S7-300精密滚柱直径筛选系统中的应用

. . 摘摘 要要 现代制造技术的提高，对测量技术在测量精度与方法上提出了更高的要求， 从而使精密测量在现代制造技术中得到了迅速的发展和普及，为机械制造中工件 的互换性和产品质量提供了更好的保证。与常规测量一样，精密测量也是将被测 量与标准量（或单位量）进行比较，并确定其比值的过程。这一量过程包括被测 对象、计量单位、测量方法和测量误差等四个要素。其测量的内容包括长度、角 度、几何形状、表面相互位置及表面粗糙度等参数。一般，以 um 作为测量单位。 精密滚柱自动筛选系统由 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。系统通过测量机构产生模拟 电压信号，然后通过 AI 模块将误差信号送入可编程控制器（PLC）进行处理，经 过误差分析比较得到的结果产生信号控制滚柱送入哪个料斗。 该系统能够对精密滚柱进行自动筛选，有效的降低能耗，使系统保持在精确 快速的运行状态，提高生产效率。 关键词关键词：可编程控制器（PLC） 自动筛选 测量 . . Abstract Modern manufacturing technology to improve measuring technique, measurement precision and methods in put forward higher request, so precise measurement in the modern manufacture technology obtained a rapid development and popularization,the workpiece for mechanical manufacturing the interchangeability and product quality provides a better guarantee. As with regular measurement precision measurement is also will be measured and standard amount (or unit volume), compared the process and determine their ratio. This volume process including tested object, measurement unit, measuring method and measurement error and so on four factors. Its measurement includes length, Angle, geometric shapes, surface mutual position and surface roughness and parameters.In general, um as measurement unit. Precision Roller automatic screening system composition with S7- 300PLC, photoelectric icrometer, and phasesensors, inductive m- sensitive detector circuits，voltage amplifier circuit, electronic control valves as well as the main light and the composition of the electrical device control system，diameter roller to achieve precision control of the selection system。System bodies by measuring the analog voltage signal, and then through the AI module error signal into the PLC will be processed through the error analysis and comparison of results obtained signals which control the roller into which hopper。 The system is able to automatically filter precision roller and effective to reduce energy consumption, allowing the system to keep running fast precision, increasingproductivity。 . . KeyKey WordsWords：PLC automated screening measurement . . 目 录 第第 1 1 章章 概概 述述.1 1.1 自动筛选系统产生的背景和意义.1 1.2 自动筛选系统的国内外研究现状.1 1.3 现代精密测量技术现状及发展.2 1.3.1 现代精密测量技术现状 .2 1.3.2 现代精密测量技术发展 .2 1.4 现代精密测量仪器的应用领域.3 1.5 现代精密测量技术的意义.3 1.6 课题来源及本文的主要研究内容.4 第第 2 2 章章 总体方案论证总体方案论证.5 2.1 系统控制要求.5 2.1.1 系统结构与说明 .5 2.1.2 系统控制说明 .6 2.1.3 任务分析 .7 2.2 相敏检波.7 2.2.1 相敏检波的概述和特点 .7 2.2.2 相敏检波电路的选频与鉴相特性概述 .8 2.3 控制系统的选型.8 2.3.1 PLC 的国内外发展状况.8 2.3.2 PLC 与单片机的比较与应用.9 2.3.3 PLC 的特点.11 2.4 西门子可编程控制器模块连接.11 2.5 S7-300/400 系列可编程控制器（PLC）的工作过程 .12 2.6 模块的选型.13 . . 2.7 系统配置及资源分配.14 2.7.1 数字量输入 DI 的资源分配 .14 2.7.2 内部存储器 M 的资源分配 .15 2.7.3 数字量输出 DO 的资源分配.16 2.8 系统端子接线 .17 第第 3 3 章章 模拟模拟输输入量的标定入量的标定.18 3.1 模拟量输入通道的量程调节.19 3.2 模拟量输入模块的接线.20 3.3 在不同测量方式下模拟量的表达方式.23 3.4 模拟量的规范化读入.24 3.5 模拟量模块的系统默认地址.26 第第 4 4 章章 程序结构程序结构.28 4.1 程序中的块结构.28 4.2 程序结构类型.29 4.2.1.线性程序（线性编程） .29 4.2.2.分部式程序（分部编程、分块编程） .29 4.2.3.结构化程序（结构化编程或模块化编程） .29 4.3 程序结构.30 4.4 顺序控制和顺序功能图的介绍.31 4.4.1 顺序控制 .31 4.4.2 顺序功能图 .32 4.4.3 绘制顺序功能图的注意事项 .33 4.5 顺序功能图的本质.33 4.6 顺序功能图的基本结构.34 第第 5 5 章章 系统调试系统调试.36 5.1 程序下载 .36 5.2 设置调试变量.37 5.3 调试步骤.38 总总 结结.40 . . 致致 谢谢.41 参考文献参考文献.42 附录附录 1 1：S7-300S7-300 在精密滚珠直径筛选中的应用原理图在精密滚珠直径筛选中的应用原理图.44 附录附录 2 2：S7-300S7-300 在精密滚珠直径筛选中的应用程序清单在精密滚珠直径筛选中的应用程序清单.45 . . 第第 1 1 章章 概概 述述 1.11.1 自动筛选系统产生的背景和意义自动筛选系统产生的背景和意义 自动筛选系统是二战后在美国、日本等发达国家的物流中心，配送中心或流 通中心所必须的设施条件之一。近 20 年来，随着经济和生产的发张，商品趋于短 小轻薄，各类配送中心的货物筛选任务十分艰巨，筛选作业已经成为一项重要的 工作环节。随着筛选量的增加，单凭人工筛选已无法满足大规模的要求。因此， 自动筛选技术得到应用，其应用领域也不断扩大。 工业的发展对轴承的性能、寿命和可靠性提出了更高的要求，其质量取决于 设计、制造和检测各个环节，而滚柱直径的误差是影响轴承质量的关键因素，能 够检测并筛选出各种误差的滚柱，对轴承的生产具有重要意义。 1.21.2 自动筛选系统的国内外研究现状自动筛选系统的国内外研究现状 我国自 20 世纪 70 年代引进自动筛选技术，在立足自主开发的基础上不断吸 收国外先进经验，紧跟世界先进技术，根据需求不断开发。如今我国的自动筛选 技术已经具有相当的水平，有的已经达到世界的先进水平。和国外的自动筛选技 术相比，我国的自动筛选技术更符合自身的特点。目前国内检验滚柱的方法主要 是电触点式和无触点接近开关式的。 国外大多采用自动筛选技术进行筛选，充分发挥了它选速度快、筛选点多、 差错率极低、效率高和基本上实现无人操作的优势。高速自动筛选在日本得到了 高度重视，其主要原因是从 80 年代起伴随着各种高质量服务需求的出现而引起的 物流量不断增加。特别是为了减少库存大力推广的及时公布管理方式，使每次配 送量减少而频率加大。到了 90 年代后期日本物流进入 IT 时代。销售信息，物流 中心的电脑和设备通过信息网络连接成一体更加提高了效率，同时也降低了成本。 . . 1.31.3 现代精密测量技术现状及现代精密测量技术现状及发展发展 1.3.11.3.1 现代精密测量技术现状现代精密测量技术现状 现代精密测量技术是一门集光学、电子、传感器、图像、制造及计算机技术 为一体的综合性交叉学科，涉及广泛的学科领域，它的发展需要众多相关学科的 支持。在现代工业制造技术和科学研究中，测量仪器具有精密化、集成化、智能 化的发展趋势。三坐标测量机（CMM）是适应上述发展趋势的典型代表，它几乎可 以对生产中的所有三维复杂零件尺寸、形状和相互位置进行高准确度测量。 1.3.21.3.2 现代精密测量技术发展现代精密测量技术发展 最近几年，精密测量技术的迅速发展，成果喜人。例如，在线测量技术，已 能进行加工状态的实时显示监控，已获得国家的实时处理可以证明，根据监测工 作状态，它可以检测到异常情况，可以大大提高生产效率。此外，机床控制装置， 精度要求高，成本低，小型化。最重要的是精度高，这是因为要求如汽车发动机 零部件组成等均必须有很高的精度，以降低噪音，防止对环境的污染，节约能源 消耗，这些都为制造业的迫切需求的时代。 在高精密加工和质量管理的过程，通常都需要使用三坐标测量机，圆度形状 测量机，表面粗糙度测量机，长度和角度测量设备和其他设备等。光学测量机是 依托光学系统和其他主要硬件产生重要功能不见的制品，因此光机电一体化为基 础向前发展，在光学测量技术系统的进步发展迅速，相应的测量机产品大量涌现， 测量软件的开发已收到越来越多的关注。 近几年，随着非接触测量机的光学原理的发展，以及各种设备是非常大的。 如果马波斯公司的非接触式测量系统 Mida Laser 是一种激光探针测量机的新类型 的使用，数控机床保持对非接触式测量使用自动工具的情况下运作，并与测量， 根据值的自动定位该工具。索尼精密工程公司的非接触形状测量机 YP20/21 还利 用高速精密自动对焦二极管激光传感器的形状测量机，天平是用于标准的细胞系。 . . 传感器与由微型计算机控制阶段与优秀的操作性能，以及数据处理功能。非接触 式 YKT 销售坐标测量系统 Zip250 是一种高刚性，高速，高精度测量机的新。该机 搭载了 25 公斤级的体重，三坐标（的 X，Y，Z 轴）规模分辨率 0.00025 毫米。机 上装配了拥有数码法兰盘的 CCD 摄像机以及最新 DSP 转换器，因此，高速图像处 理可以被测量，而且还与接触式探针，并使用相关的测量。 与非接触式，高效率的机器大量测量的高速发展为依据，专家们估计，新世 纪测量技术的发展情况如下： 1.测量精度由 一级向 nm 一级发展； 2.从点测量向面测量发展，提高整体测量精度(也就是从度的精密测量扩展至 形状的精密测量)； 3.随着图像处理等新技术的应用，遥感技术在精密测量工程中将得到越来越 高的重视，它的推广和普及速度也越来越快； 4.随着标准化体制的确立和测量不确定度的数值化，将有效提高测量的可靠 性。 总之，测量技术必须实现高精度化，同时也要求实现高速化和高效率化，因 此，非接触测量和高效率测量也就必然成为新世纪精密测量技术的重要发展方向。 1.41.4 现代精密测量仪器的应用领域现代精密测量仪器的应用领域 现在精密测量仪器广泛应用于电子、汽车、模具、航天航空、等各种行业中 的塑胶、电子及半导体，紧密件、紧固件、接插件、标准件、开关零件、电路板、 电子线路、连接器、磁性材料、小五金冲压业等品检部的机械加工、精细加工中 进行精密零件测量、工程开发、品质检测、数据处理和图像处理。 1.51.5 现代精密测量技术的意义现代精密测量技术的意义 进入新世纪，加工技术的迅速提高给予了现代加工制造业提供了广阔的发展 空间。但是，传统的计量和检测技术已经远远不能达到现代制造业的需要，高速 . . 发展的加工制造业与停滞不前的检验技术之间的矛盾日益突出。如何改变传统测 量方式，满足现实的复杂需要已迫在眉睫，现代制造业亟待检测技术的变革。现 代精密测量技术的出现对现代工业的需求给予了一定的满足,并且为以后的工业制 造在检查技术方面的发展奠定了方向和理论基础。 1.61.6 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 本课题来源于生产的实际应用。 2、本课题研究的主要内容 本课题研究的主要内容是利用 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。 . . 第第 2 2 章章 总体方案论总体方案论证证 2.12.1 系统控制要求系统控制要求 2.1.12.1.1 系统结构与说明系统结构与说明 B 图 2-1 系统结构图 系统由 1 个落料管、1 个推料气缸、1 个误差测量机构、1 个限位挡板、7 个 电控阀 TBTA B9 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7 Y9 Y8 料斗1 料斗2 料斗3 料斗4 料斗5 料斗6 料斗7 电磁翻板 光电传感器 B1 B2 B3 B4 B5 B6 B7 -3um-2um-1um 0um +1um+2um+3um 料斗 推料气缸 钨钢测头 电感测微器 0.4MPa 落料管 待测滚柱 相敏检波电路电压放大 LU 限位挡板 B0 8_2B8_1 . . 料斗及料斗电磁翻板组成，如图 2-1 所示： 在落料管的低端装有缺料传感器 B0，有料时为“0” ，无料时为“1” ； 推料气缸为双作用气缸，由电控阀 TA 和 TB 控制，当 TB 得电时气缸缩回，TA 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的大小输出-10V+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 个料斗入口处各均装有 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。 2.1.22.1.2 系统控制说明系统控制说明 初始状态：限位挡板处于伸出位置、推料气缸处于伸出位置、各料斗的电磁 翻板均处于关闭位置。 在初始状态下，按启动按钮，系统首先检查落料管有无滚柱，如果无滚柱则 发出报警信号（按消警按钮可消除警报） ，补充滚柱后需再按启动按钮；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放大器处理，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。 2.1.32.1.3 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。 2.22.2 相敏检波相敏检波 2.2.12.2.1 相敏检波的概述和特点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。 2.2.22.2.2 相敏检波电路的选频与鉴相特性概述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 。 2.32.3 控制系统的选型控制系统的选型 2.3.12.3.1 PLCPLC 的国内外发展状况的国内外发展状况 世界上公认的第一台 PLC 是 1969 年美国数字设备公司（DEC）研制的。限于 当时的元器件条件及计算机发展水平，早期的 PLC 主要由分立元件和中小规模集 成电路组成，可以完成简单的逻辑控制及定时、计数功能。20 世纪 70 年代初出 现了微处理器。人们很快将其引入可编程控制器，使 PLC 增加了运算、数据传送 及处理等功能，完成了真正具有计算机特征的工业控制装置。为了方便熟悉继电 器、接触器系统的工程技术人员使用，可编程控制器采用和继电器电路图类似的 . . 梯形图作为主要编程语言，并将参加运算及处理的计算机存储元件都以继电器命 名。此时的 PLC 为微机技术和继电器常规控制概念相结合的产物。 20 世纪 70 年代中末期，可编程控制器进入实用化发展阶段，计算机技术已 全面引入可编程控制器中，使其功能发生了飞跃。更高的运算速度、超小型体积、 更可靠的工业抗干扰设计、模拟量运算、PID 功能及极高的性价比奠定了它在现 代工业中的地位。20 世纪 80 年代初，可编程控制器在先进工业国家中已获得广 泛应用。这个时期可编程控制器发展的特点是大规模、高速度、高性能、产品系 列化。这个阶段的另一个特点是世界上生产可编程控制器的国家日益增多，产量 日益上升。这标志着可编程控制器已步入成熟阶段。 20 世纪末期，可编程控制器的发展特点是更加适应于现代工业的需要。从控 制规模上来说，这个时期发展了大型机和超小型机；从控制能力上来说，诞生了 各种各样的特殊功能单元，用于压力、温度、转速、位移等各式各样的控制场合； 从产品的配套能力来说，生产了各种人机界面单元、通信单元，使应用可编程控 制器的工业控制设备的配套更加容易。目前，可编程控制器在机械制造、石油化 工、冶金钢铁、汽车、轻工业等领域的应用都得到了长足的发展。 我国可编程控制器的引进、应用、研制、生产是伴随着改革开放开始的。最 初是在引进设备中大量使用了可编程控制器。接下来在各种企业的生产设备及产 品中不断扩大了 PLC 的应用。目前，我国自己已可以生产中小型可编程控制器。 上海东屋电气有限公司生产的 CF 系列、杭州机床电器厂生产的 DKK 及 D 系列、大 连组合机床研究所生产的 S 系列、苏州电子计算机厂生产的 YZ 系列等多种产品已 具备了一定的规模并在工业产品中获得了应用。此外，无锡华光公司、上海乡岛 公司等中外合资企业也是我国比较著名的 PLC 生产厂家。可以预期，随着我国现 代化进程的深入，PLC 在我国将有更广阔的应用天地。 2.3.22.3.2 PLCPLC 与单片机的比较与应用与单片机的比较与应用 单片计算机是将电子计算机的基本环节,如:CPU(又称中央处理器,主要由运算 器,控制器组成),存储器,总线,输入输出接口等,采用集成电路技术集成在一片硅 基片上。由于单片计算机体积很小(仅手指般大小),功能强(具有一个简单计算 . . 机的功能),因而广泛用于电子设备中作控制器之用。目前,大到导弹火箭国防尖端 武器,小至电视机微波炉等现代家用电器,内中都毫无例外地运用单片计算机作为 控制器。因此,从控制的观点,我们也常称它为单片控制器。 单片微控制器的工作离不开软件,即固化在存储器中的已设计好的程序。所有 带单片微控制器的电子设备,它的工作原理当然与具体设备有关。但它的最基本的 原理是一样的,即: 1. 从输入接口接收来自外界的信息存入存储器。 这些信息主要包括二部分: 来自诸如温度压力等传感器的信息; 来自人工干预的一些手动信息,如开关按钮等 操作。 2. 单片微控制器中的 CPU 根据程序对输入的数据进行高速运算处理。 3. 将运算处理的结果通过输出接口送去控制执行机构,如继电器,电机,灯泡 等。 当前这个过程不断重复着,即系统中的微电脑不断监视着各种信息，并及时做 出不同的处理使系统正常运行。 PLC 目前大量地用单片机制成。可以说,PLC 是单片机在继电控制系统中的一 种应用。PLC 所采用的梯形图类似于继电器线路图，易于为广大电气工程技术人 员所接受。 对于单片机就不用太细说了，是由最简单的输出/输入构成。如输出 用 LED，输入用开关；并且能实现最基本的运行条件，如应有供电、时钟附属电 路等。 而 PLC(Programmable Logic Controller)可编程逻辑控制器，是工业控 制计算机。采用梯形图、助记符、功能图等编程语言，完成逻辑运算、顺序控制、 记数、定时、计算及模拟量处理等功能。具有光电隔离的输入输出端子，可代替 大量的定时器、记数器、继电器，具有极高的可靠性。通过各种扩展模块，可增 加输入/输出点数，增加模拟量功能如可直接接热电偶等，增加通信功能及特殊通 信协议等，具有较高的使用灵活性。 最主要的差别：PLC 包括操作系统及强电的光电隔离的输入/输出，方便应用 并具有极高的可靠性与抗干扰能力、扩展能力及使用方便性。 在 1987 年国际电工委员会（International Electrical Committee）颁布的 PLC 标准草案中对 PLC 做了如下定义： “PLC 是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置,是 . . 指以计算机技术为基础的新型工业控制装置它采用可以编制程序的存储器，用来 在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令， 并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC 及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功 能的原则而设计。 ” 2.3.32.3.3 PLCPLC 的特点的特点 1、可靠性高，抗干扰能力强 2、配套齐全，功能完善，适用性强 3、易学易用，深受工程技术人员欢迎 4、系统的设计、建造工作量小，维护方便，维修工作量小，容易改造 5、体积小，重量轻，能耗低 6、编程简单，易于使用 结合以上的比较，因此，在本设计中采用西门子可编程控制器（s7-300）及 PROFIBUS 总线来实现自动筛选系统的控制。 2.42.4 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，其模块主要有负载电源模块 （PS） 、中央处理单元（CPU） 、信号模块（SM） 、功能模块（FM） 、通信处理器 （CP） 、接口模块（IM） 。 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 2-2 所示： . . 图 2-2 S7-300 模块连接图 2.52.5 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 2-3 所示： 电源 ON 内部处理 输入处理（输出传送、远程 I/O） 通信服务（外设、CPU、总线服务） CPU 运行方式 更新时钟、特殊寄存器 执行程序 处理程序 执行自诊断 PLC 正常 存放自诊断错误结果 致命错误 CPU 强制为 STOP 上电 处理 扫 描 过 程 STOP RUN 扫 描 过 程 扫 描 过 程 可编程控制器（PLC）的工作过程 . . 图 2-3 可编程控制器（PLC）工作流程图 2.62.6 模块的选型模块的选型 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）如图 2-4 所示： . . 图 2-4 模块选择 2.72.7 系统配置及资源分配系统配置及资源分配 2.7.12.7.1 数字量输入数字量输入 DIDI 的资源分配的资源分配 数字量输入 DI 的资源分配如图 2-5： 图 2-5 数字量输入 DI 的资源分配 . . 2.7.22.7.2 内部存储器内部存储器 M M 的资源分配的资源分配 内部存储器 M 的资源分配如图 2-6 所示： 图 2-6 内部存储器 M 的资源分配 . . 2.7.32.7.3 数字量输出数字量输出 DODO 的资源分配的资源分配 数字量输出 DO 的资源分配如图 2-7 所示： 图 2-7 数字量输出 DO 的资源分配 . . 2.82.8 系统端子接线系统端子接线 系统端子接线如图 2-8 所示： 图 2-8（a） SM321 系统端子接线 图 2-8(B) SM322 系统端子接线 I0.0I0.1I0.2I0.3I0.4I0.5I0.62MI1.1I1.2I1.3I1.4I1.5I1.6I1.71M 24V SB1 SB2 SB3B0 BA8_1 B8_2 B924VB1B2B3B4B5B6B7 M+ M- -+ 10V 直径误差信号 SM321SM331 SM 322 TBTAY9HAY124VY2Y3Y4Y5Y6Y724V H1H2H3H4H5H6H7H024V Q4.1Q4.2Q4.31L2MQ5.1Q5.2Q5.3Q5.4Q5.5Q5.6Q5.72L 3M Q6.0Q6.1Q6.2 Q6.3Q6.4Q6.5Q6.6Q6.73L 1MQ4.0 . . 第第 3 3 章章 模拟输入量模拟输入量的标定的标定 在生产过程中都存在着大量非电物理量（如：温度、压力、流量、液位、速 度、pH 值、粘度等） ，为了实现对这些物理量的控制，需先经测量传感器将非电 物理量变换为电量（如：电压、电流、电阻、电荷等） ，再经测量变送器将测量结 果（电量）转换成标准的模拟量电信号（如：500mV、10V、20mA、420mA 等） ，然后再将标准的模拟量电信号送入模拟量输入模块（AI）进行 A/D 转换，变 换成 CPU 所能接受的二进制电平信号并送入 CPU 进行存储和数据处理。经可编程 控制器（PLC）运算程序加工处理后二进制电平信号需送入模拟量输出模块（AO） 进行 D/A 转换，将二进制电平信号变换为模拟量电信号，然后用模拟量电信号再 驱动相应的执行器（如：加热器、电磁调节阀等） ，最终实现对物理量的调节与控 制，如图 3-1 所示： . . 生产过程 CPU 图 3-1 模拟量处理流程图 3.13.1 模拟量输入通道的量程调节模拟量输入通道的量程调节 每个模拟量输入模块（AI）都有 28 模拟量输入通道，在使用之前必须对所 使用的模拟量输入模块进行相关设置：通过模拟量输入模块内部的跳线，同一个 模拟量输入模块每个通道组间可以连接不同类型的传感器；通过使用 STEP7 软件 或量程卡可以设置模拟量模块的测量方法和测量范围。 一般模拟量输入模块的每个通道组有 1 个量程卡，每个量程卡可设置为“A” “B” “C” “D”4 个位置，缺省位置为“B” ，即电压测量位置。 “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； 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 MOKU AN ADC PIW PIW . PIW. . . . . . . . . . . . . L PIW 304 L T PIW 320 模拟量输出模板 DAC PQW. PQW. PQW. . . “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 3-2 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 3-3 所示： 图 取出量程卡 图 3- 安放量程卡 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。 . . 3.23.2 模拟量输入模块的接线模拟量输入模块的接线 在使用模拟量输入模块时，根据测量方法的不同，可以将电压、电流或电阻 等不同类型的传感器连接到模拟量输入模块。为了减少电子干扰，对于模拟信号 应使用屏蔽双绞电缆。模拟信号电缆的屏蔽层应该两端接地。如果电缆两端存在 电位差，将会在屏蔽层中产生等电势耦合电流，造成对模拟信号的干扰，在这种 情况下，应该让电缆的屏蔽层一点接地。 对于带隔离的模拟量输入模块，在 CPU 的 M 端子盒测量电路的参考点 MANA之 间没有电气连接。如果测量电路参考点 MANA盒 CPU 的 M 端子存在一个电位差 UISO， 则必须选用隔离模拟量输入模块。通过在 MANA端子盒 CPU 的 M 端子之间使用一根 等电位连接导线，可以确保 UISO不会超过允许值。 对于不带隔离的模拟量输入模块，在 CPU 的 M 端子和测量电路的参考点 MANA 之间必须建立电气连接。为此，应连接 MANA端子与 CPU 或 IM153 的 M 端子。MANA 和 CPU 或 IM153 的 M 端子之间的电位差灰造成模拟信号的中断。 420mA 传感器的连接：将三个模拟量输入连接到可编程控制器（PLC）工作 站。其中一个模拟量输入具有 2 线制电流变送器，另外两个共享一个 4 线制电 流变送器(如 图 3-4)。由于需要故障诊断功能，并希望两个传感器可以触发硬 件中断。可使用模拟量输入模块 SM331, AI8x12Bit（订货号：6ES7 331-7KF02- 0AB0） 。该模块具有诊断和硬件中断功能，且最多可处理 8 个模拟量输入 （420mA；PT 100；热电偶） 。如图 3-4 所示： 1.4 个通道组中 8 个输入（每个组具有 2 个同类型的输入） ； 2.每个通组的测量精度均可调整； 3.每个通道组的用户定义测量模式：电压、电流、电阻、温度； 4.可编程诊断中断； 5.带有限制报警的两个通道（仅通道 0 和通道 2 可组态） ； 6.与背板总线电隔离，与负载电压电隔离（至少将一个模块设置到位置 D） 。 . . 图 3-4 420mA 传感器连接图 420mA 的 2 线制变送器将连接到输入 0 上 的通道组 1。因此，第 1 个量程卡应设置到位置 D。 4 线制变送器将连接到输入 2 和 3 上的通道 组 2。因此，第 2 个量程卡应设置到位置 C。 注意：当使用 2 线制变送器时，模块（至少一个量程卡被设置到位置 D）中 所有通道都将失去与负载电压的电隔离。 图 3-5 所示中各接线端子的意义如下所述： M：接地端子 M+：测量导线（正） M-：测量导线（负） MANA：模拟测量电路的参考电压 L+：24V DC 电源电压 ADC 逻辑 背板总线 M+ M- M+ M- L+ M M ANA 4 线制 + - P 变送器+ - P L+ M 光电隔离 光电隔离 压力传感器 压力传感器 . . 这种类型变送器直接由电源供电 图 3-5 4 线制电流变送器的接线 模拟量输入模块的接线包括以下任务，如图 3-6 所示： 1.连接电源（红色电缆） 2.连接 2 线制电流变送器（绿色电缆） 3.不使用的通道用电阻器端接 4.连接 4 线制电流变送器（绿色电缆） 5.连接 4 线制电流变送器（绿色电缆） 6.接地并短路其它不使用的通道（蓝色电缆） 端子 1：L+ 模块的电源 端子 2：M+ 2 线制电流变送器 1 端子 3：M- 2 线制电流变送器 1 图 3-6 端子 4 与 5： 连接 1.53.3 k 的电阻器 为模拟量输入模块接线 端子 6：M+ 4 线制电流变送器 2 端子 7：M- 4 线制电流变送器 2 端子 8：M+ 4 线制电流变送器 3 端子 9：M- 4 线制电流变送器 3 端子 10：Comp 连接到 M 端子 11：Mana 连接到 M 端子 12：与端子 19 短路并与 Mana 连接 . . 端子 20：M 3.33.3 在不同测量方式下模拟量的表达方式在不同测量方式下模拟量的表达方式 模拟量模块可测量的模拟量信号 对称的电压，如： 80mV、250mV、500mV、1V、2.5V、5V、10V，转换结果的额定范围 -327