基于PLC的电镀生产线控制系统设计毕业设计(论文)

摘要洛阳理工学院毕业设计（论文）PAGEIVPAGE9毕业设计论文基于PLC的电镀生产线控制系统设计摘要本文讨论了如何利用德国西门子PLCS7-200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，从而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，大大提高了工作人员的工作环境质量。为适应现代传统的工业控制系统，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DesignofGalvanizationProductionLineControlSystemBasedonPLCABSTRACTThisarticlediscussedhowcarriedontheautomatedgalvanizationproductionlinecontrolusingGermanSiemensPLCS7-200.Inthisdesign,wetakeconsideroftheautomaticcontroltechnologycomponentinthedomesticapplicationprospectandtheenvironmentofthegalvanizationproductionline,andthismakesthisproductionlinetrulytohavetheautomaticproductionmovementasthegoal.Weformulateaplanthatusesaprogrammablecontrollerwhichcanadaptmanykindsofenvironmentincurrentandlatertocontroltheentirework.Weanalyzedthesystemsoftwareandhardwaredesignwithemphasis,andprovidethesystemhardwarewiringdiagram,PLCI/Oportdistributionlistandtheoverallprogramflowdiagramandsoon.Thisdesignrealizedthegalvanizationproductionautomation,enhancedtheproductefficiency,andreducedthelaborintensity.Inordertoadaptthemoderntraditionindustrycontrolsystem,wealsousedtheKingViewsoftwaresystemwhichhadtakenonasthepositionmachine.AndcoordinatePLCaslowerpositionmachine.Allthishasmadethissystemhadthefunctionofcurrenttimemonitoring.Thatcausedthisautomaticproductionsystemintegratetothemodernindustrycontrolsystembetter.KEYWORDS:PLC,Galvanization,KingView前言目录前言 1第1章绪论 21.1控制系统概述与选题背景意义 21.1.1控制系统的概述 21.1.2课题的选题背景及意义 21.2控制对象的设计要求 31.3 PLC系统组成 41.3.1CPU 41.3.2存储器 41.3.3输入/输出接口电路 41.4 PLC的基本工作原理 51.5小结 5第2章系统的硬件设计 62.1主电路设计 62.2PLC机型选择 72.3I/O分配表及其端子接线图 72.3.1I/O地址分配 72.3.2PLC外部接线图 82.4小结 9第3章系统的软件设计 103.1软件的组成及作用 103.1.1PLC内部资源 103.1.2PLC编程语言 113.2程序流程图设计 123.3程序梯形图设计 133.4指令表 153.5小结 18第4章系统组态画面设计 194.1组态软件介绍 194.2监控画面设计 204.2.1建立新工程 204.2.2创建组态画面 224.2.3定义I/O设备 244.2.4构造数据库 274.2.5动画连接 294.2.6编写语言命令 304.3小结 31第5章系统软硬件调试 32结论 37谢辞 38参考文献 39外文资料翻译 40前言本设计的工作过程是这样的，在电镀生产线左侧，工人将零件装入行车的吊篮并发出自动启动信号，行车提升吊篮并自动前进。按工艺要求在需要停留的槽位停止，并自动下降。在按要求达到定时时间后自动上升，如此完成工艺规定的每一道工序直至生产线末端，行车便自动返回原始位置，并由工人装卸零件。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的主流方向。第1章标题第1章绪论1.1控制系统概述与选题背景意义1.1.1控制系统的概述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[1]。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[2]。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[3]；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[4]。1.1.2课题的选题背景及意义中国经济高速发展，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，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。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。1.2控制对象的设计要求如摘要中所述，电镀的工作流程如图1-1：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，继续右行，碰到右限位，然后左行至左限位，吊钩下降至下限位，即原位。按照要求，我们要实现以下工作方式：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；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；步进工作，设备始于原点，当按下启动按钮时，设备只会运行一步，然后停止；再按下启动按钮时，设备会再向前运行一步，然后停止；按照此过程一直工作下去，直至一个工作周期完成。图1-1电镀生产线的工作流程PLC系统组成PLC分为箱式和模块式两种，但他们的组成是相同，基本上都是由CPU，存储器，输入/输出接口电路，电源模块等几部分组成的[5]。下面分别对几种单元进行介绍。1.3.1CPUCPU是整个PLC的核心，起神经中枢的作用。它按照PLC的系统程序赋予的功能接收并存储用户程序和数据，用扫描的方式采集由现场输入装置送来的状态或数据，并存入规定的寄存器中。同时，诊断电源和PLC内部电路的工作状态及编程过程中的语法错误等。进入运行后，从用户程序存储器中逐条读取指令，经分析后再按指令规定的任务产生相应的信号，去指挥有关的控制电路。1.3.2存储器存储器是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。1.3.3输入/输出接口电路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者不动作。PLC的基本工作原理PLC采用“顺序扫描，不断循环”的工作方式，主要有以下几个特点：一个扫描周期分为输入采样，程序执行，输出刷新。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。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[6]。元件映象寄存器的内容是随着程序的执行变化而变化的。扫描周期的长短由三条决定：CPU执行指令的速度；指令本身占有的时间；指令条数。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。1.5小结就目前的工业发展情况和学校的教育实际而言，选择基于PLC的电镀生产线自动控制系统设计作为本科阶段的毕业设计，既能与当前的生产实际相结合，能够在一定程度上解决当前工业生产的问题，又能与大学本科教育的具体实际相吻合，将大学阶段所学的理论知识运用到实际中，具有很好的效果。第1章标题第2章系统的硬件设计2.1主电路设计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[7]。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2-1。图2-1中，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。图2-1电镀生产线主电路图2.2PLC机型选择各种PLC的品种很多，它们的结构形式，性能，价格也都各不相同，适合的场合也各有侧重。合理选择PLC型号，对于提高PLC控制系统技术经济性指标具有重要意义[8]。S7-200系列PLC可提供5种不同的基本单元和多种规格的扩展单元等。目前提供的S7-200CPU有：CPU221、CPU222、CPU224、CPU224XP、CPU226和CPU226XM，不同型号的PLC性能差别也比较大。所以在实际设计中，要在满足功能的要求下，选择能够保证系统可靠工作，维护使用方便以及价格适中的型号。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PLCS7-200CPU226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。S7-200CPU226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。2.3I/O分配表及其端子接线图2.3.1I/O地址分配在本次系统设计中，我们定义的I/O分配表如表2-2所示。在本设计中，我将12个输入信号和4个输入信号按各自的功能类型分好，选定与之功能相对应的元器件，然后再与PLC的I/O点一一对应，编排地址如表2-1所示。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，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。在整个系统的设计中，我选定I0.0—I0.7和I1.0—I1.4作为输入信号，Q0.0—QO.3作为输出信号。具体分配见表2-1所示。表2-1I/O分配表序号输入序号输出1I0.0上限位SQ113Q0.0上升KM12I0.1下限位SQ214Q0.1下降KM23I0.2左限位SQ315Q0.2右行KM34I0.3右限位SQ416Q0.3左行KM45I0.4XK1行程开关SQ56I0.5XK2行程开关SQ67I0.6XK3行程开关SQ78I1.0启动Q19I1.1停止Q210I1.2步进Q311I1.3单周期SB112I1.4连续SB2 2.3.2PLC外部接线图在本设计中定义的I/O端子接线图如图2-2所示。由图表可以看出,PLC控制系统的输入信号有12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4个，选择工作方式开关3个。PLC控制系统的输出信号有4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。图2-2I/O端子接线图2.4小结在本章中，主要介绍了系统的硬件设计，选择了西门子S7—200作为本设计的PLC机型，既能够充分发挥S7—200系列PLC的性能特点，又能够满足本系统的设计要求。在后续的章节中重点介绍了系统的硬件设计。在硬件设计中确定了采用2台电机组成系统工作的主要传动机构的基本思路，从而在此基础上完成了系统的I/O端口分配以及外部端子接线。第3章REF_Ref168484495\h错误！未找到引用源。洛阳理工学院毕业设计（论文）PAGE18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[9]。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[10]。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[11]。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[12]。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[13]。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、按钮、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[14]。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，从而完成其动作。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[15]。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。3.2程序流程图设计我们根据设计要求绘制了整个系统连续工作和单周期工作的流程图，以便可以更清楚的认识该生产线的生产全过程，工作流程图如图3-1所示。在PLC运行时，先对程序进行初始化，然后程序将会对输入进行判断，查看系统是工作在连续工作状态还是单周期工作状态。当系统工作在连续状态时，程序会按照设计不进行计数，从而可以一直循环下去，达到连续工作的设计要求。当系统工作在单周期状态时，按照设计程序会进行计数，在系统完成一个周期的运行后会检验计数结果，从而结束整个系统的运行，即达到单周期运行的控制要求。由于步进程序的编写过程和工作原理是基于以上两种工作方式的基础上，通过并行添加程序代码实现步进工作所需逻辑状态来实现的，故步进工作方式程序流程图就不再画出。图3-1电镀生产线连续工作和步进工作程序流程图3.3程序梯形图设计本系统软件设计采取先简单，后复杂的处理方法。编程过程中先解决连续工作和单周期工作的软件编写，然后解决步进工作方式的软件编写，最终完成整个系统的程序。在连续工作和单周期工作程序的软件编写中采取主程序相同，利用一个计数程序实现两种工作方式。在连续工作时程序不计数，在单周期工作时程序会计数一次，通过这种方式使两种工作方式在一个程序中实现，从而完成两种工作方式的设计。在步进工作方式的软件编写中，同样采取与以上两种工作方式相同的主程序，只在原来两种工作方式的软件程序中并行添加实现步进的各种逻辑条件即可，使步进程序的执行是在以上两种程序的基础上通过附加条件实现，最终完成整个软件程序的编写。图3-2程序梯形图3.4指令表指令编程是另一种PLC编程方法，指令表也可以很容易从梯形图得到，本设计具体指令表如下。Network1LDI1.1OM0.3ANI1.0=M0.3Network2LDI1.3OI1.4OM0.1=M0.1Network3LDI1.3OM0.0ANI1.4=M0.0Network4LDM0.1AI1.0OM0.2ANQ0.0ANI0.0ANI0.1ANI0.2ANI0.3ANI0.4ANI0.5ANI0.6=M0.2Network5LDM0.0AI0.2LDI1.0CTUC48,1Network6LDNI1.2AM0.2OQ0.0LDNI1.2AT37ANC48OLDLDI1.2AI1.0AM0.2OLDLDNC48AI1.0AI1.2OLDANM0.3ANI0.4ANI0.2ANI0.0ANQ0.2ANI0.5ANI0.6ANQ0.1ANI0.3ANI1.1=Q0.0Network7LDNI1.2AI0.0OQ0.2LDI1.2AI1.0AI0.0OLDANI0.4ANI0.5ANI0.6ANI0.3ANQ0.3ANI1.1=Q0.2Network8LDNI1.2AI0.2LDNI1.2AI0.4OLDLDNI1.2AI0.5OLDLDNI1.2AI0.6OLDLDI1.2AI1.0AI0.2OLDLDI1.2AI1.0AI0.4OLDLDI1.2AI1.0AI0.5OLDLDI1.2AI1.0AI0.6OLDOQ0.1ANI0.1ANQ0.0ANI1.1=Q0.1Network9LDI0.1ANI1.2TONT37,50Network10LDNI1.2AI0.3ANI0.4LDI1.2AI1.0AI0.3ANI0.4OLDOQ0.3ANI0.2ANQ0.2ANI1.1=Q0.33.5小结本章主要介绍了系统的软件设计，在了解了PLC软件编程的基本知识和方法步骤后，本设计采取了先采用梯形图编程后，再写出软件指令的基本思路，完成系统的软件设计。在软件设计中，采用了先简易、后复杂的思路。在编写过程中先完成连续工作和单周期工作方式的软件编写，然后在这两种工作方式的基础上结合步进工作方式的具体特点，编写出步进工作方式的程序，然后对照程序梯形图写出程序指令表，从而完成整个系统的软件编写工作。REF_Ref168484640\r\h错误！未找到引用源。REF_Ref168484646\h错误！未找到引用源。PAGE69第4章系统组态画面设计4.1组态软件介绍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[16]。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[17]。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，保证系统安全可靠运行；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[18]。它具有以下几个方面的特点：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；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；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；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；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；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[19]。4.2监控画面设计4.2.1建立新工程启动组态王软件的工程管理器，在菜单中点击“新建”弹出对话框如图4-1。图4-1工程向导之一单击“下一步”继续，会出现如图4-2所示“新建工程向导之二”对话框。此对话框是为了让操作者选择工程所在的路径。根据设计的具体要求选择合适的路径即可。图4-2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，在弹出的路径选择对话框中选择一个有效的路径。单击“下一步”继续。弹出“新建工程向导之三对话框”，如图4-3所示。图4-3工程向导之三在工程名称文本框中输入工程的名称，该工程名称同时将被作为当前工程的路径名称。点击“完成”，则完成了一个新工程的建立。4.2.2创建组态画面进入组态王开发系统后，就可以为每个工程建立数目不限的画面，在每个画面上生成互相关联的静态或动态图形对象。“组态王”采用面向对象的编程技术，使用户可以方便地建立画面的图形界面。用户构图时可以像搭积木那样利用系统提供的图形对象完成画面的生成。同时支持画面之间的图形对象拷贝，可重复使用以前的开发结果[20]。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4-4所示对话框。图4-4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。设置完成后就完成了一个新画面的创建，就可以在新画面里面进行系统画面的设计。图4-5开发系统图4-6完成的系统画面在工具箱中可以选定各种现有图形，并且可以用绘图工具绘制各种图形、添加文本、调剂颜色等操作。根据本设计要求，画出本系统工作所需要图画，如图4-6所示。4.2.3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4-7和4-8所示。图4-7设置配置向导一图4-8设备配置向导之二选择PLC后，会出现一系列生产厂家，根据本设计的要求与实验室设备具体条件相结合，我们选择西门子S7-200系列PLC，如图4-8通信描述选择PPI即可。单击“下一步”进入如图4-9所示对话框。图4-9设备配置向导之三选择COM1即可符合本设计和实验室设备要求。再次单击“下一步”既进入下一步设置如图4-10。图4-10设备配置向导之四选择地址为“2”。单击“下一步”，弹出如图4-11所示对话框。图4-11通信参数设置此步骤选择系统默认的值就可以，单击“下一步”进入如图4-12所示设备配置参数信息总结。图4-12设备配置信息总结检查各项设置是否正确，确认无误后，单击“完成”。设备定义完成后，可以在工程浏览器的右侧看到新建的外部设备“PLC”，如图4-13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。至于新建的设备相当于一个中间装置，它将实物PLC与自己建造的变量联系起来，相当于把程序与界面联系了起来，为以后的控制做好了准备。在定义数据库变量时，只要把IO变量连结到这台设备上，它就可以和组态王交换数据了。图4-13新建设备PLC4.2.4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4-14所示。在变量名中填入所需设置的变量名，如“XX”。图4-14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。在小的工程中，一般的变量都是这样定义的，它不需要大规模的应用。而在实际工程应用中，一般都需要定义许多变量，而这些变量都是彼此相关联的，这样在这样按着图3-15所示的步骤定义的话，工作量非常的大，既浪费人力，又浪费时间。所以该软件开发了一种结构变量的定义的方法，即可以有效地解决该问题，又使软件的工作效率大大的提高了。点击“确定”则可以完成一个变量的定义。按照该步骤，完成所需变量的定义，在工程浏览器“变量词典”中可以看到定义的变量，在以后的动画连接中可以随时查看所需的变量。自此，一个完整的数据库建立完毕。4.2.5动画连接在新画面中双击需要连接的物件，弹出如图4-15所示对话框。图4-15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4-16所示。图4-16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。4.2.6编写语言命令在画面中右击画面，选中“画面属性”，在画面名称右面有“命令语言一栏”，双击，弹出如图4-17所示对话框。在该软件中编写语言有两种语言方式，IF/ELSE和WHILE语句，两种语句可以兼容，互相嵌套使用。而这两种语句本身也可以嵌套使用，基本的语法形式都一样。另外，再输入一些符号时须在中文方式下。该软件还有大量的函数可以使用，所有的应用功能都如图4-17面板上所示。图4-17画面语言命令编写在空白处填入所需命令语句，点击“确认”即可。根据整个过程运行要求，以及所设定的变量，现编程序如下。if(\\本站点\SS==1)\\本站点\SXYX=\\本站点\SXYX+20;if(\\本站点\XJ==1)\\本站点\SXYX=\\本站点\SXYX-20;if(\\本站点\ZXC==1)\\本站点\ZYYX=\\本站点\ZYYX-20;if(\\本站点\YY==1)\\本站点\ZYYX=\\本站点\ZYYX+20;至此，整个程序的组态软件编写已经完成，即可进入下一个阶段的工作。4.3小结在本章中主要介绍了系统的组态监控画面设计。在了解了组态软件的基本知识后，先完成系统工程的建立，然后再按照使用步骤完成系统监控画面的设计，并且在画面的设计过程中力争做到画面的简洁和形象。根据本设计的具体要求，在完成了系统监控画面的设计后，再完成组态画面的各种要素和变量的定义，最后根据系统工作原理和仿真效果编写出画面语言命令，即完成了本阶段设计。第5章系统软硬件调试我们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，下面将会在PLC和组态软件的共同运用下一步一步完成系统的仿真和调试工作。编辑好的画面如图5-1所示，上面的各种图形界面所代表的实物都一一标出。图5-1组态监控画面按动“连续”按钮，再按“启动”，系统向上运行，如图5-2所示。图5-2连续工作上升按动上限开关，系统向右运行，如图5-3所示。图5-3连续工作右行按动行程开关中的任何一个，系统下行，如图5-4所示。图5-4连续工作槽1下降定时时间到时，系统上升，如右图5-5所示。图5-5连续工作槽1上升当右行到右限位时，碰到右限位开关时，系统向左运行，如图5-6所示。图5-6连续工作左行系统左行到左限位，碰到左限开关时，系统开始下降向原位回归，如图5-7所示。图5-7连续工作下降系统下降到下限，即到达原位时，碰到原位的下限开关，定时后即可进入下一个运行周期。整个系统的工作模式有连续、单周期和步进三种方式。上面演示的只是连续工作一种模式，当系统工作在其他方式时，仿真效果相似，就不再列出。结论这次对电镀生产线控制系统的设计让我更多的了解到了电镀这个工艺的发展前景，让我重新认识了用PLC来设计控制系统的使用价值。同时整个设计使我对专业知识有了进一步的提高，是对我专业综合能力的又一次练习。在整个系统的设计中PLC的编程是整个设计最主要的一部分，我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设计要求来完成的，而且我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，这个系统的设计还是比较好的。但是在编写的过程中我还是遇到了很多问题，比如说在电镀过程中要求定时，这在实际生产中有着无可比拟的重要性，而我恰恰在定时的设置上遇见了问题，而且在编写过程中有一些小的细节我也没有考虑的足够细致。最终，在通过各方面的努力下，该电镀生产线控制系统的设计基本完成，在设计当中我充分考虑到了操作的方便性，工艺的简单性。在设计当中的基本参考资料是基于各种参考书目和教材，再通过各种途径获取更详细的资料设计该控制系统的。当然，各位指导老师和同一组的同学也对我做了很多的指导和帮助，这对我能按时按要求完成整个系统的设计有着很大的作用。附录PAGE16谢辞历时几个月的努力，在指导老师的指导下，在同学们的帮助下，在自己通过各方面查找资料后，我最终完成了基于PLC的电镀生产线控制系统的设计。在此，我郑重的向在此过程中给予我帮助的老师和同学们表达深深的谢意，同时也感谢学校能够给我们提供这么好的实验条件，能让我们不仅仅是在纸张上完成自己的课程设计，更是让我们能亲眼看见自己辛苦几个月的设计成果。在设计的过程中我遇见了不少的困难，这些困难不仅仅是靠我们的教材和课堂上面老师教给我们的那些知识就能解决的，我们必须自己想办法解决。向老师求教，向同学们问询，在网络上面搜索答案，到图书馆借书，这都是我这次能一次又一次克服这些困难所使用的方法。所以说，毕业设计检验的不仅仅是我们对专业知识的掌握，更是检验和锻炼我们解决问题和获取知识的能力，我认为我的这些能力就在这次设计中得到了很大的锻炼。总之，这此的设计教会了我很多，不仅仅是专业知识得到扩展，更多的是发现问题，解决问题的能力和获取知识的能力得到锻炼。当然，在这个过程中我的成长远远离不开我尊敬的指导老师段春霞老师和韩英老师，还有我亲爱的同学们，没有他们的帮助我远远不能得到今天的进步。我再次向他们表达谢意，祝他们身体健康，工作顺利！参考文献[1]李道霖.电气控制与PLC原理及应用.北京:电子工业出版社,2006.7[2]孙海维.SIMATIC可编程控制器及应用.北京:机械工业出版社,2005.1[3]廖常初.可编程控制应用技术.重庆:重庆大学出版社,2002.3[4]冯立明.电镀工艺与设备化学.北京:北京工业出版社,2005.6[5]孙平.可编程控制器原理及应用.北京:高等教育出版社,2004.8[6]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,2007

[7]

黄北刚.工厂电气控制电路实例详解.北京:化学工业出版社,2007.3

[8]方承远.工厂电气控制技术.北京:机械工业出版社,2002[9]田瑞庭.可编程控制器应用技术.北京:机械工业出版社,1994

[10]廖常初主编.PLC编程及饮用.北京:机械工业出版社,2005[11]西门子公司.S7-200可编程控制器系统手册,2002[12]西门子公司.S7-200可编程控制器产品目录,2005[13]北京亚控自动化软件科技有限公司.“组态王”使用手册,2002[14]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,2004[15]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,2004[16]张万忠.可编程控制器应用技术.北京:化学工业出版社,2001.12[17]周美兰等.PLC电气控制与组态设计.北京:科学出版社,2000[18]李道林主编.电气控制与PLC原理及应用.北京:电子出版社,2006[19]李长久. PLC原理及应用.北京:机械工业出版社,2006.8[20]周美兰等.PLC电气控制与组态设计.北京:科学出版社,2000附录PAGE16外文资料翻译PROGRAMMABLELOGICCONTROLLERSINTRODUCTIONControlengineeringhasevolvedovertime.Inthepasthumanswasthemainmethodforcontrollingasystem.Morerecentlyelectricityhasbeenusedforcontrolandearlyelectricalcontrolwasbasedonrelays.Theserelaysallowpowertobeswitchedonandoffwithoutamechanicalswitch.Itiscommontouserelaystomakesimplelogicalcontroldecisions.Thedevelopmentoflowcostcomputerhasbroughtthemostrecentrevolution,theProgrammableLogicController(PLC).TheadventofthePLCbeganinthe1970s,andhasbecomethemostcommonchoiceformanufacturingcontrols.PLChavebeengainingpopularityonthefactoryfloorandwillprobablyremainpredominantforsometimetocome.Mostofthisisbecauseoftheadvantagestheyoffer.Costeffectiveforcontrollingcomplexsystems.Flexibleandcanbereappliedtocontrolothersystemsquicklyandeasily.Computationalabilitiesallowmoresophisticatedcontrol.Troubleshootingaidsmakeprogrammingeasierandreducedowntime.Reliablecomponentsmaketheselikelytooperateforyearsbeforefailure.LADDERLOGICLadderlogicisthemainprogrammingmethodusedforPLC.Asmentionedbefore,ladderlogichasbeendevelopedtomimicrelaylogic.Thedecisiontousetherelaylogicdiagramswasastrategicone.Byselectingladderlogicasthemainprogrammingmethod,theamountofretrainingneededforengineersandtradespeoplewasgreatlyreduced.Moderncontrolsystemsstillincluderelays,butthesearerarelyusedforlogic.Arelayisasimpledevicethatusesamagneticfieldtocontrolaswitch,aspicturedinFigure2.1.Whenavoltageisappliedtotheinputcoil,theresultingcurrentcreatesamagneticfield.Themagneticfieldpullsametalswitch(orreed)towardsitandthecontactstouch,closingtheswitch.Thecontactthatcloseswhenthecoilisenergizediscallednormallyopen.Thenormallyclosedcontactstouchwhentheinputcoilisnotenergized.Relaysarenormallydrawninschematicformusingacircletorepresenttheinputcoil.Theoutputcontactsareshownwithtwoparallellines.Normallyopencontactsareshownastwolines,andwillbeopen(non-conducting)whentheinputisnotenergized.Normallyclosedcontactsareshownwithtwolineswithadiagonallinethroughthem.Whentheinputcoilisnotenergizedthenormallyclosedcontactswillbeclosed(conducting).Relaysareusedtoletonepowersourcecloseaswitchforanother(oftenhighcurrent)powersource,whilekeepingthemisolated.AnexampleofarelayinasimplecontrolapplicationisshowninFigure2.2.Inthissystemthefirstrelayontheleftisusedasnormallyclosed,andwillallowcurrenttoflowuntilavoltageisappliedtotheinputA.ThesecondrelayisnormallyopenandwillnotallowcurrenttoflowuntilavoltageisappliedtotheinputB.Ifcurrentisflowingthroughthefirsttworelaysthencurrentwillflowthroughthecoilinthethirdrelay,andclosetheswitchforoutputC.ThiscanbereadlogicallyasCwillbeonifAisoffandBison.1.3PROGRAMThefirstPLCwereprogrammedwithatechniquethatwasbasedonrelaylogicwiringschematics.Thiseliminatedtheneedtoteachtheelectricians,techniciansandengineershowtoprogramacomputer-but,thismethodhasstuckanditisthemostcommontechniqueforprogrammingPLCtoday.AnexampleofladderlogiccanbeseeninFigure2.5.Tointerpretthisdiagramimaginesthatthepowerisontheverticallineonthelefthandside,wecallthisthehotrail.Ontherighthandsideistheneutralrail.Inthefiguretherearetworungs,andoneachrungtherearecombinationsofinputs(twoverticallines)andoutputs(circles).Iftheinputsareopenedorclosedintherightcombinationthepowercanflowfromthehotrail,throughtheinputs,topowertheoutputs,andfinallytotheneutralrail.Aninputcancomefromasensor,switch,oranyothertypeofsensor.AnoutputwillbesomedeviceoutsidethePLCthatisswitchedonoroff,suchaslightsormotors.Inthetoprungthecontactsarenormallyopenandnormallyclosed,whichmeansifinputAisonandinputBisoff,thenpowerwillflowthroughtheoutputandactivateit.ThesecondrungofFigure2.5ismorecomplex,thereareactuallymultiplecombinationsofinputsthatwillresultintheoutputYturningon.Ontheleftmostpartoftherung,powercouldflowthroughthetopifCisoffandDison.Powercouldalso(andsimultaneously)flowthroughthebottomifbothEandFaretrue.Thiswouldgetpowerhalfwayacrosstherung,andthenifGorHistruethepowerwillbedeliveredtooutputY.Inlaterchapterswewillexaminehowtointerpretandconstructthesediagrams.ThereareothermethodsforprogrammingPLC.Oneoftheearliesttechniquesinvolvedmnemonicinstructions.AnexampleofmnemonicsisshowninFigure2.6.Inthisexampletheinstructionsarereadonelineatatimefromtoptobottom.Thefirstline00000hastheinstructionLDN(inputloadandnot)forinput00001.Iftheinputisoffitremembersa0,iftheinputisonitremembersa1(note:thisisthereverseoftheLD).TheANDstatementrecallsthelasttwonumbersrememberedandiftheyarebothtruetheresultisa1;otherwisetheresultisa0.Thisresultnowreplacesthetwonumbersthatwererecalled,andthereisonlyonenumberremembered.Theprocessisrepeatedforlines00003and00004,butwhenthesearedonetherearenowthreenumbersremembered.TheoldestnumberisfromtheAND,thenewernumbersarefromthetwoLDinstructions.TheANDinline00005combinestheresultsfromthelastLDinstructionsandnowtherearetwonumbersremembered.TheORinstructiontakesthetwonumbersnowremainingandifeitheroneisa1theresultisa1,otherwisetheresultisa0.ThelastinstructionistheST(storeoutput)thatwilllookatthelastvaluestoredandifitis1,theoutputwillbeturnedon;ifitis0theoutputwillbeturnedoff.TheladderlogicprograminFigure2.6,isequivalenttothemnemonicprogram.EvenifyouhaveprogrammedaPLCwithladderlogic,itwillbeconvertedtomnemonicformbeforebeingusedbythePLC.Inthepastmnemonicprogrammingwasthemostcommon,butnowitisuncommonforuserstoevenseemnemonicprograms.SequentialFunctionCharts(SFC)havebeendevelopedtoaccommodatetheprogrammingofmoreadvancedsystems.Thesearesimilartoflowcharts,butmuchmorepowerful.TheexampleseeninFigure2.7isdoingtwodifferentthings.Toreadthechart,startatthetopwhereissaysstart.Belowthisthereisthedoublehorizontallinethatsaysfollowbothpaths.AsaresultthePLCwillstarttofollowthebranchontheleftandrighthandsidesseparatelyandsimultaneously.Onthelefttherearetwofunctionsthefirstoneisthepowerupfunction.Thisfunctionwillrununtilitdecidesitisdone,andthepowerdownfunctionwillcomeafter.Ontherighthandsideistheflashfunction;thiswillrununtilitisdone.Thesefunctionslookunexplained,buteachfunction,suchaspowerupwillbeasmallladderlogicprogram.Thismethodismuchdifferentfromflowchartsbecauseitdoesnothavetofollowasinglepaththroughtheflowchart.StructuredTextprogramminghasbeendevelopedasamoremodernprogramminglanguage.ItisquitesimilartolanguagessuchasBASIC.AsimpleexampleisshowninFigure2.8.ThisexampleusesaPLCmemorylocationN7:0.Thismemorylocationisforaninteger,aswillbeexplainedlaterinthebook.Thefirstlineoftheprogramsetsthevalueto0.Thenextlinebeginsaloop,andwillbewheretheloopreturnsto.ThenextlinerecallsthevalueinlocationN7:0,adds1toitandreturnsittothesamelocation.Thenextlinecheckstoseeiftheloopshouldquit.IfN7:0isgreaterthanorequalto10,thentheloopwillquit,otherwisethecomputerwillgobackuptotheREPEATstatementcontinuefromthere.EachtimetheprogramgoesthroughthisloopN7:0willincreaseby1untilthevaluereaches10.N7:0:=0;REPEATN7:0:=N7:0+1;UNTILN7:0>=10END_REPEAT;PLCConnectionsWhenaprocessiscontrolledbyaPLCitusesinputsfromsensorstomakedecisionsandupdateoutputstodriveactuators,asshowninFigure2.9.Theprocessisarealprocessthatwillchangeovertime.Actuatorswilldrivethesystemtonewstates(ormodesofoperation).Thismeansthatthecontrollerislimitedbythesensorsavailable,ifaninputisnotavailable,thecontrollerwillhavenowaytodetectacondition.ThecontrolloopisacontinuouscycleofthePLCreadinginputs,solvingtheladderlogic,andthenchangingtheoutputs.Likeanycomputerthisdoesnothappeninstantly.Figure2.10showsthebasicoperationcycleofaPLC.WhenpoweristurnedoninitiallythePLCdoesaquicksanitychecktoensurethatthehardwareisworkingproperly.IfthereisaproblemthePLCwillhaltandindicatethereisanerror.Forexample,ifthePLCbackupbatteryislowandpowerwaslost,thememorywillbecorruptandthiswillresultinafault.IfthePLCpassesthesanitychecksitwillthenscan(read)alltheinputs.Aftertheinputsvaluesarestoredinmemorytheladderlogicwillbescanned(solved)usingthestoredvalues-notthecurrentvalues.Thisisdonetopreventlogicproblemswheninputschangeduringtheladderlogicscan.Afterthisthe