畢業(yè)設(shè)計（論文）電鍍生產(chǎn)線控制系統(tǒng)的設(shè)計

1、電鍍生產(chǎn)線控制系統(tǒng)的設(shè)計工 學(xué) 部 工學(xué)一部專 業(yè)自動化班 級學(xué) 號姓 名指導(dǎo)教師負責(zé)教師沈陽航空工業(yè)學(xué)院北方科技學(xué)院2008年7月摘 要本論文對電鍍生產(chǎn)線系統(tǒng)作了系統(tǒng)詳細的論述，該系統(tǒng)利用西門子s7-200plc作為控制器，控制電鍍生產(chǎn)線整個生產(chǎn)過程，并利用計算機對整個電鍍生產(chǎn)過程進行組態(tài)監(jiān)控。該系統(tǒng)啟動性穩(wěn)定，定位精確，可靠性高，根據(jù)不同要求將電鍍工件運送到指定的工位，還可以根據(jù)生產(chǎn)需要和工藝要求方便的擴展，其控制安全、方便、靈活，自動化程度很高。實踐證明該設(shè)計方案,不僅可以提高產(chǎn)品的質(zhì)量與產(chǎn)量，還可以提高生產(chǎn)效率。關(guān)鍵字：電鍍生產(chǎn)線；plc；組態(tài)abstractthis paper pr

2、oduction line system of the electroplating system made a detailed exposition of the system by siemens s7-200plc as a controller to control plating production lines throughout the production process, and use the computer for the entire production process of electroplating configuration monitoring. th

3、e launch of the system stability, targeting precision, high reliability, according to different requirements of electroplating will be transported to designated parts of the station, but also in accordance with production needs and technological requirements to facilitate the expansion of their cont

4、rol, safe, convenient, flexible, high degree of automation. practice has proved that the design can not only improve product quality and output, can also increase production efficiency.keyword: plating production lines; plc; configuration目 錄1 緒論11.1 課題概述11.2電鍍概述11.3 設(shè)計思想21.4 plc的應(yīng)用及展望32 系統(tǒng)硬件設(shè)計52.1 p

5、lc的概述52.2 plc工作原理62.3 plc的特點62.4plc硬件介紹92.4.1 plc結(jié)構(gòu)92.4.2 基本單元92.5 plc硬件系統(tǒng)設(shè)計方法102.5.1 應(yīng)用系統(tǒng)總體方案設(shè)計102.5.2 系統(tǒng)硬件設(shè)計根據(jù)102.5.3 plc機型選擇102.5.4 輸入/輸出模板選擇112.5.5 系統(tǒng)硬件設(shè)計文件122.5.6 系統(tǒng)供電設(shè)計122.6 plc接線圖及i/o分配表133 系統(tǒng)軟件設(shè)計153.1 plc軟件設(shè)計153.1.1 step-7介紹15 3.1.2 step-7軟件使用173.1.3 程序設(shè)計183.2 組態(tài)王軟件設(shè)計203.2.1組態(tài)王概述203.2.2組態(tài)王十大

6、特點213.2.3 組態(tài)王主要功能213.2.4 組態(tài)軟件監(jiān)控223.2.5 組態(tài)王與i/o設(shè)備224 系統(tǒng)調(diào)試244.1 生產(chǎn)線工作過程設(shè)置244.2 軟硬件設(shè)備244.2.1組態(tài)王與plc244.2.2 i/o驅(qū)動程序254.3系統(tǒng)調(diào)試264.4具體實施26結(jié)束語28致 謝29參考文獻30附 錄i311 緒論1.1 課題概述本課題要求設(shè)計一種基于plc的全自動電鍍生產(chǎn)線，利用實驗室plc實訓(xùn)裝置模擬全自動電鍍生產(chǎn)線的運行，并利用計算機進行組態(tài)監(jiān)控。1.2 電鍍概述就是利用電解原理在某些金屬表面上鍍上一薄層其它金屬或合金的過程。電鍍時，鍍層金屬做陽極，被氧化成陽離子進入電鍍液；待鍍的金屬制品

7、做陰極，鍍層金屬的陽離子在金屬表面被還原形成鍍層。為排除其它陽離子的干擾，且使鍍層均勻、牢固，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(deposit),改變基材表面性質(zhì)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)、增加硬度、防止磨耗、提高導(dǎo)電性、潤滑性、耐熱性、和表面美觀。電鍍分為：鍍鋅 鍍鎳 鍍鉻，根據(jù)不同的電鍍方法所采用的工藝不同。隨著科學(xué)的發(fā)展，電鍍生產(chǎn)工藝也不斷更新，例如一種電鍍生產(chǎn)的清洗水不排放新工藝，即自然閉路循環(huán)工藝。它除設(shè)有電鍍槽和清洗槽外，還設(shè)有儲液槽。工藝上通過一個周期對清洗槽進行一次翻槽以及用

8、儲液槽中的液體來彌補鍍槽鍍液由于蒸發(fā)產(chǎn)生的損失量等措施，達到了使鍍液的蒸發(fā)量與清洗水回收量的平衡，從而實現(xiàn)了電鍍生產(chǎn)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得到完全回收，并且電鍍液生產(chǎn)中無需任何廢水處理設(shè)備，既節(jié)省了大量投資，又根除了電鍍廢水對環(huán)境的嚴重污染，因此，它有很好的經(jīng)濟效益及社會效益。 電鍍生產(chǎn)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(chǎn)線、垂直升降懸臂式電鍍生產(chǎn)線、龍門式自動控制電鍍生產(chǎn)線、中柱直線式電鍍生產(chǎn)線等等。1.3 設(shè)計思想圖1.1 設(shè)計思想本次畢業(yè)設(shè)計的電鍍生產(chǎn)線即屬于中柱直線式，電鍍生產(chǎn)線上有專用行車架，行車架上裝有可升降的吊鉤

9、。行車和吊鉤各由一臺電動機拖動，行車的進退和吊鉤的升降均由相應(yīng)的限位開關(guān)sq定位。該生產(chǎn)線上現(xiàn)有三個槽位,也可以根據(jù)生產(chǎn)需要和工藝要求方便的擴展，整個系統(tǒng)利用plc控制，用組態(tài)王監(jiān)控整個電鍍生產(chǎn)的過程。1.4 plc的應(yīng)用及展望世界上公認的第一臺plc是1969年美國數(shù)字設(shè)備公司（dec）研制的。限于當(dāng)時的元器件條件及計算機發(fā)展水平，早期的plc主要由分立元件和中小規(guī)模集成電路組成，可以完成簡單的邏輯控制及定時、計數(shù)功能。20世紀(jì)70年代初出現(xiàn)了微處理器。人們很快將其引入可編程控制器，使plc增加了運算、數(shù)據(jù)傳送及處理等功能，完成了真正具有計算機特征的工業(yè)控制裝置。為了方便熟悉繼電器、接觸器系

10、統(tǒng)的工程技術(shù)人員使用，可編程控制器采用和繼電器電路圖類似的梯形圖作為主要編程語言，并將參加運算及處理的計算機存儲元件都以繼電器命名。此時的plc為微機技術(shù)和繼電器常規(guī)控制概念相結(jié)合的產(chǎn)物。20世紀(jì)70年代中末期，可編程控制器進入實用化發(fā)展階段，計算機技術(shù)已全面引入可編程控制器中，使其功能發(fā)生了飛躍。更高的運算速度、超小型體積、更可靠的工業(yè)抗干擾設(shè)計、模擬量運算、pid功能及極高的性價比奠定了它在現(xiàn)代工業(yè)中的地位。20世紀(jì)80年代初，可編程控制器在先進工業(yè)國家中已獲得廣泛應(yīng)用。這個時期可編程控制器發(fā)展的特點是大規(guī)模、高速度、高性能、產(chǎn)品系列化。這個階段的另一個特點是世界上生產(chǎn)可編程控制器的國家日

11、益增多，產(chǎn)量日益上升。這標(biāo)志著可編程控制器已步入成熟階段。20世紀(jì)末期，可編程控制器的發(fā)展特點是更加適應(yīng)于現(xiàn)代工業(yè)的需要。從控制規(guī)模上來說，這個時期發(fā)展了大型機和超小型機；從控制能力上來說，誕生了各種各樣的特殊功能單元，用于壓力、溫度、轉(zhuǎn)速、位移等各式各樣的控制場合；從產(chǎn)品的配套能力來說，生產(chǎn)了各種人機界面單元、通信單元，使應(yīng)用可編程控制器的工業(yè)控制設(shè)備的配套更加容易。目前，可編程控制器在機械制造、石油化工、冶金鋼鐵、汽車、輕工業(yè)等領(lǐng)域的應(yīng)用都得到了長足的發(fā)展。我國可編程控制器的引進、應(yīng)用、研制、生產(chǎn)是伴隨著改革開放開始的。最初是在引進設(shè)備中大量使用了可編程控制器。接下來在各種企業(yè)的生產(chǎn)設(shè)備及

12、產(chǎn)品中不斷擴大了plc的應(yīng)用。目前，我國自己已可以生產(chǎn)中小型可編程控制器。上海東屋電氣有限公司生產(chǎn)的cf系列、杭州機床電器廠生產(chǎn)的dkk及d系列、大連組合機床研究所生產(chǎn)的s系列、蘇州電子計算機廠生產(chǎn)的yz系列等多種產(chǎn)品已具備了一定的規(guī)模并在工業(yè)產(chǎn)品中獲得了應(yīng)用。此外，無錫華光公司、上海鄉(xiāng)島公司等中外合資企業(yè)也是我國比較著名的plc生產(chǎn)廠家?？梢灶A(yù)期，隨著我國現(xiàn)代化進程的深入，plc在我國將有更廣闊的應(yīng)用天地。21世紀(jì)，plc會有更大的發(fā)展。從技術(shù)上看，計算機技術(shù)的新成果會更多地應(yīng)用于可編程控制器的設(shè)計和制造上，會有運算速度更快、存儲容量更大、智能更強的品種出現(xiàn)；從產(chǎn)品規(guī)模上看，會進一步向超小型

13、及超大型方向發(fā)展；從產(chǎn)品的配套性上看，產(chǎn)品的品種會更豐富、規(guī)格更齊全，完美的人機界面、完備的通信設(shè)備會更好地適應(yīng)各種工業(yè)控制場合的需求；從市場上看，各國各自生產(chǎn)多品種產(chǎn)品的情況會隨著國際競爭的加劇而打破，會出現(xiàn)少數(shù)幾個品牌壟斷國際市場的局面，會出現(xiàn)國際通用的編程語言；從網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展情況來看，可編程控制器和其它工業(yè)控制計算機組網(wǎng)構(gòu)成大型的控制系統(tǒng)是可編程控制器技術(shù)的發(fā)展方向。目前的計算機集散控制系統(tǒng)dcs（distributed control system）中已有大量的可編程控制器應(yīng)用。伴隨著計算機網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，可編程控制器作為自動化控制網(wǎng)絡(luò)和國際通用網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分，將在工業(yè)及工業(yè)以外的眾多領(lǐng)

14、域發(fā)揮越來越大的作用。2 系統(tǒng)硬件設(shè)計2.1 plc概述plc即可編程控制器（programmable logic controller，是指以計算機技術(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（international electrical committee）頒布的plc標(biāo)準(zhǔn)草案中對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，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、計時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。plc及其有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)該按易于與工業(yè)

15、控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴展其功能的原則而設(shè)計。”2.2 plc工作原理plc是采用“順序掃描，不斷循環(huán)”的方式進行工作的。即在plc運行時，cpu根據(jù)用戶按控制要求編制好并存于用戶存儲器中的程序，按指令步序號（或地址號）作周期性循環(huán)掃描，如無跳轉(zhuǎn)指令，則從第一條指令開始逐條順序執(zhí)行用戶程序，直至程序結(jié)束。然后重新返回第一條指令，開始下一輪新的掃描。在每次掃描過程中，還要完成對輸入信號的采樣和對輸出狀態(tài)的刷新等工作。plc的掃描一個周期必經(jīng)輸入采樣、程序執(zhí)行和輸出刷新三個階段。plc在輸入采樣階段：首先以掃描方式按順序?qū)⑺袝捍嬖谳斎腈i存器中的輸入端子的通斷狀態(tài)或輸入數(shù)據(jù)讀入，并將其寫入各對

16、應(yīng)的輸入狀態(tài)寄存器中，即刷新輸入。隨即關(guān)閉輸入端口，進入程序執(zhí)行階段。plc在程序執(zhí)行階段：按用戶程序指令存放的先后順序掃描執(zhí)行每條指令，執(zhí)行的結(jié)果再寫入輸出狀態(tài)寄存器中，輸出狀態(tài)寄存器中所有的內(nèi)容隨著程序的執(zhí)行而改變。輸出刷新階段：當(dāng)所有指令執(zhí)行完畢，輸出狀態(tài)寄存器的通斷狀態(tài)在輸出刷新階段送至輸出鎖存器中，并通過一定的方式（繼電器、晶體管或晶閘管）輸出，驅(qū)動相應(yīng)輸出設(shè)備工作。2.3 plc的特點可靠性高，抗干擾能力強高可靠性是電氣控制設(shè)備的關(guān)鍵性能。plc由于采用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路技術(shù)，采用嚴格的生產(chǎn)工藝制造，內(nèi)部電路采取了先進的抗干擾技術(shù)，具有很高的可靠性。例如三菱公司生產(chǎn)的f系列plc平

17、均無故障時間高達30萬小時。一些使用冗余cpu的plc的平均無故障工作時間則更長。從plc的機外電路來說，使用plc構(gòu)成控制系統(tǒng)，和同等規(guī)模的繼電接觸器系統(tǒng)相比，電氣接線及開關(guān)接點已減少到數(shù)百甚至數(shù)千分之一，故障也就大大降低。此外，plc帶有硬件故障自我檢測功能，出現(xiàn)故障時可及時發(fā)出警報信息。在應(yīng)用軟件中，應(yīng)用者還可以編入外圍器件的故障自診斷程序，使系統(tǒng)中除plc以外的電路及設(shè)備也獲得故障自診斷保護。這樣，整個系統(tǒng)具有極高的可靠性也就不奇怪了。 配套齊全，功能完善，適用性強 plc發(fā)種規(guī)模的工業(yè)控制場合。除了邏輯處理功能以外，現(xiàn)代plc大多具有完善的數(shù)據(jù)運算能力，可用于各種數(shù)字控制領(lǐng)域。近年來

18、plc的功能單元大量涌現(xiàn)，使plc滲透到了位置控制、溫度控制、cnc等各種工業(yè)控制中。加上plc通信能力的增強及人機界面技術(shù)的發(fā)展，使用plc組成各種控制系統(tǒng)變得非常容易。展到今天，已經(jīng)形成了大、中、小各種規(guī)模的系列化產(chǎn)品。可以用于各 易學(xué)易用，深受工程技術(shù)人員歡迎 plc作為通用工業(yè)控制計算機，是面向工礦企業(yè)的工控設(shè)備。它接口容易，編程語言易于為工程技術(shù)人員接受。梯形圖語言的圖形符號與表達方式和繼電器電路圖相當(dāng)接近，只用plc的少量開關(guān)量邏輯控制指令就可以方便地實現(xiàn)繼電器電路的功能。為不熟悉電子電路、不懂計算機原理和匯編語言的人使用計算機從事工業(yè)控制打開了方便之門。 系統(tǒng)的設(shè)計、建造工作量小

19、，維護方便，容易改造 plc用存儲邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設(shè)備外部的接線，使控制系統(tǒng)設(shè)計及建造的周期大為縮短，同時維護也變得容易起來。更重要的是使同一設(shè)備經(jīng)過改變程序改變生產(chǎn)過程成為可能。這很適合多品種、小批量的生產(chǎn)場合。 體積小，重量輕，能耗低 以超小型plc為例，新近出產(chǎn)的品種底部尺寸小于100mm，重量小于150g，功耗僅數(shù)瓦。由于體積小很容易裝入機械內(nèi)部，是實現(xiàn)機電一體化的理想控制設(shè)備。工作速度工作速度是指plc的cpu執(zhí)行指令的速度及對急需處理的輸入信號的響應(yīng)速度。工作速度是plc工作的基礎(chǔ)。速度高了，才可能通過運行程序?qū)崿F(xiàn)控制，才可能不斷擴大控制規(guī)模，才可能發(fā)揮plc的多種

20、多樣的作用。 。為了處理急需響應(yīng)的輸入信號，plc有種種措施。不同的plc措施也不完全相同，提高響應(yīng)速度的效果也不同。一般的作法是采用輸入中斷，然后再輸出即時刷新，即中斷程序運行后，有關(guān)的輸出點立即刷新，而不等到整個程序運行結(jié)束后再刷新。 這個效果可從兩個方面來衡量：一是能否對幾個輸入信號作快速響應(yīng)；二是快速響應(yīng)的速度有多快。多數(shù)plc都可對一個或多個輸入點作快速響應(yīng)，快速響應(yīng)時間僅幾個毫秒。性能高的、大型的plc響應(yīng)點數(shù)更多。 指令系統(tǒng) plc的指令越來越多，越來越豐富。功能很強的指令，綜合多種作用的指令日見增多。 plc的指令繁多，但主要的有這么幾種類型： 基本邏輯指令，用于處理邏輯關(guān)系，

21、以實現(xiàn)邏輯控制。這類指令不管什么樣的plc都總是有的。 數(shù)據(jù)處理指令，用于處理數(shù)據(jù)，如譯碼，編碼，傳送、移位等等。 數(shù)據(jù)運算指令，用于進數(shù)據(jù)的運算，如十、一、x、/等，可進行整形數(shù)計算，有的還可浮點數(shù)運算；也可進行邏輯量運算等等。 流程控制指令，用以控制程序運行流程。plc的用戶程序一般是從零地址的指令開始執(zhí)行，按順序推進。但遇到流程控制指令也可作相應(yīng)改變。流程控制指令也較多，運用得好，可使程序簡練，并便于調(diào)試與閱讀。 狀態(tài)監(jiān)控指令，用以監(jiān)視及記錄plc及其控制系統(tǒng)的工作狀態(tài)，對提高plc控制系統(tǒng)的工作可靠性大有幫助。 支持軟件 為了便于編制plc程序，多數(shù)plc廠家都開發(fā)有關(guān)計算機支持軟件。

22、 從本質(zhì)上講，plc所能識別的只是機器語言。它之所以能使用一些助記符語言、梯形圖語言、流程圖語言，以至高級語言，全靠為使用這些語言而開發(fā)的種種軟件。 助記符語言是最基本也是最簡單的plc語言。它類似計算機的匯編語言，plc的指令系統(tǒng)就是用這種語言表達的。這種語言僅使用文字符號，所使用的編程工具簡單，用簡易編程器即可。所以，多數(shù)plc都配備有這種語言。 流程圖語言，它也是圖形語言，不過所用的符號不與電氣元件符號相似，而與計算機用的流程圖符號相似，便干計算機工作人員了解與熟悉。流程圖語言與符號語言也有一一對應(yīng)關(guān)系，只是它對應(yīng)的符號語言與梯形圖的對應(yīng)不一樣。熟悉計算機而又未從事過一般電氣工作的人員，

23、樂于用這種語言對plc編程。日本omron公司開發(fā)的f系列機就是使用這種語言。 高級語言，plc編程也可以使用高級語言，如basic、c語言等?？梢栽赿os，也可在windows平臺上運行。關(guān)鍵在于要把用高級語言編寫的程序轉(zhuǎn)換成助記符語言，或直接轉(zhuǎn)換成plc所能識別的機器語言。從根本上講，只要能實現(xiàn)這個轉(zhuǎn)換的，什么高級語言都可以。而編寫這個轉(zhuǎn)換的軟件工作量很大，當(dāng)然應(yīng)由有關(guān)廠家開發(fā)與提供。當(dāng)前不少plc廠家已有提供。如gefanac的plc就提供有可用c語言編程的軟件。 支持軟件不僅編制plc程序需要，監(jiān)控plc運行，特別是監(jiān)視plc所控制的系統(tǒng)的工作狀況也需要。所以，多數(shù)支持編程的軟件，也具

24、有監(jiān)視plc工作的功能。 此外，也有專用于監(jiān)控plc工作的軟件，它多與plc的監(jiān)視終端連用。 有的plc廠家或第三方廠家還開發(fā)了使用plc的組態(tài)軟件，用以實現(xiàn)計算機對plc控制系統(tǒng)監(jiān)控，以及與plc交換數(shù)據(jù)。 plc的用戶也可基于dos或windows平臺開發(fā)用于plc控制系統(tǒng)的應(yīng)用軟件，以提高plc系統(tǒng)自動化及智能化水平。這方面的軟件已日益受到重視?？傊?，為了用好plc，plc的支持軟件越來越豐富，性能也越來越好，其界面也越來越友好，也因此，它的情況如何，已成為評判plc性能的指標(biāo)之一。 2.4 plc硬件介紹2.4.1 plc結(jié)構(gòu)圖.1 plc結(jié)構(gòu)圖2.4.2 基本單元s7-200系列pl

25、c中可提供4種不同的基本型號的8種cpu供選擇使用，其輸入輸出點數(shù)的分配見表2.1:表.1 s7-200系列plc中cpu22x的基本單元型 號輸入點輸出點可帶擴展模塊數(shù)s7-200cpu22164s7-200cpu222862個擴展模塊78路數(shù)字量i/o點或10路模擬量i/o點s7-200cpu22414107個擴展模塊168路數(shù)字量i/o點或35路模擬量i/o點s7-200cpu22624162個擴展模塊248路數(shù)字量i/o點或35路模擬量i/o點s7-200cpu226xm24162個擴展模塊248路數(shù)字量i/o點或35路模擬量i/o點2.5 plc硬件系統(tǒng)設(shè)計方法2.5.1 應(yīng)用系統(tǒng)總

26、體方案設(shè)計plc控制系統(tǒng)類型 由plc構(gòu)成的單機控制系統(tǒng)。 由plc構(gòu)成的集中控制系統(tǒng)。 由plc構(gòu)成的分布式控制系統(tǒng)。 用plc構(gòu)成遠程i/0控制系統(tǒng)。 系統(tǒng)的運行方式 手動運行方式。 自動運行方式。2.5.2 系統(tǒng)硬件設(shè)計根據(jù) 工藝要求d 設(shè)備狀況 控制功能 i/0點數(shù)和種類 系統(tǒng)的先進性2.5.3 plc的機型選擇 合理的結(jié)構(gòu)型式整體式plc的每一個io點的平均價格比模塊式的便宜，且體積相對較小,一般用于系統(tǒng)工藝過程較為固定的小型控制系統(tǒng)中；而模塊式plc的功能擴展靈活方便,在io點數(shù)、輸入點數(shù)與輸出點數(shù)的比例、io模塊的種類等方面選擇余地大，且維修方便，一般于較復(fù)雜的控制系統(tǒng)。安裝方式

27、的選擇 plc系統(tǒng)的安裝方式分為集中式、遠程io式以及多臺plc聯(lián)網(wǎng)的分布式。集中式不需要設(shè)置驅(qū)動遠程io硬件，系統(tǒng)反應(yīng)快、成本低；遠程io式適用于大型系統(tǒng)，系統(tǒng)的裝置分布范圍很廣，遠程io可以分散安裝在現(xiàn)場裝置附近，連線短，但需要增設(shè)驅(qū)動器和遠程io電源；多臺plc聯(lián)網(wǎng)的分布式適用于多臺設(shè)備分別獨立控制，又要相互聯(lián)系的場合，可以選用小型plc，但必須要附加通訊模塊。 應(yīng)用功能要求一般小型(低檔)plc具有邏輯運算、定時、計數(shù)等功能，對于只需要開關(guān)量控制的設(shè)備都可滿足。對于以開關(guān)量控制為主，帶少量模擬量控制的系統(tǒng)，可選用能帶ad和da轉(zhuǎn)換單元，具有加減算術(shù)運算、數(shù)據(jù)傳送功能的增強型低檔plc。

28、對于控制較復(fù)雜，要求實現(xiàn)pid運算、閉環(huán)控制、通信聯(lián)網(wǎng)等功能，可視控制規(guī)模大小及復(fù)雜程度，選用中檔或高檔plc。但是中、高檔plc價格較貴，一般用于大規(guī)模過程控制和集散控制系統(tǒng)等場合。 響應(yīng)速度要求 plc是為工業(yè)自動化設(shè)計的通用控制器，不同檔次plc的響應(yīng)速度一般都能滿足其應(yīng)用范圍內(nèi)的需要。如果要跨范圍使用plc，或者某些功能或信號有特殊的速度要求時，則應(yīng)該慎重考慮plc的響應(yīng)速度，可選用具有高速io處理功能的plc，或選用具有快速響應(yīng)模塊和中斷輸入模塊的plc等。系統(tǒng)可靠性的要求對于一般系統(tǒng)plc的可靠性均能滿足。對可靠性要求很高的系統(tǒng)，應(yīng)考慮是否采用冗余系統(tǒng)或熱備用系統(tǒng)。機型盡量統(tǒng)一一個

29、企業(yè)，應(yīng)盡量做到plc的機型統(tǒng)一。主要考慮到以下三方面問題：機型統(tǒng)一，其模塊可互為備用，便于備品備件的采購和管理。機型統(tǒng)一，其功能和使用方法類似，有利于技術(shù)力量的培訓(xùn)和技術(shù)水平的提高。機型統(tǒng)一，其外部設(shè)備通用，資源可共享，易于聯(lián)網(wǎng)通信，配上位計算機后易于形成一個多級分布式控制系統(tǒng)。2.5.4 輸入/輸出模板的選擇數(shù)字量輸入模塊的選擇數(shù)字量輸出模塊的選擇模擬量模塊的選擇智能i/0模塊的應(yīng)用選擇2.5.5 系統(tǒng)硬件設(shè)計文件系統(tǒng)硬件配置圖模塊統(tǒng)計表i/0硬件接口圖及i/0地址表 2.5.6 系統(tǒng)供電設(shè)計供電系統(tǒng)的保護措施電源模塊的選擇i/0模塊供電電源設(shè)計統(tǒng)接地設(shè)計可編程序控制器供電系統(tǒng)設(shè)計纜設(shè)計和

30、敷設(shè)2.6 plc接線圖及i/o分配表表2.2 外部接線圖表2.2 i/o端口分配表及功能表序號plc地址電氣符號（面板端子）功能說明1i0.0sd啟動2i0.1zd自動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左行指示燈10q0.1mr右行指示燈11q0.2up上升指示燈12q0.3down下降指示燈13q0.4d1等待清洗指示燈14q0.5d2等待電鍍指示燈15q0.6d3等待酸洗指示燈16q0.7sx酸洗指示燈17q1.0dd電鍍指示燈18q1.1qx清洗指示燈19主機1m、面板v+接

31、電源+24v電源正端20主機1l、2l、3l、面板com接電源gnd電源地端3 系統(tǒng)軟件設(shè)計3.1 plc軟件設(shè)計 3.1.1 step-7介紹“視圖”- 選擇該類別，為程序塊、符號表，狀態(tài)圖，數(shù)據(jù)塊，系統(tǒng)塊，交叉引用及通訊顯示按鈕控制?！肮ぞ摺? 選擇該類別，顯示指令向?qū)?、td200向?qū)?、位置控制向?qū)?、em 253控制面板和調(diào)制解調(diào)器擴充向?qū)У陌粹o控制。注釋：當(dāng)瀏覽條包含的對象因為當(dāng)前窗口大小無法顯示時，瀏覽條顯示滾動按鈕，使您能向上或向下移動至其他對象 。符號表/全局變量表窗口允許您分配和編輯全局符號（即可在任何pou中使用的符號值，不只是建立符號的pou）。您可以建立多個符號表。可在項目

32、中增加一個s7-200系統(tǒng)符號預(yù)定義表。當(dāng)您編譯程序或指令庫時，提供訊息。當(dāng)輸出窗口列出程序錯誤時，您可以雙擊錯誤訊息，會在程序編輯器窗口中顯示適當(dāng)?shù)木W(wǎng)絡(luò)。狀態(tài)條提供您在step 7-micro/win中操作時的操作狀態(tài)信息。程序編輯器窗口包含用于該項目的編輯器（lad、fbd或stl）的局部變量表和程序視圖。局部變量表包含您對局部變量所作的賦值（即子例行程序和中斷例行程序使用的變量）。在局部變量表中建立的變量暫時使用。工具條為最常用的step 7-micro/win操作提供便利的滑鼠存取。您可以定制每個工具條的內(nèi)容和外觀。瀏覽條 指令樹 交叉引用 數(shù)據(jù)塊 狀態(tài)圖 符號表輸出窗口 狀態(tài)條 序編

33、輯器 局部變量表圖.1 s7-200編程軟件step 7 - micro/win 3.23.1.2 step-7軟件的使用創(chuàng)建一個項目結(jié)構(gòu)，項目就象一個文件夾，所有數(shù)據(jù)都以分層的結(jié)構(gòu)存在于其中，任何時候你都可以使用。在創(chuàng)建一個項目之后，所有其他任務(wù)都在這個項目下執(zhí)行。 組態(tài)一個站，組態(tài)一個站就是指定你要使用的可編程控制器，例如s7300、s7400等。 組態(tài)硬件就是在組態(tài)表中指定你的控制方案所要使用的模板以及在用戶程序中以什么樣的地址來訪問這些模板. 組態(tài)網(wǎng)絡(luò)和通訊連接，通訊的基礎(chǔ)是預(yù)先組態(tài)網(wǎng)絡(luò)，也就是要創(chuàng)建一個滿足你的控制方案的子網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)地址也是程序自動生成如果沒有更改經(jīng)驗一定不要修改。 定

34、義符號，可以在符號表中定義局部或共享符號，符號的命名一般用字母編寫不超過8個字節(jié)，最好不要使用很長的漢字進行描述，否則對程序的執(zhí)行有很大的影響。 創(chuàng)建程序，用梯形圖編程語言創(chuàng)建一個與模板相連結(jié)或與模板無關(guān)的程序并存儲。創(chuàng)建程序是我們控制工程的重要工作之一，一般可以采用線形編程（基于一個塊內(nèi)，ob1）、分布編程（編寫功能塊fb,ob1組織調(diào)用）、結(jié)構(gòu)化編程（編寫通用塊）。我們最常采用的是結(jié)構(gòu)化編程和分布編程配合使用，很少采用線形編程。 下載程序到可編程控制器，完成所有的組態(tài)、參數(shù)賦值和編程任務(wù)之后，可以下載整個用戶程序到可編程控制器。在下載程序時可編程控制器必須在允許下載的工作模式下（stop或

35、run-p）,run-p模式表示，這個程序?qū)⒁淮蜗螺d一個塊，如果重寫一個舊的cpu程序就可能出現(xiàn)沖突，所以一般在下載前將cpu切換到stop模式。3.1.3 程序設(shè)計 系統(tǒng)總體程序流程圖.2系統(tǒng)總體程序流程圖自動演示：啟動程序，系統(tǒng)進入自動控制程序，根據(jù)已設(shè)定程序完成電鍍生產(chǎn)過程?，F(xiàn)場模擬：啟動程序，系統(tǒng)進入手動控制程序，根據(jù)電鍍工藝要求手動完成電鍍生產(chǎn)過程。位移指令的使用 移位指令將輸入值in右移或左移n位，并將輸出結(jié)果裝載到out中。移位指令對移位出的位自動補零。如果位數(shù)n大于或等于最大允值，那么移位操作的次數(shù)為最大允許值。圖3.3移指令梯型圖圖3.4 位移指令流程圖plc控制過程工件酸洗

36、工件電鍍工件清洗工件回到原位圖3.5 plc控制過程程序敘述：程序見附錄i0.0閉合系統(tǒng)啟動，q0.2導(dǎo)通工件開始上升，按下i0.3上到位按鈕工件停止上升，q0.1導(dǎo)通，工件右行，q0.6導(dǎo)通等待酸洗，到達限位時，q0.3導(dǎo)通工件開始下降，按下i0.4下到位按鈕，工件停止下降，q0.7導(dǎo)通工件開始酸洗，按下酸洗到位按鈕i0.5，工件停止酸洗，q0.2導(dǎo)通開始上升，上升到上限位時，按下上到位按扭i0.3，工件停止上升，q0.5導(dǎo)通開始等待電鍍，此時q0.0導(dǎo)通工件開始左行，到達限位后，q0.3導(dǎo)通工件開始下降，按下下到位按扭i0.3，工件停止下降，下到位后q1.0導(dǎo)通，工件開始電鍍，按下i0.6

37、電鍍到位按扭，q0.4導(dǎo)通等待清洗， q0.2導(dǎo)通工件開始上升，到達限位后按下i0.3上到位按扭，工件停止上升，0.2導(dǎo)通開始左行，到達限位后，q0.3導(dǎo)通工件開始下降，按下i0.4下到位按扭，工件停止下降，q1.1導(dǎo)通開始清洗，按下i0.5清洗到位按扭，工件清洗完畢，q0.2導(dǎo)通工件開始上升，到達限位后，q0.0導(dǎo)通，工件開始左行，到位后按下左到位按扭i0.2，q0.3導(dǎo)通工件開始下降，到位后按下下到位按扭i0.4，工件放回原位，整個工作過程結(jié)束。3.2 組態(tài)王軟件設(shè)計3.2.1組態(tài)王概述本次畢設(shè)使用的組態(tài)軟件是組態(tài)王，是北京亞控科技發(fā)展有限公司自主知識產(chǎn)權(quán)組態(tài)軟件是國內(nèi)較早出現(xiàn)的組態(tài)軟件產(chǎn)

38、品之一。組態(tài)王是一種通用的工業(yè)監(jiān)控軟件，它通過過程控制設(shè)計、現(xiàn)場操作以及工廠資源管理于一體，將一個企業(yè)內(nèi)部的各種生產(chǎn)系統(tǒng)和應(yīng)用以及信息交流匯集在一起，實現(xiàn)最優(yōu)化管理。它基于microsoft windows xp/nt/2000操作系統(tǒng)，用戶可以在企業(yè)網(wǎng)絡(luò)的所有層次的各個位置上都可以及時獲得系統(tǒng)的實時信息。采用組態(tài)王軟件開發(fā)工業(yè)監(jiān)控工程，可以極大地增強用戶生產(chǎn)線的能力、提高工廠的生產(chǎn)力和效率、提高產(chǎn)品的質(zhì)量、減少成本及原材料的消耗。它適用于從單一的生產(chǎn)運營管理和故障診斷，到網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)分布式大型集中監(jiān)控管理系統(tǒng)的開發(fā)。組態(tài)王軟件結(jié)構(gòu)由工程管理器、工程瀏覽器及運行系統(tǒng)三部分構(gòu)成。工程管理器：工程管理

39、器用于新工程的創(chuàng)建和已有工程的管理，對已有工程進行搜索、添加、備份、恢復(fù)以及實現(xiàn)數(shù)據(jù)詞典的導(dǎo)入和導(dǎo)出等功能。工程瀏覽器：工程瀏覽器是一個工程開發(fā)設(shè)計工具，用于創(chuàng)建監(jiān)控畫面、監(jiān)控的設(shè)備及相關(guān)變量、動畫鏈接、命令語言以及設(shè)定運行系統(tǒng)配置等的系統(tǒng)組態(tài)工具。運行系統(tǒng)：工程運行界面，從采集設(shè)備中獲得通訊數(shù)據(jù)，并依據(jù)工程瀏覽器的動畫設(shè)計顯示動態(tài)畫面，實現(xiàn)人與控制設(shè)備的交互操作。3.2.2組態(tài)王十大特點 工程管理。 畫面制作系統(tǒng)。 報警和事件系統(tǒng)。 報表系統(tǒng)。 控件。 opc。 通信系統(tǒng)。 安全系統(tǒng)。 網(wǎng)絡(luò)功能。 冗余系統(tǒng)。3.2.3 組態(tài)王主要功能豐富的人機界面功能，可視化操作界面，真彩顯示圖形、豐富的圖

40、庫 強大的通訊能力先進的報警和事件管理 強大的網(wǎng)絡(luò)和冗余功能3.2.4 組態(tài)軟件監(jiān)控圖3.6組態(tài)控制界面3.2.5 組態(tài)王與i/o設(shè)備組態(tài)王作為一個開放型的通用工業(yè)監(jiān)控軟件，支持與國內(nèi)外常見的plc、智能模塊、智能儀表、變頻器、數(shù)據(jù)采集板卡等（如：西門子plc、莫迪康plc、歐姆龍plc、三菱plc、研華模塊等等）通過常規(guī)通訊接口（如串口方式、usb接口方式、以太網(wǎng)、總線）進行數(shù)據(jù)通訊。組態(tài)王與io設(shè)備進行通訊一般是通過直接*.dll動態(tài)庫來實現(xiàn)的，不同的設(shè)備對應(yīng)不同的動態(tài)庫。工程開發(fā)人員無須關(guān)心復(fù)雜的動態(tài)庫代碼及設(shè)備通訊協(xié)議，只須使用組態(tài)王提供的設(shè)備定義向?qū)Ъ纯啥x工程中使用的i/o設(shè)備，并

41、通過變量的定義實現(xiàn)與i/o設(shè)備的關(guān)聯(lián)，對用戶來說即簡單又方便。 作為關(guān)鍵技術(shù)之一，組態(tài)王對通訊程序做了多種優(yōu)化處理，盡量使通訊瓶頸對系統(tǒng)的影響最小，同時保證數(shù)據(jù)傳遞的及時和準(zhǔn)確。 組態(tài)王采取的優(yōu)化措施包括： 變量分組采集的策略 以每55毫秒為一個級別，優(yōu)先級越高的變量采集的次數(shù)越多，保證關(guān)鍵變量的采集，如一個定義采集頻率為110毫秒的變量和一個定義為220毫秒的變量相比，在后一個變量采集一次的情況下，前一個變量必須保證兩次采集。對于變量要求同時采集的情況，組態(tài)王中對于屬于同一結(jié)構(gòu)成員的，且連接在同一設(shè)備上的結(jié)構(gòu)變量以成員變量的最小采集頻率對所有成員進行同時采集。 動態(tài)優(yōu)化的通訊方式 組態(tài)王對全

42、部通訊過程采取動態(tài)管理的方法，如果變量沒有定義歷史記錄或報警，則只有在數(shù)據(jù)被上位機需要時才進行采集；對于那些暫時不需要更新的數(shù)據(jù)則盡可能減少通訊。這種方式可以大大緩解串口通訊速率慢的矛盾，提高系統(tǒng)的效率。 動態(tài)優(yōu)化 組態(tài)王把對一個設(shè)備的多種通訊請求（動畫顯示、歷史數(shù)據(jù)記錄、報表生成等）盡可能的合并，一次采集的數(shù)據(jù)將滿足多個功能模塊的需要。 打包優(yōu)化 大多數(shù)的下位機都支持多個數(shù)據(jù)一次采集完成。組態(tài)王將盡可能地把需要采集的變量進行優(yōu)化組合，在一次采集過程中得到大量有效數(shù)據(jù)。這種優(yōu)化方式也有效地減少了通訊的次數(shù)。4 系統(tǒng)調(diào)試4.1 生產(chǎn)線工作過程設(shè)置吊鉤由下向上移動，遇到上限位后，行車從左向右移動，

43、到3號限位開關(guān)后（中間遇到1號和2號限位開關(guān)不響應(yīng)）停止，吊鉤下降，碰到下限位開關(guān)后停止，工件放入鍍槽，酸洗10秒后，吊鉤上升，遇到上限位開關(guān)后停止，停放15秒后，行車左行，在2號限位開關(guān)剛好彈起時，停止，吊鉤下降，遇到下限位開關(guān)后，停止，電鍍20秒后，吊鉤上升，遇到上限位開關(guān)，停10秒，接著左行，在1號限位開關(guān)彈起時，吊鉤下降，遇到下限位后停止，放入清水槽清洗10秒，吊鉤上升，遇到上限位后停8秒，行車接著左行，左行1秒下降。以上為模擬電鍍生產(chǎn)過程，主要是為了實驗方便。實際生產(chǎn)中電鍍需要更多的時間，根據(jù)電鍍不同的種類而分，電鍍的過程遠遠大于實驗中的幾十秒。4.2 軟硬件設(shè)備計算機、西門子s7-

44、200plc實訓(xùn)裝置、西門子step7編程軟件、組態(tài)王軟件。4.2.1組態(tài)與plc 按照輸入、輸出兩個配置表和外部接線圖，將plc的輸入輸出與相應(yīng)面板符號的插孔用連接線連好； 按照輸入輸出配置，編寫電鍍生產(chǎn)線控制plc程序；下載編寫程序到plc，運行調(diào)試程序，模擬動作實驗板上的按鈕和開關(guān)，驗證所編程序的邏輯； 根據(jù)畢業(yè)設(shè)計要求，設(shè)計組態(tài)程序，實現(xiàn)電鍍生產(chǎn)線動態(tài)模擬；通過串口連接plc和計算機，實現(xiàn)組態(tài)軟件對plc的監(jiān)控。4.2.2 i/o驅(qū)動程序圖4. 1聯(lián)機參數(shù)表圖4.3 系統(tǒng)調(diào)試用手動開關(guān)暫時代替現(xiàn)場輸入信號，以手動方式逐一對plc輸入端子進行檢查、驗證，plc輸入端子的指示燈點亮，表示正常;反之，應(yīng)檢查接線或者是i/o點壞。我們可以編寫一個小程序，在輸出電源良好的情況下，檢查所有plc輸出端子指示燈是否全亮。plc輸入端子的指示燈點亮，表示正常。反之，應(yīng)檢查接線或者是i/o點壞。系統(tǒng)調(diào)試應(yīng)首先按控制要求將電源、外部電路與輸入輸出端子連接好，然后裝載程序于plc中，運行plc進行調(diào)試。將p