电镀生产线控制系统设计_本科毕业论文.doc

五邑大学本科毕业论文电镀生产线控制系统设计摘要工业生产的自动化是未来工业的重要方向。在我国电镀生产是一项较为传统的工业产业，为了更加适应现代化的生产进度，改变其生产效率低下的状况，因此需要对其进行改造。本设计主要目的是应用型号为三菱FX-1N-40MR的PLC结合组态王对自动化电镀生产线进行实时的监视和控制。整条生产线采用自动和手动两种运行方式，并提供相关的指示报警功能。论文中介绍了课题设计的背景，接着对设计中所需要的硬件和软件进行了简单的描述。在对硬件部分进行选型后，根据生产要求给出了系统软硬件设计和PLC的硬件接线。为了更加适应工业现场的应用，采用两台行车进行协调配合工作并用组态王对现场进行模拟运行演示。用组态王作为系统上位机，配合下位机完成对工业现场的的实时监控。同时组态王可以提供实际应用中的参考数据，对设备的维护与保养提供帮助。关键词：PLC；电镀；组态王Abstract Automation of industrial production is an important direction of the industry of the future. In China, electroplating production is a traditional industry.In order to more adapt to the modernization of production progress, Improve the production efficiency, so need to modify it. Purpose of this design is the application model of mitsubishi FX-1N-40MR PLC combination of kingview for real-time monitoring and control of automatic electroplating production line. The whole production line adopts automatic and manual two kinds of operation mode, and provide the related instructions alarm function. The thesis introduces the background of the project design, and then to design the hardware and software needed to carry on the simple description. In part of hardware type selection, system hardware and software design are given on the production requirement and PLC hardware connection. In order to more adapt to the industrial field of application, two driving is adopted to improve the coordination work with kingview to site to run the simulation demo. Use kingview as the upper machine system, with a complete real-time monitoring of the scene of the industrial machine. And kingview can provide reference data in the actual application, for equipment maintenance and maintenance to provide help.Keywords PLC electroplating KingView45目录摘要IAbstractII第1章 绪论11.1课题背景介绍11.1.1PLC与在工业自动化生产中的应用11.1.2组态王监控软件在工业中的应用11.1.3课题的选题背景及意义11.2系统的设计要求21.3本章小结2第2章 硬件与软件的简介32.1 PLC系统组成32.1.1 中央控制处理单元（CPU）32.1.2存储器42.1.3输入/输出接口电路42.1.4电源42.1.5 PLC的基本工作原理42.2组态王软件简述52.2.1工程浏览器52.2.2工程管理器62.2.3画面运行系统62.3 GXdeveloper与GXSimulator简述72.4本章小结7第3章 系统的硬件设计83.1主电路设计83.1.1 吊钩与吊篮的运动关系设计93.2控制电路设计103.2.1PLC机型选择103.2.2 I/O分配表113.2.3 PLC外围接线图123.3生产线工作流程及功能设计133.4小结14第4章 系统的程序设计154.1 PLC编程语言154.2程序流程图设计164.3 PLC程序梯形图设计174.3.1 自动手动功能的切换174.3.2 手动功能程序的编写174.3.3 自动功能程序的编写184.4 小结19第5章 系统组态设计205.1建立新工程205.2创建组态画面215.3定义I/O设备235.4构造数据库255.5动画连接265.6编写语言命令275.7小结29第6章 系统软硬件调试30结论31参考文献32致谢33附录1 梯形图34附录2 指令表42第1章 绪论1.1课题背景介绍1.1.1PLC与在工业自动化生产中的应用可编程控制器具有的编程简单、维护方便、体积小、成本低、可靠性高等优点，具有抗干扰能力强模块化组合，灵活方便维修便利，施工周期缩短通信功能强，高度网络化等等的特点使其在工业自动化生产中得到了广泛的应用，如自动化生产线、工艺流程控制等。在工业自动化生产过程中，一般需要采集大量的离散或者模拟量来进行分析汇总，并且根据逻辑顺序或者设定条件条件来判断下一个动作流程。PLC还有个重要的功能就是按照程序所设定的逻辑关系进行连锁保护动作的控制，降低器件的损坏率。对于传统工艺流程控制来说，这些工作是依靠复杂的气动或者继电器控制系统来实现的，而且这些电路难以更改，造成生产线功能难以增加或修改，这是由于传统工业控制所带来的诸多不便，PLC的发明便是顺应时代的产物，PLC技术的出现使其变得异常方便快捷。1.1.2组态王监控软件在工业中的应用伴随着我国工业化道路逐步开展，企业对检测的自动化、系统的监控能力要求日趋严格。不但要求要有更高的可靠性、更准确的实时性、界面的友好、操作的简单。而且要求系统的开发周期短、系统升级简便等。组态王软件其实就是一个顺应时代发展的产物，它专门面向工业控制技术。它能为用户提供大量的工具模块，为适应各种工业现场，这些工具模块可以自由组合成所需要的功能模块。同时组态王对编程语言技术要求低，一般人都能很好地完成一个复杂的项目工程。此外，组态王的友好的图形化操作界面保持了跟windows一致，这点是非常便于开发人员和用户的组织和管理的。1.1.3课题的选题背景及意义随着我国工业化进程的日新月异，人们对工业控制自动化程度的要求越来越高。电镀是我国历史较为悠久的一个加工行业，如今在传统的电镀生产线上依然存在大量过时的设备和相关技术，这些生产线多为依靠气传统的控制技术，更有甚者完全人工操作。一件合格的电镀产品需要经过多个电镀工位与严格电镀时间。在电镀之前一般要经过除油、除锈、弱酸浸蚀等具有化学污染和腐蚀的处理，严重危害人的身体健康。在电镀过程中采用人工操作会造成诸多不利的随机事件发生，将会降低产品质量。因此我国电镀生产行业中的自动化改造是势在必行的，而且传统的电镀工艺也不能够满足现代化的需要，电镀产品的质量的提升不但要有成熟的电镀工艺设备和品质过硬的电镀液，还与电镀产品在电镀过程中是否严格按照正确的工艺顺序操作、每一道工序所需的电镀时间是否控制在要求之内等等因素有关。利用PLC对电镀生产线改造，可以简化生产线结构。借助PLC编程简单、反应灵敏、受环境影响小的特点，是符合现代工业自动化趋势的控制方式。总的来说电镀生产线的自动化不但能大幅度提高产品的质量，而且能提高生产效率降低人工成本，为社会和企业带来良好的经济效益。1.2系统的设计要求1、本设计包含有启动、暂停、自动和手动档位的切换，PLC开始运作时默认为自动待命状态。2、在手动状态时，可以随时改变行车与吊钩的运动状态，便于生产线的维修与保护。3、要求有行车和吊钩实时状态指示。例如当吊钩上升时必须有状态指示灯进行指示，这样有利于远距离实时了解电镀生产线的运行状况。4、为防止行车的撞车和吊钩的越限，系统必须提供对应的实时报警功能，并生成报警事件记录文档。5、提供行车与吊钩位置的实时和历史曲线图，方便调查生产线的故障原因。1.3本章小结本章主要介绍了了本次毕业设计的设计背景，同时介绍了可编程控制器PLC与组态王在工业生产中应用和这次毕业设计的大体要求。由于可编程控制器在工业中大范围的应用，所以选用基于PLC的电镀生产线自动控制设计作为课题既能够跟我国当前实际相结合，能让学生更加深入地了解PLC。而且在毕业设计中能将大学所学知识应用在实际中也符合大学本科教育的具体要求。第2章 硬件与软件的简介2.1 PLC系统组成图2-1 PLC硬件框图2.1.1 中央控制处理单元（CPU）中央控制处理单元PLC的控制核心所在。它主要用来接收和存储使用者通过编程器输入其中的用户程序和相关数据；检查PLC电源和电路的工作状态、存储单元（RAM和ROM）、I/O口以及定时器的状态。同时它也能诊断用户所输入程序中的语法错误。在通电并开始运行时，PLC首先以扫描的方式把接收到数据分别放到输入输出口的锁存区，这些数据主要包括现场的各种装置的输入状态和设定的数据。然后对编程者所编写好程序按顺序进行读取，在经过对程序的命令解释后，按照用户程序指令的逻辑和运算后产生相应的控制驱动指令，并把这些指令信号先送至寄存器刷新原来的控制信号，待程序处理完后输出至相应的现场设备，完成对工业设备运行状态更新。2.1.2存储器存储器为半导体电路具有记忆功能。在PLC中存储器是由系统存储区、用户存储区组成。系统程序存储区：系统程序存储器是不可以被用户直接读取的，断电不会消失。用以存放系统程序、厂家的模块化子程序以及系统参数。用户存储区：用户存储区主要是用来存放用户按要求所编制的程序。用户可对其擦写，是由随机存储器组成的。2.1.3输入/输出接口电路输入/输出接口电路也称为I/O模块，PLC通过输入口获取工业现场的状态数据，再通过处理后生成相应的逻辑指令信号并通过I/0口对现场设备状态的更新。由于外部设备所输入的信号和输出设备所需要的驱动信号的多样性。而且PLC所能处理的只是其规定的标准电平信号。所以新输入电平信号在输入模块处转换成标准的电平信号才能进行指令解释。当要驱动外部设备时，由于外设的驱动电平各有不同，所以在控制信号输出前还要转换成外设所能识别的驱动信号。为了降低外界的环境的影响，输入/输出模块一般具有光电转换和滤波功能。同时在输入输出的接口上一般有状态指示灯，这样可以使用户更直观地了解PLC的实时状态和便于维护。2.1.4电源为满足自身电路的正常运行同时摆脱对电网的依赖，厂家在设计时会加入开关电源模块。PLC对外部供电的稳定性要求不高，可以在额定值的百分之十二左右波动。2.1.5 PLC的基本工作原理PLC采用“顺序扫描，不断循环”的方式工作。PLC通电开始运行时，CPU根据编程者事先编写好并烧写入PLC用户存储器的程序按指令步序号作周期性循环扫描。当没有遇到跳转指令时，就从首条指令开始逐条扫描执行至遇到END指令为止。在结束完一轮指令扫描执行工作后，CPU再次从首条程序开始重复上一轮的工作。同时在程序扫描过程中也对输入输出进行刷新，为下一轮控制做准备。PLC的单个扫描周期包含三个步骤：1、对外部信号输入的采样；2、根据用户程序进行逻辑判断和处理执行；3、执行完后对外设状态的刷新。1、输入采样阶段：首先PLC将存储在输入锁存器中外部设备所输入的信号写入指定的寄存区。关闭输入端口，开始准备新一轮的程序执行。2、程序执行阶段： 在输入扫描完毕后根据输入信号根据用户程序进行逻辑、运算处理，并将生成的控制信号存入输出状态寄存器中。3、输出刷新阶段：所有用户程序经过指令解释并且执行后，PLC将在上一阶段所更新的状态寄存器的电平信号送至输出锁存器中，最后用继电器或、晶体管或着晶闸管驱动相应输出设备工作。2.2组态王软件简述亚控组态王由工程浏览器、工程管理器、画面运行系统组成。由于组态王具有友好的人机界面、对各种现场情况有很强适应性、系统的开放性和丰富的拓展模等特点，为传统工业控制软件所存在的种种限制提供出了良好的解决方案，大大缩短了工程的开发周期。组态王在构建现场的监控画面上的自由度非常的高，用户完全可以根据自己的理解去构建一个现场，同时可以对画面中的各种需要监控到的元素通过动画、报警窗口等简洁直观地表达出来，实现远程监控。为了便于组态王软件与外部设备之间的通信或数据交换，包含了种类齐全的设备驱动和外部设备的通信接口。图2-1 组态王与外设的通讯2.2.1工程浏览器工程浏览器是组态王的一个重要的组成部分，其可以显示当前所有工程，并可以对单个工程进行快捷管理，内嵌组态王开发系统。主要用于工程的新建、监控画面的创建、设备运行状态的模拟、系统中各种变量的建立等等。在工程浏览器的左侧边栏可以看到，工程浏览器有三个可选目录，他们分别是“系统”、“变量”、“站点”以及“画面”如图2-2。通过这些项目下面的子目录可以让工程人员建立、查看、修改工程的各个部分。图2-2 工程浏览器2.2.2工程管理器点击进入组态王后，工程管理器是的软件首个界面。用于组态工程的创建和集中管理本机上的已有组态王工程，可对现有的组态工程进行操作，如添加、备份、删除、恢复以及实现数据词典的导入和导出等功能。如图2-3所示：图2-3工程管理器如图2-3中，左侧的小红旗表示默认的当前工程，也就是此次毕业设计所用到的工程。2.2.3画面运行系统由于组态王的画面制作开发系统是内嵌于工程浏览器的，为工程人员模拟工业现场生成人机交互界面而提供了各种各样的图素组合。同时工程人员所设计开发的画面工程在TouchVew运行环境中运行，但由于TouchExplorer和TouchVew是相互独立的，所以同一个工程的被编辑和运行可以同时进行。正是由于这种相互独立性，为工程的调试提供了极大的便利。2.3 GXdeveloper与GXSimulator简述GXDEVELOPER是三菱专用编程软件，支持三菱全系列的可编程控制器（PLC）。利用GXDEVELOPER可以将在软件端编写好的程序烧写进可编程控制器里面，从而对程序进行调试。如果手上没有实体的PLC，但是要对程序进行调试，那么我们可以借助三菱专用的仿真软件GXSimulator。GXSimulator是在GXDEVELOPER基础上才能安装的，它提供了一个虚拟的实验平台，安装后可实现对进行程序的离线仿真调试。而且由于GXSimulator允许在PC机上进行程序的开发和调试，因此对程序的错误的修改提供里极大的便利。2.4本章小结本章主要对本次设计所用硬件设备和软件进行说明。第一节介绍了可编程控制器PLC的主要组成部分和功能以及基本工作原理，让读者对PLC的组成有一个大体的了解。在第二、三中分别讲述了组态王软件的组成以及说明GXdeveloper与GXSimulator在此次毕业设计中的作用，为接下来的工作做好准备。第3章 系统的硬件设计3.1主电路设计一般意义上来说主电路是指电气线路中强电流的通路部分，主要是从电源作为开端，电动机为末端。在它们之间相连的电器元件：一般由刀开关、熔断器、接触器、继电器和电动机等组成。电气原理图能够简介直观表达出各个部件之间的连接点和连接顺序，参照原理图为电气设备的接线提供了极大的便利。图3-1 PLC电镀生产线的主电路图如图3-1所示，当下企业所应用的电镀生产线均为多台行车同时运行，为了更接近企业的现场应用，此次设计采用两台行车协调运作作为设计模型。图3-1中电机M1、M2为一组，M3、M4为一组，分别为行车和行车对应的吊钩提供动力。接触器KM1、KM2控制电机M1的正反转，实现A行车的左右移动；接触器KM3、KM4控制电机M2的正反转，实现A行车上的吊钩的上下移动。接触器KM5、KM6控制电机M3的正反转，实现B行车的左右移动；接触器KM7、KM8控制电机M4的正反转，实现B行车上的吊钩的上下移动。采用电磁失电制动型电机控制吊钩上下运动，防止行车在左右移动过程中由于重力因素使电镀篮下降。FU为熔断器对整个电路起保护作用，FR为热继电器对电机分别保护。3.1.1 吊钩与吊篮的运动关系设计图3-2 吊钩与吊篮的运动关系图在电镀的过程中，需要吊钩去吊起电镀篮移动至每一个电镀槽并放置在其中。为了节省成本，吊钩提起与放下电镀篮的动作就采用简单的倒三角的沟槽来完成。如图3-2，吊钩提起电镀篮的动作过程如下：首先吊钩保持在下限处，通过左移或者右移使吊钩的三角形沟槽铁置于电镀篮倒三角挂铁下方，然后吊钩上升，在上升的过程中就能顺利地提起电镀篮。当吊钩需要放下电镀篮时，只需要把提起动作的流程倒过来就行了。在这里需要强调的是，当吊钩处于下限处的时候，吊钩就已经和电镀篮没有接触了，这种设计方式可以使生产线在不用做其他动作调整的情况下的行车就能直接回到原点，准备提起下一个电镀篮。倒三角形的设计主要是为了防止行车在运动过程中，防止由于震动致使电镀篮的错位和脱落情况发生。3.2控制电路设计3.2.1PLC机型选择控制电路的设计采用了PLC来进行过程控制，摆脱了传统继电器控制的种种局限。对于复杂的电路，利用PLC可以实现在不需要对控制电路进行大范围的修改情况下增加或修改原电路功能。因为我们知道对于电气电路，如果控制电路改动了，必须对相应的继电器进行改动，所以我们只需要对PLC重新编程，更改输入输出电路的接口便能够实现新功能。正是由于PLC相对传统继电器控制的种种优势，所以PLC的工业控制是未来的趋势。目前市面上PLC的种类很多，而且对于每个厂家所生产的PLC，其外形、结构、功能还有配套设备均有差别，面向的工业场合也各有不同。根据场合所需，合理选择PLC，不但能合理的节省成本支出，而且对于提高PLC利用率也有重要意义。我们主要通过考虑以下几个方面的因素来对PLC进行选型。一、对被控对象进行详细的剖析在此基础上提出设计所需要实现的控制要求。为了更接近企业现场应用，我们采用了两台行车的协调运作此次设计的主要要求。安装四台电机分别控制两台型行车的上升、下降、左行、右行。配合行程限位开关对行车与吊钩的位置进行确定，防止行车与吊钩的在移动过程中的不到位或者错位。二、确定PLC的输入输出设备。根据电镀生产线的控制在要求，本设计所需的输入设备包括按钮、行程限位开关、转换开关，输出设备有接触器、指示信号灯。经过统计可知道设计中一共有21个信号输入端和12个输出控制端。输入输出口数量的确定对PLC的选型具有重要的指导意义，因为如果所选的PLC的IO口数量过多时会造成资源浪费，过少时就需要加多扩展模块，这样就不得已而增加了投资成本。三、选择PLC型号。根据设计所需的IO口数量、容量、电源、成本等，我们选择了三菱公司的PLC，型号为FX1N-40MT-001。FX1N-40MT-001一共有40个IO口，其中24个是输入口，16个是输出口。采用RS422通信方式，方便在组态王和编程软件上进行工程调试。图3-3 FX1N-40MT-001实物图3.2.2 I/O分配表表3-1 输入输出点分配表输入输出原件代号作用继电器原件代号作用继电器SB1启动按钮X000SB8B手动上升X021SQ1电镀正槽位行程开关X002SB9B手动下降X022SQ2电镀负槽位行程开关X003SB10B手动向右X023SQ3回收槽位行程开关X004SB11B手动向左X024SQ4清洗槽位行程开关X005SB12自动X025SQ5行车A左原位行程开关X006SB13手动X026SQ6吊钩A上限X007KM1吊钩A上升Y000SQ7吊钩A下限X010KM2吊钩A下降Y001SQ8行车B右原位行程开关X011KM3行车A向右Y002SQ9吊钩B上限X012KM4行车A向左Y003SQ10吊钩B下限X013KM5吊钩B上升Y004SB2暂停X001KM6吊钩B下降Y005SB3继续X014KM7行车B向右Y006SB4A手动上升X015KM8行车B向左Y007SB5A手动下降X016SB6A手动向右X017SB7A手动向左X0203.2.3 PLC外围接线图图3-4 plc外部接线图由于PLC只能接收开关变量,所以如果要实现SA转换开关的功能,一般就在编程时加入断电保持继电器，用按钮触发继电器的接通和断开来模拟转换开关的功能。根据3-4PLC的外围接线图所示，设计一共有23个输入端和8个输出端。对于三菱FX1n40MT，它有24个输入端和16个输出端。在满足本设计的要求前提下又能节省资源，选择三菱FX1n40MT是较为合理的。3.3生产线工作流程及功能设计图3-5 系统工作流程图在系统通电时，行车与吊钩均在原位时，按下“启动”按钮，生产线默认进入自动运行状态。一、自动状态下，两台行车与吊钩的工作流程大致如下：1、行车A在上挂处把电镀篮提起至上限后，向右行驶至“电镀正”槽位停止，吊钩A下降使电镀篮放置进电镀正槽里面进行工件的电镀处理，时间延时30S。2、30秒后，吊钩A提起电镀篮至上限处，进行延时20S的滴液处理，使电镀液滴回电镀正槽。3、吊钩A保持在上限处，行车A继续向右前进至“电镀负”槽位，电镀篮下降至电镀负槽内进行电镀30S，30S后提升电镀篮至上限进行滴液10S。4、行车A向右行至“回收槽”位，吊钩A下降，把电镀篮放置到“回收槽”，在吊钩A保持在下限处的情况下直接向左移动返回至行车A的原点，准备提起第二个电镀篮。5、在A行车把电镀篮放置至回收槽的同时发送信号驱动行车B，B行车保持吊钩在下限处并向左移动至“回收槽”位。6、吊钩B提起电镀篮至上限处后，向右移动至“清洗槽”，吊钩B下降把电镀篮放置至清洗槽内，清洗30秒。7、清洗30秒后，吊钩B提起电镀篮至上限处，延时10秒。8、经过10后，行车B继续向右移动返回“行车B原位”9、返回原位后，吊钩B下降，把电镀篮放置下挂台处，等待行车A的下一次信号。10、至此，两台行车共同配合完成了一个电镀篮工件的电镀工作。二、手动功能主要是为了方便机器维修与保护。启动系统时默认加载的的是自动功能，在切换到手动档后，系统才能使用手动功能。-在手动情况下，可以控制行车与吊钩的每一个动作和起停，并且可以在任何时候暂停启动其动作，同时行车、吊钩动作要实现互锁。在手动上升时，下降开关无效，反之亦然，同理手动左移时，右移开关无效。三、实时状态指示、报警功能和曲线图主要是为了监视系统的运行状况，可以远程的了解到系统的动作。并在行车或吊钩出现越限的情况下即使报警，及时通知工作人员进行断电维修。在功能设计过程中，还考虑到对于PLC的电镀生产线是否应该具有掉电保持功能，也就是说当生产线在生产过程中突然停电了，待重新供电后，生产线可以接着执行断电前未完成的任务，而不是从头开始执行。对于PLC控制的设备，每个执行元件都会有个初始状态，设备启动时，首先要执行程序的初始化，让每一个执行元件恢复至初始状态，当所有的执行元件的初始化完成时才能进入程序的自动运行。但是程序自动运行时的掉电保持方式是不适合电镀生产线的自动化控制上的，因为当由PLC控制的设备在运作过程中突然停电时，设备由于停电而不能执行接下来的动作，此时PLC是无法完成对所有设备工件的状态的记录的，当再次供电时，想控制设备继续执行未完成的动作就需要这些状态记录,并确定在程序没有受到停电的干扰而出现错误的的情况下,才能允许从停电位置继续执行。但是在现实中当PLC重新上电后，容易产生程序错乱或形成死循环，所以考虑到安全的因数，在工业中是不允许这样做的。还有一个重要的原因是，由于工件的电镀是定时的，当工件在电镀槽里面电镀时停电，当再次供电时已经超过定时时间情况下，工件就需要当成废品处理而不是继续完成未完成的电镀流程。因此在本设计中便删除了生产线在自动运行状态下的掉电保持功能。3.4小结电镀生产线的系统的硬件设计中，主电路设计主要用四台电机来实现了两台行车的左右移动和吊钩的上升和下降。选择了三菱FX1N40MT作为控制中心，既充分利用了PLC资源又节约了成本。在本章中，给出了PLC的输入输出口的接线图，作为实际生产线的接线参考。最后根据系统的工作流程图详细介绍了整个生产系统的一个详细生产过程，并指出了生产中一些必须注意的事项。第4章 系统的程序设计4.1 PLC编程语言不同的商家的PLC有不同的编程语言，但其编程语言都是大同小异的。由于在此次设计中PLC的选型为三菱公司的，所以在进行对电镀生产线的编程之前先了解一下三菱PLC的编程语言。（1）梯形图 梯形图最初是由继电器系统的控制思路转型过来的，采用的编程符号与电气线路相同，由于可编程序控制器属于微机控制系统，梯形图除了能完成基本的逻辑控制之外还可以加入大量的指令运算，执行效率大大高于继电-接触系统。梯形图由于具有直观、简洁、方便的编程特点，常常被工程开发人员所用。 （2）指令表 指令表的格式与计算机的汇编语言相似。用规定的指令助记符和操作数实现功能要求，各种类型的PLC在指令表的编程上有些许不同，不过总体思路一样。它按照程序员的编程顺序逐条解释并执行，由于指令表的简单易懂易用，有利于初学者的入门，因此得到了广泛的使用。指令表的编程也是非常灵活，即使同一功能的梯形图转换得到指令语句表也各有差异。 （3）顺序功能图 顺序功能图顾名思义就是应用于顺序控制类的程序设计，顺序功能图由每一步控制程序段、执行条件、分支结构和有向线段组成。顺序功能图非常适用于复杂的过程控制，它将复杂的控制过程分解成各个顺序步，每个步对应着相应的工艺动作，把这些步按照一定的顺序有机的进行排列组合，就构成整体的控制程序。 （4）功能块图 功能快图是一种类似于数字逻辑电路的编程语言，所以熟悉数字逻辑电路的人会比较容易掌握，该程序语言类似“与门”、“或门”的方框来表示逻辑运算关系，方框的左边为逻辑运算的输入变量，右边为输出变量，输入端、输出端的小圆圈表示“非运算”，信号由左向右流动1。4.2程序流程图设计图4-1 程序的总体流程图在把程序写入到PLC后，按下“启动”按钮，程序的默认是进入自动运行状态。当操作者想转到手动状态时，可以利用“自动、手动转换”开关进行切换。但当在手动运行情况下要转为自动运行之前一定要注意行车与吊钩的位置复位，否则会出现故障。图4-2 生产线自动运行功能流程图对于行车B来说，只有在A行车到发送了驱动信号以后B才执行一次程序，在执行完后将回到原点保持静止，直至下一次驱动信号的到来。4.3 PLC程序梯形图设计4.3.1 自动手动功能的切换 自动和手动的切换时电镀生产线必须具备的功能之一。因为生产线的故障率肯定会随着机器运行的时间长度逐渐升高的。当出现故障或者需要调试时，可以借助手动功能进行步进运行，此举为维修与调试提供了极大的便利。同时生产线自动运行功能的加入可以提高生产效率和产品的精度、降低人工成本。如图4-3，当程序开始运行时，利用cj指令跳转到P0位置，P0是自动运行状态的起始点。在生产线进行调试需要切换到手动时，则按下X26按钮接通M500掉电继电器，使M500常闭断开，就相当于切断了cj指令从而进入手动功能，下面将会有详细介绍。手动和自动功能可以随时切换，当切换到手动功能的同时对自动功能下得状态寄存器进行清零，防止对后面再次自动运行时出现错误。图4-3 自动手动切换程序4.3.2 手动功能程序的编写 由于手动功能一般是在维修或者调试下才需要调用的功能，所以手动能的编写需考虑到在维修调试时随时能暂停和继续，因此编程时采用了掉电保持继电器。如图4-4，当按下按钮X15，M501保持接通，输出Y0吊钩开始上升。在上升的过程中按下X16，虽然M502接通，但是由于Y0和Y1互锁，所以在吊钩的上升和下降不能同时进行，这样可以保护电机，防止电机烧坏。如果在吊钩在上升时切换到下降状态，需要按下X1，暂停上升后，下降按钮X16才能生效。在吊钩运动时，按下X1暂停动作后需要再次按下X15才能继续其上升动作。在编写行车与吊钩的手动功能时，考虑到安全因素，对需要进行动作的互锁。行车的左右运动互锁、吊钩的上下也需要互锁。对于行车和吊钩来说，只有上下左右四个动作，所以其他的手动功能也是用相同的方法可以实现，详细的程序在附录表中。图4-4 行车A吊钩的手动功能4.3.3 自动功能程序的编写图4-5 自动运行程序（1）图4-6 自动运行程序（2）如图4-5和4-6，生产线自动档的入口在P0，“自动手动”开关处于断开时行车处于自动运行，此时按下X0按钮启动电镀生产线的自动运行状态。 在启动自动档之前要把行车与吊钩进行位置的复位，否则会造成错误。生产线自动运行时，首先Y0接通，A吊钩上升，至上限处时吊钩停止运行，A行车向右移动至电镀槽行程开关处，其余执行步骤均采用步进方式进行编程来完成。在考虑到在自动运行状态下掉电的情况，由于安全的因素，当再次供电时程序不会在上次断电的地方继续未执行程序，所以删除的掉电保持的自动程序设计。4.4 小结在本章开篇首先介绍了三菱PLC的主要编程语言的种类的基本知识。接下来的小节中主要是根据电镀生产线的控制要求，利用三菱专用的编程软件gx developer来进行编程，在编程之前首先要对编程对象进行分析，结合实际思考设计需要哪些功能，利用什么样的编程方法来实现。在编程之前可以借助流程图来帮我们梳理清楚条件与步骤，借助流程图来指导下一步编程思路有重要意义。在章节中详细介绍了自动和手动功能的编程思想，也讲述了在编程中应该考虑与实际相结合，不能忽略安全因素。第5章 系统组态设计5.1建立新工程一、在绘制组态画面前，首先要先建立一个工程文件。启动“工程管理器”，点击新建工程。图5-1工程管理器二、点击“浏览”选择新工程所存放的位置。在这里我的是选择D盘毕“业设计”文件夹内。点击“下一步”进入下一步骤。图5-2 选择工程存放位置三、输入新建工程的名称“电镀生产线”至此我们完成了一个新工程的建立。图5-3 新建工程名称5.2创建组态画面在新建好工程了，我们需要对工业现场的一个建模，组态王画面就是对现场的一个模拟。通过工程浏览器可以在同一个工程下建立多个画面，用户在画面上建立的每一个图形在通过拷贝后，在其他每一个画面中重复使用。可以对画面中的每个图形进行“编程”从而实现，图形之间的动画连接。在工程浏览器中点击“画面”后，就可以在右边的对话框中新建此次设计所需要的画面，在这里，我建立了四个画面，如图5-4所示：图5-4 新建组态画面一、电镀生产线的现场模拟图5-5下：图5-5 电镀生产线现场模拟画面二、电镀生产线的监控画面如图5-6下：图5-6 监控画面三、行车和吊钩在运行时，可能会出现各种越限、错位的情况，图6-7就是当出现这些情况时的实时报警以及记录。图5-7 报警画面四、行车与吊钩的实时、历史运行曲线。在此画面内我们可以看到行车与吊钩所处于的位置。当生产线发生故障时，我们可以通过翻阅这些曲线记录，便可以得到故障在哪一个位置开始发生了，对维修工作具有一定的指导意义。图5-8 运动曲线监控画面5.3定义I/O设备在组态王对PLC程序进行调试时，必须在组态王和PLC之间建立一个连接通道。因此我们需要定义I/O设备，点击工程浏览器的“设备”并在右侧出现的对话框中新建设备。图5-9 定义I/O设备在点击“新建”出现如下对话框，在此次设计中，为我用的是三菱FX的PLC，所以可以根据下图选择“编程口”图5-9 选择设备在接下来的步骤中，我们要给新建的I/O设备指定一个唯一的名称，并选择COM口以及其他设置，在这里就不一一赘述了。经过以上工作后，我们就完成了组态王和PLC的通信连接。设备定义完成后，可以在工程浏览器对话框中显示出所新建的外部设备名称。当要验证外部设备与PLC是否能正常通行时，双击该设备名称，在新弹出的对话框中选中测试PLC。至于新建的设备相当于一个中间装置，它将实物PLC与自己建造的变量联系起来，相当于把程序与界面联系了起来，为以后的控制做好了准备。在定义数据库的变量词典时，要把该变量设为I/O变量同时也要把该变量的连接设备连接到相应的新建设，完成以上工作后才可以和组态王通信。5.4构造数据库在建立好组态王画面以后，我们要建立一个数据库，用于组态王和PLC之间的数据交换。点击“数据库”再点击“数据词典”后就可以在出现的对话框里新建变量了。在新建变量时需要对变量进行参数的设置。如图5-10：图5-10 定义变量变量可以根据I/O分配表来建立。在“变量类型”中我们有内存离散、内存整数、内存实数、内存字符串、I/O离散、I/O整数、I/O实数、I/O字符串选择。一般的开关量都属于IO离散型，而需要与内部物件动画连接的则可以定义为内存形。5.5动画连接建立好数据词典后，接下来的工作是建立动画连接，对画面里的图形分配一个变量，当变量发生变化时，图形便做出相应的动作，使所建立起来的画面运动起来。双击画面中的图形，弹出图5-11对话框：图5-11 动画面接在图5-11对话框的里面，我们可以设置该图形所对应的动作。例如行车的左移右移，我们可以选择“水平移动” 出现图5-12对话框，图5-12 水平移动动画设置对话框点击“？”在弹出的“选择变量名”对话框中选中“行车移动”并可以在这个对话框里面设置“移动距离”和该移动距离所对应的值。5.6编写语言命令在画面中右击 画面，选中“画面属性”，在画面名称右面有“命令语言一栏”，双击，弹出如图4-17所示对话框。组态王语言编写类似于面向对象语言，但它只有IF/ELSE和WHILE语句表达式，两种语句表达式可以兼容，它们之间本身也可以嵌套使用，基本的语法形式都一样。该软件还有大量的函数可以使用，此次设计中，主要应用了“showpicture”函数来实现画面的切换。应用程序命令语言编辑框如图5-13：图5-13 应用程序命令语言编写对话框设计中所编写的应用程序命令语言程序为：/暂停事件if(本站点暂停=1)本站点A吊钩上升=0;本站点A吊钩下降=0;本站点A行车前进（向右）=0;本站点A行车后退（向左）=0;本站点B吊钩上升=0;本站点B吊钩下降=0;本站点B行车前进（向右）=0;本站点B行车后退（向左）=0; /A行车与吊钩运动if(本站点A吊钩上升=1)本站点A吊钩移动=本站点A吊钩移动+10;if(本站点A吊钩下降=1)本站点A吊钩移动=本站点A吊钩移动-10;if(本站点A行车前进（向右）=1)本站点A行车移动=本站点A行车移动+10;if(本站点A行车后退（向左）=1)本站点A行车移动=本站点A行车移动-10;/B行车与吊钩运动if(本站点B行车前进（向右）=1)本站点B行车移动=本站点B行车移动-10;if(本站点B行车后退（向左）=1)本站点B行车移动=本站点B行车移动+10;if(本站点B吊钩上升=1)本站点B吊钩移动=本站点B吊钩移动+10;if(本站点B吊钩下降=1)本站点B吊钩移动=本站点B吊钩移动-10;/A位置if(本站点A行车移动=0)本站点行车A原位=1; if(本站点A吊钩移动=0)本站点行车A下限=1;if(本站点A吊钩移动=90)本站点行车A上限=1;if(本站点A行车移动=170)本站点电镀正=1;if(本站点A行车移动=320)本站点电镀负=1;if(本站点A行车移动=470)本站点回收槽=1;/B位置if(本站点B行车移动=0)本站点行车B原位=1;if(本站点B吊钩移动=0)本站点行车B下限=1;if(本站点B吊钩移动=90)本站点行车B上限=1;if(本站点B行车移动=190)本站点清洗槽=1;if(本站点B行车移动=320)本站点回收槽=1;/触摸屏报警if(本站点A行车移动=480 | 本站点A行车移动=100 | 本站点A吊钩移动=335 | 本站点B行车移动=100 | 本站点B吊钩移动=-10)本站点B吊钩报警=1;5.7小结组态王画面设计要根据软件的设计并结合实际的生产现场来绘制。在画面中用简单的图形来表示工业现场装置或者功能表示。在画面完成后需要建立一个数据词典，通过动画连接的设置把图形和现场每一种设备的可能的运行状态关联，并利用组态王程序的编写最终使整个画面协调运作起来，从而实现对工业现场的一个实时监控和模拟。第6章 系统软硬件调试设计的最后阶段把软件和硬件结合起来进行连接调试，实现电镀生产线系统的监控功能。根据工程画面中的各个图形部件之间的动画连接和控制关系，组态王实现了现场情况的模拟并生成相关数据。首先用rs232转USB数据线连接好PLC与PC。在PC端设置好com口以及传输波特率等。在plc能与gx developer通信的情况下把所编好的程序烧写进plc里面。程序烧写完后，就是在组态王与plc之间建立连接，组态王模拟实际生产过程，在生产过程产生各种信号传输至plc的输入端，plc经过指令解释后输出驱动信号指导组态王的下一个状态。具体的调试的过程就是实现电镀生产线功能的过程，在这里就不一一赘述了。结论通过对电镀生产线控制系统的课题设计让我更加深入了解到了我国电镀行业的发展历史和前景，也了解到了PLC对整个工业自动化发展所做出的贡献。此次设计为了更加贴近实际生产现场，我们采用两台行车与吊钩的系统设计。利用两台行车的配合协调工作，实现了电镀生产线生产效率的大大提高。在进行吊钩设计时，采用了吊钩与电镀篮之间倒三角咬合关系，并且把这种关系利用CAD的作图方式简单地描述出来，这种设计不但使电镀篮在运动中更加稳定而且还能纠行程开关不灵敏所造成的定位不准确，同时也为设计节省了电力成本，符合企业的应用要求。程序的编写是此次设计的重要一环，由于事先去现场参观了电镀生产线的运作流程，所以在编程时考虑了每一个生产环节，最大限度地贴合实际生产线，并努力使它体现在程序的设计中，所以总的来说这次的系统设计还是不错的。在组态王画面的设计中尽量用最简洁的换面表达出整个生产现场的运作流程，并利用组态王的编程时整个画面协调运作起来，实现对现场的仿真模拟和监控。最终，在经过不懈的努力下，电镀生产线控制系统的设计基本完成，并且在不断的调试中逐渐完善。参考文献1 史宜巧等.PLC技术及应用项目教程.机械工业出版社，2009 2 李道霖. 电气控制与PLC原理及应用.电子工业出版社，2010 3 初航.三菱FX系列PLC编程及应用.电子工业出版社，2011 4 J. wider, K. Foit. The use of the Mitsubishi PLC systems in students preparation for realization of industrial tasks. VOLUME 14 ISSUE 1-2January-February 20065 刘艳梅等.三菱PLC基础与系统设计.机械工业出版社，2009 6 肖明耀.三菱FX系列PLC应用技巧实训.中国电力出版社，2010 7 杨公源 黄琦兰 可编程控制器应用与实践 清华大学出版社 2007.58 魏俊民.模拟量输出通道.工业计算机与接口技术.20079 严盈富.监控组态软件与PLC入门.北京：人民邮电出版社,200610 廖常初.西门子人机界面(触摸屏)组态与应用技术.北京：机械出版社,200711 北京亚控科技有限公司.组态王中级培训教程12 廖常初主编.PLC编程及饮用.北京：机械工业出版社，2005 13 常晓玲.电气控制系统与可编程控制器北京：机械工业出版社，2007 14 组态王软件在监控系统中的应用 .李瑞先.文章编号: 10057277 ( 2006) 05004903致谢历时几个月的努力，在指导老师的指导下，在同学们的帮助下，在自己通过各方面查找资料后，我最终完成了基于PLC的电镀生产线控制系统的设计。在此，我郑重的向在此过程中给予我帮助的老师和同学们表达深深的谢意，同时也感谢学校能够给我们提供这么好的实验条件，能让我们不仅仅是在纸张上完成自己的课程设计，更是让我们能亲眼看见自己辛苦几个月的设计成果。毕业设计是对所学专业的一次总结，对专业综合能力的一次应用。在刚接触到“电镀生产线”这个名词时，我还是对生产线没有多少了解，通过上网和查找资料也没有多少收获，幸好在李澄非老师的帮助指导下，我们得以去生产线的现场进行了解，这为毕业设计最大限度地理清了思路，让我在接下来的设计中有了一个总的指导思想。在设计的过程中我遇见了不少的困难，这些困难不仅仅是靠我们的教材和课堂上面老师教给我们的那些知识就能解决的，我们必须自己想办法解决。向老师求教，向同学们问询，在网络上面搜索答案，到图书馆借书，这都是我这次能一次又一次克服这些困难所使用的方法。所以说，毕业设计检验的不仅仅是我们对专业知识的掌握，更是检验和锻炼我们解决问题和获取知识的能力，我认为我的这些能力就在这次设计中得到了很大的锻炼。总之，这此的设计教会了我很多，不仅仅是专业知识得到扩展，更多的是发现问题，解决问题的能力和获取知识的能力得到锻炼。当然，在这个过程中我的成长远远离不开我尊敬的指导老师李澄非老师，还有我亲爱的同学们，没有他们的帮助我远远不能得到今天的进步。我再次向他们表达谢意，祝他们身体健康，工作顺利！附录1 梯形图附录2 指令表