基于PLC的電鍍生產(chǎn)線控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)(共33頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上目錄基于PLC的電鍍生產(chǎn)線控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)機(jī)械電子工程專業(yè)學(xué)生 徐廣超指導(dǎo)教師 王秀摘要：電鍍行業(yè)是我國重要的加工行業(yè)，隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，電鍍生產(chǎn)線越來越趨向自動(dòng)化、智能化。該課題的研究是用西門子PLC S7-200輔以變頻器對電鍍自動(dòng)生產(chǎn)線進(jìn)行自動(dòng)控制，依次自動(dòng)完成酸洗、電鍍和清洗的過程。重點(diǎn)分析了系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)，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序流程圖，并輔以組態(tài)王進(jìn)行監(jiān)控等。該基于PLC的電鍍生產(chǎn)線控制系統(tǒng)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、性能可靠和靠干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了電鍍生產(chǎn)過程的自動(dòng)化，提高了生

2、產(chǎn)效率，降低了疲勞強(qiáng)度，能夠更好的融入到現(xiàn)在的工業(yè)控制領(lǐng)域。關(guān)鍵詞：電鍍；PLC；自動(dòng)化 Design of Control System for Electroplating Production Line Based on PLCStudent majoring in Mechatronics Engineering Xu GuangchaoTutor Wang XiuAbstract: Electroplating industry is an important processing industry in China, with the rapid development of sc

3、ience and technology, electroplating production line more and more automation, intelligent. The research of electroplating automatic production line for automatic control with Siemens PLC S7-200 combined with converter, followed by automatic process pickling, electroplating and cleaning. Focus on th

4、e analysis of the hardware design, system software design, system wiring diagram of the hardware, the PLC control I/O port allocation table and gives the program flow chart, supplemented by Kingview monitoring. The electroplating production line based on PLC control system has the characteristics of

5、 simple structure, easy programming, flexible operation, safe use, stable operation, reliable performance and strong ability against interference, realizes the automatic electroplating production process, improve production efficiency, reduces the fatigue strength, can better integrate into the indu

6、strial control field now.Key words: Electroplating;PLC; automation引言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（是物理和化學(xué)變化的結(jié)合）。電鍍產(chǎn)品的質(zhì)量除了要有成熟的電鍍工藝和好品質(zhì)的鍍液添加劑外，嚴(yán)格按照電鍍工藝流程運(yùn)行和保證產(chǎn)品的電鍍時(shí)間也是決定電鍍產(chǎn)品質(zhì)量和品質(zhì)的重要因素。電鍍生產(chǎn)線由早期采用繼電器邏輯電路和順序控制器，發(fā)展至現(xiàn)在采用可編程控制器PLC作為核心控制部件，其控制更為安全、可靠、方便、靈活、自動(dòng)化程度更高。在電鍍生產(chǎn)線上采用自動(dòng)化控制和組態(tài)王監(jiān)控不但可以使電鍍

7、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(dòng)強(qiáng)度，能夠帶來豐富的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。用PLC輔以變頻器對電鍍自動(dòng)生產(chǎn)線進(jìn)行自動(dòng)控制，具有結(jié)構(gòu)簡單、編程方便、操作靈活、工作穩(wěn)定、使用安全、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(dòng)控制方式，是電鍍行業(yè)實(shí)現(xiàn)高效、成本低、高質(zhì)量自動(dòng)化生產(chǎn)的發(fā)展方向。1 電鍍生產(chǎn)線控制系統(tǒng)概述1.1選題背景及意義隨著工業(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(jì)效果也日新月異，電鍍是我們在設(shè)計(jì)中經(jīng)常要涉及到的一種工藝，而電鍍效果是我們使用時(shí)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

8、們的產(chǎn)品上已經(jīng)非常多，而通過這種工藝的處理我們可以得到一些不同色澤的金屬產(chǎn)品，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(jì)增加一個(gè)亮點(diǎn)。防腐蝕、抗耐磨等都是通過電鍍工藝所生產(chǎn)的產(chǎn)品的特性。在目前，我國的電鍍生產(chǎn)線控制系統(tǒng)還處在發(fā)展階段。隨著社會(huì)的發(fā)展，電鍍生產(chǎn)線逐漸增多，生產(chǎn)變得復(fù)雜。并且在電鍍生產(chǎn)過程中，很多工藝需要人工操作，其氧化、酸洗、電鍍等所需原料具有很強(qiáng)的腐蝕性和污染性，對人體有很大的危害。早期的控制是使用順序控制器，由于其電路復(fù)雜，接口眾多，受外界干擾大，所以工作可靠性較差，維護(hù)也較困難。如果電鍍生產(chǎn)線實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，工人可以通過在控制室監(jiān)控，盡可能不去或少去車間，就

9、能減少身體危害，減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度，保障工人生命安全。本課題從以PLC為基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)電鍍生產(chǎn)線自動(dòng)控制的角度進(jìn)行討論，在我國電鍍生產(chǎn)線自動(dòng)化還不普及但社會(huì)飛速發(fā)展的狀況下，對電鍍生產(chǎn)線自動(dòng)化的研究具有極其重要的意義，符合社會(huì)發(fā)展的潮流。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，電鍍生產(chǎn)線自動(dòng)化是大勢所趨。更高效安全的電鍍生產(chǎn)線，必將對我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展產(chǎn)生極大的影響。1.2課題的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀在國外，電鍍生產(chǎn)線自動(dòng)控制的研究已經(jīng)取得不少成果，在少數(shù)幾個(gè)先進(jìn)國家已經(jīng)采取全自動(dòng)化的電鍍生產(chǎn)線，其中有些電鍍車間可以實(shí)現(xiàn)車間無塵，全部由電腦實(shí)現(xiàn)監(jiān)控，達(dá)到了無人操作的程度。如日本大阪友電舍株式會(huì)社的電鍍車間，各種鍍液中的主要成分都

10、是由電腦自動(dòng)測定和自動(dòng)調(diào)節(jié)，行車的運(yùn)行完全無人操作，自動(dòng)化程度比較高。在國內(nèi)，電鍍生產(chǎn)設(shè)備與國外先進(jìn)國家相比，還有比較大的差距。相對而言，手工操作還比較多，有些工廠的機(jī)械設(shè)備還比較陳舊，自動(dòng)化程度不高。近些年來，隨著我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要，電鍍生產(chǎn)線的自動(dòng)化逐漸在電鍍車間應(yīng)用起來，自動(dòng)化程度逐漸提高，電鍍生產(chǎn)線的自動(dòng)化得到了發(fā)展，逐漸在追趕發(fā)達(dá)國家。例如常州營達(dá)環(huán)保科技有限公司的電鍍生產(chǎn)線就比較先進(jìn)，自動(dòng)化程度較高，廢棄廢液處理的也很好。1.3控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)一個(gè)基于PLC全自動(dòng)電鍍生產(chǎn)線控制系統(tǒng)。電鍍生產(chǎn)線采用專用的行車架，行車架上帶有可以上升和下降的吊鉤，吊鉤和行車由電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，行車的進(jìn)

11、退和吊鉤升降由限位開關(guān)控制，限定為三槽位，依次完成酸洗、電鍍、清洗過程。按照要求，依次完成酸洗、電鍍、清洗的過程,如圖1-1所示：啟動(dòng)吊鉤上升上限位行程開關(guān)閉合右行至右限位3號槽上方XK3行程開關(guān)閉合吊鉤下降進(jìn)入3號槽下限位開關(guān)閉合酸洗延時(shí)（10秒）吊鉤上升上限位開關(guān)閉合延時(shí)15秒左行至2號槽上方XK2行程開關(guān)閉合吊鉤下降進(jìn)入2號槽下限位開關(guān)閉合電鍍延時(shí)（20秒）吊鉤上升上限位開關(guān)閉合延時(shí)10秒左行至1號槽上方XK3行程開關(guān)閉合吊鉤下降進(jìn)入1號槽下限位開關(guān)閉合清洗延時(shí)（10秒）吊鉤上升上限位開關(guān)閉合延時(shí)8秒左行（1秒）至左限位上限位開關(guān)閉合吊鉤下降至原點(diǎn)XK1原點(diǎn)槽1槽2槽3XK2XK3上 限

12、下 限圖1-1 電鍍的工作流程2 可編程序控制器（PLC）簡介2.1 PLC的產(chǎn)生和定義可編程控制器的英文縮寫是PLC(Programmable Logic Controller)，PLC是一種專門的在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用的數(shù)字運(yùn)算操作式的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲(chǔ)器，用來在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)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(jī)械或生產(chǎn)過程。目前，PLC已經(jīng)基本代替了傳統(tǒng)的繼電器，成為工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域中最重要、應(yīng)用最多的控制儀器，居工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化三大支柱(可編程控制器、機(jī)器人、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造)的首位。1969年美國數(shù)字設(shè)備

13、公司（DEC）研制開發(fā)出世界上第一臺(tái)可編程控制器，并在GM公司汽車生產(chǎn)線上應(yīng)用成功。這是世界上的第一臺(tái)可編程控制器，型號為PDP-14.人們把他稱作可編程序邏輯控制器,簡稱PLC。當(dāng)時(shí)開發(fā)PLC的主要目的是用來取代以繼電器為主的邏輯控制系統(tǒng)，所以最初的PLC功能只局限于計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)、執(zhí)行繼電器邏輯等功能。隨著科技進(jìn)步和電子學(xué)的發(fā)展，20世紀(jì)70年代中期，人們研發(fā)出了微處理器和微型計(jì)算機(jī)。人們將微機(jī)技術(shù)結(jié)合到PLC中，使其能夠更好的發(fā)揮計(jì)算機(jī)的功能，用邏輯編程取代了硬連線邏輯，增加了數(shù)據(jù)傳送、運(yùn)算和處理等功能，使其真正的成為一種電子計(jì)算機(jī)工業(yè)控制設(shè)備。國外在1980年將其正式命名為可編程序控制器（

14、PC,Programmable Controller）,簡稱PC。但由于它和個(gè)人計(jì)算機(jī)（Personal Computer）的簡稱容易混淆，所以現(xiàn)在仍把可編程序控制器簡稱做PLC。2.2 PLC的分類PLC產(chǎn)品種類繁多，其規(guī)格和性能也各不相同。對PLC的分類可以根據(jù)結(jié)構(gòu)、功能的差異等進(jìn)行大致分類。2.2.1 按I/O點(diǎn)數(shù)容量分類PLC按其I/O點(diǎn)數(shù)多少一般可分為以下3類。1.小型機(jī)（含微型機(jī)）I/O點(diǎn)數(shù)小于128點(diǎn)的PLC為小型機(jī)，以處理開關(guān)量邏輯控制為主，現(xiàn)在的小型PLC還具有較強(qiáng)的通信能力和一定量的模擬量處理能力。2.中型機(jī)I/O點(diǎn)數(shù)為1282048點(diǎn)之間，不僅具有極強(qiáng)的開關(guān)量邏輯控制功能

15、，而其他的通信聯(lián)網(wǎng)功能和模擬量處理功能更強(qiáng)大，適用于復(fù)雜的邏輯控制系統(tǒng)以及連續(xù)生產(chǎn)線的過程控制場合。3.大型機(jī)I/O點(diǎn)數(shù)在2048點(diǎn)以上，程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)容量最高分別可達(dá)10MB，具有極強(qiáng)的軟件和硬件功能、自診斷功能、通信聯(lián)網(wǎng)功能，它可以構(gòu)成三級通信網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)工廠生產(chǎn)管理自動(dòng)化。2.2.2 按結(jié)構(gòu)形式分類 根據(jù)PLC結(jié)構(gòu)形式的不同，PLC主要可分為整體式和模塊式兩類。1.整體式結(jié)構(gòu)微型和小型的PLC一般為整體式結(jié)構(gòu)。整體式的特點(diǎn)是將PLC的基本部件緊湊地安裝在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)機(jī)殼內(nèi)，形成一個(gè)整體，組成PLC的一個(gè)基本單元（主機(jī)）。基本單元上設(shè)有擴(kuò)展端口，通過擴(kuò)展電纜與擴(kuò)展單元相連。整體式結(jié)構(gòu)的PLC成本低

16、，體積小和安裝方便。2.模塊式結(jié)構(gòu)大、中型PLC多采用模塊式結(jié)構(gòu)。模塊式結(jié)構(gòu)的PLC由一些模塊單元構(gòu)成，這些標(biāo)準(zhǔn)模塊有CPU模塊、輸入模塊、輸出模塊、電源模塊和各種功能模塊等。各模塊功能是獨(dú)立的，外形尺寸是統(tǒng)一的，可根據(jù)需要靈活配置。2.3 PLC的系統(tǒng)組成PLC種類繁多，但其組成結(jié)構(gòu)和工作原理基本相同。用PLC實(shí)施控制，其實(shí)質(zhì)是按控制功能要求，通過程序按一定算法進(jìn)行輸入/輸出變換，并將這個(gè)變換給以物理實(shí)現(xiàn)，并應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場。PLC專為工業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用而設(shè)計(jì)，采用了典型的計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)，它主要是由CPU、電源、存儲(chǔ)器和專門設(shè)計(jì)的輸入/輸出接口電路等組成。PLC的結(jié)構(gòu)框圖如圖所示2-1所示。輸 出 接

17、口 單 元輸 入 接 口 單 元CPU存儲(chǔ)器電源部分編程設(shè)備按鈕、行程開關(guān)等接觸器、電磁閥等圖2-1 PLC結(jié)構(gòu)框圖（1）中央處理單元（CPU）與一般的計(jì)算機(jī)一樣，CPU是PLC的核心，它按PLC中系統(tǒng)程序賦予的功能控制PLC有條不紊地進(jìn)行工作。用戶程序和數(shù)據(jù)事先存入存儲(chǔ)器中，當(dāng)PLC處于運(yùn)行方式時(shí)，CPU按循環(huán)掃描方式執(zhí)行用戶程序。CPU的主要任務(wù)是控制用戶程序和數(shù)據(jù)的接受與存儲(chǔ)；用掃描的方式通過I/O接口接收現(xiàn)場信號的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并存入輸入映像寄存器或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中；診斷PLC內(nèi)部電路的工作故障和編程中的語法錯(cuò)誤等；PLC進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)后，從存儲(chǔ)器逐條讀取用戶指令，經(jīng)過命令解釋后按指令規(guī)定的任

18、務(wù)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送、邏輯或算術(shù)運(yùn)算等；根據(jù)運(yùn)算結(jié)果，更新有關(guān)標(biāo)志位的狀態(tài)和輸出映像寄存器的內(nèi)容，再經(jīng)輸出部件實(shí)現(xiàn)輸出控制、制表打印或數(shù)據(jù)通信等功能。（2）IO模塊輸入(Input)模塊和輸出(Output)模塊簡稱為IO模塊，輸入單元用來接收來自用戶設(shè)備的各種控制信號，如行程開關(guān)、限位開關(guān)、選擇開關(guān)、操作開關(guān)以及其他傳感器的信號。PLC的接口電路把這些接收的信號轉(zhuǎn)換成CPU能識別和處理的信號，并存到輸入映像寄存器中。CPU運(yùn)行時(shí)讀出輸入映像寄存器中和其他元器件的最新信息并按照程序執(zhí)行，把輸出的最新結(jié)果存入輸出映像寄存器。（3）存儲(chǔ)器PLC的存儲(chǔ)器包括系統(tǒng)存儲(chǔ)器和用戶存儲(chǔ)器兩部分。系統(tǒng)存儲(chǔ)器用來存放

19、由PLC廠家編寫完成的系統(tǒng)程序，并固化在ROM內(nèi)，用戶不能更改。它使PLC具有基本功能，能夠完成PLC設(shè)計(jì)者規(guī)定的各項(xiàng)工作。系統(tǒng)程序的內(nèi)容主要包括三部分：系統(tǒng)管理程序、用戶指令解釋程序和標(biāo)準(zhǔn)程序模塊與系統(tǒng)調(diào)用管理程序。（4）編程設(shè)備過去的編程設(shè)備一般是編程器，現(xiàn)在PLC生產(chǎn)廠家提供的編程設(shè)備是在PC上運(yùn)行的基于WINDOWS的編程軟件。使用編程軟件可以在屏幕上直接生產(chǎn)和編輯梯形圖、語句表、功能圖和順序功能圖程序，并能實(shí)現(xiàn)不同編程語言的相互轉(zhuǎn)換。程序被編譯后下載到PLC，也可以把PLC中的程序?qū)氲接?jì)算機(jī)中。可用磁盤或打印的方式來保存程序，使用網(wǎng)絡(luò)還能進(jìn)行遠(yuǎn)程編輯和傳送。2.4 PLC的工作方式

20、PLC工作過程分為三個(gè)部分，如圖2-2所示。第一是上電處理。機(jī)器上電后對PLC控制系統(tǒng)進(jìn)行一次上電初始化，包括初始化硬件，檢查I/O模塊工作狀態(tài)，設(shè)定的停電保持范圍，系統(tǒng)的通信參數(shù)等。第二是掃描過程。PLC第一階段完成以后進(jìn)入掃描處理過程。首先進(jìn)行輸入掃描，其次完成其他外設(shè)的通信處理，然后進(jìn)行時(shí)鐘、特殊寄存器的更新處理。當(dāng)CPU處在STOP運(yùn)行方式時(shí)，PLC運(yùn)行自診斷檢查。當(dāng)CPU處在RUN方式時(shí)，PLC要先執(zhí)行完用戶程序和輸出處理，然后再運(yùn)行自診斷檢查。第三是出錯(cuò)處理。PLC每次進(jìn)行掃描前，要先執(zhí)行一次自診斷檢查，確定PLC自身的配置運(yùn)行是否正常，如CPU、電池、程序存儲(chǔ)器、I/O接口和通信

21、模塊等工作是否正常。如查出有異常時(shí)，PLC上的故障提示LED燈亮，在特殊繼電器中會(huì)存入出錯(cuò)代碼；當(dāng)有致命錯(cuò)誤出現(xiàn)時(shí)，CPU被強(qiáng)制為STOP方式，PLC的掃描過程便停止。概括而言，PLC是按集中輸入、集中輸出、周期性循環(huán)掃描的方式進(jìn)行工作的 。存放自診斷錯(cuò)誤結(jié)果輸出處理執(zhí)行自診斷執(zhí)行程序PLC是否正常？致命錯(cuò)誤電源ON輸入處理（輸入傳送、遠(yuǎn)程I/O）更新時(shí)鐘、特殊寄存器通信服務(wù)（外設(shè)、CPU、總線服務(wù)）內(nèi)部處理CPU運(yùn)行方式CPU強(qiáng)制為STOPSTOPRUNYNYN圖2-2 PLC運(yùn)行框圖2.5 PLC應(yīng)用領(lǐng)域目前，PLC在國內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機(jī)械制造、汽車、輕紡、交

22、通運(yùn)輸、環(huán)保及文化娛樂等各個(gè)行業(yè)，使用情況主要分為如下幾類：（1）制造業(yè)自動(dòng)化（2）中小型單片機(jī)電氣控制系統(tǒng)（3）運(yùn)動(dòng)控制（4）數(shù)據(jù)處理（5）流程工業(yè)自動(dòng)化3 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)3.1 電機(jī)的選擇本課題選用三相異步電動(dòng)機(jī)控制作為行車和吊鉤的動(dòng)力單元。三相異步電動(dòng)機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡單，運(yùn)行可靠，維護(hù)容易，價(jià)格便宜，具有較好動(dòng)性性能。下圖為電動(dòng)機(jī)的主電路圖，其中M1為控制吊鉤升降的電動(dòng)機(jī)，M2為控制行車運(yùn)動(dòng)的電動(dòng)機(jī)。圖3-1 電鍍生產(chǎn)線主電路圖接觸器KM1，KM2控制電動(dòng)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(dòng)機(jī)M2的正、反轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)行車的前進(jìn)和后退。3.2 PLC機(jī)型的選擇S7-

23、200PLC是德國西門子公司生產(chǎn)的一種小型PLC，其許多功能達(dá)到大、中型PLC的水平?，F(xiàn)在最新版的S7-200系列PLC的主要特點(diǎn)是：可靠性較高、指令集豐富、內(nèi)置集成功能豐富、實(shí)時(shí)特性強(qiáng)和通信能力強(qiáng)大。其硬件組成如圖所示。編程工具CPU主機(jī)模塊HMI人機(jī)界面擴(kuò)展模塊功能模塊通信模塊工業(yè)現(xiàn)場總線圖3-2 S7-200PLC系統(tǒng)組成根據(jù)電鍍生產(chǎn)線自動(dòng)化的控制要求，本課題采用了德國西門子PLC S7-200 CPU226型號，本機(jī)集成24輸入/16輸出，I/O共計(jì)40點(diǎn)，程序存儲(chǔ)容量大，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)容量達(dá)到10KB，它有2個(gè)通信口，通信能力強(qiáng)，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

24、可以覆蓋從替代繼電器的簡單控制到復(fù)雜的自動(dòng)控制，適用于點(diǎn)數(shù)較多、要求較高的小型或中型控制系統(tǒng)。S7-200 CPU226通訊功能完善，具有極高的性能價(jià)格比，這是采用它的主要原因。 PLC為此系統(tǒng)的控制核心，此系統(tǒng)的輸入信號有兩種，一種是原點(diǎn)、連續(xù)、單周期等面板控制按鈕，另一種是多種行程開關(guān)。這些面信號作為PLC的輸入變量，首先經(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(dòng)電機(jī)來控制行車的運(yùn)行和吊鉤的升降，完成電鍍的自動(dòng)化過程。3.3 I/O分配表及其端子接線圖在本次系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，我們定義的端口分配及功能表如表3-1所示

25、。 表3-1 端口分配及功能表序號PLC地址（PLC端子）電氣符號（面板端子）功能說明1I0.0SD啟動(dòng)2I0.1ZD自動(dòng)3I0.2SQ1左到位4I0.3SQ2上到位5I0.4SQ3下到位6I0.51號清洗到位7I0.62號電鍍到位8I0.73號酸洗到位9Q0.0ML左行10Q0.1MR右行11Q0.2UP上升12Q0.3DOWN下降13Q0.4D1等待清洗14Q0.5D2等待電鍍15Q0.6D3等待酸洗16Q0.7SX酸洗17Q1.0DD電鍍18Q1.1QX清洗 定義的I/O端子接線圖如3-3所示。圖3-3 I/O端子接線圖4 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)4.1 軟件的組成及作用4.1.1 PLC內(nèi)部資源

26、內(nèi)部資源根據(jù)軟元件的功能不同，分成了許多區(qū)域，如輸入/輸出繼電器區(qū)、定時(shí)器區(qū)、計(jì)數(shù)器區(qū)、特殊繼電器區(qū)等。下面分別介紹下。1.定時(shí)器：電氣自動(dòng)控制的大部分領(lǐng)域都需要用定時(shí)器進(jìn)行時(shí)間控制，靈活地使用定時(shí)器可以編制出復(fù)雜動(dòng)作的控制程序。它是PLC中重要的編程元件，是累計(jì)時(shí)間增量的內(nèi)部器件。定時(shí)器的工作過程與繼電-接觸器控制系統(tǒng)的時(shí)間繼電器基本相同，但它沒有瞬動(dòng)觸點(diǎn)。使用時(shí)要提前輸入時(shí)間預(yù)設(shè)值。2.計(jì)數(shù)器：計(jì)數(shù)器可以用來累計(jì)輸入的脈沖個(gè)數(shù)，經(jīng)常用于對產(chǎn)品進(jìn)行計(jì)數(shù)或者進(jìn)行特定功能的編程。使用時(shí)要提前輸入它的特定植。當(dāng)輸入觸發(fā)條件滿足時(shí)，計(jì)數(shù)器開始累計(jì)它的輸入端脈沖電位上升延的次數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)達(dá)到預(yù)定的

27、設(shè)定值時(shí)，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(gè)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(shí)，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(gè)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(shí)，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(shí)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(chǔ)器：內(nèi)部位存儲(chǔ)器的作用和繼電-接觸器控制系統(tǒng)中的中間繼電器相同，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(dòng)外部負(fù)載，這是與輸出繼電器的主要區(qū)別。它主要起

28、邏輯控制作用。以上幾個(gè)是我們在本次系統(tǒng)設(shè)計(jì)的過程中需要用到的PLC軟元件，另外PLC還有很多其它的軟元件。4.1.2 STEP7軟件使用簡介S7-200可編程控制器使用STEP7-Micro/WIN4.0編程軟件進(jìn)行編程。STEP7-Micro/WIN4.0編程軟件是基于Windows的應(yīng)用軟件，功能強(qiáng)大，主要用于開發(fā)程序，也可用于適時(shí)監(jiān)控用戶程序的執(zhí)行狀態(tài)。它具備以下的特點(diǎn)：（1）DK 3964 R/RK 512 等標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議已經(jīng)集成到控制器內(nèi)部，不需要額外驅(qū)動(dòng)。 （2）集成 modem 支持，內(nèi)置modem 功能，可進(jìn)行遠(yuǎn)程編程、診斷或數(shù)據(jù)傳輸。（3）編程不需 MPI 轉(zhuǎn)換器，直接通過PC上

29、的 RS232 口。（4）現(xiàn)場總線通訊功能，控制器功能中已集成了Profibus DP Master / Slave, Profibus FMS 和 LON Works。（5）利用web server進(jìn)行監(jiān)控，儲(chǔ)存 HTML 網(wǎng)頁、圖片、PDF 文件等到控制器里供通用瀏覽器查看。（6）擴(kuò)展操作系統(tǒng)功能。如保護(hù)技術(shù)秘密，防止被非法查看或復(fù)制。4.1.3 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

30、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(jì)中選擇梯形圖編程。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，通常稱作母線，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)、按鈕、內(nèi)部條件等；線圈通常代表

31、邏輯“輸出”結(jié)果，如指示燈、接觸器、中間繼電器、電磁閥等。對S7-200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(shí)器、計(jì)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(shí)，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(dòng)，即只能從左向右流動(dòng)。層次改變（接通的順序）也只能先上后下，與程序編寫時(shí)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(chǔ)器中輸入、輸出點(diǎn)的狀態(tài)，并不是接線時(shí)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)

32、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(dòng)現(xiàn)場執(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(shí)器、計(jì)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(gè)繼電器和觸點(diǎn)均為PLC存儲(chǔ)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(gè)（受存儲(chǔ)容量限制），也不會(huì)磨損，因此，梯形圖設(shè)計(jì)中，可不考慮觸點(diǎn)數(shù)量，這給設(shè)計(jì)者帶來很大方便。對于外部輸入信

33、號，只要接入一個(gè)信號到PLC即可。6.電氣控制電路中各支路是同時(shí)加上電壓并行工作的，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。4.1.4 電鍍生產(chǎn)線的工作流程根據(jù)設(shè)計(jì)要求繪制整個(gè)系統(tǒng)的工作流程圖，可以更清楚的認(rèn)識該生產(chǎn)線的生產(chǎn)全過程，整個(gè)系統(tǒng)的工作流程圖，如圖4-1所示。初始化清洗（槽1）電鍍（槽2）酸洗（槽3）連續(xù)單周期運(yùn)行否YNYNNY返回延時(shí)10S延時(shí)20S延時(shí)10S上升至上限位停放等待上升至上限位停放等待上升至上限位停放等待延時(shí)8S延時(shí)10S延時(shí)15SNNNNNNYYYYYY開始圖4-1 電鍍生產(chǎn)線工作流程圖4.2 PLC梯形圖設(shè)計(jì)根據(jù)設(shè)

34、計(jì)要求和流程圖，畫出該系統(tǒng)的梯形圖。主要列出酸洗、電鍍和清洗的程序梯形圖。完整的梯形圖請見附錄。酸洗過程：圖4-2 酸洗程序指令電鍍過程：圖4-3 電鍍程序指令清洗過程：圖4-4 清洗程序指令5 實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)本系統(tǒng)除硬件和軟件的設(shè)計(jì)之外，還需要有良好的人機(jī)控制界面，以便于對系統(tǒng)調(diào)控和對相關(guān)參數(shù)的修改。本系統(tǒng)監(jiān)控軟件采用組態(tài)王，通過組態(tài)王與PLC通信，從而對系統(tǒng)的各個(gè)參數(shù)和運(yùn)行情況進(jìn)行監(jiān)控。5.1組態(tài)軟件隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展，工業(yè)的自動(dòng)化領(lǐng)域出現(xiàn)了新的發(fā)展空間：通過遠(yuǎn)程監(jiān)控和診斷技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)，組建了優(yōu)質(zhì)高效的監(jiān)控系統(tǒng)，使系統(tǒng)更加安全可靠。組態(tài)軟件是指一些數(shù)據(jù)采集和過程控制的

35、專用軟件，它們是在自動(dòng)控制系統(tǒng)監(jiān)控層一級的軟件平臺(tái)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(dòng)控制系統(tǒng)監(jiān)控功能的、通用層次的軟件。組態(tài)王是國內(nèi)一家較有影響的組態(tài)軟件公式開發(fā)的組態(tài)軟件。組態(tài)王提供了資源管理器式的操作主界面。隨著科技的快速發(fā)展，實(shí)時(shí)控制、通訊及聯(lián)網(wǎng)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫、SCADA、開放數(shù)據(jù)接口、對I/O設(shè)備的廣泛支持已經(jīng)成為組態(tài)王的主要內(nèi)容。組態(tài)軟件有很多功能和特點(diǎn)：概念簡單，易于理解和使用；功能齊全，便于方案設(shè)計(jì)；實(shí)時(shí)性與并行處理；建立實(shí)時(shí)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(dòng)畫組態(tài)”功能，快速構(gòu)造各種復(fù)雜生動(dòng)的動(dòng)態(tài)畫面；引入“運(yùn)行策略”的概念。組

36、態(tài)軟件的特點(diǎn)：1.可視化操作界面，真彩顯示圖形、支持漸進(jìn)色等。2.有全面的腳本和動(dòng)畫功能，可以保存在畫面中，方便以后打印和分析。3.具有導(dǎo)入和導(dǎo)出功能，變量可以導(dǎo)出到Excel表格中，方便對變量的名稱等屬性進(jìn)行修改。然后再導(dǎo)入新工程中，實(shí)現(xiàn)變量的二次利用，提高了效率。4.強(qiáng)大的分布式報(bào)警、事件處理，支持實(shí)時(shí)、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(shí)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

37、種授權(quán)方式。5.2 組態(tài)王軟件的設(shè)計(jì)組態(tài)王把那些需要與之交換數(shù)據(jù)的硬件設(shè)備或軟件程序都作為外部設(shè)備使用。外部硬件設(shè)備通常包括PLC、模塊、儀表、變頻器、板卡等；按照計(jì)算機(jī)和外部設(shè)備的通訊連接方式，則分為：串行通信(232422485)、以太網(wǎng)、專用通信卡(如CP5611)等。組態(tài)王與PLC的連接基本步驟如下： 1、在組態(tài)王工程瀏覽器樹型目錄中，選擇設(shè)備，在右邊的工作區(qū)中出現(xiàn)了“新建”圖標(biāo)，雙擊此“新建”圖標(biāo)，彈出“設(shè)備配置向?qū)А睂υ捒?，根?jù)實(shí)際要求填寫設(shè)備配置。在出現(xiàn)的對話框中選擇“PLC”“串行”項(xiàng)后單擊“下一步”。 2、選擇連接的串口為COM1，單擊“下一步”彈出設(shè)各地址對話框，在連接現(xiàn)場

38、設(shè)備時(shí)，設(shè)各地址處填寫的地址要和實(shí)際設(shè)備地址完全一致。 3、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)。主要有：(1)嘗試恢復(fù)間隔：定義為30S；(2)最長恢復(fù)時(shí)間：這里定義為24h；(3)動(dòng)態(tài)優(yōu)化：此項(xiàng)參數(shù)可以優(yōu)化組態(tài)王的數(shù)據(jù)采集。 4、檢查各項(xiàng)設(shè)置是否正確，確認(rèn)無誤后，單擊“完成”，完成安裝。5、構(gòu)造數(shù)據(jù)庫：選擇工程瀏覽器左側(cè)大綱項(xiàng)“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。6.動(dòng)畫連接：在新畫面中雙擊需要連接的物件，在對話框中有各種連接，根據(jù)設(shè)計(jì)需要選擇，分別選擇“水平移動(dòng)”和“垂直移動(dòng)”兩種連接方式。完成上面所述的步驟后，組態(tài)王工

39、程已經(jīng)初步建立起來，進(jìn)入到運(yùn)行和調(diào)試階段。5.3 軟硬件調(diào)試本次所做的設(shè)計(jì)課題主要采用S7-200系列機(jī)型進(jìn)行程序設(shè)計(jì)，利用組態(tài)王軟件對電鍍控制進(jìn)行畫面組態(tài)，很好的完成了課題的設(shè)計(jì)要求。在設(shè)計(jì)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。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，如圖5-1所示。圖5-1 初始狀態(tài)按下“連續(xù)運(yùn)行”按鈕，再按“啟動(dòng)按鈕”，系統(tǒng)向上運(yùn)行，上升指示燈亮如圖5-2所示。圖5-2 上升運(yùn)行當(dāng)行車碰到上限開關(guān)時(shí)，系統(tǒng)向右運(yùn)行，右行指示燈亮如圖5-3所示。圖5-3 向右運(yùn)行當(dāng)行車向右運(yùn)行時(shí)碰到行程開關(guān)XK1、XK2時(shí)不響應(yīng)，至XK3時(shí)，系統(tǒng)下行，下降指示