1、 本科生课程设计（论文） I 摘 要 文章探讨了如何利用德国西门子 PLC S7-200 进行自动化电镀生产线控制， 在本次设计中，我们从自动控制技术器件在国内的应用前景及电镀生产线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，制定了采用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。 电镀行车生产线自动化结合其他行业自动控制技术的应用情况 ，提出了基于 PLC 的电镀行车自动生产线
2、的设计，并通过应用机械、可编程序控制器 (PLC)等多项专门技术开发的自动生产系统。 关键词： PLC；电镀 本科生课程设计（论文） II 目 录 第 1 章 绪论 . 1 1.1 电镀生产线的控制系统概述与选题背景意义 . 1 1.1.1 基于 PLC 电镀生产线的控制系统的概述 . 1 1.1.2 课题的选题背景及意义 . 1 1.2 PLC 的发展和历史趋势 . 2 1.3 PLC 的分类 . 2 1.4 PLC 系统组成及各部分的功能 . 3 1.5 PLC 的基本工作原理 . 3 第 2 章 课程设计的方案 . 5 第 3 章 硬件设计 . 6 3.1 PLC 机型选择 . 6 3.
3、2 I/O 分配表及其端子接线图 . 6 3.3 主电路的设计 . 8 第 4 章 软件设计 . 10 4.1 软件的组成及作用 . 10 4.1.1 PLC 内部资源 . 10 4.1.2 PLC 编程语言 . 10 4.2 电镀生产线的工作流程图 . 12 第 5 章 系统测试与分析 /实验数据及分析 . 18 第 6 章 课程设计总结 . 错误 !未定义书签。 参考文献 . 21 本科生课程设计（论文） 1 第 1章 绪论 1.1 电镀生产线的控制系统概述与选题背景意义 1.1.1 基于 PLC 电镀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
4、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。 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，可以增强系统的抗干扰能力，提高系统的可靠性。 1.1.2 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
5、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
6、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，早本科生课程设计（论文） 2 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
7、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生产线行 车进行自动控制，具有结构简单、编程方便、操作灵活、使用安全、工作稳定、性能可靠和抗干扰能力强的特点，是一种很有效的自动控制方式，是电镀生产实现高效、低成本、高质量自动化生产的发展方向。 1.2 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 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
8、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。 在现实生活中 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。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
9、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。 1.3 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。 PLC 按其 I/O 点数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 2
10、56 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 512 2048 点之间的为中型 PLC。 本科生课程设计（论文） 3 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。 1.4 PLC 系统组成及各部分的功能 1、中央处理处单元（ CPU） CPU 的主要任务是控制用户程序和数据的接收和储存 。 2、 存储器 分为系统程序存储器和用户存储器。 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
11、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 单元 (1) 输入 单元 ： 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 单元 输出接口工作过程：当内部电路输出数字信号 为 高电平 ，有电流流过，继电器线圈有电流，然后常开触点闭合，提供负载导通的电流
12、和电压。当内部电路输出数字信号 为低电平 ，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。 1.5 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变化的。 本科
13、生课程设计（论文） 4 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。 本科生课程设计（论文） 5 第 2章 课程设计的方案 摘要中所述，电镀的工作流程 (如图 2.1)：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 2 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 照要求，我们要实现以下 工作方式： 1、 原位：表示设备处于初
14、始状态，吊钩在下限位置，行车在左限位置。 2、 连续工作：当吊钩回到原点后，延时一段时间（装卸零件），自动上升右行，按照工作流程要求不停的循环。 3、 单周期工作：设备始于原点，按下启动按钮，设备工作一个 周期，然后停于原点，要重复第二个工作周期，必须再按一下启动按钮 。 图 2.1 系统流程框图 左限 右限 上限 下限 I 限位 II 限位 原位 电镀槽 1 电镀槽 2 本科生课程设计（论文） 6 第 3章 硬件 设计 3.1 PLC 机型选择 根据自动化电镀生产线的控制要求，我们采用了德国西门子 PLC S7-200 CPU224 型号，此类型 PLC 无论独立运行，还是联接网络都能完成各
15、种控制任务。它的使用范围可以覆盖从替代继电器的简单控制到复杂的自动控制。其应用领域包括各种机床、纺织机械、塑料机械、电梯等行业。 S7-200 CPU224 通讯功能完善，具有极高的性能价格比是很突出的特点，也是我们采用它的主要原因。 PLC为此系统的控制核心，此系统的输入信号 是多种行程开关，这些面板按钮信号和传感器信号作为 PLC 的输入变量，经过 PLC 的输入接口输入到内部数据寄存器， 然后在 PLC 内部进行逻辑运算或数据处理后，以输出变量的形式送到输出接口，从而驱动电机来控制行车的运行和吊钩的升降 3.2 I/O 分配表及其端子接线图 在本次系统设计中，我们定义的 I/O 分配表
16、(如表 3-1)。将 6 个输入信号和 4个输入信号按各自的功能类型分好，并与 PLC 的 I/O 点一一对应 。数字量扩展模块的地址分配是从最靠近 CPU 模块的数字量模块开始，在本机数字量地址的基础上从左到右按字节连续递增，本模块高位实际位数未满 8 位的，未用位不能分配给 I/O 链的后续模块，模拟量扩展模块的地址是从 最靠近 CPU 模块的模拟量模块开始，在本机模拟量地址的基础上从左到右按字递增。 我们定义的 I/O 端子接线图 (如图 3.1)。由图表可以看出 ,PLC 控制系统的输入信号有 6 个，均为开关量。 PLC 控制系统的输出信号有 4 个 。 本科生课程设计（论文） 7
17、表 3-1 I/O 分配表 序 号 输 入 序 号 输 出 1 I0.0 启动 1 Q0.0 前进 2 I0.1 I 限位 2 Q0.1 后退 3 I0.2 II 限位 3 Q0.2 上升 4 I0.3 下限位 4 Q0.3 下降 5 I0.4 上限位 6 I0.5 原位 7 I0.6 无 8 I0.7 无 本科生课程设计（论文） 8 图 3.1 I/O 端子接线图 3.3 主电路的设计 电气原理图是根据电气控制系统的工作原理，采用电器元件展开的形式，利用图形符号和项目符号表示电路各电器元件中导电部件和接线端子连接关系的电路图。电气原理图并不按电器元件实际布置来绘制，而是根据它在电路中所起的作
18、用画在不同的部位上。电气原理图具有结构简 单、层次分明的特点，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。 电气原理图一般分为主电路和辅助电路两部分，在本次设计中我们着重分析了主电路图。在本设计中，根据电镀生产线的工艺要求，只需用两台电机分别控制吊钩的上升、下降和行车的左行、右行。主电路如图 3.2。 AC FU 220V 启动 I 限位 II 限位 下限位 上限位 原位 24V 前进 后退 上升 下降 I1.0 Q0.0 I1.1 Q0.1 I1.2 Q0.2 I1.3 Q0.3 I1.4 I1.5 I1.6 I1.7 1M 1L 2M 2L S7-200CPU224
