基于PLC的电镀生产线监控系统设计.doc

河南科技大学毕业设计（论文）I基于PLC的电镀生产线监控系统设计摘要一件电镀产品的质量除了要有好的成熟的电镀工艺和品质好的镀液添加剂外，如何保证电镀产品严格按照电镀工艺流程运行和保证产品的电镀时间则是决定电镀产品质量和品质的重要因素。在电镀生产线上采用自动化控制不但可以使电镀产品的质量和品质得到严格的保证，有效的减少废品率，而且还可以提高生产效率和减轻工人的劳动强度，有着非常好的经济效益和社会效益。本文主要针对自动控制这点进行设计，在该生产线的控制系统中，采用了高可靠性，高稳定性，编程简单，易于使用，而且广泛应用于现代工业企业生产线过程控制中的控制器PLC。设计中实现了电镀生产线监控系统的单周期运行、连续运行和步进三种工作方式，在工业生产中有很重要的作用，它可以给操作工人更多的选择，同时有利于处理故障，有很强的实用性。最后用MCGS软件对设计思路进行了组态仿真，基本实现了电镀监控系统的全部功能。关键词：电镀监控系统，自动化控制，PLC，MCGS河南科技大学毕业设计（论文）IIELECTROPLATETOOLINGPLCCONTROLSYSTEMOFTRAVELINGCRANEDESIGNABSTRACTAplatingproductshavegoodqualityinadditiontotheplatingprocessmaturityandqualityofagoodbathadditives,theplatinghowtoensurethatproductsinstrictaccordancewiththeplatingprocesstoensureproductoperationandplatingtimeistodetermineproductqualityandthequalityofelectroplatinganimportantfactors.Usedinelectroplatingproductionlineautomationandcontrolproductswillnotonlyenabletheplatingqualityandstrictqualityassuranceandeffectivetoreducetherejectrate,butalsocanimproveproductivityandreducelaborintensity,withverygoodeconomicandsocialbenefits.Inthispaper,thispointforthedesignofautomaticcontrolintheproductionlinecontrolsystem,usingahigh-reliability,highstability,programmingissimple,easy-to-use,andiswidelyusedinmodernindustrialenterprisesintheproductionlineprocesscontrolofthecontrollerPLC.Designedtoachieveaplatingproductionlinemonitoringsystemofthesingle-cycleoperation,continuousoperationandstepthreewaysofworkinginindustrialproductioninaveryimportantrole,itcangiveworkersmorechoicestooperateatthesametimewillhelptodealwithfailure,thereishighlypractical.Finally,makingMCGSsoftwareconfigurationtocarryoutthesimulation,allofthefeaturesofmonitoringsystemhaveachievedKEYWORDS:Electroplatingmonitoringsystem,AutomaticControl,PLC,MCGS河南科技大学毕业设计（论文）III目录第1章概述.51.1PLC的国内外发展状况及未来展望.51.2电镀生产控制技术的现状.71.3PLC的基本组成.81.4PLC的主要特点及功能.91.4.1PLC的主要特点.91.4.2PLC的功能.101.5MCGS组态软件简介.11第2章系统硬件设计.152.1电镀生产线行车要求.152.2主电路的设计.162.3I/O分配表及其外部端子接线图.172.3.1I/O分配表.172.3.2外部端子接线图.192.4电镀生产线操作流程图.20第3章系统的软件设计.223.1PLC程序设计常用的方法.223.2PLC的基本技术性能及编程语言.233.2.1PLC的基本技术性能.233.2.2PLC的编程语言.243.2PLC程序设计.253.3MCGS组态软件的设计.25第4章软硬件的调试.364.1软件调试概述.364.2组态画面显示及功能的实现.37第5章总结.41谢辞.42参考文献.43河南科技大学毕业设计（论文）IV附录.45河南科技大学毕业设计（论文）5第1章概述可变程序逻辑控制器（ProgrammableLogicController）通常称为可编程控制器，英文缩写为PLC或PC，是以微处理器为基础，综合计算机技术、自动控制技术和通信技术而发展起来的一种通用的工业自动控制装置。它具有体积小、功能强、程序设计简单、灵活通用、维护方便的特点，特别是它的高可靠性和较强的恶劣工作环境的优点结合起来，成为工业自动化领域中最重要、应用最多的控制设备。目前已广泛应用于冶金、能源、化工、交通、电力等行业，并已跃居现代工业控制三大支柱（PLC，机器人和CAD/CAM）的首位。1.1PLC的国内外发展状况及未来展望世界上公认的第一台PLC是1969年美国数字设备公司（DEC）研制的。限于当时的元器件条件及计算机发展水平，早期的PLC主要由分立元件和中小规模集成电路组成，可以完成简单的逻辑控制及定时、计数功能。20世纪70年代初出现了微处理器。人们很快将其引入可编程控制器，使PLC增加了运算、数据传送及处理等功能，完成了真正具有计算机特征的工业控制装置。为了方便熟悉继电器、接触器系统的工程技术人员使用，可编程控制器采用和继电器电路图类似的梯形图作为主要编程语言，并将参加运算及处理的计算机存储元件都以继电器命名。此时的PLC为微机技术和继电器常规控制概念相结合的产物。20世纪70年代中末期，可编程控制器进入实用化发展阶段，计算机技术已全面引入可编程控制器中，使其功能发生了飞跃。更高的运算速度、超小型体积、更可靠的工业抗干扰设计、模拟量运算、PID功能及极高的性价比奠定了它在现代工业中的地位。20世纪80年代初，可编程控制器在先进工业国家中已获得广泛应用。这个时期可编程控制器发展的特点是大规模、高速度、高性能、产品系列化。这个阶段的另一个特点是世界上生产可编程控制器的国家日益增多，产量日益上升。这标志着可编程控制器已步入成熟阶段。河南科技大学毕业设计（论文）620世纪末期，可编程控制器的发展特点是更加适应于现代工业的需要。从控制规模上来说，这个时期发展了大型机和超小型机；从控制能力上来说，诞生了各种各样的特殊功能单元，用于压力、温度、转速、位移等各式各样的控制场合；从产品的配套能力来说，生产了各种人机界面单元、通信单元，使应用可编程控制器的工业控制设备的配套更加容易。目前，可编程控制器在机械制造、石油化工、冶金钢铁、汽车、轻工业等领域的应用都得到了长足的发展。我国可编程控制器的引进、应用、研制、生产是伴随着改革开放开始的。最初是在引进设备中大量使用了可编程控制器。接下来在各种企业的生产设备及产品中不断扩大了PLC的应用。目前，我国自己已可以生产中小型可编程控制器。上海东屋电气有限公司生产的CF系列、杭州机床电器厂生产的DKK及D系列、大连组合机床研究所生产的S系列、苏州电子计算机厂生产的YZ系列等多种产品已具备了一定的规模并在工业产品中获得了应用。此外，无锡华光公司、上海乡岛公司等中外合资企业也是我国比较著名的PLC生产厂家。可以预期，随着我国现代化进程的深入，PLC在我国将有更广阔的应用天地。21世纪，PLC会有更大的发展。从技术上看，计算机技术的新成果会更多地应用于可编程控制器的设计和制造上，会有运算速度更快、存储容量更大、智能更强的品种出现；从产品规模上看，会进一步向超小型及超大型方向发展；从产品的配套性上看，产品的品种会更丰富、规格更齐全，完美的人机界面、完备的通信设备会更好地适应各种工业控制场合的需求；从市场上看，各国各自生产多品种产品的情况会随着国际竞争的加剧而打破，会出现少数几个品牌垄断国际市场的局面，会出现国际通用的编程语言；从网络的发展情况来看，可编程控制器和其它工业控制计算机组网构成大型的控制系统是可编程控制器技术的发展方向。目前的计算机集散控制系统DCS（DistributedControlSystem）中已有大量的可编程控制器应用。伴随着计算机网络的发展，可编程控制器作为自动化控制网络和国际通用网络的重要组成部分，将在工业及工业以外的众多领域发挥越来越大的作用。河南科技大学毕业设计（论文）71.2电镀生产控制技术的现状电镀生产作为一种传统产业自开始以来，几十年间有了极大的发展，从早期的纯手工作坊式生产发展到今天的半自动甚至全自动生产，电镀工业的进步是长足的巨大的，电镀产品的种类和电镀工艺的复杂程度也是发生了极大的变化，大到汽车，飞机，小到生活用品金银首饰，各式各样的工业产品都离不开电镀技术，电镀技术己发展形成一个重要的工程领域表面工程。随着工业现代化的发展，电镀工业生产控制技术的发展也是突飞猛进的，几十年前，电镀一个工件只要备一个镀槽，用两只电极(阴、阳极)装上工件通上电就完事，渐渐地人们觉得这样的镀覆不能适应复杂镀层要求，于是就开始产生了生产线，引入一两台行车挂上工件，用继电器控制技术控制行车运动，进而实现不同镀液镀覆过程的有序进行。按照工艺要求在不同镀槽内镀覆的时间是不同的，镀覆电流也有所区别，电流的大小事先调定，时间的长短人为控制，因此这种生产线还是典型的半自动生产线，随着时间的推移和新技术的发展与进步，人们渐渐地感到这种半自动的生产线难以提高生产率，因而在控制技术上开始考虑能否实现生产过程的全自动化，控制的手段开始引入计算机控制，也就是人们所熟知的工业控制计算机系统(PIC)，用计算机实现对控制过程的参数预设、参数检测、数学运算等，在电流控制方面，采用晶闸管变流技术、变频器、高频开关电源等新技术，使得电流的控制能按照生产工艺要求实现精确控制，随着生产工艺要求的进一步提高和生产过程的实际变化，人们觉得这种工控机(PIC)控制手段有着明显的弱势，一方面是要求生产工人具有一定的文化知识，要熟悉电脑操作，能实现电脑维护，另一方面工控机虽然是为工业生产而设计的，但其工作的可靠性以及抗干扰等措施还是显得有些不够，因而，随着市场上新的数字设备和数字技术的发展，新的工控装置PLC受到越来越多的青睐，PLC的应用场合从早期的逻辑控制到后来的模拟控制等设备的外部控制模块也有了很大的发展，出现了很多的特殊功能模块，这极大地丰富了PLC的功能，也极大地拓展了其应用空间，PLC技术引入电镀生产以后，电镀生产有了极大的发展，近年来随着生产的发展和不同产品工艺的特殊要求，电镀生产的生产过程在有些领域显得相当复杂，有许多河南科技大学毕业设计（论文）8条流水线构成一套完整的生产线，这就要求各流水线之间能实现互联，因而在有些地方就引入了网络技术，工业以太网是网络技术里比较活跃值得信赖的一种，在有些领域则提出采用DCS、FCS技术，然而截止今日，真正把DCS技术应用到生产中的情况尚难见到，FCS技术更是没有。1.3PLC的基本组成PLC是微机技术和控制技术相结合的产物，是一种以微处理器为核心的用于控制的特殊计算机，因此PLC的组成与一般的微机类似，由硬件和软件组成。PLC的硬件组成：PLC的硬件主要由中央处理器（CPU）、存储器、输入单元、输出单元、通信接口、扩展接口、电源等部分组成。其中CPU是核心，输入单元和输出单元是连接现场输入/输出设备与CPU之间的接口电路，通信接口用于与编程器、上位计算机等外设连接。下面简单介绍下各部分情况。1中央处理单元（CPU）CPU是PLC的核心，PLC中所有配置的CPU随机型不同而不同。常见的CPU有三类:通用微处理器（如Z80、8086、80286等）、单片微处理器（如8031、8096等）和位片式微处理器（如AMD29等）。小型PLC大多采用8位通用微处理器和单片微处理器；中型PLC大多采用16位通用微处理器或单片微处理器；大型PLC多采用高速位片式微处理器。2.存储器存储器主要有两种：一种是可读/写操作的随机存储器RAM，另一种是只读存储器ROM、PROM、EPROM和EEPROM。在PLC中，存储器主要用于存放系统程序、用户程序及工作数据。3.输入/输出单元输入/输出单元通常也称I/O单元或I/O模块，是PLC与工业生产现场之间的连接部件。PLC通过输入接口可以检测被控对象的各种数据，以这些数据作为PLC对被控制对象进行控制的依据；同时PLC又通过输出接口将处理结果送给被控制对象，以实现控制目的。4.通信接口PLC配有各种通信接口，这些通信接口一般都带有通信处理器。PLC河南科技大学毕业设计（论文）9通过这些通信接口可与监视器、打印机、其他PLC、计算机等设备实现通信。PLC的软件组成：PLC的软件由系统程序和用户程序组成。系统程序由PLC制造厂商设计编写的，并存入PLC的系统存储器中，用户不能直接读写或更改。系统程序一般包括系统诊断程序、输入处理程序、编译程序、信息传送程序、监控程序等。PLC的用户程序是用户利用PLC的编程语言，根据控制要求编制的程序。在PLC的应用中，最重要的是用PLC的编程语言来编写用户程序，以实现控制目的。1.4PLC的主要特点及功能1.4.1PLC的主要特点现代工业生产过程是复杂多样的，它们对控制的要求也各不相同，由于PLC具有诸多优点，一经出现就受到了广大工程技术人员的欢迎。（1）可靠性高，抗干扰能力强由于采用了现代大规模集成电路技术和严格的生产工艺，且内部电路采取了先进的抗干扰技术，所以PLC具有很强的抗干扰能力和很高的可靠性。使用其构成控制系统，和同等规模的继电器接触器系统相比，电气接线及开关接点数可减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低。PLC是专为工业控制而设计的，因此，在恶劣的工业环境下仍能保证很高的可靠性，一般平均无故障时间可达到45万小时，甚至远远超过计算机控制系统。（2）编程简单易学，开发周期短作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。它接口容易，编程语言易于为工程技术人员所接受。PLC的编程大多采用类似于继电器控制线路的梯形图形式，图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，使用者不需要具备计算机的专门知识，因此很容易被一般工程技术人员所理解和掌握。另一方面，PLC多以软件编程取代硬件接线实现控制功能，使得繁重的安装接线工作大大减轻，且编程简单，程序设计和调试修改也