【正文】 基于PLC的電鍍生產(chǎn)線控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)論文目　錄前　言 1第1章 緒論 2 控制系統(tǒng)概述與選題背景意義 2 控制系統(tǒng)的概述 2 課題的選題背景及意義 2 控制對(duì)象的設(shè)計(jì)要求 3 PLC系統(tǒng)組成 4 CPU 4 存儲(chǔ)器 4 輸入/輸出接口電路 4 PLC的基本工作原理 5 小結(jié) 5第2章 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 6 主電路設(shè)計(jì) 6 PLC機(jī)型選擇 7 I/O分配表及其端子接線圖 7 I/O地址分配 7 PLC外部接線圖 8 小結(jié) 9第3章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 10 軟件的組成及作用 10 PLC內(nèi)部資源 10 PLC編程語(yǔ)言 11 程序流程圖設(shè)計(jì) 12 程序梯形圖設(shè)計(jì) 13 指令表 15 小結(jié) 18第4章 系統(tǒng)組態(tài)畫(huà)面設(shè)計(jì) 19 組態(tài)軟件介紹 19 監(jiān)控畫(huà)面設(shè)計(jì) 20 建立新工程 20 創(chuàng)建組態(tài)畫(huà)面 22 定義I/O設(shè)備 24 構(gòu)造數(shù)據(jù)庫(kù) 27 動(dòng)畫(huà)連接 29 編寫(xiě)語(yǔ)言命令 30 小結(jié) 31第5章 系統(tǒng)軟硬件調(diào)試 32結(jié)　論 37謝 辭 38參考文獻(xiàn) 39外文資料翻譯 40前　言本設(shè)計(jì)的工作過(guò)程是這樣的，在電鍍生產(chǎn)線左側(cè)，工人將零件裝入行車的吊籃并發(fā)出自動(dòng)啟動(dòng)信號(hào)，行車提升吊籃并自動(dòng)前進(jìn)。按工藝要求在需要停留的槽位停止，并自動(dòng)下降。在按要求達(dá)到定時(shí)時(shí)間后自動(dòng)上升，如此完成工藝規(guī)定的每一道工序直至生產(chǎn)線末端，行車便自動(dòng)返回原始位置，并由工人裝卸零件。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、三臺(tái)行車和四臺(tái)行車工作，每臺(tái)行車都根據(jù)已編制好的各自的程序運(yùn)行；對(duì)于行車的自動(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。 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[1]。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)行車的自動(dòng)控制則是電鍍生產(chǎn)線自動(dòng)化控制的關(guān)鍵[2]。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、三臺(tái)行車和四臺(tái)行車工作，每臺(tái)行車都根據(jù)已編制好的各自的程序運(yùn)行[3]；對(duì)于行車的自動(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[4]。 課題的選題背景及意義中國(guó)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(guó)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(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輔以變頻器對(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(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。 控制對(duì)象的設(shè)計(jì)要求如摘要中所述，電鍍的工作流程如圖11：?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——XK1行程開(kāi)關(guān)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，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(shí)現(xiàn)以下工作方式：連續(xù)工作，當(dāng)?shù)蹉^回到原點(diǎn)后，延時(shí)一段時(shí)間（裝卸零件），自動(dòng)上升右行，按照工作流程要求不停的循環(huán)；單周期工作，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)工作周期，必須再按一下啟動(dòng)按鈕；步進(jìn)工作，設(shè)備始于原點(diǎn)，當(dāng)按下啟動(dòng)按鈕時(shí)，設(shè)備只會(huì)運(yùn)行一步，然后停止；再按下啟動(dòng)按鈕時(shí)，設(shè)備會(huì)再向前運(yùn)行一步，然后停止；按照此過(guò)程一直工作下去，直至一個(gè)工作周期完成。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，但他們的組成是相同，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[5]。下面分別對(duì)幾種單元進(jìn)行介紹。 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(chǎng)輸入裝置送來(lái)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(guò)程中的語(yǔ)法錯(cuò)誤等。進(jìn)入運(yùn)行后，從用戶程序存儲(chǔ)器中逐條讀取指令，經(jīng)分析后再按指令規(guī)定的任務(wù)產(chǎn)生相應(yīng)的信號(hào)，去指揮有關(guān)的控制電路。 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。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。用戶存儲(chǔ)器：分為用戶程序存儲(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。 輸入/輸出接口電路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)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)作或者不動(dòng)作。 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，主要有以下幾個(gè)特點(diǎn)：一個(gè)掃描周期分為輸入采樣，程序執(zhí)行，輸出刷新。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。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[6]。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。掃描周期的長(zhǎng)短由三條決定：CPU執(zhí)行指令的速度；指令本身占有的時(shí)間；指令條數(shù)。 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。 小結(jié)就目前的工業(yè)發(fā)展情況和學(xué)校的教育實(shí)際而言，選擇基于PLC的電鍍生產(chǎn)線自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)作為本科階段的畢業(yè)設(shè)計(jì)，既能與當(dāng)前的生產(chǎn)實(shí)際相結(jié)合，能夠在一定程度上解決當(dāng)前工業(yè)生產(chǎn)的問(wèn)題，又能與大學(xué)本科教育的具體實(shí)際相吻合，將大學(xué)階段所學(xué)的理論知識(shí)運(yùn)用到實(shí)際中，具有很好的效果。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(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。電氣原理圖具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(chǎng)等方面得到廣泛應(yīng)用[7]。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。主電路如圖21。圖21中，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。圖21 電鍍生產(chǎn)線主電路圖 PLC機(jī)型選擇各種PLC的品種很多，它們的結(jié)構(gòu)形式，性能，價(jià)格也都各不相同，適合的場(chǎng)合也各有側(cè)重。合理選擇PLC型號(hào)，對(duì)于提高PLC控制系統(tǒng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)具有重要意義[8]。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 22CPU 22CPU 22CPU 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(guó)西門(mén)子PLC S7200 CPU226型號(hào)，此類型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)。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(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地址分配在本次系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，我們定義的I/O分配表如表22所示。在本設(shè)計(jì)中，我將12個(gè)輸入信號(hào)和4個(gè)輸入信號(hào)按各自的功能類型分好，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)，編排地址如表21所示。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，模擬量擴(kuò)展模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。在整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，——，—。具體分配見(jiàn)表21所示。表21 I/O分配表序號(hào)輸 入序號(hào)輸 出1上限位SQ113上升KM12下限位SQ214下降KM23左限位SQ315右行KM34右限位SQ416左行KM45XK1行程開(kāi)關(guān)SQ56XK2行程開(kāi)關(guān)SQ67XK3行程開(kāi)關(guān)SQ78啟動(dòng)Q19停止Q210步進(jìn)Q311單周期SB112連續(xù)SB2 PLC外部接線圖在本設(shè)計(jì)中定義的I/O端子接線圖如圖22所示。由圖表可以看出,PLC控制系統(tǒng)的輸入信號(hào)有12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)3個(gè)，限位開(kāi)關(guān)4個(gè)，選擇工作方式開(kāi)關(guān)3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KMKM2，2個(gè)用于驅(qū)動(dòng)行車電機(jī)正反轉(zhuǎn)接觸器KMKM4。圖22 I/O端子接線圖 小結(jié)在本章中，主要介紹了系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)，選擇了西門(mén)子S7—200作為本設(shè)計(jì)的PLC機(jī)型，既能夠充分發(fā)揮S7—200系列PLC的性能特點(diǎn)，又能夠滿足本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求。在后續(xù)的章節(jié)中重點(diǎn)介紹了系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)。在硬件設(shè)計(jì)中確定了采用2臺(tái)電機(jī)組成系統(tǒng)工作的主要傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的基本思路，從而在此基礎(chǔ)上完成了系統(tǒng)的I/O端口分配以及外部端子接線。洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）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[9]。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[10]。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。使用時(shí)要提前輸入它的特定植。當(dāng)輸入觸發(fā)條件滿足時(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)[11]。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