【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 部電路 光電式接近開(kāi)關(guān) “光電傳感器” 是利用光的各種性質(zhì)，檢測(cè)物體的有無(wú)和表面狀態(tài)的變化等的傳感器。其中輸出形式為開(kāi)關(guān)量的傳感器為光電式接近開(kāi)關(guān)。光電式接近開(kāi)關(guān)主要由光發(fā)射器和光接收器構(gòu)成。如果光發(fā)射器發(fā)射的光線因檢測(cè)物體 不同而被遮掩或反射，到達(dá)光接收器的量將會(huì)發(fā)生變化。光接收器的敏感元件將檢測(cè)出這種變化，并轉(zhuǎn)換為電氣信號(hào)，輸出電信號(hào)傳送到 PLC 中。大多接近開(kāi)關(guān)使用可視光（主要為紅色，也用綠色、藍(lán)色來(lái)判斷顏色）和紅外光。按照接收器接收光的方式的不同，光電式接近開(kāi)關(guān)可分為對(duì)射式、反射式和漫射式 3種 . 電感式接近開(kāi)關(guān) 電感式接近開(kāi)關(guān)是利用電渦流效應(yīng)制造的傳感器。電渦流效應(yīng)是指，當(dāng)金屬物體處于一個(gè)交變的磁場(chǎng)中，在金屬內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生交變的電渦流，該渦流又會(huì)反作用于產(chǎn)生它的磁場(chǎng)這樣一種物理效應(yīng)。如果這個(gè)交變的磁場(chǎng)是由一個(gè) 電感線圈產(chǎn)生的，則這個(gè)電感線圈中的電流就會(huì)發(fā)生變化，用于平衡渦流產(chǎn)生的磁場(chǎng)。利用這一原理，以高頻振蕩器（ LC 振蕩器）中的電感線圈作為檢測(cè)元件，當(dāng)被測(cè)金 屬物體接近電感線圈時(shí)產(chǎn)生了渦流效應(yīng)，引起振蕩器振幅或頻率的變化，由傳感器的信號(hào)調(diào)理電路（包括檢波、放大、整形、輸出等電路）將該變化轉(zhuǎn)換成開(kāi)關(guān)量輸出，從而達(dá)到檢測(cè)目的。電感式接近傳感器工作原理框圖如圖 3－ 3所示。 6 圖３－ 3電感式傳感器原理框圖 接近開(kāi)關(guān)的選用和安裝中，必須認(rèn)真考慮檢測(cè)距離、設(shè)定距離 . 旋轉(zhuǎn)編碼器 旋轉(zhuǎn)編碼器是通過(guò)光電轉(zhuǎn)換，將輸出 把軸上的機(jī)械、幾何位移量轉(zhuǎn)換成脈沖或數(shù)字信號(hào)的傳感器，主要用于速度或位置（角度）的檢測(cè)。典型的旋轉(zhuǎn)編碼器是由光柵盤和光電檢測(cè)裝置組成。光柵盤是在一定直徑的圓板上等分地開(kāi)通若干個(gè)長(zhǎng)方形狹縫。由于光電碼盤與電動(dòng)機(jī)同軸，電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)，光柵盤與電動(dòng)機(jī)同速旋轉(zhuǎn)，經(jīng)發(fā)光二極管等電子元件組成的檢測(cè)裝置檢測(cè)輸出若干脈沖信號(hào)，其原理示意圖如圖 34所示；通過(guò)計(jì)算每秒旋轉(zhuǎn)編碼器輸出脈沖的個(gè)數(shù)就能反映當(dāng)前電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。 圖 34 旋轉(zhuǎn)編碼器原理示意圖 一般來(lái)說(shuō)，根據(jù)旋轉(zhuǎn)編碼器產(chǎn)生脈沖的方式的不同，可以分為增量式、絕對(duì)式以及復(fù) 合式三大類。自動(dòng)線上常采用的是增量式旋轉(zhuǎn)編碼器。增量式編碼器是直接利用光電轉(zhuǎn)換原理輸出三組方波脈沖 A、 B 和 Z 相； A、 B 兩組脈沖相位差 90，用于辯向：當(dāng) A相脈沖超前 B 相時(shí)為正轉(zhuǎn)方向，而當(dāng) B相脈沖超前 A 相時(shí)則為反轉(zhuǎn)方向。 Z 相為每轉(zhuǎn)一個(gè)脈沖，用于基準(zhǔn)點(diǎn)定位。如圖 35所示。 YL335B分揀單元使用了這種具有 A、 B 兩相 90186。相位差的通用型旋轉(zhuǎn)編碼器，用于計(jì)算工件在傳送帶上的位置。編碼器直接連接到傳送帶主動(dòng)軸上。該旋轉(zhuǎn)編 7 碼器的三相脈沖采用 NPN 型集電極開(kāi)路輸出，分辨率 500 線，工作電源 DC 12～ 24V。本工作單元沒(méi)有使用 Z 相脈沖， A、 B 兩相輸出端直接連接到 PLC（ S7224XP AC/DC/RLY 主單元）的高速計(jì)數(shù)器輸入端。 圖３－ 5 增量式編碼器輸出的三組方波脈沖 計(jì)算工件在傳送帶上的位置時(shí)，需確定每?jī)蓚€(gè)脈沖之間的距離即脈沖當(dāng)量。分揀單元主動(dòng)軸的直徑為 d=43 mm,則減速電機(jī)每旋轉(zhuǎn)一周，皮帶上工件移動(dòng)距離 L=π ?d= 43= mm。故脈沖當(dāng)量μ為μ =L/500≈ mm。按如圖３－ 6 所示的安裝尺寸，當(dāng)工件從下料口中心線移至傳感器中心時(shí)，旋轉(zhuǎn)編碼器約發(fā) 出 430 個(gè)脈沖；移至第一個(gè)推桿中心點(diǎn)時(shí)，約發(fā)出 614 個(gè)脈沖；移至第二個(gè)推桿中心點(diǎn)時(shí)，約發(fā)出 963個(gè)脈沖；移至第二個(gè)推桿中心點(diǎn)時(shí)，約發(fā)出 1284 個(gè)脈沖。 圖 ３ － 6傳送帶位置計(jì)算用圖 應(yīng)該指出的是，上述脈沖當(dāng)量的計(jì)算只是理論上的推算。實(shí)際上各種誤差因 8 素不可避免，例如傳送帶主動(dòng)軸直徑（包括皮帶厚度）的測(cè)量誤差，傳送帶的安裝偏差、張緊度，分揀單元整體在工作臺(tái)面上定位偏差等等，都將影響理論計(jì)算值。因此理論計(jì)算值只能作為估算值。脈沖當(dāng)量的誤差所引起的累積誤差會(huì)隨著工件在傳送帶上運(yùn)動(dòng)距離的增大而迅速增加，甚至達(dá) 到不可容忍的地步。因而在分揀單元安裝調(diào)試時(shí)，除了要仔細(xì)調(diào)整盡量減少安裝偏差外，尚須現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試脈沖當(dāng)量值?，F(xiàn)場(chǎng)測(cè)試脈沖當(dāng)量的方法，如何對(duì)輸入到 PLC 的脈沖進(jìn)行高速計(jì)數(shù)，以計(jì)算工件在傳送帶上的位置，將結(jié)合本項(xiàng)目的工作任務(wù)，在 PLC 編程思路中作介紹。 西門子 MM420 變頻器簡(jiǎn)介 ３ . MM420 變頻器的安裝和接線 西門子 MM420（ MICROMASTER420） 是用于控制三相交流電動(dòng)機(jī)速度的變頻器系列。該系列有多種型號(hào)。 YL335B選用的 MM420 訂貨號(hào)為 6SE64202UD175AA1，外形如圖 ３－１０ 所示。該變頻器額定參數(shù)為： ? 電源電壓： 380V～ 480V，三相交流 ? 額定輸出功率： ? 額定輸入電流： ? 額定輸出電流： ? 外形尺寸： A 型 ? 操作面板：基本操作板（ BOP） 變頻器的安裝和拆卸 在使用中， MM420 變頻器通常安裝在配電箱內(nèi)的 DIN 導(dǎo)軌上。 ? 安裝的步驟： ① 用導(dǎo)軌的上閂銷把變頻器固定到導(dǎo)軌的安裝位置上。 ② 向?qū)к壣习磯鹤冾l器，直到導(dǎo)軌的下閂銷嵌入到位。 ? 從導(dǎo)軌上拆卸變頻器的步驟： 取下。為了松開(kāi)變頻 器的釋放機(jī)構(gòu)，將螺絲刀插入釋放機(jī)構(gòu)中。 向下施加壓力，導(dǎo)軌的下閂銷就會(huì)松開(kāi)。 將變頻器從導(dǎo)軌上 9 變頻器的接線 打開(kāi)變頻器的蓋子后，接線端子在變頻器機(jī)殼下蓋板內(nèi)，就可以連接電源和電動(dòng)機(jī)的接線端子。 （１）頻器主電路的接線 YL335B 分揀單元變頻器主電路電源由配電箱通過(guò)自動(dòng)開(kāi)關(guān)（斷路器） QF 單獨(dú)提供一路三相電源，連接到圖 513 的電源接線端子，電動(dòng)機(jī)接線端子引出線則連接到電動(dòng)機(jī)。注意接地線 PE 必須連接到變頻器接地端子，并連接到交流電動(dòng)機(jī)的外殼。 （２）頻器控制電路的接線見(jiàn)圖 3－ 7 圖３ 7 MM420 變頻器方框圖 ３ . MM420 變頻器的 BOP 操作面板 圖３ 15 所示是基本操作面板（ BOP）的外形。利用 BOP可以改變變頻器的各個(gè)參數(shù)。 BOP 具有 7 段顯示的五位數(shù)字，可以顯示參數(shù)的序號(hào)和數(shù)值，報(bào)警和故 10 障信息，以及設(shè)定值和實(shí)際值。參數(shù)的信息不能用 BOP 存儲(chǔ)。參數(shù)如圖 31 基本操作面板（ BOP）備有 8 個(gè)按鈕，表 38 列出了這些按鈕的功能。 表３－ 8 ＢＯＰ按鈕功能 ３ . MM420 變頻器的參數(shù) 參數(shù)號(hào)和參數(shù)名稱 參數(shù)號(hào)是指該參數(shù)的編號(hào)。參 數(shù)號(hào)用 0000 到 9999 的 4 位數(shù)字表示。在參數(shù)號(hào)的前面冠以一個(gè)小寫字母“ r”時(shí)，表示該參數(shù)是“只讀”的參數(shù)。其它所有 11 參數(shù)號(hào)的前面都冠以一個(gè)大寫字母“ P”。這些參數(shù)的設(shè)定值可以直接在標(biāo)題欄的“最小值”和“最大值”范圍內(nèi)進(jìn)行修改。 [下標(biāo) ] 表示該參數(shù)是一個(gè)帶下標(biāo)的參數(shù)，并且指定了下標(biāo)的有效序號(hào)。通過(guò)下標(biāo)，可以對(duì)同一參數(shù)的用途進(jìn)行擴(kuò)展，或?qū)Σ煌目刂茖?duì)象，自動(dòng)改變所顯示的或所設(shè)定的參數(shù)。 參數(shù)設(shè)置方法 用 BOP 可以修改和設(shè)定系統(tǒng)參數(shù)，使變頻器具有期望的特性，例如，斜坡時(shí)間，最小和最大頻率等。選擇的參 數(shù)號(hào)和設(shè)定的參數(shù)值在五位數(shù)字的 LCD 上顯示。更改參數(shù)的數(shù)值的步驟可大致歸納為：①查找所選定的參數(shù)號(hào)；②進(jìn)入?yún)?shù)值訪問(wèn)級(jí)，修改參數(shù)值；③確認(rèn)并存儲(chǔ)修改好的參數(shù)值。圖 514 說(shuō)明如何改變參數(shù)P0004 的數(shù)值。按照?qǐng)D中說(shuō)明的類似方法，可以用‘ BOP’設(shè)定常用的參數(shù)。參數(shù) P0004（參數(shù)過(guò)濾器）的作用是根據(jù)所選定的一組功能，對(duì)參數(shù)進(jìn)行過(guò)濾（或篩選），并集中對(duì)過(guò)濾出的一組參數(shù)進(jìn)行訪問(wèn)，從而可以更方便地進(jìn)行調(diào)試。 P0004 可能的設(shè)定值如表 ３－ 9 所示，缺省的設(shè)定值 =0。 表３ 9 參數(shù) P0004 的設(shè)定值 假設(shè)參數(shù) P0004 設(shè)定值 =0，需要把設(shè)定值改為 3。 ３ . MM420 變頻器的參數(shù)訪問(wèn) MM420 變頻器有數(shù)千個(gè)參數(shù)，為了能快速訪問(wèn)指定的參數(shù)， MM420 采用把參數(shù)分類，屏蔽（過(guò)濾）不需要訪問(wèn)的類別的方法實(shí)現(xiàn)。實(shí)現(xiàn)這種過(guò)濾功能的有如下幾個(gè)參數(shù)： （１） 上面所述的參數(shù) P0004 就是實(shí)現(xiàn)這種參數(shù)過(guò)濾功能的重要參數(shù)。當(dāng)完成了 P0004的設(shè)定以后再進(jìn)行參數(shù)查找時(shí)，在 LCD 上只能看到 P0004 設(shè)定值所指定類別的參數(shù)。 （２） 參數(shù) P0010 是調(diào)試參數(shù)過(guò)濾器，對(duì)與 調(diào)試相關(guān) 的參數(shù)進(jìn)行過(guò)濾，只篩選 12 出那些與特定功能組 有關(guān)的參數(shù)。 P0010 的可能設(shè)定值為： 0（準(zhǔn)備）， 1（快速調(diào)試）， 2（變頻器）， 29（下載）， 30（工廠的缺省設(shè)定值）；缺省設(shè)定值為 0。 （３） 參數(shù) P0003 用于定義用戶訪問(wèn)參數(shù)組的等級(jí)，設(shè)置范圍為 1～ 4，其中： “ 1” 標(biāo)準(zhǔn)級(jí)：可以訪問(wèn)最經(jīng)常使用的參數(shù)。 “ 2” 擴(kuò)展級(jí)：允許擴(kuò)展訪問(wèn)參數(shù)的范圍，例如變頻器的 I/O 功能。 “ 3” 專家級(jí)：只供專家使用。 “ 4” 維修級(jí)：只供授權(quán)的維修人員使用 — 具有密碼保護(hù)。 該參數(shù)缺省設(shè)置為等級(jí) 1（標(biāo)準(zhǔn)級(jí)），對(duì)于大多數(shù)簡(jiǎn)單的應(yīng)用對(duì)象，采用標(biāo)準(zhǔn)級(jí)就可以滿足要求了。用戶可以修改 設(shè)置值，但建議不要設(shè)置為等級(jí) 4（維修級(jí)）， 用 BOP 或 AOP 操作板看不到第 4 訪問(wèn)級(jí)的參數(shù)。 西門子 S7200 型 PLC 介紹 可編程控制器（ Programmable Controller），簡(jiǎn)稱 PLC。 PLC是在傳統(tǒng)的順序控制器的基礎(chǔ)上引入了微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和通訊技術(shù)而形成的一代新型工業(yè)控制裝置，目的是用來(lái)取代繼電器、執(zhí)行邏輯、記時(shí)、計(jì)數(shù)等順序控制功能，建立柔性的程控系統(tǒng)?？删幊炭刂破骶哂心芰?qiáng)、可靠性高、配置靈活、編程簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，是當(dāng)代工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化的主要手段和重要的自動(dòng)化控制 分揀單元。 由于 PLC在不斷發(fā)展，因此，對(duì)它進(jìn)行確切的定義是比較困難的。美國(guó)電氣制造商協(xié)會(huì) (NEMA)經(jīng)過(guò)四年的調(diào)查工作，于 1980年正式將可編程序控制器命名為 PC(Programmable Controller)，但為了與個(gè)人計(jì)算機(jī) PC（ Personal Computer）相區(qū)別，常將可編程序控制器簡(jiǎn)稱為 PLC，并給 PLC作了定義：可編程序控制器是一種帶有指令存儲(chǔ)器、數(shù)字的或模擬的輸入 /輸出接口，以位運(yùn)算為主，能完成邏輯、順序、定時(shí)、計(jì)數(shù)和運(yùn)算等功能，用于控制機(jī)器或生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化控制裝置。 1982年 ，國(guó)際電工委員會(huì) (International Electrical Committee， IEC)頒布了 PLC標(biāo)準(zhǔn)草案第一稿， 1985年提交了第 2稿，并在 1987年的第 3稿中對(duì) PLC作了如下的定義： ―PLC是一種數(shù)字運(yùn)算的電子系統(tǒng)，專為工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它采用可編制程序的存儲(chǔ)器，用來(lái)在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù) 13 和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并能通過(guò)數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P(guān)的外圍分揀單元，都應(yīng)按照易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體、易于擴(kuò)展其功 能的原則而設(shè)計(jì)。 ‖ 上述的定義表明， PLC是一種能直接應(yīng)用于工業(yè)環(huán)境的數(shù)字電子裝置，是以微處理器為基礎(chǔ)，結(jié)合計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和通信技術(shù)，用面向控制過(guò)程、面向用戶的 ―自然語(yǔ)言 ‖編程的一種簡(jiǎn)單易懂、操作方便、可靠性高的新一代通用工業(yè)控制裝置。 S7200系列可編程控制器 德國(guó)的西門子（ SIEMENS）公司是歐洲最大的電子和電氣分揀單元制造商，生產(chǎn)的 SIMATIC可編程序控制器在歐洲處于領(lǐng)先地位。其第一代可編程序控制器是于 1975年投放市場(chǎng)的 SIMATIC S3系列控制系統(tǒng)。 1979年 微處理器技術(shù)被應(yīng)用到可編程序控制器中后，產(chǎn)生了 SIMATIC S5系列，隨后在 20世紀(jì)末又推出了S7系列產(chǎn)品。 在 2021年以前，西門子在中國(guó)市場(chǎng)的 PLC產(chǎn)品主要是大中型 PLC，日本的小型 PLC占據(jù)了中國(guó)的大部分市場(chǎng)份額。最近幾年來(lái)的小型 PLC市場(chǎng)上 S7200PLC成了主流產(chǎn)品。 1. CPU模塊 從 CPU模塊的功能來(lái)看， SIMATIC S7200系列小型可編程序控制器的發(fā)展，大致經(jīng)歷了兩代： 第一代產(chǎn)品其 CPU模塊為 CPU 21X，主機(jī)都可進(jìn)行擴(kuò)展，它具有四種不同結(jié)構(gòu)配置的 CPU站： CPU 212， CPU 214， CPU 215和 CPU 216，對(duì)第一代 PLC產(chǎn)品不再作具體介紹。 第二代產(chǎn)品其 CPU模塊為 CPU 22X，是在 21 世紀(jì)初投放市場(chǎng)的，速度快，具有較強(qiáng)的通信能力。它具有四種不同結(jié)構(gòu)配置的 CPU站： CPU 221， CPU 22CPU 224 和 CPU 226，除 CPU 221 之外，其他都可加擴(kuò)展模塊。 PLC 選型 PLC的選擇包括機(jī)型的選擇、 CPU的選擇、 1/0模塊的選擇、通訊模塊選擇等。柔性制造生產(chǎn)線實(shí)現(xiàn)教學(xué)平臺(tái)主要選用西門子 PLCS7200系列。主要根據(jù)如下 : (l)西門 子 PLC目前應(yīng)用比較成熟，技術(shù)上有保證，且有豐富的成功經(jīng)驗(yàn)可以鑒戒，利于縮短系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的周期，降低成本。 14 (2)選用該機(jī)型可以滿足柔性自動(dòng)化生產(chǎn)線工藝控制要求。 (3)易于聯(lián)網(wǎng)通信，配合上