控制器的定义： 可编程控制器（即PLC）是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用了可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术操作等面向助用户的指令，并通过数字式或模拟式的输入/输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关外围设备，都按易于与工业系统联成一个整体、易于扩充其功能的原则设计。22 可编程控制器的特点： 现代工业生产是复杂多样的，它们对控制的要求

3、也各不相同。可编程控制器由于具有以下特点面深受工厂工程技术人员和工人欢迎。 1、可靠性高，抗干扰能力强； 2、适应性强，应用灵活； 3、编程方便，易于使用； 4、控制系统设计、安装、调试方便； 5、维修方便、维修工作量小； 6、功能完善。23 可编程控制器的分类 PLC的类型多，型号各异，一般按以下原则进行分类：（1）按容量分类 PLC的容量主要是指PLC的输入/输出（I/O）点数。按照PLC的输入/输出点数，可将PLC分为不型PLC（I/O总点数在256点以下），中型PLC（I/O总点数在256-2048点之间）和大型PLC（I/O总点数在2048点以上）三种。（2）按结构形式分类 按结构形

4、式的不同，PLC主要可分为箱体式和模块式两类。 箱体式结构又称为整体式结构，它是将PLC的基本部件，如CPU板、输入板、输出板、电源板等很紧凑地安装在一个标准机壳内，构成一个整体，组成PLC的一个基本单元或扩展单元。箱体式结构的PLC体积小，成本低，安装方便。模块式结构的PLC是由一些标准模块单元构成，这些标准模块如CPU模块、输入模块、输出模块、电源模块等，将这些模块插在框架上或基板上即可组装而成。各模块功能是独立的，外形尺寸是统一的，插入什么模块可根据需要灵活配置。目前，中、大型PLC和一些小型PLC多采用这种结构形式。24 可编程控制器的应用随着PLC功能不断完善，性能价格比的不断提高，

5、PLC的应用面也越来越广。目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、采矿、水泥、石油、化工、电子、机械制造、汽车、船舶、装卸、造纸、纺织、环保、娱乐等各行各业。PLC的应用范围通常可分为如下五种类型：顺序控制运动控制过程控制数据处理通信和联网25 PLC的组成中央处理器（CPU）存储器输入/输出接口电源扩展接口通信接口智能I/O接口编程器其他部件（EPROM写入器、存储器卡等）26 PLC的工作方式 可编程控制器是一种工业控制计算机，故它的工作原理是建立在计算机工作原理基础上的，即是通过执行反映控制要求的用户程序来实现的。但是CPU是以分时操作方式来处理各项任务的，计算机在每一瞬间只能做一件事，所

6、以程序的执行是按程序顺序依次完成相应各电器的动作，由于运算速度极高，各电器的动作似乎是同时完成的。 概括而言，PLC的工作方式是一个不断循环的顺序扫描工作方式。每一次扫描所用的时间称为扫描周或工作周期。CPU从第一条指令开始，按顺序逐条地执行用户程序直到用户程序结束。第二章 硬件部分一、S7-300系列PLC简介本设计所采用的硬件是Festo生产的机电一体化教学装置MPS模块化生产系统，这是一套模拟实际工业生产过程，具有大量复杂控制的教学培训装置，它具有模块化、综合性和易扩充等特点。PLC的CPU采用的是西门子公司生产的S7-313C。 S7-300 系列小型PLC 可应用于各种自动化系统紧凑

7、的结构低廉的成本以及功能强大的指令集使得S7-300 PLC 成为各种小型控制任务理想的解决方案S7-300 产品的多样化以及基于Windows 的编程工具使您能够更加灵活地完成自动化任务。S7-31XC系列CPU有CPU 312C,CPU 313C,CPU 313C-2 PtP,CPU 313C-2 DP,CPU 314C-2 PtP,CPU 314C-2 DP新型六种型号。11 S7-300 控制器的额定电压额定工作电压S7-300 模板可以在不同额定电压下运行下表所示为额定电压和相应的误差12 使用S7-300 控制器的机械和气候环境条件S7-300 控制器符合标准DIN EN 6072

8、1 Part 2 Class 3M3 和3C3 之要求运行条件对于其它应用S7-300 控制器必须采取措施后使用l 暴露在具有高度离子放射的应用场合时l 应用于恶劣工况时例如 尘埃聚积 腐蚀性蒸气或气体 强电磁场l 应用在需要特殊监控的设备中时例如电梯 安装在极其危险区域的电气设备所采取的措施可以是例如将S7-300 控制器安装在机柜或机壳中环境机械条件S7-300 模板的环境机械条件在下表中列出降低振动如果S7-300 模板安装在具有严重冲击和/或振动的场合必须采取相应的措施来降低反应或振幅我们建议将S7-300 安装在抗振材料上（例如橡皮-金属防振安装）13 S7-300 CPU之间的区别

9、CPU 312Cl 紧凑型CPU，带集成的数字量输入和输出l 适用于具有较高要求的小型应用l 带有与过程相关的功能CPU运行时需要微存储器卡CPU 313Cl 紧凑型CPU，带集成的数字量和模拟量的输入和输出l 适用于具有较高要求的系统中l 带有与过程相关的功能CPU运行时需要微存储器卡CPU 313C-2 PtPl 紧凑型CPU，带集成的数字量输入和输出，并带有2个串口l 适用于具有较高要求的系统中l 带有与过程相关的功能CPU运行时需要微存储器卡CPU 313C-2 DPl 紧凑型CPU，带集成的数字量输入和输出，以及PROFIBUS DP主站/从站接口l 带有与过程相关的功能l 可以完成

10、具有特殊功能的任务l 可以连接标准I/O设备CPU运行时需要微存储器卡CPU 314C-2 PtPl 紧凑型CPU，带集成的数字量和模拟量输入和输出，并带有第2个串口l 适用于具有较高要求的系统中l 带有与过程相关的功能CPU运行时需要微存储器卡CPU 314C-2 DPl 紧凑型CPU，带集成的数字量和模拟量的输入和输出，以及PROFIBUS DP主站/从站接口l 带有与过程相关的功能l 可以完成具有特殊功能的任务l 可以连接标准I/O设备CPU运行时需要微存储器卡二、本站硬件说明本站是第一站，主要由以下几部分组成。l 工件仓模块l 推工件模块l 吸盘l 机械臂l 分配器l PLC流程简图如

11、下：21 XMA2： XMA2是一个分配器，它通过数据线与CPU连接。XMA2由8个输入端和8个输出端组成，并由24V电压驱动。电压是由与CPU连接的数据线（即XMA1以下简称A）供给的，具体引角为A22与24V相连， A12与0V相连。输入端引角1017分别对应于I0.0I0.7，输出端引角07分别对应于Q0.0Q0.7。 平面图如下：XMA2平面图11号引角与位置传感器1B2连接，1B2检测到信号后接触器KM1得电，并将检测信号送给AMX2。12号引角与位置传感器1B1连接，1B1检测到信号后接触器KM2得电，并将检测信号送给AMX2。13号引角与传感器2B1连接，2B1检测到信号后接触器

12、KM3得电，并将检测信号送给AMX2。14号引角与限位传感器3S2连接，3S2检测到信号后接触器KM4得电，并将检测信号送给AMX2。15号引角与限位传感器3S1连接，3S1检测到信号后接触器KM5得电，并将检测信号送给AMX2。16号引角与光电传感器连接，光电传感器再通过变送器B4把光信号转换为电信号，同时接触器KM6得电，并将检测信号送给AMX2。17号引角与光电传感器IP-FI连接，IP-FI检测到信号后接触器KM7得电，并将检测信号送给AMX2。0、1、2、3、4号引角分别与阀岛上的1Y1、2Y1、2Y2、3Y1、3Y2输入端连接，04号引角接收到相应输入端信号后，便给阀岛相应的输入端

13、信号，驱动阀岛动作。XMA2有24个发光二极管作为状态指示灯。输入端可以通过一个滑片在正向开关（PNP）和负向开关（NPN）之间转换。输入与输出之间的连接，当传感器检测到信号时（即传感器内部开关闭合），接触器得电，在输出端的相应触点随之闭合，便实现了信号在输入端与输出端之间的传递。以接触器KM2为例：当气缸推动推杆到位时，传感器检测到此信号（即传感器内部开关闭合），此时接触器KM2得电，在输出端的3Y1端子上，与3Y1端子相连的触点KM2闭合，便与阀岛接通，阀岛便驱动机械臂左摆。从而实现了信号检测到设备动作的过程。XMA2电路接线图见附录。22 压力计 压力计是一个检测、调节并显示压力的设备，

14、是此站气动系统中的一部分。通过压力计可以调节压缩空气对其它气动设备的压力。ON/OFF开关可以实现空气的通断。压力计使用的注意事项： 压力计必须垂直安装。技术数据： 标准流量率750 L/min逆向最大压力1600 kPa工作最大压力1200 kPa标准逆向压力1000 kPa标准工作压力600 kPa23 推杆 推杆是一个套筒结构，由两个气管控制，内部推杆的前端与套筒内壁紧密接触，形成一个密封区，气管在此区域中进行给气和排气操作，从而实现向前推和复位的运动。简图如下： 24 连接电缆 连接电缆是传感器与XMA2通信的介质。在本站中有两个连接电缆，分别与1B1、1B2连接，此电缆中的插头为PN

15、P型。实图如下 此电缆与传感器连接，当气缸做活塞运动回到设定位置时，电缆中信号状态变化。同时，指示灯（与电缆相连的发光二极管）也相应变化。优点l 设计简洁l 安装调试简单l 感应器不易从线槽内跳出 此电缆中包含三根导线，分别是24V火线，0V零线和地线。25 XMA1： XMA1是一条数据线，有24根引脚，负责XMA2与CPU之间的数据传输，并给XMA2供电。26 接线端子： 接线端子由24V电源供电,并负责把电压分配给各个部件。 接线端子简图如下：接线端子接线图 引脚16和1318是高电平，24V。 引脚712和1924是低电平，0V。 左边和右边方框是一个扩展端子，以便系统功能的扩展使用。

16、27 F1： F1是一个电压继电器。在电源模块之前有一个电压继电器和电源相连，为了保证电源模块给系统供的电的确是24V直流电，需设一个过电压保护装置。28 继电器简介：281 继电器的作用： 电磁式继电器根据外来信号（电压或电流），利用电磁原理使衔铁产生闭合动作，从而带动触点动作，使控制电路接通或断开，实现控制电路的状态改变。282 继电器的分类： 继电器按信号不同可以分为电压继电器、电流继电器、速度继电器、中间继电器、压力继电器、温度继电器等。按使用范围不同可以分为控制继电器、保护继电器、通讯继电器和安全继电器等。按动作原理不同可以分为电磁式继电器、感应式继电器、电动式继电器、电子式继电器和

17、热继电器等。F1是一个电磁式电流继电器，当输入电流超过额定值时，衔铁带动触点动作，断开电路，以避免因电流过大而损坏CPU及其它设备，在电路中起过流保护的作用。29 CPU： CPU是PLC的核心，它按PLC中系统程序赋予的功能指挥PLC有条不紊地进行工作，其主要任务有：1、控制从编程器键入的用户程序和数据的接收与存储；2、用扫描的方式通过I/O部件接收现场的状态或数据，并存入输入映象存储器或与数据存储器中；3、诊断PLC内部电路的工作故障和编程中的语法错误等；4、PLC进入运行状态后，从存储器逐条读取用户指令，经过命令解释后按指令规定的任务进行数据传送、逻辑或算术运算等；5、根据运算结果，更新

18、有关标志位的状态和输出映象存储器的内容，再经输出部件实现输出控制、制表打印或数据通信等功能。CPU芯片的性能关系到PLC处理控制信号的能力与速度，CPU倍数越高，系统处理的信息量越大，运算速度也越快。 本站采用的是西门子公司生产的S7300系列CPU中的S7313C。 S7313C有40个引脚，其中有两组输入，两级输出。每组输入、输出由8个引脚构成，其余引脚与电源相连，给CPU供电。 S7313C简图如下：CPU引脚图 1号引脚接24V电压、10号引脚接0V电压，负责给第一组输入（I0.0I0.7）提供电源，I0.0I0.7分别对应于29号引脚；17号引脚接24V电压，20号引脚接0V电压，负

19、责给第二组输入（I1.0I1.7）提供电源，I1.0I1.7分别对应于1219号引脚，11号引脚悬空，17号引脚与21号引脚相连；21号引脚接24V电压、30号引脚接0V电压，负责给第一组输出（Q0.0Q0.7）提供电源，Q0.0Q0.7分别对应于2229号引脚；31号引脚接24V电压，40号引脚接0V电压，负责给第二组输出（Q1.0Q1.7）提供电源，Q1.0Q1.7分别对应于3239号引脚。 29号引脚分别对应于A13A20（即XMA1的1320号引脚）；1219号引脚分别对应于G13G20（即XMG1的1320号引脚）；2229号脚分别对应于A1A8；3239号引脚分别对应于G1G8。引

20、脚1、10、20、21、30、31、40号与电源模块连接。见图“电源模块接线图”。210 阀岛：2101 概述： 阀岛属于气动设备，主要功能是控制气流的通断。 Festo阀岛可分为如下几种：多功能MIDI/MAXI阀岛、Micro/Mini/Midi阀岛、ISO阀岛、老虎阀岛、VDMA阀岛、紧凑型阀岛等。 本站中使用的阀岛属于紧凑型阀岛。紧凑型阀岛又可分为带独立插座的阀岛、带多针插头的阀岛、带AS-i的阀岛、带CP系统接口的阀岛、带直接整体式接口的阀岛、带ET200X气动接口的阀岛。本站中使用的阀岛属于带AS-i的紧凑型阀岛。2102 紧凑型阀岛的特点：1、阀的流量大，能耗小；2、多功能的紧凑

21、型模块用途广泛；3、模块化的单元结构适用于单独设计和工厂快速改造；4、先进的连接方式和总线技术使数据传输快速安全；5、安装和总线连接成本低。2103带SA-i阀岛的特点：SA-i的显著特点是数据信号和电源电压由同一根两芯电缆同时传输。电缆的形状使用户排除了极性错误。如果在紧急状态下，要将部分阀从主电源隔离，可以给这些阀单独供电。211 传感器2111 传感器概述传感器是能感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置。通常由敏感元件和转换元件组成。 传感器技术在当代科技领域中占有十分重要的地位。随着计算机技术的不断发展，信息处理技术也在不断发展完善。但作为提供信息的传感器，它的发

22、展相对于计算机的信息处理功能来说就落后了。这使得自动检测技术受到影响，也直接影响到多种技术的进一步发展。基于上述原因，愈来愈多的科技工作者对传感器技术予以了高度的重视，促使传感器技术加速发展，以适应信息处理技术的需要。 传感器有电位计式、应变式、电容式、电感式、压电式、磁电式、光敏式、霍尔式等，以及比较新型的传感器，如光纤式、气敏式、湿敏式和智能式等。 传感器输出信号有很多形式，如电压、电流、频率、脉冲等，输出信号的形式由传感器的原理确定。2112 传感器的组成 一般讲传感器由敏感元件和转换元件组成。但是由于传感器输出信号一般都很微弱，需要有信号调节与转换电路将其放大或转换为容易传输、处理、记

23、录和显示的形式。随着半导体器件与集成技术在传感器中的应用，传感器的信号调节与转换电路可能安装在传感器的壳体里或与敏感元件一起集成在同一芯片上。因此，信号调节与转换电路以及所需电源都应作为传感器组成的一部分。 常见的信号调节与转换电路有放大器、电桥、振荡器、电荷放大器等，它们分别与相应的传感器相配合。2113 传感器技术的发展动向 传感器技术所涉及的知识非常广泛，但是它们的共性是利用物理定律和物质的物理、化学和生物特性，将非电量转换成电量。 传感器技术的发展动向有以下几方面：l 发现新现象l 开发新材料l 采用微细加工技术l 研究多多功能集成传感器l 智能化传感器l 新一代航天传感器研究l 仿生

24、传感器研究2114 光电式传感器 光电式传感器是能将光能转换为电能的一种器件，简称光电器件。它的物理基础是光电效应。在现代测量与控制系统中，应用非常广泛。 用光电器件测量非电量时，首先要将非电量的变化转换为光量的变化，然后通过光电器件的作用，就可以将非电量的变化转换为电量的变化了。本设计中检测I0.6的传感器是对射式传感器，对射式传感器首先将接收器设置在所需的位置并加以固定，然后将发射器和接收器对齐，也加以固定。检测到的信号以光的形式通过光纤传送到变送器。光纤电缆由一束玻璃纤维或由一条或几条合成纤维组成。光纤能将光从一处传导到另一处,甚至绕过拐角处。其工作原理是通过内部反射介质传递光线。光线通

25、过具有高折射率的光纤材料和低折射率护套内表面,由此形成的光纤在光纤内的反射式传递。光纤由芯部(高折射率)和护套(低折射率)组成。在光纤内,光被不断来回反射, 产生全内反射,因而光能通过曲线路径。光电式传感器不得相互干扰，它们之间必须保持最小距离。该最小距离主要由传感器灵敏度决定，对于采用光纤的传感器，此距离主要由使用的光纤类型决定，因此，一般情况不指定该值。工作范围工作范围是指发射器与接收器之间(对射式传感器)的最大允许距离。为获得最大值,传感器内的电位计必须设置为最大。本设计中所使用的对射式传感器内实际上是一个光敏二极管，光敏二极管的结构与一般二极管相似，装在透明玻璃外壳中，它的pn结装在管

26、顶，可直接受到光照射。光敏二极管在电路中一般中处于反向工作状态的。光敏二极管在电路处于反向偏置，在没有光照射，反向电阻很大，反向电流很小，这反向电流称为暗电流。当光照射在pn结上，光子打在pn结附近，使pn结附近产生光生电子和光生空穴对，使少数载流子的浓度大大增加，因此通过pn结的反向电流也随着增加。如果入射光照强度变化，光生电子-空穴对的浓度也相应变化，通过外电路的光电流强度也随之变化，可见光敏二极管能将光信号转换为电信号输出。2115 电感式传感器 电感式传感器是建立在电磁感应基础上，利用线圈电感或互感的改变来实现非电量电测的。根据原理的不同，可分为变阻磁式，变压器式和涡流式等种类。它可以

27、把输入的物理量如位移、振动、压力、流量、比重等参数，转换为线圈的自感系数L和互感系数M的变化，面L和M的变化在电路中又转换为电压或电流的变化，即将非电量转换成电信号输出。 电感式传感器有以下特点：l 工作可靠，寿命长l 灵敏度高，分辨力高l 精度高，线性好l 性能稳定，重复性好212 微型开关 型号：S-3-E检测机械臂左摆和右摆到位的传感器，是一个电子式限位开关，用于终端位置感测。当机械臂左摆到位时，摆动驱动器闭合微型开关，电信号便传送给XMA2。213 摆动驱动器型号：DSR-16-180-P驱动力通过旋转叶片直接传送给驱动轴。摆动角度从0到184无级可调。可调式止动系统和旋转叶片分离，

28、以便于固定限位挡块吸收冲力。此外，旋转叶片还能通过终点位置弹性垫（由合成 材料制成）获得辅助缓冲。驱动力直接通过齿轮轴和齿条机构传输，无反冲发生。驱动器背面还有刻度以方便行程调节。特点可调式摆动角度摆动角度在摆动范围内任意设定较高的能量通过液压缓冲器缓冲 (仅尺寸12到40 mm).支架，用于安装感应式传感器，用于 非接触式终端位置感测214 吸盘 型号：VAS-8-M5-PUR本设计中吸盘是用来吸住工件的。吸盘与气管相连，当需要吸工件时，气管通过吸盘吸气，并保持住，直到CPU发出吹气命令，气管通过吸盘吹气。特点将表面光滑且平整的工件吸起并保 持住可以使用波纹吸盘，满足不平、弧 形和倾斜表面的

29、要求硅橡胶耐热性能优良215 真空过滤器型号：VAF-PK-4为防止抽气过程中进入微粒杂质而堵塞气管。必须使用真空过滤器。真空过滤器 VAF用于去除抽气方向的微粒杂质。流动方向可以依据原始装置而自由选择。一经使用，原始装置的流量方向不能改变。 216 消声器 型号：U-M5为降低阀门排气口的噪音，可以使用消声器。消声器通常用于真空过滤器中。217 电磁阀型号：CPV10-M1H-5LS-M7 CP 代表外形紧凑、功能强大流量从400到1600升/分钟 ，重量轻，安装空间小，CPV阀岛可安装在气动驱动器附近，可确保缩短响应时间，提高效率。功能多样满足各种要求，安装选项多。218 面板 面板是一个

30、人机交互界面,它通过XMG1与CPU连接。在面板上，安放有Start、Reset、Stop、Auto/Man等手动按钮。Start即I1.0通过G13（即XMG1上的第13号引脚）与CPU的第12号引脚相连；Reset即I1.3通过G16与CPU的第15号引脚相连；Stop即I1.1通过G14与CPU的第13号引脚相连。面板上还有两排输入/输出接口和接地端以及两个扩展数据接口，以便与其他外部设备通信，从而实现功能的扩展。 面板上的Start、Reset、Stop等按钮实际上是通过一个接触器实现开关动作的，它们都是开关量。 面板的电路接线图见附录。219 单向节流阀型号：GRLA-M5-QS-4

31、-LF-C单向节流阀用于双作用气缸的排气流量控制。在相反方向单向节流阀完全打开，压缩空气可自由通过。进气流量不受控制而只对排气流量 进行控制，可以将活塞保持在空气缓冲之间 (即使负载有变化，也能起到改进动作特性的效果)。精密节流阀在性能上经过优化，适合用于慢速状态 (-LF)。派生型号单向节流阀，用于排气节流 GRLA, GRGA, GRXA单向节流阀，用于排气节流，具有制动功能 GRXA-HG-流量: 18 4300 l/min.。-螺纹接口: M3 G3/4。-QS 快插接头，用于管径3 10 mm。-倒钩接头PK-3， PK-6。-直接安装在气缸上。-防腐、耐酸型 CRGRLA。-可旋转

32、360度。-带槽调节螺钉。-带突缘螺钉和锁定螺母。-输出口位于侧面(GRLA)或顶部(GRGA)。220 接近开关型号：SMTO-1-PS-S-LED-24-C Festo的接近式传感器为位置传感器，是专门为Festo 驱动器而配套设计的。 这些传感器可直接安装于驱动器上也可通过特定的安装附件进行安装。只有在驱动器的活塞上加上永磁体，才能使接近式传感器工作。接近式传感器在气缸上的位置可以通过机械方式加以调整并固定。一旦气缸活塞回复到这一位置，切换信号的状态就会发生变化。块状接近式传感器派生型号- 接近式传感器，带电触点 (SME, SMEO)- 电感式接近传感器 (SMT, SMTO), PN

33、P或NPN-气动接近式传感器 (SMPO)- 具有焊场干扰抵御能力的接近式 传感器 (SMTSO)- 耐高温接近式传感器 (-S6)- 带不同长度的电缆或带插头- 常开连接方式- 24 V DC或230 V AC- 直列式连接切换状态由LED显示.特点：- 坚固- 安装与调试方便- 通过安装附件进行安装- 抗焊场干扰设计 (SMTSO)-气动接近式传感器 (SMPO)功能：SME, SMEO (触点式) 触点式传感器 SME 含有一个舌簧开关，其触片在有磁场接近时会关闭，从而产生开关信号。 SME 主要用于需要大电流输出的地方(譬如用于直接控制负载)。在涉及较大负载能力或电缆长度 7.5 m时

34、,还需配备保护回路。SMT, SMTO (感应式) SMT型电感式传感器含有振荡回路。当有磁场接近时回路中的电流 会发生变化并产生一个开关信号。 SMT型接近式传感器主要用于能够处理开关信号的设备，譬如连接至控制器。SMTSO (具有焊场干扰抵御能力) 具有焊场干扰抵御能力的接近式传感器工作方式同SMT电感式传感器, 但是它还具有另外一个特性，即：一旦接近式传感器检测到磁场变化后，输出信号将被立即锁定。这一特性能避免传感器在焊接操作时产生错误切换。 SMTSO型接近式传感器常用于焊接机械，因为焊接操作会产生高强度的变换磁场。SMPO (气信号输出) 气信号接近式传感器内置有一个3/2阀，在磁场

35、接近时该阀会被驱动并输出一个气信号。 SMPO型接近式传感器将被用于直接能够处理气信号的设备。 传感器测试器 SM-TEST-1 SM-TEST-1型传感器测试器用于测试和调节传感器和接近开关，为调试和维修保养带来方便-为接近开关的测试提供电源-对安装在气缸上的接近开关进行调节- 通过相应的LED识别接近开关和传感器的转换输出方式，如： PNP, NPN, NC和NO。第三章 软件部分一、概述：11 S7-300可编程控制器的结构及功能特点 S7-300采用模块化结构设计，便于灵活组合，能满足中等性能的要求。SIMATIC S7-300在STEP7标准软件包支持下所提供功能强大的支持和帮助，为

36、用户提供硬件组态、软件编程、在线仿真调试和故障诊断等。其主要功能和特点如下： 高速的指令处理 指令处理时间0.6us以下，最短可达0.1us，在中等到较低的性能要求范围内开辟了全新的应用领域。浮点数运算运用此功能可以更有效地实现复杂的算术运算。方便用户的参数赋值软件工具带标准用户接口，可以给所有模块进行参数赋值。人机界面方便的人机界面服务集成在S7-300操作系统内。因此对人机对话的编程要求大大减少。SIMATIC人机界面（HMI）从S7-300中取得数据，S7-300操作系统自动地处理数据的传送，按用户指定的刷新速度传送这些数据。诊断功能CPU的诊断系统智能化，可以连续监控系统的功能是否正常

37、、记录错误和特殊系统事件（如超时、模块更换等）。口令保护多级口令保护可以使用户高度、有效地保护其技术机密，防止未经允许的复制和修改。操作方式选择开关操作方式选择开关像钥匙一样可以拔出，当拔出时，就不能改变操作方式，从而防止非法地删除或改写用户程序。12 S7-300系统的基本组成 S7300系统包括一个负载电源模块，一个S7-300CPU模块，一个信号模块，和一台PC机或编程器。一个完整的S7-300系统主要包括： 中央处理器单元（CPU） SIMATIC S7-300提供了多种性能不同的CPU模块，包括CPU312IFM、CPU313、CPU314、CPU314IFM、CPU315/CPU3

38、15-2DP、CPU316-2DP和CPU318-2DP等，以满足用户不同的要求。CPU模块除执行用户程序处，还为S7-300背板总线提供5V电源，在MPI（多点接口）网络中，通过MPI与其他PLC或编程设备进行通信。 信号模块（SM） SM使不同级的过程信号电平和S7-300的内部信号电平相匹配。用于数字量和模拟量输入/输出。对于每个模块都配有自编码的螺紧型前连接器，外部的过程信号可以很方便地连在信号模块的前连接器上。 通信处理器（CP） 用于连接网络和点对点连接，减少CPU的通信任务。例如，CPU342-5DP与Profibus-DP的连接。 功能模块（FM） 用于实时性要求高、存储器容量

39、要求大的过程信号处理任务，如高速记数、定位操作（开环和闭环定位）和闭环控制。 负载电源模块（PS） 用于将AC120V/230V转换为DC24V的工作电压，为S7-300和DC24V负载电路提供电源。 接口模块（IM） 用于多机架配置时连接主机架（CR）和扩展机架（ER）。S7-300通过分布式的主机架（CR）和3个扩展机架（ER），可以操作多达32个模块。13 S7-300的系统配置 S7-300是模块化的组合结构。用户按照实际需求选取的各种模块可以直接安装在机架（导轨）上，通过背板总线的方式把这些模块连接起来。在机架上安装模块按顺序依次是：电源模块、CPU模块、功能模块/通信处理器、I/O

40、信号模块。电源模块安装在0号机架的1号槽上，2号槽安装CPU，I/O接口模块安装在4号槽。 在一个机架上的配置应符合以下规定： 模块的数量。除电源模块、CPU模块、接口模块外，一个机架上最多安装模块不得超过8个。 背板总线电流值的限制。装在一个机架上的全部模块都要受到S7-300背板总线提供的总电流值的限制。所有S7-300模块从一个机架各槽板上获取的总电流不能够超过1.2A，除选用CPU312IFM，则不超过0.8A。 根据实际应用，一个机架如果不够用，最多可扩展4个机架（与CPU312IFM和CPU313配套的模块只能装在一个机架上）。多个机架上的配置应符合以下规定： a、需用接口模块（I

41、M），它将S7-300背板总线从一个机架连接到下一个机架。 b、和一个机架上的配置规定一样，模块数同样要受到最多8个的限制以及S7-300背板总线允许提供总电流的限制。14 S7-300的数字量模块 S7-300有多种型号的数字量I/O模块可供选择。 1、SM321数字量输入模块 S7-300数字量输入模块的输入过程包括电平转换，光隔离和滤波等。采样时，信号经背板总线进入输入映象区。 SM321数字量输入模块主要有4种模块可供选择，即直流16点输入、直流32点输入、交流8点输入、交流16点输入模块。另外，还提供了直流16点输入带过程诊断和中断的模块、直流8点输入带源输入模块，交流32点输入模块

42、。 2、SM322数字量输出模块 SM322数字量输出模块经过电平转换，信号可直接用于驱动电磁阀、接触器、小型电动机，灯和电动机起动器等。按负载回路使用电源不同分为：直流输出模块、交流输出模块和交直流两用输出模块。按输出开关的种类不同又可分为：晶体管输出方式、晶闸管输出方式和继电器触点输出方式。 SM322数字量输出模块有7种型号输出模块可供选择，即16点晶体管输出、32点晶体管输出、16点晶闸管输出、8点晶体管输出、8点晶闸管输出、8点继电器输出和16点继电器输出模块。选择使用模块时，因每个模块的端子共地情况不同，应根据模块输出类型和现场输出信号负载回路的供电情况选择。 3、SM323数字量

43、I/O模块 此模块有两种类型，一种是带有8个共地输入端和8个共地输出端，另一种是带有16个共地输入端和16个共地输出端，两种模块特性相同。I/O额定负载电压DC24V，输入电压“1”信号电平为1130V，“0”信号电平为-3+5V。I/O通过光耦合器与背板总线隔离。输出具有短路保护功能。 4、SM374仿真模块 SM374仿真模块可以仿真16点输入、16点输出、8点输入和8点输出的数字量模块。根据仿真所需的数字量模块，可以选择模块状态，使PLC应用系统调试变得简单而方便。 5、DM370占位模块 DM370占位模块的主要作用是给数字量模块留一个插槽，从而使PLC应用系统具有更大的灵活性和适用性

44、。如果在一个应用系统中，用另一个S7-300模块代替占位模块，则整个配置的机械布局和地址设置保持不变。15 S7-300的模拟量模块 1、SM331模拟量输入模块 SM331输入模块主要由A/D转换部件、模拟切换开关、补偿电路、恒流源、光隔离部件、逻辑电路组成。实际应用时可使用STEP7组态工具屏蔽掉不用的模拟量通道。 SM331的每两个通道构成一个通道输入组，可以按通道输入组任意选择测量方法和测量范围。模块上需接DC24V的负载电压，有反接性保护功能；对于变送器或热电偶的输入具有短路保护功能。 2、模拟量输出模块 SM332模拟量输出模块有4个通道，每个通道都可单独编程为电压输出或电流输出，

45、输出精度为12位，模块对CPU背板总线和负载电压都有光隔离。 3、模拟量I/O模块 模拟量输入/输出模块有两种规格：一种是4输入/2输出的模拟量模块，其输入/输出量范围为010V或020mA。16 S7-300的电源模块 电源模块的输入电压AC120V/230V、50Hz/60Hz，在输入和输出之间有可靠的隔离。 S7-300的电流耗量。在组建S7-300应用系统时，考虑每块模块的电流耗量和功率损耗是非常必要的。选定的电源模块的输出功率必须大于CPU模块、所有I/O模块、各种智能模块等总消耗功率之和，并预留约30%的余量。17 S7-300应用系统的编程 开发或设计一个S7-300应用系统必须

46、基于STEP7软件包进行组态和编程。STEP7是SIMATIC工业控制软件组成的组成部分。STEP7标准软件包由以下几部分组成。1、 符号编辑器2、 管理器3、 通信组态4、 硬件组态5、 编辑语言6、 硬件诊断二、本站软件设计21 地址表：通过手动方式将第一站的输入/输出地址测出。具体地址如下表：地址代号描述I0.1tgfw推杆复位I0.2tgtc推杆推到位I0.3xz吸住I0.4zbdw左摆到位I0.5ybdw右摆到位I0.6ml没料I0.7lztx两站通信I1.0start开始I1.1Stop停止I1.3reset复位Q0.0tl推料Q0.1xq吸气Q0.2cq吹气Q0.3zb左摆Q0.

47、4yb右摆Q1.0ksd开始灯Q1.1tzd停止灯22 程序：通过STEP7编程，程序框图如下：23 程序说明： 程序从S1开始扫描，如果按下Start按钮或是在有料的情况下按下Reset按钮，程序便继续往下扫描。ml（I0.6）是低电平有效，程序中加入非门，即表示在有料的情况下如果按下Reset（复位）按钮，程序也可往下执行，这是为了程序因为某些原因而停止后重新启动而设定的，如果在没有料的情况下按下复位按钮，程序不会执行，从而避免了空操作。程序启动或重启后，输出ksdQ(1.0)、zb(Q0.3)、yb(Q0.4)，其中ksd置1，zb置0，yb置1，此时，开始状态灯变亮，指示程序开始执行，

48、机械臂右摆，让机械臂右摆的原因是为了避免推杆把料推出后被机械臂阻挡。 程序扫描到T2，当微型开关检测到机械臂右摆到位时，便发出右摆到位信号“ybdw”（I0.5），同时“ml”信号显示此时有料，当两个输入同时满足条件时，便输出yb（Q0.4）、tl（Q0.0）、cq（Q0.2）、xq（Q0.1），其中yb置0，tl置1，cq置1（cq为低电平有效），xq置0，此时，机械臂右摆清零，阀岛停止给控制机械臂右摆的气缸供气。同时，推杆推出。 程序扫描到T3，当接近式传感器检测到推杆推出时，发出推杆推出信号“tgtc”（I0.2），便输出zb（Q0.3），zb置1，此时，阀岛给控制机械臂左摆的气缸供气，

49、机械臂左摆。 程序扫描到T4，微型开关检测到机械臂左摆到位时，发出左摆到位信号“zbdw”（I0.4），便输出zb（Q0.3）、xq（Q0.1）、tl（Q0.0），其中zb置0，xq置1，tl置0，此时，阀岛给控制机械臂左摆的气缸停止供气，机械臂停止左摆，吸盘开始吸气，阀岛给气缸供气使推杆退回。 程序扫描到T5，接近式传感器检测到推杆复位时，发出推杆复位信号“tgfw”（I0.1），同时，在输入端加了一个两站通信信号“lztx”（I0.7），在这里加“lztx”检测是为了与第二站连接，当第二站准备好后，就发一个信号给第一站，这个信号就是“lztx”信号。当两个条件同时满足时，程序继续往下执行。

50、机械臂右摆，把料运到第二站。若没有“lztx”信号，机械臂会停在左摆到位的位置，并保持吸气，等待第二站。 程序扫描到T6，微型开关检测到机械臂右摆到位，发出右摆到位信号“ybdw”（I0.5），便输出yb（Q0.4），xq（Q0.1）信号，其中，yb置0，xq置0。机械臂停止右摆，吸盘停止吸气。 程序扫描到T7，无条件输出cq（Q0.2），机械臂放下工件。 程序扫描到T8，转到S2，重复以上过程。 如果程序开始后检测到没料，那么程序转至T9，即光电传感器检测到ml信号，输出yb（Q0.4）、zb（Q0.3），其中yb置0，zb置1，即让机械臂左摆。之所以让机械臂左摆，是因为如果上一次送料成功，

51、那么机械臂停在右摆到位的位置，这时第二站会把工件抬起，机械臂左摆就是为了第二站在抬起工件时避免被机械臂阻挡。 程序扫描到T10，无条件输出“tzd”（Q1.1），即停止状态灯亮。 程序扫描到T11，转至S1程序重新开始。 以上就是第一站程序的执行过程，经过调试，程序执行正确。 但为了防止设备在执行过程中出现故障或需要人为地让程序在运行过程中停止，需加一个急停的功能。 为实现急停功能，还需要编写一个急停程序。程序梯形图如下：24 急停程序说明 当程序需要急停时，按下stop（I1.1）按钮。stop是一个常闭触点，低电平有效。（N）的功能是下降沿微分输出，所以M0.0表示下降沿触发。SR是一个置

52、位优先双稳态触发器，如果置位S和复位R都为真，输出Q就为真。 当按下stop按钮时，stop触点打开，电平为低电平，M0.0得电，M0.1得电，程序跳转到网络三：LAB1，M0.1得电，输出zb信号，zb清零，程序扫描到网络四，M0.1得电，输出yb信号，yb清零，即机械臂停止动作。从而实现了急停的功能。此后若按下reset按钮，因为DB1封装块里有reset的输入信号，程序便转到DB1，机械臂继续动作。若不按下stop按钮，M0.0就不会得电，因为程序是顺序扫描的，所以程序执行DB1。 经调试，程序执行正确。25 程序下载调试一、程序下载1、下载条件：1）你的设备和可编程控制器里的CPU之间

53、必须有一个连接（例如，多点接口）2）必须可以访问可编程控制器3）下载的程序已无误的编译。4） CPU必须在允许下载的模式下（STOP）如果你要离线打开一个块并要下载程序，CPU必须与SIMATIC管理器中的一个在线用户程序相连接。在下载用户程序之前，必须使CPU复位，保证没有旧块在CPU上。2、离线下载：如图选中所下载程序，点击下载。二、仿真下载完毕后，可以对程序先进行仿真。点击仿真键，如下图所示：便出现仿真窗口，如下图所示：把CPU打到RUN的位置，通过点击输入点，相应的输出点就会自动打上“”，从而实现仿真。三、监控调试给GRAPH程序戴上眼睛，即给程序带上监控器，随时监控程序运行状况。这时

54、，程序扫描到哪一步，相对应的地方就会出现绿色。如上图所示，表明程序运行到S2。这样可以很方便的检查出程序错误所在处，即可快速更改调试。第四章 结束语设计已圆满结束，这次毕业设计是对大学四年来所学知识的一个综合应用，同时也是自我锻炼的一个好机会。在这几个月的设计过程中，我们不断的发现问题，然后，通过查阅资料、询问老师、与同学讨论来一一解决这些问题。从而使我们所学的知识得到了加深和拓展，也培养了自己独立思考问题和解决问题的能力。通过本次设计，我学习到了传感器技术、气动技术、电控系统、PLC技术，并培养了我系统维护和故障检测的能力。我会继续努力，不断提高自己。最后我要衷心感谢我们的指导老师王臣老师，在他悉心的指导下我才有今天的成绩。附录：A9、A10、A11、A12、A21、A22、A23、A24G9、G10、G11、G12、G21、G22、G23、G24端口接线图XMA2输入输出简图阀岛接线图参考文献1、传感器原理设计与应用 刘迎春 叶湘滨 著 国防科技大学出版社2、电气控制与可编程控制器 陈立定 吴玉香 苏开才 著 华南理工大学出版社3、液压与气动 李勋 著 机械工业出版社4、自动检测与转换技术邓海龙 编 中国纺织出版社第58页 共58页