基于plc的电镀行车自动控制系统设计

基于PLC的电镀行车自动控制系统设计摘要本设计利用德国西门子PLCS7200进行电镀行车自动化控制。在本次设计中，从电镀行车在生产现场的运行环境和自动控制技术器件在国内的应用前景来考虑，以电镀行车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PLC来控制整个工作流程的方案。首先对系统的软硬件进行设计，给出系统的工作流程图、硬件接线图、PLC控制I/O端口分配表及整体程序流程图。并以STEP7MICRO/WIN32为编程软件设计出电镀行车自动控制系统的梯形图，最后通过仿真实验，实现了电镀行车自动化控制，提高了电镀生产效率，降低了劳动强度。关键词PLC，电镀行车，自动控制，组态王DESIGNOFAUTOMATICCONTROLSYSTEMOFGALVANIZATIONDRIVINGBASEDONPLCABSTRACTHOWDIDTHEARTICLEDISCUSSHASCARRIEDONTHEAUTOMATEDGALVANIZATIONPRODUCTIONLINECONTROLUSINGGERMANPLCS7200,INTHISDESIGN,WEPRODUCEDTHESCENEFROMTHEAUTOMATICCONTROLTECHNOLOGYCOMPONENTINTHEDOMESTICAPPLICATIONPROSPECTANDTHEGALVANIZATIONPRODUCTIONLINETHEENVIRONMENTTOCONSIDER,TAKECAUSEDTHISPRODUCTIONLINETRULYTOHAVETHEAUTOMATICPRODUCTIONMOVEMENTASTHEGOAL,WILLFORMULATEHASUSEDINCURRENTANDLATERALLAPPLIESWIDESPREADALSOCANADAPTTHEMANYKINDSOFENVIRONMENTPROGRAMMABLECONTROLLERTOCONTROLTHEENTIREWORKFLOWTHEPLANHASANALYZEDTHESYSTEMSOFTWAREANDHARDWAREDESIGNPARTWITHEMPHASIS,ANDGAVETHESYSTEMHARDWAREWIRINGDIAGRAM,PLCHASCONTROLLEDTHEI/OPORTDISTRIBUTIONLISTASWELLASTHEOVERALLPROGRAMFLOWDIAGRAM,ANDWITHSTEP7MICRO/WIN32ASTHEPROGRAMMINGSOFTWAREDESIGNSHASREALIZEDTHEGALVANIZATIONPRODUCTIONAUTOMATION,REDUCEDTHELABORINTENSITYINORDERTOADAPTTHEMODERNTRADITIONINDUSTRYCONTROLSYSTEM,WEALSOUSEDBASEDONTHESYSTEMHADTAKENONTHEPOSITIONMACHINEKEYWORDSPLC,GALVANIZATIONDRIVING,AUTOMATICCONTROL,CONFIGURATIONKING目录前言1第1章绪论211电镀行车控制系统的概述与选题背景意义2111电镀行车控制系统的概述2112课题的选题背景及意义212PLC的发展和历史趋势313PLC的分类5131按I/O点数分类5132按功能分类514PLC系统组成及各部分的功能615PLC的基本工作原理616控制对象的设计要求7第2章系统的硬件设计821PLC机型选择822I/O分配表及其端子接线图823主电路的设计1124电镀行车的工作流程图12第3章系统的软件设计1331软件的组成及作用13311PLC内部资源13312PLC编程语言1432PLC梯形图设计16第4章组态王软件设计1841组态软件1842组态王软件设计的步骤19第5章软硬件调试实现31结论34谢辞35参考文献36附录37外文资料翻译38前言电镀生产线按照其工艺要求和规模一般设计有两台行车、三台行车和四台行车工作，每台行车都根据已编制好的各自的程序运行；对于行车的自动控制，早期是采用继电器逻辑电路和顺序控制器，发展至今其控制方式已采用可编程控制器PLC作为核心控制部件，其控制更为安全、可靠、方便、灵活，自动化程度更高。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，电镀生产线上对行车的自动控制则是电镀生产线自动化控制的关键。用PLC辅以变频器对电镀行车进行自动控制，具有结构简单、编程方便、操作灵活、使用安全、工作稳定、性能可靠和抗干扰能力强的特点，是一种很有效的自动控制方式，是电镀生产实现高效、低成本、高质量自动化生产的发展的主流方向1。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。为此，我选定了该题目，简单的实现了电镀行车的自动工作流程，并进行了简单的软件设计，从画面上达到了该系统的监控目的。第1章绪论11电镀行车控制系统的概述与选题背景意义111电镀行车控制系统的概述电镀行车自动化的程度在德国、意大利、美国等国家的发展水平已经较高，而在我国尚处在发展阶段。中国经济的高速发展，工业化进程的不断深化，为自动化行业的迅猛发展提供了广阔的空间。电镀行业是我国重要的加工行业，据粗略估计，全国现有15000家电镀生产厂，行业职工总数超过50万人，现有5000多条生产线和253亿平方米电镀面积生产能力。电镀行业年产值约为100亿元人民币。近十年来，乡镇企业发展迅速电镀行业企业规模普遍较小，年电镀能力超过10000平方米的企业不足500家。少数合资企业或正规专业化企业拥有国际先进水平的设备和设施，但是大多数中小企业仍在使用许多过时的技术和设备，大量的生产线为半机械化和半自动化控制，一些甚至为手工操作。工业电镀生产线工位多、生产复杂，同时在电镀中，其氧化、酸洗、碱洗、电镀等许多工艺具有严重的化学污染和腐蚀，对人的身心健康十分不利，而且人工操作随机性大，影响产品质量。传统的方法是使用顺序控制器，由于其电路复杂，接口多，受外界干扰大，工作可靠性差，维护也困难。采用PLC有较完善的诊断和自保护能力，可以增强系统的抗干扰能力，提高系统的可靠性2。112课题的选题背景及意义电镀就是利用电解的方式使金属或合金沉积在工件表面，以形成均匀、致密、结合力良好的金属层的过程。简单的理解，是物理和化学的变化和结合。随着工业化生产的不断细分，新工艺新材料的不断涌现，在实际产品得到应用的设计效果也日新月异，电镀是我们在设计中经常要涉及到的一种工艺，而电镀效果是我们使用时间较长，工艺也较为成熟的一种效果。对于这种工艺的应用在我们的产品上已经非常多，而通过这种的处理我们通常可以得到一些金属色泽的效果，如高光、亚光等，搭配不同的效果构成产品效果的差异性，通过这样的处理为产品的设计增加一个亮点。电镀工艺的应用我们一般作以下用途A、防腐蚀B、防护装饰C、抗磨损D、电性能（根据零件工作要求，提供导电或绝缘性能的镀层）E、工艺要求。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，电镀生产线上对行车的自动控制则是电镀生产线自动化控制的关键。电镀生产线按照其工艺要求和规模一般设计有两台行车、三台行车和四台行车工作，每台行车都根据已编制好的各自的程序运行；对于行车的自动控制，早期是采用继电器逻辑电路和顺序控制器，发展至今其控制方式已采用可编程控制器PLC作为核心控制部件，其控制更为安全、可靠、方便、灵活，自动化程度更高。用PLC辅以变频器对电镀自动生产线行车进行自动控制，具有结构简单、编程方便、操作灵活、使用安全、工作稳定、性能可靠和抗干扰能力强的特点，是一种很有效的自动控制方式，是电镀生产实现高效、低成本、高质量自动化生产的发展方向。12PLC的发展和历史趋势二十世纪六十年代美国推出可编程逻辑控制器（PROGRAMCONTROLLER，PLCMABLELOGIC）取代传统继电器控制装置以来，PLC得到了快速发展，在世界各地得到了广泛应用。同时，PLC的功能也不断完善。随着计算机技术、信号处理技术、控制技术网络技术的不断发展和用户需求的不断提高，PLC在开关量处理的基础上增加了模拟量处理和运动控制等功能。今天的PLC不再局限于逻辑控制，在运动控制、过程控制等领域也发挥着十分重要的作用。作为离散控的制的首选产品，PLC在二十世纪八十年代至九十年代得到了迅速发展，世界范围内的PLC年增长率保持为2030。随着工厂自动化程度的不断提高和PLC市场容量基数的不断扩大，近年来PLC在工业发达国家的增长速度放缓。但是，在中国等发展中国家PLC的增长十分迅速。综合相关资料，2004年全球PLC的销售收入为100亿美元左右，在自动化领域占据着十分重要的位置3。PLC是由摸仿原继电器控制原理发展起来的，二十世纪七十年代的PLC只有开关量逻辑控制，首先应用的是汽车制造行业。它以存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和运算等操作的指令；并通过数字输入和输出操作，来控制各类机械或生产过程。用户编制的控制程序表达了生产过程的工艺要求，并事先存入PLC的用户程序存储器中。运行时按存储程序的内容逐条执行，以完成工艺流程要求的操作。PLC的CPU内有指示程序步存储地址的程序计数器，在程序运行过程中，每执行一步该计数器自动加1，程序从起始步（步序号为零）起依次执行到最终步（通常为END指令），然后再返回起始步循环运算。PLC每完成一次循环操作所需的时间称为一个扫描周期。不同型号的PLC，循环扫描周期在1微秒到几十微秒之间。PLC用梯形图编程，在解算逻辑方面，表现出快速的优点，在微秒量级，解算1K逻辑程序不到1毫秒。它把所有的输入都当成开关量来处理，16位（也有32位的）为一个模拟量。大型PLC使用另外一个CPU来完成模拟量的运算。把计算结果送给PLC的控制器。相同I/O点数的系统，用PLC比用DCS，其成本要低一些（大约能省40左右）。PLC没有专用操作站，它用的软件和硬件都是通用的，所以维护成本比DCS要低很多。一个PLC的控制器，可以接收几千个I/O点（最多可达8000多个I/O）。如果被控对象主要是设备连锁、回路很少，采用PLC较为合适。PLC由于采用通用软件，在设计企业的管理信息系统方面，要容易一些。近10年来，随着PLC价格的不断降低和用户需求的不断扩大，越来越多的中小设备开始采用PLC进行控制，PLC在我国的应用增长十分迅速。随着中国经济的高速发展和基础自动化水平的不断提高，今后一段时期内PLC在我国仍将保持高速增长势头4。13PLC的分类PLC产品种类繁多，其规格和性能也各不相同。对PLC的分类可以根据结构、功能的差异等进行大致分类。131按I/O点数分类PLC按其I/O点数多少一般可分为以下4类。1微型PLCI/O点数小于64点的PLC为超小型或微型PLC。2小型PLCI/O点数为256点以下，用户程序存储容量小于8KB的为小型PLC。3中型PLCI/O点数在5122048点之间的为中型PLC。4大型PLCI/O点数为2048点以上的为大型PLC。它具有极强的软件和硬件功能、自诊断功能、通信联网功能，它可以构成三级通信网，实现工厂生产管理自动化。132按功能分类根据PLC所具有的功能不同可将PLC分为低档、中档、高档3类。1高档PLC除具有中档PLC的功能外，还增加了带符号算术运算、矩阵运算、函数、表格、CRT可编程控制器原理与应用显示、打印和更强的通信联网功能，可用于大规模过程控制或构成分布式网络控制系统,实现工厂自动化。2中档PLC除具有低档PLC的功能外，还具有较强的模拟量I/O、算术运算、数据传送和比较、数制转换、远程I/O、子程序、通信联网等功能。有些还可增设中断控制、PID比例、积分、微分控制控制等功能，以适用于复杂控制系统。3低档PLC具有逻辑运算、定时、计数、移位以及自诊断、监控等基本功能，还可有少量的模拟量I/O、算术运算、数据传送和比较、通信等功能。14PLC系统组成及各部分的功能1CPU运算和控制中心它在整个系统中起“心脏”作用。2存储器具有记忆功能的半导体电路，分为系统程序存储器和用户存储器。系统程序存储器用以存放系统程序，包括管理程序，监控程序以及对用户程序做编译处理的解释编译程序。由只读存储器、ROM组成。厂家使用的，内容不可更改，断电不消失。用户存储器分为用户程序存储区和工作数据存储区。由随机存取存储器（RAM）组成。3输入/输出接口1输入接口输入接口电路工作过程当开关合上，二极管发光，然后三极管在光的照射下导通，向内部电路输入信号。当开关断开，二极管不发光，三极管不导通。向内部电路输入信号。也就是通过输入接口电路把外部的开关信号转化成PLC内部所能接受的数字信号。2输出接口输出接口工作过程当内部电路输出数字信号1，有电流流过，继电器线圈有电流，然后常开触点闭合，提供负载导通的电流和电压。当内部电路输出数字信号0，则没有电流流过，继电器线圈没有电流，然后常开触点断开，断开负载的电流或电压。也就是通过输出接口电路把内部的数字电路化成一种信号使负载动作或不动作5。15PLC的基本工作原理PLC采用“顺序扫描，不断循环”的工作方式1每次扫描过程,集中对输入信号进行采样,集中对输出信号进行刷新。2输入刷新过程。当输入端口关闭时，程序在进行执行阶段时，输入端有新状态，新状态不能被读入,只有程序进行下一次扫描时，新状态才被读入。3一个扫描周期分为输入采样，程序执行，输出刷新。4元件映象寄存器的内容是随着程序的执行变化而变化的。5扫描周期的长短由三条决定。（1）CPU执行指令的速度（2）指令本身占有的时间（3）指令条数6由于采用集中采样,集中输出的方式。存在输入/输出滞后的现象，即输入/输出响应延迟。16控制对象的设计要求如上所述，电镀的工作流程启动吊钩上升上限行程开关闭合右行至1号槽上方XK1行程开关闭合吊钩下降进入1号槽下限行程开关闭合电镀延时吊钩上升，由3号槽内吊钩上升，然后左行至左限位，吊钩下降至原位，即原位。按照要求，我们要实现以下工作方式1原位表示设备处于初始状态，吊钩在下限位置，行车在左限位置。2连续工作当吊钩回到原点后，延时一段时间（装卸零件），自动上升右行，按照工作流程要求不停的循环。3单周期工作设备始于原点，按下启动按钮，设备工作一个周期，然后停于原点，要重复第二个工作周期，必须再按一下启动按钮6。第2章系统的硬件设计21PLC机型选择根据自动化电镀生产线的控制要求，我们采用了德国西门子PLCS7200CPU226型号，此类型PLC无论独立运行，还是联接网络都能完成各种控制任务。它的使用范围可以覆盖从替代继电器的简单控制到复杂的自动控制。其应用领域包括各种机床、纺织机械、塑料机械、电梯等行业。S7200CPU226通讯功能完善，具有极高的性能价格比是很突出的特点，也是我们采用它的主要原因。PLC为此系统的控制核心，此系统的输入信号有两部分，一部分是原点、单周期、连续等面板控制按钮，另一部分是多种行程开关，这些面板按钮信号和传感器信号作为PLC的输入变量，经过PLC的输入接口输入到内部数据寄存器，然后在PLC内部进行逻辑运算或数据处理后，以输出变量的形式送到输出接口，从而驱动电机来控制行车的运行和吊钩的升降7。22I/O分配表及其端子接线图在本次系统设计中，我们定义的I/O分配表如表21所示。将13个输入信号和5个输入信号按各自的功能类型分好，并与PLC的I/O点一一对应，编排地址如下表。数字量扩展模块的地址分配是从最靠近CPU模块的数字量模块开始，在本机数字量地址的基础上从左到右按字节连续递增，模拟量扩展模块的地址是从最靠近CPU模块的模拟量模块开始，在本机模拟量地址的基础上从左到右按字递增。表21I/O分配表我我们定义的I/O端子接线图如图21所示。由图表可以看出,PLC控制系统的输入信号有13个，均为开关量。其中单操作按钮开关2个，行程开关3个，限位开关5个，选择工作方式开关2个。PLC控制系统的输出信号有5个，其中2个用于驱动吊钩电机正反转接触器KM1、KM2,2个用于驱动行车电机正反转接触器KM3、KM4，1个用于原位指示。序号输入序号输出1I00上限位14Q00上升2I01下限位15Q01下降3I02左限位16Q02右行4I03XK1行程开关17Q03左行5I04XK2行程开关18Q04原位6I05XK3行程开关19Q05定时7I06原点开关8I07连续工作开关9I10启动按钮10I11停止按钮12I13单周期按钮13I14右限位上限下限左限行程开关1行程开关2行程开关3连续启动停止单周期右限I00I01I02I03I04I05I07I10I11I13I141M2M1L2LAC220VKM1KM2KM3KM4HL1HL2FUS7200CPU22624VQ00Q01Q02Q03Q04Q05图21I/O端子接线图23主电路的设计电气原理图一般分为主电路和辅助电路两部分，在本次设计中我们着重分析了主电路图。在本设计中，根据电镀生产线的工艺要求，只需用两台电机分别控制吊钩的上升、下降和行车的左行、右行。主电路如图22，接触器KM1，KM2控制电动机M1的正、反转，实现吊钩的上升和下降，接触器KM3，KM4控制电动机M2的正、反转，实现行车的前进和后退。L1L2L3M133M2FU1FU2KM1KM2KM3KM4FR1FR2QS图22电镀生产线主电路图电气原理图是根据电气控制系统的工作原理，采用电器元件展开的形式，利用图形符号和项目符号表示电路各电器元件中导电部件和接线端子连接关系的电路图。电气原理图并不按电器元件实际布置来绘制，而是根据它在电路中所起的作用画在不同的部位上。电气原理图具有结构简单、层次分明的特点，适合研究和分析电路工作原理，在设计研发和生产现场等方面得到广泛应用8。24电镀行车的工作流程图我们根据设计要求绘制了整个系统的工作流程图，以便可以更清楚的认识电镀行车的生产全过程，整个系统的工作流程图，如图23所示。行车动作无非就是上下左右受控移动，按照指定的顺序即动作表完成一系列的动作。要求有几套动作表可以选择，动作可以静态修改，也可以在运行时由上位机动态修改。在这里，我们把行车的一个动作定义为“到几号工位上升，再到几号工位下降”，或者是“延时几秒”，每个动作表由若干个动作字组成，放在PLC的数据寄存器里，动作表由PLC程序初始化，也可以在运行时通过串行通讯由上位机读取和修改，PLC程序在运行时只是不断地解释和执行动作表。初始化连续单周期运行否槽1槽2槽3YNYNYN返回开始图23电镀行车的工作流程图第3章系统的软件设计31软件的组成及作用311PLC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9。312PLC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。S7200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1PLC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S7200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I10、I01等，输出线圈Q00、Q01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10。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。32PLC梯形图设计电镀行车自动控制系统梯形图设计如图31所示。I11I10M03I13I07M01I13I07MM00I10Q00M02M00I02I10M02M03I00Q02Q01I14Q00Q00T37C48M0200M01M03C48CUCTURPV1M01I00I03I04I05I14Q03Q02Q02I02I13I07Q02Q04Q04I02I01Q00Q01I03I04I05Q01I01T37INTONPT100MST37I00I14I03I02Q02Q03Q0350Q05图31梯形图第4章组态王软件设计41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11。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12。42组态王软件设计的步骤1建立新建工程启动组态王软件的工程管理器，在菜单中点击“新建”弹出如图41对话框如下。图41工程向导之一单击“下一步”继续。弹出如图42“新建工程向导之二对话框”。图42工程向导之二在工程路径文本框中输入一个有效的工程路径，或单击“浏览”按钮，在弹出的路径对话框中选择一个有效的路径。新建工程向导三如图43所示。图43工程向导之三2创建组态画面进入新建的组态王工程，选中工程浏览器左侧的画面，在右侧双击新建按钮，则弹出如图44所示对话框。图44新画面在“画面名称”处输入新的画面名称，点击“确定”按钮进入内嵌的组态王画面开发系统如图45所示。图45开发系统3定义I/O设备选择工程浏览器左侧大纲项“设备COM1”，在工程浏览器右侧用鼠标左键双击“新建”图标，运行“设备配置向导”如图46所示。图46设备配置向导之一选中PLC,由于在本次设计中用的是西门子S7200系列的模块，所以双击“西门子”，选中S7200，弹出如图47所示对话框。图47设备配置向导之二为外部设备取一个名称，输入PLC，单击“下一步”，弹出“设备配置向导”如图48所示。图48设备配置向导之三为设备选择连接串口，假设为COM1，单击“下一步”，弹出“设备配置向导”，如图49所示。图49设备配置向导之四填写设备地址，假设为2，单击“下一步”，弹出如图410对话框。图410通信参数设置通信故障恢复参数一般情况下使用系统默认设置即可，单击“下一步”，弹出“设备安装向导”如图411所示。图411信息总结如图412所示。需要检测外部输入量是否与PLC相连时，只用双击该设备，在弹出的对话框中选择测试PLC即可。图412新设备在定义数据库变量时，只要把I/O变量连结到这台设备上，它就可以和组态王交换数据了。4、构造数据库选择工程浏览器左侧大纲项“数据库数据词典”，在工程浏览器右侧用鼠标左键双击“新建”图标，弹出“定义变量”对话框如图413所示。图413定义变量在变量类型中选取变量类型，一般的变量类型有“内存”和“IO”两种类型，在这两种类型中又分“离散、整数、实数、字符串形”。一般的开关量都属于IO离散型，而需要与内部物件动画连接的则可以定义为内存形。5动画连接在新画面中双击需要连接的物件，弹出如图414所示对话框。图414动画连接在对话框中有各种连接，根据设计需要选择，分别选择“水平移动”和“垂直移动”两种连接方式，弹出对话框如图415对话框所示。图415水平移动连接在表达式框中填入表达式，在下面的移动距离中填写相应的数据，按确定即可。按照上面的步骤，根据设计需求，分别对画面中的物件进行动画连接，从而实现了外部输入量与内部事物的数据连接。自此，动画连接告一段落。6填写命令语言如图416所示。根据整个过程运行要求，以及所设定的变量，现编程序如下所示IF本站点上升指示灯1本站点动作本站点动作10IF本站点下降指示灯1本站点动作本站点动作10IF本站点右行指示灯1本站点动作2本站点动作210IF本站点左行指示灯1本站点动作2本站点动作210图416填写命令语言如想让动画动起来，还需要假如命令语言来控制它运作。在空白处填入所需命令语句，点击“确认”即可。7运行和调试完成上面所述的步骤后，组态王工程已经初步建立起来，进入到运行和调试阶段。在组态王开发系统中选择“文件切换到VIEW”菜单命令，进入组态王运行系统。在运行系统中选择“画面打开”命令，从“打开画面”窗口选择要打开的画面。显示出组态王运生产线处于原点状态的画面。8编辑好的画面如图417所示，上面的各种图形界面所代表中的实物都一一标出13。图417初始状态第5章软硬件调试实现本次所做的设计课题主要采用S7200系列机型进行程序设计，利用组态王软件对电镀行车控制进行画面组态，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，成功实现了电镀行车自动控制系统的监控功能。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。按动“连续运行”按钮，再按“启动按钮”，系统向上运行，上升指示灯亮如图51所示。图51上升运行当行车碰到上限开关时，系统向右运行，右行指示灯亮如图52所示。图52向右运行当行车向右运行时碰到行程开关XK1、XK2、XK3三个行程开关中的任意一个时，系统下行，下降指示灯亮如图53所示。图53下行运行当行车右行到右限位时，碰到右限开关时，系统向左运行，左行指示灯亮如图54所示。图54左行运行自此，连续运行的运行过程到此运行完毕。切换其他模式时，按下单周期按钮再按启动按钮即可，运行过程大致都如上所述运行过程。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行车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，该电镀行车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的动手能力。而且在编写过程中有一些小的细节我也没有考虑到，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将会尽量的达到这些要求。谢辞在同学齐心协力的努力帮助下，在导师的细心指导下，我们这个电镀行车控制系统的设计完成较好，在此我对我所有的代课老师，学校的各位领导，特别是对我的指导老师庄淑君教授表示衷心的感谢。在设计的过程中我们遇到了很多困难，有很多问题通过我们的教科书是解决不了的，但是我一方面可以通过导师的指点，找出问题的所在，所以我们能够成功完成设计有很大一部分通过导师的指导；另一方面我们可以通过学校的借书条件，从学校的图书馆获得我们想要的资料，因此我们也要感谢学校能给我们提供这样自我解决问题的平台；同时，我们能够运用我们的专业知识，在设计当中我们能够充分运用我们的专业知识，这都是我们在这三年里所有专业老师的细心教导。总之，在这次成功设计的过程中，学校也给了我一个与老师，与同学合作，实践操作完成的机会，我将在以后的学习和工作过程中充分运用所学知识，也会尽我所能学的更多知识，不辜负各位老师的期望。在此，我祝各位老师工作顺利，生活美满参考文献1洪星可编程控制器应用技术北京化学工业出版社，2004122周美兰等PLC电气控制与组态设计北京科学出版社，20003李道林主编电气控制与PLC原理及应用北京电子出版社，20064李长久PLC原理及应用北京机械工业出版社，200685汪志锋可编程控制器原理和应用西安西安电子科技大学出版社，20046汪晓平PLC可编程控制器系统开发实例导航北京人民邮电出版社，20047海维SIMATIC可编程控制器及应用M机械工业出版社,200518常初可编程控制应用技术M重庆大学出版社,200239立明电镀工艺与设备化学M北京工业出版社,2005610孙平可编程控制器原理及应用M高等教育出版社,2004811廖常初主编PLC编程及饮用北京机械工业出版社，200512西门子公司S7200可编程控制器系统手册，200213常晓玲电气控制系统与可编程控制器北京机械工业出版社，200714黄北刚工厂电气控制电路实例详解北京化学工业出版社，2007315田瑞庭可编程控制器应用技术北京机械工业出版社，1994附录外文资料翻译PLCQUESTIONPLCWHICHSHOULDPAYATTENTIONINTHEAPPLICATIONISSPECIALLYTHECONTROLDEVICEWHICHSERVESFORTHEINDUSTRIALPRODUCTION,USUALLYDOESNOTNEEDTOTAKEANYMEASURE,MAYUSEDIRECTLYINTHEINDUSTRYENVIRONMENTBUT,WHENTHEPRODUCTIONENVIRONMENTISTOOBAD,THEELECTROMAGNETICINTERFERENCEISSPECIALINTENSE,ORINSTALLSUSESIMPROPER,CANNOTGUARANTEEPLCTHENORMALOPERATION,THEREFORESHOULDPAYATTENTIONTOTHEFOLLOWINGQUESTIONINTHEUSEFIRST,SIEMENSPLCMAINTENANCE1MAINTENANCEPROCEDURES,EQUIPMENT,PERIODICTESTING,ADJUSTMENTPROVISIONS1HALFYEARLYORQUARTERLYINSPECTIONPLCCABINETTERMINALCONNECTIONS,ANDIFTIMETORELOOSESTRONGLOCALCONNECTION2OFTHECABINETTOTHEHOSTPOWERSUPPLYVOLTAGEOFTHEMONTHLYRESURVEYWORKSECOND,THEPROVISIONSOFCLEANINGEQUIPMENTONAREGULARBASIS1EVERYSIXMONTHSORAQUARTEROFTHEPLCTOCLEAN,CUTOFFPOWERTOTHEPLCPOWERSUPPLYTOTHEPOWERRACK,CPUBOARDANDINPUT/OUTPUTBOARDINTURNBEREMOVEDTOPURGE,CLEANANDTHENINTURNINSTALLEDINSITU,WILLALLLINKTORESUMEEVACUATIONCALLANDSTARTTHEHOSTPLCPLCBOXCAREFULLYSWEEPINGHEALTH2EVERYTHREEMONTHSTOREPLACETHEPOWERRACKBELOWTHEFILTERTHREEMAINTENANCEPREPARATION,MAINTENANCEOFORDERREADYBEFOREMAINTENANCETOOLSTOPROTECTTHECOMPONENTSANDTHETEMPLATEDOESNOTFUNCTIONNOFAULTDAMAGE,MUSTBEPROTECTIONDEVICESANDSERIOUSPREPARATIONSFORANTISTATIC3MAINTENANCESCHEDULINGANDOPERATORCONTACTBEFOREANDWELL,BELINKEDTOOVERHAULLICENSINGOFFICEHUNGMAINTENANCECARD2EQUIPMENTANDMETHODOFDISASSEMBLYSEQUENCE1DOWNTIME,MUSTBETWOORMOREMONITORINGOPERATION2THEWAYTHECPUONTHEFRONTPANELSELECTSWITCHFROMTHE“RUN“TO“STOP“POSITION3CLOSETHEPLCPOWERSUPPLYMAINS,ANDTHENCLOSETHEOTHERTOTHEPOWERSUPPLYMODULEOSAKA4CONNECTEDTOTHEPOWERSUPPLYRACKPOWERCORDCLEARLINENUMBERINMINDANDREMOVETHELINKLOCATION,THENREMOVETHEPOWERRACKANDRACKSCREWSCONNECTED,POWERRACKCANBEREMOVED5CPUMOTHERBOARDANDI/0BOARDINTHEBOTTOMOFTHESCREWROTATIONAFTERTEMPLATEREMOVED6INSTALLEDINREVERSEORDER143MAINTENANCEPROCESSANDTECHNICALREQUIREMENTS1MEASUREVOLTAGE,USEADIGITALVOLTMETERORACCURACYOF1OFTHEMILLIMETER,MEASURE2THEPOWERRACK,CPUBOARDCANONLYBEREMOVEDWHENTHEMAINPOWERCUTOFF3RAMMODULETOREMOVEORINSERTTHECPUFROMTHECPUPRIORTODISCONNECTTHEPACSPOWERSUPPLY,SOASTOENSURETHEDATAISNOTCONFUSED4BEFOREREMOVINGRAMMODULES,CHECKTHEBATTERYMODULEISWORKINGCORRECTLY,IFTHEBATTERYFAULTLIGHTISREMOVEDWHENTHEPAMMODULECONTENTWILLBELOST5INPUT/OUTPUTBOARDSHOULDBEREMOVEDBEFORETHEFIRSTTURNOFFTHEMAINS,BUTIFTHEPRODUCTIONOFNECESSARYI/0BOARDSCANBEREMOVEDATRUNTIMEPROGRAMMABLECONTROLLERS,BUTTHECPUBOARDQVZOVERTIMELIGHTS6PLUGGABLETEMPLATE,TOBEMORECAREFUL,GENTLY,ANDTHEGOODSSHIPPEDOUTOFSTATICELECTRICITY7THEREPLACEMENTOFCOMPONENTSNOTLIVEACTION8MAINTENANCEMUSTBEPLACEDAFTERTHETEMPLATEINSTALLEDINPLACESECOND,INSTALLMENTANDWIRING1THEPOWERLINE,THEPILOTWIREASWELLASTHEPLCPOWERLINEANDTHEI/OLINESHOULDDISTINGUISHTHEWIRING,BETWEENTHEINSULATINGTRANSFORMERANDPLCANDI/OSHOULDUSETHEDOUBLERUBBERIZEDWIRECONNECTION2PLCSHOULDBEFARAWAYFROMTHESTRONGJAMMINGSOURCELIKEELECTRICWELDINGMACHINE,THEHIGHEFFICIENCYSILICONRECTIFIERUNITANDTHELARGESCALEPOWEREQUIPMENT,CANNOTINSTALLWITHTHEHIG