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陕西国防工业职业技术学院SHAANXI INSTITUTE OF TECHNOLOGY毕业设计说明书题目MPS系统安装站单元的设计与PLC控制专业数控设备应用与维护班级数电3101 班姓名白浩学号08 # 指导教师张俊勇二○一二年十二月二十二日陕西国防工业职业技术学院二○一三届毕业设计（论文）任务书专业：数控设备应用与维护班级：数电3101班姓名：白浩学号：08设计题目：MPS系统安装站单元的设计与PLC控制设计条件：要求采用西门子S7—226PPLC作为控制器，以气动元件作为执行元件，设计MPS系统安装站单位，并实现其动作控制要求。
设计任务：1.启动机构设计和气动元件的选型;2.利用气动仿真软件设计气动回路并进行仿真调试；3.安装站的电气接线设计和通信接口设计；4.PLC的I/O分配设计和编程设计；5.完成对安装站的硬件和软件的安装，连接，调试运行；6.毕业设计（论文）内容包括：1）课题的来源和意义，系统设计方案的确定及说明。
2）系统硬件结构及功能说明。
3）系统软件编辑及功能实现。
起止日期：2012年11月5日—2012年12月21日（共7周）指导老师：张俊勇审核（教研室主任）：批准（系主任）：设计评语：指导教师签字：年月日答辩：考核组长：总成绩：MPS工件安装单元控制系统设计与PLC控制摘要本设计首先介绍PMS安装单元研究重点及发展状况，并阐述了设计PMS安装单元的PLC控制系统的思路和方法；讲述了控制系统所要达到的安装要求，分析每个动作的步骤，提出了达成该要求的元件选择，绘制出了控制系统图，控制系统原理框图，控制系统的PLC原理图以及气动原理图及组态的设计。
阐述了各气动元件的选择过程以及对安装单元的技术参数做了设计，编写了梯形图。
关键词：MPS安装单元；PLC控制；系统设置；梯形图目录1绪论 (1)1.1课题来源 (1)1.2设计MPS工件安装单元的目的 (1)2可编程控制器概述 (2)2.1 PLC的发展概况 (2)2.2 PLC的分类及特点 (2)2.2.1 PLC的分类 (2)2.2.2 PLC的特点 (3)2.3 PLC的基本组成以及应用领域 (4)2.3.1 CPU的构成 (4)2.3.2 I/O模块 (5)2.3.3电源模块 (5)2.3.4底板或机架 (5)2.3.5 PLC的外部设备 (5)2.3.6 PLC的通信联网 (6)2.4 PLC的结构和工作原理 (6)2.4.1 PLC的模块结构 (6)2.4.2 PLC的运行过程分析 (7)2.5 S7-200PLC系列的介绍 (7)3MPS单元 (11)3.1 MPS模块化加工系统 (11)3.2 MPS的基本组成 (11)3.3 MPS的基本功能 (11)3.4 电机的执行机构 (13)3.4.1 传感器的分类和选型 (13)3.4.2 传感器的工作原理及其应用 (14)3.5控制面板连线 (15)3.6气动元件的特点以及选型 (16)3.6.1 气动元件的特点： (16)3.6.2安装单元气动元件种类及结构符号 (16)4安装单元的结构与控制设计 (20)4.1 I/O接线端口 (20)4.2料仓模块 (20)4.3转运模块 (20)4.4气动控制回路 (21)4.5安装站PLC控制回路设计 (22)4.6程序控制 (24)4.6.1控制任务 (24)4.6.2编写程序 (24)4.6.3下载调试 (24)5安装站系统控制程序的设计 (26)5.1安装站的动作顺序 (26)5.2安装站的I/O分配 (26)5.3安装站单元顺序功能流程图 (26)5.4安装站的梯形图 (28)致谢 (29)1绪论1.1 课题来源MPS英译为MultiProcessins System，即多处理器模块化加工系统。
PLC的基本组成
PLC是一种通用的工业控制装置，其组成与一般的微机系统基本相同。
按结构形式的不同，PLC可分为整体式和组合式两类。
整体式 PLC 是将中央处理单元（CPU）、存储器、输入单元、输出单元、电源、通信接口等组装成一体，构成主机。
另外还有独立的I/O 扩展单元与主机配合使用。
主机中，CPU是PLC的核心，I/O单元是连接CPU与现场设备之间的接口电路，通信接口用于PLC与编程器和上位机等外部设备的连接。
组合式PLC将CPU单元、输入单元、输出单元、智能I/O单元、通信单元等分别做成相应的电路板或模块，各模块插在底板上，模块之间通过底板上的总线相互联系。
装有CPU单元的底板称为 CPU 底板，其他称为扩展底板。
CPU 底板与扩展底板之间通过电缆连接，距离一般不超过10m。
无论哪种结构类型的PLC，都可根据需要进行配置与组合。
例如OMRON CPM1A 型PLC为整体式结构，通过主机连接I/O扩展单元，I/O 点数可在10～160点的范围内进行配置。
组合式PLC则在I/O配置上更方便、更灵活。
下图所示为整体式PLC的组成示意图，图5.5所示为组合式PLC 的组成示意图。
电子电路调试的一般步骤实践表明，一个电子装置，即使根据设计的电路参数进行安装，往往也难于达到预期的效果。
这是由于人们在设计时，不行能周全地考虑各种简单的客观因素(如元件值的误差、器件参数的分散性、分布参数的影响等)，必需通过安装后的测试和调整，来发觉和订正设计方案的不足，然后实行措施加以改进，使装置达到预定的技术指标。
因此，调试电子电路的技能对从事电子技术及其相关领域工作的人员来说，是不应缺少的。
调试的常用仪器有：稳压电源、万用表、示波器、频谱分析仪和信号发生器等。
电子电路调试包括测试和调整两个方面。
调试的意义有二：一是通过调试使电子电路达到规定的指标；二是通过调试发觉设计中存在的缺陷并予以订正。
1、电子电路调试的一般步骤传统中医看病讲究“望、闻、问、切”，其实调试电路也是如此。
首先“望”，即观看电路板的焊接如何，成熟的电子产品一般都是焊接出的问题；其次“闻”，呵呵，这个不是说先把电路板闻下，而是说通电后听电路板是否有特别响动，不该叫的叫了，该叫的不叫；第三“问”，假如是自己第一次调试，不是自己设计的要问电源是多少？别人是否调过？有什么问题？第四“切”，元器件有没焊全、芯片焊接是否正确、不易观看的焊点是否焊好？一般调试前做好这几步就可发觉不少问题。
依据电子电路的简单程度，调试可分步进行：对于较简洁系统，调试步骤是：电源调试→单板调试→联调。
对于较简单的系统，调试步骤是：电源调试→单板调试→分机调试→主机调试→联调。
由此可明确三点：(1) 不论简洁系统还是简单系统，调试都是从电源开头入手的；(2) 调试方法一般是先局部(单元电路)后整体，先静态后动态；(3)一般要经过测量→调整→再测量→再调整的反复过程；对于简单的电子系统，调试也是一个“系统集成”的过程。
在单元电路调试完成的基础上，可进行系统联调。
例如数据采集系统和掌握系统，一般由模拟电路、数字电路和微处理器电路构成，调试时常把这3部分电路分开调试，分别达到设计指标后，再加进接口电路进行联调。
ATX电源构造简介ATX电源电路构造较复杂，各局部电路不但在功能上相互配合、相互渗透，且各电路参数设置非常严格，稍有不当那么电路不能正常工作。
下面以市面上使用较多的银河、世纪之星ATX电源为例，讲述ATX电源的工作原理、使用与维修。
其主电路整机原理图见图13-10，从图中可以看出，整个电路可以分成两大局部：一局部为从电源输入到开关变压器T3之前的电路(包括辅助电源的原边电路)，该局部电路和交流220V电压直接相连，触及会受到电击，称为高压侧电路；另一局部为开关变压器T3以后的电路，不和交流220V直接相连，称为低压侧电路。
二者通过C2、C3高压瓷片电容构成回路，以消除静电干扰。
其原理方框图见图13-1，从图中可以看出整机电路由交流输入回路与整流滤波电路、推挽开关电路、辅助开关电源、PWM脉宽调制及推动电路、PS-ON控制电路、自动稳压与保护控制电路、多路直流稳压输出电路和PW-OK信号形成电路组成。
弄清各局部电路的工作原理及相互关系对我们维修判断故障是很有用处的，下面简单介绍一下各组成局部的工作原理。
图13-1 主机电源方框原理图1、交流输入、整流、滤波与开关电源电路交流输入回路包括输入保护电路和抗干扰电路等。
输入保护电路指交流输入回路中的过流、过压保护及限流电路；抗干扰电路有两方面的作用：一是指电脑电源对通过电网进入的干扰信号的抑制能力：二是指开关电源的振荡高次谐波进入电网对其它设备及显示器的干扰和对电脑本身的干扰。
通常要求电脑对通过电网进入的干扰信号抑制能力要强，通过电网对其它电脑等设备的干扰要小。
推挽开关电路由Q1、Q2、C7及T3，组成推挽电路。
推挽开关电路是ATX开关电源的主要局部，它把直流电压变换成高频交流电压，并且起着将输出局部与输入电网隔离的作用。
推挽开关管是该局部电路的核心元件，受脉宽调制电路输送的信号作鼓励驱动信号，当脉宽调制电路因保护电路动作或因本身故障不工作时，推挽开关管因基级无驱动脉冲故不工作，电路处于关闭状态，这种工作方式称作他激工作方式。
第五章主机单元电路一、选择题1.磁饱和变压器的作用是（）。
A.升压B.降压C.等压D.稳压2.限时器的作用是（）。
A.限制管电压峰值B.限制管电流峰值C.限制电源电压峰值D.限制曝光时间3.管电压的调节一般采用调节（）方法。
A.初级匝数B.次极匝数C.初级电压D.次极电压4.旋转阳极启动绕组串联一个电容是为了（）。
A.加大启动电流B.移相C.加大启动电压D.加快启动速度5.X线机对供电电源的要求十分严格，下列哪项对管球的影响最大？（）A.电源容量B.电源电阻C.电源频率D.电源电压6.一般X线机对电源电压变化的要求在（）。
A.1％～－1％B.5％～－5％C.10％～－15％D.15％～－15％7.空间电荷补偿通常是调节（）。
A.电源电压B.灯丝加热电压C.管电压D.高压初级电压8.限时器的作用是（）。
A.限制管电压峰值B.限制管电流峰值C.限制电源电压峰值D.限制曝光时间9.在灯丝加热电压一定时，管电流与管电压的关系称为X线管的（）。
A.阳极特性B.阴极特性C.灯丝特性D.容量特性10.F78-Ⅱ型X线机空间电荷补偿是由（）完成的。
A.电阻B.电容C.电感D.变压器11.管电压的调节一般采用调节（）方法。
A.初级匝数B.次极匝数C.初级电压D.次极电压12.磁饱和变压器的作用是（）。
A.升压B.降压C.等压D.稳压13.16.空间电荷补偿通常是调节（）。
A.电源电压B.灯丝加热电压C.管电压D.高压初级电压14.17.旋转阳极启动绕组串联一个电容是为了（）。
A.加大启动电流B.移相C.加大启动电压D.加快启动速度15.空间电荷补偿通常是调节（）。
A.电源电压B.灯丝加热电压C.管电压D.高压初级电压16.管电压补偿通常是调节（）。
A.电源电压B.灯丝加热电压C.高压次极电压D.高压初级电压17.X射线透视和摄影的物理基础是（）。
A.穿透作用B.电离作用C.荧光作用D.反射作用18.限时器的作用是（）。
A.限制管电压峰值B.限制管电流峰值C.限制电源电压峰值D.限制曝光时间19.管电压的调节一般采用调节（）方法。
A.初级匝数B.次极匝数C.初级电压D.次极电压20.旋转阳极启动绕组串联一个电容是为了（）。
A.加大启动电流B.移相C.加大启动电压D.限速21.三钮制X线机中的三钮不包括（）A.电源电压B.m AC.KVD.时间22.在管电压调整电路中国产普通模拟X线机一般是调整（）A.初级电压B.初级线圈匝数C.次级线圈匝数D.次级电压23.普通模拟X线机在摄影条件的选择中KV 、MA 的选择先后关系（）A.先KVB.先MAC.同时D.无所谓24.在管电压调整电路中国产普通模拟X线机一般是调整（）A.初级电压B.初级线圈匝数C.次级线圈匝数D.次级电压25.高压初级电路中高压预上闸在晶闸管工作（）工作。
A.之前B.之后C.同时D.不一定26.普通模拟X线机在摄影条件的选择中KV 、MA 的选择先后关系（）A.先kVB.先mAC.同时D.无所谓27.在X线机中管电流测量电路应设计在（）A.电源电路B.高压初级电路C.灯丝加热电路D.高压次级电路28.在灯丝加热电路中为了使KV增加时MA不变设计了（）A.谐振式磁饱和稳压器B.空间电荷补偿变压器C.mA调节电位器D.灯丝变压器29.单相全波整流的高压次级电路KV的脉动率可达（）。
A.100%B.13.4%C.3.4%D.1%30.高压初级电路中管电压的控制不包括（）A.接触器B.场效应管C.可控硅D.三极X线管31.延时器的作用不包括（）所需的等待时间A.管电压升高B.透/摄状态转换C.灯丝增温D.阳极启动32.X线机对供电电源的要求不包括（）A.电源相位B.电源容量C.电源电压D.电源频率33.滑动调压式自耦变压器的优点不包括（）A.调节连续B.调节细致C.机械简单D.接触电弧小34.限时器的种类不包括（）A.声控限时器B.自动曝光限时器C.电子限时器D.机械限时器35.高压次级最理想的整流方式为（）A.单项全波B.三项全波C.三项六波D.三项十二波36.空间电荷抵偿装置在灯丝电路中的连接方式是（）A.反向并联B.正相并联C.反向串联D.正相串联二、填空题1.自耦变压器是X射线机中各部分电路________的总枢纽。
2.高压初级电路是给___________提供电源的电路。
3.延时器大致分四类，即_________、_________、_________、_________。
4.透视控制系统是用以控制_________的产生和关断。
5.磁饱和稳压器是为了保护_________而设置的。
6.旋转阳极X线管启动绕组串接电容起_________作用。
7.单钮制控制主机系统，在摄影操作过程中，只需选择值。
8.自耦变压器是X射线机中各部分电路______的总枢纽。
9.磁饱和稳压器是为了保护__ 而设置的。
三、名词1.电源电路：2.X线管灯丝加热电路：3.高压发生电路：4.控制电路：5.X线应用设备的电路：6.高压初级电路：7.防突波电阻：8.磁饱和：9.高压次级电路：10.脉动率：11.限时电路：12.自动曝光控时电路：13.负荷率：14.操作控制电路：四、简答题1.产生Ｘ射线的三个基本条件及作用？2.X线机整机电路一般由哪五个单元构成3.X线机对电路的基本要求？4.管电压的调节方式？5.三相全波整流高压次级电路有哪些缺点？6.电离室置于人和暗盒之间的理由？五、论述题1.说明管电压补偿的原因以及补偿的方法。
2.X线机基本电路的组成及作用？答案：选择题1.D2.D3.C4.B5.C6.C7.B8.D9.A 10.D 11.C 12.D 13.B 14.B 15.B 16.D 17.A 18.D 19.C 20.B 21.A 22.A 23.B 24.A 25.A 26.B 27.D 28.B 29.A 30.B 31.A 32.A 33.C 34.A 35.D 36.C填空题1. 供电2. 高压发生器3. 擒纵轮式、短路环式、空气阻尼式、电容放电式4. 透视高压5. 管球灯丝6. 移相7. kV8. 供电9. 灯丝名词1. 电源电路：它是指为X 线机控制台内的自耦变压器输送电能的电路。
2. X 线管灯丝加热电路：它是指为X 线管灯丝输送加热电源的电路。
3. 高压发生电路：它是指将自耦变压器供给的低电压转化为高电压输送到X 线管两极的电路。
4. 控制电路：它是指控制X 线发生和停止，以及与此相关的各种电路所构成的系统。
5. X 线应用设备的电路：它是指X 线机中各种X 线应用设备的电路。
6. 高压初级电路：是指由自耦变压器输出线圈至高压变压器初级线圈所构成的回路。
7. 防突波电阻：让高压初级电路瞬间串接一个阻值较小的电阻，该电阻上的压降降低了高压变压器初级电压，以此克服过电压，此电阻称为防突波电阻。
8. 磁饱和：当线圈中通过一定量的电流时，由于磁化介质是铁磁性材料，则磁化曲线为非线性的，在到某一磁场强度时，磁场强度再增长，磁感应强度几乎不再增加了，这种现象称为磁饱和。
9. 高压次级电路：是指由高压变压器次级线圈至X 线管两极所构成的回路。
10. 脉动率：kV 的脉动率影响X 线的输出。
其定义为ε＝U max -U min U max×100% 式中：U max 为整流输出电压最大值；U min 为整流输出电压最小值。
11. 限时电路：作用是控制X 线曝光时间的长短，通过它能准确地控制X 线的照射量。
12. 自动曝光控时电路：是在X 线通过被照物体后，以达到胶片上所需的感光剂量（即胶片密度）来决定曝光时间的；胶片感光剂量满足后，自动切断高压，所以自动曝光控时电路也叫做mAs 限时电路。
13. 负荷率：是指X 线管一次曝光的负荷占最大允许负荷的百分数。
14. 操作控制电路：一般指操纵X 线机曝光环节，完成各种技术操作的电路。
简答题1. 产生Ｘ射线的三个基本条件及作用？答：电子源 提供足够数量的电子高速电子流 在强电场作用下，电子作高速、定向运动靶 是能经受高速电子轰击而产生X 射线的障碍物2. X 线机整机电路一般由哪五个单元构成答：（1）电源电路（2）X 线管灯丝加热电路（3）高压发生电路（4）控制电路（5）X 线应用设备的电路3.X线机对电路的基本要求？答：1.可调管电流能给X线管灯丝提供一个在规定范围内可以调节的加热电压，以改变X线管灯丝的加热温度，达到控制X线量的目的。
2.可调管电压能给X线管提供一个很高且可以调节的管电压，使X线管灯丝发射的电子以高速撞击阳极而产生X线，达到控制X线质的目的。
3.可调曝光时间使供给X线管的高压在选定的时间内接通和切断，以准确控制X线的发生时间。
4.管电压的调节方式？答：（一）调商压初级电压U1 ；（二）调高压初级匝数N1 ；（三）调高压次级；（四）调高压初级电压、电流波形或频率。
5.三相全波整流高压次级电路有哪些缺点？答：①电路复杂，体积庞大，造价高；②三相投闸比较复杂，不易实现零相投闸；③由于三相滑轮自耦变压器沿导磁体的安匝分配不均匀，使电压波形变坏。
6.电离室置于人和暗盒之间的理由？答：①由于暗盒、增感屏、胶片吸收X线，如将电离室ION置于暗盒之后，其所获电离电流甚微。
这就需要增加结构复杂、灵敏度高的放大器；②由于增感屏与胶片对X线的吸收在很大程度上取决于X线的质（即kV值），如将电离室ION置于暗盒之后，，就需要有跟随kV值变化的补偿系统，而这种补偿也是很困难的；③电离室产生均匀的电离电流不受暗盒金属结构部分（如暗盒盖、铅、弹簧卡等）的影响。
论述题1.说明管电压补偿的原因以及补偿的方法。
答：管电压预示的kV值，是高压变压器空载时初、次级电压的换算值。
当高压变压器负载时，即两端产生X线时，由于电源电阻、自耦变压器阻抗、高压变压器阻抗及其他器件内阻的存在，电路中将产生电压降。
管电流越大，产生的电压降也就越大。
就实际管电压要小于预示的kV值，且随管电流的变化而变化，这种现象将会严重影响X线摄影效果。
为解决这一问题，中型以上的X线机管电压预示电路中，都设置了各种形式的补偿电路，这种补偿电路称为管电压补偿装置。
管电压补偿的基本原理是，用某种方法按不同管电流预先增加高压变压器初级电压，以补偿负载时的电压降，补偿的kV值正好等于负载时降落的kV数值。
补偿电路通常有电阻式和变压器式管电压补偿两种形式。
2.X线机基本电路的组成及作用？答：1.电源电路它是指为X线机控制台内的自耦变压器输送电能的电路。
该电路一般由电源闸刀、电源线、电源保险丝、机器通断按钮和接触器等元件构成。
2.X线管灯丝加热电路它是指为X线管灯丝输送加热电源的电路。
该电路又分为灯丝变压器初级电路（简称为灯丝初级电路，也称为mA调节电路）和灯丝变压器次级电路（也称为灯丝次级电路）两部分。
