S7300精密滚柱直径筛选系统中的应用Word文档下载推荐.docx

1、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。1.2 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

2、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。1.3 现代

3、精密测量技术现状及发展1.3.1 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。1.3.2 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

4、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

5、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

6、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。1.4 现代精密测

7、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。1.5 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

8、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。1.6 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2章 总体方案论证2.1 系统控制要求2.1.1 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、

9、7个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

10、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。2.1.2 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

11、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。2.1.3 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

12、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。2.2 相敏检波2.2.1 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，以恢复调制信号，这就是说它不具有鉴别信

13、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。2.2.2 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，所有偶次谐波在载波信号的一个周期内平均输出为

14、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。2.3 控制系统的选型2.3.1 PLC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

15、（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，

16、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

17、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

18、、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。2.3.2 PLC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

19、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

20、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

21、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

22、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。”2.3.3 PLC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。2.4 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

23、）、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2.5 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2-3所示：图2-3 可编程控制器（PLC）工作流程图2.6 模块的选型根据控制

24、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2.7 系统配置及资源分配2.7.1 数字量输入DI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2.7.2 内部存储器M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2.7.3数字量输出DO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2.8系统端子接线系统端子接线如图2-8所示： 图2-8（