電鍍生產(chǎn)線控制培訓(xùn)課程

1、摘 要本文探討了如何利用德國(guó)西門(mén)子PLC S7-300進(jìn)行自動(dòng)化電鍍生產(chǎn)線控制，在本次設(shè)計(jì)中，我們從自動(dòng)控制技術(shù)器件在國(guó)內(nèi)的應(yīng)用前景及電鍍生產(chǎn)線生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境來(lái)考慮，以使該生產(chǎn)線真正具備自動(dòng)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(lái)控制整個(gè)整個(gè)工作流程的方案。重點(diǎn)分析了系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)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序流程圖等，實(shí)現(xiàn)了電鍍生產(chǎn)自動(dòng)化，提高了生產(chǎn)效率，降低了勞動(dòng)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(shí)監(jiān)控系統(tǒng)功能，更好的使該自動(dòng)生產(chǎn)系統(tǒng)融

2、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 目錄前言0第1章 緒論11.1 PLC的發(fā)展和歷史趨勢(shì)11.2 PLC的分類(lèi)21.2.1 按I/O點(diǎn)數(shù)分類(lèi)21.2.2 按功能分類(lèi)21.3 PLC系統(tǒng)組成及各部分的功能31.4 PLC的基本工作原理41.5電鍍生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)概述與選題背景意義41.5.1 生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)的概述41.5.2 課題的選題背景及意義51.6 控制對(duì)象的設(shè)計(jì)要求詳述6第2章 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)72.1 PLC機(jī)型選擇72.2 I/O分配表及其端子接線圖72.3主電路的設(shè)計(jì)102.4電鍍生產(chǎn)線的工作流程圖11第3章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)123.1 軟件的組成及作用123.1

3、.1 PLC內(nèi)部資源123.1.2 PLC編程語(yǔ)言133.1.3 組態(tài)軟件143.2 PLC梯形圖設(shè)計(jì)16第4章 軟硬件調(diào)試實(shí)現(xiàn)36 4.1組態(tài)與PLC 37 4.2系統(tǒng)與調(diào)試38 4.3具體實(shí)施38結(jié)論39謝 辭40參考文獻(xiàn)41附錄42前言電鍍生產(chǎn)線按照其工藝要求和規(guī)模一般設(shè)計(jì)有兩臺(tái)行車(chē)、三臺(tái)行車(chē)和四臺(tái)行車(chē)工作，每臺(tái)行車(chē)都根據(jù)已編制好的各自的程序運(yùn)行；對(duì)于行車(chē)的自動(dòng)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(dòng)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

4、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(shí)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(dòng)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?gòu)U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，有著非常好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，電鍍生產(chǎn)線上對(duì)行車(chē)的自動(dòng)控制則是電鍍生產(chǎn)線自動(dòng)化控制的關(guān)鍵。用PLC輔以變頻器對(duì)電鍍自動(dòng)生產(chǎn)線行車(chē)進(jìn)行自動(dòng)控制，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(dòng)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(dòng)化生產(chǎn)的發(fā)展的主流方向。為此，我選定了該題目，簡(jiǎn)單的實(shí)現(xiàn)了電鍍生產(chǎn)線的自動(dòng)工作流

5、程，并進(jìn)行了簡(jiǎn)單的軟件設(shè)計(jì)，從畫(huà)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(shì)二十世紀(jì)六十年代美國(guó)推出可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC）取代傳統(tǒng)繼電器控制裝置以來(lái)，PLC得到了快速發(fā)展，在世界各地得到了廣泛應(yīng)用。同時(shí)，PLC的功能也不斷完善。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、信號(hào)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(hù)需求的不斷提高，PLC在開(kāi)關(guān)量處理的基礎(chǔ)上增加了模擬量處理和運(yùn)動(dòng)控制等功能。今天的PLC不再局限于邏輯控制，在運(yùn)動(dòng)控制、過(guò)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

6、得到了迅速發(fā)展，世界范圍內(nèi)的PLC年增長(zhǎng)率保持為20%30%。隨著工廠自動(dòng)化程度的不斷提高和PLC市場(chǎng)容量基數(shù)的不斷擴(kuò)大，近年來(lái)PLC在工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的增長(zhǎng)速度放緩。但是，在中國(guó)等發(fā)展中國(guó)家PLC的增長(zhǎng)十分迅速。綜合相關(guān)資料，2004年全球PLC的銷(xiāo)售收入為100億美元左右，在自動(dòng)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(lái)的，二十世紀(jì)七十年代的PLC只有開(kāi)關(guān)量邏輯控制，首先應(yīng)用的是汽車(chē)制造行業(yè)。它以存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和運(yùn)算等操作的指令；并通過(guò)數(shù)字輸入和輸出操作，來(lái)控制各類(lèi)機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。用戶(hù)編制的控制程序表達(dá)了生產(chǎn)過(guò)程的工藝要求，并事先存入PLC的用

7、戶(hù)程序存儲(chǔ)器中。運(yùn)行時(shí)按存儲(chǔ)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(chǔ)地址的程序計(jì)數(shù)器，在程序運(yùn)行過(guò)程中，每執(zhí)行一步該計(jì)數(shù)器自動(dòng)加1，程序從起始步（步序號(hào)為零）起依次執(zhí)行到最終步（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(shí)間稱(chēng)為一個(gè)掃描周期。不同型號(hào)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(jí)，解算1K邏輯程序不到1毫秒。它把所有的輸入都當(dāng)成開(kāi)關(guān)量來(lái)處理，16位（也有32位的）為一個(gè)模擬量。大型PLC使用另外一個(gè)CPU來(lái)完成模擬量的運(yùn)算。把計(jì)算結(jié)果送給PLC

8、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(méi)有專(zhuān)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(gè)PLC的控制器，可以接收幾千個(gè)I/O點(diǎn)（最多可達(dá)8000多個(gè)I/O）。如果被控對(duì)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(jì)企業(yè)的管理信息系統(tǒng)方面，要容易一些。 近10年來(lái)，隨著PLC價(jià)格的不斷降低和用戶(hù)需求的不斷擴(kuò)大，越來(lái)越多的中小設(shè)備開(kāi)始采用PLC進(jìn)行控制，PLC在我國(guó)的應(yīng)用增長(zhǎng)十分迅速。隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展和基礎(chǔ)自動(dòng)化水平的不斷提高，今后一段時(shí)期內(nèi)PLC在我國(guó)仍將保持高速增長(zhǎng)勢(shì)頭。

9、1.2 PLC的分類(lèi)PLC產(chǎn)品種類(lèi)繁多，其規(guī)格和性能也各不相同。對(duì)PLC的分類(lèi)可以根據(jù)結(jié)構(gòu)、功能的差異等進(jìn)行大致分類(lèi)。1.2.1 按I/O點(diǎn)數(shù)分類(lèi)PLC按其I/O點(diǎn)數(shù)多少一般可分為以下4類(lèi)。1.微型PLC：I/O點(diǎn)數(shù)小于64點(diǎn)的PLC為超小型或微型PLC。2.小型PLC：I/O點(diǎn)數(shù)為256點(diǎn)以下，用戶(hù)程序存儲(chǔ)容量小于8KB的為小型PLC。3.中型PLC：I/O點(diǎn)數(shù)在5122048點(diǎn)之間的為中型PLC。4.大型PLC：I/O點(diǎn)數(shù)為2048點(diǎn)以上的為大型PLC。它具有極強(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(jí)通信網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)工廠生產(chǎn)管理自動(dòng)化。1.2.2 按功能分類(lèi) 根據(jù)PLC所具

10、有的功能不同可將PLC分為低檔、中檔、高檔3類(lèi)。1.高檔PLC：除具有中檔PLC的功能外，還增加了帶符號(hào)算術(shù)運(yùn)算、矩陣運(yùn)算、函數(shù)、表格、CRT可編程控制器原理與應(yīng)用顯示、打印和更強(qiáng)的通信聯(lián)網(wǎng)功能，可用于大規(guī)模過(guò)程控制或構(gòu)成分布式網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)工廠自動(dòng)化。2.中檔PLC：除具有低檔PLC的功能外，還具有較強(qiáng)的模擬量I/O、算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送和比較、數(shù)制轉(zhuǎn)換、遠(yuǎn)程 I/O、子程序、通信聯(lián)網(wǎng)等功能。有些還可增設(shè)中斷控制、PID(比例、積分、微分控制)控制等功能，以適用于復(fù)雜控制系統(tǒng)。3.低檔PLC：具有邏輯運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù)、移位以及自診斷、監(jiān)控等基本功能，還可有少量的模擬量I/O、算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)

11、傳送和比較、通信等功能1.3 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(gè)系統(tǒng)中起“心臟”作用。 2.存儲(chǔ)器具有記憶功能的半導(dǎo)體電路，分為系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器和用戶(hù)存儲(chǔ)器。（1）系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器用以存放系統(tǒng)程序，包括管理程序，監(jiān)控程序以及對(duì)用戶(hù)程序做編譯處理的解釋編譯程序。由只讀存儲(chǔ)器、ROM組成。廠家使用的，內(nèi)容不可更改，斷電不消失。（2）用戶(hù)存儲(chǔ)器：分為用戶(hù)程序存儲(chǔ)區(qū)和工作數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)。由隨機(jī)存取存儲(chǔ)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(guò)程：當(dāng)開(kāi)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(hào)。當(dāng)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，二極管不發(fā)光，三極管不導(dǎo)

12、通。向內(nèi)部電路輸入信號(hào)。也就是通過(guò)輸入接口電路把外部的開(kāi)關(guān)信號(hào)轉(zhuǎn)化成PLC內(nèi)部所能接受的數(shù)字信號(hào)。(2) 輸出接口：輸出接口工作過(guò)程：當(dāng)內(nèi)部電路輸出數(shù)字信號(hào)1，有電流流過(guò)，繼電器線圈有電流，然后常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，提供負(fù)載導(dǎo)通的電流和電壓。當(dāng)內(nèi)部電路輸出數(shù)字信號(hào)0，則沒(méi)有電流流過(guò)，繼電器線圈沒(méi)有電流，然后常開(kāi)觸點(diǎn)斷開(kāi)，斷開(kāi)負(fù)載的電流或電壓。也就是通過(guò)輸出接口電路把內(nèi)部的數(shù)字電路化成一種信號(hào)使負(fù)載動(dòng)作或不動(dòng)作。 1.4 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(guò)程。集中對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行采樣。集中對(duì)輸出信號(hào)進(jìn)行刷新。2.輸入刷新過(guò)程。當(dāng)輸入端口關(guān)閉時(shí)，程序在進(jìn)行執(zhí)行階段

13、時(shí)，輸入端有新?tīng)顟B(tài)，新?tīng)顟B(tài)不能被讀入。只有程序進(jìn)行下一次掃描時(shí)，新?tīng)顟B(tài)才被讀入。3.一個(gè)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(zhǎng)短由三條決定：（1）CPU執(zhí)行指令的速度（2）指令本身占有的時(shí)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。1.5電鍍生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)概述與選題背景意義1.5.1 生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)的概述電鍍行車(chē)生產(chǎn)線自動(dòng)化的程度在德國(guó)、意大利、美國(guó)等國(guó)家的發(fā)展水平已經(jīng)較高，而在我國(guó)尚處在發(fā)展階段。中國(guó)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(dòng)化行業(yè)的迅猛

14、發(fā)展提供了廣闊的空間。電鍍行業(yè)是我國(guó)重要的加工行業(yè)，據(jù)粗略估計(jì)，全國(guó)現(xiàn)有15000家電鍍生產(chǎn)廠，行業(yè)職工總數(shù)超過(guò)50萬(wàn)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(lái)，鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)發(fā)展迅速電鍍行業(yè)企業(yè)規(guī)模普遍較小，年電鍍能力超過(guò)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(zhuān)業(yè)化企業(yè)擁有國(guó)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(guò)時(shí)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(dòng)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(shí)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(duì)人的身心健

15、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。1.5.2 課題的選題背景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(guò)程。簡(jiǎn)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(jì)效果也日新月異，電鍍是我們?cè)谠O(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(zhǎng)，工藝也較為成熟的一種效果。對(duì)于這種工藝的應(yīng)用在我們的

16、產(chǎn)品上已經(jīng)非常多，而通過(guò)這種的處理我們通常可以得到一些金屬色澤的效果，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(guò)這樣的處理為產(chǎn)品的設(shè)計(jì)增加一個(gè)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(shí)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(dòng)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?gòu)U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，

17、有著非常好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，電鍍生產(chǎn)線上對(duì)行車(chē)的自動(dòng)控制則是電鍍生產(chǎn)線自動(dòng)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(jì)有兩臺(tái)行車(chē)、三臺(tái)行車(chē)和四臺(tái)行車(chē)工作，每臺(tái)行車(chē)都根據(jù)已編制好的各自的程序運(yùn)行；對(duì)于行車(chē)的自動(dòng)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(dòng)化程度更高。用PLC輔以變頻器對(duì)電鍍自動(dòng)生產(chǎn)線行車(chē)進(jìn)行自動(dòng)控制，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(dòng)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(dòng)化生產(chǎn)的發(fā)展方向。1.6

18、 控制對(duì)象的設(shè)計(jì)要求詳述如摘要中所述，電鍍的工作流程：?jiǎn)?dòng)吊鉤上升上限行程開(kāi)關(guān)閉合右行至1號(hào)槽上方位置檢測(cè)器S1閉合吊鉤下降進(jìn)入1號(hào)槽下限行程開(kāi)關(guān)閉合電鍍延時(shí)吊鉤上升，由3號(hào)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)現(xiàn)以下工作方式：1.手動(dòng)工作方式：用四個(gè)按鈕分別控制行車(chē)吊籃的上升、下降、左行和右行。2.連續(xù)工作方式：在原點(diǎn)按下啟動(dòng)按鈕，電鍍生產(chǎn)線完成一個(gè)周期的的工作后，繼續(xù)下一個(gè)周期的工作；當(dāng)按下停止按鈕時(shí)，電鍍生產(chǎn)線并不馬上停止工作，而是完成當(dāng)前周期的工作后，返回原點(diǎn)停止。3.單步工作方式：從初始部開(kāi)始，每按一下啟動(dòng)按鈕，程序運(yùn)行一步即停止；當(dāng)再次按下啟動(dòng)按

19、鈕，程序有運(yùn)行一步即每按一次啟動(dòng)按鈕，程序只運(yùn)行一步。4、單周期工作方式：在原點(diǎn)位置按下啟動(dòng)按鈕，生產(chǎn)線按要求完成一個(gè)周期工作后，返回并停留在原點(diǎn)。第2章 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)2.1 PLC機(jī)型選擇根據(jù)自動(dòng)化電鍍生產(chǎn)線的控制要求，我們采用了德國(guó)西門(mén)子PLC S7-300 CPU314型號(hào)，此類(lèi)型PLC無(wú)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(jiǎn)單控制到復(fù)雜的自動(dòng)控制。其應(yīng)用領(lǐng)域包括各種機(jī)床、紡織機(jī)械、塑料機(jī)械、電梯等行業(yè)。S7-300 CPU314通訊功能完善，具有極高的性能價(jià)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

20、入信號(hào)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(kāi)關(guān)，這些面板按鈕信號(hào)和傳感器信號(hào)作為PLC的輸入變量，經(jīng)過(guò)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(lái)控制行車(chē)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(jì)中，我們定義的I/O分配表如表2-1所示。將13個(gè)輸入信號(hào)和5個(gè)輸入信號(hào)按各自的功能類(lèi)型分好，并與PLC的I/O點(diǎn)一一對(duì)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(kāi)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

21、塊的地址是從最靠近CPU模塊的模擬量模塊開(kāi)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2-2所示。由圖表可以看出,PLC控制系統(tǒng)的輸入信號(hào)有17個(gè)，均為開(kāi)關(guān)量。其中單操作按鈕開(kāi)關(guān)2個(gè)，行程開(kāi)關(guān)4個(gè)，限位開(kāi)關(guān)7個(gè)，選擇工作方式開(kāi)關(guān)4個(gè)。PLC控制系統(tǒng)的輸出信號(hào)有4個(gè)，其中2個(gè)用于驅(qū)動(dòng)吊鉤電機(jī)正反轉(zhuǎn)接觸器KM1、KM2,2個(gè)用于驅(qū)動(dòng)行車(chē)電機(jī)正反轉(zhuǎn)接觸器KM3、KM4。表2-1 I/O地址分配表序號(hào)輸入序號(hào)輸出1I0.0啟動(dòng)按鈕18Q4.0上升繼電器2I0.1停止按鈕19Q4.1下降繼電器3I0.2單周期工作20Q4.2右行繼電器4I0.3連續(xù)工作方式21Q4.3左行

22、繼電器5I0.4步進(jìn)工作方式6I0.5手動(dòng)工作方式7I1.0位置檢測(cè)器8I1.1位置檢測(cè)器9I1.2位置檢測(cè)器10I1.3位置檢測(cè)器11I1.4 上限12I1.5下限13I1.6右限14I2.0手動(dòng)上升15I2.1手動(dòng)下降16I2.2手動(dòng)右行17I2.3手動(dòng)左行 圖2-2 I/OPLC外部接線2.3主電路的設(shè)計(jì)圖2-3 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(kāi)的形式，利用圖形符號(hào)和項(xiàng)目符號(hào)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(lái)繪制，而是根據(jù)它在電路中所起的作用畫(huà)在不同的部位上。電氣原理圖具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、層次分明

23、的特點(diǎn)，適合研究和分析電路工作原理，在設(shè)計(jì)研發(fā)和生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)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(jì)中我們著重分析了主電路圖。在本設(shè)計(jì)中，根據(jù)電鍍生產(chǎn)線的工藝要求，只需用兩臺(tái)電機(jī)分別控制吊鉤的上升、下降和行車(chē)的左行、右行。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(chē)的前進(jìn)和后退。2.4電鍍生產(chǎn)線的工作流程圖我們根據(jù)設(shè)計(jì)要求繪制了整個(gè)系統(tǒng)的工作流程圖，以便可以更清楚的認(rèn)識(shí)該生產(chǎn)線的生產(chǎn)全過(guò)程，整個(gè)系統(tǒng)的工作流程圖，如圖2-3所示。行車(chē)動(dòng)作無(wú)非就是上下左右受控移動(dòng)，按照指定的順序(即動(dòng)作表)完

24、成一系列的動(dòng)作。要求有幾套動(dòng)作表可以選擇，動(dòng)作可以靜態(tài)修改，也可以在運(yùn)行時(shí)由上位機(jī)動(dòng)態(tài)修改。在這里，我們把行車(chē)的一個(gè)動(dòng)作定義為：“到幾號(hào)工位上升，再到幾號(hào)工位下降”，或者是“延時(shí)幾秒”，每個(gè)動(dòng)作表由若干個(gè)動(dòng)作字組成，放在PLC 的數(shù)據(jù)寄存器里，動(dòng)作表由PLC程序初始化，也可以在運(yùn)行時(shí)通過(guò)串行通訊由上位機(jī)讀取和修改，PLC程序在運(yùn)行時(shí)只是不斷地解釋和執(zhí)行動(dòng)作表。裝卸臺(tái)清洗池風(fēng)干電鍍池吊籃S1S2S3S4S6S5下限檢測(cè)上限檢測(cè)處理1分鐘處理1分鐘處理10分鐘圖2-3電鍍生產(chǎn)線工作流程圖第3章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)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

25、，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(guò)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(méi)有瞬動(dòng)觸點(diǎn)。使用時(shí)要提前輸入時(shí)間預(yù)設(shè)值。當(dāng)定時(shí)器的輸入條件滿(mǎn)足時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí)，當(dāng)前值從0開(kāi)始按一定的時(shí)間單位增加；當(dāng)定時(shí)器的當(dāng)前值達(dá)到預(yù)設(shè)值時(shí)，定時(shí)器觸點(diǎn)動(dòng)作。利用定時(shí)器的觸點(diǎn)就可以得到控制所需的延時(shí)時(shí)間。2.計(jì)數(shù)器：計(jì)數(shù)器可用來(lái)累計(jì)輸入脈沖的個(gè)數(shù)，經(jīng)常用于對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行計(jì)數(shù)或者進(jìn)行特定功能的編程。使

26、用時(shí)要提前輸入它的特定植。當(dāng)輸入觸發(fā)條件滿(mǎn)足時(shí)，計(jì)數(shù)器開(kāi)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)定的設(shè)定值時(shí)，其常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)。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(duì)應(yīng)，它用于接受外部的開(kāi)關(guān)信號(hào)。當(dāng)外部的開(kāi)關(guān)信號(hào)為閉合時(shí)，輸入繼電器的線圈得電，在程序中常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)。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(duì)應(yīng)。當(dāng)通過(guò)程序使得輸出繼電器線圈得電時(shí)，PLC上的輸出端開(kāi)關(guān)閉合，它可以作為控制外部負(fù)載的開(kāi)關(guān)信號(hào)。同時(shí)在程序中其常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)。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

27、繼電器相同，它在PLC中沒(méi)有輸入/輸出端與之對(duì)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。它主要起邏輯控制作用。以上幾個(gè)是我們?cè)诒敬蜗到y(tǒng)設(shè)計(jì)的過(guò)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(yǔ)言PLC是通過(guò)運(yùn)行編寫(xiě)的用戶(hù)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(hù)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(hù)程序的運(yùn)行；用戶(hù)程序是用戶(hù)為完成特定的控制任務(wù)而編寫(xiě)的應(yīng)用程序。S7-200系列PLC的編程語(yǔ)言非常豐富，有梯形圖、語(yǔ)句表、功能塊圖和順序功能圖等，用戶(hù)可以選擇一種編程語(yǔ)言，如果需要，也可混合使用幾種語(yǔ)言編程。這些編

28、程語(yǔ)言都是面向用戶(hù)的，它使控制程序的開(kāi)發(fā)、輸入、調(diào)試和修改工作大大簡(jiǎn)化。我們?cè)诒敬卧O(shè)計(jì)中選擇梯形圖編程。以下我們?cè)敿?xì)介紹下梯形圖的概念。梯形圖左邊有一條垂直的線稱(chēng)作左母線，右邊一條虛線稱(chēng)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(lèi)似電氣控制圖的電源線，通常稱(chēng)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(kāi)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(duì)S7-

29、200系列的PLC來(lái)說(shuō)，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(guò)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(xiě)時(shí)的步序號(hào)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(chǎng)開(kāi)關(guān)的實(shí)際狀態(tài)；輸出線圈只對(duì)應(yīng)輸出映像區(qū)的相應(yīng)位，該位的狀態(tài)必須通過(guò)I/O模塊上對(duì)應(yīng)的輸出單元才能驅(qū)動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)

30、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(chēng)稱(chēng)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(kāi)接點(diǎn)閉合或常閉接點(diǎn)斷開(kāi)；相應(yīng)位為“0”，表示繼電器線圈斷電、常開(kāi)接點(diǎn)斷開(kāi)或常閉接點(diǎn)閉合。5.梯形圖中的繼電器觸點(diǎn)既可常開(kāi)，又可常閉，其常開(kāi)、常閉觸點(diǎn)的數(shù)目理論上是無(wú)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(lái)很大方便。對(duì)于外部輸入信號(hào)，只要接入一個(gè)信號(hào)到PLC即可。6.電氣控制電路中各支路是同時(shí)加

31、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(shí)間很短（一般不過(guò)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(jì)梯形圖時(shí)，對(duì)這種并行處理與串行處理的差別有時(shí)候應(yīng)予注意，特別是那些在程序執(zhí)行階段還要隨時(shí)對(duì)輸入、輸出狀態(tài)存儲(chǔ)器進(jìn)行刷新操作的PLC，不要因?yàn)閷?duì)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(jì)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(dòng)化開(kāi)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(guò)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

32、與過(guò)程控制的專(zhuān)用軟件，它們是在自動(dòng)控制系統(tǒng)監(jiān)控層一級(jí)的軟件平臺(tái)和開(kāi)發(fā)環(huán)境，使用靈活的組態(tài)方式，為用戶(hù)提供快速構(gòu)建工業(yè)自動(dòng)控制系統(tǒng)監(jiān)控功能的、通用層次的軟件工具。組態(tài)軟件應(yīng)該能支持各種工控設(shè)備和常見(jiàn)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(duì)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(gè)使用戶(hù)能快速建立自己的HMI的軟件工具，或開(kāi)發(fā)環(huán)境。在組態(tài)軟件出現(xiàn)之前，工控領(lǐng)域的用戶(hù)通過(guò)手工或委托第三方編寫(xiě)HMI應(yīng)用，開(kāi)發(fā)時(shí)間長(zhǎng)，效率低，可靠性差；或者購(gòu)買(mǎi)專(zhuān)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(mǎn)足需求，很難與外界進(jìn)行數(shù)據(jù)交

33、互，升級(jí)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(hù)從這些困境中解脫出來(lái)，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(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)、實(shí)時(shí)控制、SCADA、通訊及聯(lián)網(wǎng)、開(kāi)放數(shù)據(jù)接口、對(duì)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(huì)不斷被賦予新的內(nèi)容。組態(tài)軟件：對(duì)應(yīng)全稱(chēng)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(jiǎn)稱(chēng)有三種分別為HMI/M

34、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(jiǎn)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(kù)，便于用戶(hù)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(huà)組態(tài)”功能，快速構(gòu)造各種復(fù)雜生動(dòng)的動(dòng)態(tài)畫(huà)面；引入“運(yùn)行策略”的概念。它具有以下幾個(gè)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(kù)、動(dòng)畫(huà)連接。2.無(wú)與倫比的動(dòng)力和靈活性，擁有全面的腳本與圖形動(dòng)畫(huà)功能可以對(duì)畫(huà)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

35、，變量可以導(dǎo)出到Excel表格中，方便的對(duì)變量名稱(chēng)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(kāi)發(fā)時(shí)間。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(yǔ)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(huà)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(kù)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(kù)，支持常見(jiàn)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(jì)電鍍生產(chǎn)線梯形圖設(shè)計(jì)如圖3-1所示。圖3-1 梯形圖 第4章 硬件調(diào)試實(shí)現(xiàn)本次所做的設(shè)計(jì)課題主要采用S7-3

36、00系列機(jī)型進(jìn)行程序設(shè)計(jì)，利用組態(tài)王軟件對(duì)電鍍控制進(jìn)行畫(huà)面組態(tài)，很好的完成了老師要求的設(shè)計(jì)任務(wù)，課題設(shè)計(jì)控制要求。在設(shè)計(jì)的最后階段把軟件和硬件結(jié)合起來(lái)，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(huà)面圖，根據(jù)各個(gè)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(dòng)運(yùn)行。符號(hào)表如下圖4-1圖4-1 符號(hào)表4.1組態(tài)與PLC （1）按照輸入兩個(gè)配置表和外部接線圖，將PLC輸入輸出與相應(yīng)面板符號(hào)的插孔用連接線連好； （2)按照輸入輸出配置，編寫(xiě)電鍍生產(chǎn)線PLC程序；（3）下載編寫(xiě)程序到PLC，運(yùn)行調(diào)試程序，模擬動(dòng)作實(shí)驗(yàn)板上的按鈕和開(kāi)關(guān)

37、，驗(yàn)證所編程序的邏輯；（4）根據(jù)畢業(yè)設(shè)計(jì)要求，設(shè)計(jì)組態(tài)程序，實(shí)現(xiàn)電鍍生產(chǎn)線動(dòng)態(tài)模擬；（5）通過(guò)串口連接PLC和計(jì)算機(jī)，實(shí)現(xiàn)組態(tài)軟件對(duì)PLC的監(jiān)控。 圖4-2 組態(tài)軟件4.2系統(tǒng)調(diào)試（1）對(duì)每一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)和控制量做單獨(dú)測(cè)試；（2）檢查硬件修改程序；（3）對(duì)現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)和控制量做綜合測(cè)試；（4）帶設(shè)備調(diào)試；（5）調(diào)試結(jié)束。4.3具體實(shí)施（1）設(shè)備連接 利用PLC與計(jì)算機(jī)專(zhuān)用電纜，將PLC通過(guò)編程口與上位機(jī)算計(jì)串口（COM口）連接，進(jìn)行串行通訊。串行通訊方式使用“組態(tài)王計(jì)算機(jī)”的串口，I/O設(shè)備通過(guò)串行通訊電纜連接到“組態(tài)王計(jì)算機(jī)”的串口。 圖4-3 工程主界面（2）設(shè)備配置 利用設(shè)備配置向?qū)瓿纱型ㄓ嵎绞降腎/O設(shè)備安裝，安裝過(guò)程簡(jiǎn)單、方便。 （3）系統(tǒng)運(yùn)行 啟動(dòng)組態(tài)王運(yùn)行系統(tǒng)。將PLC開(kāi)關(guān)指向“RUN”狀態(tài)，按下啟動(dòng)按鈕，觀察電鍍生產(chǎn)線系統(tǒng)控制結(jié)果。下圖為仿真系統(tǒng)。圖4-4仿真系統(tǒng)結(jié)論電鍍是一門(mén)具有悠久歷史的表面處理技術(shù)，近幾年來(lái)，隨著新的工藝技術(shù)方法，尤其是一些新的鍍層材料和復(fù)合電鍍技術(shù)的