基于某PLC地分拣站控制系统设计 - 图文

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高等教育自学考试

毕业设计

课题名称：基于PLC的分拣站控制系统设计

设计学生姓名： 贺轩

指导教师： 陈光伟

专业： 机电一体化技术

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基于PLC的分拣站控制系统设计

摘 要

自动生产线综合应用机械技术、控制技术、传感技术、驱动技术、网络技术、人机接口技术等。通过一些辅助装置按工艺顺序将机械加工装置连成一体，并控制液压、气动和电气系统将各个部分动作联系起来，完成预定的生产加工任务。

可编程控制器（PLC）以其搞抗干扰能力、高可靠性、高性能价格比且编程简单而广泛地应用在现代化的自动生产设备中，担负着生产线的大脑——未处理单元的角色。

YL-335B采用模块组合式的结构，各工作单元式现对独立的模块，并采用了标准模块和抽屉式模块放置架。生产线的传感检测、传输与处理、控制、执行与驱动等机构在微处理单元的控制下协调有序地工作，有机地融合在一起。

关键字:PLC 传感检测 控制

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Sorting station PLC control system design

Abstract

Automatic production line of integrated application of mechanical technology, control technology, sensor technology, drive technology, network technology, human-machine interface technology. Through some auxiliary device in the processing sequence will mechanical processing device are connected into integration and control, hydraulic, pneumatic and electrical system each part moves together, is scheduled to complete the production task.

Programmable

controller

(PLC)

with

its

engaging

anti-interference ability, high reliability, high performance price ratio and the programming simple and widely used in modern automatic production equipment, loading production line of the brain -- not processing unit character.

YL-335B adopts modular structure, each work unit are independent modules, and the use of standard module and a drawer type module rack. Production line sensing, transmission and processing, control, execution and driving mechanism in micro processing unit under the control of coordinated and orderly work, organically fuses in together.

Keywords: PLC sensing control

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目 录

摘 要 ............................................................ 2 目 录

......................................................... 4

前 言 ............................................................ 5 第一章 绪论 ..................................................... 6

1.1 引言 .................................................... 6 1.2分拣单元的结构和工作过程 ................................. 6 第二章 相关知识点 ............................................... 10

2.1 旋转编码器概述 ......................................... 10 2.2 西门子 MM420 变频器简介 ............................... 13

2.2.1 MM420 变频器的安装和接线 ........................ 13 2.2.2 MM420 变频器的 BOP操作面板 ...................... 16 2.2.3 MM420 变频器的参数 .............................. 17 2.2.4 MM420变频器的参数访问 ........................... 19 2.2.5 常用参数设置举例 ................................. 21

第三章 分拣单元的 PLC控制及编程 ................................ 26

3.1 工作任务 ................................................ 26 3.2 PLC 的 I/O 接线 ........................................ 26 3.3 分拣单元的编程要点 ..................................... 29

3.3.1 高速计数器的编程 ................................ 29 3.3.2 程序结构 ......................................... 34

结论 ............................................................ 37 参考文献 ........................................................ 38 致谢 ............................................................ 39

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前 言

现代化的自动生产设备（自动生产线）的最大特点是它的综合性和系统性，在这里，机械技术、微电子技术、电工电子技术、传感测试技术、接口技术、信息变换技术、网络通信技术等多种技术有机地结合，并综合应用到生产设备中；而系统性指的是，生产线的传感检测、传输与处理、控制、执行与驱动等机构在微处理单元的控制下协调有序地工作，有机地融合在一起。可编程序控制器（PLC）以其高抗干扰能力、高可靠性、高性能价格比且编程简单而广泛地应用在现代化的自动生产设备中，担负着生产线的大脑——微处理单元的角色。因此，培养掌握机电一体化技术，掌握PLC 技术及PLC 网络技术的技术人材是当务之急。YL-335B 型自动生产线实训考核装备在铝合金导轨式实训台上安装送料、加工、装配、输送、分拣等工作单元，构成一个典型的自动生产线的机械平台，系统各机构的采用了气动驱动、变频器驱动和步进（伺服）电机位置控制等技术。系统的控制方式采用每一工作单元由一台PLC 承担其控制任务，各PLC 之间通过RS485 串行通讯实现互连的分布式控制方式。因此，YL-335B 综合应用了多种技术知识，如气动控制技术、机械技术（机械传动、机械连接等）、传感器应用技术、PLC 控制和组网、步进电机位置控制和变频器技术等。

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第一章 绪论

1.1 引言

在YL-335B型自动生产线分拣单元应用了多种类型的传感器，分别用于判断物体的运动位置、物体的通过状态、物体的颜色及材质等。传感器技术是机电一体化技术的关键技术之一，是现代工业实现高度自动化的前提之一。

分拣单元的传送带驱动则采用了通用变频器驱动三相异步电动机的交流传动装置。变频器技术是现代工业应用最为广泛的电气控制技术。

1.2分拣单元的结构和工作过程

分拣单元是 YL-335B 中的最末单元，完成对上一单元送来的已加工、装配的工件进行分拣。使不同颜色的工件从不同的料槽分流的功能。当输送站送来工件放到传送带上并为入料口光电传感器检测到时，即启动变频器，工件开始送入分拣区进行分拣。分拣单元主要结构组成为：传送和分拣机构，传动带驱动机构，变频器模块，电磁阀组，接线端口，PLC 模块，按钮/指示灯模块及底板等。其中，机械部分的装配总成如图 1-1 所示。

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图1-1分拣单元的机械结构总成

1、传送和分拣机构

传送和分拣机构主要由传送带、出料滑槽、推料（分拣）气缸、漫射式光电传感器、光纤传感器、磁感应接近式传感器组成。传送已经加工、装配好的工件，在光纤传感器检测到并进行分拣。 传送带是把机械手输送过来加工好的工件进行传输，输送至分拣区。导向器是用纠偏机械手输送过来的工件。两条物料槽分别用于存放加工好的黑色、白色工件或金属工件。

传送和分拣的工作原理：当输送站送来工件放到传送带上并为入料口漫射式光电传感器检测到时，将信号传输给 PLC，通过 PLC 的程序启动变频器，电机运转驱动传送带工作，把工件带进分拣区，如果进入分拣区工件为白色，则检测白色物料的光纤传感器动作，作为 1 号槽推料气缸启动信号，将白色料推到 1 号槽里，如果进入分拣区工件为黑色，检测黑色的光纤传感器作为 2 号槽推料气缸启动信号，将黑色料推到 2 号槽里。自动生产线的加工结束。

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2、传动带驱动机构

传动带驱动机构机构如图 1-2 所示。采用的三相减速电机，用于拖动传送带从而输送物料。它主要由电机支架、电动机、联轴器等组成。

图1-2传动机构

三相电机是传动机构的主要部分，电动机转速的快慢由变频器来控制，其作用是带传送带从而输送物料。电机支架用于固定电动机。联轴器由于把电动机的轴和输送带主动轮的轴联接起来，从而组成一个传动机构。

3、电磁阀组和气动控制回路

分拣单元的电磁阀组使用了三个由二位五通的带手控开关的单电控电磁阀，它们安装在汇流板上。这三个阀分别对金属、白料和黑料推动气缸的气路进行控制，以改变各自的动作状态。

本单元气动控制回路的工作原理如图 1-3所示。图中 1A、2A 和 3A 分别为分拣一气缸、分拣二气缸和分拣三气缸。1B1、2B1 和 3B1 分别为安装在各分拣气缸的前极限工作位置的磁感应接近开关。1Y1、2Y1 和 3Y1 分别为控制 3 个分拣气缸电磁阀的电磁控制端。

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图1-3 分拣单元气动控制回路工作原理图

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第二章 相关知识点

2.1 旋转编码器概述

旋转编码器是通过光电转换，将输出至轴上的机械、几何位移量转换成脉冲或数字信号的传感器，主要用于速度或位置（角度）的检测。典型的旋转编码器是由光栅盘和光电检测装置组成。光栅盘是在一定直径的圆板上等分地开通若干个长方形狭缝。由于光电码盘与电动机同轴，电动机旋转时，光栅盘与电动机同速旋转，经发光二极管等电子元件组成的检测装置检测输出若干脉冲信号，其原理示意图如图 1-4 所示；通过计算每秒旋转编码器输出脉冲的个数就能反映当前电动机的转速。

图1-4旋转编码器原理示意图

一般来说，根据旋转编码器产生脉冲的方式的不同，可以分为增量式、绝对式以及复合式三大类。自动线上常采用的是增量式旋转编码器。

增量式编码器是直接利用光电转换原理输出三组方波脉冲 A、B和Z相；A、B 两组脉冲相位差 90，用于辩向：当 A相脉冲超前 B 相时为正转方向，而当 B相脉冲超前 A 相时则为反转方向。 Z相为每转一个脉冲，用于基准点定位。如图1-5 所示。

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图1-5增量式编码器输出的三组方波脉冲

YL-335B 分拣单元使用了这种具有 A、B 两相 90o相位差的通用型旋转编码器，用于计算工件在传送带上的位置。编码器直接连接到传送带主动轴上。该旋转编码器的三相脉冲采用 NPN 型集电极开路输出，分辨率 500 线，工作电源 DC12～24V。本工作单元没有使用 Z 相脉冲，A、B 两相输出端直接连接到 PLC（S7-224XP AC/DC/RLY 主单元）的高速计数器输入端。

计算工件在传送带上的位置时，需确定每两个脉冲之间的距离即脉冲当量。分拣单元主动轴的直径为 d=43 mm,则减速电机每旋转一周，皮带上工件移动距离 L=π?d=3.14×43=136.35 mm。故脉冲当量μ为μ=L/500≈0.273 mm。按如图 1-6 所示的安装尺寸，当工件从下料口中心线移至传感器中心时，旋转编码器约发出 430 个脉冲；移至第一个推杆中心点时，约发出 614 个脉冲；移至第二个推杆中心点时，约发出 963个脉冲；移至第二个推杆中心点时，约发出 1284 个脉冲。

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图1-6传送带位置计算用图

应该指出的是，上述脉冲当量的计算只是理论上的。实际上各种误差因素避 免，例如传送带主动轴直径（包括皮带厚度）的测量误差，传送带的安装偏差、张紧度，分拣单元整体在工作台面上定位偏差等等，都将影响理论计算值。因此理论计算值只能作为估算值。脉冲当量的误差所引起的累积误差会随着工件在传送带上运动距离的增大而迅速增加，甚至达到不可容忍的地步。因而在分拣单元安装调试时，除了要仔细调整尽量减少安装偏差外，尚须现场测试脉冲当量值。

现场测试脉冲当量的方法，如何对输入到 PLC 的脉冲进行高速计数，以计算工件在传送带上的位置，将结合本项目的工作任务，在PLC 编程思路中介绍。

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2.2 西门子 MM420 变频器简介

2.2.1 MM420 变频器的安装和接线

西门子 MM420（MICROMASTER420） 是用于控制三相交流电动机速度的变频器系列。该系列有多种型号。YL-335B选用的 MM420 订货号为 6SE6420-2UD17-5AA1，外形如图2-1所示。该变频器额定参数为：

? 电源电压：380V～480V，三相交流 ? 额定输出功率：0.75KW ? 额定输入电流：2.4A ? 额定输出电流：2.1A ? 外形尺寸：A型

? 操作面板：基本操作板（BOP）

图2-1变频器外形

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1、MM420 变频器的安装和拆卸

在工程使用中，MM420 变频器通常安装在配电箱内的 DIN 导轨上，安装和拆卸的步骤如图2-2所示。

图2-2MM420 变频器安装和拆卸的步骤

? 安装的步骤：

① 用导轨的上闩销把变频器固定到导轨的安装位置上。 ② 向导轨上按压变频器，直到导轨的下闩销嵌入到位。 ? 从导轨上拆卸变频器的步骤：

① 为了松开变频器的释放机构，将螺丝刀插入释放机构中。 ② 向下施加压力，导轨的下闩销就会松开。 ③ 将变频器从导轨上取下。 2、MM420 变频器的接线

打开变频器的盖子后，就可以连接电源和电动机的接线端子。接线端子在变频器机壳下盖板内，机壳盖板的拆卸步骤如图图2-3所示。

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图2-3机壳盖板的拆卸步骤

拆卸盖板后可以看到变频器的接线端子如图2-4所示.

图2-4MM420 变频器的接线端子

⑴变频器主电路的接线

YL-335B分拣单元变频器主电路电源由配电箱通过自动开关QF单独提供一路三相电源供给，连接到图 2-4 的电源接线端子，电动机接线端子引出线则连接到电动机。

注意，接地线 PE 必须连接到变频器接地端子，并连接到交流电动机的外壳。

⑵变频器控制电路的接线见图2-5

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图2-5MM420 变频器方框图

2.2.2 MM420 变频器的 BOP操作面板

图 2-6 是基本操作面板（BOP）的外形。利用 BOP 可以改变变频器的各个参数。BOP 具有 7 段显示的五位数字，可以显示参数的序号和数值，报警和故障信息，以及设定值和实际值。参数的信息不能用BOP 存储。

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图2-6 BOP 操作面板

基本操作面板（BOP）备有 8 个按钮，表2-1 列出了这些按钮的功能。

表2-1基本操作面板（BOP）上的按钮及其功能

2.2.3 MM420 变频器的参数

1、参数号和参数名称

参数号是指该参数的编号。参数号用0000 到 9999 的 4 位数字表示。在参数号的前面冠以一个小写字母“r”时，表示该参数

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是“只读”的参数。其它所有参数号的前面都冠以一个大写字母“P” 。这些参数的设定值可以直接在标题栏的“最小值”和“最大值”范围内进行修改。

[下标] 表示该参数是一个带下标的参数， 并且指定了下标的有效序号。 通过下标，可以对同一参数的用途进行扩展，或对不同的控制对象，自动改变所显示的或所设定的参数。

2、参数设置方法

用 BOP 可以修改和设定系统参数，使变频器具有期望的特性，例如，斜坡时间，最小和最大频率等。选择的参数号和设定的参数值在五位数字的 LCD 上显示。

更改参数的数值的步骤可大致归纳为①查找所选定的参数号；②进入参数值访问级，修改参数值；③确认并存储修改好的参数值。图 2-5 说明如何改变参数 P0004 的数值。 按照图中说明的类似方法， 可以用 ‘BOP’设定常用的参数。参数P0004（参数过滤器）的作用是根据所选定的一组功能，对参数进行过滤（或筛选） ，并集中对过滤出的一组参数进行访问，从而可以更方便地进行调试。P0004 可 能的设定值如表2-2 所示，缺省的设定值=0。

表2-2参数P0004 的设定值

假设参数 P0004 设定值=0，需要把设定值改为 3。改变设定值步骤如表 2-3 所示。

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表2-3改变参数P0004 设定数值的步骤

2.2.4 MM420变频器的参数访问

MM420 变频器有数千个参数，为了能快速访问指定的参数，MM420 采用把参数分类，屏蔽（过滤）不需要访问的类别的方法实现。实现这种过滤功能的有如下几个参数：

⑴上面所述的参数P0004就是实现这种参数过滤功能的重要参数。 当完成了P0004的设定以后再进行参数查找时，在LCD上只能看到 P0004设定值所指定类别的参数。

⑵ 参数 P0010 是调试参数过滤器，对与调试相关的参数进行过滤，只筛选出那些与特定功能组有关的参数。P0010 的可能设定值为：0（准备） ，1（快速调试） ，2（变频器） ，29（下载） ，30（工厂的缺省设定值） ；缺省设定值为 0。

⑶ 参数 P0003 用于定义用户访问参数组的等级，设置范围为 1～4，其中：

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“1” 标准级：可以访问最经常使用的参数。

“2” 扩展级：允许扩展访问参数的范围，例如变频器的 I/O 功能。 “3” 专家级：只供专家使用。

“4” 维修级：只供授权的维修人员使用—具有密码保护。 该参数缺省设置为等级 1（标准级） ，对于大多数简单的应用对象，采用标准级就可以满足要求了。 用户可以修改设置值， 但建议不要设置为等级 4 （维修级），用 BOP 或AOP 操作板看不到第 4 访问级的参数。

例1 用 BOP 进行变频器的“快速调试”

快速调试包括电动机参数和斜坡函数的参数设定。并且，电动机参数的修改，仅当快速调试时有效。在进行“快速调试”以前，必须完成变频器的机械和电气安装。

当选择 P0010=1 时，进行快速调试。

表2-4 是对应 YL-335B上选用的电动机（型）的电动机参数设置表。

表2-4设置电动机参数表

快速调试的进行与参数P3900 的设定有关，当其被设定为 1 时，快速调试结束后，要完成必要的电动机计算，并使其他所有的参数（P0010=1 不包括在内）复位为工厂的缺省设置。当P3900=1并完成快速调试后，变频器已作好了运行准备。 例 2：将变频器复位为工厂的缺省设定值

如果用户在参数调试过程中遇到问题，并且希望重新开始调试，通常采用首先把变频器的全部参数复位为工厂的缺省设定值，再重新调试的方法。为此，应按照下面的数值设定参数：① 设定 P0010 = 30，

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② 设定 P0970 = 1。按下P键，便开始参数的复位。变频器将自动地把它的所有参数都复位为它们各自的缺省设置值。复位为工厂缺省设置值的时间大约要 60 秒钟。

2.2.5 常用参数设置举例

1、命令信号源的选择（P0700）和频率设定值的选择（P1000） ⑴P0700：这一参数用于指定命令源，可能的设定值如表 2-5 所示， 缺省值为 2。

表2-5P0700 的设定值

注意，当改变这一参数时，同时也使所选项目的全部设置值复位为工厂的缺省设置值。例如：把它的设定值由 1 改为 2 时，所有的数字输入都将复位为缺省的设置值。

⑵ P1000：这一参数用于选择频率设定值的信号源。其设定值可达 0～66。缺省的设置值为 2。实际上，当设定值≥10 时，频率设定值将来源于 2 个信号源的叠加。其中，主设定值由最低一位数字（个位数）来选择（即 0 到 6） ，而附加设定值由最高一位数字（十位数）来选择（ 即 x0 到 x6，其中，x=1－6） 。下面只说明常用主设定值信号源的意义： 0：无主设定值

1：MOP（电动电位差计）设定值。取此值时，选择基本操作板（BOP）的按键指定输出频率。

2：模拟设定值：输出频率由 3-4 端子两端的模拟电压（0—10V）设定。

3：固定频率：输出频率由数字输入端子 DIN1～DIN3 的状态指定。用于多段速控制。

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5：通过 COM 链路的 USS 设定。即通过按 USS 协议的串行通讯线路设定输出频 率。

3、电机速度的连续调整

变频器的参数在出厂缺省值时，命令源参数P0700=2，指定命令源为“外部I/O” ；

频率设定值信号源P1000=2， 指定频率设定信号源为 “模拟量输入” 。 这时， 只须在 AIN+（端子③）与 AIN-（端子④）加上模拟电压（DC 0～10V 可调） ；并使数字输入 DIN1信号为 ON，即可启动电动机实现电机速度连续调整。

例1 模拟电压信号从变频器内部DC 10V 电源获得。

按图 2-3 （MM420 变频器方框图） 的接线， 用一个 4.7K 电位器连接内部电源+10V端（端子①）和 0V 端（端子②） ，中间抽头与 AIN+（端子③）相连。连接主电路后接通电源，使 DIN1 端子的开关短接，即可启动/停止变频器，旋动电位器即可改变频率 实现电机速度连续调整。

电机速度调整范围：上述电机速度的调整操作中，电动机的最低速度取决于参数

P1080(最低频率),最高速度取决于参数P2000（基准频率） 。 参数P1080属于“设定值通道”参数组（P0004=10） ，缺省值为 0.00Hz。

参数 P2000 是串行链路，模拟 I/O 和 PID 控制器采用的满刻度频率设定值，属于“通讯”参数组（P0004=20） ，缺省值为 50.00Hz。 如果缺省值不满足电机速度调整的要求范围，就需要调整这 2 个参数。另外需要指出的是，如果要求最高速度高于 50.00Hz，则设定与最高速度相关的参数时，除了设定参数 P2000 外，尚须设置参数 P1082（最高频率） 。

参数 P1082 也属于“设定值通道”参数组（P0004=10） ，缺省值为 50.00Hz。即参数 P1082 限制了电动机运行的最高频率[Hz]。因此最高速度要求高于 50.00Hz 的情况下，需要修改P1082 参数。 电动机运行的加、减速度的快慢，可用斜坡上升和下降时间表征，分

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别由参数

P1120、P1121 设定。这两个参数均属于“设定值通道”参数组，并且可在快速调试时设定。

P1120 是斜坡上升时间，即电动机从静止状态加速到最高频率（P1082）所用的时间。设定范围为 0～650 秒，缺省值为 10 秒。 P1121 是斜坡下降时间，即电动机从最高频率（P1082）减速到静止停车所用的时间所用的时间。设定范围为 0～650 秒，缺省值为 10 秒。 注意：如果设定的斜坡上升时间太短，有可能导致变频器过电流跳闸；同样，如果设定的斜坡下降时间太短，有可能导致变频器过电流或过电压跳闸。

例 2 模拟电压信号由外部给定，电动机可正反转。

为此，参数 P0700（命令源选择） ，P1000（频率设定值选择）应为缺省设置，即P0700=2（由端子排输入） ，P1000=2（模拟输入） 。从模拟输入端③（AIN+）和④（AIN-）输入来自外部的 0～10V 直流电压（例如从 PLC 的 D/A 模块获得） ，即可连续调节输出频率的大小。

用数字输入端口DIN1和DIN2控制电动机的正反转方向时， 可通过设定参数P0701、P0702 实现。例如，使 P0701=1（DIN1 ON 接通正转，OFF 停止） ，P0702=2（DIN2 ON接通反转，OFF 停止） 。 4、多段速控制

当变频器的命令源参数P0700=2（外部I/O） ，选择频率设定的信号源参数 P1000=3（固定频率） ，并设定数字输入端子 DIN1、DIN2、DIN3 等相应的功能后，就可以通过外接的开关器件的组合通断改变输入端子的状态实现电机速度的有级调整。这种控制频率的方式称为多段速控制功能。

选择数字输入 1（DIN1）功能的参数为P0701，缺省值=1 选择数字输入 2（DIN2）功能的参数为P0702，缺省值=12 选择数字输入 3（DIN3）功能的参数为P0703，缺省值= 9

为了实现多段速控制功能，应该修改这 3 个参数，给 DIN1、DIN2、DIN3 端子赋予相应的功能。

参数 P0701、P0702、P0703 均属于“命令，二进制 I/O”参数组

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（P0004=7） ，可能的设定值如表 2-6 所示。

表2-6参数P0701、P0702、P0703 可能的设定值

由表 2-5？ 可见，参数 P0701、P0702、P0703 设定值取值为 15，16，17 时，选择固定频率的方式确定输出频率（FF 方式） 。这三种选择说明如下：

① 直接选择（P0701—P0703 = 15）

在这种操作方式下，一个数字输入选择一个固定频率。如果有几个固定频率输入同时被激活，选定的频率是它们的总和。例如： FF1 + FF2 + FF3。在这种方式下，还需要一个 ON 命令才能使变频器投入运行 ② 直接选择 + ON 命令（P0701—P0703 = 16）

选择固定频率时，既有选定的固定频率，又带有 ON 命令，把它们组合在一起。在这种操作方式下，一个数字输入选择一个固定频率。如果有几个固定频率输入同时被激活，选定的频率是它们的总和。例如： FF1 + FF2 + FF3

③ 二进制编码的十进制数（BCD 码）选择 + ON 命令（P0701—P0703 = 17）使用这种方法最多可以选择 7 个固定频率。各个固定频率的数值如表 2-7：

表2-7固定频率的数值选择

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综上所述，为实现多段速控制的参数设置步骤如下：

⑴ 设置 P0004=7，选择“外部 I/O”参数组，然后设定 P0700=2；指定命令源为“由端子排输入” 。

⑵ 设定P0701、P0702、P0703=15～17，确定数字输入DIN1、DIN2、DIN3 的功能。

⑶ 设置P0004=10，选择“设定值通道”参数组，然后设定P1000=3，指定频率设定值信号源为固定频率。

⑷ 设定相应的固定频率值，即设定参数P1001～P1007有关对应项。 例如要求电动机能实现正反转和高、中、低三种转速的调整，高速时运行频率为40Hz, 中速时运行频率为 25Hz, 低速时运行频率为 15Hz。则变频器参数调整的步骤如表 2-8 所示。

表2-8 3 段固定频率控制参数表

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第三章 分拣单元的 PLC控制及编程

3.1 工作任务

1、设备的工作目标是完成对白色芯金属工件、白色芯塑料工件和黑色芯的金属或塑料工件进行分拣。为了在分拣时准确推出工件，要求使用旋转编码器作定位检测。并且工件材料和芯体颜色属性应在推料气缸前的适应位置被检测出来。

2、设备上电和气源接通后，若工作单元的三个气缸均处于缩回位置，则 “正常工作”指示灯HL1 常亮，表示设备准备好。否则，该指示灯以 1Hz 频率闪烁。

3、若设备准备好，按下启动按钮，系统启动， “设备运行”指示灯HL2 常亮。当传送带入料口人工放下已装配的工件时，变频器即启动，驱动传动电动机以频率固定为30Hz 的速度，把工件带往分拣区。 如果工件为白色芯金属件，则该工件对到达 1 号滑槽中间，传送带停止，工件对被推到 1 号槽中；如果工件为白色芯塑料，则该工件对到达 2 号滑槽中间，传送带停止，工件对被推到 2 号槽中；如果工件为黑色芯，则该工件对到达 3 号滑槽中间，传送带停止，工件对被推到 3 号槽中。工件被推出滑槽后，该工作单元的一个工作周期结束。仅当工件被推出滑槽后，才能再次向传送带下料。 如果在运行期间按下停止按钮，该工作单元在本工作周期结束后停止运行。

3.2 PLC 的 I/O 接线

根据工作任务要求，设备机械装配和传感器安装如图 3-1 所示。

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图3-1分拣单元机械安装效果图

分拣单元装置侧的接线端口信号端子的分配如表 3-1 所示。由于用于判别工件材料和芯体颜色属性的传感器只须安装在传感器支架上的电感式传感器和一个光纤传感器，故光纤传感器 2 可不使用。

表3-1分拣单元装置侧的接线端口信号端子的分配

分拣单元PLC选用 S7-224 XP AC/DC/RLY 主单元，共 14 点输入和 10 点继电器输出。选用 S7-224 XP 主单元的原因是，当变频器的频率设定值由 HMI 指定时，该频率设定值是一个随机数， 需要由 PLC

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通过 D/A变换方式向变频器输入模拟量的频率指令，以实现电机速度连续调整。S7-224 XP 主单元集成有 2 路模拟量输入，1 路模拟量输出，有两个RS-485 通信口。可满足 D/A 变换的编程要求（见项目六） 。

本项目工作任务仅要求以 30Hz 的固定频率驱动电动机运转，只须用固定频率方式控制变频器即可。本例中，选用 MM420 的端子“5” （DIN1）作电机启动和频率控制，PLC 的信号表见表 3-2，I/O接线原理图如表 3-2 所示。

表3-2分拣单元PLC 的 I/O 信号表

为了实现固定频率输出，变频器的参数应如下设置：

● 命令源P0700=2 （外部 I/O） ， 选择频率设定的信号源参数P1000=3 （固定频率） ；

● DIN1 功能参数 P0701=16（直接选择 + ON 命令） ，P1001=30Hz； ● 斜坡上升时间参数P1120设定为1秒， 斜坡下降时间参数P1121设定为0.2秒。

（注：由于驱动电动机功率很小，此参数设定不会引起变频器过电压跳闸）

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图3-2分拣单元PLC 的I/O 接线原理图

3.3 分拣单元的编程要点

3.3.1 高速计数器的编程

高速计数器的编程方法有两种，一是采用梯形图或语句表进行正常编程，二是通过 STEP7-Micro/WIN编程软件进行引导式编程。不论那一种方法，都先要根据计数输入信号的形式与要求确定计数模式；然后选择计数器编号，确定输入地址。

分拣单元所配置的 PLC是 S7-224XP AC/DC/RLY主单元，集成有 6 点的高速计数器，编号为 HSC0～HSC5，每一编号的计数器均分配有固定地址的输入端。同时，高速计数器可以被配置为 12 种模式中的任意一种。如表 3-3 所示。

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表3-3 S7-200PLC 的HSC0～HSC5 输入地址和计数模式

根据分拣单元旋转编码器输出的脉冲信号形式 (A/B相正交脉冲，Z相脉冲不使用，无外部复位和启动信号) ，由表 5-11 容易确定，所采用的计数模式为模式 9，选用的计数器为 HSC0， B相脉冲从 I0.0 输入， A 相脉冲从I0.1 输入， 计数倍频设定为 4 倍频。分拣单元高速计数器编程要求较简单，不考虑中断子程序，预置值等。 使用引导式编程，很容易自动生成了符号地址为“HSC_INIT”的子程序。其程序清单如图 3-3 所示。 （引导式编程的步骤从略，请参考 S7-200 系统手册）

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图3-3子程序HSC_INIT 清单

在主程序块中使用SM0.1（上电首次扫描ON）调用此子程序，即完成高速计数器定义并启动计数器。 例：旋转编码器脉冲当量的现场测试。

前面已经指出，根据传送带主动轴直径计算旋转编码器的脉冲当量，其结果只是一个估算值。在分拣单元安装调试时，除了要仔细调整尽量减少安装偏差外，尚须现场测试脉冲当量值。一种测试方法的步骤如下：

⑴ 分拣单元安装调试时，必须仔细调整电动机与主动轴联轴的同心度和传送皮带的张紧度。调节张紧度的两个调节螺栓应平衡调节，避免皮带运行时跑偏。传送带张紧度以电动机在输入频率为 1Hz 时能顺利启动，低于 1Hz 时难以启动为宜。测试时可把变频器设置为在 BOP 操作板进行操作（启动/停止和频率调节）的运行模式，即设定参数 P0700 = 1（使能 BOP 操作板上的起动/停止按钮） ，P1000 = 1（使能电动电位计的设定值） 。 ⑵安装调整结束后，变频器参数设置为：

P0700 = 2（指定命令源为“由端子排输入” ） ，

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P0701 = 16（确定数字输入DIN1 为“直接选择 + ON” 命令） P1000 = 3（频率设定值的选择为固定频率） ， P1001 = 25Hz（DIN1 的频率设定值）

⑶ 在PC机上用STEP7-Micro/WIN编程软件编写PLC程序， 主程序清单见图3-4，编译后传送到PLC。

图3-4脉冲当量现场测试主程序

⑷ 运行PLC 程序，并置于监控方式。在传送带进料口中心处放下工件后，按启动按钮启动运行。工件被传送到一段较长的距离后，按下停止按钮停止运行。观察STEP7-Micro/WIN 软件监控界面上 VD0 的读数，将此值填写到表 3-4 的“高速计数脉冲数”一栏中。然后在传送带上测量工件移动的距离，把测量值填写到表中“工件移动距离”一栏中；计算高速计数脉冲数/4 的值，填写到“编码器脉冲数”一栏中，则脉冲当量μ计算值=工件移动距离/编码器脉冲数，填写到相 应栏目中。

表3-4脉冲当量现场测试数据

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⑸ 重新把工件放到进料口中心处，按下启动按钮即进行第二次测试。进行三次测试后，求出脉冲当量μ平均值为：μ=（μ1+μ2+μ3）/3=0.2576。

按如图1-5 所示的安装尺寸重新计算旋转编码器到各位置应发出的脉冲数：当工件从下料口中心线移至传感器中心时，旋转编码器发出 456 个脉冲；移至第一个推杆中心点时，发出 650 个脉冲；移至第二个推杆中心点时，约发出 1021 个脉冲；移至第三个推杆中心点时，约发出 1361 个脉冲。上述数据 4 倍频后，就是高速计数器HC0 经过值。

在本项工作任务中，编程高速计数器的目的，是根据 HC0 当前值确定工件位置，

与存储到指定的变量存储器的特定位置数据进行比较，以确定程序的流向。特定位置数据是：

● 进料口到传感器位置的脉冲数为 1824，存储在 VD10 单元中（双整数）

● 进料口到推杆 1 位置的脉冲数为 2600，存储在 VD14 单元中 ● 进料口到推杆 2 位置的脉冲数为 4084，存储在 VD18 单元中 ● 进料口到推杆 3 位置的脉冲数为 5444，存储在 VD22 单元中 可以使用数据块来对上述 V 存储器赋值，在STEP7-Micro/WIN 界面项目指令树中，选择 数据块→用户定义 1；在所出现的数据页界面上逐行键入 V 存储器起始地址、数据值及其注释 （可选） ， 允许用逗号、 制表符或空格作地址和数据的分隔符号。 如图3-5所示。

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图3-5使用数据块对V 存储器赋值

注意：特定位置数据均从进料口开始计算，因此，每当待分拣工件下料到进料口，电机开始启动时，必须对HC0 的当前值（存储在SMD38 中）进行一次清零操作。

3.3.2 程序结构

1、分拣单元的主要工作过程是分拣控制，可编写一个子程序供主程序调用，工作状态显示的要求比较简单，可直接在主程序中编写。 2、主程序的流程与前面所述的供料、加工等单元是类似的。但由于用高速计数器编程，必须在上电第 1 个扫描周期调用HSC_INIT 子程序，以定义并使能高速计数器。 主程序的编制，请读者自行完成。

3、分拣控制子程序也是一个步进顺控程序，编程思路如下： ①当检测到待分拣工件下料到进料口后，清零 HC0 当前值，以固定频率启动变频器驱动电机运转。梯形图如图 3-6 所示。

②当工件经过安装传感器支架上的光纤探头和电感式传感器时，根据 2 个传感器动作与否，判别工件的属性，决定程序的流向。HC0 当前

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值与传感器位置值的比较可采用触点比较指令实现。完成上述功能的梯形图见图 3-7。

③根据工件属性和分拣任务要求，在相应的推料气缸位置把工件推出。推料气缸

返回后，步进顺控子程序返回初始步。这部分程序的编制，也请读者自行完成。

图3-6分拣控制子程序初始步梯形图

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图3-7在传感器位置判别工件属性的梯形图

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结论

在对YL-335B自动生产线分拣站控制系统的设计准备中，运用了可编程序控制器PLC对其实现控制的基本思路，相当于模拟了一个简单的单机设备的控制过程，加深了对所学知识的理解，掌握了设计的一般规律，提高了自己分析和解决实际问题的能力。通过本次毕业设计，学会了从实践的目的出发，提高了理论和实践相结合的能力，制定了合理的设计方案。通过这次设计，还提高了运用标准、手册、图册和查阅有关技术资料的能力，提高了对可编程控制器，变频器，启动控制等的基本能力。

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参考文献

1. 梁景凯, 盖玉先. 机电一体化技术与系统.北京: 机械工业出版社,2007

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3 黄筱调，赵松年. 机电一体化技术基础及应用. 北京：机械工业出版社,2003

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8.戴明宏。自动生产线实训考核装备。郑州铁路职业技术学院，2010 9. 舒志兵, 曾孟雄, 卜云峰. 机电一体化系统设计与应用. 北京：电子工业出版社，2007

10.机电一体化:原理·概念·应用. 北京：科学出版社，2008

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致谢

在这里，首先衷心感谢我的导师陈光伟老师在整个论文的开题和写作的过程中的悉心指导与帮助。陈老师对本文的选题、整体构思，以及论文的章节安排给予了耐心的指导，提出了大量宝贵的意见，使我受益良多。两年来，老师严谨的学风，深刻的思想，敏捷的思维，坚实的理论功底，以及高尚的品格深深影响着我，不仅使我在专业学术方面受益匪浅，更让我在今后的学习研究、工作和生活中终身受益。

其次要感谢在一起生活的同学们和朋友们，感谢你们平时对我的真挚关怀和热情帮助，你们是我人生中最宝贵的财富。在两年的学习生活中，生活里的付出和收获，学习上的刻苦和拼搏，研究中的困难和喜悦，都将变成我心灵深处最美好的回忆，值得永久地珍藏和品味。我会永远记住这一段难忘的时光!在以后的学习、工作、生活中，不断求索，领悟人生的真谛。

最后，深深地感谢我的家人，是他们给予我无私的爱和支持，使我能够克服各种困难，顺利完成学业。

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