【正文】 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，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 對(duì)電鍍自動(dòng)生產(chǎn)線行車進(jìn)行自動(dòng)控制，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)發(fā)展的主流方向。 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 第 1 章 緒論 控制系統(tǒng)概述與選題背景意義 控制系統(tǒng)的概述 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，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)行車的自動(dòng)控制則是電鍍生產(chǎn)線自動(dòng)化控制的關(guān)鍵。 課題的選題背景及意義 中國經(jīng)濟(jì)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)的迅猛發(fā)展提供了廣闊的空間。電鍍行業(yè)是我國重 要的加工行業(yè)，但是大多數(shù)中小企業(yè)仍在使用許多過時(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。 用 PLC 對(duì)電鍍自動(dòng)生產(chǎn)線行車進(jìn)行自動(dòng)控制，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 。 控制對(duì)象的設(shè)計(jì)要求 本系統(tǒng)設(shè)計(jì)有現(xiàn)場手動(dòng) 、 單周期運(yùn)行 、 連續(xù)運(yùn)行及主控室單周期運(yùn)行 、 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 連續(xù)運(yùn)行三種操作模式。現(xiàn)場手動(dòng) 、 單周期運(yùn)行 、 連續(xù)運(yùn)行操作模式是在現(xiàn)場控制柜上完成的，主控室單周期運(yùn)行 、 連續(xù)運(yùn)行是在主控室上位機(jī)主控畫上點(diǎn)擊相應(yīng)按鈕實(shí)現(xiàn)的。主控室監(jiān)控采用 MCGS 組態(tài)軟件設(shè)計(jì)的監(jiān)控畫面可以實(shí)時(shí)觀察到電鍍生產(chǎn)線的每一步實(shí)時(shí)動(dòng)作，如吊鉤的上升 、 下降，工作在生產(chǎn)線上的前進(jìn) 、 后退等。整個(gè)工作流程是這樣的 ，原位：表示設(shè)備處于初始狀態(tài)，吊鉤在下限位置，行車在左限位置。自動(dòng)過程：啟動(dòng) —— 吊鉤上升 —— 上限行程開關(guān)閉合 —— 左行至 1 號(hào)槽 —— xk1 行程開關(guān)閉合 —— 吊鉤下降進(jìn)入 1 號(hào)槽內(nèi) —— 下限行程開關(guān)閉合 —— 電鍍延時(shí) —— 延時(shí)時(shí)間到 —— 吊鉤上升 —— 上限行程開關(guān)閉合 —— 右行至 2 號(hào)槽 —— xk2行程開關(guān)閉合。由 3 號(hào)槽內(nèi)吊鉤上升，左行至左限位，吊鉤下降至下限位（即原位）。連續(xù)工作：當(dāng)?shù)蹉^回到原位后，延時(shí)一段時(shí)間（裝卸工件），自動(dòng)上升右行，按照工作流程要求不停的循環(huán)。當(dāng)按下停止按鈕時(shí)設(shè)備始于原點(diǎn)，按下啟動(dòng)按鈕，設(shè)備工作一個(gè)周期，然后 停于原點(diǎn)。要重復(fù)第二個(gè)周期，必須再按下啟動(dòng)按鈕。當(dāng)按下停止按鈕，設(shè)備立即停車，當(dāng)按下啟動(dòng)按鈕后，設(shè)備繼續(xù)運(yùn)行。電鍍生產(chǎn)線的工作流程如圖 11 所示。 二 號(hào) 槽三 號(hào) 槽原 位一 號(hào) 槽左 限下 限上 限X K 1 X K 2X K 3右 限圖 11 電鍍生產(chǎn)線的工作流程 PLC 系統(tǒng)組成 PLC 分為箱式和模塊式兩種，基本上都是由 CPU，存儲(chǔ)器，輸入 /輸出接口電路，電源模塊等幾部分組成的，下面分別對(duì)幾種單元進(jìn)行介紹 : 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 CPU CPU 是整個(gè) PLC 的核心，起神經(jīng)中樞的作用，它按照 PLC 的系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存儲(chǔ)用戶程序和數(shù)據(jù)，用掃描的方式采集由現(xiàn)場輸入裝置送來的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并 存入規(guī)定的寄存器中。同時(shí)，診斷電源和 PLC內(nèi)部電路的工作狀態(tài)及編程過程中的語法錯(cuò)誤等。 存儲(chǔ)器 存儲(chǔ)器是具有記憶功能的半導(dǎo)體電路，分為系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器和用戶存儲(chǔ)器。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)用戶程序做編譯處理的解釋編譯程序。它由只讀存儲(chǔ)器、 ROM 組成，廠家使用的，內(nèi)容不可更改，斷電不消失。 輸入 /輸出接口電路 1. 輸入接口 輸入接口電路工作過程：當(dāng)開關(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)開關(guān)斷開，二極管不發(fā)光，三 極管不導(dǎo)通，向內(nèi)部電路輸入信號(hào)。 2. 輸出接口 輸出接口工作過程：當(dāng)內(nèi)部電路輸出數(shù)字信號(hào) 1，有電流流過，繼電器線圈有電流，然后常開觸點(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，則沒有電流流過，繼電器線圈沒有電流，然后常開觸點(diǎn)斷開，斷開負(fù)載的電流或電壓。 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 第 2 章 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 主電路設(shè)計(jì) 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。電氣原理圖具有結(jié)構(gòu)簡單、層次分明的特點(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)場等方面得到廣泛應(yīng)用。 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)行車的前進(jìn)和后退 。電鍍生產(chǎn)線主電路如圖 21 所示。 LLLF U 1 F U 2F R 1 F R 2K M 1 K M 2 K M 3 K M 4Q F（M 23 ~M 13 ~（ （ （ （ （ （（（ （ （ （123 圖 21 電鍍生產(chǎn)線主電路圖 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 PLC 機(jī)型選擇 S7200 系列 PLC 可提供 5 種不同的基本單元和多種規(guī)格的擴(kuò)展 單元等。目前提供的 S7200CPU 有： CPU 22 CPU 22 CPU 22 CPU 224XP、CPU 226 和 CPU 226XM，不同型號(hào)的 PLC 性能差別也比較大。所以在實(shí)際設(shè)計(jì)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(hù)使用方便以及價(jià)格適中的型號(hào)。 根據(jù)自動(dòng)化電鍍生產(chǎn)線的控制要求，我們采用了德國西門子 PLC S7200 CPU226 型號(hào)，此類型 PLC 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，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)。S7200 CPU226 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 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。 I/O 分配表及其端子接線圖 I/O 地址分配 S7200 PLC 系列 CPU 提供一定數(shù)量的主機(jī)數(shù)字量 I/O 點(diǎn)，當(dāng)主機(jī)點(diǎn)數(shù)不夠或者處理的信息是模擬量時(shí)，就必須使用擴(kuò)展的接口模塊。 S7200 主機(jī)的輸入、輸出點(diǎn)數(shù)不能滿足控制的需要時(shí)，可以選配各種數(shù)字量模塊來擴(kuò)展，數(shù)字量模塊有數(shù)字量輸入模塊、數(shù)字量輸出模塊和數(shù)字量輸入 /輸出模塊。在工業(yè)控制中，除了數(shù)字量信號(hào)來控制外，有時(shí)還要用模擬量信號(hào)來進(jìn)行控制，模擬量模塊有模擬量輸入、模擬量輸出和模擬量輸入 /輸出模塊。 在本設(shè)計(jì)中，將 13個(gè)輸入信號(hào)和 5 個(gè)輸出信號(hào)按各自的功能類型分好， 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 選定與之功能相對(duì)應(yīng) 的元器件，然后再與 PLC 的 I/O 點(diǎn)一一對(duì)應(yīng)， I/O 分配表如表 21 所 示。 表 21 I/O 分配表 輸 入 輸 出 上限位行程開關(guān) SQ0 吊鉤上升 下限位行程開關(guān) SQ1 吊鉤下降 左限位行程開關(guān) SQ2 行車左行 右限位行程開關(guān) SQ3 行車右行 XK1 行程開關(guān) SQ4 原位 XK2 行程開關(guān) SQ5 XK3 行程開關(guān) SQ6 原位行程開關(guān) SQ7 啟動(dòng)按鈕 SB1 停止按鈕 SB2 單周期按鈕 SB3 連續(xù)按鈕 SB4 步進(jìn)按鈕 SB5 PLC 外部接線圖 在本設(shè)計(jì)中 PLC 控制系統(tǒng)的輸入信號(hào)有 13 個(gè)，均為開關(guān)量， PLC 控制系統(tǒng)的輸出信號(hào)有 5 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 KMKM2， 2 個(gè)用于驅(qū)動(dòng)行車電機(jī)正反轉(zhuǎn)接觸器 KM KM4，故電鍍生產(chǎn)線監(jiān)控系統(tǒng)的 I/O 端子接線圖如圖 22 所示。 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 +_原 位右 行上 升下 降左 行Q O .OQ 0 .4Q 0 .3Q 0 .2K M 1K M 2K M 3K M 4S 7 2 0 0 C P U 2 2 6~1 L1 M2 MF UI 0 . 0I 0 . 1I 0 . 2I 0 . 3I 0 . 4I 0 . 5I 0 . 6I 0 . 7I 1 . 1I 1 . 2I 1 . 3I 1 . 4I 1 . 5Q 0 .1S Q 0S Q 1S Q 2S Q 3S Q 4S Q 5S Q 6S Q 7S B 1S B 2S B 3S B 4S B 52 2 0V2 4 V 圖 22 I/O 端子接線圖 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 第 3 章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 軟件的組成及作用 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，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。 2. 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關(guān)信號(hào)。當(dāng)外部的開關(guān)信號(hào)為閉合時(shí)，輸入繼電器的線圈得電，在程序中常開觸點(diǎn)閉合，常閉觸點(diǎn)斷開 。 3. 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(hào)，同時(shí)在程序 中其常開觸點(diǎn)閉合，常閉觸點(diǎn)斷開。 4. 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(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。 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，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。 S7200 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 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 制程序的開發(fā)