畢業(yè)設(shè)計電鍍生產(chǎn)線控制的設(shè)計

1、畢業(yè)設(shè)計說明書題 目 電鍍生產(chǎn)線控制的設(shè)計 專 業(yè) 機電一體化技術(shù) 班 級 姓 名 學(xué) 號 指導(dǎo)教師 二一年 畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書 設(shè)計題目：電鍍生產(chǎn)線控制的設(shè)計設(shè)計條件： 要求設(shè)計一電鍍生產(chǎn)線控制，電鍍生產(chǎn)線上采用專用的行車和可升降的吊鉤，生產(chǎn)線有三個槽位（鍍槽，回收液槽，清水槽），電鍍時將工件依次放入槽中、電鍍、行車返回，電鍍一個工件結(jié)束。1）電鍍生產(chǎn)線上采用專用的行車和可升降的吊鉤，行車和吊鉤各由一臺電機拖動。行車的進退和吊鉤的升降均有相應(yīng)的限位開關(guān)sq定位。2） 工件在三個槽位均需停留一段時間。工件放入鍍槽中，電鍍280s后提起，停放28s，讓鍍液從工件上流回鍍槽，然后放入回收液槽浸

2、30s，提取后停15s，接著放入清水槽中清洗30s。最后提起停15s后，行車返回原位，電鍍一個工件的全過程結(jié)束。（原位是指行車在掛件架上方，吊鉤下降到最下方，在原位，操作人員把將要電鍍的工件放在掛具上，即可開始電鍍工作）3） 整個電鍍生產(chǎn)線完成一個工作循環(huán)，再按下啟動按鈕，則開始第二個工作循環(huán)。設(shè)計任務(wù)：要求掌握要求掌握一般檢測控制系統(tǒng)的設(shè)計方法；掌握plc的結(jié)構(gòu)和功能，學(xué)會plc的硬件設(shè)計，并能通過梯形圖進行軟件編程，實現(xiàn)所要求的功能。具體設(shè)計內(nèi)容包括：1）課題的來源和意義，系統(tǒng)設(shè)計方案的確定及說明。2）系統(tǒng)硬件電路設(shè)計、繪制及硬件電路功能說明。3）系統(tǒng)軟件功能實現(xiàn)及程序流程圖。起止日期：2

3、010年10月11日2011年1月15日（共8周）指導(dǎo)教師：孫永芳 審核（教研室主任）： 批準（系主任）：設(shè)計評語：指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日答 辯：考核組長：總 成 績：摘 要工業(yè)電鍍生產(chǎn)線工位多、生產(chǎn)復(fù)雜，人工操作隨機性大，影響產(chǎn)品質(zhì)量。電鍍產(chǎn)品的質(zhì)量除了要有好的成熟的電鍍工藝和品質(zhì)好的鍍液添加劑外，如何保證電鍍產(chǎn)品嚴格按照電鍍工藝流程運行和保證產(chǎn)品的電鍍時間則是決定電鍍產(chǎn)品質(zhì)量和品質(zhì)的重要因素。基于plc的電鍍生產(chǎn)線監(jiān)控系統(tǒng)，不但可以使電鍍產(chǎn)品的質(zhì)量和品質(zhì)得到嚴格的保證，減少廢品率，而且還可以實現(xiàn)遠程的監(jiān)控還可以提高生產(chǎn)效率和減輕工人的勞動強度和更好的保證工人的人身安全，有非常好的經(jīng)濟效

4、益和社會效益。文中對系統(tǒng)中自動電鍍過程進行了具體實現(xiàn)。以s7-200作為主控制器，行程開關(guān)檢測。并詳細闡述了其工作原理、基本功能框圖、關(guān)鍵設(shè)計技術(shù)及軟件工作流程，最后進行了軟件實現(xiàn)，達到了系統(tǒng)要求的功能。關(guān)鍵詞：電鍍生產(chǎn)線 plc s7-200 目 錄第一章 緒 論11.1 plc在工業(yè)產(chǎn)品中的應(yīng)用11.2mcgs在工業(yè)控制中的應(yīng)用2第二章 電鍍生產(chǎn)線的功能要求3第三章 電鍍生產(chǎn)線的總體設(shè)計方案43.1 電鍍行車設(shè)計思路43.2電鍍行車的工作過程53.3 電鍍行車控制系統(tǒng)的設(shè)計6第四章 硬件電路84.1 siemens s7-200 plc簡介84.2 電鍍行車plc選型和i/o地址分配11第

5、五章 軟件設(shè)計145.1 電鍍行車控制流程圖145.2行車控制程序16第六章 組態(tài)實現(xiàn)電鍍過程256.1 mcgs組態(tài)軟件的系統(tǒng)構(gòu)成256.2mcgs 組態(tài)軟件組成部分256.3 組態(tài)實現(xiàn)26第七章 結(jié) 論30致 謝31參考文獻32第一章 緒 論1.1 plc在工業(yè)產(chǎn)品中的應(yīng)用plc是可編程控制器（programmable logic controller）的簡稱，是指以計算機技術(shù)為基礎(chǔ)的新型工業(yè)控制裝置。在1987年國際電工委員會（international electrical committee）頒布的plc標準草案中對plc做了如下定義： “plc是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的數(shù)

6、字運算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、計時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。plc及其有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)該按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴展其功能的原則而設(shè)計。”21世紀，plc會有更大的發(fā)展。技術(shù)上，計算機技術(shù)的新成果會更多地應(yīng)用于可編程控制器的設(shè)計和制造上，會有運算速度更快、存儲容量更大、智能更強的品種出現(xiàn)；產(chǎn)品規(guī)模上，會進一步向超小型及超大型方向發(fā)展；從產(chǎn)品的配套性上看，產(chǎn)品的品種會更豐富、規(guī)格更齊全，完美的人機界面、完備的通信設(shè)備會更好地適應(yīng)各種工業(yè)控制場合的需求；

7、伴隨著計算機網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，可編程控制器作為自動化控制網(wǎng)絡(luò)和國際通用網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分，將在工業(yè)及工業(yè)以外的眾多領(lǐng)域發(fā)揮越來越大的作用。其中s7-200 plc是一種小型plc，其結(jié)構(gòu)緊湊，功能強大，適用于各行各業(yè)，各種場合中的檢測、監(jiān)測及控制的自動化。 s7-200系列的強大功能使其無論在獨立運行中，或相連成網(wǎng)絡(luò)皆能實現(xiàn)復(fù)雜控制功能。 本文介紹以s7-200系列plc為核心的電鍍生產(chǎn)線控制，詳細闡述了其工作原理、基本功能框圖、關(guān)鍵設(shè)計技術(shù)及軟件工作流程，極高的性價比?！?.2 mcgs在工業(yè)控制中的應(yīng)用mcgs 是一套用于快速構(gòu)造和生成計算機監(jiān)控系統(tǒng)的組態(tài)軟件，它能夠在基于microsoft 的

8、各種32位windows 平臺上運行，mcgs 軟件系統(tǒng)包括組態(tài)環(huán)境和運行環(huán)境兩個部分，組態(tài)環(huán)境相當(dāng)于一套完整的工具軟件，用戶可以利用它設(shè)計和開發(fā)自己的應(yīng)用系統(tǒng)。課題背景及設(shè)計思想工業(yè)電鍍生產(chǎn)線工位多、生產(chǎn)復(fù)雜，同時在電鍍中氧化、酸洗、堿洗、電鍍等許多工藝具有嚴重的化學(xué)污染和腐蝕，對人的身心健康十分不利，而且人工操作隨機性大，影響產(chǎn)品質(zhì)量。早期的電鍍工藝控制主要是使用順序控制器，由于其電路復(fù)雜，接口多，受外界干擾大，工作可靠性差，維護也困難?；趐lc的電鍍生產(chǎn)線監(jiān)控系統(tǒng)，不但可以使電鍍產(chǎn)品的質(zhì)量和品質(zhì)得到嚴格的保證，減少廢品率，而且還可以實現(xiàn)遠程的監(jiān)控還可以提高生產(chǎn)效率和減輕工人的勞動強度和

9、更好的保證工人的人身安全，有非常好的經(jīng)濟效益和社會效益。plc可以保證電鍍產(chǎn)品嚴格按照電鍍工藝流程運行和保證產(chǎn)品的電鍍時間，從而很好的決定電鍍產(chǎn)品質(zhì)量和品質(zhì)的重要因素，通過plc可以實現(xiàn)電鍍行車的準確運行，準確掌握電鍍時間，提高生產(chǎn)效率。下文以西門子s7-200plc對電鍍生產(chǎn)過程的管理作為研究對象來進行討論。第二章 電鍍生產(chǎn)線的功能要求電鍍生產(chǎn)線上采用專用的行車，行車上裝有可升降的吊鉤，行車和吊鉤各有一臺電動機拖動，行車進退和吊鉤升降由限位開關(guān)控制，限定為三槽位，有三個槽位分別為鍍槽、回收液槽、清水槽，電鍍時將工件依次放入槽中、電鍍完成行車返回，電鍍一個工件結(jié)束。1）電鍍生產(chǎn)線上采用專用的行

10、車和可升降的吊鉤，行車和吊鉤各由一臺電機拖動。行車的進退和吊鉤的升降均有相應(yīng)的限位開關(guān)sq定位。2）工件在三個槽位均需停留一段時間。工件放入鍍槽中，電鍍280s后提起，停放28s，讓鍍液從工件上流回鍍槽，然后放入回收液槽浸30s，提取后停15s，接著放入清水槽中清洗30s。最后提起停15s后，行車返回原位，電鍍一個工件的全過程結(jié)束。（原位是指行車在掛件架上方，吊鉤下降到最下方，在原位，操作人員把將要電鍍的工件放在掛具上，即可開始電鍍工作）3）整個電鍍生產(chǎn)線完成一個工作循環(huán)，再按下啟動按鈕，則開始第二個工作循環(huán)。第三章 電鍍生產(chǎn)線的總體設(shè)計方案3.1 電鍍行車設(shè)計思路plc軟件系統(tǒng)由系統(tǒng)程序和用

11、戶程序兩部分組成。系統(tǒng)程序包括監(jiān)控程序、編譯程序、診斷程序等，主要用于管理全機、將程序語言翻譯成機器語言，診斷機器故障。系統(tǒng)軟件由plc廠家提供并已固化在eprom中，不能直接存取和干預(yù)。用戶程序是用戶根據(jù)現(xiàn)場控制要求，用plc的程序語言編制的應(yīng)用程序（也就是邏輯控制）用來實現(xiàn)各種控制。step7是用于simatic可編程邏輯控制器組態(tài)和編程的標準軟件包，也就是用戶程序，我們就是使用step7來進行硬件組態(tài)和邏輯程序編制，以及邏輯程序執(zhí)行結(jié)果的在線監(jiān)視?？傮w設(shè)計方案分為硬件設(shè)計與軟件設(shè)計兩大部分，是以s7-200系列plc來進行控制和數(shù)據(jù)的處理與傳輸，同時配以相應(yīng)硬件電路來控制升降電動機、前后

12、電動機動作，來實現(xiàn)電鍍行車的全自動運行。電鍍行車采用遠距離控制，起吊物品是有待進行電鍍的各種產(chǎn)品零件。根據(jù)電鍍加工工藝的要求，電鍍行車的結(jié)構(gòu)與動作流程如圖31所示，圖中電鍍槽、回收液槽、清洗槽槽中裝有各種電鍍液。實際生產(chǎn)中電鍍槽的數(shù)量由電鍍工藝要求決定，本設(shè)計中以3個電鍍槽進行介紹，在該系統(tǒng)中，每個槽位的定位由行程開關(guān)確定。電鍍行車運行軟件部分主要為整個流程的控制程序，運用plc程序語言編寫，程序存儲在s7-200 plc的內(nèi)存中。圖31 動作模擬圖3.2 電鍍行車的工作過程電鍍行車的工作過程如圖31所示1在電鍍生產(chǎn)線一側(cè)，工人將待加工的零件裝入吊籃，發(fā)出控制信號后，行車自動上升，并逐段前進，

13、根據(jù)工藝要求在相應(yīng)槽位停止。2行車停留在某個槽位上面后，自動下降，停留一規(guī)定的時間（各槽位停留的時間根據(jù)工藝要求預(yù)先設(shè)定），再自動上升并在槽位上方停留一段時間保證電鍍?nèi)芤和耆骰仉婂儾邸?如此完成電鍍工藝規(guī)定的各道工藝，直至生產(chǎn)線的末端。然后，自動返回原位，由工人卸下處理好的零件。電鍍行車加工過程的控制是順序控制。由吊籃上升、前進、下降、延時停留、上升、延時停留、退回等工序組成。這樣一次循環(huán)加工完成。將上面的順序功能圖轉(zhuǎn)化成plc程序，在s7-200編程軟件上編譯后就可以下載到plc上運行。3.3 電鍍行車控制系統(tǒng)的設(shè)計圖32電鍍行車的前后和升降運動由三相交流異步電動機拖動。根據(jù)電鍍行車的運動

14、要求，選用兩臺y系列電動機進行拖動電動機數(shù)據(jù)（型號y802-4，pn=0.75kw，in=2a，n=1390r/min，un=380v）拖動控制系統(tǒng)如圖3-2，其中，行車的前進和后退，上升和下降控制通過電動機的正反轉(zhuǎn)來實現(xiàn)，在平移過程中，升降電機采用電磁抱閘制動（失電制動型），以防止吊籃因自重下滑。圖中，接觸器km1、km2通過控制“升/降”電動機的正、反轉(zhuǎn)，實現(xiàn)行車的上升和下降；接觸器km3、km4通過控制“前/后”電動機，實現(xiàn)行車的前進和后退。qs為總開關(guān)，fu為熔斷器保護整個電路，fr1、fr2為熱繼電器，起保護作用。 第四章 硬件電路4.1 siemens s7-200 plc簡介pl

15、c的構(gòu)成，plc分為固定式和組合式（模塊式）兩種。固定式plc包括cpu板、i/o板、顯示面板、內(nèi)存塊、電源等，這些元素組合成一個不可拆卸的整體。模塊式plc包括cpu模塊、i/o模塊、內(nèi)存、電源模塊、底板或機架，這些模塊可以按照一定規(guī)則組合配置。cpu是plc的核心，起神經(jīng)中樞的作用，每套plc至少有一個cpu，它按plc的系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存貯用戶程序和數(shù)據(jù)，用掃描的方式采集由現(xiàn)場輸入裝置送來的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并存入規(guī)定的寄存器中，同時，診斷電源和plc內(nèi)部電路的工作狀態(tài)和編程過程中的語法錯誤等。進入運行后，從用戶程序存貯器中逐條讀取指令，經(jīng)分析后再按指令規(guī)定的任務(wù)產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號，去

16、指揮有關(guān)的控制電路。cpu主要由運算器、控制器、寄存器及實現(xiàn)它們之間聯(lián)系的數(shù)據(jù)、控制及狀態(tài)總線構(gòu)成，cpu單元還包括外圍芯片、總線接口及有關(guān)電路。內(nèi)存主要用于存儲程序及數(shù)據(jù)，是plc不可缺少的組成單元。cpu速度和內(nèi)存容量是plc的重要參數(shù)，它們決定著plc的工作速度，io數(shù)量及軟件容量等，因此限制著控制規(guī)模。plc與電氣回路的接口，是通過輸入輸出部分（i/o）完成的。i/o模塊集成了plc的i/o電路，其輸入暫存器反映輸入信號狀態(tài)，輸出點反映輸出鎖存器狀態(tài)。輸入模塊將電信號變換成數(shù)字信號進入plc系統(tǒng)，輸出模塊相反。i/o分為開關(guān)量輸入（di），開關(guān)量輸出（do），模擬量輸入（ai），模擬量

17、輸出（ao）等模塊。plc電源用于為plc各模塊的集成電路提供工作電源。同時，有的還為輸入電路提供24v的工作電源。電源輸入類型有：交流電源（220v ac或110v ac），直流電源（常用的為24v dc）。大多數(shù)模塊式plc使用底板或機架，其作用是：電氣上，實現(xiàn)各模塊間的聯(lián)系，使cpu能訪問底板上的所有模塊，機械上，實現(xiàn)各模塊間的連接，使各模塊構(gòu)成一個整體。編程器是plc開發(fā)應(yīng)用、監(jiān)測運行、檢查維護不可缺少的器件，用于編程、對系統(tǒng)作一些設(shè)定、監(jiān)控plc及plc所控制的系統(tǒng)的工作狀況，但它不直接參與現(xiàn)場控制運行。小編程器plc一般有手持型編程器，目前一般由計算機（運行編程軟件）充當(dāng)編程器。也

18、就是我們系統(tǒng)的上位機。s7-200由德國西門子公司生產(chǎn)制造，s7-200系列微型可編程序控制器發(fā)展至今，大致經(jīng)歷了兩代第一代產(chǎn)品其cpu模塊命名為cpu 21x主機可以擴展，它具有四種不同結(jié)構(gòu)配置的cpu單元：cpu 212，cpu 214，cpu 215和cpu 216。第二代產(chǎn)品其cpu模塊為cpu 22x，是在21世紀初投放市場的，速度快，具有較強的通信能力。它具有四種不同結(jié)構(gòu)配置的cpu單元：cpu 221，cpu 222，cpu 224和cpu 226，除cpu 221之外，其他都可加擴展模塊。s7-200系統(tǒng)硬件由cpu模塊和擴展模塊兩大部分構(gòu)成。表4.1 cpu模塊型號cpu類型

19、電源電壓輸入電壓輸出電壓輸出電流cpu221dc輸出dc輸入24vdc24vdc24vdc0.75a,晶體管繼電器輸出dc輸入85-264 vdc24vdc24vdc24-230 vdc2a,繼電器cpu222cpu224cpu226dc輸出24vdc24vdc24vdc0.75a,晶體管繼電器輸出85-264 vdc24vdc24vdc24-230 vdc2a,繼電器本系統(tǒng)中使用s7-200系列cpu 222，該模塊主要性能：表4.2 cpu222模塊的主要性能參數(shù)性能指標參數(shù)用戶程序區(qū)4k字節(jié)數(shù)據(jù)存儲區(qū)2k字節(jié)cpu內(nèi)置i/o點數(shù)8/6擴展i/o點數(shù)16/16掃描時間/1條指令0.37us

20、最大i/o點數(shù)256位存儲區(qū)256計數(shù)器256計時器256時鐘功能可選數(shù)字量輸入濾波標準模擬量輸入濾波標準高速計數(shù)器4個30khz脈沖輸入2個20khz通訊口1rs4854.2 電鍍行車plc選型和i/o地址分配根據(jù)電鍍行車的控制要求，選用s7-200系列plc cpu222模塊，其中基本l/o點數(shù)為8/6，在電鍍行車plc控制系統(tǒng)中，plc的i/o點數(shù)隨電鍍槽的數(shù)目不同而不同，3個電鍍槽的控制系統(tǒng)共需要plc有7點輸入，4點的輸出。在本例中，需要7輸入點，4輸出點，plc的i/o地址分配情況如表4.2所示，plc的i/o接線如圖4-1所示。.圖4-1 plc外部接線圖表4.2 i/o分配輸入

21、原件代號輸入地址功能定義sq1i0.0原位行程開關(guān)sq2i0.1電鍍槽行程開關(guān)sq3i0.2回收槽位行程開關(guān)sq4i0.3清洗槽位行程開關(guān)sq5i0.4最高位行程開關(guān)sq6i0.5工作位行程開關(guān)km1q0.0升、降控制交流接觸器km2q0.1km3q0.2前后控制交流接觸器km4q0.3sb1i0.6啟動按鈕sb2停止按鈕第五章 軟件設(shè)計5.1 電鍍行車控制流程圖軟件是建立在硬件的基礎(chǔ)上，確定程序結(jié)構(gòu)然后進行主程序的設(shè)計。電鍍行車的軟件部分主要由主程序及流程圖來實現(xiàn)控制要求。圖32是本系統(tǒng)的plc流程圖，流程圖中采用內(nèi)部輔助繼電器來完成各個功能，通過對流程圖的翻譯生成plc程序。圖32 流程圖

22、5.2 行車控制程序根據(jù)圖32流程圖，我們將它翻譯成plc程序，如下圖以上程序采用s7-200plc編寫，按照順序功能圖翻譯程序，采用起保停的方法進行轉(zhuǎn)換，從而實現(xiàn)電鍍行車電鍍、回收、清洗。程序中使用到了，置位和復(fù)位指令，使程序更加可讀，以及這一過程中的環(huán)節(jié)的準確定時，使的生產(chǎn)線更加智能化。第六章 組態(tài)實現(xiàn)電鍍過程6.1 mcgs組態(tài)軟件的系統(tǒng)構(gòu)成mcgs軟件系統(tǒng)包括組態(tài)環(huán)境和運行環(huán)境兩個部分。組態(tài)環(huán)境相當(dāng)于一套完整的工具軟件，幫助用戶設(shè)計和構(gòu)造自己的應(yīng)用系統(tǒng)。運行環(huán)境則按照組態(tài)環(huán)境中構(gòu)造的mcgs組態(tài)工程，以用戶指定的方式運行，并進行各種處理，完成用戶組態(tài)設(shè)計的目標和功能。mcgs 組態(tài)軟件

23、（以下簡稱 mcgs）由“mcgs 組態(tài)環(huán)境”和“mcgs 運行環(huán)境” 兩個系統(tǒng)組成。兩部分互相獨立，又緊密相關(guān)。6.2 mcgs 組態(tài)軟件組成部分mcgs組態(tài)軟件所建立的工程由主控窗口、設(shè)備窗口、用戶窗口、實時數(shù)據(jù)庫和運行策略五部分構(gòu)成，每一部分分別進行組態(tài)操作，完成不同的工作，具有不同的特性。6.3 組態(tài)實現(xiàn)圖6-1 用戶窗口上圖中紫色橢圓形代表電鍍行車，黑色線條代表行車軌道，還具有三個按鈕用來控制運行過程。圖6-2 實時數(shù)據(jù)庫腳本程序：if start=1 then 原位上升=原位上升+10 原位上升1=1endifif 原位上升290 then 原位上升1=0 原位上升=290 行車前往渡槽1=1endifif 行車前往渡槽1=1 then 行車前往渡槽=行車前往渡槽+10endifif 行車前往渡槽340 then 行車前往渡槽=340 原位上升1=0 行車前往渡槽1=0 吊鉤下降到渡槽1=1endif if 吊鉤下降到渡槽1=1 then 吊鉤下降到渡槽=吊鉤下降到渡槽-10endifif 吊鉤下降到渡槽10 then num=0 o=1endifif o=1 then 吊鉤離開渡槽=吊鉤離開