毕业设计电镀生产线控制的设计.doc

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1、毕业设计说明书题 目 电镀生产线控制的设计 专 业 机电一体化技术 班 级 姓 名 学 号 指导教师 二一年 毕业设计（论文）任务书 设计题目：电镀生产线控制的设计设计条件： 要求设计一电镀生产线控制，电镀生产线上采用专用的行车和可升降的吊钩，生产线有三个槽位（镀槽，回收液槽，清水槽），电镀时将工件依次放入槽中、电镀、行车返回，电镀一个工件结束。1）电镀生产线上采用专用的行车和可升降的吊钩，行车和吊钩各由一台电机拖动。行车的进退和吊钩的升降均有相应的限位开关SQ定位。2） 工件在三个槽位均需停留一段时间。工件放入镀槽中，电镀280s后提起，停放28s，让镀液从工件上流回镀槽，然后放入回收液槽浸

2、30s，提取后停15s，接着放入清水槽中清洗30s。最后提起停15s后，行车返回原位，电镀一个工件的全过程结束。（原位是指行车在挂件架上方，吊钩下降到最下方，在原位，操作人员把将要电镀的工件放在挂具上，即可开始电镀工作）3） 整个电镀生产线完成一个工作循环，再按下启动按钮，则开始第二个工作循环。设计任务：要求掌握要求掌握一般检测控制系统的设计方法；掌握PLC的结构和功能，学会PLC的硬件设计，并能通过梯形图进行软件编程，实现所要求的功能。具体设计内容包括：1）课题的来源和意义，系统设计方案的确定及说明。2）系统硬件电路设计、绘制及硬件电路功能说明。3）系统软件功能实现及程序流程图。起止日期：2

3、010年10月11日2011年1月15日（共8周）指导教师：孙永芳 审核（教研室主任）： 批准（系主任）：设计评语：指导教师签字： 年 月 日答 辩：考核组长：总 成 绩：摘 要工业电镀生产线工位多、生产复杂，人工操作随机性大，影响产品质量。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。基于PLC的电镀生产线监控系统，不但可以使电镀产品的质量和品质得到严格的保证，减少废品率，而且还可以实现远程的监控还可以提高生产效率和减轻工人的劳动强度和更好的保证工人的人身安全，有非常好的经济效

4、益和社会效益。文中对系统中自动电镀过程进行了具体实现。以S7-200作为主控制器，行程开关检测。并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，最后进行了软件实现，达到了系统要求的功能。关键词：电镀生产线 PLC S7-200 目 录第一章 绪 论11.1 PLC在工业产品中的应用11.2MCGS在工业控制中的应用2第二章 电镀生产线的功能要求3第三章 电镀生产线的总体设计方案43.1 电镀行车设计思路43.2电镀行车的工作过程53.3 电镀行车控制系统的设计6第四章 硬件电路84.1 SIEMENS S7-200 PLC简介84.2 电镀行车PLC选型和I/o地址分配11第

5、五章 软件设计145.1 电镀行车控制流程图145.2行车控制程序16第六章 组态实现电镀过程256.1 MCGS组态软件的系统构成256.2MCGS 组态软件组成部分256.3 组态实现26第七章 结 论30致 谢31参考文献32第一章 绪 论1.1 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）颁布的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

6、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拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的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。”21世纪，PLC会有更大的发展。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；

7、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、监测及控制的自动化。 S7-200系列的强大功能使其无论在独立运行中，或相连成网络皆能实现复杂控制功能。 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。”1.2 MCGS在工业控制中的应用MCGS 是一套用于快速构造和生成计算机监控系统的组态软件，它能够在基于Microsoft 的

8、各种32位Windows 平台上运行，MCGS 软件系统包括组态环境和运行环境两个部分，组态环境相当于一套完整的工具软件，用户可以利用它设计和开发自己的应用系统。课题背景及设计思想工业电镀生产线工位多、生产复杂，同时在电镀中氧化、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。早期的电镀工艺控制主要是使用顺序控制器，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。基于PLC的电镀生产线监控系统，不但可以使电镀产品的质量和品质得到严格的保证，减少废品率，而且还可以实现远程的监控还可以提高生产效率和减轻工人的劳动强度和

9、更好的保证工人的人身安全，有非常好的经济效益和社会效益。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，从而很好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。下文以西门子S7-200PLC对电镀生产过程的管理作为研究对象来进行讨论。第二章 电镀生产线的功能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，行车和吊钩各有一台电动机拖动，行车进退和吊钩升降由限位开关控制，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。1）电镀生产线上采用专用的行

10、车和可升降的吊钩，行车和吊钩各由一台电机拖动。行车的进退和吊钩的升降均有相应的限位开关SQ定位。2）工件在三个槽位均需停留一段时间。工件放入镀槽中，电镀280s后提起，停放28s，让镀液从工件上流回镀槽，然后放入回收液槽浸30s，提取后停15s，接着放入清水槽中清洗30s。最后提起停15s后，行车返回原位，电镀一个工件的全过程结束。（原位是指行车在挂件架上方，吊钩下降到最下方，在原位，操作人员把将要电镀的工件放在挂具上，即可开始电镀工作）3）整个电镀生产线完成一个工作循环，再按下启动按钮，则开始第二个工作循环。第三章 电镀生产线的总体设计方案3.1 电镀行车设计思路PLC软件系统由系统程序和用

11、户程序两部分组成。系统程序包括监控程序、编译程序、诊断程序等，主要用于管理全机、将程序语言翻译成机器语言，诊断机器故障。系统软件由PLC厂家提供并已固化在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的在线监视。总体设计方案分为硬件设计与软件设计两大部分，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升降电动机、前后

12、电动机动作，来实现电镀行车的全自动运行。电镀行车采用远距离控制，起吊物品是有待进行电镀的各种产品零件。根据电镀加工工艺的要求，电镀行车的结构与动作流程如图31所示，图中电镀槽、回收液槽、清洗槽槽中装有各种电镀液。实际生产中电镀槽的数量由电镀工艺要求决定，本设计中以3个电镀槽进行介绍，在该系统中，每个槽位的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S7-200 PLC的内存中。图31 动作模拟图3.2 电镀行车的工作过程电镀行车的工作过程如图31所示1在电镀生产线一侧，工人将待加工的零件装入吊篮，发出控制信号后，行车自动上升，并逐段前进，

13、根据工艺要求在相应槽位停止。2行车停留在某个槽位上面后，自动下降，停留一规定的时间（各槽位停留的时间根据工艺要求预先设定），再自动上升并在槽位上方停留一段时间保证电镀溶液完全流回电镀槽。3如此完成电镀工艺规定的各道工艺，直至生产线的末端。然后，自动返回原位，由工人卸下处理好的零件。电镀行车加工过程的控制是顺序控制。由吊篮上升、前进、下降、延时停留、上升、延时停留、退回等工序组成。这样一次循环加工完成。将上面的顺序功能图转化成PLC程序，在S7-200编程软件上编译后就可以下载到PLC上运行。3.3 电镀行车控制系统的设计图32电镀行车的前后和升降运动由三相交流异步电动机拖动。根据电镀行车的运动

14、要求，选用两台Y系列电动机进行拖动电动机数据（型号Y802-4，PN=0.75KW，IN=2A，n=1390r/min，UN=380V）拖动控制系统如图3-2，其中，行车的前进和后退，上升和下降控制通过电动机的正反转来实现，在平移过程中，升降电机采用电磁抱闸制动（失电制动型），以防止吊篮因自重下滑。图中，接触器KM1、KM2通过控制“升/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，实现行车的前进和后退。QS为总开关，FU为熔断器保护整个电路，FR1、FR2为热继电器，起保护作用。 第四章 硬件电路4.1 SIEMENS S7-200 PLC简介PL

15、C的构成，PLC分为固定式和组合式（模块式）两种。固定式PLC包括CPU板、I/O板、显示面板、内存块、电源等，这些元素组合成一个不可拆卸的整体。模块式PLC包括CPU模块、I/O模块、内存、电源模块、底板或机架，这些模块可以按照一定规则组合配置。CPU是PLC的核心，起神经中枢的作用，每套PLC至少有一个CPU，它按PLC的系统程序赋予的功能接收并存贮用户程序和数据，用扫描的方式采集由现场输入装置送来的状态或数据，并存入规定的寄存器中，同时，诊断电源和PLC内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误等。进入运行后，从用户程序存贮器中逐条读取指令，经分析后再按指令规定的任务产生相应的控制信号，去

16、指挥有关的控制电路。CPU主要由运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系的数据、控制及状态总线构成，CPU单元还包括外围芯片、总线接口及有关电路。内存主要用于存储程序及数据，是PLC不可缺少的组成单元。CPU速度和内存容量是PLC的重要参数，它们决定着PLC的工作速度，IO数量及软件容量等，因此限制着控制规模。PLC与电气回路的接口，是通过输入输出部分（I/O）完成的。I/O模块集成了PLC的I/O电路，其输入暂存器反映输入信号状态，输出点反映输出锁存器状态。输入模块将电信号变换成数字信号进入PLC系统，输出模块相反。I/O分为开关量输入（DI），开关量输出（DO），模拟量输入（AI），模拟量

17、输出（AO）等模块。PLC电源用于为PLC各模块的集成电路提供工作电源。同时，有的还为输入电路提供24V的工作电源。电源输入类型有：交流电源（220V AC或110V AC），直流电源（常用的为24V DC）。大多数模块式PLC使用底板或机架，其作用是：电气上，实现各模块间的联系，使CPU能访问底板上的所有模块，机械上，实现各模块间的连接，使各模块构成一个整体。编程器是PLC开发应用、监测运行、检查维护不可缺少的器件，用于编程、对系统作一些设定、监控PLC及PLC所控制的系统的工作状况，但它不直接参与现场控制运行。小编程器PLC一般有手持型编程器，目前一般由计算机（运行编程软件）充当编程器。也

18、就是我们系统的上位机。S7-200由德国西门子公司生产制造，S7-200系列微型可编程序控制器发展至今，大致经历了两代第一代产品其CPU模块命名为CPU 21X主机可以扩展，它具有四种不同结构配置的CPU单元：CPU 212，CPU 214，CPU 215和CPU 216。第二代产品其CPU模块为CPU 22X，是在21世纪初投放市场的，速度快，具有较强的通信能力。它具有四种不同结构配置的CPU单元：CPU 221，CPU 222，CPU 224和CPU 226，除CPU 221之外，其他都可加扩展模块。S7-200系统硬件由CPU模块和扩展模块两大部分构成。表4.1 CPU模块型号CPU类型

19、电源电压输入电压输出电压输出电流CPU221DC输出DC输入24VDC24VDC24VDC0.75A,晶体管继电器输出DC输入85-264 VDC24VDC24VDC24-230 VDC2A,继电器CPU222CPU224CPU226DC输出24VDC24VDC24VDC0.75A,晶体管继电器输出85-264 VDC24VDC24VDC24-230 VDC2A,继电器本系统中使用S7-200系列CPU 222，该模块主要性能：表4.2 CPU222模块的主要性能参数性能指标参数用户程序区4K字节数据存储区2K字节CPU内置I/O点数8/6扩展I/O点数16/16扫描时间/1条指令0.37us

20、最大I/O点数256位存储区256计数器256计时器256时钟功能可选数字量输入滤波标准模拟量输入滤波标准高速计数器4个30KHZ脉冲输入2个20KHZ通讯口1RS4854.2 电镀行车PLC选型和I/o地址分配根据电镀行车的控制要求，选用S7-200系列PLC CPU222模块，其中基本l/o点数为8/6，在电镀行车PLC控制系统中，PLC的I/o点数随电镀槽的数目不同而不同，3个电镀槽的控制系统共需要PLC有7点输入，4点的输出。在本例中，需要7输入点，4输出点，PLC的I/O地址分配情况如表4.2所示，PLC的I/O接线如图4-1所示。.图4-1 PLC外部接线图表4.2 I/O分配输入

21、原件代号输入地址功能定义SQ1I0.0原位行程开关SQ2I0.1电镀槽行程开关SQ3I0.2回收槽位行程开关SQ4I0.3清洗槽位行程开关SQ5I0.4最高位行程开关SQ6I0.5工作位行程开关KM1Q0.0升、降控制交流接触器KM2Q0.1KM3Q0.2前后控制交流接触器KM4Q0.3SB1I0.6启动按钮SB2停止按钮第五章 软件设计5.1 电镀行车控制流程图软件是建立在硬件的基础上，确定程序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来实现控制要求。图32是本系统的PLC流程图，流程图中采用内部辅助继电器来完成各个功能，通过对流程图的翻译生成PLC程序。图32 流程图

22、5.2 行车控制程序根据图32流程图，我们将它翻译成PLC程序，如下图以上程序采用S7-200PLC编写，按照顺序功能图翻译程序，采用起保停的方法进行转换，从而实现电镀行车电镀、回收、清洗。程序中使用到了，置位和复位指令，使程序更加可读，以及这一过程中的环节的准确定时，使的生产线更加智能化。第六章 组态实现电镀过程6.1 MCGS组态软件的系统构成MCGS软件系统包括组态环境和运行环境两个部分。组态环境相当于一套完整的工具软件，帮助用户设计和构造自己的应用系统。运行环境则按照组态环境中构造的MCGS组态工程，以用户指定的方式运行，并进行各种处理，完成用户组态设计的目标和功能。MCGS 组态软件

23、（以下简称 MCGS）由“MCGS 组态环境”和“MCGS 运行环境” 两个系统组成。两部分互相独立，又紧密相关。6.2 MCGS 组态软件组成部分MCGS组态软件所建立的工程由主控窗口、设备窗口、用户窗口、实时数据库和运行策略五部分构成，每一部分分别进行组态操作，完成不同的工作，具有不同的特性。6.3 组态实现图6-1 用户窗口上图中紫色椭圆形代表电镀行车，黑色线条代表行车轨道，还具有三个按钮用来控制运行过程。图6-2 实时数据库脚本程序：if start=1 then 原位上升=原位上升+10 原位上升1=1endifif 原位上升290 then 原位上升1=0 原位上升=290 行车前

24、往渡槽1=1endifif 行车前往渡槽1=1 then 行车前往渡槽=行车前往渡槽+10endifif 行车前往渡槽340 then 行车前往渡槽=340 原位上升1=0 行车前往渡槽1=0 吊钩下降到渡槽1=1endif if 吊钩下降到渡槽1=1 then 吊钩下降到渡槽=吊钩下降到渡槽-10endifif 吊钩下降到渡槽10 then num=0 o=1endifif o=1 then 吊钩离开渡槽=吊钩离开渡槽+10endifif 吊钩离开渡槽290 then 吊钩离开渡槽=290 n=1 液滴=1 endif第七章 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，

25、功能特性的应用。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，特别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。实践证明，本设计所采用的PLC对电镀生产进行控制的方案是完全可行的，并且通过修改程序，可以随时改变电镀行车的工作时间和工作状态。该项工作为后续同一条生产线上的电镀行车组成局域网进行统一调度管理的研究提供了基础。随着工业与计算机技术的飞速发展，电镀

26、行车的设计定会更加智能化，电镀行车的管理也会更加无人化。致 谢由于设计者知识水平有限，使得设计过程中出现了不少问题，后经查阅资料与指导老师的指正才得以将问题一一解答。当然由于设计时间仓促，论文中错误与不妥之处也在所难免，恳请各位老师予以指导与谅解。这次毕业设计中首先要特别感谢的是我们的指导老师*老师，没有*老师的不辞辛苦与耐心帮助，将很难完成这次设计。其次要感谢的是我的三个合作伙伴，在为期八周的设计过程中正是因为有了他们的密切合作与相互鼓励才得以将设计任务如期完成。再次向*老师以及我的合作伙伴表示衷心的感谢！祝：各答辩老师工作顺利！参考文献1 王阿根。电器可编程控制原理与应用。M.北京：清华大学出版社，2007.10.2 SIMATIC。s7200可编程序控制器系统手册。M.德国：西门子公司.3 MCGS参考手册、MCGS用户指南、MCGS嵌人版说明书，北京昆仑通态自动化软件科技有限公司.