电镀生产线控制

武汉理工大学课程设计摘要本文探讨了如何利用德国西门子PLCS7-300进行自动化电镀生产线控制，在本次设计中，我们从自动控制技术器件在国内的应用前景及电镀生产线生产现场的环境来考虑，以使该生产线真正具备自动生产运行为目的，制定了采用在当前及以后都应用广泛且能适应多种环境的可编程控制器来控制整个整个工作流程的方案。重点分析了系统软硬件设计部分，并给出了系统硬件接线图、PLC控制I/O端口分配表以及整体程序流程图等，实现了电镀生产自动化，提高了生产效率，降低了劳动强度。为适应现代传统的工业控制系统，我们还采用了基于组态王软件的系统作为上位机，配合下位机PLC完成了该系统的实时监控系统功能，更好的使该自动生产系统融入到现代工业控制领域中。关键词：PLC，电镀，组态王目录前言 0第1章绪论 11.1PLC的发展和历史趋势 11.2PLC的分类 21.2.1按I/O点数分类 21.2.2按功能分类 21.3PLC系统组成及各部分的功能 31.4PLC的基本工作原理 41.5电镀生产线的控制系统概述与选题背景意义 41.5.1生产线的控制系统的概述 41.5.2课题的选题背景及意义 51.6控制对象的设计要求详述 6第2章系统的硬件设计 72.1PLC机型选择 72.2I/O分配表及其端子接线图 72.3主电路的设计 102.4电镀生产线的工作流程图 11第3章系统的软件设计 123.1软件的组成及作用 123.1.1PLC内部资源 123.1.2PLC编程语言 133.1.3组态软件 第3章系统的软件设计3.1软件的组成及作用3.1.1PLC内部资源内部根据软元件的功能不同，分成了许多区域，如输入/输出继电器区、定时器区、计数器区、特殊继电器区等。下面分别介绍下。1.定时器：电气自动控制的大部分领域都需要用定时器进行时间控制，灵活地使用定时器可以编制出复杂动作的控制程序。它是PLC中重要的编程元件，是累计时间增量的内部器件。定时器的工作过程与继电-接触器控制系统的时间继电器基本相同，但它没有瞬动触点。使用时要提前输入时间预设值。当定时器的输入条件满足时开始计时，当前值从0开始按一定的时间单位增加；当定时器的当前值达到预设值时，定时器触点动作。利用定时器的触点就可以得到控制所需的延时时间。2.计数器：计数器可用来累计输入脉冲的个数，经常用于对产品进行计数或者进行特定功能的编程。使用时要提前输入它的特定植。当输入触发条件满足时，计数器开始累计它的输入端脉冲电位上升延的次数，当计数器计数达到预定的设定值时，其常开触点闭合，常闭触点断开。3.输入继电器：输入继电器一般都有一个PLC的输入端子与之对应，它用于接受外部的开关信号。当外部的开关信号为闭合时，输入继电器的线圈得电，在程序中常开触点闭合，常闭触点断开。4.输出继电器：输出继电器一般都有一个PLC上的输出端子与之对应。当通过程序使得输出继电器线圈得电时，PLC上的输出端开关闭合，它可以作为控制外部负载的开关信号。同时在程序中其常开触点闭合，常闭触点断开。5.内部位存储器：内部位存储器的作用和继电-接触器控制系统中的中间继电器相同，它在PLC中没有输入/输出端与之对应，因此它的触点不能驱动外部负载，这是与输出继电器的主要区别。它主要起逻辑控制作用。以上几个是我们在本次系统设计的过程中可能需要用到的PLC软元件，另外PLC还有很多其它的软元件。3.1.2PLC编程语言PLC是通过运行编写的用户程序实现控制任务的。PLC中的程序由系统程序和用户程序两部分组成，系统程序由PLC生产厂家提供，它支持用户程序的运行；用户程序是用户为完成特定的控制任务而编写的应用程序。S7-200系列PLC的编程语言非常丰富，有梯形图、语句表、功能块图和顺序功能图等，用户可以选择一种编程语言，如果需要，也可混合使用几种语言编程。这些编程语言都是面向用户的，它使控制程序的开发、输入、调试和修改工作大大简化。我们在本次设计中选择梯形图编程。以下我们详细介绍下梯形图的概念。梯形图左边有一条垂直的线称作左母线，右边一条虚线称为右母线。母线之间是触点的逻辑连接和线圈的输出。PLC梯形图具有以下一些特点：1.PLC的梯形图是“从上到下”按行绘制的，两侧的竖线类似电气控制图的电源线，通常称做母线（BusBar），大部分梯形图只保留左母线；梯形图的每一行是“从左到右”绘制，左侧总是输入接点，最右侧为输出元素，触点代表逻辑“输入”条件，如开关、按纽、内部条件等；线圈通常代表逻辑“输出”结果，如指示灯、接触器、中间继电器、电磁阀等。对S7-200系列的PLC来说，还有一种输出“盒”（功能框），它代表附加的指令，如定时器、计数器或数学运算等功能指令。2.电气控制电路左右母线为电源线，中间各支路都加有电压，当支路接通时，有电流流过支路上的触点与线圈。梯形图中的假想电流在图中只能作单方向的流动，即只能从左向右流动。层次改变（接通的顺序）也只能先上后下，与程序编写时的步序号是一致的。3.梯形图中的输入接点如I1.0、I0.1等，输出线圈Q0.0、Q0.1等不是物理接点和线圈，而是输入、输出存储器中输入、输出点的状态，并不是接线时现场开关的实际状态；输出线圈只对应输出映像区的相应位，该位的状态必须通过I/O模块上对应的输出单元才能驱动现场执行机构。4.梯形图中使用的各种PLC内部器件，如辅助继电器、定时器、计数器等，也不是真的电器元件，但具有相应的功能，因此通常按电气控制系统中相应器件的名称称呼它们。梯形图中每个继电器和触点均为PLC存储器中的一位，相应位为“1”，表示继电器线圈通电、常开接点闭合或常闭接点断开；相应位为“0”，表示继电器线圈断电、常开接点断开或常闭接点闭合。5.梯形图中的继电器触点既可常开，又可常闭，其常开、常闭触点的数目理论上是无穷多个（受存储容量限制），也不会磨损，因此，梯形图设计中，可不考虑触点数量，这给设计者带来很大方便。对于外部输入信号，只要接入一个信号到PLC即可。6.电气控制电路中各支路是同时加上电压并行工作的，而PLC是采用循环扫描方式工作，梯形图中各元件是按扫描顺序依次执行的，是一种串行处理方式。由于扫描时间很短（一般不过几十毫秒），所以控制效果同电气控制电路是基本相同的。但在设计梯形图时，对这种并行处理与串行处理的差别有时候应予注意，特别是那些在程序执行阶段还要随时对输入、输出状态存储器进行刷新操作的PLC，不要因为对串行处理这一特点考虑不够而引起偶然的误操作。3.1.3组态软件计算机技术和网络技术的飞速发展，为工业自动化开辟了广阔的发展空间，我们可以方便快捷地组建优质高效的监控系统，并且通过采用远程监控及诊断、双机热备等先进技术，使系统更加安全可靠。组态软件是指一些数据采集与过程控制的专用软件，它们是在自动控制系统监控层一级的软件平台和开发环境，使用灵活的组态方式，为用户提供快速构建工业自动控制系统监控功能的、通用层次的软件工具。组态软件应该能支持各种工控设备和常见的通信协议，并且通常应提供分布式数据管理和网络功能。对应于原有的HMI（人机接口软件，HumanMachineInterface）的概念，组态软件应该是一个使用户能快速建立自己的HMI的软件工具，或开发环境。在组态软件出现之前，工控领域的用户通过手工或委托第三方编写HMI应用，开发时间长，效率低，可靠性差；或者购买专用的工控系统，通常是封闭的系统，选择余地小，往往不能满足需求，很难与外界进行数据交互，升级和增加功能都受到严重的限制。组态软件的出现，把用户从这些困境中解脱出来，可以利用组态软件的功能，构建一套最适合自己的应用系统。随着它的快速发展，实时数据库、实时控制、SCADA、通讯及联网、开放数据接口、对I/O设备的广泛支持已经成为它的主要内容，随着技术的发展，监控组态软件将会不断被赋予新的内容。组态软件：对应全称为HumanandMachineInterface/ManandMachineInterface/SupervisoryControlandDataAcquisition，中文翻译为：人机界面/监视控制和数据采集软件，一般英文简称有三种分别为HMI/MMI/SCADA。目前组态软件的发展迅猛，已经扩展到企业信息管理系统，管理和控制一体化，远程诊断和维护以及在互联网上的一系列的数据整合。组态软件的功能和特点可归纳如下：概念简单，易于理解和使用；功能齐全，便于方案设计；实时性与并行处理；建立实时数据库，便于用户分步组态，保证体统安全可靠运行；利用丰富的“动画组态”功能，快速构造各种复杂生动的动态画面；引入“运行策略”的概念。它具有以下几个方面的特点：1.可视化操作界面，真彩显示图形、支持渐进色、丰富的图库、动画连接。2.无与伦比的动力和灵活性，拥有全面的脚本与图形动画功能可以对画面中的一部分进行保存，以便以后进行分析或打印。3.变量导入导出功能，变量可以导出到Excel表格中，方便的对变量名称等属性进行修改，然后再导入新工程中，实现了变量的二次利用，节省了开发时间。4.强大的分布式报警、事件处理，支持实时、历史数据的分布式保存。强大的脚本语言处理，能够帮助你实现复杂的逻辑操作和与决策处理。5.全新的WebServer架构，全面支持画面发布、实时数据发布、历史数据发布以及数据库数据的发布。6.方便的配方处理功能。丰富的设备支持库，支持常见的PLC设备、智能仪表、智能模块。提供硬加密及软授权两种授权方式。3.2PLC梯形图设计电镀生产线梯形图设计如图3-1所示。图3-1梯形图第4章硬件调试实现本次所做的设计课题主要采用S7-300系列机型进行程序设计，利用组态王软件对电镀控制进行画面组态，很好的完成了老师要求的设计任务，课题设计控制要求。在设计的最后阶段把软件和硬件结合起来，成功实现了电镀生产线系统的监控功能。我们编辑好画面图，根据各个部件之间的相互联系和控制关系，按照上一章所述的操作步骤进行设备连接，最后终于在运行环境里实现了系统在监控状态下的自动运行。符号表如下图4-1图4-1符号表4.1组态与PLC（1）按照输入两个配置表和外部接线图，将PLC输入输出与相应面板符号的插孔用连接线连好；（2)按照输入输出配置，编写电镀生产线PLC程序；（3）下载编写程序到PLC，运行调试程序，模拟动作实验板上的按钮和开关，验证所编程序的逻辑；（4）根据毕业设计要求，设计组态程序，实现电镀生产线动态模拟；（5）通过串口连接PLC和计算机，实现组态软件对PLC的监控。图4-2组态软件4.2系统调试（1）对每一个现场信号和控制量做单独测试；（2）检查硬件修改程序；（3）对现场信号和控制量做综合测试；（4）带设备调试；（5）调试结束。4.3具体实施（1）设备连接利用PLC与计算机专用电缆，将PLC通过编程口与上位机算计串口（COM口）连接，进行串行通讯。串行通讯方式使用“组态王计算机”的串口，I/O设备通过串行通讯电缆连接到“组态王计算机”的串口。图4-3工程主界面（2）设备配置利用设备配置向导完成串行通讯方式的I/O设备安装，安装过程简单、方便。（3）系统运行启动组态王运行系统。将PLC开关指向“RUN”状态，按下启动按钮，观察电镀生产线系统控制结果。下图为仿真系统。图4-4仿真系统结论电镀是一门具有悠久历史的表面处理技术，近几年来，随着新的工艺技术方法，尤其是一些新的镀层材料和复合电镀技术的出现，极大扩展了这一项表面处理技术的应用。并使其成为现代表面工程技术的重要组成部分。那么，通过我们这次对电镀生产线控制系统的设计不仅让我们更多的了解到了电镀这个工艺的发展前景，而且让我们重新认识了用PLC来设计控制系统的使用价值，整个设计对我们即将走入社会的毕业生来讲是一次很大的锻炼，是我们对专业知识有了进一步的提高。在该组成员的极力配合下，该电镀生产线控制系统的设计基本完成，在设计当中我们充分考虑到了操作的方便性，元件的实惠性和工艺的简单性。在设计当中我们的基本参考资料是基于教科书，再通过各种途径获取更详细的资料设计该控制系统的。PLC的编程是我们整个设计最主要的一部分，我们的编程是采用梯形图编程语言，所有的编写步骤和编写要点是严格按照课本要求和教科老师的指导来编写的，所以整个编写的过程是相当严谨的。而且我们编写程序之前对电镀生产线的工作流程做了详细的分析，每个步骤考虑都很严密，所以总的来说，这个系统的设计师比较好的。但是在编写的过程中我们还是遇到了很多问题，这样的系统如果能够实际验证的话会很到程度上提高我们的动手能力。而且在编写过程中有一些小的细节我们也没有考虑到，如果说能够有足够的条件来调试的话能够大大提高我们系统的正确性。当然在以后的类似设计当中我们将会尽量的达到这些要求。谢辞在该组成员的齐心协力的努力下，在导师的细心指导下，我们这个电镀生产线控制系统的设计完成较好。在设计的过程中我们遇到了很多困难，有很