生产管理知识-plc在冷阴极灯管生产线的设计应用论文(doc 48页)

三 江 学 院 本科毕业设计（论文） 课题名称 PLC 在冷阴极灯管生产线的设计应用 电气工程 系 电气工程自动及其自动化 专业 学 号 Z04071013 学生姓名 房樱燕 指导教师 熊田忠 起讫日期 2008.02.25 2008.06.04 工作地点 实验楼 L408 I 摘 要 目前，在冷阴极灯管（CCFL）生产线上，大多使用手工生产。由于冷阴极灯管细 小且易碎，人工生产工作量大，导致生产效率低，同时也会产生生产质量上的问题。 本文的目标是：采用西门子 S7-300 PLC 对 CCFL 的后续生产工序进行自动化改造，以 提高产品的生产效率。 文中分析了 CCFL 后续的大致生产工艺。进行了生产线的硬件设计，包括 PLC、SM 输入/输出模块、MM420 变频器及电机等部分。软件设计利用 STEP-7 编程，主要有变频 器控制电机运转、机械手控制产品上线传送、功能检测、清洁、计数及移位、自动包 装等六个部分。所有程序在 S7-PLCSIM 中仿真并下载至硬件进行调试。 仿真和硬件调试的结果符合 CCFL 生产工艺要求，自动化程度大为提高，具有很好 的应用价值。 关键词：CCFL 生产线；PLC；软件编程；仿真；调试 II Abstract At present, owing to the thinness and fragileness, the Cold Cathode Fluorescent Lamp (CCFL) on assembly 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. This 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 inverter, 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 process 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 III 目 录 第一章 绪论 .- 1 - 1.1 课题的工程背景 .- 1 - 1.1.1 可编程序控制器（PLC）的诞生背景及意义 .- 1 - 1.1.2 冷阴极灯管（CCFL）的概念及现状 .- 2 - 1.2 目的及意义 - 3 - 1.2.1 课题的研究目的 .- 3 - 1.2.2 课题的研究意义 .- 3 - 1.3 论文的主要内容 - 4 - 第二章 CCFLassly 工艺过程分析 - 5 - 2.1 CCFL 的原理 - 5 - 2.2 CCFLassly 的大致生产过程 - 5 - 2.2.1 线材裁切 .- 6 - 2.2.2 线材组立 .- 6 - 2.2.3 灯管前置 .- 6 - 2.2.4 灯罩前置 .- 6 - 2.2.5 灯管焊接 .- 6 - 2.2.6 灯管组装 .- 7 - 第三章 控制系统硬件设计 .- 8 - 3.1 PLC 类型的选择 - 8 - 3.1.1 西门子 S7-300 系列 PLC 的基本结构 .- 8 - 3.1.2 PLC 的物理组成部分 - 8 - 3.2 变频器（MM420）及电机 .- 10 - 3.2.1 MM420 变频器的概况 - 10 - 3.2.2 MM420 变频器的特点 - 10 - 3.2.3 MM420 变频器的典型应用 - 11 - 第四章 控制系统软件设计 .- 12 - 4.1 STEP-7 .- 12 - 4.1.1 STEP-7 的概述 - 12 - 4.1.2 STEP-7 的硬件组态 - 12 - 4.1.3 设置 PLC 下载方式 .- 13 - 4.1.4 STEP-7 的软件编程 - 14 - 4.2 PLC 控制 CCFL 后续生产工序 - 15 - 4.2.1 变频器（MM420）控制传送电机（KM0）运转 .- 15 - 4.2.2 机械手（KM1）控制产品上线传送 .- 15 - 4.2.3 CCFL 功能的检测 - 20 - 4.2.4 CCFL 的清洁 - 22 - 4.2.5 CCFL 的计数及机械手 KM2 移位 - 22 - 4.2.6 CCFL 的自动包装 - 24 - 第五章 实验测试结果 .- 25 - IV 5.1 第三部分 CCFL 功能检测的仿真测试过程 .- 25 - 5.2 第三部分 CCFL 功能检测的硬件测试过程 .- 27 - 第六章 实验结论及展望 .- 30 - 6.1 结论 .- 30 - 6.2 展望 .- 30 - 参考文献 .- 31 - 致 谢 .- 32 - 附 录 .- 33 - 附图 1 程序变量与符号 - 33 - 附图 2 第二部分顺序功能图 - 34 - 附图 3 PLC 程序流程图(第三部分第六部分) .- 35 - 附录 4 PLC 控制程序 .- 36 - - 1 - 第一章第一章 绪论绪论 1.11.1 课题的工程背景课题的工程背景 1.1.11.1.1 可编程序控制器（可编程序控制器（PLCPLC）的诞生背景及意义）的诞生背景及意义 1PLC 诞生的时代背景 上世纪 70 年代，继电器控制系统广泛应用于工业控制领域，特别是制造业。 然而由于继电器控制系统自身的不足使得其在应用过程中，面临了许多挑战。当时， 计算机已经在很多科研机构、高等学校和大型企业开始应用，但主要用于数值运算。 由于计算机本身的复杂性，编程难度高，难以适应恶劣的工业环境以及价格昂贵等原 因，未能在工业控制中广泛应用。 2. PLC 的定义 PLC 即可编程逻辑控制器（Programmable logic Controller） ，是指以计算机 技术为基础的新型工业控制装置。在 1987 年国际电工委员会颁布的 PLC 标准草案中对 PLC 做了如下定义： “PLC 是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采 用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数 和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的 机械或生产过程。PLC 及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体， 易于扩展其功能的原则而设计。 ” 3PLC 诞生的过程 1968 年美国 GM 通用汽车公司（General Motors Corporation）根据“多品种 小批量、不断翻新汽车品牌型号”的战略提出这样的设想：试图寻找一种新型控制器， 以尽量减少重新设计和更换继电器控制系统的硬件和接线，减少维护与升级时间，减 低成本。希望将计算机功能完备、灵活、通用等优点与继电器控制系统简单易懂、操 作方便、价格便宜等优点相结合，设计一种通用的控制装置以满足生产需求。因此提 出十项技术指标（有名的 GM10 条）： 1）编程简单方便，可在现场修改程序； 2）硬件维护方便，最好是插入式结构； 3）可靠性要高于继电器控制装置； 4）体积要小于继电器控制装置； 5）可将数据直接送入管理计算机； 6）成本上可与继电器竞争； 7）输入可以是交流 115V； - 2 - 8）输出为交流 115V，2A 以上，能直接驱动电磁阀； 9）扩展时，原有系统只需做很小的改动； 10）程序存储器容量至少可扩展到 4KB。 1969 年美国 DEC 数字设备公司（Digital Equipment Corporation）生产出第一 台符合十项技术要求的可编程序逻辑控制器（Programmable Logic Controller） ，简 称 PLC，并在美国通用汽车自动装配线上应用成功，从而开创了工业控制的新局面。 4PLC 的意义 PLC 在现代工业控制领域中已经得到了广泛的应用。PLC 投入运行后，通过计算机 显示与控制，提高了过程自动化的程度，可实现无人调节操作，减少了操作环节，降 低了运行成本，使系统的管理和控制上了一个新台阶。以 PLC 的控制功能而言，具有 严谨、方便、易编程、易安装、可靠性高等优点。它通用性强，适应面广,特别在数字 量输入/输出等逻辑控制领域有无可比拟的优点。 39 年来，PLC 从无到有，实现了工业控制领域接线逻辑到存储逻辑的飞跃；其功能从弱到强， 实现了逻辑控制到数字控制的进步；其应用领域从小到大，实现了单体设备简单控制到胜任运动控 制、过程控制、及集散控制等各种任务的跨越。今天的可编程控制器正在成为工业控制领域的主流 控制设备，在世界各地发挥着越来越大的作用。 1.1.21.1.2 冷阴极灯管（冷阴极灯管（CCFLCCFL）的概念及现状）的概念及现状 1CCFL 的基本概念 冷阴极灯的全称是冷阴极荧光灯，是一种低气压辉光气体放电灯。我们日常使 用的普通荧光灯，是一种低气压弧光热阴极放电灯。它两端的电极比较热，也叫热阴 极灯。而冷阴极灯两端电极的温度相对较低，俗称冷阴极灯。 它的英文全称是 Cold Cathode Fluorescent Lamp，简称为 CCFL，意思是冷阴极荧光 灯，这是相对于我们日常使用的荧光灯而言的，荧光灯的全称为 Hot Cathode Fluorescent Lamp，简称为 HCFL。 2CCFL 的特点 1）由于采用辉光放电，因此电极的温度低，阴极溅散相对缓慢，灯的寿命长。 一般可以达到 30000 小时上下。 可以根据使用场合的形状弯曲，良体裁衣。 2）灯头接触处可以直接挨上，没有阴影。 3）不需要预热电极，多次开关对灯的寿命没有影响。 4）调光容易。灯电亮后，维持灯亮度的维持电压比较低，容易实现平滑调光。 5）显色指数高。一般在 85 以上，最高可以达到 99 ； 6）高亮度、高功效、高寿命、低功耗； 7）有良好的耐震动性； 8）能在低温时快速启动； - 3 - 9）色温控制准确； 10）体积小，重量轻； 11）发热小。 3CCFL 的现状 在现今所有种类的显示器中，液晶显示器（LCD-Liquid Crystal Displays） 已经成为主流产品；而作为其背光源的材料中，则是以 CCFL 为关键零组件（Key component） 。 背光源用 CCFL 从上个世纪九十年代初开始在日本面世以来，由于其具有灯管 细小、结构简单、灯管表面亮度高、灯管温升小，便于加工成各种形状、寿命长等等 优异的特性，迅速在各种类型的背光源、扫描器中得到广泛的使用。随着 CCFL 自身技 术的发展和信息技术、办公设备、日用产品的迅猛发展，CCFL 的应用范围也越来越广， 需求量也急剧增长，尤其是近二年来通信设备向高性能化、多机能化和精细化发展和 LCD 背光源用灯管向大尺寸、长寿命发展，对 CCFL 提出了各种各样的特殊要求，促进 了 CCFL 性能的提高，反过来又促进了应用的扩大。目前全世界 CCFL 的月产量已达到 2500 万支以上并仍在迅速地增长。 因此，将 PLC 应用到 CCFL 生产线上已经成为一个必然的趋势。 1.2 目的及意义目的及意义 1.2.11.2.1 课题的研究目的课题的研究目的 在 CCFL 的生产过程中，有很多琐碎的操作环节，如果采用传统的人工生产，不仅 产品产量上不去，工人劳动量大，而且产品质量也很成问题。本文是将现今自动生产 中多用的 PLC 控制技术运用到 CCFL 生产当中去，力求达到提高产品生产量，节约劳动 力，进而提高生产效率的目的。 1.2.21.2.2 课题的研究意义课题的研究意义 在现今这个电子信息时代，电子器件的发展一日千里，市场对于作为一般电子产 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 的生产效 率和产品质量就可以成为这个市场的很好的占据这个有利的市场，而且发展前景不可 限量。然而，将 PLC 自动控制与 CCFL 生产线相结合无疑是一个很好的办法。 本文就是研究如何将 PLC 与 CCFL 的后续生产相结合的。PLC 作用于 CCFL 生产的好 处：自动生产流水线使产品的生产量得到了相当大的提高；PLC 能够代替人工从事大部 分的生产工作，节约了大部分的人力劳动；还可以通过程序参数的改变来调整生产， 大大提高了产品生产的灵活性；自动控制生产细致准确，能够保证产品的生产质量。 - 4 - 1.3 论文的主要内容论文的主要内容 本文主要研究了 CCFL 的生产工艺，利用 PLC 控制 CCFL 后续的生产工艺过程，解 决了生产传送，质量检测和清洁包装等问题。除本章绪论外，本文主要内容如下： 第二章是对 CCFLassly（冷阴极灯管组装）大体工艺过程的分析。另外，讲述了 每一个生产环节的操作步骤。 第三章对 PLC 控制系统硬件进行分析，包括各控制部件型号的选择。 第四章简述了 STEP7 的使用过程及硬件组态的步骤，还分了六个部分来讲述 PLC 控制 CCFL 生产的具体软件编程。 第五章是仿真测试和硬件调试的结果，并列举了第三部分的仿真和硬件测试的经 过。 第六章对全文进行了总结，同时对今后的研究作了展望。 - 5 - 第二章第二章 CCFLasslyCCFLassly 工艺过程分析工艺过程分析 2.12.1 CCFLCCFL 的原理的原理 CCFL 是属于荧光灯的一种，其发光原理非常类似日光灯。在有涂布荧光体的玻管 中封入惰性气体（Ne-Ar 混合气）与微量的活性金属气体，并于玻管两端的电极间外加 一高压电场（高频率） ，使其产生气体放电现象；自由电子从阴极发射，经过一长串的 能量搬运（与惰性气体碰撞） ，蓄积了相当程度的动能，最后和低压的活性金属原子相 撞，电子将动能传给原子使其激发。这受激原子返回基态时，所吸收的能量被以紫外 线（253.7nm）的形式释放，而荧光体吸收此光能后，再转变成可见光放射出来。自由 电子不断地被外电场加速，上述的过程也就不断地在灯管中进行。 發光原理圖 電極 自由電子 活性金屬原子 紫外線 螢光體 可視光 图 2-1 CCFL 发光原理图 2.22.2 CCFLasslyCCFLassly 的大致生产过程的大致生产过程 灯管组装 线材裁切线材组立 灯管前置 灯罩前置 灯管焊接 图 2-2 CCFLassly 的大致生产流程图 - 6 - 2.2.12.2.1 线材裁切线材裁切 线材裁切的基本操作步骤如下： 裁线剥皮打端子打圈拉力测试(抽验) 2.2.22.2.2 线材组立线材组立 线材组立的基本操作步骤如下： 穿HousingCCD检测测线长穿rubber&tube全检 2.2.32.2.3 灯管前置灯管前置 灯管前置的基本操作步骤如下： 灯管打电灯管剪脚穿/分 O-ring 2.2.42.2.4 灯罩前置灯罩前置 灯罩前置的基本操作步骤如下： 撕胶膜贴导电铝箔 2.2.52.2.5 灯管焊接灯管焊接 灯管焊接的基本操作步骤如下： 灯管焊接焊接全检 - 7 - 2.2.62.2.6 灯管组装灯管组装 灯管组装的基本操作步骤如下： 烘焊点套管回 rubber测长/分 O-ring回压 组灯罩组 coverHi-pot 测试点灯测试 全检清洁总检包装 - 8 - 第三章第三章 控制系统硬件设计控制系统硬件设计 3.13.1 PLCPLC 类型的选择类型的选择 3.1.13.1.1 西门子西门子 S7-300S7-300 系列系列 PLCPLC 的基本结构的基本结构 PLC 实质是一种专用于工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同， 如图所示： 图 3-1 PLC 基本结构图 S7-300 系列 PLC 则是模块化结构设计的 PLC，各个单独模块之间可进行广泛组合 和扩展。它以 CPU 为核心，通过总线扩展输入/输出模块、通信模块和闭环控制模块等 其他模块组成系统。其实际的物理系统组成主要由以下几部分组成：中央处理器 （CPU） 、负载电源模块（PS） 、信号模块（SM） 、通信处理模块（CP） 、功能模块（FM） 、 接口模块（IM） 。 3.1.23.1.2 PLCPLC 的物理组成部分的物理组成部分 1中央处理单元（CPU） S7-300 系列 PLC 主要包括以下几种型号的 CPU：CPU312，CPU312C，CPU313C，CPU313C-2DP，CPU313C-PtP，CPU314C- 2DP，CPU315C 等。每种 CPU 有其不同的性能，例如：型号中含有“C”的表示带有计数 器；型号中含有的“2DP”的表示带有 PROFIBUS DP 主站/从站接口；型号中含有 “PtP”的表示带有 15 针 PtP 接口。本次课程设计所选用的 CPU 的型号是 CPU313C- 2DP。 - 9 - 2负载电源模块（PS） 负载电源模块用于将 120/230V 交流电源转换为 24V 直流电源，供其他模块使 用。它与 CPU 模块和其他信号模块之间通过电缆相连。额定输出电流有 2A、5A 和 10A 三种。本次课程设计所选用的 PS 的额定输出电流是 5A。 3信号模块（SM） 信号模块是数字量输入/输出和模拟量输入/输出模块的总称，它们使不同的过 程信号电平和 PLC 的内部信号电平相匹配。信号模块主要有 SM321（数字量输入模块） 、 SM322（数字量输出模块） 、SM331（模拟量输入模块） 、SM332（模拟量输出模块） 。每 个模块都带有一个背板总线连接器，用于与 PLC 和其他模块间的数据通信。本次课程 设计所选用的是 SM323（DI16DO16DC24V0.5A）模块。 图 3-2 CPU313C-2DP 实物 - 10 - 图 3-3 SM 模块实物 4通信处理模块（CP） 通信处理模块用于 PLC 之间、PLC 与计算机和其他智能设备之间的通信，用于 实现点对点连接等。它可以减轻 CPU 处理通信的负担，并减少用户对通信功能的编程 工作。 5功能模块（FM） 功能模块主要用于对实时性和存储容量要求高的控制任务。 6接口模块（IM） 接口模块用于多机架配置时连接主机架（CR）和扩展机架（ER） 。 3.23.2 变频器（变频器（MM420MM420）及电机）及电机 3.2.13.2.1 MM420MM420 变频器的概况变频器的概况 MM420 变频器用于驱动普通应用对象的情况下，只要对它进行简单的组态，就可以 满足您对特定传动系统的控制要求。在功率较小时，单相电源和三相电源都可作为 MM420 变频器的供电电源,而且，由于变频器采用的是模块化设计，您可以选用各种选 件，非常方便地对传动装置进行扩展，从而实现多种标准功能。所以，这种变频器是 在常规情况下通用的。MM420 变频器还有其他一些特点，例如：插入式模板和不用螺丝 的接线端子，它们在插入、拔出、接线和拆线时都非常方便，变频器的配置真的就像 孩子玩游戏一样。 3.2.23.2.2 MM420MM420 变频器的特点变频器的特点 结构紧凑，体积小 便于安装 多用途的输入和输出 FCC(磁通电流控制)控制功能保证驱动系统具有很高的控制品质，即使是在负载 出现变化时也是这样 有多种调试方法：可以用操作面板进行调试，也可以通过免费提供的软件调试 工具进行调试 模块化系统，可用选件加以扩展 可对加速和减速时间进行设置(0-650 秒) 复合制动功能可实现可控的快速制动 允许设置 4 个跳转频率，可以在驱动系统出现谐振时把机械所受的应力降低到 最小 自动再起动功能增加了设备的利用率 - 11 - 当变频器与正在转动的电动机接通时，电动机所受的冲击应力最小 可以接入 IT 网络中使用 内置的各种保护和过载保护功能 变频器具有多种型号(带有集成的 EMC 滤波器或不带集成的 EMC 滤波器)，可供 用户选用 MM420 通用型变频器，优点很多，性能卓越。 3.2.33.2.3 MM420MM420 变频器的典型应用变频器的典型应用 MM420 变频器可作为传送带系统、物料运输系统、水泵、风机、机械加工设备的传 动装置。 表 3-1 MICROMASTER 420 变频器的技术数据 电源电压和额定功率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)； 运行温度-10 C 至+50 C 工艺参数的控制具有内置的 PID 控制器 控制方式FCC(磁通电流控制)，多点特性(可编程的 V/f 特性控制)，线性 V/f 控制 输入3 个数字输入，1 个模拟输入 输出1 个模拟输出，1 个继电器接点输出 与自动化系统的链接本变频器是组成自动化系统的理想驱动装置， 可以与SIMATIC S7-300链接， 或集成到 SIMATIC 和 SIMOTION 的 TIA 系统中 - 12 - 图 3-4 硬件连接示意图 - 13 - 第四章第四章 控制系统软件设计控制系统软件设计 4.14.1 STEP-7STEP-7 4.1.14.1.1 STEP-7STEP-7 的概述的概述 STEP 7 是用于 SIMATIC 可编程序控制器组态和编程的标准软件包，其用户接口是 基于当前最新水平的人机控制工程设计，可以轻松方便地使用。STEP 7 编程软件适用 于 SIMATIC S7，是供其编程、监控和参数设置的标准工具。 STEP 7 是一个强大的工程工具，用于整个项目流程的设计。从项目实施的计划配 置、实施模块设置、集成测试调试到运用维护阶段，都需要不同功能的工程工具。 STEP 7 工程工具包含了整个项目流程的各种功能要求：CAD/CAE 支持、硬件组态、网 络组态、仿真、过程诊断等。 STEP 7 标准软件包提供一系列的应用程序（工具）： 1）SIMATIC 管理器 2）Symbol Editor（符号编辑器） 3）诊断硬件 4）编程语言 5）硬件组态 6）Netpro（网络组态） 4.1.24.1.2 STEP-7STEP-7 的硬件组态的硬件组态 STEP 7 软件中的硬件组态就是模拟真实的 PLC 硬件系统，将电源、CPU 和信号模 块等设备安装到相应的机架上，并对 PLC 硬件模块的参数进行设置和修改的过程。当 用户需要修改模块的参数或地址，需要设置网络通信，或者需要将分布式外设连接到 主站的时候，都要做硬件组态。 其基本组态步骤如下： 1）首先在 STEP7 中新建一个项目，输入项目名称，并选择项目的存储位置。 2）在出现的项目名上右击选择插入一个“SIMATIC 300 station” 。 3）选择插入的 300 站，双击右侧窗口中的 Hardware 图标，打开硬件组态窗口。 4）逐一在窗口中添加内容。首先在右侧的硬件目录“SIMATIC 300/RACK- 300”中双击“Rail”插入机架；接着在机架的第一行放置电源模块（PS） ，本次设计 在该处放置的是 PS 307 5A；机架的第二行放置 CPU 模块，本次设计在该处放置的是 - 14 - CPU 313C-2 DP（6ES7 313-6CE00-0AB0） ；第三行放置接口模块，用于扩展更多的机架， 本次设计无须扩展机架，故此处空置；第四行之后放置其他模块，如信号模块、通信 模块等。本次设计在第四行放置了 SM323 DI16/DO16DC24V/0.5A (6ES7 323-1BL00- 0AA0)。 通过以上四个步骤，硬件组态就基本完成了。最后根据需要进行一些参数的修改， 完成后保存编译就可以退出了。 图 4-1 STEP7 硬件组态窗口 4.1.34.1.3 设置设置 PLCPLC 下载方式下载方式 在控制面板内的“Set PG/PC Inetrface”处，Access path 选择 “S7online(STEP7)PC Adaper(MPI)，如图所示： - 15 - 图 4-2 设置下载方式窗口 4.1.44.1.4 STEP-7STEP-7 的软件编程的软件编程 在 SIMATIC 管理器窗口中，选择项目结构中的“Blocks” ，则在右视图中单击右键 打开快捷菜单，执行菜单命令“Insert New Object”插入 Function（功能） 。双击出 现的 FC 程序块即可打开程序编辑器界面。程序编辑器使用的语言有 STL（语句表） 、 LAD（梯形图）和 FBD（功能块图） 。梯形图是使用的最多的 PLC 图形编程语言，所以本 次课程设计也是采用 LAD 编程。 4.1.5 S7-PLCSIM 1S7-PLCSIM 的介绍 PLCSIM 是自动嵌套在 STEP7 中的一个非常实用的软件。我们可以把它作为一台 仿真的 PLC，用于运行和调试用户程序。因为这种仿真完全是用 STEP7 软件进行的，因 此无须连接任何 S7 硬件，就可以在 PG/PC 上仿真一个完整的 S7-CPU，包括地址和 I/O。 仿真 PLC 主要运用在以下场合：无硬件 PLC 时的调试程序；有硬件 PLC，但在 实际调试时由于情况复杂可能会损坏 PLC 等。 2S7-PLCSIM 的使用方法 S7-PLCSIM 提供了一个简便的操作界面，可以监视或者修改程序中的参数。S7- PLCSIM 的使用步骤如下： 1）打开 S7-PLCSIM 2）插入“View Object” （视图对象） 3）下载项目到 S7-PLCSIM 4）选择 PLC 运行的方式 5）调试程序 - 16 - 6）保存文件 图 4-3 PLCSIM 基本操作窗口 4.24.2 PLCPLC 控制控制 CCFLCCFL 后续生产工序后续生产工序 4.2.14.2.1 变频器（变频器（MM420MM420）控制传送电机（）控制传送电机（KM0KM0）运转）运转 要求：启动按钮和停止按钮控制传送电机启动和停止，调节调速旋钮 R 可以改变 传送带运转速度。 图 4-4 传送带运行示意图 相关变量： 启动按钮 RUN I0.0 停止按钮 STOP I0.1 KM0 运转指示灯H1 Q0.0 KM0 调速旋钮 R 控制过程：按下按钮 RUN，电机 KM0 得电，传送带开始运转，KM0 运转指示灯 H1 亮；调节 KM0 调速旋钮 R，可以改变传送带运转的速度；按下按钮 STOP，电机 KM0 失 电，传送带停止运转，KM0 运转指示灯 H1 熄灭。 - 17 - 4.2.24.2.2 机械手（机械手（KM1KM1）控制产品上线传送）控制产品上线传送 要求：通过机械手将产品从货框中吸附并移动到传送带上释放。启动和停止按钮 控制机械手启停。 图 4-5 机械手（KM1）控制产品上线传送示意图 相关变量： 启动按钮 RUN I0.0 停止按钮 STOP I0.1 KM1 上限位开关SX I0.2 KM1 下限位开关XX I0.3 KM1 左限位开关ZX I0.4 KM1 右限位开关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 - 18 - KM1 吸附定时 DSX T33（3s） KM1 释放定时 DSF T34（3s） 控制过程：KM1 初始位置在左上方，按下启动按钮 RUN，KM1 得电，开始下移，当 到达 KM1 下限位开关 XX 时，KM1 开始吸附（置位） ，吸附定时 3s。定时结束后，KM1 上 升，当到达 KM1 上限位开关 SX 时，KM1 开始右移，当到达 KM1 右限位开关 YX 时，KM1 开始释放（复位） ，释放定时 3s。定时结束后，KM1 开始左移，直到到达 KM1 左限位开 关 ZX，依次反复执行操作。 注：该部分是利用结构化编程，所以需要利用变量表给 M0.0 进行一次性置位。 方法如下：在 SIMATIC 管理器窗口中，选择项目结构中的“Blocks” ，则在右视图 中单击右键打开快捷菜单，执行菜单命令“Insert New Object”中的“Variable Table” ，打开变量表属性对话框，建立一个新的变量表，如图所示。 图 4-6 STEP7 建立变量表 双击打开变量表，并输入变量，监视变量，对变量的修改数据进行一次立即刷新。 在地址（Address）中输入 M0.0，在修改值（Modify Value）中输入 1。然后点击， 对 M0.0 的数值进行一次立即刷新，点击，对 M0.0 的修改数据进行一次立即刷新， 再点击，对 M0.0 的数值进行一次立即刷新。 - 19 - - 20 - - 21 - 4.2.34.2.3 CCFLCCFL 功能的检测功能的检测 要求：当工件通过检测器时，功能检测开始并延时；检测不合格时，挡板动作将 不合格品推下。 图 4-7 CCFL 功能检测示意图 相关变量： 工件通过 1 号检测器 B1 I0.6 检测结果 A I0.7 挡板 1 号限位开关 L1 I1.0 - 22 - 挡板 2 号限位开关 L2 I1.1 不合格品计数清零 Q I1.2 检测指示灯 H2 Q0.6 检测定时 DS1 T35（1s） 不合格指示灯 H3 Q0.7 挡板动作 M1 Q1.0 挡板收回 M2 Q1.1 不合格品计数 JS1 C0 控制过程：当工件通过 1 号检测器时，1 号检测指示灯亮，检测延时 1s。当检测 结果为不合格时，1 号检测不合格指示灯 H3 亮，1 号挡板动作推下不合格品，同时 JS1 计数开始，当到达 1 号挡板下限位开关 L2 时，1 号挡板收回。此外，可以通过 Q 手工 清零不合格品计数。 - 23 - 4.2.44.2.4 CCFLCCFL 的清洁的清洁 要求：当工件通过检测器时，氮气吹扫清洁开始并延时。 图 4-8 CCFL 清洁示意图 相关变量： 工件通过 2 号检测器B2 I1.3 氮气吹扫 C Q1.2 吹扫定时 DS2 T36（5s） 控制过程：当工件通过 3 号检测器时，氮气吹扫清洁开始，吹扫延时 5s。 - 24 - 4.2.54.2.5 CCFLCCFL 的计数及机械手的计数及机械手 KM2KM2 移位移位 要求：当工件通过的检测器数量达到 20 时，机械手就动作将这 20 个工件移走。 图 4-9 CCFL 计数及机械手 KM2 移位示意图 相关变量： 工件通过 3 号检测器B3 I1.4 工件计数器 JS2 C1（初值 20） KM2 移位动作 M3 Q1.3 KM2 移位动作定时 DS3 T37（3s） 控制过程：当工件通过 3 号检测器时，工件计数器 JS2 开始计数，计数到 20 时， KM2 动作一次，当 KM2 动作延时 3s 后，将 KM2 电磁铁切断，同时将 JS2 复位，JS2 复 位后，M3 和 DS3 也复位。 - 25 - 4.2.64.2.6 CCFLCCFL 的自动包装的自动包装 要求：当检测器检测到有工件到达时，自动包装开始运行并延时。 图 4-10 CCFL 自动包装示意图 相关变量： 工件通过 4 号检测器 B4 I1.5 自动包装运行 M4 Q1.4 自动包装定时 DS4 T38（5s） - 26 - - 27 - 第五章第五章 实验测试结果实验测试结果 本课程设计研究 CCFL 尾部生产工序设计的 PLC 控制。主要利用 STEP-7 软件，先 依照各个部分的控制要求分析控制过程，建立控制变量及符号；接着在功能块 FC 中编 程（第二部分是采用结构化编程的方法） ，并用 S7-PLCSIM 仿真 PLC，在 OB1 中调用 FC 进行调试，接着下装到 PLC 硬件中进行调试。最终的调试结果显示，所编程序已基本 实现 PLC 控制变频器控制传送电机运转、机械手控制产品上线传送、功能的检测、清 洁、计数及移位、自动包装等生产步骤。 5.15.1 第三部分第三部分 CCFLCCFL 功能检测的仿真测试过程功能检测的仿真测试过程 1）给 I0.6 一个信号，功能检测就开始进行，Q0.6 亮，并启动定时器 T35 时，1S 后功能检测停止，Q0.6 熄灭。 图 5-1 第三部分仿真结果 1 2）检测结果不合格时，即给 I0.7 一个信号，计数器 C0 加 1，Q1.0 亮，即挡板开 始动作。 （注：只要检测到有不合格品，Q0.7 就亮，直到手动清零计数器 CO，即给 I1.2 一个信号。 ）计数器计数值送至 MW10，接数码管显示。 - 28 - 图 5-2 第三部分仿真结果 2 3）当挡板动作到 2 号限位开关 I1.1 时，Q1.0 熄灭，Q1.1 亮，即挡板开始收回。 - 29 - 图 5-3 第三部分仿真结果 3 4）当挡板收回到 1 号限位开关 I1.0 时，Q1.1 熄灭，即挡板停止动作。 图 5-4 第三部分仿真结果 4 5.25.2 第三部分第三部分 CCFLCCFL 功能检测的硬件测试过程功能检测的硬件测试过程 1）产线运行时，Q0.0 亮，给 I0.6 一个信号，Q0.6 亮，即功能检测就开始进行， 并启动定时器 T33 时，1S 后功能检测停止，Q0.6 熄灭。实验采用三江学院电气与自动 化工程学院西门子自动化示范实验室 PLC 综合实验台进行。 - 30 - 图 5-5 第三部分硬件调试结果图 1 2）检测结果不合格时，即给 I0.7 一个信号，Q0.7 和 Q1.0 亮，即挡板开始动作。 （注：只要检测到有不合格品，Q0.7 就亮。 ） 图 5-6 第三部分硬件调试结果图 2 3）当挡板动作到 2 号限位开关 I1.1，即 2 号限位开关 I1.1 有信号时，Q1.0 熄灭， Q1.1 亮，即挡板开始收回。 图 5-7 第三部分硬件调试结果图 3 4）当挡板收回到 1 号限位开关 I1.0，即 1 号限位开关 I1.0 有信号时，Q1.1 熄灭， 即挡板停止动作。 - 31 - 图 5-8 第三部分硬件调试结果图 4 5）按下 I1.2，手动清零计数器 C0，Q0.7 熄灭。 图 5-9 第三部分硬件调试结果图 5 - 32 - 第六章第六章 实验结论及展望实验结论及展望 6.16.1 结论结论 通过本文对 PLC 控制 CCFL 的后续生产部分的研究表明，仿真和调试的结果都符合 CCFL 生产工艺要求。只要针对生产各部分过程进行分析编程，仿真调试通过后，再经 过硬件组态下装至 PLC 中，就可以实现相应的控制过程了。利用 PLC 实现的自动控制 电子产品的生产，既可以大幅的减少工人的工作量，提高产品的生产量，并且还能保 证产品的生产质量，具有很好的利用价值。另外，基于 PLC 编程语言易掌握，而且 PLC 的使用寿命长、体积小、重量轻，安装工作量小，适应性强，可靠性高，控制灵活等 多方面的因素，最终会实现帮助客户在投资阶段和整个系统服务周期里最大限度地降 低成本的目的。 当然，在 CCFL 生产的过程当中要全部实现生产过程的自动化还是具有相当大的难 度的。因为产品本身是属于易碎品，在装配灯罩前的生产工序需要细致地加工处理， 如果要实现自动化生产，在生产控制强度上就要特别处理。此外，在传统的手工 CCFL 生产线上有部分环节还是机械暂时无法替代的。并且，实现 PLC 控制生产还有很多细 节方面的问题有待解决。总之，这存在的一系列问题，还需要我们今后在生产工作过 程中不断的发掘、研究和解决的。