沈陽化工電鍍生產(chǎn)線上plc的應(yīng)用畢業(yè)設(shè)計答辯成績90分以上

1、沈陽化工大學(xué)本科畢業(yè)論文題 目：電鍍生產(chǎn)控制中PLC的應(yīng)用院 系：專 業(yè)：電氣工程及其自動化班 級：學(xué) 號：學(xué)生姓名：指導(dǎo)教師：論文提交日期： 2021 年 6 月 15 日論文答辯日期： 2021 年 6 月 18 日 畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書 電氣工程及其自動化專業(yè)畢業(yè)設(shè)計（論文）題目：電鍍生產(chǎn)控制中PLC的應(yīng)用畢業(yè)設(shè)計（論文）內(nèi)容：利用德國西門子PLCS7-200進(jìn)行自動化電鍍生產(chǎn)線控制，重點(diǎn)列出了系統(tǒng)軟硬件設(shè)計部分，并畫出了系統(tǒng)的硬件接線圖、PLC控制I/O端口分配表以及整體程序流程圖等。畢業(yè)設(shè)計（論文）專題部分:1、 控制對象的設(shè)計要求。2、 PLC機(jī)型的選擇。3、 I/O分配表及其端

2、子接線圖。4、 主電路的設(shè)計。5、 電鍍生產(chǎn)線的工作流程圖。6、 PLC梯形圖設(shè)計。起止時間： 2021年3月- 2021年6月指導(dǎo)教師： 簽字 年 月 日教研主任： 簽字 年 月 日學(xué)院院長： 簽字 年 月 日摘 要本文探討了如何利用德國西門子PLC S7-200進(jìn)行自動化電鍍生產(chǎn)線控制，在本次設(shè)計中，我們從自動控制技術(shù)器件在國內(nèi)的應(yīng)用前景及電鍍生產(chǎn)線生產(chǎn)現(xiàn)場的環(huán)境來考慮，以使該生產(chǎn)線真正具備自動生產(chǎn)運(yùn)行為目的，制定了采用在當(dāng)前及以后都應(yīng)用廣泛且能適應(yīng)多種環(huán)境的可編程控制器來控制整個整個工作流程的方案。重點(diǎn)分析了系統(tǒng)軟硬件設(shè)計部分，并給出了系統(tǒng)硬件接線圖、PLC控制I/O端口分配表以及整體程

3、序流程圖等，實(shí)現(xiàn)了電鍍生產(chǎn)自動化，提高了生產(chǎn)效率，降低了勞動強(qiáng)度。為適應(yīng)現(xiàn)代傳統(tǒng)的工業(yè)控制系統(tǒng)，我們還采用了基于組態(tài)王軟件的系統(tǒng)作為上位機(jī)，配合下位機(jī)PLC完成了該系統(tǒng)的實(shí)時監(jiān)控系統(tǒng)功能，更好的使該自動生產(chǎn)系統(tǒng)融入到現(xiàn)代工業(yè)控制領(lǐng)域中。關(guān)鍵詞：PLC、電鍍、組態(tài)王ABSTRACTHow did the article discuss has carried on the automated galvanization production line control using German SimensPLC S7-200, in this design, we produced the sc

4、ene from the automatic control technology component in the domestic application prospect and the galvanization production line the environment to consider, take caused this production line truly to have the automatic production movement as the goal, will formulate has used in current and later all a

5、pplies widespread also can adapt the many kinds of environment programmable controller to control the entire work flow the plan.Has analyzed the system software and hardware design part with emphasis, and gave the system hardware wiring diagram, PLC has controlled the I/O port distribution list as w

6、ell as the overall program flow diagram and so on, has realized the galvanization production automation, enhanced the production efficiency, reduced the labor intensityIn order to adapt the modern tradition industry control system, we also used based on the configuration king software system had tak

7、en on the position machine, coordinate lower position machine PLC has completed this system real-time monitoring system function, better caused this automatic production system to integrate to the modern industry control domain in.KEY WORDS: PLC 、Galvanization、Configuration King目 錄前 言1第1章工藝要求分析21.1

8、PLC的發(fā)展和歷史趨勢21.2 PLC系統(tǒng)組成及各部分的功能31.3 PLC的基本工作原理41.4電鍍生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)概述與選題背景意義41.4.1 生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)的概述41.4.2 課題的選題背景及意義51.5控制對象的設(shè)計要求詳述61.6電鍍生產(chǎn)線的工作流程圖 .7第2章系統(tǒng)的硬件設(shè)計82.1 PLC機(jī)型選擇82.2 I/O分配表及其端子接線圖82.3主電路的設(shè)計11第3章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計123.1 軟件的組成及作用123.1.1 PLC內(nèi)部資源123.1.2 PLC編程語言133.1.3 組態(tài)軟件143.2 PLC梯形圖設(shè)計163.3 組態(tài)王軟件設(shè)計17第4章軟硬件調(diào)試實(shí)現(xiàn)27結(jié)束語3

9、0參考文獻(xiàn).31致謝.321前 言電鍍生產(chǎn)線按照其工藝要求和規(guī)模一般設(shè)計有兩臺行車、三臺行車和四臺行車工作，每臺行車都根據(jù)已編制好的各自的程序運(yùn)行；對于行車的自動控制，早期是采用繼電器邏輯電路和順序控制器，發(fā)展至今其控制方式已采用可編程控制器PLC作為核心控制部件，其控制更為安全、可靠、方便、靈活，自動化程度更高。一件電鍍產(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(yán)格按照電鍍工藝流程運(yùn)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。在電鍍生產(chǎn)線上采用自動化控制不但可以使電鍍產(chǎn)品的質(zhì)量和品質(zhì)得到嚴(yán)格的保證，有效的減少廢品率，而且還可以提高生產(chǎn)效率和減

10、輕工人的勞動強(qiáng)度，有著非常好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，電鍍生產(chǎn)線上對行車的自動控制則是電鍍生產(chǎn)線自動化控制的關(guān)鍵。用PLC輔以變頻器對電鍍自動生產(chǎn)線行車進(jìn)行自動控制，具有結(jié)構(gòu)簡單、編程方便、操作靈活、使用安全、工作穩(wěn)定、性能可靠和抗干擾能力強(qiáng)的特點(diǎn)，是一種很有效的自動控制方式，是電鍍生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)高效、低成本、高質(zhì)量自動化生產(chǎn)的發(fā)展的主流方向。為此，我選定了該題目，簡單的實(shí)現(xiàn)了電鍍生產(chǎn)線的自動工作流程，并進(jìn)行了簡單的軟件設(shè)計，從畫面上達(dá)到了該系統(tǒng)的監(jiān)控目的。第1章 緒論1.1 PLC的發(fā)展和歷史趨勢二十世紀(jì)六十年代美國推出可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PL

11、C）取代傳統(tǒng)繼電器控制裝置以來，PLC得到了快速發(fā)展，在世界各地得到了廣泛應(yīng)用。同時，PLC的功能也不斷完善。隨著計算機(jī)技術(shù)、信號處理技術(shù)、控制技術(shù)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展和用戶需求的不斷提高，PLC在開關(guān)量處理的基礎(chǔ)上增加了模擬量處理和運(yùn)動控制等功能。今天的PLC不再局限于邏輯控制，在運(yùn)動控制、過程控制等領(lǐng)域也發(fā)揮著十分重要的作用。 作為離散控的制的首選產(chǎn)品，PLC在二十世紀(jì)八十年代至九十年代得到了迅速發(fā)展，世界范圍內(nèi)的PLC年增長率保持為20%30%。隨著工廠自動化程度的不斷提高和PLC市場容量基數(shù)的不斷擴(kuò)大，近年來PLC在工業(yè)發(fā)達(dá)國家的增長速度放緩。但是，在中國等發(fā)展中國家PLC的增長十分迅速

12、。綜合相關(guān)資料，2004年全球PLC的銷售收入為100億美元左右，在自動化領(lǐng)域占據(jù)著十分重要的位置。 PLC是由摸仿原繼電器控制原理發(fā)展起來的，二十世紀(jì)七十年代的PLC只有開關(guān)量邏輯控制，首先應(yīng)用的是汽車制造行業(yè)。它以存儲執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時、計數(shù)和運(yùn)算等操作的指令；并通過數(shù)字輸入和輸出操作，來控制各類機(jī)械或生產(chǎn)過程。用戶編制的控制程序表達(dá)了生產(chǎn)過程的工藝要求，并事先存入PLC的用戶程序存儲器中。運(yùn)行時按存儲程序的內(nèi)容逐條執(zhí)行，以完成工藝流程要求的操作。PLC的CPU內(nèi)有指示程序步存儲地址的程序計數(shù)器，在程序運(yùn)行過程中，每執(zhí)行一步該計數(shù)器自動加1，程序從起始步（步序號為零）起依次執(zhí)行到

13、最終步（通常為END指令），然后再返回起始步循環(huán)運(yùn)算。PLC每完成一次循環(huán)操作所需的時間稱為一個掃描周期。不同型號的PLC，循環(huán)掃描周期在1微秒到幾十微秒之間。PLC用梯形圖編程，在解算邏輯方面，表現(xiàn)出快速的優(yōu)點(diǎn)，在微秒量級，解算1K邏輯程序不到1毫秒。它把所有的輸入都當(dāng)成開關(guān)量來處理，16位（也有32位的）為一個模擬量。大型PLC使用另外一個CPU來完成模擬量的運(yùn)算。把計算結(jié)果送給PLC的控制器。相同I/O點(diǎn)數(shù)的系統(tǒng)，用PLC比用DCS，其成本要低一些（大約能省40%左右）。PLC沒有專用操作站，它用的軟件和硬件都是通用的，所以維護(hù)成本比DCS要低很多。一個PLC的控制器，可以接收幾千個I/

14、O點(diǎn)（最多可達(dá)8000多個I/O）。如果被控對象主要是設(shè)備連鎖、回路很少，采用PLC較為合適。PLC由于采用通用軟件，在設(shè)計企業(yè)的管理信息系統(tǒng)方面，要容易一些。 近10年來，隨著PLC價格的不斷降低和用戶需求的不斷擴(kuò)大，越來越多的中小設(shè)備開始采用PLC進(jìn)行控制，PLC在我國的應(yīng)用增長十分迅速。隨著中國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展和基礎(chǔ)自動化水平的不斷提高，今后一段時期內(nèi)PLC在我國仍將保持高速增長勢頭。1.2 PLC系統(tǒng)組成及各部分的功能1.CPU運(yùn)算和控制中心它在整個系統(tǒng)中起“心臟”作用。 2.存儲器具有記憶功能的半導(dǎo)體電路，分為系統(tǒng)程序存儲器和用戶存儲器。系統(tǒng)程序存儲器用以存放系統(tǒng)程序，包括管理程序，監(jiān)

15、控程序以及對用戶程序做編譯處理的解釋編譯程序。由只讀存儲器、ROM組成。廠家使用的，內(nèi)容不可更改，斷電不消失。用戶存儲器：分為用戶程序存儲區(qū)和工作數(shù)據(jù)存儲區(qū)。由隨機(jī)存取存儲器（RAM）組成。3.輸入/輸出接口(1) 輸入接口：輸入接口電路工作過程：當(dāng)開關(guān)合上，二極管發(fā)光，然后三極管在光的照射下導(dǎo)通，向內(nèi)部電路輸入信號。當(dāng)開關(guān)斷開，二極管不發(fā)光，三極管不導(dǎo)通。向內(nèi)部電路輸入信號。也就是通過輸入接口電路把外部的開關(guān)信號轉(zhuǎn)化成PLC內(nèi)部所能接受的數(shù)字信號。(2) 輸出接口：輸出接口工作過程：當(dāng)內(nèi)部電路輸出數(shù)字信號1，有電流流過，繼電器線圈有電流，然后常開觸點(diǎn)閉合，提供負(fù)載導(dǎo)通的電流和電壓。當(dāng)內(nèi)部電路

16、輸出數(shù)字信號0，則沒有電流流過，繼電器線圈沒有電流，然后常開觸點(diǎn)斷開，斷開負(fù)載的電流或電壓。也就是通過輸出接口電路把內(nèi)部的數(shù)字電路化成一種信號使負(fù)載動作或不動作。 1.3 PLC的基本工作原理PLC采用“順序掃描，不斷循環(huán)”的工作方式1.每次掃描過程。集中對輸入信號進(jìn)行采樣。集中對輸出信號進(jìn)行刷新。2.輸入刷新過程。當(dāng)輸入端口關(guān)閉時，程序在進(jìn)行執(zhí)行階段時，輸入端有新狀態(tài)，新狀態(tài)不能被讀入。只有程序進(jìn)行下一次掃描時，新狀態(tài)才被讀入。3.一個掃描周期分為輸入采樣，程序執(zhí)行，輸出刷新。4.元件映象寄存器的內(nèi)容是隨著程序的執(zhí)行變化而變化的。5.掃描周期的長短由三條決定。（1）CPU執(zhí)行指令的速度（2）

17、指令本身占有的時間（3）指令條數(shù)6.由于采用集中采樣。集中輸出的方式。存在輸入/輸出滯后的現(xiàn)象，即輸入/輸出響應(yīng)延遲。1.4電鍍生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)概述與選題背景意義1.4.1 生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)的概述電鍍行車生產(chǎn)線自動化的程度在德國、意大利、美國等國家的發(fā)展水平已經(jīng)較高，而在我國尚處在發(fā)展階段。中國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，工業(yè)化進(jìn)程的不斷深化，為自動化行業(yè)的迅猛發(fā)展提供了廣闊的空間。電鍍行業(yè)是我國重要的加工行業(yè)，據(jù)粗略估計，全國現(xiàn)有15000家電鍍生產(chǎn)廠，行業(yè)職工總數(shù)超過50萬人，現(xiàn)有5000多條生產(chǎn)線和2.53億平方米電鍍面積生產(chǎn)能力。電鍍行業(yè)年產(chǎn)值約為100億元人民幣。近十年來，鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)發(fā)展迅速電鍍行

18、業(yè)企業(yè)規(guī)模普遍較小，年電鍍能力超過10000平方米的企業(yè)不足500家。少數(shù)合資企業(yè)或正規(guī)專業(yè)化企業(yè)擁有國際先進(jìn)水平的設(shè)備和設(shè)施，但是大多數(shù)中小企業(yè)仍在使用許多過時的技術(shù)和設(shè)備，大量的生產(chǎn)線為半機(jī)械化和半自動化控制，一些甚至為手工操作。工業(yè)電鍍生產(chǎn)線工位多、生產(chǎn)復(fù)雜，同時在電鍍中，其氧化、酸洗、堿洗、電鍍等許多工藝具有嚴(yán)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(jī)性大，影響產(chǎn)品質(zhì)量。傳統(tǒng)的方法是使用順序控制器，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(hù)也困難。采用PLC有較完善的診斷和自保護(hù)能力，可以增強(qiáng)系統(tǒng)的抗干擾能力，提高系統(tǒng)的可靠性。1.4.2 課題的選題背景

19、及意義電鍍就是利用電解的方式使金屬或合金沉積在工件表面，以形成均勻、致密、結(jié)合力良好的金屬層的過程。簡單的理解，是物理和化學(xué)的變化和結(jié)合。隨著工業(yè)化生產(chǎn)的不斷細(xì)分，新工藝新材料的不斷涌現(xiàn)，在實(shí)際產(chǎn)品得到應(yīng)用的設(shè)計效果也日新月異，電鍍是我們在設(shè)計中經(jīng)常要涉及到的一種工藝，而電鍍效果是我們使用時間較長，工藝也較為成熟的一種效果。對于這種工藝的應(yīng)用在我們的產(chǎn)品上已經(jīng)非常多，而通過這種的處理我們通?？梢缘玫揭恍┙饘偕珴傻男Ч?，如高光、亞光等，搭配不同的效果構(gòu)成產(chǎn)品效果的差異性，通過這樣的處理為產(chǎn)品的設(shè)計增加一個亮點(diǎn)。電鍍工藝的應(yīng)用我們一般作以下用途：a、防腐蝕b、防護(hù)裝飾c、抗磨損d、電性能（根據(jù)零件

20、工作要求，提供導(dǎo)電或絕緣性能的鍍層）e、工藝要求。一件電鍍產(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(yán)格按照電鍍工藝流程運(yùn)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。在電鍍生產(chǎn)線上采用自動化控制不但可以使電鍍產(chǎn)品的質(zhì)量和品質(zhì)得到嚴(yán)格的保證，有效的減少廢品率，而且還可以提高生產(chǎn)效率和減輕工人的勞動強(qiáng)度，有著非常好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，電鍍生產(chǎn)線上對行車的自動控制則是電鍍生產(chǎn)線自動化控制的關(guān)鍵。電鍍生產(chǎn)線按照其工藝要求和規(guī)模一般設(shè)計有兩臺行車、三臺行車和四臺行車工作，每臺行車都根據(jù)已編制好的各自的程序運(yùn)行；對于行車的自動控制，早期是采用繼電器邏輯電

21、路和順序控制器，發(fā)展至今其控制方式已采用可編程控制器PLC作為核心控制部件，其控制更為安全、可靠、方便、靈活，自動化程度更高。用PLC輔以變頻器對電鍍自動生產(chǎn)線行車進(jìn)行自動控制，具有結(jié)構(gòu)簡單、編程方便、操作靈活、使用安全、工作穩(wěn)定、性能可靠和抗干擾能力強(qiáng)的特點(diǎn)，是一種很有效的自動控制方式，是電鍍生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)高效、低成本、高質(zhì)量自動化生產(chǎn)的發(fā)展方向。1.5 控制對象的設(shè)計要求詳述如摘要中所述，電鍍的工作流程：啟動吊鉤上升上限行程開關(guān)閉合右行至1號槽上方XK1行程開關(guān)閉合吊鉤下降進(jìn)入1號槽下限行程開關(guān)閉合電鍍延時吊鉤上升，由3號槽內(nèi)吊鉤上升，然后左行至左限位，吊鉤下降至原位，即原位。按照要求，我們要實(shí)

22、現(xiàn)以下工作方式：1.原位：表示設(shè)備處于初始狀態(tài)，吊鉤在下限位置，行車在左限位置。2.連續(xù)工作：當(dāng)?shù)蹉^回到原點(diǎn)后，延時一段時間（裝卸零件），自動上升右行，按照工作流程要求不停的循環(huán)。3.單周期工作：設(shè)備始于原點(diǎn)，按下啟動按鈕，設(shè)備工作一個周期，然后停于原點(diǎn)，要重復(fù)第二個工作周期，必須再按一下啟動按鈕。1.6電鍍生產(chǎn)線的工作流程圖我們根據(jù)設(shè)計要求繪制了整個系統(tǒng)的工作流程圖，以便可以更清楚的認(rèn)識該生產(chǎn)線的生產(chǎn)全過程，整個系統(tǒng)的工作流程圖，如圖2-3所示。行車動作無非就是上下左右受控移動，按照指定的順序(即動作表)完成一系列的動作。要求有幾套動作表可以選擇，動作可以靜態(tài)修改，也可以在運(yùn)行時由上位機(jī)動態(tài)

23、修改。在這里，我們把行車的一個動作定義為：“到幾號工位上升，再到幾號工位下降”，或者是“延時幾秒”，每個動作表由若干個動作字組成，放在PLC 的數(shù)據(jù)寄存器里，動作表由PLC程序初始化，也可以在運(yùn)行時通過串行通訊由上位機(jī)讀取和修改，PLC程序在運(yùn)行時只是不斷地解釋和執(zhí)行動作表。圖2-3 電鍍生產(chǎn)線工作流程圖第2章 系統(tǒng)的硬件設(shè)計2.1 PLC機(jī)型選擇根據(jù)自動化電鍍生產(chǎn)線的控制要求，我們采用了德國西門子PLC S7-200 CPU226型號，此類型PLC無論獨(dú)立運(yùn)行，還是聯(lián)接網(wǎng)絡(luò)都能完成各種控制任務(wù)。它的使用范圍可以覆蓋從替代繼電器的簡單控制到復(fù)雜的自動控制。其應(yīng)用領(lǐng)域包括各種機(jī)床、紡織機(jī)械、塑料

24、機(jī)械、電梯等行業(yè)。S7-200 CPU226通訊功能完善，具有極高的性能價格比是很突出的特點(diǎn)，也是我們采用它的主要原因。 PLC為此系統(tǒng)的控制核心，此系統(tǒng)的輸入信號有兩部分，一部分是原點(diǎn)、單周期、連續(xù)等面板控制按鈕，另一部分是多種行程開關(guān)，這些面板按鈕信號和傳感器信號作為PLC的輸入變量，經(jīng)過PLC的輸入接口輸入到內(nèi)部數(shù)據(jù)寄存器， 然后在PLC內(nèi)部進(jìn)行邏輯運(yùn)算或數(shù)據(jù)處理后，以輸出變量的形式送到輸出接口，從而驅(qū)動電機(jī)來控制行車的運(yùn)行和吊鉤的升降。2.2 I/O分配表及其端子接線圖在本次系統(tǒng)設(shè)計中，我們定義的I/O分配表如表2-1所示。將13個輸入信號和5個輸入信號按各自的功能類型分好，并與PLC

25、的I/O點(diǎn)一一對應(yīng)，編排地址如下表。數(shù)字量擴(kuò)展模塊的地址分配是從最靠近CPU模塊的數(shù)字量模塊開始，在本機(jī)數(shù)字量地址的基礎(chǔ)上從左到右按字節(jié)連續(xù)遞增，模擬量擴(kuò)展模塊的地址是從最靠近CPU模塊的模擬量模塊開始，在本機(jī)模擬量地址的基礎(chǔ)上從左到右按字遞增。我們定義的I/O端子接線圖如圖2-1所示。由圖表可以看出,PLC控制系統(tǒng)的輸入信號有13個，均為開關(guān)量。其中單操作按鈕開關(guān)2個，行程開關(guān)3個，限位開關(guān)5個，選擇工作方式開關(guān)2個。PLC控制系統(tǒng)的輸出信號有5個，其中2個用于驅(qū)動吊鉤電機(jī)正反轉(zhuǎn)接觸器KM1、KM2,2個用于驅(qū)動行車電機(jī)正反轉(zhuǎn)接觸器KM3、KM4，1個用于原位指示。表2-1 I/O分配表序號

26、輸 入序號輸 出1I0.0上限位14Q0.0上升2I0.1下限位15Q0.1下降3I0.2左限位16Q0.2右行4I0.3XK1行程開關(guān)17Q0.3左行5I0.4XK2行程開關(guān)18Q0.4原位6I0.5XK3行程開關(guān)19Q0.5定時7I0.6原點(diǎn)開關(guān)8I0.7連續(xù)工作開關(guān)9I1.0啟動按鈕10I1.1停止按鈕12I1.3單周期按鈕13I1.4右限位圖2-1 I/O端子接線圖2.3主電路的設(shè)計圖2-2 電鍍生產(chǎn)線主電路圖電氣原理圖是根據(jù)電氣控制系統(tǒng)的工作原理，采用電器元件展開的形式，利用圖形符號和項目符號表示電路各電器元件中導(dǎo)電部件和接線端子連接關(guān)系的電路圖。電氣原理圖并不按電器元件實(shí)際布置來繪

27、制，而是根據(jù)它在電路中所起的作用畫在不同的部位上。電氣原理圖具有結(jié)構(gòu)簡單、層次分明的特點(diǎn)，適合研究和分析電路工作原理，在設(shè)計研發(fā)和生產(chǎn)現(xiàn)場等方面得到廣泛應(yīng)用。電氣原理圖一般分為主電路和輔助電路兩部分，在本次設(shè)計中我們著重分析了主電路圖。在本設(shè)計中，根據(jù)電鍍生產(chǎn)線的工藝要求，只需用兩臺電機(jī)分別控制吊鉤的上升、下降和行車的左行、右行。主電路如圖2-2，接觸器KM1，KM2控制電動機(jī)M1的正、反轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)吊鉤的上升和下降，接觸器KM3，KM4控制電動機(jī)M2的正、反轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)行車的前進(jìn)和后退。第3章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計3.1 軟件的組成及作用3.1.1 PLC內(nèi)部資源內(nèi)部根據(jù)軟元件的功能不同，分成了許多區(qū)域，

28、如輸入/輸出繼電器區(qū)、定時器區(qū)、計數(shù)器區(qū)、特殊繼電器區(qū)等。下面分別介紹下。1.定時器：電氣自動控制的大部分領(lǐng)域都需要用定時器進(jìn)行時間控制，靈活地使用定時器可以編制出復(fù)雜動作的控制程序。它是PLC中重要的編程元件，是累計時間增量的內(nèi)部器件。定時器的工作過程與繼電-接觸器控制系統(tǒng)的時間繼電器基本相同，但它沒有瞬動觸點(diǎn)。使用時要提前輸入時間預(yù)設(shè)值。當(dāng)定時器的輸入條件滿足時開始計時，當(dāng)前值從0開始按一定的時間單位增加；當(dāng)定時器的當(dāng)前值達(dá)到預(yù)設(shè)值時，定時器觸點(diǎn)動作。利用定時器的觸點(diǎn)就可以得到控制所需的延時時間8。2.計數(shù)器：計數(shù)器可用來累計輸入脈沖的個數(shù)，經(jīng)常用于對產(chǎn)品進(jìn)行計數(shù)或者進(jìn)行特定功能的編程。使

29、用時要提前輸入它的特定植。當(dāng)輸入觸發(fā)條件滿足時，計數(shù)器開始累計它的輸入端脈沖電位上升延的次數(shù)，當(dāng)計數(shù)器計數(shù)達(dá)到預(yù)定的設(shè)定值時，其常開觸點(diǎn)閉合，常閉觸點(diǎn)斷開。3.輸入繼電器：輸入繼電器一般都有一個PLC的輸入端子與之對應(yīng)，它用于接受外部的開關(guān)信號。當(dāng)外部的開關(guān)信號為閉合時，輸入繼電器的線圈得電，在程序中常開觸點(diǎn)閉合，常閉觸點(diǎn)斷開。4.輸出繼電器：輸出繼電器一般都有一個PLC上的輸出端子與之對應(yīng)。當(dāng)通過程序使得輸出繼電器線圈得電時，PLC上的輸出端開關(guān)閉合，它可以作為控制外部負(fù)載的開關(guān)信號。同時在程序中其常開觸點(diǎn)閉合，常閉觸點(diǎn)斷開。5.內(nèi)部位存儲器：內(nèi)部位存儲器的作用和繼電-接觸器控制系統(tǒng)中的中間

30、繼電器相同，它在PLC中沒有輸入/輸出端與之對應(yīng)，因此它的觸點(diǎn)不能驅(qū)動外部負(fù)載，這是與輸出繼電器的主要區(qū)別。它主要起邏輯控制作用。以上幾個是我們在本次系統(tǒng)設(shè)計的過程中可能需要用到的PLC軟元件，另外PLC還有很多其它的軟元件。3.1.2 PLC編程語言PLC是通過運(yùn)行編寫的用戶程序?qū)崿F(xiàn)控制任務(wù)的。PLC中的程序由系統(tǒng)程序和用戶程序兩部分組成，系統(tǒng)程序由PLC生產(chǎn)廠家提供，它支持用戶程序的運(yùn)行；用戶程序是用戶為完成特定的控制任務(wù)而編寫的應(yīng)用程序。S7-200系列PLC的編程語言非常豐富，有梯形圖、語句表、功能塊圖和順序功能圖等，用戶可以選擇一種編程語言，如果需要，也可混合使用幾種語言編程。這些編

31、程語言都是面向用戶的，它使控制程序的開發(fā)、輸入、調(diào)試和修改工作大大簡化。我們在本次設(shè)計中選擇梯形圖編程。以下我們詳細(xì)介紹下梯形圖的概念。梯形圖左邊有一條垂直的線稱作左母線，右邊一條虛線稱為右母線。母線之間是觸點(diǎn)的邏輯連接和線圈的輸出。PLC梯形圖具有以下一些特點(diǎn)：1.PLC的梯形圖是“從上到下”按行繪制的，兩側(cè)的豎線類似電氣控制圖的電源線，通常稱做母線（Bus Bar），大部分梯形圖只保留左母線；梯形圖的每一行是“從左到右”繪制，左側(cè)總是輸入接點(diǎn)，最右側(cè)為輸出元素，觸點(diǎn)代表邏輯“輸入”條件，如開關(guān)、按紐、內(nèi)部條件等；線圈通常代表邏輯“輸出”結(jié)果，如指示燈、接觸器、中間繼電器、電磁閥等。對S7-

32、200系列的PLC來說，還有一種輸出“盒”（功能框），它代表附加的指令，如定時器、計數(shù)器或數(shù)學(xué)運(yùn)算等功能指令。2.電氣控制電路左右母線為電源線，中間各支路都加有電壓，當(dāng)支路接通時，有電流流過支路上的觸點(diǎn)與線圈。梯形圖中的假想電流在圖中只能作單方向的流動，即只能從左向右流動。層次改變（接通的順序）也只能先上后下，與程序編寫時的步序號是一致的。3.梯形圖中的輸入接點(diǎn)如I1.0、I0.1等，輸出線圈Q0.0、Q0.1等不是物理接點(diǎn)和線圈，而是輸入、輸出存儲器中輸入、輸出點(diǎn)的狀態(tài)，并不是接線時現(xiàn)場開關(guān)的實(shí)際狀態(tài)；輸出線圈只對應(yīng)輸出映像區(qū)的相應(yīng)位，該位的狀態(tài)必須通過I/O模塊上對應(yīng)的輸出單元才能驅(qū)動現(xiàn)場

33、執(zhí)行機(jī)構(gòu)。4.梯形圖中使用的各種PLC內(nèi)部器件，如輔助繼電器、定時器、計數(shù)器等，也不是真的電器元件，但具有相應(yīng)的功能，因此通常按電氣控制系統(tǒng)中相應(yīng)器件的名稱稱呼它們。梯形圖中每個繼電器和觸點(diǎn)均為PLC存儲器中的一位，相應(yīng)位為“1”，表示繼電器線圈通電、常開接點(diǎn)閉合或常閉接點(diǎn)斷開；相應(yīng)位為“0”，表示繼電器線圈斷電、常開接點(diǎn)斷開或常閉接點(diǎn)閉合。5.梯形圖中的繼電器觸點(diǎn)既可常開，又可常閉，其常開、常閉觸點(diǎn)的數(shù)目理論上是無窮多個（受存儲容量限制），也不會磨損，因此，梯形圖設(shè)計中，可不考慮觸點(diǎn)數(shù)量，這給設(shè)計者帶來很大方便。對于外部輸入信號，只要接入一個信號到PLC即可。6.電氣控制電路中各支路是同時加

34、上電壓并行工作的，而PLC是采用循環(huán)掃描方式工作，梯形圖中各元件是按掃描順序依次執(zhí)行的，是一種串行處理方式。由于掃描時間很短（一般不過幾十毫秒），所以控制效果同電氣控制電路是基本相同的。但在設(shè)計梯形圖時，對這種并行處理與串行處理的差別有時候應(yīng)予注意，特別是那些在程序執(zhí)行階段還要隨時對輸入、輸出狀態(tài)存儲器進(jìn)行刷新操作的PLC，不要因為對串行處理這一特點(diǎn)考慮不夠而引起偶然的誤操作。3.1.3 組態(tài)軟件計算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展，為工業(yè)自動化開辟了廣闊的發(fā)展空間，我們可以方便快捷地組建優(yōu)質(zhì)高效的監(jiān)控系統(tǒng)，并且通過采用遠(yuǎn)程監(jiān)控及診斷、雙機(jī)熱備等先進(jìn)技術(shù)，使系統(tǒng)更加安全可靠。組態(tài)軟件是指一些數(shù)據(jù)采集

35、與過程控制的專用軟件，它們是在自動控制系統(tǒng)監(jiān)控層一級的軟件平臺和開發(fā)環(huán)境，使用靈活的組態(tài)方式，為用戶提供快速構(gòu)建工業(yè)自動控制系統(tǒng)監(jiān)控功能的、通用層次的軟件工具。組態(tài)軟件應(yīng)該能支持各種工控設(shè)備和常見的通信協(xié)議，并且通常應(yīng)提供分布式數(shù)據(jù)管理和網(wǎng)絡(luò)功能。對應(yīng)于原有的HMI（人機(jī)接口軟件，Human Machine Interface）的概念，組態(tài)軟件應(yīng)該是一個使用戶能快速建立自己的HMI的軟件工具，或開發(fā)環(huán)境。在組態(tài)軟件出現(xiàn)之前，工控領(lǐng)域的用戶通過手工或委托第三方編寫HMI應(yīng)用，開發(fā)時間長，效率低，可靠性差；或者購買專用的工控系統(tǒng)，通常是封閉的系統(tǒng)，選擇余地小，往往不能滿足需求，很難與外界進(jìn)行數(shù)據(jù)交

36、互，升級和增加功能都受到嚴(yán)重的限制。組態(tài)軟件的出現(xiàn)，把用戶從這些困境中解脫出來，可以利用組態(tài)軟件的功能，構(gòu)建一套最適合自己的應(yīng)用系統(tǒng)。隨著它的快速發(fā)展，實(shí)時數(shù)據(jù)庫、實(shí)時控制、SCADA、通訊及聯(lián)網(wǎng)、開放數(shù)據(jù)接口、對I/O設(shè)備的廣泛支持已經(jīng)成為它的主要內(nèi)容，隨著技術(shù)的發(fā)展，監(jiān)控組態(tài)軟件將會不斷被賦予新的內(nèi)容。組態(tài)軟件：對應(yīng)全稱為Human and Machine Interface/Man and Machine Interface /Supervisory Control and Data Acquisition，中文翻譯為：人機(jī)界面/監(jiān)視控制和數(shù)據(jù)采集軟件，一般英文簡稱有三種分別為HMI/M

37、MI/SCADA。目前組態(tài)軟件的發(fā)展迅猛，已經(jīng)擴(kuò)展到企業(yè)信息管理系統(tǒng)，管理和控制一體化，遠(yuǎn)程診斷和維護(hù)以及在互聯(lián)網(wǎng)上的一系列的數(shù)據(jù)整合。組態(tài)軟件的功能和特點(diǎn)可歸納如下：概念簡單，易于理解和使用；功能齊全，便于方案設(shè)計；實(shí)時性與并行處理；建立實(shí)時數(shù)據(jù)庫，便于用戶分步組態(tài)，保證體統(tǒng)安全可靠運(yùn)行；利用豐富的“動畫組態(tài)”功能，快速構(gòu)造各種復(fù)雜生動的動態(tài)畫面；引入“運(yùn)行策略”的概念。它具有以下幾個方面的特點(diǎn)：1.可視化操作界面，真彩顯示圖形、支持漸進(jìn)色、豐富的圖庫、動畫連接。2.無與倫比的動力和靈活性，擁有全面的腳本與圖形動畫功能可以對畫面中的一部分進(jìn)行保存，以便以后進(jìn)行分析或打印。3.變量導(dǎo)入導(dǎo)出功能

38、，變量可以導(dǎo)出到Excel表格中，方便的對變量名稱等屬性進(jìn)行修改，然后再導(dǎo)入新工程中，實(shí)現(xiàn)了變量的二次利用，節(jié)省了開發(fā)時間。4.強(qiáng)大的分布式報警、事件處理，支持實(shí)時、歷史數(shù)據(jù)的分布式保存。強(qiáng)大的腳本語言處理，能夠幫助你實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的邏輯操作和與決策處理。5.全新的Web Server架構(gòu)，全面支持畫面發(fā)布、實(shí)時數(shù)據(jù)發(fā)布、歷史數(shù)據(jù)發(fā)布以及數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的發(fā)布。6.方便的配方處理功能。豐富的設(shè)備支持庫，支持常見的PLC設(shè)備、智能儀表、智能模塊。提供硬加密及軟授權(quán)兩種授權(quán)方式。3.2 PLC梯形圖設(shè)計電鍍生產(chǎn)線梯形圖設(shè)計如圖3-1所示。圖3-1 梯形圖3.3 組態(tài)王軟件設(shè)計1.建立新建工程啟動組態(tài)王軟件的工

39、程管理器，在菜單中點(diǎn)擊“新建”彈出如圖3-2對話框如下。圖3-2 工程向?qū)е粏螕簟跋乱徊健崩^續(xù)。彈出如圖3-3“新建工程向?qū)еυ捒颉?。圖3-3 工程向?qū)е诠こ搪窂轿谋究蛑休斎胍粋€有效的工程路徑，或單擊“瀏覽”按鈕，在彈出的路徑選擇對話框中選擇一個有效的路徑。單擊“下一步”繼續(xù)。彈出“新建工程向?qū)е龑υ捒颉保缧陆üこ滔驅(qū)鐖D3-4所示。圖3-4 工程向?qū)е诠こ堂Q文本框中輸入工程的名稱，該工程名稱同時將被作為當(dāng)前工程的路徑名稱。點(diǎn)擊“完成”，則完成了一個新的工程的建立。2.創(chuàng)建組態(tài)畫面進(jìn)入新建的組態(tài)王工程，選中工程瀏覽器左側(cè)的畫面，在右側(cè)雙擊新建按鈕，則彈出如圖3-5所示對話

40、框。圖3-5 新畫面在“畫面名稱”處輸入新的畫面名稱，點(diǎn)擊“確定”按鈕進(jìn)入內(nèi)嵌的組態(tài)王畫面開發(fā)系統(tǒng)如圖3-6所示。圖3-6 開發(fā)系統(tǒng)3.定義I/O設(shè)備選擇工程瀏覽器左側(cè)大綱項“設(shè)備COM1”，在工程瀏覽器右側(cè)用鼠標(biāo)左鍵雙擊“新建”圖標(biāo)，運(yùn)行“設(shè)備配置向?qū)А比鐖D3-7所示。圖3-7 設(shè)備配置向?qū)е贿x中PLC,由于在本次設(shè)計中用的是西門子S7-200系列的模塊，所以雙擊“西門子”，選中S7-200，彈出如圖3-8所示對話框。圖3-8 設(shè)備配置向?qū)е橥獠吭O(shè)備取一個名稱，輸入PLC，單擊“下一步”，彈出“設(shè)備配置向?qū)А比鐖D3-9所示。圖3-9 設(shè)備配置向?qū)е秊樵O(shè)備選擇連接串口，假設(shè)為COM1，

41、單擊“下一步”，彈出“設(shè)備配置向?qū)А?，如圖3-10所示。圖3-10 設(shè)備配置向?qū)е奶顚懺O(shè)備地址，假設(shè)為2，單擊“下一步”，彈出如圖3-11對話框。圖3-11 通信參數(shù)設(shè)置通信故障恢復(fù)參數(shù)(一般情況下使用系統(tǒng)默認(rèn)設(shè)置即可)，單擊“下一步”，彈出“設(shè)備安裝向?qū)А比鐖D3-12所示。圖3-12 信息總結(jié)檢查各項設(shè)置是否正確，確認(rèn)無誤后，單擊“完成”。 設(shè)備定義完成后，可以在工程瀏覽器的右側(cè)看到新建的外部設(shè)備“PLC”，如圖3-13所示。需要檢測外部輸入量是否與PLC相連時，只用雙擊該設(shè)備，在彈出的對話框中選擇測試PLC即可。圖3-13 新設(shè)備在定義數(shù)據(jù)庫變量時，只要把I/O變量連結(jié)到這臺設(shè)備上，它就

42、可以和組態(tài)王交換數(shù)據(jù)了。4、構(gòu)造數(shù)據(jù)庫選擇工程瀏覽器左側(cè)大綱項“數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)詞典”，在工程瀏覽器右側(cè)用鼠標(biāo)左鍵雙擊“新建”圖標(biāo)，彈出“定義變量”對話框如圖3-14所示。圖3-14 定義變量 在變量類型中選取變量類型，一般的變量類型有“內(nèi)存”和“IO”兩種類型，在這兩種類型中又分“離散、整數(shù)、實(shí)數(shù)、字符串形”。一般的開關(guān)量都屬于IO離散型，而需要與內(nèi)部物件動畫連接的則可以定義為內(nèi)存形。5.動畫連接：在新畫面中雙擊需要連接的物件，彈出如圖3-15所示對話框。圖3-15 動畫連接在對話框中有各種連接，根據(jù)設(shè)計需要選擇，分別選擇“水平移動”和“垂直移動”兩種連接方式，彈出對話框如圖3-16對話框所示。圖

43、3-16水平移動連接在表達(dá)式框中填入表達(dá)式，在下面的移動距離中填寫相應(yīng)的數(shù)據(jù)，按確定即可。按照上面的步驟，根據(jù)設(shè)計需求，分別對畫面中的物件進(jìn)行動畫連接，從而實(shí)現(xiàn)了外部輸入量與內(nèi)部事物的數(shù)據(jù)連接。自此，動畫連接告一段落。6.填寫命令語言：如圖3-17所示。圖3-17 填寫命令語言如想讓動畫動起來，還需要假如命令語言來控制它運(yùn)作。在空白處填入所需命令語句，點(diǎn)擊“確認(rèn)”即可。根據(jù)整個過程運(yùn)行要求，以及所設(shè)定的變量，現(xiàn)編程序如下所示：if(本站點(diǎn)上升指示燈=1)本站點(diǎn)動作=本站點(diǎn)動作+10;if(本站點(diǎn)下降指示燈=1)本站點(diǎn)動作=本站點(diǎn)動作-10;if(本站點(diǎn)右行指示燈=1)本站點(diǎn)動作2=本站點(diǎn)動作2

44、+10;if(本站點(diǎn)左行指示燈=1)本站點(diǎn)動作2=本站點(diǎn)動作2-10;7.運(yùn)行和調(diào)試完成上面所述的步驟后，組態(tài)王工程已經(jīng)初步建立起來，進(jìn)入到運(yùn)行和調(diào)試階段。在組態(tài)王開發(fā)系統(tǒng)中選擇“文件切換到 View”菜單命令，進(jìn)入組態(tài)王運(yùn)行系統(tǒng)。在運(yùn)行系統(tǒng)中選擇“畫面打開”命令，從“打開畫面”窗口選擇要打開的畫面。顯示出組態(tài)王運(yùn)生產(chǎn)線處于原點(diǎn)狀態(tài)的畫面。8.編輯好的畫面如圖3-18所示，上面的各種圖形界面所代表中的實(shí)物都一一標(biāo)出。圖3-18 初始狀態(tài)第4章 軟硬件調(diào)試實(shí)現(xiàn)本次所做的設(shè)計課題主要采用S7-200系列機(jī)型進(jìn)行程序設(shè)計，利用組態(tài)王軟件對電鍍控制進(jìn)行畫面組態(tài)，很好的完成了老師要求的設(shè)計任務(wù)，課題設(shè)計

45、控制要求。在設(shè)計的最后階段把軟件和硬件結(jié)合起來，成功實(shí)現(xiàn)了電鍍生產(chǎn)線系統(tǒng)的監(jiān)控功能。我們編輯好畫面圖，根據(jù)各個部件之間的相互聯(lián)系和控制關(guān)系，按照上一章所述的操作步驟進(jìn)行設(shè)備連接，最后終于在運(yùn)行環(huán)境里實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)在監(jiān)控狀態(tài)下的自動運(yùn)行。按動“連續(xù)運(yùn)行”按鈕，再按“啟動按鈕”，系統(tǒng)向上運(yùn)行，上升指示燈亮如圖4-1所示。圖4-1 上升運(yùn)行當(dāng)行車碰到上限開關(guān)時，系統(tǒng)向右運(yùn)行，右行指示燈亮如圖4-2所示。圖4-2 向右運(yùn)行當(dāng)行車向右運(yùn)行時碰到行程開關(guān)XK1、XK2、XK3三個行程開關(guān)中的任意一個時，系統(tǒng)下行，下降指示燈亮如圖4-3所示。圖4-3 下行運(yùn)行當(dāng)行車右行到右限位時，碰到右限開關(guān)時，系統(tǒng)向左運(yùn)行，左行指示燈亮如圖4-4所示。圖4-4 左行運(yùn)行自此，連續(xù)運(yùn)行的運(yùn)行過程到此運(yùn)行完畢。切換其他模式時