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大连工业大学 2015届本科生毕业设计（论文）
第三章 控制系统的硬件设计
3.1 控制系统设计的基本步骤
在开始设计之前，要详细了解哪些信号需输入控制器、是模拟量还是数字量、采用什么方式等工艺过程和控制要求。
1.设计的总体方案确定：根据自己的需要或者设备的运动需求确定电气控制方案。
2.确定输入/输出元件以及控制器机型：根据所需要的输入输出点选择合适的输入输出软件，然后根据输入输出选择合适的控制器。
3.分配控制器的点数：明确输入设备与控制器输入点的对应关系，输出执行元件与各输出点之间的关系，合理的分配I/O点。
4.程序（梯形图）的编制：完成I/O点分配后，就可以根据自己的需要或者设备自动化的运动动作设计自己的程序，设计程序需要根据设备的功能来考虑，思路要严谨，程序的质量将会影响设备运行的可靠性和稳定性。
5.调试应用程序：对编好的程序进行模拟调试，以防止因编程考虑不周导致设备运行时会出现的问题。
6.联机调试程序：联机调试可以发现程序的错误和不足，进行及时改正，调试前应该进行周密的计划，避免盲目地修改程序。
7.编写技术文件：保存编好的程序，并写出详细的明细表，绘制电气原理图及主要电路图，编写控制系统说明书等。
3.2 控制器的选择
可编程控制器，是指以计算机技术为基础的新型工业控制技术。目前已被广泛应用于各个领域。可编程控制器是计算机家族中的一员，是为工业控制而设计制造的，早期的可编程控制器被称为可编程逻辑控制器。后来的可编程控制器以微处理器为核心，功能不仅限于逻辑控制，所以又将其称为Programmable Controller，简称PLC[10]。
PLC的应用广泛、功能强大，是现代工业自动化的主要设备之一。PLC在现代工业中使用十分广泛，随着科技的不断发展，其功能也越来越多，不仅
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仅用于逻辑控制。越来越多的生产厂家生产出性能优越的PLC。PLC已经应用在各种机械设备和生产过程的自动控制系统中，PLC在其他领域，例如在家庭自动化的应用也得到了迅速的发展。
所以MPS05模块化自动化生产线选择PLC来实现控制功能。本设备三站选用西门子可编程控制器S7-1200型PLC，CPU型号为1214C。PLC自带两路模拟量输入，集成PROFINET接口[11]，使得编程、调试过程以及控制器和人机界面的通信可以全面地使用工业以太网技术；同时集成高级功能，如脉冲输出、高速计数、运动控制等。SIMATIC S7-1200 小型控制器是S7-200的替代品，它的设计具备可扩展性和灵活性，使其能够精确完成自动化任务对控制器的复杂要求。CPU本体可以通过嵌入输入/输出信号板完成灵活扩展，信号板嵌入在CPU模块的前端，可以提供两个数字量输入/数字量输出接口或者一个模拟量输出[12]。S7-1200的样式如图3.1所示：
图3.1 S7-1200图样
3.3 编程软件选择
编程设备一般在计算机上运行，主要作用是对PLC的开发应用，测试运
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行、检测CPU的工作状态，以及根据个人需求运动来编写所需程序。不同的PLC需要用不同的编程软件来编写程序，例如本次设计选择了S7-1200的PLC ，所以编程软件为TIA 博途STEP 7 V13，博途软件可对S7-1200，S7-300，S7-1500，S7-400，及西门子触摸屏进行编程组态，是西门子公司近几年新推出的一款多功能编程软件,比较适合入门级的使用[13]。
3.4气动元件选择
自动化模块化生产线—III站所使用的气动执行包括普通气缸和三轴气缸两种，三轴气缸选择的是SMC气缸MGPL25-50薄型带导杆三轴气缸，三轴气缸在精度以及安全上都要好于普通气缸。气缸工作时比较电磁阀安装在工作台导轨上，方便接线、接管调试。本设备使用到的气动控制元件包括两位五通单电控电磁阀、两位五通双电控电磁阀。具体型号如图3.2所示：
图3.2电磁阀组
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3.5步进电机和步进驱动器的选择
图3.3 步进驱动器
根据设计的要求，分度装盘在旋转运输工件的精度，选择步进电机作为分度转盘的旋转电机，因为步进电机相对比伺服电机价格便宜，而且满足设计的需要，本次设计所采用的是富兴DC2405M两相混合式步进电机，至于步进驱动器，则是选择了两相四线细分驱动器适用机型：4A以下 42-86系列两相混合式步进电机，DB 2相4线，工作电压6-36V，步距角1.8度 ,15档细分，可通过拨码开关进行设置，最高128细分[14]。如图3.3所示，为步进驱动器。
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