电镀生产线的PLC控制

摘要

电镀生产线的PLC控制

摘要

本文针对电镀生产线的控制需求，设计了一种基于西门子S7-200系列PLC的PLC

控制方案。首先，介绍了三相交流异步电动机的结构、原理与控制，以及西门子S7-200

系列PLC的基本知识及其应用。其次，对电镀生产线进行了概述，并明确了其控制要求。

接下来，进行了PLC控制方案设计，包括PLC选型、I/O地址分配、外部接线图设计、

功能表图绘制和梯形图编写。然后，详细阐述了前后运动控制程序设计，升降运动控制

程序设计、左右运动控制程序设计和联锁控制程序设计，以及极限位置保护及其他电气

保护措施。最后，对系统进行了调试与测试，并编写了使用说明书，包括设备概述、硬

件配置、操作步骤、维护与保养、故障诊断与排除和安全注意事项。通过上述研究，实

现了电镀生产线的PLC控制，提高了生产效率、保障了生产安全，降低了生产成本，提

高了产品质量。

关键词：电镀生产线PLC控制技术

目录

目录

摘要.......................................................................I

第一章绪论................................................................1

1.1研究背景及目的......................................................1

1.2研究现状与发展趋势..................................................1

1.3研究意义............................................................1

第二章电气控制系统基础与设计...............................................3

2.1三相交流异步电动机的结构、原理与控制...............................3

2.1.1三相交流异步电动机的结构......................................3

2.1.2按结构分类的三相交流异步电动机...............................4

2.1.3三相交流异步电动机的工作原理.................................5

2.1.4三相交流异步电动机的控制与操作...............................6

2.2西门子S7-200系列PLC的基本知识及其应用............................8

2.2.1西门子S7-200系列PLC的基木知识..............................8

2.2.2西门子S7-200系列PLC的常用指令及应用........................9

2.2.3梯形图程序的编写.............................................11

2.2.4PLC的外部接线图及功能图画法.................................14

2.2.5顺序编程法及其应用...........................................16

第三章电镀生产线概述......................................................20

3.1电镀生产线简介.....................................................20

3.2电镀生产线的控制要求...............................................21

第四章PLC控制方案设计.....................................................23

4.1PLC选型.............................................................23

目录

4.2I/O地址分酉己........................................................24

4.3外部接线图设计.....................................................26

4.4功能表图绘制.......................................................27

4.5梯形图编写.........................................................27

第五章PLC程序设计与实现...................................................30

5.1前后运动控制程序设计...............................................30

5.2升降运动控制程序设计...............................................32

5.3左右运动控制程序设计...............................................33

5.4联锁控制程序设访...................................................34

5.5极限位置保护及其他电气保护措施.....................................35

第六章结论...............................................................37

6.1本文工作总结.......................................................37

6.2设计创新点.........................................................37

6.3展望与不足.........................................................37

参考文献....................................................................38

致谢........................................................................40

ill

第一章

第一章绪论

1.1研究背景及目的

随着科技的不断发展，电镀生产线的自动化程度越来越高。PLC（可编程逻辑控制器）

作为一种广泛应用于工业控制领域的计算机控制器，具有可靠性高、编程简单、维护方

便等优点，被广泛应用于电镀生产线的控制系统中。通过PLC控制电镀生产线，可以提

高生产效率、减少人工操作、降低生产成本，从而提高企业的竞争力。

1.2研究现状与发展趋势

目前，PLC控制技术在电镀生产线中的应用已日趋成熟。PLC控制系统通常采用分层

分布式结构，由上位机、下位机和现场设备组成，实现了对电镀生产线的远程监控和集

中管理。然而，电镀生产线的PLC控制技术正处于快速发展的阶段，面临着智能化、网

络化、节能环保和人性化的发展趋势。未来，我们需要不断探索和创新，以实现电镀生

产线的更好控制和优化。

1.3研究意义

本文将PLC控制技术应用于电镀生产线，拓展了PLC控制技术的应用范围，为今后

在其他工业控制系统中的应用提供了借鉴。通过采用模块化的程序设计和先进的控制算

法，提高了电镀生产线的智能化水平，为未来智能工厂的发展奠定了基础“同时，本文

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针对电镀生产线的特点，设计了一套有效的PLC控制解决方案，为后续电气控制系统的

研究提供了新的思路和方法。

PLC控制技术的应用实现了电镀生产线的自动化控制，降低了人工操作误差，提高

了生产效率。通过实现联锁控制和采用一系列电气保护措施，降低了设备故障率和生产

事故风险，保障了生产安全。PLC控制技术可以实时监测设备运行状态，及时发现并处

理异常情况，降低了设备维护成本和停产损失。电镀生产线的PLC控制技术可以实现精

确的药液添加和回收，减少药液浪费和排放，有利于环境保扩

2

第二章

第二章电气控制系统基础与设计

2.1三相交流异步电动机的结构、原理与控制

2.1.1三相交流异步电动机的结构

三相交流异步电动机主要由定子、转子和其他组件组成（图1）。定子是电动机的

固定部分，通常由机座、定子铁芯和定子绕组组成。机座主要用于支撑和固定电动机的

各个部件，通常由金属材料制成，如铸铁、铸铝或钢板。定子铁芯是定子的核心部件，

由硅钢片叠压而成，用来降低铁芯内部的涡流损耗。定子铁芯的内部开有均匀分布的槽,

用于放置定子绕组。定子绕组由三相绕组组成，采用相互间隔120度的角度排列。定子

绕组缠绕在定子铁芯的槽内，通入三相交流电后，会在定子铁芯内部产生一个旋转磁场。

转子是电动机的转动部分，通常由转子铁芯、转子绕组和转轴组成。转子铁芯由硅钢片

叠压而成，与定子铁芯类似，用来降低涡流损耗。转子铁芯的内部也有槽，用于放置转

子绕组。转子绕组由三相绕组组成，缠绕在转子铁芯的槽内。转子绕组通过滑环和电刷

与外部电源连接，通入三相交流电后，会在转子铁芯内部产生一个感应电流，从而产生

旋转磁场。转轴是转子的支撑和旋转部分，通常由碳钢、合金钢等材料制成。转轴支撑

着转子铁芯和转子绕组，并通过轴承与定子部分连接，实现转子的旋转运动。除此以外,

其他组件包括端盖、轴承、风扇、接线盒、铭牌等。端盖用于封闭定子和转子的两端，

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保护内部结构，防止灰尘和水分的侵入。轴承用于支撑转轴，减少转轴的摩擦损失，通

常有滚珠轴承和滑动轴承两种类型。风扇用于冷却电动机，通过转动产生气流，带走电

动机运行时产生的热量。接线盒用于连接电动机的外部电源线和内部绕组，通常位于电

动机的侧面或顶部。铭牌用于标明电动机的型号、规格、额定功率、电压、电流、转速

等参数，方便用户了解电动机的技术特性和正确使用。总之，这些组件共同组成了三相

交流异步电动机，它们在电动机的运行过程中发挥着各自的作用，确保电动机的正常工

作。

图1:三相交流异步电动机的结构图

2.1.2按结构分类的三相交流异步电动机

三相交流异步电动机按结构分类，主要可以分为鼠笼式电动机和绕线式电动机（图

4

第二章

2)o鼠笼式电动机是最常见的三相交流异步电动机之一，其定子绕组采用分布绕组，转

子采用鼠笼结构，即许多铜条或铝条垂直插入转子铁芯槽内，两端用端环短路，形成短

路绕组。当定子绕组通入三相交流电后，会产生一个旋转磁场，该磁场在转子鼠笼中感

应出电流，产生转矩，使转子转动。鼠笼式电动机存在结构简单、启动性能好、效率高

以及转速特性等特点，因此应用更为广泛。而绕线式电动机的定子绕组与鼠笼式电动机

类似，但其转子绕组采用分布绕组，绕制在转子铁芯槽内，接线方式与定子相似。当定

子绕组通入二相交流电后，会产生一个旋转磁场，该磁场在转子绕组中感应出电流，产

生转矩，使转子转动。绕线式电动机的特点：a.调速性能好：由于转子绕组可以通过滑

环和外接电阻进行调速，因此绕线式电动机的转速调整范围较大，适用于要求宽调速范

围的场合。b.启动性能：绕线式电动机的启动性能相对较硬，启动电流较大。c.结构

复杂：绕线式电动机的转子结构相对复杂，制造和维护较鼠笼式电动机困难。d.效率:

绕线式电动机的效率相对较低，特别是在低速运行时，损耗较大。综上所述，鼠笼式电

动机和绕线式电动机各有特点，应根据实际应用场景和需求选择合适的类型。

鼠笼型异步电动机绕线型异步电动机

图2：左图为鼠笼式异步电动机、右图为绕线式异步电动机

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2.1.3三相交流异步电动机的工作原理

三相交流异步电动机的工作原理是基于电磁感应定律和载流导体在磁场中受到电磁

力的作用。三相交流电源接在电动机的定子绕组上，具体来说，三相电源的A相、B相

和C相分别接在定子绕组的三个线圈上。定子绕组在空间互差120度角，这样当三相交

流电源接入时，定子绕组会产生一个旋转磁场。当三相交流电源接通时，定子绕组中会

产生一个三相交流电，产生一个旋转磁场。旋转磁场以同步转速在定子绕组内旋转，同

时会在转子绕组中产生感应电流。由于转子绕组处在旋转磁场中，根据电磁力原理，转

子绕组会受到电磁力的作用，使转子绕组开始旋转。由于转子绕组的旋转方向与旋转磁

场的方向相同，转子绕组的转速略小于旋转磁场的转速，即转子绕组的转速略小于定子

绕组的同步转速。这样，转子绕组在旋转磁场中受到电磁力的持续作用，使转子绕组不

断旋转。综上所述，三相交流电源接在电动机的定子绕组上，定子绕组在空间互差120

度角。当接通电源后，定子绕组会产生一个旋转磁场，转子绕组处在这个旋转磁场中会

受到电磁力的作用，使转子绕组开始旋转。转子的转速略小于定子绕组的同步转速，从

而实现将电能转换为机械能的目的。

2.1.4三相交流异步电动机的控制与操作

三相交流异步电动机的控制与操作主要包括启动方法、反转方法、调速方法和制动

方法。三相交流异步电动机的启动方法主要有直接启动、降压启动和变频启动。直接启

6

第二章

动是指将三相交流电源直接连接到电动机的定子绕组上，使电动机开始旋转。直接启动

方法简单，但适用于功率较小的电动机，以免对电网和电动机造成冲击。降压启动是指

通过降低加在定子绕组上的电压来降低启动电流。降压启动可以在一定程度上减小对电

网和电动机的冲击，适用于功率较大的电动机。降压启动包括自耦变压器降压启动、星-

三角降压启动等。变频启动是指通过改变电源的频率和电压来控制电动机的启动过程。

变频启动可以精确控制启动电流，适用于各种功率的电动机。此外，变频启动还可以实

现电动机的软启动和调速。二相交流异步电动机反转的方法是通过改变定子绕组的电源

相序来实现。具体来说，可以将三相交流电源的A柱、B相和C相中的任意两相进行交

换，例如将A相与C相互换，这将导致定子绕组产生的旋转磁场方向发生改变，从而使

电动机反转。三相交流异步电动机的调速方法主要包括变极调速、变频调速和变转差率

调速。变极调速是通过改变定子绕组的极对数来实现。通过改变极对数，可以改变旋转

磁场的转速，从而实现电动机的调速。变极调速只适用于绕线式电动机。变频调速是通

过改变电源的频率和电压来实现。通过改变频率，可以改变旋转磁场的转速，从而实现

电动机的调速。变频调速适用于各种功率的电动机，且调速范围宽、精度高。变转差率

调速是通过改变转差率来实现。通过改变转差率，可以改变转子绕组的转速，从而实现

电动机的调速。变转差率调速适用于绕线式电动机，但调速范围有限。三相交流异步电

动机的制动方法主要包括机械制动、电气制动和复合制动。机械制动是指通过机械装置

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来阻止电动机的转动。机械制动包括电磁抱闸、空气制动器、液压制动器等。机械制动

反应快、制动力强，但需要额外的机械装置。电气制动是指通过改变电动机的电源条件

来实现制动。电气制动包括反接制动、能耗制动和回馈制动等。电气制动简单易行，但

制动效果相对较差。复合制动是指将机械制动和电气制动相结合，以实现更好的制动效

果。复合制动适用于要求快速、准确制动的场合。

2.2西门子S7-200系列PLC的基本知识及其应用

2.2.1西门子S7-200系列PLC的基本知识

S7-200系列PLC的硬件组成主要包括以下几个部分：处理器单元(CPU)：处理器

单元是PLC的核心部分，负责处理和执行用户程序。S7-200系列PLC采用多种CPU模块,

如CPU221、CPU222、CPU224、CPU226等,它们之间的区别主要在于存储空间和I/O

点数的不同；电源模块(FS)：电源模块为PLC提供工作电源，通常分为交流电源模块

和直流电源模块。电源模块将外部电源转换为PLC内部使用的直流电源，并为扩展模块

提供电源；输入模块(DI)：输入模块用于接收外部开关量信号，如按钮、传感器等。

S7-200系列PLC有多种输入模块,如DI16XDC24V、DI8X24VDC等，支持不同类型的

输入信号；输出模块(DO)：输出模块用于控制外部设备，如接触器、继电器等。S7-200

系列PLC有多种输出模块，如DO16XDC24V.DO8X24VDC等，支持不同类型的输出信

号；通信模块：通信模块用于实现PLC与外部设备或系统之间的通信。S7-200系列PLC

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第二章

支持多种通信协议，如Profibus-DP、S7协议等；功能模块：功能模块用于扩展PLC的

功能，如计数器、定位器、模拟量输入输出等。PLC的编程语言是设计PLC程序的工具。

S7-200系列PLC主要支持以下编程语言：梯形图（LAD）：梯形图是一种基于继电器电

路的图形编程语言，直观易懂，是PLC中最常用的编程语言；语句表（STL）：语句表是

一种基于指令列表的文本编程语言，类似于汇编语言。语句表适用于复杂的编程任务；

功能块图（FBD）：功能块图是一种基于功能块的图形编程语言，适用于结构化编程。PLC

的工作原理可以分为以下几个步骤：输入采样：PLC在每个扫描周期开始时，依次对输

入模块的状态进行采样，并将采样值存入输入映像寄存器；程序执行：PLC按照用户编

写的程序逐条执行，进行逻辑运算、数据处理等功能。在程序执行过程中，PLC会根据

输入映像寄存器的值和自己内部的状态进行相应的操作；输出刷新：在程序执行结束:后,

PLC将输出映像寄存器的值复制到输出模块，实现对输出设备的控制；故障诊断：PLC

具有自诊断功能，能够检测自身硬件和软件的故障，并给出相应的报警信息、。总之，PLC

通过不断的循环扫描输入、执行程序和输出刷新，实现对生产过程的控制和监视。

图3：西门子S7-200实物图

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2.2.2西门子S7-200系列PLC的常用指令及应用

基本指令是PLC编程中最常用的指令，用于实现基本的逻辑控制功能。S7-200系列

PLC的基本指令包括：常开触点指令(LD)：一个常开触点与左母线相连时，相当于一

个常开开关闭合；常闭触点指令(LDNOT)：一个常闭触点与左母线相连时，相当于一

个常闭开关断开；线圈指令(OUT)：用于驱动线圈，使线圈处于得电或失电状态；指令

盒(BOX)：用于将多个触点或线圈组合在•起，实现复杂的逻辑控制功能。例如，要实

现电机的控制，可以使用启停按钮、接触器、热继电器等元件。通过基本指令，可以编

写一个简单的启停控制程序：当启停按钮的常开触点(10.0)闭合时，接触器线ll(QO.O)

得电，电机启动；当启停按钮的常闭触点(TO.1)断开时，接触器线圈(Q0.0)失电，

电机停止。定时器指令用于实现定时控制功能。S7-200系列PLC的定时器指令包括：接

通延时定时器(TON)：用于实现定时器从断开到接通的延时功能；有记忆的接通延时定

时器(TONR)：与TON类似，但具有记忆功能，即使定时器断开，其时间值仍保持不变;

断开延时定时器(TOF)：用于实现定时器从接通到断开的延时功能；有记忆的断开延时

定时器(TOFR)：与TOF类似，但具有记忆功能，即使定时器接通，其时间值仍保持不

变。例如，要实现电机的延时启动和停止，可以通过定时器指令实现。这里使用接通延

时定时器和断开延时定时器:将启停按钮的常开触点(10.0)连接到接通延时定时器(TON)

10

第二章

的输入端，设定延时时间（例如10秒），将定时器的输出端连接到接触器线圈（Q0.0）；

将启停按钮的常闭触点（TO.1）连接到断开延时定时器（T0F）的输入端，设定延时时间

（例如2秒），将定时器的输出端连接到接触器线圈（Q0.0）o这样，当按下启动按钮

（10.0）时，电机经过10秒后启动：当按下停止按钮（10.1）时，电机经过2秒后停止。

计数器指令用于实现计数功能。S7-200系列PLC的计数器指令包括：增计数器（CTU）：

用于实现计数值的增1操作；减计数器（CTD）：用于实现计数值的减1操作；增/减计

数器（CTUD）：用于实现计数值的增"减1操作。例如，要实现电机旋转一定次数后停

止，可以通过计数器指令实现。这里使用增计数器（CTU）：将电机旋转的脉冲信号（例

如来自编码器的信号）连接到增计数器（CTU）的输入端，设定计数值（例如100）,将

计数器的输出端连接到接触器线圈（Q0.0）；当计数器的计数值达到设定值（100）时,

接触器线圈（Q0.0）失电，电机停止。这样，当电机旋转100次后，接触器线圈（Q0.0）

失电，电机停止。

1常开触点指令（LD）I0.0

2常闭触点指令（LDNOT）I0.1

3线圈指令（OUT）Q0.0

4指令盒（BOX）将多个触点或线圈组合在一起，例如：LD

I0.0OUTQ0.0

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5接通延时定时器(TON)设定延时时间(例如10秒)，将启停按

钮的常开触点(I0.0)连接到定时器的输

入端，将定时器的输出端连接到接触器线

圈(Q0.0)

6有记忆的接通延时定时器与TON类似，但具有记忆功能，即使定时

(TONR)器断开，其时间值仍保持不变

7断开延时定时器(TOF)设定延时时间(例如2秒)，将启停按钮

的常闭触点(10.1)连接到定时器的输入

端，将定时器的输出端连接到接触器线圈

(Q0.0)

8有记忆的断开延时定时器与TOF类似，但具有记忆功能，即使定时

(TOFR)器接通，其时间值仍保持不变

9增计数器(CTU)将电机旋转的脉冲信号连接到计数器的

输入端，设定计数值(例如100),将计

数器的输出端连接到接触器线圈(Q0.0)

10减计数器(CTD)与CTU类似，但实现计数值的减1操作

11增/减计数器(CTUD)实现计数值的增1/减1操作

表1：西门子S7-200指令表

2.2.3梯形图程序的编写

梯形图程序通常由组织块(0B)、函数块(FB)和数据块(DB)组成。组织块是程

序的主干，用于安排PLC的扫描周期和调用其他函数块；函数块用于封装特定的控制功

能；数据块用于存储程序所需的数据。触点应画在水平线上，可以并行排列，也可上下

12

第二章

叠放。当一个触点与多个触点相连时，要保证连接的顺序性。线圈应画在垂直线上，每

个线圈独占一行。线圈的左侧必须连接触点，不能直接连接母线或其他线圈。左母线（L）

和右母线（R）是PLC内部提供的电源，分别代表直流24v和0V。在程序编写过程中，

左母线必须连接每一个线圈，右母线通常为空。在程序编写过程中，可以为触点、线圈

和数据添加注释，以便于理解和维护。注释不能横跨垂直线，必须与触点或线圈有一定

的距离。以下是一个使用S7-200系列PLC控制电机启停的梯形图示例：

|-［一一］一一［一一］一一（一一）一一I//左母线（L）

I组织块（OB）|

1-［一一］一一［一一］一一（一一）一一I//右母线（R）

|-［一一］一一［一一］一一（一一）一一I//左母线（L）

I函数块（FB）|

I—［——］——［——］——（——）——|//右母线（R）

I—［——］——［——］——（——）——|//左母线（L）

I数据块（DB）|

|-［一一］一一［一一］一一（一一）一一I//右母线（R）

|-［一一］一一［一一］一一（一一）一一I//左母线（L）

I触点1

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|-［一一］一一［一一］一一（一一）一一I//右母线（R）

|-［一一］一一［一一］一一（一一）一一I//左母线（L）

I触点2|

I—［——］——［——］——（——）——|//右母线（R）

I—［一一］一一［一一］一一（一-一）一一|//左母线（L）

I线圈1I

I-「/—1-------------------------1//右母线（R）

、、、

图4：西门子S7-200系列PLC控制电机启停的梯形图示例

在这个示例中，我们使用了一个简单的梯形图程序来控制电机的启停。程序由组织

块、函数块和数据块组成。触点1和触点2用于检测启动和停止信号，线圈1月于控制

电机的启动。当触点1和触点2同时被激活时，线圈1将被激活，从而控制电机启动。

这只是一个基本的示例。实际的梯形图可能需要根据具体的控制需求和设备配置进行修

改和优化。例如，可能还需要包括故障处理、安全保护等更多逻辑。另外，还需要根据

实际的输入和输出设备配置相应的地址。

2.2.4PLC的外部接线图及功能图画法

PLC的外部接线图是描述PLC与其他设备之间连接关系的图。在绘制PLC的外部接

线图时，需要考虑以下几个方面：（DPLC的基本接线：包括电源接线（通常是直流24V）、

14

第二章

接地线和DC/DC转换器的输入输出接线。（2）输入输出设备接线：根据PLC的输入输出

端口类型（如晶体管、继电器、模拟量等），相应地连接输入输出设备（如按钮、传感

器、执行器等）。（3）通讯接口接线：根据PLC的通信接口（如RS485、以太网等），

连接其他设备或系统。（4）其他设备接线：如时钟司步模块、安全设备等。绘制PLC

外部接线图时，需要遵循以下原则：（1）清晰准确：接线图应清晰地显示各个设备之间

的连接关系，包括连接端口、信号类型等。（2）规范易懂：接线图应遵循一定的规范,

如线缆颜色、标识等，以便于理解和维护。（3）易于更新：接线图应易于更新和修改,

以便适应现场设备的变更。PLC的功能图是描述PLC内部控制逻辑的图。在绘制PLC的

功能图时，需要遵循以下原则：（1）选择合适的PLC编程语言：根据项目需求选择合适

的PLC编程语言，如梯形图（LAD）、语句表（STL）、功能块图（FBD）等。（2）合理

布局：合理布局功能图中的触点、线圈、功能块等元素，以便于理解和维护。（3）清晰

明了：功能图应清晰地展示控制逻辑，包括触点连接顺序、线圈驱动条件等。（4）遵循

编程规范：功能图应遵循一定的编程规范，如触点编号、线圈编号等，以便于调试和维

护。在绘制PLC功能图时，可以采用以卜步躲：（1）根据控制要求，确定输入输出设备

和内部元件（如定时器、计数器等）的需求。（2）使用所选编程语言绘制功能图，实现

控制逻辑。（3）对功能图进行调试和测试，确保其满足控制要求。（4）更新和优化功

能图，以提高程序的可靠性和效率。总之，通过绘制PLC的外部接线图和功能图，可以

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清晰地展示PLC的控制逻辑和外部连接关系，有助于理解和维护PLC系统。

S

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图5：外部接线图

等待

2|下冲

图6：PLC功能图

2.2.5顺序编程法及其应用

16

第二章

顺序控制（SequentialControl）是一种按照预先设定的顺序执行的控制方式。在

工业控制系统中，顺序控制通常用于实现自动化生产线、加工过程等涉及多个步骤的控

制任务。顺序控制的特点主要包括：按照预设顺序执行：顺序控制按照预先设定的步骤

依次执行，每一步的执行取决于前一步的执行结果；步与步之间具有明确的逻辑关系：

顺序控制中，各个步骤之间具有明确的逻辑关系，如顺序、选择、循环等；可控性高：

顺序控制可以精确控制每个步骤的执行时间、条件等，提高了控制系统的可控性；易于

编程和维护：通过使用PLC的步进指令（如S7200的SCL、SFC等），可以方便地实现

顺序控制。此外，顺序控制的模块化结构便于理解和维护。顺序控制的编程方法主要包

括以下几种：步进指令：步进指令是一种专门用于实现顺序控制的指令，如S7-200系列

的SCL（SequentialControlLanguage）和SFC（SequentialFunctionChart）。通过

编写步进指令列表，可以方便地实现顺序控制；功能图：功能图是一种基于流程图的编

程方法，可以直观地描述控制系统的功能和顺序。在S7-200系列PLC中，可以使用LAD

（梯形图）和FBD（功能块图）实现功能图编程；状态图：状态图是一种描述系统状态

的编程方法，可以通过状态之间的切换实现顺序控制。在S7-200系列PLC中，可以使用

SIT状态图实现状态图编程。以下是一个使用S7-200系列PLC实现自动传送带控制的顺

序控制实例：（1）控制系统需求：一个自动传送带控制系统，包括三个传送带段（A、B、

C）和一个升降机。传送带A和B之间有一个分拣装置，用于将产品分配到不同的传送带。

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升降机用于将产品升降至相应的传送带。要求控制系统能够实现以下功能：产品在传送

带A上排序、分拣装置将产品分配到传送带B或C、升降机根据需求升降产品。（2）顺

序控制编程：利用S7-200的SCL语言编写步进指令列表；定义状态S0~S3,分别表示传

送带A运行、传送带B运行、传送带C运行和升降机运行；在每个状态中编写相应的控

制指令，如起停传送带、分拣产品、升降机运行等；使用跳转指令（JMP）和转移指令（CJP）

实现状态之间的切换。（3）运行结果：自动传送带控制系统按照预定的顺序执行，实现

了对产品的自动分拣和传送。通过以上实例，可以看出顺序控制在工业控制系统中的应

用非常广泛，可以有效地实现复杂的控制任务。

图7：西门子S7-200生产线图

18

第二章

19

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第三章电镀生产线概述

3.1电镀生产线简介

电镀生产线是一种用于在金属表面镀上一层薄金属或合金的工业生产线。电镀过程

通过电解原理在金属表面形成均匀、致密的金属镀层，以提高基底材料的耐磨性、导电

性、反光性、抗腐蚀性等性能。电镀生产线主要分为以下儿类：挂镀生产线：挂镀生产

线适用于悬挂式电镀，即将待镀物件悬挂在镀液中，使镀层均匀分布在物件表面.这类

生产线通常用于处理小型金属零件，如紧固件、冲压件等；滚镀生产线：滚镀生产线适

用于滚筒式电镀，即将待镀物件放入滚筒中，随着滚筒的旋转，镀液均匀分布在物件表

面。这类生产线适合处理小型、复杂的金属零件，如仪器仪表零件、钟表零件等；连续

镀生产线：连续镀生产线适用于连续性的金属带、线、管、板等材料的电镀。这类生产

线具有较高的生产效率，适用于大批量生产；塑料电镀生产线：塑料电镀生产线专门用

于塑料制品的电镀，通过特殊的预处理技术，使塑料表面具备金属镀层所需的结合力。

这类生产线主要用于装饰性电镀和功能电镀，如家电、汽车卷部件、电子产品等。电镀

生产线的主要工艺流程包括：预处理：包括除油、酸洗、活化等步骤，目的是去除金属

表面的油脂、锈蚀、氧化层等杂质，使金属表面光滑、清洁，以提高镀层的结合力；电

镀：将预处理后的金属物件浸入含有镀层金属离子的电解液中，通过电解反应在表面形

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第四章

成金属镀层。电镀过程中，作为阳极的镀件发生氧化反应，释放电子；作为阴极的镀层

金属发生还原反应，接收电子并沉积在镀件表面；后处理：包括镀后清洗、钝化、烘干

等步骤，目的是去除镀层表面的残留电解液、增强镀层的防护性能和装饰性。总之，电

镀生产线在机械、电子、汽车、航空、化工等领域具有广泛的应用，提高了金属制品的

外观、性能和耐用性。

图8：某电镀生产线

3.2电镀生产线的控制要求

电镀生产线的控制要求主要包括以卜儿点：(1)生产线运行控制：电镀生产线需要

实现自动运行，包括启动、停止、速度控制等功能。要求控制系统能够根据生产需求调

整生产线的速度，实现稳定、高效的生产。(2)电解液温度控制：电解液温度对电镀质

量有很大影响。控制系统需要能够实时监测电解液温度，并根据设定值进行调节，确保

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电解液温度稳定在一定范围内。（3）电解液浓度控制：电解液浓度对电镀质量也有很大

影响。控制系统需要能够实时监测电解液浓度，并根据设定值进行调节，确保电解液浓

度稳定在一定范围内。（4）电流和电压控制：电镀过程中的电流和电压对镀层质量有很

大影响。控制系统需要能够实时监测电流和电压，并根据设定值进行调节，确保电流和

电压稳定在一定范围内。（5）工艺参数监控：电镀生产线需要实时监控各项工艺参数,

如镀层厚度、镀速、镀层均匀性等，以便于及时发现问题并调整生产工艺。（6）设备保

护功能：控制系统需要具备过电流、过电压、超温等保护功能，以确保设备安全运行。

（7）数据记录与分析：电镀生产线需要能够记录生产过程中的各项数据，以便于分析和

优化生产工艺。（8）系统集成：电镀生产线通常与其他生产设备相结合，如金属零件的

前处理设备和后处理设备。控制系统需要具备良好的开放性和可扩展性，以便于与其他

设备集成。为了实现以上控制要求，电镀生产线通常采用以PLC为核心的控制系统。PLC

具有强大的数据处理能力、稳定的性能和灵活的扩展性，能够满足电镀生产线的复杂控

制需求。此外，PLC还可以与工业计算机、触摸屏等设备相结合，实现更直观、方便的

人机交互。

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第四章

第四章PLC控制方案设计

4.1PLC选型

在基于PLC的控制方案设计中，PLC选型是一个重要的环节。PLC选型是否合适，直

接影响到整个控制系统的性能、成本和可靠性。以下是一些PLC选型时需要考虑的因素:

系统需求：首先，需要明确控制系统的需求，如输入输出点数、通信要求、扩展能力等。

根据系统需求，可以选择适合规模的PLC,如小型、中型或大型PLC；硬件性能：在选择

PLC时，需要考虑PLC的处理速度、内存容量、输入输出模块的数量和类型等方面的性

能。同时，还需要关注PLC的硬件可靠性和抗干扰能力；编程环境：PLC的编程环境对

于编程效率和维护成本有很大影响。选择PLC时，需要关注其编程软件的易用性、功能

性和兼容性；通信能力：现代工业控制系统中，通信功能越来越重要。选择PLC时，需

要考虑PLC是否支持各种现场总线协议（如Profibus.Modbus等）、工业以太网为议（如

以太网/IP、Profinet等）以及与其他设备的通信接=1（如串口、USB等）；成本：PLC

的成本包括采购成本、编程成本、维护成本等方面。在选择PLC时，需要在满足系统需

求的前提下，权衡成本和性能，选择合适的PLC；品牌和售后服务：PLC的品牌和售后服

务也是选型时需要考虑的因素。知名品牌的PLC通常具有更好的质量和可靠性，且售后

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服务更加完善。根据上述因素，可以对PLC进行选型。在实际应用中，可选择西门子、

三菱、欧姆龙等知名品牌的PLC产品。在电镀生产线的控制方案设计中，根据生产线的

规模和复杂程度，可以选挎西门子的S7-1200/S7-1500等中型PLC,或者S7-300/S7-400

等大型PLCo同时，根据电镀生产线的通信和扩展需求，可以选择相应的扩展模块和通

信模块。

4.2I/O地址分配

在基于PLC的控制方案设计中，I/O地址分配是一个重要的环节。合理的1/0地址

分配可以提高程序的可读性和维护性，降低编程错误和调试难度。以下是一些I/O地址

分配时需要遵循的原则：遵循编程规范：在分配I/O地址时，应遵循相关编程规范，如

IEC61131-3标准。这有助于保证程序的清晰性和一致性；模块化分配：将I/O地址按

照功能模块进行分配，可以提高程序的模块化程度，从而简化程序结构和维护；连续分

配：对于同类型的I/O信号，尽量按照顺序进行连续分配，这样有助于减少输入输出错

误。例如，将所有的输入信号分配在连续的地址空间内，将所有的输出信号分配在另一

个连续的地址空间内；地址复用最小化：尽量减少LP地址的复用，以免引起歧义和编

程错误。如果必须进行地址复用，则应在程序中清晰标明复用情况；注释说明：在分配

I/O地址时，应对每个地址进行注释说明，以便于编程者和维护者理解地址用途；预留

地址：在分配I/O地址时，应预留一定的地址空间，以便于将来系统扩展。以电镀生产

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第四章

线的控制方案为例，假设PLC需要控制4个电机、8个电磁阀、4个温度传感器和2个湿

度传感器。以下是一种可能的I/O地址分配方案：

模块I/O地址功能描述

电机控制M0.0电机1启动/停止

M0.1电机2启动/停止

M0.2电机3启动/停止

M0.3电机4启动/停止

电磁阀控制Q0.0电磁阀1开/关

Q0.1电磁阀2开/关

Q0.2电磁阀3开/关

Q0.3电磁阀4开/关

Q0.4电磁阀5开/关

Q0.5电磁阀6开/关

Q0.6电磁阀7开/关

温度传感器TO.0温度传感器1

TO.1温度传感器2

TO.2温度传感器3

TO.3温度传感器4

湿度传感器HO.0湿度传感器1

HO.1湿度传感器2

表2：I/O地址分配方案示例

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以上I/O地址分配方案遵循了模块化、连续分配、地址复用最小化和注释说明等原

则，便于编程和维护。在实际应用中，可根据具体需求对I/O地址分配方案进行调整。

4.3外部接线图设计

在基于PLC的控制方案设计中，外部接线图是连接PLC与外部设备的重要图纸。一

个清晰的外部接线图可以帮助编程者和维护者更好地理解和实现控制系统。以下是一些

外部接线图设计时需要遵循的原则：（1）规范性：外部接线图应遵循相关规范和标准,

如1EC61131-3标准。这有助于保证接线图的清晰性和一致性。（2）清晰易懂：外部接

线图应尽可能简洁明了，便于理解和维护。避免使用过多的线条和符号，以免造成视觉

混淆。（3）层次化：对于复杂的控制系统，可以将外部接线图分成多个子图，每个子图

负责一部分设备。这样既可以降低绘图难度，也可以方便理解和维护。（4）标注清晰:

在外部接线图上，应清晰地标注每个器件的型号、规格、接线端子编号等参数。对于重

要器件和接线，还应添加注释说明，以便于理解其功能。（5）接地明确：在外部接线图

中，应明确标注接地点，避免接地混乱导致的干扰和故障。以电镀生产线的控制方案为

例，以下是一种可能的外部接线图设计：（1）将电源接入PLC的电源端子，并为PLC

分配合适的供电电压。（2）将输入设备（如限位开关、传感器等）连接到PLC的输入端

子。（3）将输出设备（如继电器、接触器等）连接到PLC的输出端子。（4）如果需要,

为输入输出设备分配电源，如24V直流电源。（5）设计电气控制柜的内部布局，包括

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第四章

PLC、继电器、接触器、开关、指示灯等设备的安装位置和接线。（6）标注电气控制柜

内部的接地点和接线端子编号，以便于安装和维护。在实际应用中，可根据具体需求对

上述外部接线图设计进行修改和优化。清晰的外部接线图有助于降低编程和调试的难度,

提高控制系统的可靠性和可维护性。

4.4功能表图绘制

在基于PLC的控制方案设计中，功能表图（LadderLogicDiagram,LLD）是一种常

用的编程方法。功能表图通过一系列梯形图来描述控制系统的功能和流程。以下是一些

绘制功能表图时需要遵循的原则：（1）遵循标准：功能表图的绘制应遵循相关标准和规

范，如IEC61131-3标准。这有助于保证功能表图的清晰性和一致性。（2）逻辑清晰:

功能表图应当直观地反映控制系统的功能和流程，使其易于理解和维护。（3）模块化:

将功能表图按照功能模块进行划分，有助于降低编程难度和维护成本。（4）触点编号:

在功能表图中，每个触点应有唯一的编号，以便于跟踪和管理。（5）清晰标注：在功能

表图上，应清晰地标注每个触点和线圈的用途、参数等信息、，以便于理解和维护。（6）

避免冲突：功能表图的绘制应当避免触点、线圈之间的冲突，以保证程序的正确性和可

靠性。

4.5梯形图编写

在基于PLC的控制方案设计中，梯形图（LadderLogic）是一种常用的编程方法。

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梯形图利用一系列梯形图形符号和连线来表示控制系统的功能和流程。以下是一些编写

梯形图时需要遵循的原则：（1）遵循标准：梯形图的编写应遵循相关标准和规范，如

IEC61131-3标准。这有助于保证梯形图的清晰性和一致性。（2）逻辑清晰：梯形图应

当直观地反映控制系统的功能和流程，使其易于理解和维护。（3）模块化：将梯形图按

照功能模块进行划分，有助于降低编程难度和维护成本。（4）触点编号：在梯形图中，

每个触点应有唯一的编号，以便于跟踪和管理。