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1、塔里木大学机械电气化工程学院毕业设计（论文）16 届毕业设计基于PLC的电镀自动控制系统的设计学生姓名 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 指导老师 刘媛杰 日 期 2016 .5 塔里木大学机械电气化工程学院制10 前 言本设计探讨了如何利用德国西门子S7-200系列PLC进行自动化电镀生产线的控制，在本次设计中，我从自动控制技术器件在国内的应用前景及电镀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，制定了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
2、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。为适应现代传统的工业控制系统，我还采用了基于组态软件的系统作为监控系统，与PLC配合完成了该系统的实时监控系统功能，从画面上达到了该系统的监控目的，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，组态软件 目录第1章 绪论11.1 PLC的发展和历史趋势11.2 PLC的分类31.2.1 按I/O点数分类31.2.2 按功能分类31.3 PLC系统组成及各部分的功能41.4 PLC的基本工作原理51.5电镀生产线的控制系统概述与选题背景意义51.5.1 生产线的
3、控制系统的概述51.5.2 课题的选题背景及意义61.6 控制对象的设计要求详述7第2章 系统的硬件设计82.1 PLC机型选择82.2 I/O分配表及其端子接线图82.3主电路的设计112.4电镀生产线的工作流程图12第3章 系统的软件设计133.1 软件的组成及作用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32参考文献33附录34外文资料翻译38第1章 绪论1.1 PLC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（Programmable
4、 Logic Controller，PLC）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20%30%。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
5、，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。 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
6、，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
7、。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1。1.2 PLC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。1.2.1 按I/O点数分类PLC按其I/O点数
8、多少一般可分为以下4类。1.微型PLC：I/O点数小于64点的PLC为超小型或微型PLC。2.小型PLC：I/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PLC：I/O点数在5122048点之间的为中型PLC。4.大型PLC：I/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2。1.2.2 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
9、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1.3 PLC系统组成及各部分的功能1.CPU运算和控制中心它在整个系统中起“心脏”作用。 2.存储器具有记忆功能的半导体电路，分为系统程序存
10、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
11、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3。 1.4 PLC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
12、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5。1.5电镀生产线的控制系统概述与选题背景意义1.5.1 生产线的控制系统的概述电镀行车生产线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2.53亿平方米电镀面积生产能
13、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
14、，可以增强系统的抗干扰能力，提高系统的可靠性。1.5.2 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
15、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
