PLC在冷陰極燈管生產(chǎn)線的設(shè)計應(yīng)用畢業(yè)論文

1、三 江 學(xué) 院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）課題名稱 PLC在冷陰極燈管生產(chǎn)線的設(shè)計應(yīng)用 電氣工程 系 電氣工程自動與其自動化 專業(yè)學(xué) 號 Z04071013 學(xué)生 房櫻燕 指導(dǎo)教師 熊田忠 起訖日期 2008.02.25 2008.06.04 工作地點(diǎn) 實(shí)驗(yàn)樓L408 - 42 - / 46摘 要目前，在冷陰極燈管（CCFL）生產(chǎn)線上，大多使用手工生產(chǎn)。由于冷陰極燈管細(xì)小且易碎，人工生產(chǎn)工作量大，導(dǎo)致生產(chǎn)效率低，同時也會產(chǎn)生生產(chǎn)質(zhì)量上的問題。本文的目標(biāo)是：采用西門子S7-300 PLC對CCFL的后續(xù)生產(chǎn)工序進(jìn)行自動化改造，以提高產(chǎn)品的生產(chǎn)效率。文中分析了CCFL后續(xù)的大致生產(chǎn)工藝。進(jìn)行了生產(chǎn)線的硬件

2、設(shè)計，包括PLC、SM輸入/輸出模塊、MM420變頻器與電機(jī)等部分。軟件設(shè)計利用STEP-7編程，主要有變頻器控制電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)、機(jī)械手控制產(chǎn)品上線傳送、功能檢測、清潔、計數(shù)與移位、自動包裝等六個部分。所有程序在S7-PLCSIM中仿真并下載至硬件進(jìn)行調(diào)試。仿真和硬件調(diào)試的結(jié)果符合CCFL生產(chǎn)工藝要求，自動化程度大為提高，具有很好的應(yīng)用價值。關(guān)鍵詞：CCFL生產(chǎn)線；PLC；軟件編程；仿真；調(diào)試AbstractAt present, owing to the thinness and fragileness, the Cold Cathode Fluorescent Lamp (CCFL) on as

3、sembly lines mostly depends on manual work which consumes much labor and results in low production efficiency and poor product quality. The target of this paper is that the automated modification by using the Siemens S7-300 PLC in the CCFLs subsequent production process will improve the efficiency.T

4、his paper analyzed the CCFLs subsequent production process and designed the hardware of the assembly lines, including PLC, SM Input/Output Module, MM420 Frequency Conversion and Motor, etc. The design of the software used STEP-7 to program, including such six parts as motor control by frequency inve

5、rter, workpiece-supply-manipulator control, functional check, cleaning, counting and transfer, automatic packing.All the programs were simulated in S7-PLCSIM and loaded down to the hardware to debug.The result of the simulation and the hardware debugging matched the demand of the CCEFs production pr

6、ocess and brought great improvement in the automatization, showing that the design had great value on the application.Key words：CCFL assembly line；PLC；software program；simulation；debug目 錄第一章緒論- 1 -1.1 課題的工程背景- 1 -1.1.1 可編程序控制器（PLC）的誕生背景與意義- 1 -1.1.2 冷陰極燈管（CCFL）的概念與現(xiàn)狀- 2 -1.2 目的與意義- 3 -1.2.1 課題的研究目的-

7、 3 -1.2.2 課題的研究意義- 3 -1.3 論文的主要容- 4 -第二章 CCFLassly工藝過程分析- 5 -2.1 CCFL的原理- 5 -2.2 CCFLassly的大致生產(chǎn)過程- 5 -2.2.1 線材裁切- 6 -2.2.2 線材組立- 6 -2.2.3 燈管前置- 6 -2.2.4 燈罩前置- 6 -2.2.5 燈管焊接- 6 -2.2.6 燈管組裝- 7 -第三章控制系統(tǒng)硬件設(shè)計- 8 -3.1 PLC類型的選擇- 8 -3.1.1 西門子S7-300系列PLC的基本結(jié)構(gòu)- 8 -3.1.2 PLC的物理組成部分- 8 -3.2 變頻器（MM420）與電機(jī)- 10 -3

8、.2.1 MM420變頻器的概況- 10 -3.2.2 MM420變頻器的特點(diǎn)- 10 -3.2.3 MM420變頻器的典型應(yīng)用- 11 -第四章控制系統(tǒng)軟件設(shè)計- 12 -4.1 STEP-7- 12 -4.1.1 STEP-7的概述- 12 -4.1.2 STEP-7的硬件組態(tài)- 12 -4.1.3 設(shè)置PLC下載方式- 13 -4.1.4 STEP-7的軟件編程- 14 -4.2 PLC控制CCFL后續(xù)生產(chǎn)工序- 15 -4.2.1 變頻器（MM420）控制傳送電機(jī)（KM0）運(yùn)轉(zhuǎn)- 15 -4.2.2 機(jī)械手（KM1）控制產(chǎn)品上線傳送- 15 -4.2.3 CCFL功能的檢測- 20 -

9、4.2.4 CCFL的清潔- 22 -4.2.5 CCFL的計數(shù)與機(jī)械手KM2移位- 22 -4.2.6 CCFL的自動包裝- 24 -第五章實(shí)驗(yàn)測試結(jié)果- 25 -5.1 第三部分CCFL功能檢測的仿真測試過程- 25 -5.2 第三部分CCFL功能檢測的硬件測試過程- 27 -第六章實(shí)驗(yàn)結(jié)論與展望- 30 -6.1 結(jié)論- 30 -6.2 展望- 30 -參考文獻(xiàn)- 31 -致- 32 -附錄- 33 -附圖1 程序變量與符號- 33 -附圖2 第二部分順序功能圖- 34 -附圖3 PLC程序流程圖(第三部分第六部分)- 35 -附錄4 PLC控制程序- 36 -第一章 緒論1.1 課題的

10、工程背景1.1.1 可編程序控制器（PLC）的誕生背景與意義1PLC誕生的時代背景上世紀(jì)70年代，繼電器控制系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制領(lǐng)域，特別是制造業(yè)。然而由于繼電器控制系統(tǒng)自身的不足使得其在應(yīng)用過程中，面臨了許多挑戰(zhàn)。當(dāng)時，計算機(jī)已經(jīng)在很多科研機(jī)構(gòu)、高等學(xué)校和大型企業(yè)開始應(yīng)用，但主要用于數(shù)值運(yùn)算。由于計算機(jī)本身的復(fù)雜性，編程難度高，難以適應(yīng)惡劣的工業(yè)環(huán)境以與價格昂貴等原因，未能在工業(yè)控制中廣泛應(yīng)用。 2. PLC的定義PLC即可編程邏輯控制器（Programmable logic Controller），是指以計算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)的新型工業(yè)控制裝置。在1987年國際電工委員會頒布的PLC標(biāo)準(zhǔn)草案中

11、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)字運(yùn)算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲器，用來在其部存儲執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計時、計數(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。PLC與其有關(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(kuò)展其功能的原則而設(shè)計。”3PLC誕生的過程1968年美國GM通用汽車公司（General Motors Corporation）根據(jù)“多品種小批量、不斷翻新汽車品牌型號”的戰(zhàn)略提出這樣的設(shè)想：試圖尋找一種新型控制器，以盡量減少重新設(shè)計和更換繼電器控制系統(tǒng)的硬件和接線，減少

12、維護(hù)與升級時間，減低成本。希望將計算機(jī)功能完備、靈活、通用等優(yōu)點(diǎn)與繼電器控制系統(tǒng)簡單易懂、操作方便、價格便宜等優(yōu)點(diǎn)相結(jié)合，設(shè)計一種通用的控制裝置以滿足生產(chǎn)需求。因此提出十項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)（有名的GM10條）：1）編程簡單方便，可在現(xiàn)場修改程序； 2）硬件維護(hù)方便，最好是插入式結(jié)構(gòu)； 3）可靠性要高于繼電器控制裝置； 4）體積要小于繼電器控制裝置； 5）可將數(shù)據(jù)直接送入管理計算機(jī)； 6）成本上可與繼電器競爭； 7）輸入可以是交流115V； 8）輸出為交流115V，2A以上，能直接驅(qū)動電磁閥； 9）擴(kuò)展時，原有系統(tǒng)只需做很小的改動； 10）程序存儲器容量至少可擴(kuò)展到4KB。1969年美國DEC數(shù)字設(shè)備公

13、司（Digital Equipment Corporation）生產(chǎn)出第一臺符合十項(xiàng)技術(shù)要求的可編程序邏輯控制器（Programmable Logic Controller），簡稱PLC，并在美國通用汽車自動裝配線上應(yīng)用成功，從而開創(chuàng)了工業(yè)控制的新局面。 4PLC的意義PLC在現(xiàn)代工業(yè)控制領(lǐng)域中已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。PLC投入運(yùn)行后，通過計算機(jī)顯示與控制，提高了過程自動化的程度，可實(shí)現(xiàn)無人調(diào)節(jié)操作，減少了操作環(huán)節(jié)，降低了運(yùn)行成本，使系統(tǒng)的管理和控制上了一個新臺階。以PLC的控制功能而言，具有嚴(yán)謹(jǐn)、方便、易編程、易安裝、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。它通用性強(qiáng)，適應(yīng)面廣,特別在數(shù)字量輸入/輸出等邏輯控制領(lǐng)域有

14、無可比擬的優(yōu)點(diǎn)。39年來，PLC從無到有，實(shí)現(xiàn)了工業(yè)控制領(lǐng)域接線邏輯到存儲邏輯的飛躍；其功能從弱到強(qiáng)，實(shí)現(xiàn)了邏輯控制到數(shù)字控制的進(jìn)步；其應(yīng)用領(lǐng)域從小到大，實(shí)現(xiàn)了單體設(shè)備簡單控制到勝任運(yùn)動控制、過程控制、與集散控制等各種任務(wù)的跨越。今天的可編程控制器正在成為工業(yè)控制領(lǐng)域的主流控制設(shè)備，在世界各地發(fā)揮著越來越大的作用。1.1.2冷陰極燈管（CCFL）的概念與現(xiàn)狀 1CCFL的基本概念 冷陰極燈的全稱是冷陰極熒光燈，是一種低氣壓輝光氣體放電燈。我們?nèi)粘Ｊ褂玫钠胀晒鉄?，是一種低氣壓弧光熱陰極放電燈。它兩端的電極比較熱，也叫熱陰極燈。而冷陰極燈兩端電極的溫度相對較低，俗稱冷陰極燈。它的英文全稱是Col

15、d Cathode Fluorescent Lamp，簡稱為CCFL，意思是冷陰極熒光燈，這是相對于我們?nèi)粘Ｊ褂玫臒晒鉄舳缘?，熒光燈的全稱為Hot Cathode Fluorescent Lamp，簡稱為HCFL。2CCFL的特點(diǎn)1）由于采用輝光放電，因此電極的溫度低，陰極濺散相對緩慢，燈的壽命長。一般可以達(dá)到 30000 小時上下。 可以根據(jù)使用場合的形狀彎曲，良體裁衣。 2）燈頭接觸處可以直接挨上，沒有陰影。 3）不需要預(yù)熱電極，多次開關(guān)對燈的壽命沒有影響。 4）調(diào)光容易。燈電亮后，維持燈亮度的維持電壓比較低，容易實(shí)現(xiàn)平滑調(diào)光。 5）顯色指數(shù)高。一般在 85 以上，最高可以達(dá)到 99 ；

16、 6）高亮度、高功效、高壽命、低功耗； 7）有良好的耐震動性； 8）能在低溫時快速啟動； 9）色溫控制準(zhǔn)確； 10）體積小，重量輕； 11）發(fā)熱小。 3CCFL的現(xiàn)狀 在現(xiàn)今所有種類的顯示器中，液晶顯示器（LCD-Liquid Crystal Displays）已經(jīng)成為主流產(chǎn)品；而作為其背光源的材料中，則是以CCFL為關(guān)鍵零組件（Key component）。背光源用CCFL從上個世紀(jì)九十年代初開始在日本面世以來，由于其具有燈管細(xì)小、結(jié)構(gòu)簡單、燈管表面亮度高、燈管溫升小，便于加工成各種形狀、壽命長等等優(yōu)異的特性，迅速在各種類型的背光源、掃描器中得到廣泛的使用。隨著CCFL自身技術(shù)的發(fā)展和信息技

17、術(shù)、辦公設(shè)備、日用產(chǎn)品的迅猛發(fā)展，CCFL的應(yīng)用圍也越來越廣，需求量也急劇增長，尤其是近二年來通信設(shè)備向高性能化、多機(jī)能化和精細(xì)化發(fā)展和LCD背光源用燈管向大尺寸、長壽命發(fā)展，對CCFL提出了各種各樣的特殊要求，促進(jìn)了CCFL性能的提高，反過來又促進(jìn)了應(yīng)用的擴(kuò)大。目前全世界CCFL的月產(chǎn)量已達(dá)到2500萬支以上并仍在迅速地增長。因此，將PLC應(yīng)用到CCFL生產(chǎn)線上已經(jīng)成為一個必然的趨勢。1.2 目的與意義1.2.1 課題的研究目的 在CCFL的生產(chǎn)過程中，有很多瑣碎的操作環(huán)節(jié)，如果采用傳統(tǒng)的人工生產(chǎn)，不僅產(chǎn)品產(chǎn)量上不去，工人勞動量大，而且產(chǎn)品質(zhì)量也很成問題。本文是將現(xiàn)今自動生產(chǎn)中多用的PLC控

18、制技術(shù)運(yùn)用到CCFL生產(chǎn)當(dāng)中去，力求達(dá)到提高產(chǎn)品生產(chǎn)量，節(jié)約勞動力，進(jìn)而提高生產(chǎn)效率的目的。1.2.2 課題的研究意義 在現(xiàn)今這個電子信息時代，電子器件的發(fā)展一日千里，市場對于作為一般電子產(chǎn)品必不可少的零部件之一的CCFL的需求量可想而知了。那么只要提高CCFL的生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量就可以成為這個市場的很好的占據(jù)這個有利的市場，而且發(fā)展前景不可限量。然而，將PLC自動控制與CCFL生產(chǎn)線相結(jié)合無疑是一個很好的辦法。 本文就是研究如何將PLC與CCFL的后續(xù)生產(chǎn)相結(jié)合的。PLC作用于CCFL生產(chǎn)的好處：自動生產(chǎn)流水線使產(chǎn)品的生產(chǎn)量得到了相當(dāng)大的提高；PLC能夠代替人工從事大部分的生產(chǎn)工作，節(jié)約了大

19、部分的人力勞動；還可以通過程序參數(shù)的改變來調(diào)整生產(chǎn)，大大提高了產(chǎn)品生產(chǎn)的靈活性；自動控制生產(chǎn)細(xì)致準(zhǔn)確，能夠保證產(chǎn)品的生產(chǎn)質(zhì)量。1.3 論文的主要容本文主要研究了CCFL的生產(chǎn)工藝，利用PLC控制CCFL后續(xù)的生產(chǎn)工藝過程，解決了生產(chǎn)傳送，質(zhì)量檢測和清潔包裝等問題。除本章緒論外，本文主要容如下： 第二章是對CCFLassly（冷陰極燈管組裝）大體工藝過程的分析。另外，講述了每一個生產(chǎn)環(huán)節(jié)的操作步驟。第三章對PLC控制系統(tǒng)硬件進(jìn)行分析，包括各控制部件型號的選擇。第四章簡述了STEP7的使用過程與硬件組態(tài)的步驟，還分了六個部分來講述PLC控制CCFL生產(chǎn)的具體軟件編程。第五章是仿真測試和硬件調(diào)試的結(jié)

20、果，并列舉了第三部分的仿真和硬件測試的經(jīng)過。第六章對全文進(jìn)行了總結(jié)，同時對今后的研究作了展望。第二章 CCFLassly工藝過程分析2.1 CCFL的原理CCFL是屬于熒光燈的一種，其發(fā)光原理非常類似日光燈。在有涂布熒光體的玻管中封入惰性氣體（Ne-Ar混合氣）與微量的活性金屬氣體，并于玻管兩端的電極間外加一高壓電場（高頻率），使其產(chǎn)生氣體放電現(xiàn)象；自由電子從陰極發(fā)射，經(jīng)過一長串的能量搬運(yùn)（與惰性氣體碰撞），蓄積了相當(dāng)程度的動能，最后和低壓的活性金屬原子相撞，電子將動能傳給原子使其激發(fā)。這受激原子返回基態(tài)時，所吸收的能量被以紫外線（253.7nm）的形式釋放，而熒光體吸收此光能后，再轉(zhuǎn)變成可見

21、光放射出來。自由電子不斷地被外電場加速，上述的過程也就不斷地在燈管中進(jìn)行。圖2-1 CCFL發(fā)光原理圖2.2 CCFLassly的大致生產(chǎn)過程燈管組裝線材裁切線材組立燈管前置燈罩前置燈管焊接圖2-2 CCFLassly的大致生產(chǎn)流程圖2.2.1 線材裁切 線材裁切的基本操作步驟如下：裁線剝皮打端子打圈拉力測試(抽驗(yàn))2.2.2 線材組立線材組立的基本操作步驟如下：穿HousingCCD檢測測線長穿rubber&tube全檢2.2.3 燈管前置燈管前置的基本操作步驟如下：燈管打電燈管剪腳穿/分O-ring2.2.4 燈罩前置 燈罩前置的基本操作步驟如下：撕膠膜貼導(dǎo)電鋁箔2.2.5 燈管焊接 燈管

22、焊接的基本操作步驟如下：燈管焊接焊接全檢2.2.6 燈管組裝 燈管組裝的基本操作步驟如下：烘焊點(diǎn)套管回rubber測長/分O-ring回壓組燈罩組coverHi-pot測試點(diǎn)燈測試全檢清潔總檢包裝第三章 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計3.1 PLC類型的選擇3.1.1 西門子S7-300系列PLC的基本結(jié)構(gòu)PLC實(shí)質(zhì)是一種專用于工業(yè)控制的計算機(jī)，其硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計算機(jī)一樣，如圖所示：圖3-1 PLC基本結(jié)構(gòu)圖 S7-300系列PLC則是模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計的PLC，各個單獨(dú)模塊之間可進(jìn)行廣泛組合和擴(kuò)展。它以CPU為核心，通過總線擴(kuò)展輸入/輸出模塊、通信模塊和閉環(huán)控制模塊等其他模塊組成系統(tǒng)。其實(shí)際的物理系統(tǒng)組

23、成主要由以下幾部分組成：中央處理器（CPU）、負(fù)載電源模塊（PS）、信號模塊（SM）、通信處理模塊（CP）、功能模塊（FM）、接口模塊（IM）。3.1.2 PLC的物理組成部分 1中央處理單元（CPU）S7-300系列PLC主要包括以下幾種型號的CPU：CPU312，CPU312C，CPU313C，CPU313C-2DP，CPU313C-PtP，CPU314C-2DP，CPU315C等。每種CPU有其不同的性能，例如：型號中含有“C”的表示帶有計數(shù)器；型號中含有的“2DP”的表示帶有PROFIBUS DP主站/從站接口；型號中含有“PtP”的表示帶有15針PtP接口。本次課程設(shè)計所選用的CPU

24、的型號是CPU313C-2DP。2負(fù)載電源模塊（PS） 負(fù)載電源模塊用于將120/230V交流電源轉(zhuǎn)換為24V直流電源，供其他模塊使用。它與CPU模塊和其他信號模塊之間通過電纜相連。額定輸出電流有2A、5A和10A三種。本次課程設(shè)計所選用的PS的額定輸出電流是5A。3信號模塊（SM） 信號模塊是數(shù)字量輸入/輸出和模擬量輸入/輸出模塊的總稱，它們使不同的過程信號電平和PLC的部信號電平相匹配。信號模塊主要有SM321（數(shù)字量輸入模塊）、SM322（數(shù)字量輸出模塊）、SM331（模擬量輸入模塊）、SM332（模擬量輸出模塊）。每個模塊都帶有一個背板總線連接器，用于與PLC和其他模塊間的數(shù)據(jù)通信。本

25、次課程設(shè)計所選用的是SM323（DI16DO16DC24V0.5A）模塊。圖3-2 CPU313C-2DP實(shí)物圖3-3 SM模塊實(shí)物4通信處理模塊（CP） 通信處理模塊用于PLC之間、PLC與計算機(jī)和其他智能設(shè)備之間的通信，用于實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對點(diǎn)連接等。它可以減輕CPU處理通信的負(fù)擔(dān)，并減少用戶對通信功能的編程工作。5功能模塊（FM） 功能模塊主要用于對實(shí)時性和存儲容量要求高的控制任務(wù)。6接口模塊（IM） 接口模塊用于多機(jī)架配置時連接主機(jī)架（CR）和擴(kuò)展機(jī)架（ER）。 3.2 變頻器（MM420）與電機(jī)3.2.1 MM420變頻器的概況MM420變頻器用于驅(qū)動普通應(yīng)用對象的情況下，只要對它進(jìn)行簡單的組

26、態(tài)，就可以滿足您對特定傳動系統(tǒng)的控制要求。在功率較小時，單相電源和三相電源都可作為MM420變頻器的供電電源,而且，由于變頻器采用的是模塊化設(shè)計，您可以選用各種選件，非常方便地對傳動裝置進(jìn)行擴(kuò)展，從而實(shí)現(xiàn)多種標(biāo)準(zhǔn)功能。所以，這種變頻器是在常規(guī)情況下通用的。MM420變頻器還有其他一些特點(diǎn)，例如：插入式模板和不用螺絲的接線端子，它們在插入、拔出、接線和拆線時都非常方便，變頻器的配置真的就像孩子玩游戲一樣。3.2.2 MM420變頻器的特點(diǎn)結(jié)構(gòu)緊湊，體積小便于安裝多用途的輸入和輸出FCC(磁通電流控制)控制功能保證驅(qū)動系統(tǒng)具有很高的控制品質(zhì)，即使是在負(fù)載出現(xiàn)變化時也是這樣有多種調(diào)試方法：可以用操作

27、面板進(jìn)行調(diào)試，也可以通過免費(fèi)提供的軟件調(diào)試工具進(jìn)行調(diào)試模塊化系統(tǒng)，可用選件加以擴(kuò)展可對加速和減速時間進(jìn)行設(shè)置(0-650秒)復(fù)合制動功能可實(shí)現(xiàn)可控的快速制動允許設(shè)置4個跳轉(zhuǎn)頻率，可以在驅(qū)動系統(tǒng)出現(xiàn)諧振時把機(jī)械所受的應(yīng)力降低到最小自動再起動功能增加了設(shè)備的利用率當(dāng)變頻器與正在轉(zhuǎn)動的電動機(jī)接通時，電動機(jī)所受的沖擊應(yīng)力最小可以接入IT網(wǎng)絡(luò)中使用置的各種保護(hù)和過載保護(hù)功能變頻器具有多種型號(帶有集成的EMC濾波器或不帶集成的EMC濾波器)，可供用戶選用MM420通用型變頻器，優(yōu)點(diǎn)很多，性能卓越。3.2.3 MM420變頻器的典型應(yīng)用MM420變頻器可作為傳送帶系統(tǒng)、物料運(yùn)輸系統(tǒng)、水泵、風(fēng)機(jī)、機(jī)械加工設(shè)

28、備的傳動裝置。表3-1 MICROMASTER 420變頻器的技術(shù)數(shù)據(jù)電源電壓和額定功率200-240V10%，1AC，0.12至3 kW (0.16至4 HP)；200-240V10%，3AC，0.12至5.5 kW (0.16至7.5 HP)；380-480V10%，3AC，0.37至11 kW (0.5至15 HP)；運(yùn)行溫度-10 C至+50 C工藝參數(shù)的控制具有置的PID控制器控制方式FCC(磁通電流控制)，多點(diǎn)特性(可編程的V/f特性控制)，線性V/f控制輸入3個數(shù)字輸入，1個模擬輸入輸出1個模擬輸出，1個繼電器接點(diǎn)輸出與自動化系統(tǒng)的本變頻器是組成自動化系統(tǒng)的理想驅(qū)動裝置，可以與S

29、IMATIC S7-300，或集成到SIMATIC和SIMOTION的TIA系統(tǒng)中圖3-4 硬件連接示意圖第四章 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計4.1 STEP-74.1.1 STEP-7的概述 STEP 7是用于SIMATIC可編程序控制器組態(tài)和編程的標(biāo)準(zhǔn)軟件包，其用戶接口是基于當(dāng)前最新水平的人機(jī)控制工程設(shè)計，可以輕松方便地使用。STEP 7編程軟件適用于SIMATIC S7，是供其編程、監(jiān)控和參數(shù)設(shè)置的標(biāo)準(zhǔn)工具。 STEP 7是一個強(qiáng)大的工程工具，用于整個項(xiàng)目流程的設(shè)計。從項(xiàng)目實(shí)施的計劃配置、實(shí)施模塊設(shè)置、集成測試調(diào)試到運(yùn)用維護(hù)階段，都需要不同功能的工程工具。STEP 7工程工具包含了整個項(xiàng)目流程的各種

30、功能要求：CAD/CAE支持、硬件組態(tài)、網(wǎng)絡(luò)組態(tài)、仿真、過程診斷等。 STEP 7標(biāo)準(zhǔn)軟件包提供一系列的應(yīng)用程序（工具）： 1）SIMATIC管理器 2）Symbol Editor（符號編輯器） 3）診斷硬件 4）編程語言 5）硬件組態(tài) 6）Netpro（網(wǎng)絡(luò)組態(tài)）4.1.2 STEP-7的硬件組態(tài)STEP 7軟件中的硬件組態(tài)就是模擬真實(shí)的PLC硬件系統(tǒng)，將電源、CPU和信號模塊等設(shè)備安裝到相應(yīng)的機(jī)架上，并對PLC硬件模塊的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置和修改的過程。當(dāng)用戶需要修改模塊的參數(shù)或地址，需要設(shè)置網(wǎng)絡(luò)通信，或者需要將分布式外設(shè)連接到主站的時候，都要做硬件組態(tài)。其基本組態(tài)步驟如下： 1）首先在STEP7

31、中新建一個項(xiàng)目，輸入項(xiàng)目名稱，并選擇項(xiàng)目的存儲位置。 2）在出現(xiàn)的項(xiàng)目名上右擊選擇插入一個“SIMATIC 300 station”。 3）選擇插入的300站，雙擊右側(cè)窗口中的Hardware圖標(biāo)，打開硬件組態(tài)窗口。 4）逐一在窗口中添加容。首先在右側(cè)的硬件目錄“SIMATIC 300/RACK-300”中雙擊“Rail”插入機(jī)架；接著在機(jī)架的第一行放置電源模塊（PS），本次設(shè)計在該處放置的是PS 307 5A；機(jī)架的第二行放置CPU模塊，本次設(shè)計在該處放置的是CPU 313C-2 DP（6ES7 313-6CE00-0AB0）；第三行放置接口模塊，用于擴(kuò)展更多的機(jī)架，本次設(shè)計無須擴(kuò)展機(jī)架，故

32、此處空置；第四行之后放置其他模塊，如信號模塊、通信模塊等。本次設(shè)計在第四行放置了SM323 DI16/DO16DC24V/0.5A (6ES7 323-1BL00-0AA0)。通過以上四個步驟，硬件組態(tài)就基本完成了。最后根據(jù)需要進(jìn)行一些參數(shù)的修改，完成后保存編譯就可以退出了。圖4-1 STEP7硬件組態(tài)窗口4.1.3 設(shè)置PLC下載方式 在控制面板的“Set PG/PC Inetrface”處，Access path 選擇“S7online(STEP7)PC Adaper(MPI)，如圖所示：圖4-2 設(shè)置下載方式窗口4.1.4 STEP-7的軟件編程 在SIMATIC管理器窗口中，選擇項(xiàng)目結(jié)

33、構(gòu)中的“Blocks”，則在右視圖中單擊右鍵打開快捷菜單，執(zhí)行菜單命令“Insert New Object”插入Function（功能）。雙擊出現(xiàn)的FC程序塊即可打開程序編輯器界面。程序編輯器使用的語言有STL（語句表）、LAD（梯形圖）和FBD（功能塊圖）。梯形圖是使用的最多的PLC圖形編程語言，所以本次課程設(shè)計也是采用LAD編程。4.1.5 S7-PLCSIM 1S7-PLCSIM的介紹 PLCSIM是自動嵌套在STEP7中的一個非常實(shí)用的軟件。我們可以把它作為一臺仿真的PLC，用于運(yùn)行和調(diào)試用戶程序。因?yàn)檫@種仿真完全是用STEP7軟件進(jìn)行的，因此無須連接任何S7硬件，就可以在PG/PC上

34、仿真一個完整的S7-CPU，包括地址和I/O。 仿真PLC主要運(yùn)用在以下場合：無硬件PLC時的調(diào)試程序；有硬件PLC，但在實(shí)際調(diào)試時由于情況復(fù)雜可能會損壞PLC等。2S7-PLCSIM的使用方法 S7-PLCSIM提供了一個簡便的操作界面，可以監(jiān)視或者修改程序中的參數(shù)。S7-PLCSIM的使用步驟如下： 1）打開S7-PLCSIM 2）插入“View Object”（視圖對象） 3）下載項(xiàng)目到S7-PLCSIM 4）選擇PLC運(yùn)行的方式 5）調(diào)試程序 6）保存文件圖4-3 PLCSIM基本操作窗口4.2 PLC控制CCFL后續(xù)生產(chǎn)工序4.2.1 變頻器（MM420）控制傳送電機(jī)（KM0）運(yùn)轉(zhuǎn)要

35、求：啟動按鈕和停止按鈕控制傳送電機(jī)啟動和停止，調(diào)節(jié)調(diào)速旋鈕R可以改變傳送帶運(yùn)轉(zhuǎn)速度。圖4-4 傳送帶運(yùn)行示意圖 相關(guān)變量： 啟動按鈕 RUN I0.0 停止按鈕 STOP I0.1 KM0運(yùn)轉(zhuǎn)指示燈H1 Q0.0 KM0調(diào)速旋鈕 R控制過程：按下按鈕RUN，電機(jī)KM0得電，傳送帶開始運(yùn)轉(zhuǎn)，KM0運(yùn)轉(zhuǎn)指示燈H1亮；調(diào)節(jié)KM0調(diào)速旋鈕R，可以改變傳送帶運(yùn)轉(zhuǎn)的速度；按下按鈕STOP，電機(jī)KM0失電，傳送帶停止運(yùn)轉(zhuǎn)，KM0運(yùn)轉(zhuǎn)指示燈H1熄滅。4.2.2 機(jī)械手（KM1）控制產(chǎn)品上線傳送要求：通過機(jī)械手將產(chǎn)品從貨框中吸附并移動到傳送帶上釋放。啟動和停止按鈕控制機(jī)械手啟停。圖4-5 機(jī)械手（KM1）控制產(chǎn)

36、品上線傳送示意圖 相關(guān)變量： 啟動按鈕 RUN I0.0 停止按鈕 STOP I0.1 KM1上限位開關(guān)SX I0.2 KM1下限位開關(guān)XX I0.3 KM1左限位開關(guān)ZX I0.4 KM1右限位開關(guān)YX I0.5 KM1下降 DOWN Q0.1 KM1上升 UP Q0.2 KM1吸附 X Q0.3 KM1右移 RIGHT Q0.4 KM1左移 LEFT Q0.5 KM1吸附定時 DSX T33（3s） KM1釋放定時 DSF T34（3s）控制過程：KM1初始位置在左上方，按下啟動按鈕RUN，KM1得電，開始下移，當(dāng)?shù)竭_(dá)KM1下限位開關(guān)XX時，KM1開始吸附（置位），吸附定時3s。定時結(jié)束后

37、，KM1上升，當(dāng)?shù)竭_(dá)KM1上限位開關(guān)SX時，KM1開始右移，當(dāng)?shù)竭_(dá)KM1右限位開關(guān)YX時，KM1開始釋放（復(fù)位），釋放定時3s。定時結(jié)束后，KM1開始左移，直到到達(dá)KM1左限位開關(guān)ZX，依次反復(fù)執(zhí)行操作。 注：該部分是利用結(jié)構(gòu)化編程，所以需要利用變量表給M0.0進(jìn)行一次性置位。方法如下：在SIMATIC管理器窗口中，選擇項(xiàng)目結(jié)構(gòu)中的“Blocks”，則在右視圖中單擊右鍵打開快捷菜單，執(zhí)行菜單命令“Insert New Object”中的“Variable Table”，打開變量表屬性對話框，建立一個新的變量表，如圖所示。圖4-6 STEP7建立變量表 雙擊打開變量表，并輸入變量，監(jiān)視變量，對變

38、量的修改數(shù)據(jù)進(jìn)行一次立即刷新。在地址（Address）中輸入M0.0，在修改值（Modify Value）中輸入1。然后點(diǎn)擊，對M0.0的數(shù)值進(jìn)行一次立即刷新，點(diǎn)擊，對M0.0的修改數(shù)據(jù)進(jìn)行一次立即刷新，再點(diǎn)擊，對M0.0的數(shù)值進(jìn)行一次立即刷新。4.2.3 CCFL功能的檢測要求：當(dāng)工件通過檢測器時，功能檢測開始并延時；檢測不合格時，擋板動作將不合格品推下。圖4-7 CCFL功能檢測示意圖 相關(guān)變量： 工件通過1號檢測器 B1 I0.6 檢測結(jié)果 A I0.7 擋板1號限位開關(guān) L1 I1.0 擋板2號限位開關(guān) L2 I1.1 不合格品計數(shù)清零 Q I1.2 檢測指示燈 H2 Q0.6 檢測定

39、時 DS1 T35（1s） 不合格指示燈 H3 Q0.7 擋板動作 M1 Q1.0 擋板收回 M2 Q1.1 不合格品計數(shù) JS1 C0 控制過程：當(dāng)工件通過1號檢測器時，1號檢測指示燈亮，檢測延時1s。當(dāng)檢測結(jié)果為不合格時，1號檢測不合格指示燈H3亮，1號擋板動作推下不合格品，同時JS1計數(shù)開始，當(dāng)?shù)竭_(dá)1號擋板下限位開關(guān)L2時，1號擋板收回。此外，可以通過Q手工清零不合格品計數(shù)。4.2.4 CCFL的清潔 要求：當(dāng)工件通過檢測器時，氮?dú)獯祾咔鍧嶉_始并延時。圖4-8 CCFL清潔示意圖 相關(guān)變量： 工件通過2號檢測器B2 I1.3 氮?dú)獯祾?C Q1.2 吹掃定時 DS2 T36（5s） 控制

40、過程：當(dāng)工件通過3號檢測器時，氮?dú)獯祾咔鍧嶉_始，吹掃延時5s。4.2.5 CCFL的計數(shù)與機(jī)械手KM2移位要求：當(dāng)工件通過的檢測器數(shù)量達(dá)到20時，機(jī)械手就動作將這20個工件移走。圖4-9 CCFL計數(shù)與機(jī)械手KM2移位示意圖 相關(guān)變量：工件通過3號檢測器B3 I1.4 工件計數(shù)器 JS2 C1（初值20） KM2移位動作 M3 Q1.3 KM2移位動作定時 DS3 T37（3s） 控制過程：當(dāng)工件通過3號檢測器時，工件計數(shù)器JS2開始計數(shù)，計數(shù)到20時，KM2動作一次，當(dāng)KM2動作延時3s后，將KM2電磁鐵切斷，同時將JS2復(fù)位，JS2復(fù)位后，M3和DS3也復(fù)位。4.2.6 CCFL的自動包裝

41、要求：當(dāng)檢測器檢測到有工件到達(dá)時，自動包裝開始運(yùn)行并延時。圖4-10 CCFL自動包裝示意圖 相關(guān)變量： 工件通過4號檢測器 B4 I1.5 自動包裝運(yùn)行 M4 Q1.4 自動包裝定時 DS4 T38（5s）第五章 實(shí)驗(yàn)測試結(jié)果本課程設(shè)計研究CCFL尾部生產(chǎn)工序設(shè)計的PLC控制。主要利用STEP-7軟件，先依照各個部分的控制要求分析控制過程，建立控制變量與符號；接著在功能塊FC中編程（第二部分是采用結(jié)構(gòu)化編程的方法），并用S7-PLCSIM仿真PLC，在OB1中調(diào)用FC進(jìn)行調(diào)試，接著下裝到PLC硬件中進(jìn)行調(diào)試。最終的調(diào)試結(jié)果顯示，所編程序已基本實(shí)現(xiàn)PLC控制變頻器控制傳送電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)、機(jī)械手控制產(chǎn)

42、品上線傳送、功能的檢測、清潔、計數(shù)與移位、自動包裝等生產(chǎn)步驟。5.1 第三部分CCFL功能檢測的仿真測試過程 1）給I0.6一個信號，功能檢測就開始進(jìn)行，Q0.6亮，并啟動定時器T35時，1S后功能檢測停止，Q0.6熄滅。圖5-1 第三部分仿真結(jié)果1 2）檢測結(jié)果不合格時，即給I0.7一個信號，計數(shù)器C0加1，Q1.0亮，即擋板開始動作。（注：只要檢測到有不合格品，Q0.7就亮，直到手動清零計數(shù)器CO，即給I1.2一個信號。）計數(shù)器計數(shù)值送至MW10，接數(shù)碼管顯示。圖5-2 第三部分仿真結(jié)果2 3）當(dāng)擋板動作到2號限位開關(guān)I1.1時，Q1.0熄滅，Q1.1亮，即擋板開始收回。圖5-3 第三部分

43、仿真結(jié)果3 4）當(dāng)擋板收回到1號限位開關(guān)I1.0時，Q1.1熄滅，即擋板停止動作。圖5-4 第三部分仿真結(jié)果45.2 第三部分CCFL功能檢測的硬件測試過程 1）產(chǎn)線運(yùn)行時，Q0.0亮，給I0.6一個信號，Q0.6亮，即功能檢測就開始進(jìn)行，并啟動定時器T33時，1S后功能檢測停止，Q0.6熄滅。實(shí)驗(yàn)采用三江學(xué)院電氣與自動化工程學(xué)院西門子自動化示實(shí)驗(yàn)室PLC綜合實(shí)驗(yàn)臺進(jìn)行。圖5-5 第三部分硬件調(diào)試結(jié)果圖1 2）檢測結(jié)果不合格時，即給I0.7一個信號，Q0.7和 Q1.0亮，即擋板開始動作。（注：只要檢測到有不合格品，Q0.7就亮。）圖5-6 第三部分硬件調(diào)試結(jié)果圖2 3）當(dāng)擋板動作到2號限位開

44、關(guān)I1.1，即2號限位開關(guān)I1.1有信號時，Q1.0熄滅，Q1.1亮，即擋板開始收回。圖5-7 第三部分硬件調(diào)試結(jié)果圖3 4）當(dāng)擋板收回到1號限位開關(guān)I1.0，即1號限位開關(guān)I1.0有信號時，Q1.1熄滅，即擋板停止動作。圖5-8 第三部分硬件調(diào)試結(jié)果圖4 5）按下I1.2，手動清零計數(shù)器C0，Q0.7熄滅。圖5-9 第三部分硬件調(diào)試結(jié)果圖5第六章 實(shí)驗(yàn)結(jié)論與展望6.1 結(jié)論通過本文對PLC控制CCFL的后續(xù)生產(chǎn)部分的研究表明，仿真和調(diào)試的結(jié)果都符合CCFL生產(chǎn)工藝要求。只要針對生產(chǎn)各部分過程進(jìn)行分析編程，仿真調(diào)試通過后，再經(jīng)過硬件組態(tài)下裝至PLC中，就可以實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的控制過程了。利用PLC實(shí)現(xiàn)

45、的自動控制電子產(chǎn)品的生產(chǎn)，既可以大幅的減少工人的工作量，提高產(chǎn)品的生產(chǎn)量，并且還能保證產(chǎn)品的生產(chǎn)質(zhì)量，具有很好的利用價值。另外，基于PLC編程語言易掌握，而且PLC的使用壽命長、體積小、重量輕，安裝工作量小，適應(yīng)性強(qiáng)，可靠性高，控制靈活等多方面的因素，最終會實(shí)現(xiàn)幫助客戶在投資階段和整個系統(tǒng)服務(wù)周期里最大限度地降低成本的目的。當(dāng)然，在CCFL生產(chǎn)的過程當(dāng)中要全部實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動化還是具有相當(dāng)大的難度的。因?yàn)楫a(chǎn)品本身是屬于易碎品，在裝配燈罩前的生產(chǎn)工序需要細(xì)致地加工處理，如果要實(shí)現(xiàn)自動化生產(chǎn)，在生產(chǎn)控制強(qiáng)度上就要特別處理。此外，在傳統(tǒng)的手工CCFL生產(chǎn)線上有部分環(huán)節(jié)還是機(jī)械暫時無法替代的。并且，實(shí)現(xiàn)PLC控制生產(chǎn)