基于PLC的电镀生产线控制系统设计样本.doc
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1、16 届毕业设计基于PLC电镀自动控制系统设计学生姓名 邢线菊 学 号 所属学院 机械电气化工程学院 专 业 机电一体化 班 级 专 16 指引教师 刘媛杰 日 期 .5 塔里木大学机械电气化工程学院制 前 言本设计探讨了如何运用德国西门子S7-200系列PLC进行自动化电镀生产线控制,在本次设计中,我从自动控制技术器件在国内应用前景及电镀生产现场环境来考虑,以使该生产线真正具备自动生产运营为目,制定了在当前及后来都应用广泛且能适应各种环境可编程控制器来控制整个工作流程方案。重点分析了系统软硬件设计某些,并给出了系统硬件接线图、PLC控制I/O端口分派表以及整体程序流程图等,实现了电镀生产自动
2、化,提高了生产效率,减少了劳动强度。为适应当代老式工业控制系统,我还采用了基于组态软件系统作为监控系统,与PLC配合完毕了该系统实时监控系统功能,从画面上达到了该系统监控目,更好使该自动生产系统融入到当代工业控制领域中。 核心词:PLC,电镀,组态软件 目录第1章 绪论11.1 PLC发展和历史趋势11.2 PLC分类31.2.1 按I/O点数分类31.2.2 按功能分类31.3 PLC系统构成及各某些功能41.4 PLC基本工作原理51.5电镀生产线控制系统概述与选题背景意义51.5.1 生产线控制系统概述51.5.2 课题选题背景及意义61.6 控制对象设计规定详述7第2章 系统硬件设计8
3、2.1 PLC机型选取82.2 I/O分派表及其端子接线图82.3主电路设计112.4电镀生产线工作流程图12第3章 系统软件设计133.1 软件构成及作用133.1.1 PLC内部资源133.1.2 PLC编程语言143.1.3 组态软件153.2 PLC梯形图设计173.3 组态王软件设计19第4章 软硬件调试实现28结论31谢 辞32参照文献33附录34外文资料翻译38第1章 绪论1.1 PLC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(Programmable Logic Controller,PLC)取代老式继电器控制装置以来,PLC得到了迅速发展,在世界各地得到了广泛应
4、用。同步,PLC功能也不断完善。随着计算机技术、信号解决技术、控制技术网络技术不断发展和顾客需求不断提高,PLC在开关量解决基本上增长了模仿量解决和运动控制等功能。今天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作用。 作为离散控制首选产品,PLC在二十世纪八十年代至九十年代得到了迅速发展,世界范畴内PLC年增长率保持为20%30%。随着工厂自动化限度不断提高和PLC市场容量基数不断扩大,近年来PLC在工业发达国家增长速度放缓。但是,在中华人民共和国等发展中华人民共和国家PLC增长十分迅速。综合有关资料,全球PLC销售收入为100亿美元左右,在自动化领域占据着十分重要位
5、置。 PLC是由摸仿原继电器控制原理发展起来,二十世纪七十年代PLC只有开关量逻辑控制,一方面应用是汽车制造行业。它以存储执行逻辑运算、顺序控制、定期、计数和运算等操作指令;并通过数字输入和输出操作,来控制各类机械或生产过程。顾客编制控制程序表达了生产过程工艺规定,并事先存入PLC顾客程序存储器中。运营时按存储程序内容逐条执行,以完毕工艺流程规定操作。PLCCPU内有批示程序步存储地址程序计数器,在程序运营过程中,每执行一步该计数器自动加1,程序从起始步(步序号为零)起依次执行到最后步(普通为END指令),然后再返回起始步循环运算。PLC每完毕一次循环操作所需时间称为一种扫描周期。不同型号PL
6、C,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,体现出迅速长处,在微秒量级,解算1K逻辑程序不到1毫秒。它把所有输入都当成开关量来解决,16位(也有32位)为一种模仿量。大型PLC使用此外一种CPU来完毕模仿量运算。把计算成果送给PLC控制器。相似I/O点数系统,用PLC比用DCS,其成本要低某些(大概能省40%左右)。PLC没有专用操作站,它用软件和硬件都是通用,因此维护成本比DCS要低诸多。一种PLC控制器,可以接受几千个I/O点(最多可达8000各种I/O)。如果被控对象重要是设备连锁、回路很少,采用PLC较为适当。PLC由于采用通用软件,在设计公司管理信息系
7、统方面,要容易某些。 近来,随着PLC价格不断减少和顾客需求不断扩大,越来越多中小设备开始采用PLC进行控制,PLC在国内应用增长十分迅速。随着中华人民共和国经济高速发展和基本自动化水平不断提高,此后一段时期内PLC在国内仍将保持高速增长势头1。1.2 PLC分类PLC产品种类繁多,其规格和性能也各不相似。对PLC分类可以依照构造、功能差别等进行大体分类。1.2.1 按I/O点数分类PLC按其I/O点数多少普通可分为如下4类。1.微型PLC:I/O点数不大于64点PLC为超小型或微型PLC。2.小型PLC:I/O点数为256点如下,顾客程序存储容量不大于8KB为小型PLC。3.中型PLC:I/
8、O点数在5122048点之间为中型PLC。4.大型PLC:I/O点数为2048点以上为大型PLC。它具备极强软件和硬件功能、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2。1.2.2 按功能分类 依照PLC所具备功能不同可将PLC分为低档、中档、高档3类。1.高档PLC:除具备中档PLC功能外,还增长了带符号算术运算、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:除具备低档PLC功能外,还具备较强模仿量I/O、算术运算、数据传送和比较、数制转换、远程 I/O
9、、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,以合用于复杂控制系统。3.低档PLC:具备逻辑运算、定期、计数、移位以及自诊断、监控等基本功能,还可有少量模仿量I/O、算术运算、数据传送和比较、通信等功能1.3 PLC系统构成及各某些功能1.CPU运算和控制中心它在整个系统中起“心脏”作用。 2.存储器具备记忆功能半导体电路,分为系统程序存储器和顾客存储器。系统程序存储器用以存储系统程序,涉及管理程序,监控程序以及对顾客程序做编译解决解释编译程序。由只读存储器、ROM构成。厂家使用,内容不可更改,断电不消失。顾客存储器:分为顾客程序存储区和工作数据存储
10、区。由随机存取存储器(RAM)构成。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开关信号转化成PLC内部所能接受数字信号。(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,断开负载电流或电压。也就是通过输出接口电路把内部数字电路化成一种信号使负载动作或不动作3。
11、1.4 PLC基本工作原理 PLC采用“顺序扫描,不断循环”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。3.一种扫描周期分为输入采样,程序执行,输出刷新。4.元件映象寄存器内容是随着程序执行变化而变化。5.扫描周期长短由三条决定。(1)CPU执行指令速度(2)指令自身占有时间(3)指令条数6.由于采用集中采样。集中输出方式。存在输入/输出滞后现象,即输入/输出响应延迟5。1.5电镀生产线控制系统概述与选题背景意义1.5.1 生产线控
12、制系统概述电镀行车生产线自动化限度在德国、意大利、美国等国家发展水平已经较高,而在国内尚处在发展阶段。中华人民共和国经济高速发展,工业化进程不断深化,为自动化行业迅猛发展提供了辽阔空间。电镀行业是国内重要加工行业,据粗略预计,全国既有15000家电镀生产厂,行业职工总数超过50万人,既有5000多条生产线和2.53亿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,乡镇公司发展迅速电镀行业公司规模普遍较小,年电镀能力超过10000平方米公司局限性500家。少数合资公司或正规专业化公司拥有国际先进水平设备和设施,但是大多数中小公司仍在使用许多过时技术和设备,大量生产线为半机械
13、化和半自动化控制,某些甚至为手工操作。工业电镀生产线工位多、生产复杂,同步在电镀中,其氧化、酸洗、碱洗、电镀等许多工艺具备严重化学污染和腐蚀,对人身心健康十分不利,并且人工操作随机性大,影响产品质量。老式办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有较完善诊断和自保护能力,可以增强系统抗干扰能力,提高系统可靠性。1.5.2 课题选题背景及意义电镀就是运用电解方式使金属或合金沉积在工件表面,以形成均匀、致密、结合力良好金属层过程。简朴理解,是物理和化学变化和结合。随着工业化生产不断细分,新工艺新材料不断涌现,在实际产品得到应用设计效果也日新月异
14、,电镀是咱们在设计中经常要涉及到一种工艺,而电镀效果是咱们使用时间较长,工艺也较为成熟一种效果。对于这种工艺应用在咱们产品上已经非常多,而通过这种解决咱们普通可以得到某些金属色泽效果,如高光、亚光等,搭配不同效果构成产品效果差别性,通过这样解决为产品设计增长一种亮点。电镀工艺应用咱们普通作如下用途:a、防腐蚀b、防护装饰c、抗磨损d、电性能(依照零件工作规定,提供导电或绝缘性能镀层)e、工艺规定。一件电镀产品质量除了要有好成熟电镀工艺和品质好镀液添加剂外,如何保证电镀产品严格按照电镀工艺流程运营和保证产品电镀时间则是决定电镀产品质量和品质重要因素。在电镀生产线上采用自动化控制不但可以使电镀产品
15、质量和品质得到严格保证,有效减少废品率,并且还可以提高生产效率和减轻工人劳动强度,有着非常好经济效益和社会效益,电镀生产线上对行车自动控制则是电镀生产线自动化控制核心。电镀生产线按照其工艺规定和规模普通设计有两台行车、三台行车和四台行车工作,每台行车都依照已编制好各自程序运营;对于行车自动控制,初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、以便、灵活,自动化限度更高。用PLC辅以变频器对电镀自动生产线行车进行自动控制,具备构造简朴、编程以便、操作灵活、使用安全、工作稳定、性能可靠和抗干扰能力强特点,是一种很有效自动控制方
16、式,是电镀生产实现高效、低成本、高质量自动化生产发展方向9。1.6 控制对象设计规定详述如摘要中所述,电镀工作流程: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。按照规定,咱们要实现如下工作方式:1.原位:表达设备处在初始状态,吊钩在下限位置,行车在左限位置。2.持续工作:当吊钩回到原点后,延时一段时间(装卸零件),自动上升右行,按照工作流程规定不断循环。3.单周期工作:设备始于原点,按下启动按钮,设备工作一种周期,然后停于原点,要重复第二个工作周期,必要再按一下启
17、动按钮。第2章 系统硬件设计2.1 PLC机型选取依照自动化电镀生产线控制规定,咱们采用了德国西门子PLC S7-200 CPU226型号,此类型PLC无论独立运营,还是联接网络都能完毕各种控制任务。它使用范畴可以覆盖从代替继电器简朴控制到复杂自动控制。其应用领域涉及各种机床、纺织机械、塑料机械、电梯等行业。S7-200 CPU226通讯功能完善,具备极高性能价格比是很突出特点,也是咱们采用它重要因素。 PLC为此系统控制核心,此系统输入信号有两某些,一某些是原点、单周期、持续等面板控制按钮,另一某些是各种行程开关,这些面板按钮信号和传感器信号作为PLC输入变量,通过PLC输入接口输入到内部数
18、据寄存器, 然后在PLC内部进行逻辑运算或数据解决后,以输出变量形式送到输出接口,从而驱动电机来控制行车运营和吊钩升降4。2.2 I/O分派表及其端子接线图在本次系统设计中,咱们定义I/O分派表如表2-1所示。将13个输入信号和5个输入信号按各自功能类型分好,并与PLCI/O点一一相应,编排地址如下表。数字量扩展模块地址分派是从最接近CPU模块数字量模块开始,在本机数字量地址基本上从左到右按字节持续递增,模仿量扩展模块地址是从最接近CPU模块模仿量模块开始,在本机模仿量地址基本上从左到右按字递增。咱们定义I/O端子接线图如图2-1所示。由图表可以看出,PLC控制系统输入信号有13个,均为开关量
19、。其中单操作按钮开关2个,行程开关3个,限位开关5个,选取工作方式开关2个。PLC控制系统输出信号有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个用于原位批示。表2-1 I/O分派表序号输 入序号输 出1I0.0上限位14Q0.0上升2I0.1下限位15Q0.1下降3I0.2左限位16Q0.2右行4I0.3XK1行程开关17Q0.3左行5I0.4XK2行程开关18Q0.4原位6I0.5XK3行程开关19Q0.5定期7I0.6原点开关8I0.7持续工作开关9I1.0启动按钮10I1.1停止按钮12I1.3单周期按钮13I1.4右限位
20、 图2-1 I/O端子接线图2.3主电路设计图2-2 电镀生产线主电路图电气原理图是依照电气控制系统工作原理,采用电器元件展开形式,运用图形符号和项目符号表达电路各电器元件中导电部件和接线端子连接关系电路图。电气原理图并不按电器元件实际布置来绘制,而是依照它在电路中所起作用画在不同部位上。电气原理图具备构造简朴、层次分明特点,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6。电气原理图普通分为主电路和辅助电路两某些,在本次设计中咱们着重分析了主电路图。在本设计中,依照电镀生产线工艺规定,只需用两台电机分别控制吊钩上升、下降和行车左行、右行。主电路如图2-2,接触器KM1,K
21、M2控制电动机M1正、反转,实现吊钩上升和下降,接触器KM3,KM4控制电动机M2正、反转,实现行车迈进和后退。2.4电镀生产线工作流程图咱们依照设计规定绘制了整个系统工作流程图,以便可以更清晰结识该生产线生产全过程,整个系统工作流程图,如图2-3所示。行车动作无非就是上下左右受控移动,按照指定顺序(即动作表)完毕一系列动作。规定有几套动作表可以选取,动作可以静态修改,也可以在运营时由上位机动态修改。在这里,咱们把行车一种动作定义为:“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构成,放在PLC 数据寄存器里,动作表由PLC程序初始化,也可以在运营时通过串行
22、通讯由上位机读取和修改,PLC程序在运营时只是不断地解释和执行动作表。图2-3 电镀生产线工作流程图第3章 系统软件设计3.1 软件构成及作用3.1.1 PLC内部资源内部依照软元件功能不同,提成了许多区域,如输入/输出继电器区、定期器区、计数器区、特殊继电器区等。下面分别简介下。1.定期器:电气自动控制大某些领域都需要用定期器进行时间控制,灵活地使用定期器可以编制出复杂动作控制程序。它是PLC中重要编程元件,是合计时间增量内部器件。定期器工作过程与继电-接触器控制系统时间继电器基本相似,但它没有瞬动触点。使用时要提前输入时间预设值。当定期器输入条件满足时开始计时,当前值从0开始按一定期间单位
23、增长;当定期器当前值达到预设值时,定期器触点动作。运用定期器触点就可以得到控制所需延时时间8。2.计数器:计数器可用来合计输入脉冲个数,经惯用于对产品进行计数或者进行特定功能编程。使用时要提前输入它特定植。当输入触发条件满足时,计数器开始合计它输入端脉冲电位上升延次数,当计数器计数达到预定设定值时,其常开触点闭合,常闭触点断开。3.输入继电器:输入继电器普通均有一种PLC输入端子与之相应,它用于接受外部开关信号。当外部开关信号为闭合时,输入继电器线圈得电,在程序中常开触点闭合,常闭触点断开。4.输出继电器:输出继电器普通均有一种PLC上输出端子与之相应。当通过程序使得输出继电器线圈得电时,PL
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