1、机电PLC综合控制目目 录录0前言前言下一页返回目目 录录1243 35第第1章章 可编程控制器认知可编程控制器认知第第2章章 传感器技术传感器技术第第3章章 气动技术基础及应用气动技术基础及应用第第4章章 步进电动机的步进电动机的PLC控制控制第第5章章 变频器的变频器的PLC控制控制下一页返回上一页前言“机电PLC综合控制”是一门综合学科，包括机械技术、电子技术、气动技术、传感器技术、PLC控制技术、变频技术、步进控制技术等知识，为自动化设备岗位从业人员提供应具备的知识与技能准备。本书在内容的安排上，采用项目导入、任务驱动的方式，通过由浅入深的应用实例，引导读者认识、熟知PLC在气动设备、
2、步进电动机、变频器中的应用，使用本书可以真正实现理论实践一体化教学。本书涉及知识面广、信息量大，融图、表、文于一体，内容通俗易懂，对于每一个项目，从项目的教学目标、任务介绍、任务分析开始，进行相关理论知识讲解、任务实施与练习逐一展开，力争做到内容丰富、图文并茂、条理清晰，提高学生的学习兴趣，有效地解决课时少与知识量大的矛盾。本书的建议课时为60课时，内容及课时安排如下，可根据教学实际情况对内容及课时进行调整。下一页返回前言 本书由何利英担任主编。本书在编写过程中参考和引用了许多文献，在此对文献的作者表示感谢。由于编者水平有限，书中难免有疏漏和不妥之处，恳请广大读者批评指正。编者2016年10月
3、下一页返回上一页谢谢观赏项目一项目一 可编程控制器认知可编程控制器认知12任务一任务一 S7-200系列的安装与连接系列的安装与连接任务二任务二 STEP7-Micro/WIN32编程编程软件的使用软件的使用返回返回任务一 S7-200系列的安装与连接 一、可编程控制器基础知识 可编程控制器(Programmable Controller)是一种专为在工业环境下应用的计算机控制系统，能够执行逻辑控制、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作功能，并通过开关量、模拟量的输入和输出完成各种机械或生产过程的控制。早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器(Programmable Logic Control
4、ler)，简称PLC，它主要用来代替继电器实现逻辑控制。随着技术的发展这种装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围，因此，今大这种装置称作可编程控制器，简称PC。但是为了避免与个人计算机(Personal Computer)的简称混淆，所以将可编程控制器简称PLC下一页返回任务一 S7-200系列的安装与连接 (一)PLC的组成 PLC实质上是一种用于工业控制的专用计算机，由硬件和软件两大部分组成。各种PLC的硬件具体结构虽然多种多样，但其组成和工作原理基本相同，主要由中央处理单元(CPU)、存储器、输入接口电路、输出接口电路、电源等部分组成，如图1-1所示。1.中央处理单元(CPU)中央处理单
5、元(CPU)是PLC运算和控制核心，它控制其他所有部件的运行，主要具有以下功能:(1)诊断PLC电源、内部电路的工作状态及编制程序中的语法错误。(2)采集现场的状态或数据，并送入PLC的寄存器中。(3)逐条读取指令，完成各种运算和操作。(4)将处理结果送至输出端。(5)响应各种外部设备的工作请求。上一页 下一页返回任务一 S7-200系列的安装与连接 2.存储器 存储器是用来存储数据和程序，包括随机存储器(RAM)和只读存储器(ROM)o 只读存储器(ROM)也称为程序存储器，用以存放系统管理程序、监控程序及系统内部数据。PLC出厂前已将其固化在只读存储器ROM或PROM中，用户不能更改。随机
6、存储器(RAM)也称为用户存储器，包括用户程序存储区及工作数据存储区。这类存储器一般由低功耗的CMOS一RAM构成，其中的存储内容可读出并更改。3.输入接口电路 输入接口电路是将PLC外部电路如限位开关、手动开关、编码器等现场输入设备的控制信号转换成CPU所能接受和处理的数字信号。通常PLC的输入类型有直流、交流。上一页 下一页返回任务一 S7-200系列的安装与连接 输入电路的电源可由外部供给，有的也可由PLC内部提供。图1-2和图1一2(b)分别为采用外接电源的PLC直流和交流输入接口电路图。4.输出接口电路 输出接口电路用来将PLC的CPU处理过的信号转换成现场需要的强电信号输出，以驱动
7、接触器、电磁阀等外部设备的通断电。依据不同负载工作电路，PLC输出接口电路有继电器输出接口电路、晶体管输出接口电路和晶闸管输出接口电路，如图1-3所示。其中图1-3 (a)为继电器输出接口电路，可用于外部电源驱动的交、直流负载。过载能力强，但由于是有触点系统，动作速度慢，使用寿命有限。图1-3 (b)为晶体管输出接口电路，CPU通过光藕电路的驱动，使晶体管通断，驱动直流负载。图1-3 (c)为晶闸管输出接口电路，CPU通过光藕电路的驱动，使双向晶闸管通断，驱动交流负载。晶闸管输出接口电路和晶体管输出接口电路均为无触点控制系统，通断速度快，但过载能力低。上一页 下一页返回任务一 S7-200系列
8、的安装与连接 5.电源 PLC的电源是指将外部输入的交流电处理后转换成满足PLC的CPU、存储器、输入输出接口等内部电路工作需要的直流电源电路或电源模块。许多PLC的直流电源采用直流开关稳压电源，不仅可提供多路独立的电压供内部电路使用，而且还可为输入设备提供标准电源。6.输入输出I/0扩展接口 若主机单元的I/0点数不能满足需要时，可通过此接口用扁平电缆线将I/0扩展单元与主机相连，以增加I/0点数。PLC的最大扩展能力主要受CPU寻址能力和主机驱动能力的限制。上一页 下一页返回任务一 S7-200系列的安装与连接 7.软件系统 PLC硬件电路由软件系统支持，软件系统分为系统程序和用户程序两大
9、类。系统程序一般包括系统诊断程序、输入处理程序、编译程序、信息传送程序、监控程序等，系统程序提供PLC运行平台，由制作厂家固化于程序存储器中，用户不能对其访问和修改。用户程序是用户根据对象生产工艺的控制要求，利用PLC编程语言编制的应用程序，存储于数据存储器中，当用户程序运行正常、不需要改变时，可将其固化于EPROM中。(二)PLC的工作原理 PLC采用循环扫描工作方式，CPU从第一条指令开始按指令步序号做周期性地循环扫描，如果无跳转指令，则从第一条指令开始逐条顺序执行用户程序，直至遇到结束符后又返回第一条指令，周而复始不断循环，每一个循环称为一个扫描周期，这个工作过程一般包括五个阶段:执行C
10、PU自诊断、与编程器等的通信处理、输入扫描、用户程序执行、输出处理。上一页 下一页返回任务一 S7-200系列的安装与连接 CPU工作模式有STOP和RUN两种，当工作于STOP模式时，不运行程序，此时可以向CPU装载程序或进行系统设置;CPU工作于RUN模式时，运行用户程序，其工作过程如图1一4所示.二、s一200系统 目前，可编程控制器的生产厂家和品种很多，其中著名的厂商有:美国的AB公司、GE公司等，德国的SIEMENS公司，法国的TE公司等，日本的三菱公司、OMRON公司等。德国的西门子(SIEMENS)公司是欧洲最大的电子和电气设备制造商，生产的SIMAT-IC可编程控制器在欧洲处于
11、领先地位。其第一代可编程控制器是1975年投放市场的SIMAT-IC S3系列的榨制系统上一页 下一页返回任务一 S7-200系列的安装与连接(一)S7一200 CPU 1.S7一200 CPU外形 S7-200 CPU外形如图1-5所示 3.S7-200系列PLC的主要指标 PLC的性能指标是用户选择PLC的主要依据。PLC技术性能指标主要有I/0点数、存储容量、扫描速度、指令系统、可扩展性、通信功能等。S7-200系列各型号主要技术指标见表1一1。(二)S7-200系列PLC的常用扩展模块 1.S7-200系列PLC常用扩展模块型号规格及功能 S7-200系列PLC主机基本单元可扩展数字量
12、扩展模块和模拟量扩展模块，既可以满足增加I/0点数的需要，又可以使PLC增加许多控制功能。S7-200系列PLC常用数字量扩展模块型号规格及功能用途见表1一2,S7一200系列PLC常用模拟量扩展模块型号规格及功能用途见表1一3上一页 下一页返回任务一 S7-200系列的安装与连接 2.S7-200系列PLC扩展配置 S7一200系列PLC扩展配置是由其主机CPU 22X和PLC扩展模块组成。S7一200 PLC扩展配置具有两个条件约束，即一个条件是主机能带扩展模块的数量，另一个条件是主机的电源承受扩展模块消耗5 VDC总线电流的能力。S7一200系列PLC主机和扩展模块的5 VDC总线电流能
13、力见表1-4.上一页返回任务二STEP7一Micro/WIN32编程软件的使用 一、编程软件的安装 S7-200的编程软件是STEP?一Micro/WIN32，它适用于S7一200系列PLC的系统设置(CPU组态)、用于程序开发和实时监控运行。支持三种编程模式，即LAD(梯形图)、FBD(功能图)、STL(语句表)，便于用户选用;STEP?一Micro/WIN32还提供程序在线编程、调试、监控，以及CPU内部数据的监视、修改功能等。1.编程软件的安装环境 采用IBM486或更高配置，内存8 MB以上，VGA显示器，50 MB以上硬盘空间，能够安装Windows 95以上的操作系统。通信电缆PC
14、/PPI 1根，用于计算机与PLC的连接。如图1一8所示，将PC/PPI电缆的RS-232端连接到PC机的RS-232通信口COM1或COM2接口上，将PC/PPI电缆的RS-485端接到S7-200 CPU通信口上。下一页返回任务二STEP7一Micro/WIN32编程软件的使用 2.安装方法(1)打开“Setup.exe”文件。双击“SETUP.eXe”安装引导程序图标，依据提示窗口信息按步骤进行编程软件安装。(2)按照安装程序的提示完成安装。按照安装程序的提示完成安装，STEP?一Micro/WIN32的SP升级包(ServicePack)可以从西门子公司网站上下载，只需安装一次最新的S
15、P升级包就可以将软件升级到当前最新版本。3.建立通信联系(1)57-200 CPU与PC之间的通信连接方式。S7-200 CPU与PC之间有两种通信连接方式，一种是采用专用的PC/PPI电缆，另一种是采用MPI卡和普通电缆。可以使用PC作为主站设备，通过PC/PPI电缆或MPI卡与一台或多台PLC连接，实现主、从设备之间的通信。上一页 下一页返回任务二STEP7一Micro/WIN32编程软件的使用 (2)连接S7一200 CPU，为S7一200 CPU供电。第一个步骤就是要给S7一200的CPU供电，如图1-9所示，给出了直流供电和交流供电两种CPU模块的接线方式。(3)通信参数设置。通信参
16、数设置的内容有S7-200 CPU地址、PC软件地址和接口(PORT)等设置。在STEP?一Micro/WIN32运行时，单击浏览条中通信图标，或从菜单栏中选择元件通信(Communications，则会出现一个通信参数对话框，如图1一10所示。单击“通信端口”选项，检查各参数，确认无误后单击“确认”按钮，如图1一11所示。若需要修改某些参数，可以先进行有关修改，再单击“确认”按钮。上一页 下一页返回任务二STEP7一Micro/WIN32编程软件的使用 (4)与S7一200建立通信。用通信对话框与S7一200建立通信:在通信对话框中双击刷新图标。STEP?一Micro/WIN32搜寻并显示所
17、连接的S7一200站的CPU图标。选择S7一200站并单击“OK”按钮。如果STEP?一Micro/WIN32未能找到S7-200 CPU，需再核对通信参数设置。建立与S7-200的通信之后，就可以创建并下载示例程序。(5)下载示例程序。可以单击工具条中的下载图标或者在命令菜单中选择“File、Download”命令来下载程序，如图1一12所示，下载程序到S7一200。如果S7一200处于运行模式，将有一个对话框提示CPU将进入停止模式，单击对话框中的“Yes”按钮将S7一200置于STOP模式。上一页 下一页返回任务二STEP7一Micro/WIN32编程软件的使用 二、STEP一Micro
18、/WIN32简介(一)STEP-Micro/W IN32编程软件及窗口 启动STEP?一Micro/WIN32编程软件，其主界面外观如图1一13所示。首行主菜单包括文件、编辑、查看、PL住调试、工具、窗口、帮助等，主菜单下方两行为工具条快捷按钮，其他为窗口信息显示区。窗口信息显示区分别为程序数据显示区、浏览栏、指令树和输出视窗显示区。除菜单条外，用户可以根据需要通过检视菜单和窗口菜单决定其他窗口的取舍和样式的设置。浏览栏显示常用编程按钮群组，其中查看(View)显示程序块、符号表、状态表、数据块、系统块、交叉引用及通信按钮;工具(Tools)显示指令向导、TD200向导、位置控制向导、EM25
19、3控制面板和扩展调制解调器向导的按钮。上一页 下一页返回任务二STEP7一Micro/WIN32编程软件的使用 指令树提供所有项目对象和当前程序编辑器(LAD,FBD或STL)的所有指令的树形视图。可以在项目分支里对所打开项目的所有包含对象进行操作;利用指令分支输入编程指令。状态图允许将程序输入、输出或变量置入图表中，监视其状态。可以建立多个状态图，方便分组查看不同的变量。(二)编程软件的程序编制与运行 1.程序的基本组件(1)主程序。主程序中包括控制应用的指令。S7-200在每一个扫描周期中顺序执行这些指令。主程序也被表示为OBlo(2)子程序。子程序是应用程序中的可选组件，只有被主程序、中
20、断服务程序或者其他子程序调用时，子程序才会执行。当需要重复执行某项功能时，子程序是非常有用的。与其在主程序中的不同位置多次使用相同的程序代码，不如将这段程序逻辑写在子程序中，然后在主程序中需要的地方调用。上一页 下一页返回任务二STEP7一Micro/WIN32编程软件的使用(3)中断服务程序。中断服务程序是应用程序中的可选组件。当特定的中断事件发生时，中断服务程序执行。可以为一个预先定义好的中断事件设计一个中断服务程序，当特定的事件发生时，S7-200会执行中断服务程序。中断服务程序不会被主程序调用。只有当中断服务程序与一个中断事件相关联，且在该中断事件发生时，S7一200才会执行中断服务程
21、序。(4)程序中的其他组件。其他块中也包含了S7一200的信息。当下载程序时，可以选择同时下载这些块:系统块允许为S7-200配置不同的硬件参数;数据块存储应用程序中所使用的不同变量值(V存储器)。可以用数据块输入数据的初始值。2.建立项目(用户程序)上一页 下一页返回任务二STEP7一Micro/WIN32编程软件的使用 (1)创建新项目文件。方法:可执行菜单命令“文件”、“新建”;可用工具条中的“新建”按钮来完成。新项目文件名系统默认为项目1，可以通过工具栏中的“保存”按钮保存并重新命名。每一个项目文件包括的基本组件有程序块、数据块、系统块、符号表、状态表、交叉引用及通信，其中程序块中包括
22、1个主程序、1个子程序(SBR一)和1个中断程序(INT一)。(2)打开已有的项目文件 方法:可执行菜单命令“文件”、“打开”;可用工具条中的“打开”按钮来完成。(3)确定PLC类型。上一页 下一页返回任务二STEP7一Micro/WIN32编程软件的使用 执行菜单命令“PLC”、“类型”，调出“PLC类型”对话框，如图1一14所示，单击“读取PLC”按钮，由STEP7一Micro/WIN32自动读取正确的数值。单击“确定”按钮，确认PLC类型。3.编辑程序文件 采用SIMATIC指令编写的程序可以使用LAD(梯形图)、STL(语句表)、FBD(功能块图)三种编辑器，常用LAD或STL编程，选
23、择编辑器方法如下:执行菜单命令“检视”、LAD”或“STL。图1一15为梯形图编辑器。()方法一。将光标放在需要的位置上，单击工具条中元件(触点、线圈或指令盒)的按钮，从下拉菜单所列出的元件中，选择要输入的元件单击即可。将光标放在需要的位置上，在指令树窗口所列的一系列元件中，双击要输入的元件即可。上一页 下一页返回任务二STEP7一Micro/WIN32编程软件的使用 将光标放在需要的位置上，在指令树窗口所列的一系列元件中，拖动要输入的元件放到目的地即可。(2)方法二。采用功能键(F4,F6,F9)、移位键和回车键配合使用安放编程元件。例如安放输出触点，按F6键，弹出一个下拉菜单，在下拉菜单中
24、选择编程元件(可使用移位键寻找需要的编程元件)后，按回车键，编程元件出现在光标处，再次按回车键，光标选中元件符号上方的“?”，输入操作数后按回车键确认，然后用移位键将光标移到下一层，输入新的程序。当输入地址、符号超出范围或与指令类型不匹配时，在该值下面出现红色波浪线。上一页 下一页返回任务二STEP7一Micro/WIN32编程软件的使用 (3)梯形图功能指令的输入。采用指令树双击的方式可在光标处输入功能指令。(4)程序的编辑及参数设定。程序的编辑包括程序的剪切、拷贝、粘贴、插入和删除，字符串替换、查找等。(5)编写符号表。单击浏览条中的“符号表”按钮;在“符号”列键入符号名，在“地址”列中键
25、入地址，在“注解”列键入注解即可建立符号表，如图1一16所示。符号表建立后，执行菜单命令“检视”、“符号编址”，直接地址将转换成符号表中对应的符号名;也可通过执行菜单命令“工具”、“选项”、“程序编辑器”标签、“符号编址”选项，来选择操作数显示的形式，如选择“显示符号和地址”，则对应的梯形图如图1一17所示上一页 下一页返回任务二STEP7一Micro/WIN32编程软件的使用 4.程序的编译及上、下载 编译:用户程序编辑完成后，用CPU的下拉菜单或工具条中编译快捷按钮对程序进行编译，经编译后在显示器下方的输出窗口显示编译结果，并能明确指出错误的网络段，可以根据错误提示对程序进行修改，然后再次
26、编译，直至编译无误。下载:用户编译成功后，单击标准工具条中下载快捷按钮或拉开文件菜单，选择载项，弹出下载对话框，经选定程序块、数据块、系统块等下载内容后，按“确认”按钮，将选中内容下载到PLC的存储器中。载入(上载):载入指令的功能是将PLC中未加密的程序或数据送入编辑器(PC)o载入方法是单击标准工具条中载入快捷键或拉开文件菜单，选择上载项，弹出载入对话框。选择程序块、数据块、系统块等载入内容后，可在程序显示窗口载入PLC内部程序和数据。上一页 下一页返回任务二STEP7一Micro/WIN32编程软件的使用 5.程序的运行 当PLC工作方式开关在“TERM”或“RUN”位置时，操作STEP
27、?一Micro/WIN32的菜单命令或快捷按钮都可以对CPU工作方式进行软件设置。S7-200有两种操作模式:停止模式和运行模式。CPU面板上的LE D状态显示了当前的操作模式。在停止模式下，S7-200不执行程序，可以下载程序、数据和CPU系统设置。在运行模式下，S7-200运行程序。将S7一200转入运行模式:如果想通过STEP?一Micro/WIN32软件将S7一200转入运行模式，S7一200的模式开关必须设置为“TERM”或者“RUN，当S7-200处于“RUN”模式时，执行程序:首先单击工具条中的运行图标或者在命令菜单中选择“PLC、RUN，然后单击“Yes”按钮切换模式，如图1一
28、18所示。返回上一页 下一页任务二STEP7一Micro/WIN32编程软件的使用 可以通过选择“Debug、ProgramStatus”命令来监控程序，STEP?一Micro/WIN32显示执行结果，要想终止程序，可以单击STOP图标或选择菜单命令“PLC、STOP将S7一200置于“STOP”模式。6.用编程软件监视与调试程序(1)监视程序编辑器可以在PLC运行时监视程序执行的过程和各元件的状态及数据。梯形图监视功能:拉开调试菜单，选中程序状态，这时闭合触点和通电线圈内部颜色变蓝(呈阴影状态)。在PLC的运行(RUN)工作状态，随输入条件的改变、定时及计数过程的运行，每个扫描周期的输出处理
29、阶段将各个器件的状态刷新，可以动态显示各个定时、计数器的当前值，并用阴影表示触点和线圈通电状态，以便在线动态观察程序的运行，如图1一19所示。返回上一页 下一页任务二STEP7一Micro/WIN32编程软件的使用 (2)结合程序监视运行的动态显示，以及影响程序运行的因素，然后退出程序运行和监控状态，在停止状态下对程序进行修改编辑，重新编译、下载，监视运行，如此反复修改调试，直至得出正确运行结果。返回上一页图1一1 PLC组成结构框图返回图1-2 PLC输入接口电路返回图1-3 PLC输出接口电路返回图1一4 PLC工作过程返回图1一5 S7一200 CPU外形返回图1一6 S7-200 CP
30、U外部端子接线图返回表1一1 S7一200系列CPU 22X主要性能指标返回表1一2 S7-200系列PLC常用数字量扩展模块型号规格及功能用途返回表1一3 S7-200系列PLC常用模拟量扩展模块型号规格及功能用途返回表1一4 S7-200系列PLC主机和扩展模块的SVDC总线电流能力返回表1一4 S7-200系列PLC主机和扩展模块的SVDC总线电流能力返回图1一8 PLC与计算机的连接返回图1一9 S7一200 CPU供电返回图1一10通信参数对话框返回图1一11通信参数设置对话框返回图1一12下载程序返回图1一13编辑软件主界面返回图1一14 PLC类型对话框返回图1一15梯形图编辑器
31、返回图1一16符号表返回图1一17带符号表的梯形图返回图1一18 转入运行模式返回图1一19梯形图运行状态的监视返回表1一6 正反转PLC I/O分配表返回图1-20正反转控制PLC硬件连接图返回图1一21正反转控制PLC程序返回谢谢观赏项目二项目二 传感器技术传感器技术1任务任务 传感器的认知与应用传感器的认知与应用返回任务传感器的认知与应用 一、传感器的概述(一)传感器的定义与组成 传感器是能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置。通常由对被测量敏感的元件和转换元件组成，如图2一1所示。其中敏感元件是指传感器中能直接感受或响应被测量的部分，如金属丝式电阻应变片力传感
32、器中的金属丝，就是敏感元件(见图2-2);转换元件是指传感器中能将敏感元件感受或响应到的被测量转换成适于传输或测量的电信号(电压、电流)部分，如电阻应变片就是转换元件。(二)传感器的分类 传感器常用的分类方法有两种，一种是按被测物理量划分，另一种是按传感器的工作原理划分。1.按被测物理量划分下一页返回任务传感器的认知与应用 传感器根据被测量的性质可分为温度传感器、湿度传感器、压力传感器、位移传感器、流量传感器、加速度传感器、光电传感器等。2.按传感器工作原理划分 传感器根据其物理、化学、生物等学科的原理、规律和效应可分为电阻式、电感式、电容式、阻抗式、磁电式、热电式、压电式、光电式、超声式、微
33、波式等类别。这种分类方法有利于传感器的专业工作者从原理与设计上作归纳性的分析研究。二、自动生产线常用传感器 在自动生产线中各工作单元所常用的传感器是接近传感器、光电编码器和光栅尺等传感器。(一)接近传感器上一页 下一页返回任务传感器的认知与应用 接近传感器是利用传感器对所接近的物体具有的敏感特性来识别物体的接近，并输出相应开关信号，接近传感器通常也称为接近开关。接近传感器有多种检测方式，自动生产线常用的有磁感应式接近开关(或称磁性开关)、电感式接近开关、光电式接近开关和光纤型光电传感器等。1.磁性开关 磁性开关是一种非接触式位置检测开关，这种非接触位置检测不会损伤检测对象，响应速度高。气动设备
34、中磁性开关用于各类气缸的位置检测，这些气缸的缸筒采用导磁性弱、隔磁性强的材料，如硬铝、不锈钢等。使用时，在非磁性体的活塞上安装一个永久磁铁的磁环，这样就提供了一个反映气缸活塞位置的磁场。而安装在气缸外侧的磁性开关则是用来检测气缸活塞位置，即检测活塞的运动行程的。有触点式的磁性开关用舌簧开关做磁场检测元件。舌簧开关成型于合成树脂块内，并且一般还有动作指示灯、过电压保护电路也塑封在内。带磁性开关气缸的工作原理图如图2一3所示上一页 下一页返回任务传感器的认知与应用 磁性开关的内部电路如图2-4中虚线框内所示。磁性开关有蓝色和棕色2根引出线，使用时蓝色引出线应连接到PLC输入公共端，棕色引出线应连接
35、到PLC输入端。在磁性开关上设置的LED显示灯用于显示其信号状态，供调试时使用。磁性开关动作时，输出信号“1,LED亮;磁性开关不动作时，输出信号“0,LED不亮。磁性开关的安装位置可以调整，调整方法是松开它的紧定螺栓，让磁性开关顺着气缸滑动，到达指定位置后，再旋紧固定螺栓。2.电感式接近开关 电感式接近开关是利用电涡流效应制造的传感器，属于一种开关量输出的位置传感器。电涡流效应是指，当金属物体处于一个交变的磁场中，在金属内部会产生交变的电涡流，该涡流又会反作用于产生它的磁场的一种物理效应。上一页 下一页返回任务传感器的认知与应用 如果这个交变的磁场是由一个电感线圈产生的，则这个电感线圈中的电
36、流就会发生变化，用于平衡涡流产生的磁场，由此识别出有无金属物体接近，进而控制开关的通或断。这种接近开关所能检测的物体必须是导电性能良好的金属物体。电感式接近传感器工作原理框图如图2-5所示。动作(检测)距离:动作距离是指检测体按一定方式移动时，从基准位置(接近开 关的感应表面)到开关动作时测得的基准位置到检测物体的空间距离。额定动作距离是指接近开关动作距离的标称值。设定距离:指接近开关在实际工作中的整定距离，一般为额定动作距离的0.8倍。被测物与接近开关之间的安装距离一般等于额定动作距离，以保证工作可靠。安装后还须通过调试，然后紧固。复位距离:接近开关动作后，又再次复位时与被测物的距离，它略大
37、于动作距离。上一页 下一页返回任务传感器的认知与应用 回差值:动作距离与复位距离之间的绝对值。回差值越大，对外界的干扰以及被测物的抖动等的抗干扰能力就越强。安装距离注意说明如图2一6所示。3.光电式接近开关 光电式接近开关也称关电开关，是利用被检测物对光束的遮挡或反射，由同步回路选通电路，从而检测物体有无的传感器。被检测的物体不限于金属，所有能反射光线的物体均可被检测。光电式接近开关用在环境比较好、无灰尘、无粉尘污染的场合，为非接触式测量，对被测物体无任何影响，在工业生产过程中得到广泛的应用。光电式接近开关外形和电气符号如图2-7所示 上一页 下一页返回任务传感器的认知与应用 光电式接近开关的
38、内部电路原理框图如图2一8所示。当无检测物体时，常开型的光电开关所接的负载，由于光电开关内部的输出晶体管的截止而不工作，当检测到物体时，晶体管导通，负载得电工作。光电式接近开关主要由光发射器和光接收器构成。如果光发射器发射的光线因检测物体不同而被遮掩或反射，到达光接收器的量将会发生变化，光接收器的敏感元件将检测出这种变化，并转换为电气信号进行输出。大多使用可视光(主要为红色，也用绿色、蓝色来判断颜色)和红外光。根据光电开关在检测物体时发射器所发出的光线被折回到接收器的途径的不同，光电式接近开关可分为对射式、反射式和漫射式3种，工作原理如图2一9所示。上一页 下一页返回任务传感器的认知与应用 图
39、2一9(a)所示的对射式光电接近开关包含在结构上相互分离且光轴相对放置的发射器和接收器，发射器发出的光线直接进入接收器。当被检测物体经过发射器和接收器之间且阻断光线时，光电接近开关就产生了开关信号。对射式光电接近开关检测距离可达数十米，当检测物体不透明时，对射式光电开关是最可靠的检测模式。图2-9 (b)所示的漫射式光电接近开关是利用光照射到被测物体上后反射回来的光线而工作的，由于物体反射的光线为漫射光，故称为漫射式光电接近开关。它的光发射器与光接收器处于同一侧位置，且为一体化结构。在工作时，光发射器始终发射检测光，若接近开关前方一定距离内没有物体，则没有光被反射到接收器，接近开关处于常态而不
40、动作;反之，若接近开关的前方一定距离内出现物体，只要反射回来的光强度足够，则接收器接收到足够的漫射光就会使接近开关动作而改变输出状态。当被检测物体的表面光亮或其反光率极高时，漫反射式的光电接近开关是首选的检测模式。上一页 下一页返回任务传感器的认知与应用 图2-9 (c)所示的反射式光电接近开关亦是集发射器与接收器于一体，光电接近开关发射器发出的光线经过反射镜，反射回接收器，当被检测物体经过且完全阻断光线时，光电接近开关就产生了检测开关信号。反射式光电接近开关检测距离可从几厘米到几米。4.光纤型光电传感器 光纤型光电传感器由光纤检测头、光纤放大器两部分组成，放大器和光纤检测头是分离的两个部分，
41、光纤检测头的尾部分成两条光纤，使用时分别插入放大器的两个光纤孔。光纤传感器组件如图2一10所示。光纤型光电传感器具有下述优点:抗电磁干扰、可工作于恶劣环境、传输距离远、使用寿命长。此外，由于光纤头的体积较小，所以可以安装在空间很小的地方。放大器的安装示意图如图2一11所示上一页 下一页返回任务传感器的认知与应用 光纤型光电传感器的放大器的灵敏度调节范围较大。当光纤型光电传感器灵敏度调得较小时，由于反射性较差的黑色物体，光电探测器无法接收到反射信号;而对反射性较好的白色物体，光电探测器就可以接收到反射信号。反之，若调高光纤型光电传感器灵敏度，则即使对反射性较差的黑色物体，光电探测器也可以接收到反
42、射信号。放大器单元的俯视图如图2一12所示，调节其中部的8旋转灵敏度高速旋钮就能进行放大器灵敏度调节(顺时针旋转灵敏度增大)。调节时，会看到“入光量显示灯”发光的变化。当探测器检测到物料时，“动作显示灯”会亮，提示检测到物料。光纤型光电传感器电路框图如图2一13所示，接线时请注意根据导线颜色判断电源极性和信号输出线，切勿把信号输出线直接连接到电源+24 V端。上一页 下一页返回任务传感器的认知与应用 5.接近开关的图形符号 部分接近开关的图形符号如图2一14所示。(二)光电编码器 光电编码器是通过光电转换，将输出至光电编码器轴上的角位移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
43、检测。具有体积小、精度高、工作可靠等特点，它广泛应用于数控机床、回转台、伺服传动、机器人、雷达、军事目标测定等需要检测角度的装置和设备中。根据光电编码器的输出不同，光电编码器可分为绝对式光电编码器、相对式光电编码器和混合式光电编码器。1.相对式光电编码器 相对式光电编码器也叫增量式光电编码器，能将被测轴的机械角位移转变成脉冲信号，是数控机床上使用很广泛的位置检测元件。如图2一15(a)所示为相对式脉冲光电编码器的外形图，它的结构图如图2一15 (b)所示。上一页 下一页返回任务传感器的认知与应用 相对式光电编码器由光源(带聚光镜的发光二极管)、光栏板、光电码盘、光敏元件及信号处理电路组成。其中
44、，光电码盘是在一块玻璃圆盘上镀上一层不透光的金属薄膜，然后在上面制成圆周等距的透光与不透光相间的条纹，光栏板上具有和光电码盘上相同的透光条纹。码盘也可由不锈钢薄片制成。当光电码盘旋转时，光线通过光栏板和光电码盘产生明暗相间的变化，由光敏元件接收，光敏元件将光信号转换成电脉冲信号，如图2一16所示。实际应用的光电编码器的光栏板上有两组条纹A和B,A组和B组的条纹彼此错开1/4节距，两组条纹相对应的光敏元件所产生的信号彼此相差90“相位，用于辨向。当光电码盘正转时，A信号超前B信号900，当光电码盘反转时，B信号超前A信号900，可利用这一相位关系来判断被测轴运动方向。其输出波形如图2一17所示。
45、上一页 下一页返回任务传感器的认知与应用 相对式光电编码器应用于角度定位或测量时，通常有A,玖Z三相输出，输出波形如图2-18所示。A相和B相输出占空比为50%的方波。编码器每转一周，A相和B相输出固定数目的脉冲(如100个脉冲)。编码器每转一周，Z相输出一个脉冲，此脉冲被称为每转脉冲标志或零标志脉冲，即当Z相输出一个脉冲时，表示编码器旋转了一周。2.绝对式光电编码器 绝对式光电编码器是可将被测轴的任意位置转变成唯一固定的二进制编码与之相对应的传感器。上一页 下一页返回任务传感器的认知与应用 绝对式光电编码器的结构如图2一19(a)所示，也是由安装在旋转轴上的光电码盘、光栏板以及安装在圆盘两边
46、的光源和光敏元件等组成，与相对式光电编码器不同的是，绝对式光电编码器的光电码盘上刻有同心码道，如图2一19(b)所示为4位码道光电码盘。每位码道上都有按一定规律排列的透光和不透光部分，即亮区和暗区。当光源照射到运动的光电码盘上时，通过亮区的光线经光栏板后，由光敏元件接收转换为电信号。光敏元件的排列与码道一一对应，对应于亮区的光敏元件输出的信号为“1”，反之暗区为“0”，码盘旋转到不同位置，光敏元件将输出与码盘轴的角位移大小对应的按一定规律编码的二进制码。绝对式光编码器的分辨率与光电码盘上的码道数有关，码道数越多，分辨率越小，测量精度越高，如4位码道的分辨率为22.5 0。目前绝对式光电编码器的
47、码道数可达18条，其分辨率为0.001 4。上一页 下一页返回任务传感器的认知与应用 3.混合式光电编码器 混合式光电编码器的输出有两组信息:一组信息用于检测磁极位置，带有绝对信息功能;另一组则完全与增量式编码器的输出信息相同。例:光电编码器脉冲当量的测试。光电式相对编码器的脉冲当量是指单位脉冲所对应的机械位移。实际应用时，脉冲当量将受到现场各种因素的影响，例如图2-20所示的某自动生产线上分拣单元传送带主动轴直径(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的定位偏差等，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
48、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，还需现场测试脉冲当量值。该生产线分拣单元的旋转编码器选用的是瑞普科技ZKT4808一001 G一SOOBZ3一12一24 C光电编码器，实物图如图2一21所示。上一页 下一页返回任务传感器的认知与应用 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，工作电源为DC 1224 V。因无须回原点，故可将光电编码器A,B两相输出端直接连接到PLC的高速计数器输入端，将编码器直接连接到传送带主动轴上。现场测试脉冲当量值的步骤如下:(1)安装调整。安装调试时，必须仔细
49、调整与编码器同轴连接的电动机与主动轴连轴的同心度和传送皮带的张紧度。(2)变频器参数设置。(3)在PC机上用STEP?一Micro/WIN32编程软件编写脉冲当量现场测试主程序，主程序清单如图2-22所示，编译后传送到PLC。上一页 下一页返回任务传感器的认知与应用 (4)填写测试数据。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STEP?一Micro/WIN32软件监控界面上V DO的读数，将此值填写到表2一1中的“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
50、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，则脉冲当量拜计算值=工件移动距离/编码器脉冲数，将其填写到相应栏目中。1.分拣过程中工件颜色、材料的检测 根据任务要求需对不同颜色、材料的圆形工件加以分拣，分拣工件如图2-23所示，分d为白色芯金属工件、白色芯塑料工件和黑色芯的金属或塑料工件进行分拣。上一页 下一页返回任务传感器的认知与应用 分拣工作单元中应用的传感器有磁性开关、漫射式光电开关、光纤传感器、金属传感器(电感式传感器)、旋转编码器，如图2一20所示。(1)磁性开关用于检测气缸活塞的运动位置。如图2一24所示，在3个推料(分拣)气缸的前极限位置分别装有1个
