基于PLC的電鍍行車自動控制系統設計摘要本設計利用德國西門子PLCS7200進行電鍍行車自動化控制。在本次設計中，從電鍍行車在生產現場的運行環境和自動控制技術器件在國內的應用前景來考慮，以電鍍行車具備自動生產運行為目的，制定了采用在當前及以后都應用廣泛且能適應多種環境的可編程控制器PLC來控制整個工作流程的方案。首先對系統的軟硬件進行設計，給出系統的工作流程圖、硬件接線圖、PLC控制I/O端口分配表及整體程序流程圖。并以STEP7MICRO/WIN32為編程軟件設計出電鍍行車自動控制系統的梯形圖，最后通過仿真實驗，實現了電鍍行車自動化控制，提高了電鍍生產效率，降低了勞動強度。關鍵詞PLC，電鍍行車，自動控制，組態王DESIGNOFAUTOMATICCONTROLSYSTEMOFGALVANIZATIONDRIVINGBASEDONPLCABSTRACTHOWDIDTHEARTICLEDISCUSSHASCARRIEDONTHEAUTOMATEDGALVANIZATIONPRODUCTIONLINECONTROLUSINGGERMANPLCS7200,INTHISDESIGN,WEPRODUCEDTHESCENEFROMTHEAUTOMATICCONTROLTECHNOLOGYCOMPONENTINTHEDOMESTICAPPLICATIONPROSPECTANDTHEGALVANIZATIONPRODUCTIONLINETHEENVIRONMENTTOCONSIDER,TAKECAUSEDTHISPRODUCTIONLINETRULYTOHAVETHEAUTOMATICPRODUCTIONMOVEMENTASTHEGOAL,WILLFORMULATEHASUSEDINCURRENTANDLATERALLAPPLIESWIDESPREADALSOCANADAPTTHEMANYKINDSOFENVIRONMENTPROGRAMMABLECONTROLLERTOCONTROLTHEENTIREWORKFLOWTHEPLANHASANALYZEDTHESYSTEMSOFTWAREANDHARDWAREDESIGNPARTWITHEMPHASIS,ANDGAVETHESYSTEMHARDWAREWIRINGDIAGRAM,PLCHASCONTROLLEDTHEI/OPORTDISTRIBUTIONLISTASWELLASTHEOVERALLPROGRAMFLOWDIAGRAM,ANDWITHSTEP7MICRO/WIN32ASTHEPROGRAMMINGSOFTWAREDESIGNSHASREALIZEDTHEGALVANIZATIONPRODUCTIONAUTOMATION,REDUCEDTHELABORINTENSITYINORDERTOADAPTTHEMODERNTRADITIONINDUSTRYCONTROLSYSTEM,WEALSOUSEDBASEDONTHESYSTEMHADTAKENONTHEPOSITIONMACHINEKEYWORDSPLC,GALVANIZATIONDRIVING,AUTOMATICCONTROL,CONFIGURATIONKING目錄前言1第1章緒論211電鍍行車控制系統的概述與選題背景意義2111電鍍行車控制系統的概述2112課題的選題背景及意義212PLC的發展和歷史趨勢313PLC的分類5131按I/O點數分類5132按功能分類514PLC系統組成及各部分的功能615PLC的基本工作原理616控制對象的設計要求7第2章系統的硬件設計821PLC機型選擇822I/O分配表及其端子接線圖823主電路的設計1124電鍍行車的工作流程圖12第3章系統的軟件設計1331軟件的組成及作用13311PLC內部資源13312PLC編程語言1432PLC梯形圖設計16第4章組態王軟件設計1841組態軟件1842組態王軟件設計的步驟19第5章軟硬件調試實現31結論34謝辭35參考文獻36附錄37外文資料翻譯38前言電鍍生產線按照其工藝要求和規模一般設計有兩臺行車、三臺行車和四臺行車工作，每臺行車都根據已編制好的各自的程序運行；對于行車的自動控制，早期是采用繼電器邏輯電路和順序控制器，發展至今其控制方式已采用可編程控制器PLC作為核心控制部件，其控制更為安全、可靠、方便、靈活，自動化程度更高。一件電鍍產品的質量除了要有好的成熟的電鍍工藝和品質好的鍍液添加劑外，如何保證電鍍產品嚴格按照電鍍工藝流程運行和保證產品的電鍍時間則是決定電鍍產品質量和品質的重要因素。在電鍍生產線上采用自動化控制不但可以使電鍍產品的質量和品質得到嚴格的保證，有效的減少廢品率，而且還可以提高生產效率和減輕工人的勞動強度，有著非常好的經濟效益和社會效益，電鍍生產線上對行車的自動控制則是電鍍生產線自動化控制的關鍵。用PLC輔以變頻器對電鍍行車進行自動控制，具有結構簡單、編程方便、操作靈活、使用安全、工作穩定、性能可靠和抗干擾能力強的特點，是一種很有效的自動控制方式，是電鍍生產實現高效、低成本、高質量自動化生產的發展的主流方向1。為適應現代傳統的工業控制系統，我們還采用了基于組態王軟件的系統作為上位機，配合下位機PLC完成了該系統的實時監控系統功能，更好的使該自動生產系統融入到現代工業控制領域中。為此，我選定了該題目，簡單的實現了電鍍行車的自動工作流程，并進行了簡單的軟件設計，從畫面上達到了該系統的監控目的。第1章緒論11電鍍行車控制系統的概述與選題背景意義111電鍍行車控制系統的概述電鍍行車自動化的程度在德國、意大利、美國等國家的發展水平已經較高，而在我國尚處在發展階段。中國經濟的高速發展，工業化進程的不斷深化，為自動化行業的迅猛發展提供了廣闊的空間。電鍍行業是我國重要的加工行業，據粗略估計，全國現有15000家電鍍生產廠，行業職工總數超過50萬人，現有5000多條生產線和253億平方米電鍍面積生產能力。電鍍行業年產值約為100億元人民幣。近十年來，鄉鎮企業發展迅速電鍍行業企業規模普遍較小，年電鍍能力超過10000平方米的企業不足500家。少數合資企業或正規專業化企業擁有國際先進水平的設備和設施，但是大多數中小企業仍在使用許多過時的技術和設備，大量的生產線為半機械化和半自動化控制，一些甚至為手工操作。工業電鍍生產線工位多、生產復雜，同時在電鍍中，其氧化、酸洗、堿洗、電鍍等許多工藝具有嚴重的化學污染和腐蝕，對人的身心健康十分不利，而且人工操作隨機性大，影響產品質量。傳統的方法是使用順序控制器，由于其電路復雜，接口多，受外界干擾大，工作可靠性差，維護也困難。采用PLC有較完善的診斷和自保護能力，可以增強系統的抗干擾能力，提高系統的可靠性2。112課題的選題背景及意義電鍍就是利用電解的方式使金屬或合金沉積在工件表面，以形成均勻、致密、結合力良好的金屬層的過程。簡單的理解，是物理和化學的變化和結合。隨著工業化生產的不斷細分，新工藝新材料的不斷涌現，在實際產品得到應用的設計效果也日新月異，電鍍是我們在設計中經常要涉及到的一種工藝，而電鍍效果是我們使用時間較長，工藝也較為成熟的一種效果。對于這種工藝的應用在我們的產品上已經非常多，而通過這種的處理我們通常可以得到一些金屬色澤的效果，如高光、亞光等，搭配不同的效果構成產品效果的差異性，通過這樣的處理為產品的設計增加一個亮點。電鍍工藝的應用我們一般作以下用途A、防腐蝕B、防護裝飾C、抗磨損D、電性能（根據零件工作要求，提供導電或絕緣性能的鍍層）E、工藝要求。一件電鍍產品的質量除了要有好的成熟的電鍍工藝和品質好的鍍液添加劑外，如何保證電鍍產品嚴格按照電鍍工藝流程運行和保證產品的電鍍時間則是決定電鍍產品質量和品質的重要因素。在電鍍生產線上采用自動化控制不但可以使電鍍產品的質量和品質得到嚴格的保證，有效的減少廢品率，而且還可以提高生產效率和減輕工人的勞動強度，有著非常好的經濟效益和社會效益，電鍍生產線上對行車的自動控制則是電鍍生產線自動化控制的關鍵。電鍍生產線按照其工藝要求和規模一般設計有兩臺行車、三臺行車和四臺行車工作，每臺行車都根據已編制好的各自的程序運行；對于行車的自動控制，早期是采用繼電器邏輯電路和順序控制器，發展至今其控制方式已采用可編程控制器PLC作為核心控制部件，其控制更為安全、可靠、方便、靈活，自動化程度更高。用PLC輔以變頻器對電鍍自動生產線行車進行自動控制，具有結構簡單、編程方便、操作靈活、使用安全、工作穩定、性能可靠和抗干擾能力強的特點，是一種很有效的自動控制方式，是電鍍生產實現高效、低成本、高質量自動化生產的發展方向。12PLC的發展和歷史趨勢二十世紀六十年代美國推出可編程邏輯控制器（PROGRAMCONTROLLER，PLCMABLELOGIC）取代傳統繼電器控制裝置以來，PLC得到了快速發展，在世界各地得到了廣泛應用。同時，PLC的功能也不斷完善。隨著計算機技術、信號處理技術、控制技術網絡技術的不斷發展和用戶需求的不斷提高，PLC在開關量處理的基礎上增加了模擬量處理和運動控制等功能。今天的PLC不再局限于邏輯控制，在運動控制、過程控制等領域也發揮著十分重要的作用。作為離散控的制的首選產品，PLC在二十世紀八十年代至九十年代得到了迅速發展，世界范圍內的PLC年增長率保持為2030。隨著工廠自動化程度的不斷提高和PLC市場容量基數的不斷擴大，近年來PLC在工業發達國家的增長速度放緩。但是，在中國等發展中國家PLC的增長十分迅速。綜合相關資料，2004年全球PLC的銷售收入為100億美元左右，在自動化領域占據著十分重要的位置3。PLC是由摸仿原繼電器控制原理發展起來的，二十世紀七十年代的PLC只有開關量邏輯控制，首先應用的是汽車制造行業。它以存儲執行邏輯運算、順序控制、定時、計數和運算等操作的指令；并通過數字輸入和輸出操作，來控制各類機械或生產過程。用戶編制的控制程序表達了生產過程的工藝要求，并事先存入PLC的用戶程序存儲器中。運行時按存儲程序的內容逐條執行，以完成工藝流程要求的操作。PLC的CPU內有指示程序步存儲地址的程序計數器，在程序運行過程中，每執行一步該計數器自動加1，程序從起始步（步序號為零）起依次執行到最終步（通常為END指令），然后再返回起始步循環運算。PLC每完成一次循環操作所需的時間稱為一個掃描周期。不同型號的PLC，循環掃描周期在1微秒到幾十微秒之間。PLC用梯形圖編程，在解算邏輯方面，表現出快速的優點，在微秒量級，解算1K邏輯程序不到1毫秒。它把所有的輸入都當成開關量來處理，16位（也有32位的）為一個模擬量。大型PLC使用另外一個CPU來完成模擬量的運算。把計算結果送給PLC的控制器。相同I/O點數的系統，用PLC比用DCS，其成本要低一些（大約能省40左右）。PLC沒有專用操作站，它用的軟件和硬件都是通用的，所以維護成本比DCS要低很多。一個PLC的控制器，可以接收幾千個I/O點（最多可達8000多個I/O）。如果被控對象主要是設備連鎖、回路很少，采用PLC較為合適。PLC由于采用通用軟件，在設計企業的管理信息系統方面，要容易一些。近10年來，隨著PLC價格的不斷降低和用戶需求的不斷擴大，越來越多的中小設備開始采用PLC進行控制，PLC在我國的應用增長十分迅速。隨著中國經濟的高速發展和基礎自動化水平的不斷提高，今后一段時期內PLC在我國仍將保持高速增長勢頭4。13PLC的分類PLC產品種類繁多，其規格和性能也各不相同。對PLC的分類可以根據結構、功能的差異等進行大致分類。131按I/O點數分類PLC按其I/O點數多少一般可分為以下4類。1微型PLCI/O點數小于64點的PLC為超小型或微型PLC。2小型PLCI/O點數為256點以下，用戶程序存儲容量小于8KB的為小型PLC。3中型PLCI/O點數在5122048點之間的為中型PLC。4大型PLCI/O點數為2048點以上的為大型PLC。它具有極強的軟件和硬件功能、自診斷功能、通信聯網功能，它可以構成三級通信網，實現工廠生產管理自動化。132按功能分類根據PLC所具有的功能不同可將PLC分為低檔、中檔、高檔3類。1高檔PLC除具有中檔PLC的功能外，還增加了帶符號算術運算、矩陣運算、函數、表格、CRT可編程控制器原理與應用顯示、打印和更強的通信聯網功能，可用于大規模過程控制或構成分布式網絡控制系統,實現工廠自動化。2中檔PLC除具有低檔PLC的功能外，還具有較強的模擬量I/O、算術運算、數據傳送和比較、數制轉換、遠程I/O、子程序、通信聯網等功能。有些還可增設中斷控制、PID比例、積分、微分控制控制等功能，以適用于復雜控制系統。3低檔PLC具有邏輯運算、定時、計數、移位以及自診斷、監控等基本功能，還可有少量的模擬量I/O、算術運算、數據傳送和比較、通信等功能。14PLC系統組成及各部分的功能1CPU運算和控制中心它在整個系統中起“心臟”作用。2存儲器具有記憶功能的半導體電路，分為系統程序存儲器和用戶存儲器。系統程序存儲器用以存放系統程序，包括管理程序，監控程序以及對用戶程序做編譯處理的解釋編譯程序。由只讀存儲器、ROM組成。廠家使用的，內容不可更改，斷電不消失。用戶存儲器分為用戶程序存儲區和工作數據存儲區。由隨機存取存儲器（RAM）組成。3輸入/輸出接口1輸入接口輸入接口電路工作過程當開關合上，二極管發光，然后三極管在光的照射下導通，向內部電路輸入信號。當開關斷開，二極管不發光，三極管不導通。向內部電路輸入信號。也就是通過輸入接口電路把外部的開關信號轉化成PLC內部所能接受的數字信號。2輸出接口輸出接口工作過程當內部電路輸出數字信號1，有電流流過，繼電器線圈有電流，然后常開觸點閉合，提供負載導通的電流和電壓。當內部電路輸出數字信號0，則沒有電流流過，繼電器線圈沒有電流，然后常開觸點斷開，斷開負載的電流或電壓。也就是通過輸出接口電路把內部的數字電路化成一種信號使負載動作或不動作5。15PLC的基本工作原理PLC采用“順序掃描，不斷循環”的工作方式1每次掃描過程,集中對輸入信號進行采樣,集中對輸出信號進行刷新。2輸入刷新過程。當輸入端口關閉時，程序在進行執行階段時，輸入端有新狀態，新狀態不能被讀入,只有程序進行下一次掃描時，新狀態才被讀入。3一個掃描周期分為輸入采樣，程序執行，輸出刷新。4元件映象寄存器的內容是隨著程序的執行變化而變化的。5掃描周期的長短由三條決定。（1）CPU執行指令的速度（2）指令本身占有的時間（3）指令條數6由于采用集中采樣,集中輸出的方式。存在輸入/輸出滯后的現象，即輸入/輸出響應延遲。16控制對象的設計要求如上所述，電鍍的工作流程啟動吊鉤上升上限行程開關閉合右行至1號槽上方XK1行程開關閉合吊鉤下降進入1號槽下限行程開關閉合電鍍延時吊鉤上升，由3號槽內吊鉤上升，然后左行至左限位，吊鉤下降至原位，即原位。按照要求，我們要實現以下工作方式1原位表示設備處于初始狀態，吊鉤在下限位置，行車在左限位置。2連續工作當吊鉤回到原點后，延時一段時間（裝卸零件），自動上升右行，按照工作流程要求不停的循環。3單周期工作設備始于原點，按下啟動按鈕，設備工作一個周期，然后停于原點，要重復第二個工作周期，必須再按一下啟動按鈕6。第2章系統的硬件設計21PLC機型選擇根據自動化電鍍生產線的控制要求，我們采用了德國西門子PLCS7200CPU226型號，此類型PLC無論獨立運行，還是聯接網絡都能完成各種控制任務。它的使用范圍可以覆蓋從替代繼電器的簡單控制到復雜的自動控制。其應用領域包括各種機床、紡織機械、塑料機械、電梯等行業。S7200CPU226通訊功能完善，具有極高的性能價格比是很突出的特點，也是我們采用它的主要原因。PLC為此系統的控制核心，此系統的輸入信號有兩部分，一部分是原點、單周期、連續等面板控制按鈕，另一部分是多種行程開關，這些面板按鈕信號和傳感器信號作為PLC的輸入變量，經過PLC的輸入接口輸入到內部數據寄存器，然后在PLC內部進行邏輯運算或數據處理后，以輸出變量的形式送到輸出接口，從而驅動電機來控制行車的運行和吊鉤的升降7。22I/O分配表及其端子接線圖在本次系統設計中，我們定義的I/O分配表如表21所示。將13個輸入信號和5個輸入信號按各自的功能類型分好，并與PLC的I/O點一一對應，編排地址如下表。數字量擴展模塊的地址分配是從最靠近CPU模塊的數字量模塊開始，在本機數字量地址的基礎上從左到右按字節連續遞增，模擬量擴展模塊的地址是從最靠近CPU模塊的模擬量模塊開始，在本機模擬量地址的基礎上從左到右按字遞增。表21I/O分配表我我們定義的I/O端子接線圖如圖21所示。由圖表可以看出,PLC控制系統的輸入信號有13個，均為開關量。其中單操作按鈕開關2個，行程開關3個，限位開關5個，選擇工作方式開關2個。PLC控制系統的輸出信號有5個，其中2個用于驅動吊鉤電機正反轉接觸器KM1、KM2,2個用于驅動行車電機正反轉接觸器KM3、KM4，1個用于原位指示。序號輸入序號輸出1I00上限位14Q00上升2I01下限位15Q01下降3I02左限位16Q02右行4I03XK1行程開關17Q03左行5I04XK2行程開關18Q04原位6I05XK3行程開關19Q05定時7I06原點開關8I07連續工作開關9I10啟動按鈕10I11停止按鈕12I13單周期按鈕13I14右限位上限下限左限行程開關1行程開關2行程開關3連續啟動停止單周期右限I00I01I02I03I04I05I07I10I11I13I141M2M1L2LAC220VKM1KM2KM3KM4HL1HL2FUS7200CPU22624VQ00Q01Q02Q03Q04Q05圖21I/O端子接線圖23主電路的設計電氣原理圖一般分為主電路和輔助電路兩部分，在本次設計中我們著重分析了主電路圖。在本設計中，根據電鍍生產線的工藝要求，只需用兩臺電機分別控制吊鉤的上升、下降和行車的左行、右行。主電路如圖22，接觸器KM1，KM2控制電動機M1的正、反轉，實現吊鉤的上升和下降，接觸器KM3，KM4控制電動機M2的正、反轉，實現行車的前進和后退。L1L2L3M133M2FU1FU2KM1KM2KM3KM4FR1FR2QS圖22電鍍生產線主電路圖電氣原理圖是根據電氣控制系統的工作原理，采用電器元件展開的形式，利用圖形符號和項目符號表示電路各電器元件中導電部件和接線端子連接關系的電路圖。電氣原理圖并不按電器元件實際布置來繪制，而是根據它在電路中所起的作用畫在不同的部位上。電氣原理圖具有結構簡單、層次分明的特點，適合研究和分析電路工作原理，在設計研發和生產現場等方面得到廣泛應用8。24電鍍行車的工作流程圖我們根據設計要求繪制了整個系統的工作流程圖，以便可以更清楚的認識電鍍行車的生產全過程，整個系統的工作流程圖，如圖23所示。行車動作無非就是上下左右受控移動，按照指定的順序即動作表完成一系列的動作。要求有幾套動作表可以選擇，動作可以靜態修改，也可以在運行時由上位機動態修改。在這里，我們把行車的一個動作定義為“到幾號工位上升，再到幾號工位下降”，或者是“延時幾秒”，每個動作表由若干個動作字組成，放在PLC的數據寄存器里，動作表由PLC程序初始化，也可以在運行時通過串行通訊由上位機讀取和修改，PLC程序在運行時只是不斷地解釋和執行動作表。初始化連續單周期運行否槽1槽2槽3YNYNYN返回開始圖23電鍍行車的工作流程圖第3章系統的軟件設計31軟件的組成及作用311PLC內部資源內部根據軟元件的功能不同，分成了許多區域，如輸入/輸出繼電器區、定時器區、計數器區、特殊繼電器區等。下面分別介紹下。1定時器電氣自動控制的大部分領域都需要用定時器進行時間控制，靈活地使用定時器可以編制出復雜動作的控制程序。它是PLC中重要的編程元件，是累計時間增量的內部器件。定時器的工作過程與繼電接觸器控制系統的時間繼電器基本相同，但它沒有瞬動觸點。使用時要提前輸入時間預設值。當定時器的輸入條件滿足時開始計時，當前值從0開始按一定的時間單位增加；當定時器的當前值達到預設值時，定時器觸點動作。利用定時器的觸點就可以得到控制所需的延時時間。2計數器計數器可用來累計輸入脈沖的個數，經常用于對產品進行計數或者進行特定功能的編程。使用時要提前輸入它的特定植。當輸入觸發條件滿足時，計數器開始累計它的輸入端脈沖電位上升延的次數，當計數器計數達到預定的設定值時，其常開觸點閉合，常閉觸點斷開。3輸入繼電器輸入繼電器一般都有一個PLC的輸入端子與之對應，它用于接受外部的開關信號。當外部的開關信號為閉合時，輸入繼電器的線圈得電，在程序中常開觸點閉合，常閉觸點斷開。4輸出繼電器輸出繼電器一般都有一個PLC上的輸出端子與之對應。當通過程序使得輸出繼電器線圈得電時，PLC上的輸出端開關閉合，它可以作為控制外部負載的開關信號。同時在程序中其常開觸點閉合，常閉觸點斷開。5內部位存儲器內部位存儲器的作用和繼電接觸器控制系統中的中間繼電器相同，它在PLC中沒有輸入/輸出端與之對應，因此它的觸點不能驅動外部負載，這是與輸出繼電器的主要區別。它主要起邏輯控制作用。以上幾個是我們在本次系統設計的過程中可能需要用到的PLC軟元件，另外PLC還有很多其它的軟元件9。312PLC編程語言PLC是通過運行編寫的用戶程序實現控制任務的。PLC中的程序由系統程序和用戶程序兩部分組成，系統程序由PLC生產廠家提供，它支持用戶程序的運行；用戶程序是用戶為完成特定的控制任務而編寫的應用程序。S7200系列PLC的編程語言非常豐富，有梯形圖、語句表、功能塊圖和順序功能圖等，用戶可以選擇一種編程語言，如果需要，也可混合使用幾種語言編程。這些編程語言都是面向用戶的，它使控制程序的開發、輸入、調試和修改工作大大簡化。我們在本次設計中選擇梯形圖編程。以下我們詳細介紹下梯形圖的概念。梯形圖左邊有一條垂直的線稱作左母線，右邊一條虛線稱為右母線。母線之間是觸點的邏輯連接和線圈的輸出。PLC梯形圖具有以下一些特點1PLC的梯形圖是“從上到下”按行繪制的，兩側的豎線類似電氣控制圖的電源線，通常稱做母線（BUSBAR），大部分梯形圖只保留左母線；梯形圖的每一行是“從左到右”繪制，左側總是輸入接點，最右側為輸出元素，觸點代表邏輯“輸入”條件，如開關、按紐、內部條件等；線圈通常代表邏輯“輸出”結果，如指示燈、接觸器、中間繼電器、電磁閥等。對S7200系列的PLC來說，還有一種輸出“盒”（功能框），它代表附加的指令，如定時器、計數器或數學運算等功能指令。2電氣控制電路左右母線為電源線，中間各支路都加有電壓，當支路接通時，有電流流過支路上的觸點與線圈。梯形圖中的假想電流在圖中只能作單方向的流動，即只能從左向右流動。層次改變（接通的順序）也只能先上后下，與程序編寫時的步序號是一致的。3梯形圖中的輸入接點如I10、I01等，輸出線圈Q00、Q01等不是物理接點和線圈，而是輸入、輸出存儲器中輸入、輸出點的狀態，并不是接線時現場開關的實際狀態；輸出線圈只對應輸出映像區的相應位，該位的狀態必須通過I/O模塊上對應的輸出單元才能驅動現場執行機構。4梯形圖中使用的各種PLC內部器件，如輔助繼電器、定時器、計數器等，也不是真的電器元件，但具有相應的功能，因此通常按電氣控制系統中相應器件的名稱稱呼它們。梯形圖中每個繼電器和觸點均為PLC存儲器中的一位，相應位為“1”，表示繼電器線圈通電、常開接點閉合或常閉接點斷開；相應位為“0”，表示繼電器線圈斷電、常開接點斷開或常閉接點閉合10。5梯形圖中的繼電器觸點既可常開，又可常閉，其常開、常閉觸點的數目理論上是無窮多個（受存儲容量限制），也不會磨損，因此，梯形圖設計中，可不考慮觸點數量，這給設計者帶來很大方便。對于外部輸入信號，只要接入一個信號到PLC即可。6電氣控制電路中各支路是同時加上電壓并行工作的，而PLC是采用循環掃描方式工作，梯形圖中各元件是按掃描順序依次執行的，是一種串行處理方式。由于掃描時間很短（一般不過幾十毫秒），所以控制效果同電氣控制電路是基本相同的。但在設計梯形圖時，對這種并行處理與串行處理的差別有時候應予注意，特別是那些在程序執行階段還要隨時對輸入、輸出狀態存儲器進行刷新操作的PLC，不要因為對串行處理這一特點考慮不夠而引起偶然的誤操作。32PLC梯形圖設計電鍍行車自動控制系統梯形圖設計如圖31所示。I11I10M03I13I07M01I13I07MM00I10Q00M02M00I02I10M02M03I00Q02Q01I14Q00Q00T37C48M0200M01M03C48CUCTURPV1M01I00I03I04I05I14Q03Q02Q02I02I13I07Q02Q04Q04I02I01Q00Q01I03I04I05Q01I01T37INTONPT100MST37I00I14I03I02Q02Q03Q0350Q05圖31梯形圖第4章組態王軟件設計41組態軟件計算機技術和網絡技術的飛速發展，為工業自動化開辟了廣闊的發展空間，我們可以方便快捷地組建優質高效的監控系統，并且通過采用遠程監控及診斷、雙機熱備等先進技術，使系統更加安全可靠。組態軟件是指一些數據采集與過程控制的專用軟件，它們是在自動控制系統監控層一級的軟件平臺和開發環境，使用靈活的組態方式，為用戶提供快速構建工業自動控制系統監控功能的、通用層次的軟件工具。組態軟件應該能支持各種工控設備和常見的通信協議，并且通常應提供分布式數據管理和網絡功能。對應于原有的HMI（人機接口軟件，HUMANMACHINEINTERFACE）的概念，組態軟件應該是一個使用戶能快速建立自己的HMI的軟件工具，或開發環境。在組態軟件出現之前，工控領域的用戶通過手工或委托第三方編寫HMI應用，開發時間長，效率低，可靠性差；或者購買專用的工控系統，通常是封閉的系統，選擇余地小，往往不能滿足需求，很難與外界進行數據交互，升級和增加功能都受到嚴重的限制。組態軟件的出現，把用戶從這些困境中解脫出來，可以利用組態軟件的功能，構建一套最適合自己的應用系統。隨著它的快速發展，實時數據庫、實時控制、SCADA、通訊及聯網、開放數據接口、對I/O設備的廣泛支持已經成為它的主要內容，隨著技術的發展，監控組態軟件將會不斷被賦予新的內容。組態軟件對應全稱為HUMANANDMACHINEINTERFACE/MANANDMACHINEINTERFACE/SUPERVISORYCONTROLANDDATAACQUISITION，中文翻譯為人機界面/監視控制和數據采集軟件，一般英文簡稱有三種分別為HMI/MMI/SCADA。目前組態軟件的發展迅猛，已經擴展到企業信息管理系統，管理和控制一體化，遠程診斷和維護以及在互聯網上的一系列的數據整合11。組態軟件的功能和特點可歸納如下概念簡單，易于理解和使用；功能齊全，便于方案設計；實時性與并行處理；建立實時數據庫，便于用戶分步組態，保證體統安全可靠運行；利用豐富的“動畫組態”功能，快速構造各種復雜生動的動態畫面；引入“運行策略”的概念。它具有以下幾個方面的特點1可視化操作界面，真彩顯示圖形、支持漸進色、豐富的圖庫、動畫連接。2無與倫比的動力和靈活性，擁有全面的腳本與圖形動畫功能可以對畫面中的一部分進行保存，以便以后進行分析或打印。3變量導入導出功能，變量可以導出到EXCEL表格中，方便的對變量名稱等屬性進行修改，然后再導入新工程中，實現了變量的二次利用，節省了開發時間。4強大的分布式報警、事件處理，支持實時、歷史數據的分布式保存。強大的腳本語言處理，能夠幫助你實現復雜的邏輯操作和與決策處理。5全新的WEBSERVER架構，全面支持畫面發布、實時數據發布、歷史數據發布以及數據庫數據的發布。6方便的配方處理功能。豐富的設備支持庫，支持常見的PLC設備、智能儀表、智能模塊。提供硬加密及軟授權兩種授權方式12。42組態王軟件設計的步驟1建立新建工程啟動組態王軟件的工程管理器，在菜單中點擊“新建”彈出如圖41對話框如下。圖41工程向導之一單擊“下一步”繼續。彈出如圖42“新建工程向導之二對話框”。圖42工程向導之二在工程路徑文本框中輸入一個有效的工程路徑，或單擊“瀏覽”按鈕，在彈出的路徑對話框中選擇一個有效的路徑。新建工程向導三如圖43所示。圖43工程向導之三2創建組態畫面進入新建的組態王工程，選中工程瀏覽器左側的畫面，在右側雙擊新建按鈕，則彈出如圖44所示對話框。圖44新畫面在“畫面名稱”處輸入新的畫面名稱，點擊“確定”按鈕進入內嵌的組態王畫面開發系統如圖45所示。圖45開發系統3定義I/O設備選擇工程瀏覽器左側大綱項“設備COM1”，在工程瀏覽器右側用鼠標左鍵雙擊“新建”圖標，運行“設備配置向導”如圖46所示。圖46設備配置向導之一選中PLC,由于在本次設計中用的是西門子S7200系列的模塊，所以雙擊“西門子”，選中S7200，彈出如圖47所示對話框。圖47設備配置向導之二為外部設備取一個名稱，輸入PLC，單擊“下一步”，彈出“設備配置向導”如圖48所示。圖48設備配置向導之三為設備選擇連接串口，假設為COM1，單擊“下一步”，彈出“設備配置向導”，如圖49所示。圖49設備配置向導之四填寫設備地址，假設為2，單擊“下一步”，彈出如圖410對話框。圖410通信參數設置通信故障恢復參數一般情況下使用系統默認設置即可，單擊“下一步”，彈出“設備安裝向導”如圖411所示。圖411信息總結如圖412所示。需要檢測外部輸入量是否與PLC相連時，只用雙擊該設備，在彈出的對話框中選擇測試PLC即可。圖412新設備在定義數據庫變量時，只要把I/O變量連結到這臺設備上，它就可以和組態王交換數據了。4、構造數據庫選擇工程瀏覽器左側大綱項“數據庫數據詞典”，在工程瀏覽器右側用鼠標左鍵雙擊“新建”圖標，彈出“定義變量”對話框如圖413所示。圖413定義變量在變量類型中選取變量類型，一般的變量類型有“內存”和“IO”兩種類型，在這兩種類型中又分“離散、整數、實數、字符串形”。一般的開關量都屬于IO離散型，而需要與內部物件動畫連接的則可以定義為內存形。5動畫連接在新畫面中雙擊需要連接的物件，彈出如圖414所示對話框。圖414動畫連接在對話框中有各種連接，根據設計需要選擇，分別選擇“水平移動”和“垂直移動”兩種連接方式，彈出對話框如圖415對話框所示。圖415水平移動連接在表達式框中填入表達式，在下面的移動距離中填寫相應的數據，按確定即可。按照上面的步驟，根據設計需求，分別對畫面中的物件進行動畫連接，從而實現了外部輸入量與內部事物的數據連接。自此，動畫連接告一段落。6填寫命令語言如圖416所示。根據整個過程運行要求，以及所設定的變量，現編程序如下所示IF本站點上升指示燈1本站點動作本站點動作10IF本站點下降指示燈1本站點動作本站點動作10IF本站點右行指示燈1本站點動作2本站點動作210IF本站點左行指示燈1本站點動作2本站點動作210圖416填寫命令語言如想讓動畫動起來，還需要假如命令語言來控制它運作。在空白處填入所需命令語句，點擊“確認”即可。7運行和調試完成上面所述的步驟后，組態王工程已經初步建立起來，進入到運行和調試階段。在組態王開發系統中選擇“文件切換到VIEW”菜單命令，進入組態王運行系統。在運行系統中選擇“畫面打開”命令，從“打開畫面”窗口選擇要打開的畫面。顯示出組態王運生產線處于原點狀態的畫面。8編輯好的畫面如圖417所示，上面的各種圖形界面所代表中的實物都一一標出13。圖417初始狀態第5章軟硬件調試實現本次所做的設計課題主要采用S7200系列機型進行程序設計，利用組態王軟件對電鍍行車控制進行畫面組態，很好的完成了老師要求的設計任務，課題設計控制要求。在設計的最后階段把軟件和硬件結合起來，成功實現了電鍍行車自動控制系統的監控功能。我們編輯好畫面圖，根據各個部件之間的相互聯系和控制關系，按照上一章所述的操作步驟進行設備連接，最后終于在運行環境里實現了系統在監控狀態下的自動運行。按動“連續運行”按鈕，再按“啟動按鈕”，系統向上運行，上升指示燈亮如圖51所示。圖51上升運行當行車碰到上限開關時，系統向右運行，右行指示燈亮如圖52所示。圖52向右運行當行車向右運行時碰到行程開關XK1、XK2、XK3三個行程開關中的任意一個時，系統下行，下降指示燈亮如圖53所示。圖53下行運行當行車右行到右限位時，碰到右限開關時，系統向左運行，左行指示燈亮如圖54所示。圖54左行運行自此，連續運行的運行過程到此運行完畢。切換其他模式時，按下單周期按鈕再按啟動按鈕即可，運行過程大致都如上所述運行過程。結論電鍍是一門具有悠久歷史的表面處理技術，近幾年來，隨著新的工藝技術方法，尤其是一些新的鍍層材料和復合電鍍技術的出現，極大擴展了這一項表面處理技術的應用。并使其成為現代表面工程技術的重要組成部分。那么，通過我們這次對電鍍行車控制系統的設計不僅讓我們更多的了解到了電鍍這個工藝的發展前景，而且讓我們重新認識了用PLC來設計控制系統的使用價值，整個設計對我們即將走入社會的畢業生來講是一次很大的鍛煉，是我們對專業知識有了進一步的提高。在該組成員的極力配合下，該電鍍行車控制系統的設計基本完成，在設計當中我們充分考慮到了操作的方便性，元件的實惠性和工藝的簡單性。在設計當中我們的基本參考資料是基于教科書，再通過各種途徑獲取更詳細的資料設計該控制系統的。PLC的編程是我們整個設計最主要的一部分，我們的編程是采用梯形圖編程語言，所有的編寫步驟和編寫要點是嚴格按照課本要求和教科老師的指導來編寫的，所以整個編寫的過程是相當嚴謹的。而且我們編寫程序之前對電鍍生產線的工作流程做了詳細的分析，每個步驟考慮都很嚴密，所以總的來說，這個系統的設計師比較好的。但是在編寫的過程中我還是遇到了很多問題，這樣的系統如果能夠實際驗證的話會很到程度上提高我的動手能力。而且在編寫過程中有一些小的細節我也沒有考慮到，如果說能夠有足夠的條件來調試的話能夠大大提高我們系統的正確性。當然在以后的類似設計當中我將會盡量的達到這些要求。謝辭在同學齊心協力的努力幫助下，在導師的細心指導下，我們這個電鍍行車控制系統的設計完成較好，在此我對我所有的代課老師，學校的各位領導，特別是對我的指導老師莊淑君教授表示衷心的感謝。在設計的過程中我們遇到了很多困難，有很多問題通過我們的教科書是解決不了的，但是我一方面可以通過導師的指點，找出問題的所在，所以我們能夠成功完成設計有很大一部分通過導師的指導；另一方面我們可以通過學校的借書條件，從學校的圖書館獲得我們想要的資料，因此我們也要感謝學校能給我們提供這樣自我解決問題的平臺；同時，我們能夠運用我們的專業知識，在設計當中我們能夠充分運用我們的專業知識，這都是我們在這三年里所有專業老師的細心教導。總之，在這次成功設計的過程中，學校也給了我一個與老師，與同學合作，實踐操作完成的機會，我將在以后的學習和工作過程中充分運用所學知識，也會盡我所能學的更多知識，不辜負各位老師的期望。在此，我祝各位老師工作順利，生活美滿參考文獻1洪星可編程控制器應用技術北京化學工業出版社，2004122周美蘭等PLC電氣控制與組態設計北京科學出版社，20003李道林主編電氣控制與PLC原理及應用北京電子出版社，20064李長久PLC原理及應用北京機械工業出版社，200685汪志鋒可編程控制器原理和應用西安西安電子科技大學出版社，20046汪曉平PLC可編程控制器系統開發實例導航北京人民郵電出版社，20047海維SIMATIC可編程控制器及應用M機械工業出版社,200518常初可編程控制應用技術M重慶大學出版社,200239立明電鍍工藝與設備化學M北京工業出版社,2005610孫平可編程控制器原理及應用M高等教育出版社,2004811廖常初主編PLC編程及飲用北京機械工業出版社，200512西門子公司S7200可編程控制器系統手冊，200213常曉玲電氣控制系統與可編程控制器北京機械工業出版社，200714黃北剛工廠電氣控制電路實例詳解北京化學工業出版社，2007315田瑞庭可編程控制器應用技術北京機械工業出版社，1994附錄外文資料翻譯PLCQUESTIONPLCWHICHSHOULDPAYATTENTIONINTHEAPPLICATIONISSPECIALLYTHECONTROLDEVICEWHICHSERVESFORTHEINDUSTRIALPRODUCTION,USUALLYDOESNOTNEEDTOTAKEANYMEASURE,MAYUSEDIRECTLYINTHEINDUSTRYENVIRONMENTBUT,WHENTHEPRODUCTIONENVIRONMENTISTOOBAD,THEELECTROMAGNETICINTERFERENCEISSPECIALINTENSE,ORINSTALLSUSESIMPROPER,CANNOTGUARANTEEPLCTHENORMALOPERATION,THEREFORESHOULDPAYATTENTIONTOTHEFOLLOWINGQUESTIONINTHEUSEFIRST,SIEMENSPLCMAINTENANCE1MAINTENANCEPROCEDURES,EQUIPMENT,PERIODICTESTING,ADJUSTMENTPROVISIONS1HALFYEARLYORQUARTERLYINSPECTIONPLCCABINETTERMINALCONNECTIONS,ANDIFTIMETORELOOSESTRONGLOCALCONNECTION2OFTHECABINETTOTHEHOSTPOWERSUPPLYVOLTAGEOFTHEMONTHLYRESURVEYWORKSECOND,THEPROVISIONSOFCLEANINGEQUIPMENTONAREGULARBASIS1EVERYSIXMONTHSORAQUARTEROFTHEPLCTOCLEAN,CUTOFFPOWERTOTHEPLCPOWERSUPPLYTOTHEPOWERRACK,CPUBOARDANDINPUT/OUTPUTBOARDINTURNBEREMOVEDTOPURGE,CLEANANDTHENINTURNINSTALLEDINSITU,WILLALLLINKTORESUMEEVACUATIONCALLANDSTARTTHEHOSTPLCPLCBOXCAREFULLYSWEEPINGHEALTH2EVERYTHREEMONTHSTOREPLACETHEPOWERRACKBELOWTHEFILTERTHREEMAINTENANCEPREPARATION,MAINTENANCEOFORDERREADYBEFOREMAINTENANCETOOLSTOPROTECTTHECOMPONENTSANDTHETEMPLATEDOESNOTFUNCTIONNOFAULTDAMAGE,MUSTBEPROTECTIONDEVICESANDSERIOUSPREPARATIONSFORANTISTATIC3MAINTENANCESCHEDULINGANDOPERATORCONTACTBEFOREANDWELL,BELINKEDTOOVERHAULLICENSINGOFFICEHUNGMAINTENANCECARD2EQUIPMENTANDMETHODOFDISASSEMBLYSEQUENCE1DOWNTIME,MUSTBETWOORMOREMONITORINGOPERATION2THEWAYTHECPUONTHEFRONTPANELSELECTSWITCHFROMTHE“RUN“TO“STOP“POSITION3CLOSETHEPLCPOWERSUPPLYMAINS,ANDTHENCLOSETHEOTHERTOTHEPOWERSUPPLYMODULEOSAKA4CONNECTEDTOTHEPOWERSUPPLYRACKPOWERCORDCLEARLINENUMBERINMINDANDREMOVETHELINKLOCATION,THENREMOVETHEPOWERRACKANDRACKSCREWSCONNECTED,POWERRACKCANBEREMOVED5CPUMOTHERBOARDANDI/0BOARDINTHEBOTTOMOFTHESCREWROTATIONAFTERTEMPLATEREMOVED6INSTALLEDINREVERSEORDER143MAINTENANCEPROCESSANDTECHNICALREQUIREMENTS1MEASUREVOLTAGE,USEADIGITALVOLTMETERORACCURACYOF1OFTHEMILLIMETER,MEASURE2THEPOWERRACK,CPUBOARDCANONLYBEREMOVEDWHENTHEMAINPOWERCUTOFF3RAMMODULETOREMOVEORINSERTTHECPUFROMTHECPUPRIORTODISCONNECTTHEPACSPOWERSUPPLY,SOASTOENSURETHEDATAISNOTCONFUSED4BEFOREREMOVINGRAMMODULES,CHECKTHEBATTERYMODULEISWORKINGCORRECTLY,IFTHEBATTERYFAULTLIGHTISREMOVEDWHENTHEPAMMODULECONTENTWILLBELOST5INPUT/OUTPUTBOARDSHOULDBEREMOVEDBEFORETHEFIRSTTURNOFFTHEMAINS,BUTIFTHEPRODUCTIONOFNECESSARYI/0BOARDSCANBEREMOVEDATRUNTIMEPROGRAMMABLECONTROLLERS,BUTTHECPUBOARDQVZOVERTIMELIGHTS6PLUGGABLETEMPLATE,TOBEMORECAREFUL,GENTLY,ANDTHEGOODSSHIPPEDOUTOFSTATICELECTRICITY7THEREPLACEMENTOFCOMPONENTSNOTLIVEACTION8MAINTENANCEMUSTBEPLACEDAFTERTHETEMPLATEINSTALLEDINPLACESECOND,INSTALLMENTANDWIRING1THEPOWERLINE,THEPILOTWIREASWELLASTHEPLCPOWERLINEANDTHEI/OLINESHOULDDISTINGUISHTHEWIRING,BETWEENTHEINSULATINGTRANSFORMERANDPLCANDI/OSHOULDUSETHEDOUBLERUBBERIZEDWIRECONNECTION2PLCSHOULDBEFARAWAYFROMTHESTRONGJAMMINGSOURCELIKEELECTRICWELDINGMACHINE,THEHIGHEFFICIENCYSILICONRECTIFIERUNITANDTHELARGESCALEPOWEREQUIPMENT,CANNOTINSTALLWITHTHEHIG