自动化电镀生产线控制系统的设计

毕业设计（论文）

题目：自动化电镀生产线控制系统的设计

系（院）：工业与信息化学院专业：电气自动化

姓名：学号：

校内指导教师：职称：讲师

摘要

本文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。使工厂的利益最大化，方便了工厂的规模扩产和产量的提高。为适应现代传统的工业控制系统，我们还采用了基于组态软件的系统作为上位机，配合下位机PLC完成了该系统的实时监控系统功能，更好的使该自动生产系统融入到现代工业控制领域中。技术上也有了革命性的进步。

关键词PLC 组态王电镀

目录

第1章绪论................................................................................................................................... - 1 -

1.1 PLC的发展和历史趋势 ................................................................................................... - 1 -

1.2 PLC的分类 ....................................................................................................................... - 1 -

1.2.1 按I/O点数分类 ..................................................................................................... - 2 -

1.2.2 按功能分类............................................................................................................. - 2 -

1.3 PLC系统组成及各部分的功能 ....................................................................................... - 2 -

1.4 PLC的基本工作原理 ....................................................................................................... - 3 -

1.5电镀生产线的控制系统概述与选题背景意义................................................................ - 3 -

1.5.1 生产线的控制系统的概述..................................................................................... - 3 -

1.5.2 课题的选题背景及意义......................................................................................... - 3 -

1.6 控制对象的设计要求详述............................................................................................... - 4 - 第2章系统的硬件设计............................................................................................................... - 5 -

2.1 PLC机型选择 ................................................................................................................... - 5 -

2.2 I/O分配表及其端子接线图 ............................................................................................. - 5 -

2.3主电路的设计.................................................................................................................... - 8 -

2.4电镀生产线的工作流程图................................................................................................ - 8 - 第3章系统的软件设计............................................................................................................. - 10 -

3.1 软件的组成及作用......................................................................................................... - 10 -

3.1.1 PLC内部资源 ....................................................................................................... - 10 -

3.1.2 PLC编程语言 ....................................................................................................... - 10 -

3.1.3 组态软件............................................................................................................... - 11 -

3.2 PLC梯形图设计 ............................................................................................................. - 13 -

3.3 组态王软件设计............................................................................................................. - 15 - 第4章软硬件调试实现............................................................................................................. - 24 - 第5章结论............................................................................................................................. - 27 - 致谢............................................................................................................................................. - 28 - 参考文献....................................................................................................................................... - 29 -

第1章绪论

1.1 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。

作为离散控的制的首选产品，PLC在二十世纪八十年代至九十年代得到了迅速发展，世界范围内的PLC年增长率保持为20%～30%。随着工厂自动化程度的不断提高和PLC市场容量基数的不断扩大，近年来PLC在工业发达国家的增长速度放缓。但是，在中国等发展中国家PLC的增长十分迅速。综合相关资料，2004年全球PLC的销售收入为100亿美元左右，在自动化领域占据着十分重要的位置。

PLC是由摸仿原继电器控制原理发展起来的，二十世纪七十年代的PLC只有开关量逻辑控制，首先应用的是汽车制造行业。它以存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和运算等操作的指令；并通过数字输入和输出操作，来控制各类机械或生产过程。用户编制的控制程序表达了生产过程的工艺要求，并事先存入PLC的用户程序存储器中。运行时按存储程序的内容逐条执行，以完成工艺流程要求的操作。PLC的CPU内有指示程序步存储地址的程序计数器，在程序运行过程中，每执行一步该计数器自动加1，程序从起始步（步序号为零）起依次执行到最终步（通常为END指令），然后再返回起始步循环运算。PLC每完成一次循环操作所需的时间称为一个扫描周期。不同型号的PLC，循环扫描周期在1微秒到几十微秒之间。PLC用梯形图编程，在解算逻辑方面，表现出快速的优点，在微秒量级，解算1K逻辑程序不到1毫秒。它把所有的输入都当成开关量来处理，16位（也有32位的）为一个模拟量。大型PLC使用另外一个CPU来完成模拟量的运算。把计算结果送给PLC的控制器。

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。

1.2 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。

1.2.1 按I/O点数分类

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256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。

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。

1.2.2 按功能分类

根据PLC所具有的功能不同可将PLC分为低档、中档、高档3类。

1.高档PLC：除具有中档PLC的功能外，还增加了带符号算术运算、矩阵运算、函数、表格、CRT可编程控制器原理与应用显示、打印和更强的通信联网功能，可用于大规模过程控制或构成分布式网络控制系统,实现工厂自动化。

2.中档PLC：除具有低档PLC的功能外，还具有较强的模拟量I/O、算术运算、数据传送和比较、数制转换、远程 I/O、子程序、通信联网等功能。有些还可增设中断控制、PID(比例、积分、微分控制)控制等功能，以适用于复杂控制系统。

3.低档PLC：具有逻辑运算、定时、计数、移位以及自诊断、监控等基本功能，还可有少量的模拟量I/O、算术运算、数据传送和比较、通信等功能

1.3 PLC系统组成及各部分的功能

1.CPU运算和控制中心

它在整个系统中起“心脏”作用。

2.存储器具有记忆功能的半导体电路，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/输出接口

(1) 输入接口：

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) 输出接口：

输出接口工作过程：当内部电路输出数字信号1，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和电压。当内部电路输出数字信号0，则没有电流流