基于PLC電鍍生產線控制系統(tǒng)的設計

...wd......wd......wd...基于plc的電鍍生產線控制系統(tǒng)設計前言畢業(yè)設計是大學階段最后一次綜合性設計，是大學里所學知識的綜合表達，是應用所學根基理論.專業(yè)知識與技能分析和解決生產實際問題的綜合性訓練。畢業(yè)設計是學生畢業(yè)前進展的全面綜合訓練，是培養(yǎng)學生綜合運用所學知識與技能解決實際問題的教學環(huán)節(jié)，是學生在校獲得的最后訓練時機，也是對學生在校期間所獲得知識檢驗。希望通過最終的畢業(yè)設計，能更加穩(wěn)固、擴大和強化自己所學到的理論知識和技能，提高自己畢業(yè)設計制圖、編寫技術說明書的能力，學會正確使用技術資料，標準手冊和工具書。并在設計中進一步提高自己理論聯系實際、嚴肅、認真的工作作風，為即將走向工作崗位所從事的技術工作打下一個良好的根基。這次設計的題目是：PLC在電鍍生產線上的應用設計。并繪制出電鍍工藝流程圖、自開工作狀態(tài)流程圖、電鍍生產線PLC控制梯形圖。在這次設計中，我明確設計目的并決定好好把握和利用好這次時機，通過自己的努力終于完成了這次設計任務，但又由于水平和時間有限，設計中錯誤難免，希望教師們批評指正，從而能得到不斷的進步。在本次設計過程中，得到了孫來為教師的精心講解和耐心幫助，對此，特表示衷心的感謝，感謝孫來為教師抽出珍貴時間為我講解一些設計中出現的疑問。1緒論1.1課題概述本課題要求設計一種基于plc的全自動電鍍生產線，利用實驗室plc實訓裝置模擬全自動電鍍生產線的運行，并利用計算機進展組態(tài)監(jiān)控。1.2電鍍概述就是利用電解原理在某些金屬外表上鍍上一層薄層其他金屬或合金的過程。電鍍時，鍍層金屬做陽極，別氧化成陽離子進入電鍍液；待鍍的金屬制品做陰極，鍍層金屬的陽離子在金屬外表別復原成鍍層。為排除其他陽離子的干擾，切實鍍層均勻、結實，需用含鍍層金屬陽離子的溶液做電鍍液，以保持鍍層金屬陽離子的濃度不變。電鍍的目的是在基材上鍍上金屬鍍層，改變基材外表性質或尺寸，電鍍能增強金屬的抗腐蝕性〔鍍層金屬多采用耐腐蝕的金屬〕、增加強度、防止磨耗、提高導電性、潤滑性、耐熱性、和外表美觀。隨著科學開展，電鍍生產工藝也不斷更新，例如一種電鍍生產的清洗水不排放新工藝，即自然閉路循環(huán)工藝。它除設有電鍍槽和清洗槽外，還設有儲液槽。工藝上通過一個周期對清洗槽進展一次翻槽以及用儲液槽中的液體來彌補渡槽鍍液由于蒸發(fā)產生的損失量等措施，到達了使電鍍液的蒸發(fā)量與清洗水回收量的平衡，從而實現了電鍍生產過程不排放任何清洗水的工藝。不僅大大減少了用水量，還使清洗液中的電鍍液對環(huán)境的嚴重污染，因此，它有很好的經濟效益及社會效益。電鍍生產線種類也很多，例如：單鍍種環(huán)形電鍍線、釣魚式環(huán)型自動生產線、垂直升降懸臂式電鍍生產線、龍門式自動控制電鍍生產線、中柱直線式電鍍生產線等。1.3控制對象的設計要求如摘要中所述，電鍍的工作流程如圖：啟動——吊鉤上升——上限行程開關閉合——右行至1號槽上方——XK1行程開關閉合——吊鉤下降進入1號槽——下限行程開關閉合——電鍍延時——吊鉤上升……由3號槽內吊鉤上升，繼續(xù)右行，碰到右限位，然后左行至左限位，吊鉤下降至下限位，即原位。按照要求，我們要實現以下工作方式：連續(xù)工作，當吊鉤回到原點后，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)；單周期工作，設備始于原點，按下啟動按鈕，設備工作一個周期，然后停于原點，要重復第二個工作周期，必須再按一下啟動按鈕；步進工作，設備始于原點，當按下啟動按鈕時，設備只會運行一步，然后停頓；再按下啟動按鈕時，設備會再向前運行一步，然后停頓；按照此過程一直工作下去，直至一個工作周期完成。第2章系統(tǒng)的硬件設計2.1主電路設計在本設計中，根據電鍍生產線的工藝要求，只需用兩臺電機分別控制吊鉤的上升、下降和行車的左行、右行。主電路如圖2-1。圖中，接觸器KM1，KM2控制電動機M1的正、反轉，實現吊鉤的上升和下降，接觸器KM3，KM4控制電動機M2的正、反轉，實現行車的前進和后退。2.2PLC機型選擇各種PLC的品種很多，它們的構造形式，性能，價格也都各不一樣，適合的場合也各有側重。合理選擇PLC型號，對于提高PLC控制系統(tǒng)技術經濟性指標具有重要意義[3]。S7-200系列PLC可提供5種不同的根本單元和多種規(guī)格的擴展單元等。目前提供的S7-200CPU有：CPU221、CPU222、CPU224、CPU224XP、CPU226和CPU226XM，不同型號的PLC性能差異也比擬大。所以在實際設計中，要在滿足功能的要求下，選擇能夠保證系統(tǒng)可靠工作，維護使用方便以及價格適中的型號。根據自動化電鍍生產線的控制要求，我們采用了德國西門子PLCS7-200CPU226型號，此類型PLC無論獨立運行，還是聯接網絡都能完成各種控制任務。它的使用范圍可以覆蓋從替代繼電器的簡單控制到復雜的自動控制。其應用領域包括各種機床、紡織機械、塑料機械、電梯等行業(yè)。S7-200CPU226通訊功能完善，具有極高的性能價格比是很突出的特點，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)的輸入信號有兩局部，一局部是原點、單周期、連續(xù)等面板控制按鈕，另一局部是多種行程開關，這些面板按鈕信號和傳感器信號作為PLC的輸入變量，經過PLC的輸入接口輸入到內部數據存放器，然后在PLC內部進展邏輯運算或數據處理后，以輸出變量的形式送到輸出接口，從而驅動電機來控制行車的運行和吊鉤的升降。2.3I/O分配表及其端子接線圖2.3.1I/O地址分配序號輸入序號輸出1I0.0..0000上限位SQ113Q0.0上升KM12I0.1下限位SQ214Q0.1下降KM23I0.2左限位SQ315Q0.2右行KM34I0.3右限位SQ416Q0.3左行KM45I0.4XK1行程開關SQ56I0.5XK2行程開關SQ67I0.6XK3行程開關SQ78I1.0啟動Q19I1.1停頓Q210I1.2步進Q311I1.3單周期SB112I1.4連續(xù)SB22.3.2PLC外部接線圖3系統(tǒng)的軟件設計3.1PLC內部資源內部根據軟元件的功能不同，分成了許多區(qū)域，如輸入/輸出繼電器區(qū)、定時器區(qū)、計數器區(qū)、特殊繼電器區(qū)等。下面分別介紹下。1、定時器：電氣自動控制的大局部領域都需要用定時器進展時間控制，靈活地使用定時器可以編制出復雜動作的控制程序。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)的時間繼電器根本一樣，但它沒有瞬動觸點。使用時要提前輸入時間預設值。當定時器的輸入條件滿足時開場計時，當前值從0開場按一定的時間單位增加；當定時器的當前值到達預設值時，定時器觸點動作。利用定時器的觸點就可以得到控制所需的延時時間。2、計數器：計數器可用來累計輸入脈沖的個數，經常用于對產品進展計數或者進展特定功能的編程。使用時要提前輸入它的特定植。當輸入觸發(fā)條件滿足時，計數器開場累計它的輸入端脈沖電位上升延的次數，當計數器計數到達預定的設定值時，其常開觸點閉合，常閉觸點斷開。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，它用于承受外部的開關信號。當外部的開關信號為閉合時，輸入繼電器的線圈得電，在程序中常開觸點閉合，常閉觸點斷開。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。當通過程序使得輸出繼電器線圈得電時，PLC上的輸出端開關閉合，它可以作為控制外部負載的開關信號。同時在程序中其常開觸點閉合，常閉觸點斷開。5、內部位存儲器：內部位存儲器的作用和繼電-接觸器控制系統(tǒng)中的中間繼電器一樣，它在PLC中沒有輸入/輸出端與之對應，因此它的觸點不能驅動外部負載，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。3.2PLC編程語言PLC是通過運行編寫的用戶程序實現控制任務的。PLC中的程序由系統(tǒng)程序和用戶程序兩局部組成，系統(tǒng)程序由PLC生產廠家提供，它支持用戶程序的運行；用戶程序是用戶為完成特定的控制任務而編寫的應用程序。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。這些編程語言都是面向用戶的，它使控制程序的開發(fā)、輸入、調試和修改工作大大簡化。我們在本次設計中選擇梯形圖編程。以下我們詳細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。母線之間是觸點的邏輯連接和線圈的輸出。PLC梯形圖具有以下一些特點：1、PLC的梯形圖是“從上到下〞按行繪制的，兩側的豎線類似電氣控制圖的電源線，通常稱做母線〔BusBar〕，大局部梯形圖只保存左母線；梯形圖的每一行是“從左到右〞繪制，左側總是輸入接點，最右側為輸出元素，觸點代表邏輯“輸入〞條件，如開關、按紐、內部條件等；線圈通常代表邏輯“輸出〞結果，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，如定時器、計數器或數學運算等功能指令。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，當支路接通時，有電流流過支路上的觸點與線圈。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如I1.0、I0.1等，輸出線圈Q0.0、Q0.1等不是物理接點和線圈，而是輸入、輸出存儲器中輸入、輸出點的狀態(tài)，并不是接線時現場開關的實際狀態(tài)；輸出線圈只對應輸出映像區(qū)的相應位，該位的狀態(tài)必須通過I/O模塊上對應的輸出單元才能驅動現場執(zhí)行機構。4、梯形圖中使用的各種PLC內部器件，如輔助繼電器、定時器、計數器等，也不是真的電器元件，但具有相應的功能，因此通常按電氣控制系統(tǒng)中相應器件的名稱稱呼它們。梯形圖中每個繼電器和觸點均為PLC存儲器中的一位，相應位為“1〞，表示繼電器線圈通電、常開接點閉合或常閉接點斷開；相應位為“0〞，表示繼電器線圈斷電、常開接點斷開或常閉接點閉合。5、梯形圖中的繼電器觸點既可常開，又可常閉，其常開、常閉觸點的數目理論上是無窮多個〔受存儲容量限制〕，也不會磨損，因此，梯形圖設計中，可不考慮觸點數量，這給設計者帶來很大方便。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根本一樣的。但在設計梯形圖時，對這種并行處理與串行處理的差異有時候應予注意，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)存儲器進展刷新操作的PLC，不要因為對串行處理這一特點考慮不夠而引起偶然的誤操作。3.3組態(tài)軟件計算機技術和網絡技術的飛速開展，為工業(yè)自動化開辟了廣闊的開展空間，我們可以方便快捷地組建優(yōu)質高效的監(jiān)控系統(tǒng)，并且通過采用遠程監(jiān)控及診斷、雙機熱備等先進技術，使系統(tǒng)更加安全可靠。組態(tài)軟件是指一些數據采集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)軟件應該能支持各種工控設備和常見的通信協議，并且通常應提供分布式數據管理和網絡功能。對應于原有的HMI〔人機接口軟件，HumanMachineInterface〕的概念，組態(tài)軟件應該是一個使用戶能快速建設自己的HMI的軟件工具，或開發(fā)環(huán)境。在組態(tài)軟件出現之前，工控領域的用戶通過手工或委托第三方編寫HMI應用，開發(fā)時間長，效率低，可靠性差；或者購置專用的工控系統(tǒng)，通常是封閉的系統(tǒng)，選擇余地小，往往不能滿足需求，很難與外界進展數據交互，升級和增加功能都受到嚴重的限制。組態(tài)軟件的出現，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，構建一套最適合自己的應用系統(tǒng)。隨著它的快速開展，實時數據庫、實時控制、SCADA、通訊及聯網、開放數據接口、對I/O設備的廣泛支持已經成為它的主要內容，隨著技術的開展，監(jiān)控組態(tài)軟件將會不斷被賦予新的內容。組態(tài)軟件：對應全稱為HumanandMachineInterface/ManandMachineInterface/SupervisoryControlandDataAcquisition，中文翻譯為：人機界面/監(jiān)視控制和數據采集軟件，一般英文簡稱有三種分別為HMI/MMI/SCADA。目前組態(tài)軟件的開展迅猛，已經擴展到企業(yè)信息管理系統(tǒng)，管理和控制一體化，遠程診斷和維護以及在互聯網上的一系列的數據整合。組態(tài)軟件的功能和特點可歸納如下：概念簡單，易于理解和使用；功能齊全，便于方案設計；實時性與并行處理；建設實時數據庫，便于用戶分步組態(tài)，保證體統(tǒng)安全可靠運行；利用豐富的“動畫組態(tài)〞功能，快速構造各種復雜生動的動態(tài)畫面；引入“運行策略〞的概念它具有以下幾個方面的特點：1、可視化操作界面，真彩顯示圖形、支持漸進色、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局部進展保存，以便以后進展分析或打印。3、變量導入導出功能，變量可以導出到Excel表格中，方便的對變量名稱等屬性進展修改，然后再導入新工程中，實現了變量的二次利用，節(jié)省了開發(fā)時間。4、強大的分布式報警、事件處理，支持實時、歷史數據的分布式保存。強大的腳本語言處理，能夠幫助你實現復雜的邏輯操作和與決策處理。5、全新的WebServer架構，全面支持畫面發(fā)布、實時數據發(fā)布、歷史數據發(fā)布以及數據庫數據的發(fā)布。6、方便的配方處理功能。豐富的設備支持庫，支持常見的PLC設備、智能儀表、智能模塊。提供硬加密及軟授權兩種授權方式。3.4程序流程圖設計電鍍生產線連續(xù)工作和步進工作程序流程圖3.5程序梯形圖設計程序梯形圖第4章調試4.1組態(tài)與PLC〔1〕按照輸入兩個配置表和外部接線圖，將PLC輸入輸出與相應面板符號的插孔用連接線連好；(2)按照輸入輸出配置，編寫電鍍生產線PLC程序；〔3〕下載編寫程序到PLC，運行調試程序，模擬動作實驗板上的按鈕和開關，驗證所編程序的邏輯；〔4〕根據畢業(yè)設計要求，設計組態(tài)程序，實現電鍍生產線動態(tài)模擬；〔5〕通過串口連接PLC和計算機，實現組態(tài)軟件對PLC的監(jiān)控4.2系統(tǒng)調試〔1〕對每一個現場信號和控制量做單獨測試；〔2〕檢查硬件修改程序；〔3〕對現場信號和控制量做綜合測試；〔4〕帶設備調試；〔5〕調試完畢。4.3具體實施〔1〕設備連接利用PLC與計算機專用電纜，將PLC通過編程口與上位機算計串口〔COM口〕連接，進展串行通訊。串行通訊方式使用“組態(tài)王計算機〞的串口，I/O設備通過串行通訊電纜連接到“組態(tài)王計算機〞的串口?！?〕設備配置利用設備配置向導完成串行通訊方式的I/O設備安裝，安裝過程簡單、方便?！?〕設計圖形界面并建設動畫連接在組態(tài)王“畫面〞上