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Hv d r a u l i c s P n e u ma t i c s S e a l s ／ No ． 1 1 ． 2 01 3 基于 S 7 2 0 0的气动控制系统速度监测研究 张 磊， 谢明舜， 陈光明 上海市质量监督检验技术研究院， 上海2 0 1 1 1 4 摘要 通过对西 门子 S 7 2 0 0控制器和气动控制系统原 理的分析 ， 针对气动控制系统提 出了一 种基 于 S 7 2 0 0的简易速度监测方法 ， 进行 了软件设计 ， 并编写了软件程序。该方法简便易行 ， 具有 良好 的实用价值 。 关键词 S 7 2 0 0 ； 气 动控制 ； 速度监测 中图分类号 T H1 3 8 ； T P 2 7 1 文献标识 码 A 文章编号 1 0 0 8 0 8 1 3 2 0 1 3 1 1 - 0 0 4 3 0 3 Re s e a r c h o n Pne u ma t i c Con t r o l S y s t e m S pe e d De t e c t i on Ba s e d o n S 7 2 0 0 PLC Z HANG L e i ， XI E Mi n g - s h u n， C h e n Gu a n g - mi n g S h a n g h a i I n s t i t u t e o f Q u a l i t y I n s p e c t i o n a n d T e c h n i c a l R e s e a r c h ， S h a n g h a i 2 0 1 1 1 4 ， C h i n a Ab s t r a c t T h i s a r t i c l e ma k e a n a n a l y s i s o f 7 - 2 0 0 P LC a n d p n e u ma t i c c o n t r o l s y s t e m，p r o p o s e s t h e p n e u ma t i c c o n t r o l s y s t e m s p e e d d e t e c t i o n me t h o d b a s e d o n 7 - 2 0 0 P L C ， g i v e s t h e s o f t w a r e d e s i g n o f t h e me a s u r i n g s y s t e m a n d w r i t e s p r o g r a ms f o r t h e t e s t me t h o d ． T h e s p e e d d e t e c t i o n me t h o d i s s i mp l e a n d e a s y t o d o a n d a l s o o f gre a t r e l e v a n c e t o a p p l i c a t i o n s ． Ke y wo r d s 7 - 2 0 0； p n e u mi c c o n tr o l s y s t e m； s p e e d d e t e c t i o n me t h o d 0 引言 1 气动控制系统简介 气动控制系统在工业制造和检测技术领域具有很 广泛的应用 ． 西 门子 S 7 2 0 0在价格和稳定性方面的良 好性能使其在控制系统 中也广为应用。越来越多的控 制系统要求速度能够实时显示 ， 进行定量分析 ， 本文就 此进行分析研究 。 收稿 13期 2 0 1 3 0 8 1 6 作者简介 张磊 1 9 8 3 一 ， 男 ， 河南南阳人 ， 工程师 ， 硕士 ， 主要从事检测 和 自 动化控制技术等方面的研究。 - - 十一 - 气压传动 以压缩气体为工作介质 ．靠气体的压力 传递动力或信息的流体传动。传递动力的系统是将压 缩气体经由管道和控制 阀输送给气动执行元件 ．把压 缩气体 的压力能转换为机械能而做功 气缸是气动控 制系统的执行机构 ．基于 P L C的气动控制系统 主要由 控制器 、 人机界面 、 气缸 、 电磁 阀、 磁性开关 、 各种数据 采集记录装置和保护装置等组成 ， 如下图 1 所示。气压 传动具有诸多优点 ①工作介质是空气， 使用后可直接 Y 2得电． 电磁铁 Y A 2工作 ， 动力滑台开始快退 ， 当快退 至压下原位行程开关 S Q1 时 ．若 S A置于单周位置 。 X 7 常开触点闭合 。 X 7常开触点断开 ， 系统将 由状态 2 4回 到起始步 S O ． 自动循环过程结束。若 S A未处于单周位 置 ． X7常开触点是断开的 ． 常闭触点是闭合的 。 则系统 将 由状态 2 4回到 2 0自动进行下一周期的工作循环。 滑 台左右方向位置调 整的方法是 将 S A扳到手动位 置 。 此时 ， Xl 0常开触点闭合 ， 常闭触点断开 ， 利用主控 指令 MC。 通过点动按钮 S B 3 、 或 S B 4实现动力滑 台向 左 向右方向运动 的手动位置调整 工作过程中如因特殊原因需 紧急停车时 ． 按下停止 按钮 S B 2 ， X1 2闭合 ， 接通 M8 0 4 0 、 M8 0 3 4 ， 程序各步之间 的转换与输 出即刻被禁止 ． 从而使系统停止工作 ， 组合 机床停止工作 3 结论 用P L C对 1 H Y3 2 A型动力滑台的液压系统进行控 制 。 更有利于提高该设备的 自动化程序 。 操作 、 管理维护 方便 ， 可靠性高 ， 减少了能耗 ， 提高了工作效率 。用 P L C 对采用继 电器电气 系统控制的液压传动系统的组合机 床等设备加以改造 ， 具有积极的现实意义。 参考文 献 [ 1 】 黄志坚 ． 液压系统控制与 P L C应用[ M] ． 北京 中国电力出版社， 2 01 0． [ 2 ] 陈鼎宇． 机械设备控制技术[ M】 ． 北京 机械工业 出版社， 1 9 9 9 ． 【 3 】 汪大鹏， 等． 二 工进调速 阀及 P L C控 制的机床新 油路[ J ] ． 组 合 机床与 自动化加工技术， 2 0 0 6 ， 3 ． [ 4 ] 石玉 明， 李锡辉 ． 基于 P L C的液压 自动循环控 制系统【 J ] ． 机床 电器， 2 0 0 7 ， ㈤． 4 3 液 压 气 动 与 密 封 ／ 2 0 1 3年 第 1 1期 排至大气 ， 即使泄漏也不会造成环境污染 ； ②空气黏度 小 ． 流动压力损失小 ， 适用于远距离输送 和集 中供气 ， 系统结构简单 ， 方便后期维护 ③压缩空气在管路 中流 速快 ， 可直接利用气压信号实现 系统的 自动控制 。 完成 各种复杂的动作； ④易于实现快速的直线运动、 摆动和 高速转动； ⑤工作环境适应性好。所以， 气动控制系统 在工业生产等领域具有广泛 的应用 人 机 界 面 系统限位 I l 数据采集 保护开关 l l传感器 电 机 l l 打印机 图 1 基 于 PL C 的气 动 控 制 系 统 原 理 框 图 常见气动系统原理图如图 2和图 3所示 ．图 3比 图 2增加了两个快速排气 阀． 可以提升系统速度 ． 但对 于需要实现匀速运动的系统来说 ． 图 3难以实现。本文 基 于 图 2的原 理实 现 ． 可 实现 匀 速运 动 。 速 度大 小 可 以 通过调节节流阀实现 图 3可用于冲击试验等控制系 统中 图 2气动 系统原理图 I 图 3气动 系统原理图 2 S 7 2 0 0简介 S 7 2 0 0是一种小型的可编程逻辑控制器 ．适用于 44 各行各业 ， 各种场合 中的检测 、 监测及控制的 自动化 。 S 7 2 0 0具有丰富的指令集、 多种内置集成功能 、 强劲 的 通信能力和强大灵活的扩展能力等 。其相连成 网络能 实现复杂控制功能。 C P U 2 2 6 C N集成 2 4输入／ 1 6输 出， 可连接 7个扩展模块 ．扩展至 2 4 8路数字量 I ／ O点或 3 5路模拟量 I ／ O点 因此西 门子 S 7 2 0 0系列 P L C具有 极高的性价比[ ” 1 编程软件 西 门子 S 7 3 0 0 P L C的编程 软 件为 S T E P 7 ． 而 西 门 子 S 7 2 0 0 P L C的编程软件为 S T E P 7 一 Mi c r o ／ WI N． 其基 本功能是协 助用户完成应用程序 的开发 ．同时它具有 设置 P L C参数 、 加密和运行监视等功能。 编程软件在联 机工作方式 P L C与编程 电脑相连 可 以实现用户程序 的输入 、 编 辑 、 上 载 、 下 载运 行 ， 通讯 测 试及 实 时监 视等 功能。在离线条件下 。 也可 以实现用户程序的输入 、 编 辑 、编译等功能 ．实现各种功能的所需 的程序编辑工 具 ． 都集成在 S T E P 7 一 Mi c r o I N编程软件中闭 2 控制指令 S T E P 7 一 Mi c r 0 ／ WI N软件可以采用梯形 图 软件 中 简称 L a d d e r 、 指令表 软件 中简称 S T L 、 逻辑功能块图 软 件 中简称 F B D 三种 方 式 进 行 编程 与 显 示 ， 三 种 方 式可以相互转换 S 7 2 0 0的用户程序中包括逻辑运算 指令 ， 计数器 、 定时器 、 数学运算 、 智能模块通信等方面 的指令翻 。本文采用 S T L编程。 S 7 2 0 0主要有位操作类指令、定时器和计数器指 令 、 比较操作指令 、 移位操作指令 、 程序控制指令 、 数据 传送指令 、 逻辑运算指令、 表功能指令 、 数据转换指令 、 数据计算指令 、 中断指令和通信指令等。本文编程实现 速度监测主要用到的指令如下 B I T I M O U T ／ ／ 读取 内置 1毫秒计数器的当前值 ． 并 将该值存储于 O U T C I T I M I N O U T ／ ／ 计算 当前时间与 I N所提供时 间 的时差 ． 将该时差存储于 O U T 。 3 速度监测方法 速度等于位移和发生位移所用时间的比值 本文 通过对 S 7 2 0 0控制指令的研究 ． 找到一种气动系统伸 出和缩 回过程平均速度 的计算方法 本方法无需专用 速度检钡 0 设备 ． 采用编程的方法实现 。计算过程如下 ㈩ 式中 I ， 广气缸伸出过程平均速度 ， m ／ s ； Z 气缸运行行程 ． m m 气缸伸 出控制 电磁 阀得 电 Q O ． o为 1 伸 Hy d r a u l i c s P n e u ma t i c s＆ S e a l s ／ No ． 1 1 ． 2 0 1 3 出开始时刻点记录的系统时间 ， m s t ． 气缸伸 出控制 电磁 阀失 电 Q O ． 0为 0 伸 出 结束时刻点记录的系统时间． ms A伸 出速度标定系数 ． 实数。 本文采用两种指令分别计算速度 ．这两种指令可 以得到相同结果 具体如图 4所示 图 4软 件 程 序 流 程 图 程序代码 定 义 A 的存 储 地 址 为 V DI O ， t 。的存 储 地 址 为 V D1 4 ， t 的存储地址为 V D1 8 ， Z 的存储地址为 V D 3 4 ， 中 间变量为 VD 2 2 一 V D 3 0 1 使用 B I T I M O U T指令／ ／ 读 取 内置 1毫秒计数 器的当前值 ， 并将该值存储于 O U T 。 N E T WO R K 1 ／ ／ 捕获开启 Q O ． 0的时 间。 L D Q O ． 0 EU BI 1 1 M VD1 4 N E TW O R K 2 ／ ／ 捕获关 闭 Q O ． 0的时 间。 L D Q O ． 0 ED BI T I M VD1 8 N E TW O R K 3 ／／ 速度计算 、 参数校准。 I D SM0。0 M0VD VD1 8． VD2 2 AENO - D VD1 4． VD22 AEN0 DT R VD 2 2． VD2 6 AEN 0 M0VR VD26． VD3 0 AEN0 R VD1 0． VD3 0 AEN0 MOVR VD3 4． VD38 ／ R VD3 0． VD38 2 使用 C I T I M I N O U T指令， ／ 计算 当前时间与 I N 所提供时间的时差 ， 将该时差存储于 O U T 。 N E T WO R K 1 ， ／ 捕获开启 Q 0 ．0的时间。 L D Q O ． 0 EU B I T I M VD1 4 N E TW O R K 2 ／／ 速度计算 、 参 数校 准。 L D S M0 ． 0 A Q O ． 0 ED CI T【 M VD1 4． VD2 2 AENO DTR VD2 2． VD26 AEN0 M0 VR VD2 6． VD3 0 AENO R VD1 0． VD3 0 AENO M0 VR VD3 4． VD 3 8 ， R VD3 0． VD3 8 4结论 本文介 绍了一种基 于 S 7 2 0 0气动控制系统的平 均速度监控方法 ， 设计 出了可行的气动原理图， 通过软 件编程实现了对气缸速度的在线监测 ， 自动化程度高 ， 简便易行 ，对于一般的具有速度要求的控制系统来说 具有 良好 的应用价值 。 参考文献 [ 1 】 杨后 川， 张瑞， 高建设 ， 等． 西 门子 S 7 2 0 0 P L C应用 1 0 0例【 M】 ． 北京 电子工业出版社． 2 0 0 9 ． [ 2 】 廖 常初． S 7 3 0 0 ／ 4 0 0 P L C应用技术 第二版 [ M] ． 北京 机械工 业出版社． 2 0 0 5 ． [ 3 】 王永华． 现代 电气控制及 P L C应用技术 第二版 【 M】 ． 北京 北 京航 空航 天大学出版社． 2 0 0 8 ． 4 5
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