PLC控制电镀生产线课程设计.doc

PLC控制电镀生产线课程设计

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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,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。
以S7—200作为主控器，行程开关检测。并详细阐述了其工作原理、基本工能框图、关键设计技术及软件工作流程，最后进行了软件实现，达到系统要求的功能。

关键词:电镀生产线 PLC

一 概述
1。1 可编程控制器的定义
可编程控制器简称PC(英文全称:Programmable Controller），它经历了可编程序矩阵控制器PMC、可编程序顺序控制器PSC、可编程序逻辑控制器PLC(英文全称：Programmable Logic Controller）和可编程序控制器PC几个不同时期.为与个人计算机(PC）相区别,现在仍然沿用可编程逻辑控制器这个老名字。 　　
1。2 PLC在工业产品中的应用
PLC是可编程控制器（Programmable logic Controller）的简称，是指以计算机技术为基础的新型工业控制装置。在1987年国际电工委员会（International Electrical Committee） 颁发的PLC标准草案中对PLC做了如下定义：“PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模式式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。"
技术上，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、存储器容量更大、智能更强的品种出现：产品规模上，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；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。其中S7-200 PLC是一种小型PLC，其结构紧凑，功能强大,适用于各行各业，各种场合中的检测、检测及控制的自动化。S7—200系列的强大功能使其无论在独立运行中，或相连成网络皆能复杂控制功能。
本文介绍以S7-200系列PLC为核心的电镀生产线控制,详细阐述了其工作原理、基本功能框图、关键设计技术及软件工作流程，极高的性价比。
PLC可以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，从而分毫的决定电镀产品质量和品质的重要因素，通过PLC可以实现电镀行车的准确运行，准确掌握电镀时间，提高生产效率.下文以西文字S7-200PLC对电镀生产过程的管理作为研究对象来进行讨论。
1。3 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，大道汽车、飞机，小到生活用品金银首饰，各式各样的赣南工业产品都离不开电镀技术，电镀技术已发展形成一个重要的工程领域一个表面工程。
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。按照工艺要求正在不同的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，因而这种生产线好事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美人们渐渐地感受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思考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,也就十几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控制手段有明显的弱势，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实际的，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受到越来越多地青睐，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，也极大扩展了其应用空间,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淋雨显得相当复杂,有许多条流水线构成一套完整的生产线,这就要各流水线之前能实现互联，因而在有些地方就引入网络技术 。 个人收集整理，勿做商业用途文档为个人收集整理,来源于网络
二 电镀生产线总体设计
2。1 电镀生产线行车要求
电镀生产线上采用专用的行车,行车上装有可升降的吊钩,各有一台电动机拖动，行车进退和吊钩升降有限位开关控制，限定为三槽位，有三个槽位分别为镀槽、回收液槽、清水槽，电镀时将工件依次放入槽中、电镀完成行车返回,电镀一个工件结束.
2.2 电镀行车设计思路
PLC软件系统由系统程序和用户程序两部分组成。系统程序包括监控程、编译程序、诊断程序等，主要用于管理安全机构、将程序语言翻译成机器语言，诊断机器故障。系统软件由PLC厂家提供并已固化EPROM中，不能直接存取和干预.用户程序是用户根据现场控制要求，用PLC的程序语言编制的应用程序(也就是逻辑控制）用来实现各种控制。STEP7是用于SIMATIC可编程逻辑控制器组态和编程的标准软件包，也就是用户程序，我们就是使用STEP7来进行硬件组态和逻辑程序编制,以及逻辑程序执行结果在线监视。
总体设计方案分为硬件设计和软件设计两大部分,是以S7—200系列PLC来进行控制和数据的处理与传输，同时配以相应硬件电路来控制电动机、前后电动机动作，来实现电镀行车的全自动运行.
根据电镀加工工艺的要求，电镀行车的结构域动作流程如下图，图中电液槽、回收液槽、清洗槽，槽中装有各种电镀液，本设计中以3个电镀槽进行介绍，在改系统中，每个定位由行程开关确定。
电镀行车运行软件部分主要为整个流程的控制程序，运用PLC程序语言编写，程序存储在的内存中。

电镀专用行车的工作过程如下SQ6
清水槽 回收槽 镀槽
2—1动作模拟图
1）电镀生产线上采用的行车和可升降的吊钩，行车和吊钩各由一台电动机拖动。行车的进退和吊钩的升降均有相应的限位开关SQ定位。
2) 在电镀生产一侧,工人将待加工的零件装入吊篮，发出控制信号,行车自动上升，并逐段前进，根据工艺要求在需要停留的槽位停止。
控制要求：
（1）在电镀生产一侧，发出控制信号,行车自动上升并逐段前进，根据工艺要求在需要停留的槽位停止。
（2） 行车停留在某个槽位上面后,自动下降，停留一定的时间（各槽停留的时间根据工艺要求预先设定)，再自动上升并继续前行。
（3） 如此完成电镀工艺规定的各道工序，直至生产的末端。然后，自动返回原位，由工人卸下处理好的零件.至此，一次循环加工完成，可见，电镀专用行车加工过程的控制是顺序控制，由吊钩前进、下降、延时停留、上升、后退等工序组成.

2.3。电动机的控制接线图

图中，KMI、KM2为两台控制吊钩上升、下降电动机的正、反转实现行车的上升和下降接触器KM3、KM4通过控制“前/后"电动机。实现行车的前进与后退。从而进行对工件的电镀和清洗等工作.FR1、FR2为起过载保护作用的热继电器，对电路起到过载时主动断开主电路。FU1为熔断器，起过电流保护作用。

三 系统硬件设计
PLC选型
由于PLC组成的控制系统输入信号14个.均为开关量.其中按钮开关6个,行程开关6个，选择开关1个。
该系统中有输出信号个，其中2个用于吊钩升降电动机至接触器KM1和KM2 ,2个用于行车进后退电动机正反转控制接触器KM3和KM4,1个用于原位指示。
CPU单元设计,集成的24V负载电源：可直接连接到传感器和变送器（执行器），CPU 221，222具有180mA输出, CPU 224,CPU 226分别输出280，400mA。可用作负载电源。不同的设备类型
CPU 221～226各有2种类型CPU,具有不同的电源电压和控制电压。
本机数字量输入/输出点
CPU 221具有6个输入点和4个输出点，CPU 222具有8个输入点和6个输出点，CPU 224具有14个输入点和10个输出点.CPU 226具有24个输入点和16个输出点。
中断输入
允许以极快的速度对过程信号的上升沿作出响应.

FX2N系列PLC的基本单元

3。2 I/O地址分配如下图
输入/输出信号
输入原件代号
输入地址
功能定义
输
入
信
号
SQ1
X011
行车限位（前进）
SQ2
X012
行车限位（后进）
SQ3
X013
行车限位（后进）
SQ4
X104
行车限位（前进）
SQ5
X015
吊钩限位（提升）
SQ6
X106
吊钩限位（下降）
输
出
信
号
HL
Y000
原位指示器
KM1
Y001
吊钩提升正转
KM2
Y002
吊钩提升正转
KM3
Y003
行车电机正转
KM4
Y004
行车电机正转

输
入
信
号
SB1
X000
启动按钮
SB2
X001
停止按钮
SB3
X002
吊钩提升
SB4
X003
吊钩下降
SB5
X004
行车前进
SB6
X005
行车后退
SA
X006
选择开关(点动)
SA
X007
选择开关（自动)
表3-2 I/O分配

四 软件设计

4.1 电镀行车控制流程图
软件是建立在硬件的基础上，确定结构然后进行主程序的设计。电镀行车的软件部分主要由主程序及流程图实现控制要求。
电镀生产线除装卸工件外，要求整个生产过程能自动进行，这主要体现在行车控制上，同时还要求行车和吊钩的正反向均能实现电动控制，以便对设备进行调整和检修。电镀生产线的自动工作状态流程图如下;

具体时间以下文为准
电镀生产线有三个槽,工件由装有可升降吊钩的行车带动，经过电镀、镀液回收、清洗等工序，完成工件电镀的全过程。控制工艺要求:工件放入镀槽中,电镀10s后提起,停放6s，镀液从工件上流回镀槽,然后放入回收液槽中浸5s，提起后停6s，接着放入清水槽中清洗5s,最后提起停6s，行车返回原位，一个工件的电镀工程结束。

4。2 行车控制程序
电镀生产线PLC控制梯形图

X106
M18

电镀生产线PLC控制梯形图程序

步序 指令
1 LDI X006
2 CJ PO
6 LD X015
7 MPS
8 AND X004
9 ANI X011
10 ANI Y004
11 OUT Y003
12 MPP
13 AND X005
14 ANI X014
15 ANI Y003
16 OUT Y004
17 LD X002
18 ANI X015
19 ANI Y002
20 OUT Y001
21 LD X003
22 ANI X016
23 ANI Y001
24 OUT Y002
25 P0
26 LDI X007
27 CJ P1
31 LD M8002
32 OR M19
33 OR X001
34 MOV（P)
K0
K5M0
40 LD X016
41 AND X015
42 OUT M80
43 LD X000
44 AND M80
45 LD X015
46 AND M1
47 ORB
48 LD X011
49 AND M2
50 ORB
51 LD X016
52 AND M3
53 ORB
54 LD T0
55 AND M4
56 ORB
57 LD X015
58 AND M5
59 ORB
60 LD T1
61 AND M6
62 ORB
63 LD X012
64 AND M7
65 ORB
66 LD X016
67 AND M8
68 ORB
69 LD T2
70 AND M9
71 ORB
72 LD X015
73 AND M10
74 ORB
75 LD T3
76 AND M11
77 ORB
78 LD X013
79 AND M12
80 ORB
81 LD X016
82 AND M13
83 ORB
84 LD T2
85 AND M14
86 ORB
87 LD X015
88 AND M15
89 ORB
90 LD T3
91 AND M16
92 ORB
93 LD X014
94 AND M17
95 ORB
96 LD X016
97 AND M18
98 ORB
99 SFL（P）
M80
M0
K5
K5
108 LD M0
109 OUT Y000
110 LD M1
111 OR M5
112 OR M10
113 OR M15
114 OUT Y001
115 LD M2
116 OUT Y003
117 LD M3
118 OR M8
119 OR M13
120 OR M18
121 OUT Y002
122 LD M4
123 OR M60
124 ANI T0
125 OUT M60
126 LD M60
127 OUT T0
K10
128 LD M63
129 OUT T3
K5
130 LD M6
131 OR M61
132 ANI T1
133 OUT M61
134 LD M61
135 OUT T1
136 LD M7
137 OR M12
138 OR M17
139 OUT Y004
140 LD M9
141 OR M14
142 OR M62
143 ANI T2
144 OUT M62
145 LD M62
146 OUT T2
K6
147 LD M11
148 OR M16
149 OR M63
150 ANI T3
151 OUT M63
152 P1
153 END

五 软件硬件调试
软件调试概述
调试是软件开发过程中最艰巨的脑力劳动，调试开始时,软件开发者仅仅面对着错误的征兆,然而在问题的外部现象和内在原因之间往往没有明显的联系,在组成程序的密密麻麻的元素中，每一个都可能是错误的根源。如何能在浩如烟海的程序元素中找到有错误的那个（或几个）元素，这是调试过程中最关键的技术问题。调试的任务是及时改正测试过程中发现的软件错误。具体地说，调试由两个步骤组成，它从表示程序中存在错误的某种迹象开始，首先确定错误的准确位置，也就是找出哪个模块或哪个语句引起的错误。然后仔细研究推断代码以确定问题的原因，并设法改正。当然更重要的还是调试的策略。调试的策略主要有以下几种方法：
1. 试探法
调试人员分析错误征兆，猜想故障的大致位置，然后使用调试的技术回去程序中被怀疑的地方附近的信息。这种策略通常是缓慢而低效的，一般不被采用。
2. 回溯法
回溯法是调试人员检查错误征兆，确定最先发现“症状”地地方，然后人工沿程序的控制流往回追踪源程序代码，知道找出错误根源或确定故障范围为止。回溯法对校程序而言是一种比较好的调试策略，但是对于一些大规模的程序来说，就不合适用此方法了.
3. 对分查找法
如果知道每个变量在程序内若干个关键点的正确值,作为可以赋值语句或输出语句在程序中点附近“注入”这些变量的正确值，然后检查程序的输出。如果输出结果是正确的,则故障在程序的前半部分；反之，在后半部分。对于程序中有故障的那部分再重复使用这个方法，直到把故障范围缩小扫容易诊断的程序为止。
4。归纳法
所谓归纳法就是从个别推断一般的方法,这种方法从线索出发,通过分
析这些线索之间的关系而找到故障。
4. 演绎法
是从一般原理或提前出发，经过删除和精华的过程推导出结论.用演绎法调试开始先列出可能成立的原因或假设，然后依次地排除列举的原因。最后，保证剩下的原因是错误的根源。
以上是一些调试策略的介绍，在这些策略是归纳法和演绎法。

六 结论
本设计完成了电镀生产中行车的控制功能,主要包括控制器的选择，功能特征的应用。论文采用软件工程的设计方法，通过使用PLC对行车进行控制，提出用工业自动控制来实现电镀生产的自动化，准确的控制电镀的各个环节.通过这次设计，使我了解到采用PLC控制电镀行车，具有对电镀生产中化学污染和腐蚀的隔离，同时由于PLC内部定时器资源十分丰富,特备可方便的实现对各个阶段时间的准确控制，通过编程控制可对电镀行车实现全自动无人化管理.
通过此次课程设计,让我把所学的知识与实践相结合，在PLC的编程环节中，以前很多模糊的概念现在也都有基本上弄懂了,同时在做设计时得到同学和老师的帮助,今后的学习工作中自己将更加努力，将程序做到更加完善。

参考文献
［1］林小峰，可编程控制器原理及应用.北京：高等教育出版社,1994
［2]田瑞庭，可编程控制器应用技术。北京；机械工业出版社， 1994
[3]张万忠，可编程控制器应用技术。北京:化学工业出版社,2001，12
[4]西方子公司,S7—200可编程产品目录,2005
[5]可编程控制器原理及应用，华南理工大学出版社

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