I 學(xué) 科 門 類 ： 單位代碼 ： 畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 基于西門子 7動化電鍍生產(chǎn)線控制系統(tǒng)設(shè)計 學(xué)生姓名 所學(xué)專業(yè) 班 級 學(xué) 號 指導(dǎo)教師 二 *年 要 文章探討了如何利用德國西門子 7在本次設(shè)計中，我們從自動控制技術(shù)器件在國內(nèi)的應(yīng)用前景及電鍍生產(chǎn)線生產(chǎn)現(xiàn)場的環(huán)境來考慮，以使該生產(chǎn)線真正具備自動生產(chǎn)運(yùn)行為目的，制定了采用在當(dāng)前及以后都應(yīng)用廣泛且能適應(yīng)多種環(huán)境的可編程控制器來控制整個整個工作流程的方案。 重點分析了系統(tǒng)軟硬件設(shè)計部分，并給出了系統(tǒng)硬件接線圖、 ，實現(xiàn)了電鍍生產(chǎn)自動化，提高了生產(chǎn)效率，降低了勞動強(qiáng)度。 為適應(yīng)現(xiàn)代傳統(tǒng)的工業(yè)控制系統(tǒng)，我們還采用了 基于組態(tài)王軟件的系統(tǒng)作為上位機(jī)，配合下位機(jī) 成了該系統(tǒng)的實時監(jiān)控系統(tǒng)功能，更好的使該自動生產(chǎn)系統(tǒng)融入到現(xiàn)代工業(yè)控制領(lǐng)域中 關(guān)鍵詞 ： 鍍 , 組態(tài)王 ow on 7in we in to to as in of to , to we on on LC to to 錄 前言 . 1 第 1 章 緒論 . 2 發(fā)展和歷史趨勢 . 2 分類 . 3 I/O 點數(shù)分類 . 3 功能分類 . 3 統(tǒng)組成及各部分的功能 . 4 基本工作原理 . 5 鍍生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)概述與選題背景意義 . 5 于 鍍生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)的概述 . 5 題的選題背景及意義 . 6 制對象的設(shè)計要求詳述 . 7 第 2 章 系統(tǒng)的硬件設(shè)計 . 9 型選擇 . 9 ： 應(yīng)用中應(yīng)注意的問題 . 44 1 前言 我們設(shè)計的工作過程是這樣的：在電鍍生產(chǎn)線左側(cè)，工人將零件裝入行車的吊籃并發(fā)出自動啟動信號，行車提升吊籃并自動前進(jìn)。按工藝要求在需要停留的槽位停止，并自動下降。在停留一段時間后自動上升，如此完成工藝規(guī)定的每一道工序直至生產(chǎn)線末端，行車便自動返回原始位置，并由工人裝卸零件。 電鍍生產(chǎn)線按照其工藝要求和規(guī)模一般設(shè)計有兩臺行車、三臺行車和四臺行車工作，每臺行車都根據(jù)已編制好的各自的程序運(yùn)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(fā)展至今其控制方式已采 用可編程控制器 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(chǎn)品的質(zhì)量除了要有好的成熟的電鍍工藝和品質(zhì)好的鍍液添加劑外，如何保證電鍍產(chǎn)品嚴(yán)格按照電鍍工藝流程運(yùn)行和保證產(chǎn)品的電鍍時間則是決定電鍍產(chǎn)品質(zhì)量和品質(zhì)的重要因素。在電鍍生產(chǎn)線上采用自動化控制不但可以使電鍍產(chǎn)品的質(zhì)量和品質(zhì)得到嚴(yán)格的保證，有效的減少廢品率，而且還可以提高生產(chǎn)效率和減輕工人的勞動強(qiáng)度，有著非常好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，電鍍生產(chǎn)線上對行車的自動控制則是電鍍生產(chǎn)線自動化控制的關(guān)鍵。 用 以變頻器對電鍍自 動生產(chǎn)線行車進(jìn)行自動控制，具有結(jié)構(gòu)簡單、編程方便、操作靈活、使用安全、工作穩(wěn)定、性能可靠和抗干擾能力強(qiáng)的特點，是一種很有效的自動控制方式，是電鍍生產(chǎn)實現(xiàn)高效、低成本、高質(zhì)量自動化生產(chǎn)的發(fā)展的主流方向。 為此，我選定了該題目，簡單的實現(xiàn)了電鍍生產(chǎn)線的自動工作流程，并進(jìn)行了簡單的軟件設(shè)計，從畫面上達(dá)到了該系統(tǒng)的監(jiān)控目的。 2 第 1 章 緒論 發(fā)展和歷史趨勢 二十世紀(jì)六十年代美國推出可編程邏輯控制器（ 代傳統(tǒng)繼電器控制裝置以來， 到了快速發(fā)展，在世界各地得到了廣泛應(yīng)用。同時， 功能也不斷完善。隨著計算機(jī)技術(shù)、信號處理技術(shù)、控制技術(shù)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展和用戶需求的不斷提高， 開關(guān)量處理的基礎(chǔ)上增加了模擬量處理和運(yùn)動控制等功能。今天的 再局限于邏輯控制，在運(yùn)動控制、過程控制等領(lǐng)域也發(fā)揮著十分重要的作用。 作為離散控的制的首選產(chǎn)品， 二十世紀(jì)八十年代至九十年代得到了迅速發(fā)展，世界范圍內(nèi)的 增長率保持為 20% 30%。隨著工廠自動化程度的不斷提高和 場容量基數(shù)的不斷擴(kuò)大，近年來 工業(yè)發(fā)達(dá)國家 的增長速度放緩。但是，在中國等發(fā)展中國家 增長十分迅速。綜合相關(guān)資料， 2004 年全球 銷售收入為 100 億美元左右，在自動化領(lǐng)域占據(jù)著十分重要的位置。 由摸仿原繼電器控制原理發(fā)展起來的，二十世紀(jì)七十年代的 先應(yīng)用的是汽車制造行業(yè)。它以存儲執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時、計數(shù)和運(yùn)算等操作的指令；并通過數(shù)字輸入和輸出操作，來控制各類機(jī)械或生產(chǎn)過程。用戶編制的控制程序表達(dá)了生產(chǎn)過程的工藝要求，并事先存入 用戶程序存儲器中。運(yùn)行時按存儲程序的內(nèi)容逐條執(zhí)行，以完成工藝 流程要求的操作。 有指示程序步存儲地址的程序計數(shù)器，在程序運(yùn)行過程中，每執(zhí)行一步該計數(shù)器自動加1，程序從起始步（步序號為零）起依次執(zhí)行到最終步（通常為 令），然后再返回起始步循環(huán)運(yùn)算。 完成一次循環(huán)操作所需的時間稱為一個掃描周期。不同型號的 環(huán)掃描周期在 1 微秒到幾十微秒之間。梯形圖編程，在解算邏輯方面，表現(xiàn)出快速的優(yōu)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(dāng)成開關(guān)量來處理， 16位（也有 32 位的）為一個模擬量。大型 用另外一個 完成模擬 3 量的運(yùn)算。把計算結(jié)果送給 控制器。 相同 I/O 點數(shù)的系統(tǒng)，用 用 成本要低一些（大約能省40%左右）。 有專用操作站，它用的軟件和硬件都是通用的，所以維護(hù)成本比 低很多。一個 控制器，可以接收幾千個 I/O 點（最多可達(dá) 8000 多個 I/O）。如果被控對象主要是設(shè)備連鎖、回路很少，采用為合適。 于采用通用軟件，在設(shè)計企業(yè)的管理信息系統(tǒng)方面，要容易一些。 近 10 年來，隨著 格的不斷降低和用戶需求的不斷擴(kuò)大，越來越多的中小設(shè)備開始采用 行控制， 我國的應(yīng)用增長十分迅速。隨著中國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展和基礎(chǔ)自動化水平的不斷提高，今后一段時期內(nèi)我國仍將保持高速增長勢頭。 分類 品種類繁多，其規(guī)格和性能也各不相同。對 分類可以根據(jù)結(jié)構(gòu)、功能的差異等進(jìn)行大致分類。 I/O 點數(shù)分類 其 I/O 點數(shù)多少一般可分為以下 4 類。 1、 微型 I/O 點數(shù)小于 64 點的 超小型或微型 2、 小型 I/O 點數(shù)為 256 點以下，用戶程序存儲容量小于 8為小型 3、 中型 I/O 點數(shù)在 512 2048 點之間的為中型 4、 大型 I/O 點數(shù)為 2048 點以上的為大型 具有極強(qiáng)的軟件和硬件功能、自診斷功能、通信聯(lián)網(wǎng)功能，它可以構(gòu)成三級通信網(wǎng)，實現(xiàn)工廠生產(chǎn)管理自動化。 功能分類 根據(jù) 具有的功能不同 可將 為低檔、中檔、高檔 3 類。 1、 高檔 除具有中檔 功能外，還增加了帶符號算術(shù)運(yùn)算、 4 矩陣運(yùn)算、函數(shù)、表格、 編程控制器原理與應(yīng)用顯示、打印和更強(qiáng)的通信聯(lián)網(wǎng)功能，可用于大規(guī)模過程控制或構(gòu)成分布式網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng) ,實現(xiàn)工廠自動化。 2、 中檔 除具有低檔 功能外，還具有較強(qiáng)的模擬量 I/O、算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送和比較、數(shù)制轉(zhuǎn)換、遠(yuǎn)程 I/O、子程序、通信聯(lián)網(wǎng)等功能。有些還可增設(shè)中斷控制、 例、積分、微分控制 )控制等功能，以適用于復(fù)雜控制系統(tǒng)。 3、 低檔 具有邏輯運(yùn)算、定時、計數(shù)、移位以及自診斷、監(jiān)控等基本功能，還可有少量的模擬量 I/O、算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送和比較、通信等功能 統(tǒng)組成及各部分的功能 1、 算和控制中心 它在整個系統(tǒng)中起“心臟”作用。 2、 存儲器 具有記憶功能的半導(dǎo)體電路 ，分為系統(tǒng)程序存儲器和用戶存儲器。 系統(tǒng)程序存儲器用以存放系統(tǒng)程序，包括管理程序，監(jiān)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、 成。廠家使用的，內(nèi)容不可更改，斷電不消失。 用戶存儲器：分為用戶程序存儲區(qū)和工作數(shù)據(jù)存儲區(qū)。由隨機(jī)存取存儲器（ 成。 3、 輸入 /輸出接口 (1) 輸入接口： 輸入接口電路工作過程：當(dāng)開關(guān)合上，二極管發(fā)光，然后三極管在光的照射下導(dǎo)通，向內(nèi)部電路輸入信號。當(dāng)開關(guān)斷開，二極管不發(fā)光，三極管不導(dǎo)通。向內(nèi)部電路輸入信號。也就是通 過輸入接口電路把外部的開關(guān)信號轉(zhuǎn)化成 部所能接受的數(shù)字信號。 (2) 輸出接口 輸出接口工作過程：當(dāng)內(nèi)部電路輸出數(shù)字信號 1，有電流流過，繼電 5 器線圈有電流，然后常開觸點閉合，提供負(fù)載導(dǎo)通的電流和電壓。當(dāng)內(nèi)部電路輸出數(shù)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(fù)載的電流或電壓。也就是通過輸出接口電路把內(nèi)部的數(shù)字電路化成一種信號使負(fù)載動作或不動作。 基本工作原理 用“順序掃描，不斷循環(huán)”的工作方式 1、 每次掃描過程。集中對輸入信號進(jìn) 行采樣。集中對輸出信號進(jìn)行刷新。2、 輸入刷新過程。當(dāng)輸入端口關(guān)閉時，程序在進(jìn)行執(zhí)行階段時，輸入端有新狀態(tài)，新狀態(tài)不能被讀入。只有程序進(jìn)行下一次掃描時，新狀態(tài)才被讀入。 3、 一個掃描周期分為輸入采樣，程序執(zhí)行，輸出刷新。 4、 元件映象寄存器的內(nèi)容是隨著程序的執(zhí)行變化而變化的。 5、 掃描周期的長短由三條決定。（ 1） 行指令的速度（ 2）指令本身占有的時間（ 3）指令條數(shù) 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(xiàn)象，即輸入 /輸出響應(yīng)延遲。 鍍生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)概述與選題背景 意義 于 鍍生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)的概述 電鍍行車生產(chǎn)線自動化的程度在德國、意大利、美國等國家的發(fā)展水平已經(jīng)較高，而在我國尚處在發(fā)展階段。中國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，工業(yè)化進(jìn)程的不斷深化，為自動化行業(yè)的迅猛發(fā)展提供了廣闊的空間。電鍍行業(yè)是我國重要的加工行業(yè)，據(jù)粗略估計，全國現(xiàn)有 15000 家電鍍生產(chǎn)廠，行業(yè)職工總數(shù)超過 50 萬人，現(xiàn)有 5000 多條生產(chǎn)線和 3 億平方米電鍍面積生產(chǎn)能力。電鍍行業(yè)年產(chǎn)值約為 100 億元人民幣。近十年來，鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)發(fā)展迅速電鍍行業(yè)企業(yè)規(guī)模普遍較小，年電鍍能力超過 10000 平方米的企業(yè) 6 不 足 500 家。少數(shù)合資企業(yè)或正規(guī)專業(yè)化企業(yè)擁有國際先進(jìn)水平的設(shè)備和設(shè)施，但是大多數(shù)中小企業(yè)仍在使用許多過時的技術(shù)和設(shè)備，大量的生產(chǎn)線為半機(jī)械化和半自動化控制，一些甚至為手工操作。 工業(yè)電鍍生產(chǎn)線工位多、生產(chǎn)復(fù)雜，同時在電鍍中，其氧化、酸洗、堿洗、電鍍等許多工藝具有嚴(yán)重的化學(xué)污染和腐蝕，對人的身心健康十分不利，而且人工操作隨機(jī)性大，影響產(chǎn)品質(zhì)量。傳統(tǒng)的方法是使用順序控制器，由于其電路復(fù)雜，接口多，受外界干擾大，工作可靠性差，維護(hù)也困難。采用 較完善的診斷和自保護(hù)能力，可以增強(qiáng)系統(tǒng)的抗干擾能力，提高系統(tǒng)的可 靠性。 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(jié)合力良好的金屬層的過程。簡單的理解，是物理和化學(xué)的變化和結(jié)合。 隨著工業(yè)化生產(chǎn)的不斷細(xì)分，新工藝新材料的不斷涌現(xiàn)，在實際產(chǎn)品得到應(yīng)用的設(shè)計效果也日新月異，電鍍是我們在設(shè)計中經(jīng)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(yīng)用在我們的產(chǎn)品上已經(jīng)非常多，而通過這種的處理我們通?？梢缘玫揭恍┙饘偕珴傻男Ч绺吖?、亞光等，搭配不同的效果構(gòu)成產(chǎn)品效果的差異性，通過這樣的 處理為產(chǎn)品的設(shè)計增加一個亮點。電鍍工藝的應(yīng)用我們一般作以下用途： a:防腐蝕 b:防護(hù)裝飾 c:抗磨損 d:電性能（根據(jù)零件工作要求，提供導(dǎo)電或絕緣性能的鍍層） e:工藝要求。 一件電鍍產(chǎn)品的質(zhì)量除了要有好的成熟的電鍍工藝和品質(zhì)好的鍍液添加劑外，如何保證電鍍產(chǎn)品嚴(yán)格按照電鍍工藝流程運(yùn)行和保證產(chǎn)品的電鍍時間則是決定電鍍產(chǎn)品質(zhì)量和品質(zhì)的重要因素。在電鍍生產(chǎn)線上采用自動化控制不但可以使電鍍產(chǎn)品的質(zhì)量和品質(zhì)得到嚴(yán)格的保證，有效的減少廢品率，而且還可以提高生產(chǎn)效率和減輕工人的勞動強(qiáng)度，有著非常好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，電鍍生產(chǎn)線 上對行車的自動控制則是電鍍生產(chǎn)線自動化控制的關(guān)鍵。 7 電鍍生產(chǎn)線按照其工藝要求和規(guī)模一般設(shè)計有兩臺行車、三臺行車和四臺行車工作，每臺行車都根據(jù)已編制好的各自的程序運(yùn)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(fā)展至今其控制方式已采用可編程控制器 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 以變頻器對電鍍自動生產(chǎn)線行車進(jìn)行自動控制，具有結(jié)構(gòu)簡單、編程方便、操作靈活、使用安全、工作穩(wěn)定、性能可靠和抗干擾能力強(qiáng)的特點，是一種很有效的自動控制方式，是電鍍生產(chǎn)實 現(xiàn)高效、低成本、高質(zhì)量自動化生產(chǎn)的發(fā)展方向。 制對象的設(shè)計要求詳述 如摘要中所述，電鍍的工作流程如圖 動 吊鉤上升 上限行程開關(guān)閉合 右行至 1 號槽上方 程開關(guān)閉合 吊鉤下降進(jìn)入 1 號槽 下限行程開關(guān)閉合 電鍍延時 吊鉤上升，由3 號槽內(nèi)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(xiàn)以下 工作方式： 1、 原位：表示設(shè)備處于初始狀態(tài)，吊鉤在下限位置，行車在左限位置。 2、 連續(xù)工作：當(dāng)?shù)蹉^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(huán)。 3、 單周期工作：設(shè)備始于原點，按下啟動按鈕，設(shè)備工作一個周期，然后停于原點，要重復(fù)第二個工作周期，必須再按一下啟動按鈕。 8 槽 3槽 2槽 1原 點上 限下 限左 限X K 1 X K 2 X K 3右 限圖 鍍的工作流程 9 第 2 章 系統(tǒng)的硬件設(shè)計 型選擇 根據(jù)自動化電鍍生產(chǎn)線的控制要求，我們采用了德國西門子 7號，此類型 論獨(dú)立運(yùn)行，還是聯(lián)接網(wǎng)絡(luò)都能完成各種控制任務(wù)。它的使用范圍可以覆蓋從替代繼電器的簡單控制到復(fù)雜的自動控制。其應(yīng)用領(lǐng)域包括 各種機(jī)床、紡織機(jī)械、塑料機(jī)械、電梯等行業(yè)。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。 此系統(tǒng)的控制核心，此系統(tǒng)的輸入信號有兩部分，一部分是原點、單周期、連續(xù)等面板控制按鈕，另一部分是多種行程開關(guān)，這些面板按鈕信號和傳感器信號作為 輸入變量，經(jīng)過 輸入接口輸入到內(nèi)部數(shù)據(jù)寄存器， 然后在 部進(jìn)行邏輯運(yùn)算或數(shù)據(jù)處理后，以輸出變量的形式送到輸出接口，從而驅(qū)動電機(jī)來控制行車的運(yùn)行和吊鉤的升降 ，我們定義的 I/O 分配表如表 2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 I/O 點一一對應(yīng)，編排地址如下表。數(shù)字量擴(kuò)展模塊的地址分配是從最靠近 塊的數(shù)字量模塊開始，在本機(jī)數(shù)字量地址的基礎(chǔ)上從左到右按字節(jié)連續(xù)遞增，本模塊高位實際位數(shù)未滿 8 位的，未用位不能分配給 I/O 鏈的后續(xù)模塊，模擬量擴(kuò)展模塊的地址是從最靠近 塊的模擬量模塊開始，在本機(jī)模擬量地址的基礎(chǔ)上從左到右按字遞增。 我們定義的 I/O 端子接線圖 如圖 2示。由圖表可以看出 ,制系統(tǒng) 的輸入信號有 13 個，均為開關(guān)量。其中單操作按鈕開關(guān) 2 個，行程開關(guān) 3 個，限位開關(guān) 5 個，選擇工作方式開關(guān) 3 個。 制系統(tǒng)的輸出信號有 5 個，其中 2 個用于驅(qū)動吊鉤電機(jī)正反轉(zhuǎn)接觸器 個用于驅(qū)動行車電機(jī)正反轉(zhuǎn)接觸器 1 個用于原位指示。 10 表 + 33M 2F U 1 F U 2K M 1K M 2 K M 3K M 4F R 1F R 2Q 鍍生產(chǎn)線主電路圖 電氣原理圖是根據(jù)電氣控制系統(tǒng)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(dǎo)電部件和接線端子連接關(guān)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(jù)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(jié)構(gòu)簡單、層次分明的特點，適合研究和分析電路工作原理，在設(shè)計研發(fā)和生產(chǎn)現(xiàn)場等方面得到廣泛應(yīng)用。 13 電氣原理圖一般分為主電路和輔助電路兩部分，在本次設(shè)計中我們著重分析了主電路圖。在本設(shè)計中，根據(jù)電鍍生產(chǎn)線的工藝要求，只需用兩臺電機(jī)分別控制吊鉤的上升、下降和行車的左行、右行。主電路如圖 2 圖 2，接觸器 制電動機(jī) 正、反轉(zhuǎn)，實現(xiàn)吊鉤的上升和下降，接觸器 制電動機(jī) 正、反轉(zhuǎn)，實現(xiàn)行車的前進(jìn)和后退 。 鍍生產(chǎn)線的工作流程圖 我們根據(jù)設(shè)計要求繪制了整個系統(tǒng)的工作流程圖，以便可以更清楚的認(rèn)識該生產(chǎn)線的生產(chǎn)全過程，整個系統(tǒng)的工作流程圖，如圖 2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(tài)修改，也可以在運(yùn)行時由上位機(jī)動態(tài)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 數(shù)據(jù)寄存器里，動作表由 序初始化，也可以在運(yùn)行時通過串行通訊由上位機(jī)讀取和修改， 序在運(yùn)行時只是不斷地解釋和執(zhí)行動作表 。 14 開 始初 始 化連 續(xù)單 周 期運(yùn) 行 否槽 1槽 2槽 3圖 鍍生產(chǎn)線工作流程圖 15 第 3 章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計 軟件的組成及作用 部資源 內(nèi)部根據(jù)軟元件的功能不同，分成了許多區(qū)域，如輸入 /輸出繼電器區(qū)、定時器區(qū)、計數(shù)器區(qū)、特殊繼電器區(qū)等。下面分別介紹下。 1、 定時器 ： 電氣自動控制的大 部分領(lǐng)域都需要用定時器進(jìn)行時間控制，靈活地使用定時器可以編制出復(fù)雜動作的控制程序。它是 重要的編程元件，是累計時間增量的內(nèi)部器件。 定時器的工作過程與繼電 它沒有瞬動觸點。使用時要提前輸入時間預(yù)設(shè)值。當(dāng)定時器的輸入條件滿足時開始計時，當(dāng)前值從 0 開始按一定的時間單位增加；當(dāng)定時器的當(dāng)前值達(dá)到預(yù)設(shè)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(shù)器 ： 計數(shù)器可用來累計輸入脈沖的個數(shù)，經(jīng)常用于對產(chǎn)品進(jìn)行計數(shù)或者進(jìn)行特定功能的編程。使用時要提前輸 入它的特定植。當(dāng)輸入觸發(fā)條件滿足時，計數(shù)器開始累計它的輸入端脈沖電位上升延的次數(shù)，當(dāng)計數(shù)器計數(shù)達(dá)到預(yù)定的設(shè)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 輸入端子與之對應(yīng)，它用于接受外部的開關(guān)信號。當(dāng)外部的開關(guān)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 的輸出端子與之對應(yīng)。當(dāng)通過程序使得輸出繼電器線圈得電時， 的輸出端開關(guān)閉合，它可以作為控制外部負(fù)載的開關(guān)信號。同時在程序中其常開觸點閉合， 常閉觸點斷開。 5、 內(nèi)部位存儲器 ： 內(nèi)部位存儲器的作用和繼電 在 沒有輸入 /輸出端與之對應(yīng)，因此它的觸點不能驅(qū)動外部負(fù)載，這是與輸出繼電器的主要區(qū)別。它主要起邏輯控制作用。 16 以上幾個是我們在本次系統(tǒng)設(shè)計的過程中可能需要用到的 元件，另外 有很多其它的軟元件。 程語言 通過運(yùn)行編寫的用戶程序?qū)崿F(xiàn)控制任務(wù)的。 的程序由系統(tǒng)程序和用戶程序兩部分組成，系統(tǒng)程序由 產(chǎn)廠家提供，它支持用戶程序的運(yùn)行；用戶程序是用戶為完成特定 的控制任務(wù)而編寫的應(yīng)用程序。列 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(fā)、輸入、調(diào)試和修改工作大大簡化。我們在本次設(shè)計中選擇梯形圖編程。以下我們詳細(xì)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。 形圖具有以下一些特點： 1、 梯形圖是“從上到下”按行繪制的，兩側(cè)的豎線類似電氣 控制圖的電源線，通常稱做母線（ 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(cè)總是輸入接點，最右側(cè)為輸出元素，觸點代表邏輯“輸入”條件，如開關(guān)、按紐、內(nèi)部條件等；線圈通常代表邏輯“輸出”結(jié)果，如指示燈、接觸器、中間繼電器、電磁閥等。對 列的 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(shù)器或數(shù)學(xué)運(yùn)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(dāng)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 ，輸出線圈 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(tài)，并不是接線時現(xiàn)場開關(guān)的實際狀態(tài)；輸出線圈只對應(yīng)輸出映像區(qū)的相應(yīng)位，該位的狀態(tài)必須通過 I/O 模塊上對應(yīng)的輸出單元才能驅(qū)動現(xiàn)場執(zhí)行機(jī)構(gòu)。 17 4、 梯形圖中使用的各種 部器件，如輔助繼電器、定時器、計數(shù)器等，也不是真的電器元件，但具有相應(yīng)的功能，因此通常按電氣控制系統(tǒng)中相 應(yīng)器件的名稱稱呼它們。梯形圖中每個繼電器和觸點均為 儲器中的一位，相應(yīng)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(yīng)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。 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(shù)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(shè)計中，可不考慮觸點數(shù)量，這給設(shè)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 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 采用循環(huán)掃描方式工作，梯 形圖中各元件是按掃描順序依次執(zhí)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(shè)計梯形圖時，對這種并行處理與串行處理的差別有時候應(yīng)予注意，特別是那些在程序執(zhí)行階段還要隨時對輸入、輸出狀態(tài)存儲器進(jìn)行刷新操作的 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。 態(tài)軟件 計算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展，為工業(yè)自動化開辟了廣闊的發(fā)展空間，我們可以方便快捷地組建優(yōu)質(zhì)高效的監(jiān)控系統(tǒng)，并且通過采用遠(yuǎn)程監(jiān)控及診斷、雙機(jī)熱備等先進(jìn)技術(shù)，使 系統(tǒng)更加安全可靠。 組態(tài)軟件是指一些數(shù)據(jù)采集與過程控制的專用軟件，它們是在自動控制系統(tǒng)監(jiān)控層一級的軟件平臺和開發(fā)環(huán)境，使用靈活的組態(tài)方式，為用戶提供快速構(gòu)建工業(yè)自動控制系統(tǒng)監(jiān)控功能的、通用層次的軟件工具。組態(tài)軟件應(yīng)該能支持各種工控設(shè)備和常見的通信協(xié)議，并且通常應(yīng)提供分布式數(shù)據(jù)管理和網(wǎng)絡(luò)功能。對應(yīng)于原有的 機(jī)接口軟件， 概念，組態(tài)軟件應(yīng)該是一個使用戶能快速建立自己的 開發(fā)環(huán)境。在組態(tài)軟件出現(xiàn)之前，工控領(lǐng)域的用戶通過手工或委托第三方編寫 用，開發(fā)時間長，效率低，可靠性差；或者購 18 買專用的工控系統(tǒng)，通常是封閉的系統(tǒng)，選擇余地小，往往不能滿足需求，很難與外界進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，升級和增加功能都受到嚴(yán)重的限制。組態(tài)軟件的出現(xiàn)，把用戶從這些困境中解脫出來，可以利用組態(tài)軟件的功能，構(gòu)建一套最適合自己的應(yīng)用系統(tǒng)。隨著它的快速發(fā)展，實時數(shù)據(jù)庫、實時控制、訊及聯(lián)網(wǎng)、開放數(shù)據(jù)接口、對 I/O 設(shè)備的廣泛支持已經(jīng)成為它的主要內(nèi)容，隨著技術(shù)的發(fā)展，監(jiān)控組態(tài)軟件將會不斷被賦予新的內(nèi)容。 組態(tài)軟件：對應(yīng)全稱為 an 文翻譯為：人機(jī)界面 /監(jiān)視控制和數(shù)據(jù)采集軟件，一般英文簡稱有三種分別為前組態(tài)軟件的發(fā)展迅猛，已經(jīng)擴(kuò)展到企業(yè)信息管理系統(tǒng)，管理和控制一體化，遠(yuǎn)程診斷和維護(hù)以及在互聯(lián)網(wǎng)上的一系列的數(shù)據(jù)整合。 組態(tài)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(shè)計；實時性與并行處理；建立實時數(shù)據(jù)庫，便于用戶分步組態(tài)，保證體統(tǒng)安全可靠運(yùn) 行；利用豐富的“動畫組態(tài) ”功能，快速構(gòu)造各種復(fù)雜生動的動態(tài)畫面；引入“運(yùn)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(jìn)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(jìn)行保存，以便以后進(jìn)行分析或打印。 3、 變量導(dǎo)入導(dǎo)出功能，變量可以導(dǎo)出到 格中，方便的對變量名稱等屬性進(jìn)行修改，然后再導(dǎo)入新工程中，實現(xiàn)了變量的二次利用，節(jié)省了開發(fā)時間。 4、 強(qiáng)大的分布式報警、事件處理，支持實時、歷 史數(shù)據(jù)的分布式保存。強(qiáng)大的腳本語言處理，能夠幫助你實現(xiàn)復(fù)雜的邏輯操作和與決策處理。 5、 全新的 構(gòu)，全面支持畫面發(fā)布、實時數(shù)據(jù)發(fā)布、歷史數(shù)據(jù)發(fā)布以及數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的發(fā)布。 6、 方便的配方處理功能。豐富的設(shè)備支持庫，支持常見的 能儀表、智能模塊。提供硬加密及軟授權(quán)兩種授權(quán)方式。 19 形圖設(shè)計 I 1 . 1 I 1 . 0M 0 . 3I 1 . 3I 0 . 7M 0 . 1I 1 . 3I 0 . 7 . 0M 0 . 1I 1 . 0Q 0 . 0M 0 . 2M 0 . 0 I 0 . 2I 1 . 0C 4 8C U C T M 0 . 2M 0 3I 0 . 0Q 0 . 2 Q 0 . 1I 1 . 4Q 0 . 0T 3 7 C 4 81 M 0 . 2 0 . 0M 0 . 1 M 0 . 3 20 I 0 . 0 I 0 . 3 I 0 . 4I 0 . 5I 1 . 4Q 0 . 3Q 0 . 2Q 0 . 2I 0 . 2 I 1 . 3 I 0 . 7 Q 0 . 2 Q 0 . 4Q 0 . 4I 0 . 2 I 0 . 1 Q 0 . 0Q 0 . 1I 0 . 3I 0 . 4I 0 . 5Q 0 . 1I 0 . 1T 3 7I 1 0 0 m 7 I 0 . 0I 1 . 4I 0 . 3 I 0 . 2Q 0 . 2Q 0 . 3Q 0 . 35 0 Q 0 . 5圖 梯形圖 21 態(tài)王軟件設(shè)計 1、 建立新建工程 啟動組態(tài)王軟件的工程管理器，在菜單中點擊“新建”彈出如 圖 圖 程向?qū)е?單擊“下一步”繼續(xù)。彈出如 圖 建工程向?qū)еυ捒颉保?圖 程向?qū)е?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，在彈出的路徑選擇對話框中選擇一個有效的路徑。單擊“下一步”繼續(xù)。彈出“新建工程向?qū)е龑υ捒颉保缧陆üこ滔驅(qū)?所示： 22 圖 在工程名稱文本框中輸入工程的名稱，該工程名稱同時將被作為當(dāng)前工程的路徑名稱。 點擊“完 成”，則完成了一個新的工程的建立。 2、 創(chuàng)建組態(tài)畫面 進(jìn)入組態(tài)王開發(fā)系統(tǒng)后，就可以為每個工程建立數(shù)目不限的畫面，在每個畫面上生成互相關(guān)聯(lián)的靜態(tài)或動態(tài)圖形對象。這些畫面都是由“組態(tài)王”提供的類型豐富的圖形對象組成的。系統(tǒng)為用戶提供了矩形（圓角矩形）、直線、橢圓（圓）、扇形（圓?。Ⅻc位圖、多邊形（多邊線）、文本等基本圖形對象，及按鈕、趨勢曲線窗口、報警窗口、報表等復(fù)雜的圖形對象。提供了對圖形對象在窗口內(nèi)任意移動、縮放、改變形狀、復(fù)制、刪除、對齊等編輯操作，全面支持鍵盤、鼠標(biāo)繪圖，并可提供對圖形對象的顏色、線 型、填充屬性進(jìn)行改變的操作工具。 “組態(tài)王”采用面向?qū)ο蟮木幊碳夹g(shù)，使用戶可以方便地建立畫面的圖形界面。用戶構(gòu)圖時可以像搭積木那樣利用系統(tǒng)提供的圖形對象完成畫面的生成。同時支持畫面之間的圖形對象拷貝，可重復(fù)使用以前的開發(fā)結(jié)果。 進(jìn)入新建的組態(tài)王工程，選中工程瀏覽器左側(cè)的畫面，在右側(cè)雙擊新建按鈕，則彈出如圖 示對話框 ; 23 圖 畫面 在“畫面名稱”處輸入新的畫面名稱，點擊“確定”按鈕進(jìn)入內(nèi)嵌的組態(tài)王畫面開發(fā)系統(tǒng)。 圖 發(fā)系統(tǒng) 24 在工具箱中可以選定各種現(xiàn)有圖形，并且可以用繪圖工具繪制 各種圖形、添加文本、調(diào)劑顏色等操作。 3、 定義 備 選擇工程瀏覽器左側(cè)大綱項“設(shè)備 在工程瀏覽器右側(cè)用鼠標(biāo)左鍵雙擊“新建”圖標(biāo)，運(yùn)行“設(shè)備配置向?qū)А薄?由于該設(shè)計是在實驗室中完成的，用的是簡單的 組態(tài)軟件，而與設(shè)備要鏈接的是 的 ，通訊協(xié)議是 議。 在面板上，還有只能儀表、只能模塊、板卡和變頻器，至于它們怎樣用，我想在以后的工作中會用到的，在此不再詳述。 圖 備配置向?qū)е?選中 于在本次設(shè)計中用的是西門子 列的模塊，所以雙擊“西門子 ”，選中 出如圖 示對話框： 25 圖 備配置向?qū)е?為外部設(shè)備取一個名稱，輸入 擊“下一步”，彈出“設(shè)備配置向?qū)А?圖 備配置向?qū)е?為設(shè)備選擇連接串口，假設(shè)為 擊“下一步”，彈出“設(shè)備配置向?qū)А保?26 圖 填寫設(shè)備地址，假設(shè)為 2，單擊“下一步”，彈出如圖 圖 信參數(shù) 設(shè)置通信故障恢復(fù)參數(shù) (一般情況下使用系統(tǒng)默認(rèn)設(shè)置即可 )，單擊“下一步”，彈出“設(shè)備配置向?qū)А薄?27 圖 息總結(jié) 檢查各項設(shè)置是否正確，確認(rèn)無誤后，單擊“完成”。 設(shè)備定義完成后，可以在工程瀏覽器的右側(cè)看到新建的外部設(shè)備“ 如圖 要檢測外部輸入量是否與 用雙擊該設(shè)備，在彈出的對話框中選擇測試 細(xì)步驟在這里不再一一介紹。至于新建的設(shè)備相當(dāng)于一個中間裝置，它將實物 系起來，相當(dāng)于把程序與界面聯(lián)系了起來，為以后的控制做好了準(zhǔn)備 圖 設(shè)備 28 在定義數(shù)據(jù)庫變量時，只要把 就可 以和組態(tài)王交換數(shù)據(jù)了。 4、 構(gòu)造數(shù)據(jù)庫 選擇工程瀏覽器左側(cè)大綱項“數(shù)據(jù)庫 數(shù)據(jù)詞典”，在工程瀏覽器右側(cè)用鼠標(biāo)左鍵雙擊“新建”圖標(biāo)，彈出“定義變量”對話框如圖 變量名中填入所需設(shè)置的變量名，如“運(yùn)行 1”。 圖 義變量 在變量類型中選取變量類型，一般的變量類型有“內(nèi)存”和“ 種類型，在這兩種類型中又分“離散、整數(shù)、實數(shù)、字符串形”。一般的開關(guān)量都屬于 需要與內(nèi)部物件動畫連接的則 可以定義為內(nèi)存形。 在小的工程中，一般的變量都是這樣定義的，它不需要大規(guī)模的應(yīng)用。而在實際工程應(yīng)用中，一般都需要定義許多變量，而這些變量都是彼此相關(guān)聯(lián)的，這樣在這樣按著圖 作量非常的大，既浪費(fèi)人力，又浪費(fèi)時間。所以該軟件開發(fā)了一種結(jié)構(gòu)變量的定義的方法，即可以有效地解決該問題，又使軟件的工作效率大大的提高了。 由于該設(shè)計不需要定義大量的變量，所以這種方法不再一一敘述。 29 圖 選擇變量類型 點擊“確定”則可以完成一個變量的定義。按照該步驟，完成所需變量的定義，在工程瀏覽器“變量詞典”中可以看到你所定義的變量，在以后的動畫連接中可以隨時查看所需的變量。自此，數(shù)據(jù)庫建立完畢。 5、 動畫連接 ： 在新畫面中雙擊需要連接的物件，彈出如圖 圖 畫連接 在對話框中有各種連接，根據(jù)設(shè)計需要選擇，分別選擇“水平移動”和“垂直移動”兩種連接方式，彈出對話框如下所示： 30 圖 表達(dá)式框中填入表達(dá)式，在下面的移動距離中填寫相應(yīng)的數(shù)據(jù)，按確定即可。 按照上面的步驟，根據(jù)設(shè)計需求，分別對畫面中的 物件進(jìn)行動畫連接，從而實現(xiàn)了外部輸入量與內(nèi)部事物的數(shù)據(jù)連接。自此，動畫連接告一段落。 6、 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(yùn)作。 在畫面中右擊 畫面，選中“畫面屬性”，在畫面名稱右面有“命令語言一欄”，雙擊，彈出如圖 在該軟件中編寫語言有兩種語言方式， 種語句可以兼容，互相嵌套使用。而這兩種語句本身也可以嵌套使用，基本的語法形式都一樣。另外，再輸入一些符號時須在中文方式下。 該軟件還有大量的函數(shù)可以使用，所有的應(yīng)用功能都如面板上 所示。 一般的命令語言都是在“存在時”對話框中編寫的，至于其他兩個框在何時填寫，在這里不在詳細(xì)介紹。 語言不僅是最后一步，也是整個工作流程的終結(jié)，是核心，是控制的工具。而語言的編寫需要有良好的邏輯思維能力和良好的思維素養(yǎng)。 31 圖 填寫命令語言 在空白處填入所需命令語句，點擊“確認(rèn)”即可。 根據(jù)整個過程運(yùn)行要求，以及所設(shè)定的變量，現(xiàn)編程序如下所示： 本站點 上升指示燈 =1)本站點 動作 =本站點 動作 +10; 本站點 下降指示燈 =1)本站點 動作 =本站點 動作 本站點 右行指示燈 =1)本站點 動作 2=本站點 動作 2+10; 本站點 左行指示燈 =1)本站點 動作 2=本站點 動作 27、 運(yùn)行和調(diào)試 完成上面所述的步驟后， 組態(tài)王工程已經(jīng)初步建立起來，進(jìn)入到運(yùn)行和調(diào)試階段。在組態(tài)王開發(fā)系統(tǒng)中選擇 “文件 切換到 單命令，進(jìn)入組態(tài)王運(yùn)行系統(tǒng)。在運(yùn)行系統(tǒng)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(tài)王運(yùn)行系統(tǒng)畫面，即可看到電鍍生產(chǎn)線處于原點狀態(tài)的畫面 。 32 第 4 章 軟硬件調(diào)試實現(xiàn) 我們在設(shè)計的最后階段把軟件和硬件結(jié)合起來，成功實現(xiàn)了電鍍生產(chǎn)線系統(tǒng)的監(jiān)控功能 。 我們編輯好畫面圖，根據(jù)各個部件之間的相互聯(lián)系和控制關(guān)系，按照上一章所述的操作步驟進(jìn)行設(shè)備連接，最后終于在運(yùn)行環(huán)境里實現(xiàn)了系統(tǒng)在監(jiān)控狀態(tài)下的自動運(yùn)行。 編輯好的畫面如圖 示，上面的各種圖形界面所代表中的實物都一一標(biāo)出。 圖 始狀態(tài) 按動“連續(xù)運(yùn)行”按鈕，再按“啟動按鈕”，系統(tǒng)向上運(yùn)行，如圖 33 圖 按動上限開關(guān)，系統(tǒng)向右運(yùn)行，如圖 圖 34 按動形成開關(guān)中的任何一個，系統(tǒng)下行，如圖 圖 當(dāng)右行到右限位時，碰到 右 限 開關(guān)時，系統(tǒng)向左運(yùn)行，如圖 圖 自此，所有的運(yùn)行過程到此運(yùn)行 完畢。切換其他模式時只用選擇按鈕即可，運(yùn)行過程大致都如上面所示 35 結(jié) 論 電鍍是一門具有悠久歷史的表面處理技術(shù)，近幾年來，隨著新的工藝技術(shù)方法，尤其是一些新的鍍層材料和復(fù)合電鍍技術(shù)的出現(xiàn)，極大擴(kuò)展了這一項表面處理技 術(shù)的應(yīng)用。并使其成為現(xiàn)代表面工程技術(shù)的重要組成部分。那么，通過我們這次對電鍍生產(chǎn)線控制系統(tǒng)的設(shè)計不僅讓我們更多的了解到了電鍍這個工藝的發(fā)展前景，而且讓我們重新認(rèn)識了用 設(shè)計控制系統(tǒng)的使用價值，整個設(shè)計對我們即將走入社會的畢業(yè)生來講是一次很大的鍛煉，是我們對專業(yè)知識有了進(jìn)一步的提高。