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I 學 科 門 類 ： 單位代碼 ： 畢業(yè)設計說明書（論文） 基于西門子 7動化電鍍生產(chǎn)線控制系統(tǒng)設計 學生姓名 所學專業(yè) 班 級 學 號 指導教師 二○ **年 要 文章探討了如何利用德國西門子 7在本次設計中，我們從自動控制技術器件在國內(nèi)的應用前景及電鍍生產(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(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，降低了勞動強度。 為適應現(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，配合下位機 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)控制領域中 關鍵詞 ： 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 制對象的設計要求詳述 .................................................... 7 第 2 章 系統(tǒng)的硬件設計 ................................................................... 9 型選擇 ......................................................................... 9 ： 應用中應注意的問題 .............................................. 44 1 前言 我們設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。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)品嚴格按照電鍍工藝流程運行和保證產(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度，有著非常好的經(jīng)濟效益和社會效益，電鍍生產(chǎn)線上對行車的自動控制則是電鍍生產(chǎn)線自動化控制的關鍵。 用 以變頻器對電鍍自 動生產(chǎn)線行車進行自動控制，具有結(jié)構簡單、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，并進行了簡單的軟件設計，從畫面上達到了該系統(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用。同時， 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(wǎng)絡技術的不斷發(fā)展和用戶需求的不斷提高， 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 再局限于邏輯控制，在運動控制、過程控制等領域也發(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)的不斷擴大，近年來 工業(yè)發(fā)達國家 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。綜合相關資料， 2004 年全球 銷售收入為 100 億美元左右，在自動化領域占據(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，二十世紀七十年代的 先應用的是汽車制造行業(yè)。它以存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和運算等操作的指令；并通過數(shù)字輸入和輸出操作，來控制各類機械或生產(chǎn)過程。用戶編制的控制程序表達了生產(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成開關量來處理， 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 8000 多個 I/O）。如果被控對象主要是設備連鎖、回路很少，采用為合適。 于采用通用軟件，在設計企業(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大，越來越多的中小設備開始采用 行控制， 我國的應用增長十分迅速。隨著中國經(jīng)濟的高速發(fā)展和基礎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、功能的差異等進行大致分類。 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運算、 4 矩陣運算、函數(shù)、表格、 編程控制器原理與應用顯示、打印和更強的通信聯(lián)網(wǎng)功能，可用于大規(guī)模過程控制或構成分布式網(wǎng)絡控制系統(tǒng) ,實現(xiàn)工廠自動化。 2、 中檔 除具有低檔 功能外，還具有較強的模擬量 I/O、算術運算、數(shù)據(jù)傳送和比較、數(shù)制轉(zhuǎn)換、遠程 I/O、子程序、通信聯(lián)網(wǎng)等功能。有些還可增設中斷控制、 例、積分、微分控制 )控制等功能，以適用于復雜控制系統(tǒng)。 3、 低檔 具有邏輯運算、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、算術運算、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：當開關合上，二極管發(fā)光，然后三極管在光的照射下導通，向內(nèi)部電路輸入信號。當開關斷開，二極管不發(fā)光，三極管不導通。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，提供負載導通的電流和電壓。當內(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 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(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)濟的高速發(fā)展，工業(yè)化進程的不斷深化，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)擁有國際先進水平的設備和設施，但是大多數(shù)中小企業(yè)仍在使用許多過時的技術和設備，大量的生產(chǎn)線為半機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(chǎn)品質(zhì)量。傳統(tǒng)的方法是使用順序控制器，由于其電路復雜，接口多，受外界干擾大，工作可靠性差，維護也困難。采用 較完善的診斷和自保護能力，可以增強系統(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，是物理和化學的變化和結(jié)合。 隨著工業(yè)化生產(chǎn)的不斷細分，新工藝新材料的不斷涌現(xiàn)，在實際產(chǎn)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(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(chǎn)品效果的差異性，通過這樣的 處理為產(chǎn)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(jù)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(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)品嚴格按照電鍍工藝流程運行和保證產(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度，有著非常好的經(jīng)濟效益和社會效益，電鍍生產(chǎn)線 上對行車的自動控制則是電鍍生產(chǎn)線自動化控制的關鍵。 7 電鍍生產(chǎn)線按照其工藝要求和規(guī)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(jù)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(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)線行車進行自動控制，具有結(jié)構簡單、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 —— 上限行程開關閉合 —— 右行至 1 號槽上方 —— 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(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?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。 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 論獨立運行，還是聯(lián)接網(wǎng)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(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，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 部進行邏輯運算或數(shù)據(jù)處理后，以輸出變量的形式送到輸出接口，從而驅(qū)動電機來控制行車的運行和吊鉤的升降 ，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，編排地址如下表。數(shù)字量擴展模塊的地址分配是從最靠近 塊的數(shù)字量模塊開始，在本機數(shù)字量地址的基礎上從左到右按字節(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，模擬量擴展模塊的地址是從最靠近 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。 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 3 個。 制系統(tǒng)的輸出信號有 5 個，其中 2 個用于驅(qū)動吊鉤電機正反轉(zhuǎn)接觸器 個用于驅(qū)動行車電機正反轉(zhuǎn)接觸器 1 個用于原位指示。 10 表 + ~3~3M 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(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(fā)和生產(chǎn)現(xiàn)場等方面得到廣泛應用。 13 電氣原理圖一般分為主電路和輔助電路兩部分，在本次設計中我們著重分析了主電路圖。在本設計中，根據(jù)電鍍生產(chǎn)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 2 圖 2，接觸器 制電動機 正、反轉(zhuǎn)，實現(xiàn)吊鉤的上升和下降，接觸器 制電動機 正、反轉(zhuǎn)，實現(xiàn)行車的前進和后退 。 鍍生產(chǎn)線的工作流程圖 我們根據(jù)設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，也可以在運行時由上位機動態(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，也可以在運行時通過串行通訊由上位機讀取和修改， 序在運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 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 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(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)品進行計數(shù)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(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)，當計數(shù)器計數(shù)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 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 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， 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(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，因此它的觸點不能驅(qū)動外部負載，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 通過運行編寫的用戶程序?qū)崿F(xiàn)控制任務的。 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。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。 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、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 ，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)場開關的實際狀態(tài)；輸出線圈只對應輸出映像區(qū)的相應位，該位的狀態(tài)必須通過 I/O 模塊上對應的輸出單元才能驅(qū)動現(xiàn)場執(zhí)行機構。 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，但具有相應的功能，因此通常按電氣控制系統(tǒng)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 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。 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，梯形圖設計中，可不考慮觸點數(shù)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 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(zhí)行階段還要隨時對輸入、輸出狀態(tài)存儲器進行刷新操作的 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 計算機技術和網(wǎng)絡技術的飛速發(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)，并且通過采用遠程監(jiān)控及診斷、雙機熱備等先進技術，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)軟件應該能支持各種工控設備和常見的通信協(xié)議，并且通常應提供分布式數(shù)據(jù)管理和網(wǎng)絡功能。對應于原有的 機接口軟件， 概念，組態(tài)軟件應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，很難與外界進行數(shù)據(jù)交互，升級和增加功能都受到嚴重的限制。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，構建一套最適合自己的應用系統(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 設備的廣泛支持已經(jīng)成為它的主要內(nèi)容，隨著技術的發(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：對應全稱為 an 文翻譯為：人機界面 /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)擴展到企業(yè)信息管理系統(tǒng)，管理和控制一體化，遠程診斷和維護以及在互聯(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 行；利用豐富的“動畫組態(tài) ”功能，快速構造各種復雜生動的動態(tài)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 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(xiàn)了變量的二次利用，節(jié)省了開發(fā)時間。 4、 強大的分布式報警、事件處理，支持實時、歷 史數(shù)據(jù)的分布式保存。強大的腳本語言處理，能夠幫助你實現(xiàn)復雜的邏輯操作和與決策處理。 5、 全新的 構，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兩種授權方式。 19 形圖設計 ??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 . 0??M 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?，如新建工程向?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?。?、點位圖、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、復制、刪除、對齊等編輯操作，全面支持鍵盤、鼠標繪圖，并可提供對圖形對象的顏色、線 型、填充屬性進行改變的操作工具。 “組態(tài)王”采用面向?qū)ο蟮木幊碳夹g，使用戶可以方便地建立畫面的圖形界面。用戶構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，可重復使用以前的開發(fā)結(jié)果。 進入新建的組態(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“設備 \在工程瀏覽器右側(cè)用鼠標左鍵雙擊“新建”圖標，運行“設備配置向?qū)А薄? 由于該設計是在實驗室中完成的，用的是簡單的 組態(tài)軟件，而與設備要鏈接的是 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? 為外部設備取一個名稱，輸入 擊“下一步”，彈出“設備配置向?qū)А? 圖 備配置向?qū)е? 為設備選擇連接串口，假設為 擊“下一步”，彈出“設備配置向?qū)А保? 26 圖 填寫設備地址，假設為 2，單擊“下一步”，彈出如圖 圖 信參數(shù) 設置通信故障恢復參數(shù) (一般情況下使用系統(tǒng)默認設置即可 )，單擊“下一步”，彈出“設備配置向?qū)А薄? 27 圖 息總結(jié) 檢查各項設置是否正確，確認無誤后，單擊“完成”。 設備定義完成后，可以在工程瀏覽器的右側(cè)看到新建的外部設備“ 如圖 要檢測外部輸入量是否與 用雙擊該設備，在彈出的對話框中選擇測試 細步驟在這里不再一一介紹。至于新建的設備相當于一個中間裝置，它將實物 系起來，相當于把程序與界面聯(lián)系了起來，為以后的控制做好了準備 圖 設備 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)用鼠標左鍵雙擊“新建”圖標，彈出“定義變量”對話框如圖 變量名中填入所需設置的變量名，如“運行 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)模的應用。而在實際工程應用中，一般都需要定義許多變量，而這些變量都是彼此相關聯(lián)的，這樣在這樣按著圖 作量非常的大，既浪費人力，又浪費時間。所以該軟件開發(fā)了一種結(jié)構變量的定義的方法，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 表達式框中填入表達式，在下面的移動距離中填寫相應的數(shù)據(jù)，按確定即可。 按照上面的步驟，根據(jù)設計需求，分別對畫面中的 物件進行動畫連接，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”即可。 根據(jù)整個過程運行要求，以及所設定的變量，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，進入到運行和調(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，進入組態(tài)王運行系統(tǒng)。在運行系統(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(huán)境里實現(xiàn)了系統(tǒng)在監(jiān)控狀態(tài)下的自動運行。 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出。 圖 始狀態(tài) 按動“連續(xù)運行”按鈕，再按“啟動按鈕”，系統(tǒng)向上運行，如圖 33 圖 按動上限開關，系統(tǒng)向右運行，如圖 圖 34 按動形成開關中的任何一個，系統(tǒng)下行，如圖 圖 當右行到右限位時，碰到 右 限 開關時，系統(tǒng)向左運行，如圖 圖 自此，所有的運行過程到此運行 完畢。切換其他模式時只用選擇按鈕即可，運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，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(xiàn)，極大擴展了這一項表面處理技 術的應用。并使其成為現(xiàn)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生產(chǎn)線控制系統(tǒng)的設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，而且讓我們重新認識了用 設計控制系統(tǒng)的使用價值，整個設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)知識有了進一步的提高。