【文章內(nèi)容簡介】 相位差 ∮ 的余弦而變化 。 由于在輸入信號與參考信號同頻但有一定相位差時，輸出信號的大小與相位差有確定的函數(shù)關(guān)系， 可以根據(jù)輸出信號的大小確定相位差的值，相敏檢波電路的這一特性稱為鑒相特性 。 2． 4 控制系統(tǒng)的選型 PLC 的基本概念 PLC= Programmable Logic Controller， 可編程邏輯控制器 ，一種數(shù)字運算操作的電子 系 統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應用而設計的。它采用一類可編程的 存儲器 ，用于其內(nèi)部存儲程序，執(zhí)行 邏輯運算 ，順序控制，定時，計數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字 或模擬式輸入 /輸出控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。是工業(yè)控制的核心部分。 PLC 的基本結(jié)構(gòu) 可編程控制器主要由中央處理單元 (CPU)、存儲器 (RAM、 ROM)、輸入輸出單元 (I/O)、電源和編程器等幾組成。 PLC 硬件結(jié)構(gòu)如圖 所示。 S7300 PLC 的特點 S7300 是德國 西門子 公司生產(chǎn)的可編程序 控制器 (PLC)系列產(chǎn)品之一。其模塊化結(jié)西南科技大學 畢業(yè)設計（論文） 7 構(gòu)、易于實現(xiàn)分布式的配置以及性價比高、電磁兼容性強、抗震動沖擊性能好，使其在廣泛的工業(yè)控制領域中，成為一種既經(jīng)濟又切合實際的解決方案。 2. S7300系列出色表現(xiàn)在以下幾個方面： 圖 PLC 的硬件結(jié)構(gòu) （ 1） 功能完善，組合靈活，擴展方便，實用性強?，F(xiàn)代 PLC 所具有的功能及其各種擴展單元、智能單元和特殊功能模塊，可以方便、靈活地組成不同規(guī)模和要求的控制系統(tǒng)，以適應各種工業(yè)控制的需要。以開關(guān)量控制為 其特長；也能進行連續(xù)過程的 PID回路控制；并能與上位機構(gòu)成復雜的控制系統(tǒng)，如 DDC 和 DCS 等，實現(xiàn)生產(chǎn)過程的綜合自動化 。 （ 2） 使用方便，編程簡單，采用簡明的梯形圖、邏輯圖或語句表等編程語言，而無需計算機知識，因此系統(tǒng)開發(fā)周期短，現(xiàn)場調(diào)試容易。 PLC 的運用能夠做到在線修改程序，改變控制的方案而無需拆開機器設備。它能在不同環(huán)境下運行，可靠性十分強悍。 （ 3）安裝簡單，容易維修。 PLC 可以在各種工業(yè)環(huán)境下直接運行，只需將現(xiàn)場的各種設備與 PLC 相應的 I/O 端相連接，寫入程序即可運行。各種模塊上均有運行和故障指示裝置，便于用戶了解運行情況和查找故障。 PLC 還有強大的自檢功能，這為它的維修提供了方便。 （ 4）抗干擾能力和可靠性能力都強，遠高于其他各種機型。隔離和濾波，是抗干擾的兩大主要措施。對 PLC 的內(nèi)部電源還采取了屏蔽、穩(wěn)壓、保護等措施，以減少外界干擾， 保證供電質(zhì)量。另外使輸入 /輸出接口電路的電源彼此獨立，以免電源之間的干西南科技大學 畢業(yè)設計（論文） 8 擾。正確的選擇接地地點和完善的接地系統(tǒng)是 PLC控制系統(tǒng)抗電磁干擾的重要措施之一。為適應工作現(xiàn)場的惡劣環(huán)境，還采用密封、防塵、抗震的外殼封裝結(jié)構(gòu)。通過以上措施，保證了 PLC 能在惡劣環(huán)境中可靠工作，使平均故障間隔時間長，故障修復時間短。 （ 5）環(huán)境要求低。 PLC 的技術(shù)條件能在一般高溫、振動、沖擊和粉塵等惡劣環(huán)境下工作，能在強電磁干擾環(huán)境下可靠工作。這是 PLC 產(chǎn)品的市場生存價值。 （ 6）易學易用。 PLC 是面向工礦企業(yè)的工控設備，接口容易，編程語 言易于為工程技術(shù)人員接受。 PLC 編程大多采用類似繼電器控制電路的梯形圖形式，對使用者來說，不需要具備計算機的專門知識，因此，很容易被一般工程技術(shù)人員所理解和掌握。 [2] 2． 5 西門子可編程控制器模塊連接 S7300 采用緊湊的，無槽位限制的模塊結(jié)構(gòu)，其模塊主要有電源模塊（ PS）、 CPU模塊、信號模塊（ SM）、功能模塊（ FM）、接口模塊（ IM）、通信處理器（ CP）。 標準模塊式結(jié)構(gòu)化可編程控制器（ PLC） ：各種模塊相互獨立，并安裝在固定的機架（導軌）上，構(gòu)成一個完整的可編程控制器（ PLC）應用系統(tǒng)。如： 西門子 S7300、S7400 系列。 S7300 用背板總線將除電源之外的各個模塊連接起來。背板總線繼承在模塊上，模塊 U 形總線連接器連接，每個模塊都有一個總線連接器，后者插在各模塊的背后，如圖 所示。 圖 S7300 模塊連接圖 2． 6 S7300/400 系列可編程控制器（ PLC）的工作過程 可編程控制器（ PLC）工作流程圖，如圖 所示。 西南科技大學 畢業(yè)設計（論文） 9 電源 ON 內(nèi)部處理 輸入處理（輸出傳送、遠程 I/O ） 通信服務（外設、 CPU 、總線服務） CPU 運行方式 更新時鐘、特殊寄存器 執(zhí)行程序 處理程序 執(zhí)行自診斷 PLC 正常 存放自診斷錯誤結(jié)果 致命錯誤 C P U 強制為 S T O P 上電 處理 掃描過程 S T O P R U N 掃描過程 掃描過程 可編程控制器（ P L C ）的工作過程 圖 可編程控制器（ PLC）工作流程圖 3 硬件、軟件選擇 根據(jù)控制要求，系 統(tǒng)有 7個電磁翻板驅(qū)動器 Y1～ Y7； 1個電磁擋板驅(qū)動器 Y9； 2 個雙作用氣缸的電磁閥驅(qū)動 (Ta 和 Tb)； 7 個料斗滿指示燈 H1～ H7； 1 個落料管缺料指示燈H0； 1個報警器 HA； 1個啟動按鈕； 1個停止按鈕； 1個消警按鈕； 1個落料管缺料傳感器 B0； 7 個料斗落料傳感器 B1～ B7； 2 個推料氣缸位置傳感器； 1 個電磁擋板位置傳感器； 1 個測量機構(gòu)。所以至少需要 19 個數(shù)字量輸出端子、 14 個輸入端子和 1 個模擬量輸入通道。 3． 1 PLC 模塊選型 模塊選型 根據(jù)控制要求，系統(tǒng)至少需要 19個數(shù)字量輸出端子、 14 個數(shù)字量 輸入端子和 1 個模擬量輸入通道。所以各模塊的選擇型號如下： 電源： PS 307 10A （定貨號 6ES7 3071KA000AA0） CPU： CPU 315 （定貨號 6ES7 3151AF030AB0） 西南科技大學 畢業(yè)設計（論文） 10 數(shù)字量輸入模塊： DI32XDC24V （定貨號 6ES7 3211BL800AA0） 數(shù)字量輸出模塊： DI32XDC24V/ （定貨號 6ES7 3221BL000AA0） 模擬量輸入模塊： AI8X16Bit（定貨號 6ES7 3317NF100AB0） PLC 模塊選型如圖 所示。 圖 PLC 模塊選擇 PLC 模塊參數(shù) SM321 數(shù)字量輸入模塊 (DI)的功能是給 PLC 輸入 I、 O信號（開、關(guān)信號）。 SM321 數(shù)字量輸入模塊有兩種輸入方式：直流輸入和交流輸入。根據(jù)輸入方式和點數(shù)不同， SM321 又可分為多種類型。 SM321 數(shù)字量輸入模塊常用類型的的輸入點數(shù)有 8點、 16點和 32 點等。 SM322 數(shù)字量輸出模塊 (DO)的功能是從 PLC 輸出 I、 O信號（開、關(guān)信號）。 SM322 數(shù)字量輸出模塊有三種輸出類型，晶體管輸出型、晶閘管（可控 硅）輸出型、繼電器輸出型。晶體管輸出型模塊只能驅(qū)動直流負載（既要求負載連接直流電源），其過載能力差，但響應速度快；晶閘管輸出型模塊智能驅(qū)動交流負載，其過載能力差但單響應速度快；繼電器輸出型模塊既可以驅(qū)動直流負載，也能驅(qū)動交流負載，其導通電阻西南科技大學 畢業(yè)設計（論文） 11 小、過載能力強，但響應速度慢（繼電器的機械觸電通斷速度慢），不適合動作頻繁的場合。 SM322 數(shù)字量輸出模塊的輸出點數(shù)有 8 點、 16 點和 32 點等。 模塊選型參數(shù)如表 31 所示： 表 31 模塊選型參數(shù) 3． 2 計數(shù)模塊和比較模塊 計數(shù)器 計數(shù)器 (COUNTERS)：它們不是實際存在的。它們是模擬的計數(shù)器，編程后可以用來對脈沖計數(shù)。 在 S7300PLC 的 CPU 中保留一塊存儲區(qū)作為計數(shù)器計數(shù)值存儲區(qū)。每個計數(shù)器占用一個 16 位的字和一個二進制位。計數(shù)器字用來存放它的當前計 數(shù)值，計數(shù)器觸點的狀態(tài)由它的位的狀態(tài)來決定。用計時器地址 (C 和計數(shù)器號組成，如 C1)來存取當前計數(shù)值和計數(shù)器位，不同的 CPU 支持 32～ 256 個計數(shù)器。計數(shù)器字中的第 0～ 11 位表示計數(shù)值BCD 碼，計數(shù)范圍是 0～ 999。當計數(shù)值達到上限 999 時，停止計數(shù)。計數(shù)值達到下限 0時，停止計數(shù)。計數(shù)器進行置數(shù)（設置初始值）操作時，累加器 1 低字中的內(nèi)容改裝入計數(shù)器字。計數(shù)器的計數(shù)值，將以此為初值增加或減小。計數(shù)器字的計數(shù)值為二進制格式時，計數(shù)值只占用計數(shù)器字的 0～ 9。 典型的計數(shù)器可以做加計數(shù)、減計數(shù)和雙向計數(shù)。因為它們是 模擬的，所以限制了它們的計數(shù)速度。有些廠家也在 PLC 中加入基于硬件的高速計數(shù)器。我們可以認為它們是實際存在的。大多數(shù)情況下，這些計數(shù)器可以做加計數(shù)、減計數(shù)和雙向計數(shù) 。 西南科技大學 畢業(yè)設計（論文） 12 比較器 比較指令用于比較累加器 2與累加器 1中的數(shù)據(jù)大小。比較時，應確保兩個數(shù)的數(shù)據(jù)類型相同，數(shù)據(jù)類型可以是整數(shù)、雙整數(shù)或?qū)崝?shù)。若比較的結(jié)果為真，則 RLO 為 1，否則為 0。比較指令影響狀態(tài)字位 CC1 和 CC0。 3． 3 傳感器選型 傳感器 傳感器（英文名稱： transducer/sensor）是一種檢測裝置，能感 受到被測量的信息，并能將檢測感受到的信息，按一定規(guī)律變換成為電信號或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲、顯示、記錄和控制等要求。它是實現(xiàn)自動檢測和自動控制的首要環(huán)節(jié) ，有時也可以成為換能器、檢測器、和探頭等。常用傳感器的輸出信號多為易于處理的電量，如電壓、電流、頻率和數(shù)字信號等。 直線位移傳感器 直線位移傳感器的功能在于把直線機械位移量轉(zhuǎn)換成電信號。為了達到這一效果，通常將可變電阻滑軌定置在傳感器的固定部位，通過滑片在滑軌上的位移來測量不同的阻值。傳感器滑軌連接穩(wěn)態(tài)直流電壓，允 許流過微安培的小電流，滑片和始端之間的電壓，與滑片移動的長度成正比。將傳感器用作分壓器可最大限度降低對滑軌總阻值精確性的要求，因為由溫度變化引起的阻值變化不會影響到測量結(jié)果。 直線位移傳感器參數(shù)如表 32 所示， 實物圖 如圖 所示。 表 32 直線位移傳感器參數(shù) 特點 參數(shù) BW 通用拉桿系類 75mm 可用電性行程 （ A、 E） 75mm 電阻 177。10 ％ 5KΩ 獨立線性率 % 機械行程 （ M、 T） 82mm 最大工作速度 10m/s 建議使用電流 ≤10μA 使用溫度范圍 ﹣ 60～ 150℃ 西南科技大學 畢業(yè)設計（論文） 13 尺寸 A 155mm 圖 BWL75 滑動式直線位移傳感器 ： 通用滑塊導電塑膠膜系列，有效行程 75mm～ 3000mm，兩端均有 4mm 緩沖行程，精度%～ %FS。外 殼表面陽極處理，防腐蝕；內(nèi)置導電塑料測量單元，無溫漂，壽命長；具有自動電氣接地功能。密封等級為 IP54（向下安裝時為 IP57）， DIN430650 標準插頭插座，可以適用在大多數(shù)通用場合，特別是長度方向受到限制，對中較困難的場合；拉桿配合球頭具有 10mm 自動校正功能，允許極限運動速度為 10m/s。 對射式傳感器 對射式傳感器（光電晶體管輸出 )基于 sep8506 紅外發(fā)光管， sdp8406 光電三極管和sdp8106 光電達林頓管。 接收器輸出由一施密特觸發(fā)電路緩沖以保證與現(xiàn)行的數(shù)字電路匹配?？梢鸾邮掌鳡顟B(tài)改變的發(fā)光管電流最大值為 20ma，輸出級為發(fā)射極接地的 npn三極管，帶 10kω 的集電極電 。 對射式傳感器參數(shù)如表 33 所示，實物圖如 所示。 表 33 對射式傳感器參數(shù) 特點 參數(shù) 產(chǎn)品名稱 光電傳感器 尺寸 Φ5 描述 接收器 附加信息 200Hz 長度 35 材質(zhì) VA 操 作電壓 1030V DC 西南科技大學 畢業(yè)設計（論文） 14 輸出電流 100mA 輸出 pnp,no 檢測距離 250 連接 5m 纜線 圖 OE050100 電感式傳感器 電感式傳感器 （ inductance type transducer） 電感式傳感器是利用電磁感應把被測的物理量如位移，壓力，流量，振動等轉(zhuǎn)換成線圈的自感系數(shù)和互感系數(shù)的變化，再由 電路 轉(zhuǎn)換為電壓或電 流的變化量輸出，實現(xiàn)非電量到電量的轉(zhuǎn)換。 電感式