畢業(yè)設(shè)計（論文）無鉛波峰焊機(jī)的自動控制系統(tǒng)設(shè)計

1、寧夏理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）摘要在電子產(chǎn)品生產(chǎn)工藝中，無鉛波峰焊接是主要的焊接方法之一。無鉛波峰焊機(jī)控制系統(tǒng)的性能直接影響到電子產(chǎn)品的焊接質(zhì)量。本文介紹了無鉛波峰焊接的原理、技術(shù)特點、發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢，具體說明了無鉛波峰焊的工藝流程及控制要求，并研究控制系統(tǒng)的總體方案設(shè)計及其軟件開發(fā)，重點介紹無鉛波峰焊機(jī)的最重要的環(huán)節(jié) 溫度控制系統(tǒng)，包括第一、第二、第三預(yù)熱和錫爐溫度的檢測和溫度控制兩方面，并詳細(xì)闡述pid控制算法原理 。關(guān)鍵詞： 無鉛波峰焊；plc；溫度檢測；pid控制。abstractin electronic product manufacturing process, lead-fr

2、ee wave soldering methods is the main one. the performance of lead-free wave soldering control system directly affects the welding quality of electronic products. this paper introduces the principle, wave soldering technique characteristics and development status and development trend, specifying th

3、e lead-free soldering work process and control requirements, and research control system scheme of design and software development, introduced the most important lead-free wave welder links of temperature control system, including the first, second, third preheating and tin stove temperature detecti

4、on and temperature control two aspects, and elaborate pid control algorithm principle.key words：lead-free wave soldering；plc； temperature detection；pid control. 目 錄摘要iabstractii第1章 緒論- 3 -1.1課題研究的背景和意義- 3 -1.2無鉛波峰焊的基本原理及特點- 3 -1.3無鉛波峰焊機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢- 3 -1.4本文的主要工作和章節(jié)安排- 3 -第2章 工藝流程及控制要求- 3 -2.1無鉛波峰焊接的基

5、本步驟- 3 -2.2無鉛波峰焊的工藝參數(shù)- 3 -2.3無鉛波峰焊控制系統(tǒng)要求- 3 -第3章 總體方案設(shè)計- 3 -3.1 plc 特點- 3 -3.2總體設(shè)計方案- 3 -3.2.1 上位機(jī)監(jiān)控- 3 -3.2.2 溫度控制- 3 -3.2.3 步進(jìn)電機(jī)控制- 3 -3.2.4 變頻調(diào)速- 3 -3.2.5 網(wǎng)絡(luò)通訊- 3 -3.3總體軟件設(shè)計方案- 3 -第4章 無鉛波峰焊機(jī)溫度控制設(shè)計- 3 -4.1 pid控制算法- 3 -4.2硬件設(shè)計- 3 -4.2.1 plc選型- 3 -4.2.2 熱電阻擴(kuò)展模塊em231測溫- 3 -4.2.3 加熱裝置選擇及調(diào)溫方法- 3 -4.3程序

6、設(shè)計- 3 -4.3.1 溫度檢測程序設(shè)計- 3 -4.3.2 溫度控制程序設(shè)計- 3 -參考文獻(xiàn)- 3 -結(jié)束語- 3 -致謝- 3 -附錄1- 3 -附錄2- 3 - 41 -第1章 緒論隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民物質(zhì)文化生活水平的不斷提高，人們對電子設(shè)備的需求越來越大，對電子設(shè)備的質(zhì)量要求也越來越高。在電子生產(chǎn)設(shè)備中，無鉛波峰焊機(jī)作為電路板(pcb，printed circuit board)的重要焊接設(shè)備，已有20多年的歷史，主要用于通孔插裝元件、表面貼裝元件及混合組裝型pcb板的整體焊接，無鉛波峰焊機(jī)控制系統(tǒng)的好壞將直接影響到電子產(chǎn)品的質(zhì)量。1.1課題研究的背景和意義隨著科技的發(fā)展，越

7、來越多的新型元器件被應(yīng)用于電子產(chǎn)品中，電子產(chǎn)品變得更輕、更薄、更小，對精密微型化的安裝結(jié)構(gòu)，傳統(tǒng)的手工焊接已不能滿足電子產(chǎn)品的質(zhì)量要求，而且生產(chǎn)效率低。有的單靠人的技能已是無法勝任，只能靠先進(jìn)的自動化和機(jī)械化技術(shù)才能完成。波峰焊技術(shù)隨之應(yīng)運(yùn)而生，可以完成手工操作無法完成的工作，適合于大批量焊接，質(zhì)量好、速度快，操作方便。另外傳統(tǒng)的電子元件焊料由63%的sn和37%的pb構(gòu)成，而鉛是一種有毒的重金屬，人體攝入低量的鉛則可能對人的智力、神經(jīng)系統(tǒng)造成影響，過量吸收會引起中毒。全球電子工業(yè)每年要消耗大約60000噸左右的焊料，而且還在逐年增加，形成的大量含鉛鹽的工業(yè)渣，是鉛污染的重要來源之一。鉛鹽易溶

8、于水，水資源污染后，鉛進(jìn)入人體并在人體內(nèi)積累引發(fā)鉛中毒，因此，減少鉛的使用已成為全世界關(guān)注的焦點，從2000年開始，全球知名的電子產(chǎn)品制造商開始了無鉛化進(jìn)程，主要采用sn-cu或sn-cu-ni合金作為焊料（添加少量的ni可增加焊料流動性和延伸率）。我國政府也于2003年3月由信息產(chǎn)業(yè)部制定電子信息產(chǎn)品生產(chǎn)污染防治管理法，自2006年7月1日起禁止電子產(chǎn)品含鉛。由于生產(chǎn)的需要和環(huán)保的要求，對于電子產(chǎn)品企業(yè)來說，無鉛波峰焊接技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)是擺在企業(yè)面前必須解決的現(xiàn)實問題。無鉛波峰焊機(jī)作為新的工藝設(shè)備，自動化程度高，因而對控制系統(tǒng)提出了更高的要求，本設(shè)計采用plc的控制方案，可靠性高、編程簡單易懂

9、、操作方便、使用壽命長。無鉛波峰焊機(jī)的應(yīng)用，可以使產(chǎn)品加工質(zhì)量穩(wěn)定的保持在設(shè)計規(guī)范之內(nèi)，適合批量化生產(chǎn)，有效降低生產(chǎn)成本，減少工人的勞動強(qiáng)度，大幅提高生產(chǎn)效率，以適應(yīng)市場和用戶的需求。1.2無鉛波峰焊的基本原理及特點平滑波pcb板湍流波焊料波峰無鉛波峰焊是將熔融的液態(tài)焊料借助于泵的作用在焊料槽液面形成特定形狀的焊料波，插裝了元器件的pcb板置于傳送鏈上，經(jīng)過某一特定的角度以及一定的浸入深度穿過焊料波峰而實現(xiàn)焊點焊接的過程。圖1.1 雙波峰焊原理圖無鉛波峰焊有單波峰焊和雙波峰焊之分。目前主要采用雙波峰焊接技術(shù)，波峰面的表面被一層氧化皮覆蓋它在沿焊料波的整個長度方向上幾乎都保持靜態(tài)，在波峰焊接過程

10、中，pcb板接觸到錫波的前沿表面，氧化皮破裂，當(dāng)pcb板進(jìn)入第一個波峰面前端時，基板與引腳被噴上焊料，熔融的焊料在經(jīng)過助焊劑凈化的金屬表面上進(jìn)行浸潤和擴(kuò)散，并在未離開第二個波峰面之前，整個pcb板浸在焊料中，即被焊料所橋聯(lián)，但在離開波峰尾端的瞬間，少量的焊料由于潤濕力（親和力）的作用，粘附在焊盤上，并由于表面張力的原因，會出現(xiàn)以引腳為中心收縮至最小狀態(tài)，此時焊料與焊盤之間的潤濕力大于兩焊盤之間的焊料的內(nèi)聚力，因此會形成飽滿的焊點，離開波峰尾部時，多余焊料由于重力的原因，回落到錫鍋中 ，防止橋聯(lián)的發(fā)生。無鉛波峰焊機(jī)的特點： (1)省工省料，提高生產(chǎn)效率，降低成本。(2)提高焊點質(zhì)量和可靠性。波峰

11、焊被焊面朝下是敞露的，氣體排放很暢通因此正常情況下就不會發(fā)生冒泡和內(nèi)部洞穴現(xiàn)象。另外，焊料的上升過程是基體金屬表面對液態(tài)焊料的潤濕力和液態(tài)焊料自身張力所形成的壓力，在克服重力作用下而爬上穿孔的上端口的。所以凡是通過波峰焊接形成的焊點，通常不會出現(xiàn)虛焊現(xiàn)象。(3)改善了操作環(huán)境。使用活性松香含鉛焊料手工焊接操作時產(chǎn)生的煙，其中大部分是助焊劑受熱分解產(chǎn)生的氣體或揮發(fā)物。煙中含有：蒎酸、甲醛、苯酚、一氧化碳等有害成分。而采用無鉛波峰焊機(jī)，由于采用了良好的排氣系統(tǒng)，讓操作者遠(yuǎn)離了煙霧。(4)產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)化。由于采用了機(jī)械化和自動化生產(chǎn)，就可以排除手工操作的不一致性，確保了產(chǎn)品安裝質(zhì)量的整齊化和工藝的規(guī)

12、范化、標(biāo)準(zhǔn)化。（5）使用無鉛焊料更加環(huán)保，減少對人體的傷害。1.3無鉛波峰焊機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢波峰焊接技術(shù)已有20多年的歷史，波峰焊機(jī)已經(jīng)從最初安放在傳送鏈上的簡單裝置發(fā)展成為如今結(jié)構(gòu)復(fù)雜、性能優(yōu)異的焊接設(shè)備。目前，國內(nèi)主要采用工控機(jī)的控制方案，溫度控制采用pid控制算法，仍有不少設(shè)備采用單波峰焊接技術(shù)，波峰發(fā)生器以機(jī)械泵為主，采用速度控制器調(diào)節(jié)傳動裝置和波峰發(fā)生器。國外主要采用plc或單片機(jī)的控制方案，更加簡單、方便，普遍使用雙波峰焊接工藝，第一個波是湍流波，第二個波為平滑波，以彌補(bǔ)原來單波峰的不足，把焊點拉尖問題減小到最小。溫度控制采用模糊控制，傳動裝置和波峰發(fā)生器通過變頻器來調(diào)節(jié)。圖

13、1.2 無鉛波峰焊機(jī)實物圖作為一項關(guān)鍵性工藝裝備，無鉛波峰焊機(jī)的性能依然有待提升, 其新發(fā)展有：(1) pcb板進(jìn)入波峰的傾角直接影響焊接效果，而傾角大小的取舍又是與整機(jī)外型尺寸大小相關(guān)聯(lián)的，可采用曲線漸變導(dǎo)軌和夾具可變傾角結(jié)構(gòu)，解決既要整機(jī)外形小又要傾角大這一對矛盾。（2）對于加熱裝置，溫度控制系統(tǒng)應(yīng)注意純滯后，運(yùn)用smith補(bǔ)償器改進(jìn)。(3)焊料波峰動力技術(shù)方面的發(fā)展，隨著感應(yīng)電磁泵技術(shù)理論研究的深入和應(yīng)用技術(shù)的完善，感應(yīng)電磁泵技術(shù)將逐漸替代機(jī)械泵技術(shù)，成為未來焊料波峰動力技術(shù)的主流。（4）增加助焊劑噴涂控制檢測系統(tǒng)，嚴(yán)格控制噴涂量并且噴涂均勻，以免造成焊接短路或開路。（5）整個焊接過程中

14、采用氮氣保護(hù)系統(tǒng)，防止高溫下裸銅和共晶焊料氧化，提高焊接面的濕潤性和焊料的流動性，使產(chǎn)品質(zhì)量進(jìn)一步提高。1.4本文的主要工作和章節(jié)安排本文的主要工作是介紹無鉛波峰焊工藝，設(shè)計無鉛波峰焊機(jī)的控制系統(tǒng)并開發(fā)基于plc的溫度控制器，還在此硬件平臺上進(jìn)行一定的溫度控制算法研究。本文共分五章。第一章主要介紹本課題的研究背景、意義和波峰焊的原理。第二章主要介紹了無鉛波峰焊的工藝流程和控制系統(tǒng)的參數(shù)選擇及控制要求。第三章主要介紹控制系統(tǒng)的總體設(shè)計。第四章是本文的重點，主要設(shè)計無鉛波峰焊機(jī)的溫度控制系統(tǒng)，包括硬件結(jié)構(gòu)和軟件編程，并概述pid控制算法。第2章 工藝流程及控制要求如圖2.1所示無鉛波峰焊機(jī)結(jié)構(gòu)圖，

15、無鉛波峰焊機(jī)的主要組成部分有傳動裝置、助焊劑涂裝置、預(yù)熱裝置、波峰焊接裝置和冷卻裝置。對于絕大部分無鉛波峰焊機(jī)，pcb板從設(shè)備的左側(cè)進(jìn)入，右側(cè)輸出。整個工藝過程，可以大致分為四個步驟：添加助焊劑、預(yù)加熱、波峰焊接和冷卻，每一個步驟對整個工藝處理是否成功來說都很重要。自動控制系統(tǒng)的設(shè)計應(yīng)充分考慮每個步驟的目的和注意事項，設(shè)置合格的參數(shù)，以保證印刷電路板的焊接質(zhì)量。圖2.1 無鉛波峰焊機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖2.1無鉛波峰焊接的基本步驟（1）噴涂助焊劑將完成點(或印刷)膠、膠固化、插裝通孔元器件的印制電路板從無鉛波峰焊的左端放入，隨傳動裝置向前運(yùn)行，通過助焊劑噴嘴時，使印制電路板的下表面和所有的元器件端頭和引

16、腳表面均勻地涂敷一層薄薄的助焊劑。其主要作用：利用電路板進(jìn)入預(yù)熱區(qū)受熱，使助焊劑中松香和活性劑開始分解和活性化，去除印制電路板焊盤、元器件端頭和引腳表面的氧化膜以及其他污染物，同時起到保護(hù)金屬表面防止發(fā)生再氧化的作用，而且可以降低焊接時焊料的表面張力，有利于焊料的潤濕和擴(kuò)散。圖2.2 工藝流程圖 （2)預(yù)熱處理pcb板隨傳動裝置進(jìn)入預(yù)熱區(qū)，共三次預(yù)加熱，預(yù)熱溫度在80150之間，根據(jù)不同類型的pcb板設(shè)定不同的溫度。無鉛波峰焊機(jī)采用底部預(yù)加熱升高pcb板組件和助焊劑的溫度，有助于助焊劑活化，去除揮發(fā)物；同時使pcb板和元器件充分預(yù)熱，避免焊接時急劇升溫產(chǎn)生過大的熱應(yīng)力損壞印制電路板和元器件，將

17、熱沖擊降低至最小的程度。這兩個作用在實施大批量焊接時，是非常關(guān)鍵的。當(dāng)印刷電路板組件的質(zhì)量較重時，例如具有8層或?qū)訑?shù)更多的多層板，通常情況下要求采用底部和頂部加熱相結(jié)合的措施，使pcb板組件達(dá)到合適的溫度，同時又不會產(chǎn)生底部過熱的現(xiàn)象。（3)波峰浸焊pcb板繼續(xù)向前運(yùn)行，板的底面首先通過第一個熔融的焊料波，焊料波由波峰發(fā)生器產(chǎn)生，將焊料打到pcb板底面所有焊盤、元器件引腳上，熔融的焊料在經(jīng)過助焊劑凈化的金屬表面上進(jìn)行浸潤和擴(kuò)散。第一個波峰是由狹窄的噴嘴噴出的湍流波，流速快，對smt元器件有較高的垂直壓力，使焊錫對尺寸小、貼裝密度高的焊點有較好的滲透性，并克服了元器件的復(fù)雜形狀及“陰影效應(yīng)”帶來

18、的不良影響。同時湍流波向上的噴射力可以使焊劑氣體順利排出，大大減少了漏焊、橋接、及焊縫不充實等缺陷。然后pcb板的底面通過第二個熔融的焊料波，第二個焊料波是平滑波，焊錫流動速度慢，出口處的流速幾乎為零，能有效除去引腳過量的焊錫，使焊接表面濕潤良好。在pcb板離開波峰尾端的瞬間，少量的焊料由于潤濕力的作用粘附在焊盤上并由于表面張力的原因，會出現(xiàn)以引線為中心收縮至最小狀態(tài)，此時焊料與焊盤之間的潤濕力大于兩焊盤之間的焊料的內(nèi)聚力，因此會形成飽滿，圓整的焊點。在離開波峰尾部時，多余焊料的由于重力的原因，回落到錫鍋中，將引腳之間的連橋分開，并將拉尖的影響減小到最小。（4）冷卻當(dāng)pcb板離開波峰開始冷卻時

19、，靠近銅盤附近的pcb板將產(chǎn)生向上的拉應(yīng)力，焊點表面由于熱擴(kuò)散作用快首先開始凝固，其后是通孔內(nèi)部的焊料開始凝固，通孔內(nèi)部焊料開始凝固收縮時，對焊點表面產(chǎn)生拉應(yīng)力的作用，最后在銅盤與料結(jié)合處產(chǎn)生應(yīng)力集中。當(dāng)此處的結(jié)合強(qiáng)度低于集中的應(yīng)力時，就可能開裂造成焊盤剝離。產(chǎn)生焊盤剝離，原因在于冷卻過程中焊料合金的冷卻速率與pcb板的冷卻速率不同所致。一個比較好的方法就是在焊后采用急速冷卻，冷卻過程焊點的不同位置幾乎是同時凝固的，產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力作用較小，出現(xiàn)焊盤剝離的幾率大大減小。另外波峰焊后適當(dāng)?shù)睦鋮s有助于增強(qiáng)焊點接合強(qiáng)度的功能，同時，冷卻后的產(chǎn)品有利于操作人員的作業(yè)。2.2無鉛波峰焊的工藝參數(shù)焊接質(zhì)量是產(chǎn)

20、品質(zhì)量的保證，理想的無鉛波峰焊接的工藝參數(shù)是多項指標(biāo)綜合的統(tǒng)一，對波峰焊接質(zhì)量有重要影響的工藝參數(shù)主要有傳輸速度、預(yù)熱溫度、焊接溫度、波峰高度等，其中某一個參數(shù)選擇不當(dāng)，都會導(dǎo)致各種焊接缺陷，使焊接質(zhì)量下降。（1）傳輸速度傳輸速度的快慢是影響焊接時間，速度過慢使焊接時間增長，pcb板及板上元器件受高溫加熱時間較長，元器件容易受損或印制板產(chǎn)生變形，使焊盤牢度下降；速度過快，則容易產(chǎn)生漏焊、虛焊、假焊等不良現(xiàn)象。焊點與熔融焊料所接觸的時間為焊接時間，焊接時間=波峰寬度速度，通常波峰面長度為45cm，焊接時間控制在22.5秒之內(nèi)，因此傳輸速度一般控制在0.2cm/s即0.12 m/min。（2）預(yù)熱

21、溫度預(yù)熱溫度低，pcb板達(dá)不到預(yù)期溫度，使焊料的擴(kuò)展率下降，流動性降低，表面張力增大，易出現(xiàn)虛焊。預(yù)熱溫度過高時，助焊劑急劇揮發(fā)，助焊劑中的活化成分喪失，助焊性能降低，使焊盤潤濕性變差，易出現(xiàn)漏焊。不同的板預(yù)熱溫度不同，單面板預(yù)熱溫度為80110；雙面板溫度為90120；多層板溫度為10015o。（2）焊接溫度無鉛波峰焊機(jī)的錫爐溫度控制極為重要，溫度太低，焊料表面張力大，焊料流動性變差，會產(chǎn)生橋接、拉尖、虛焊等現(xiàn)象；溫度太高，pcb板易產(chǎn)生變形、翹曲，過高的溫度還會導(dǎo)致焊點合金的改變，使焊點的導(dǎo)電性能變差，機(jī)械性能變脆。因此，錫爐溫度一般設(shè)置在（2505）范圍。（4）波峰高度波峰高度設(shè)置過低，

22、焊接時會產(chǎn)生漏焊、虛焊，使焊接質(zhì)量變差；波峰高度過高，焊接時易發(fā)生焊料漫流，甚至使焊錫噴涌到pcb板面上，對pcb板造成損傷。波峰焊接時的波峰高度一般設(shè)置在pcb板板厚的高度。2.3無鉛波峰焊控制系統(tǒng)要求無鉛波峰焊控制系統(tǒng)的主要要求和特點： （1）控制無鉛波峰焊的傳送帶速度。（2）通過調(diào)速泵的轉(zhuǎn)速控制波峰高度。（3）實現(xiàn)溫度檢測，控制預(yù)加熱溫度和錫爐溫度。（4）要求無鉛波峰焊機(jī)的錫爐溫度控制精度達(dá)到（2501）。第3章 總體方案設(shè)計無鉛波峰焊控制系統(tǒng)是一個復(fù)雜的控制系統(tǒng)，運(yùn)用了多種先進(jìn)控制技術(shù)對無鉛波峰焊機(jī)進(jìn)行控制，其中包含的技術(shù)有溫度檢測、控制，變頻器調(diào)速、步進(jìn)電機(jī)控制，通訊技術(shù)、邏輯控制、

23、控制算法等，因而對控制系統(tǒng)提出了更高的要求，目前，常用的無鉛波峰焊控制器有可編程控制器(plc)、工控機(jī)(ipc)兩種。本設(shè)計采用plc作為控制器。3.1 plc 特點plc主要有中央處理單元(cpu)、存儲器(ram、rom)、輸入/輸出部件(i/o)、電源和編程器幾大部分組成。plc是以微機(jī)處理器為核心的數(shù)值式電子、電氣自動控制裝置,也可以說是一種專用微型計算機(jī)。各種plc的具體結(jié)構(gòu)雖然多種多樣,但原理基本相同，即都是以微處理器為核心，并輔以外圍電路和i/o單元等硬件.其主要特點是：(1)可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)高可靠性是電氣控制設(shè)備的關(guān)鍵性能，plc由于采用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路技術(shù)，大量的開

24、關(guān)動作由無接觸的半導(dǎo)體電路來完成，采用嚴(yán)格的生產(chǎn)工藝制造，內(nèi)部電路采取了先進(jìn)的抗干擾技術(shù)，具有很高的可靠性。(2)配套齊全，功能完善，適用性強(qiáng)plc發(fā)展到今天，已經(jīng)形成了大、中、小各種規(guī)模的系列化產(chǎn)品?？梢杂糜诟鞣N規(guī)模的工業(yè)控制場合。除了邏輯處理功能以外，現(xiàn)代plc大多具有完善的數(shù)據(jù)運(yùn)算能力，可用于各種數(shù)字控制領(lǐng)域。近年來plc的功能單元大量涌現(xiàn)，使plc滲透到了位置控制、溫度控制、cnc等各種工業(yè)控制中，加上plc通信能力的增強(qiáng)及人機(jī)界面技術(shù)的發(fā)展，使用plc組成各種控制系統(tǒng)變得非常容易，并適用于各種工業(yè)環(huán)境。(3)易學(xué)易用，深受工程技術(shù)人員歡迎plc作為通用工業(yè)控制計算機(jī)，是面向工礦企業(yè)的

25、工控設(shè)備。它接口容易，編程語言易于為工程技術(shù)人員接受。梯形圖語言的圖形符號與表達(dá)方式和繼電器電路圖相當(dāng)接近，只用plc的少量開關(guān)量邏輯控制指令就可以方便地實現(xiàn)繼電器電路的功能。為不熟悉電子電路、不懂計算機(jī)原理和匯編語言的人使用計算機(jī)從事工業(yè)控制打開了方便之門。(4)系統(tǒng)的設(shè)計、建造工作量小，維護(hù)方便，容易改造plc用存儲邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設(shè)備外部的接線，使控制系統(tǒng)設(shè)計及建造的周期大為縮短，同時維護(hù)也變得容易起來。更重要的是使同一設(shè)備經(jīng)過改變程序改變生產(chǎn)過程成為可能，這很適合多品種、小批量的生產(chǎn)場合。(5)體積小，重量輕，能耗低以超小型plc為例，新近出產(chǎn)的品種底部尺寸小于100m

26、m，重量小于150g，功耗僅數(shù)瓦。由于體積小很容易裝入機(jī)械內(nèi)部，是實現(xiàn)機(jī)電一體化的理想控制設(shè)備。3.2總體設(shè)計方案無鉛波峰焊機(jī)控制系統(tǒng)主要包括控制器部分和電氣部分?？刂葡到y(tǒng)的核心部分包括控制器、變頻器控制、傳送鏈控制、溫度檢測控制等等。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖3.1所示。熱電偶模塊輸入開關(guān)量輸入電阻爐溫度 調(diào)節(jié)電路監(jiān)控計算機(jī)開關(guān)量輸出波峰2號電機(jī)可編程控制器plc變頻器mm步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器變頻器mm步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器m步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器波峰1號電機(jī)鏈幅調(diào)節(jié)步進(jìn)電機(jī)噴嘴移動步進(jìn)電機(jī)助焊劑流量步進(jìn)電機(jī)rs-485脈沖信號rs-485圖3.1 無鉛波峰焊機(jī)控制系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)圖3.2.1 上位機(jī)監(jiān)控上位機(jī)是監(jiān)控軟件所運(yùn)行

27、的計算機(jī)，用來實現(xiàn)整個系統(tǒng)的管理。它操作簡單、思路清晰、界面友好。上位機(jī)軟件主要包括以下幾個模塊:(1) 數(shù)據(jù)采集、存儲模塊上位機(jī)軟機(jī)每隔1s向可編程控制器發(fā)送讀溫度命令，然后接受控制器返回的溫度數(shù)據(jù)，經(jīng)過錯誤校驗以后進(jìn)行存儲并顯示。(2)實時曲線顯示、歷史曲線顯示功能模塊監(jiān)控軟件可以顯示溫度的變化曲線和歷史曲線，從而可以觀察到系統(tǒng)的升溫變化趨勢。(3) 數(shù)據(jù)查詢模塊上位機(jī)存儲的歷史數(shù)據(jù)可以按照不同的規(guī)則進(jìn)行查詢以供分析，系統(tǒng)的設(shè)置參數(shù)也可以進(jìn)行查詢。(4) pid參數(shù)整定模塊雖然pid算法大部分是在下位機(jī)完成，但是上位機(jī)也可以根據(jù)需要調(diào)整參數(shù)kp、ki、kd的初始值。同時，為了更好的發(fā)揮上位

28、機(jī)軟件的強(qiáng)大作用也可以進(jìn)行神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、專家控制、學(xué)習(xí)控制等智能算法的應(yīng)用。(5) 通訊模塊主要負(fù)責(zé)與下位機(jī)的數(shù)據(jù)交換及數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)換。3.2.2 溫度控制溫度控制是波峰焊機(jī)控制系統(tǒng)的核心。系統(tǒng)利用熱電偶模塊采集溫度信號。它通過改變溫度控制電路中晶閘管的導(dǎo)通角，從而改變電阻絲兩端的有效電壓，達(dá)到控制溫度的目的。在很多工業(yè)控制過程中一般都采用pid控制，特別是對于純滯后、大慣性的溫度控制。pid控制是按照實際溫度和設(shè)定溫度偏差的比例、積分、微分產(chǎn)生控制作用，實際運(yùn)行效果和理論分析表明，這種控制規(guī)律可以得到比較滿意的結(jié)果。3.2.3 步進(jìn)電機(jī)控制在波峰焊機(jī)控制系統(tǒng)中有三種步進(jìn)電機(jī):鏈幅調(diào)節(jié)步進(jìn)電機(jī)、助

29、焊劑流量控制步進(jìn)電機(jī)和波峰噴嘴移動步進(jìn)電機(jī)。步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號變換成角位移的一種機(jī)電式數(shù)模轉(zhuǎn)換器。它受脈沖信號控制，角位移與輸入脈沖個數(shù)構(gòu)成嚴(yán)格的正比例關(guān)系，每輸入一個脈沖，步進(jìn)電機(jī)就轉(zhuǎn)動一定的角度。它具有定位精度高、慣性小、無積累誤差、啟動性能好等特點。因此，它廣泛應(yīng)用于要求精密定位的旋轉(zhuǎn)或線性運(yùn)動的控制系統(tǒng)。plc輸出的脈沖信號通過步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器達(dá)到控制步進(jìn)電機(jī)的目的。3.2.4 變頻調(diào)速系統(tǒng)應(yīng)用了變頻調(diào)速技術(shù)來調(diào)節(jié)泵產(chǎn)生的焊料波峰高度。變頻調(diào)速的主要優(yōu)點有：（1)調(diào)節(jié)平滑性好，可實現(xiàn)無級調(diào)速。以輸出頻率的分辨率0.5，極對數(shù)為2的電動機(jī)為例，則相鄰兩檔的轉(zhuǎn)速差=（600.05）2=1

30、.5r/min, 異步電動機(jī)調(diào)速平滑性能好。（2)調(diào)速范圍廣。通用變頻器的最低工作頻率是0.5hz，一般的額定頻率為50hz。則調(diào)速范圍可達(dá)500.5=100。an是實際的同步轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)范圍，略高于實際的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)范圍。（3)異步電動機(jī)的變頻調(diào)速特性可以做到與直流調(diào)速系統(tǒng)相媲美的程度，而異步電動機(jī)由于其自身的特點比直流電動機(jī)更容易維護(hù)，其故障率更低。3.2.5 網(wǎng)絡(luò)通訊上位機(jī)監(jiān)控軟件和可編程控制器之間以及plc和變頻器之間用rs-485連接。通信協(xié)議是自由口通訊modbus協(xié)議。modbus協(xié)議是modicon公司為其生產(chǎn)plc設(shè)計一種通訊協(xié)議。此協(xié)議定義了一個控制器能認(rèn)識使用消息結(jié)構(gòu)。它描述了

31、控制器請求訪問其它設(shè)備過程，回應(yīng)來自其它設(shè)備請求，以及怎樣偵測錯誤并記錄，制定了消息域結(jié)構(gòu)和內(nèi)容公共格式。3.3總體軟件設(shè)計方案此無鉛波峰焊接機(jī)系統(tǒng)的軟件流程圖如圖3.2所示。啟動設(shè)備后，錫爐升溫，同時對預(yù)熱區(qū)加熱，作好焊接準(zhǔn)備。當(dāng)溫度都達(dá)到預(yù)先設(shè)定值時，才允許傳動電機(jī)工作以免溫度的原因影響焊接質(zhì)量，當(dāng)檢測到pcb板到達(dá)預(yù)加熱區(qū)時，開始噴涂助焊劑，然后依次進(jìn)行預(yù)加熱、波峰焊和冷卻。如果溫度低于預(yù)先設(shè)定的溫度值，則繼續(xù)加熱；對于預(yù)加熱區(qū)，如果溫度過高，則切斷加熱裝置電源，對于錫爐溫度采用pid控制，當(dāng)出現(xiàn)異常使pid控制失效，錫爐溫度超過預(yù)先設(shè)定的溫度上限時，則切斷加熱裝置電源，并停止傳輸電機(jī)，

32、以免燒壞pcb板。圖3.2 軟件流程圖第4章 無鉛波峰焊機(jī)溫度控制設(shè)計溫度控制是無鉛波峰焊機(jī)控制系統(tǒng)的核心，直接關(guān)系到pcb板的焊接質(zhì)量，本章將重點研究第一、第二、第三預(yù)熱和錫爐溫度控制，分溫度的檢測和控制兩部分。本方案采用市場占有率最高的西門子s7-200 plc em231 4通道熱電偶模塊進(jìn)行溫度檢測，對于溫度控制要求不高的預(yù)加熱區(qū)采用繼電器通斷控制，錫爐溫度則使用pid閉環(huán)控制加模擬量調(diào)壓的方法調(diào)節(jié)，以達(dá)到精確控制。 4.1 pid控制算法在工業(yè)生產(chǎn)中，經(jīng)常需要采用閉環(huán)控制方式來實現(xiàn)溫度、壓力、流量、間距等連續(xù)變化的模擬量控制，無論使用模擬控制器的模擬控制系統(tǒng)，還是使用計算機(jī)(包括pl

33、c)的數(shù)字控制系統(tǒng)，pid控制都得到了廣泛的應(yīng)用。pid控制器具有不需要精確的控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型，有較強(qiáng)的靈活性和適應(yīng)性，以及程序設(shè)計簡單，參數(shù)調(diào)整方便等優(yōu)點。比例控制可以實現(xiàn)對偏差的快速補(bǔ)償，積分控制可以提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，同時消除系統(tǒng)的靜態(tài)誤差，微分控制可改善系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)速度對怪性較大的被控對象有超前作用，將比例、積分、微分三者有效地結(jié)合可以對系統(tǒng)實現(xiàn)準(zhǔn)確、無靜差的穩(wěn)定控制，滿足控制要求，pid控制器調(diào)節(jié)輸出值，以便將偏差e調(diào)整為零，使系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)偏差e是給定值sp和過程變量pv差。pid 控制的原理基于下面的算式輸出mt是比例項積分項和微分項的函數(shù)。 mt=kpe+ki0tedt+kd

34、dedt+minital (4.1) 其中：mt為pid回路的輸出，是時間的函數(shù)。 kp為pid回路的比例系數(shù)。 ki為pid回路的積分系數(shù)。 kd為pid回路的微分系數(shù)。 e為pid 回路的偏差 (給定值與過程變量之差)。 minital為pid 回路輸出的初始值為了在數(shù)字計算機(jī)中運(yùn)行該控制函數(shù)，必須將連續(xù)函數(shù)量化為偏差值的定期樣本，并隨后計算輸出。數(shù)字計算機(jī)運(yùn)算使用下列相應(yīng)公式為基礎(chǔ)的離散化pid運(yùn)算模型。 (4.2) 其中：mn為采樣時間n的pid運(yùn)算輸出值en為采樣時間n的pid回路偏差值為采樣時間（n -1）的pid回路的偏差在該公式中，積分項被顯示為全部偏差項的函數(shù)，從第一個采樣至

35、當(dāng)前采樣。微分項是當(dāng)前采樣和前一個采樣的函數(shù)，而比例項僅是當(dāng)前采樣的函數(shù)。在數(shù)字計算機(jī)中，既不可能也沒有必要存儲所有的偏差項樣本。因為從第一個采樣開始，每次對偏差采樣時數(shù)字計算機(jī)都必須計算輸出值，因此僅需存儲前一個的偏差值和前一個積分項數(shù)值即可。利用數(shù)字計算機(jī)計算處理的重復(fù)性，可對上述公式進(jìn)行簡化。簡化后的公式為： (4.3) 其中：mx為采樣時間（n1 ）的積分項（又稱積分前項或積分項前值）計算回路輸出值時，cpu實際使用對上述簡化公式的修改格式。修改后的公式為： mn=mpn+min+mdn (4.4)其中：mpn為采樣時間n的回路輸出比例項數(shù)值min為采樣時間n的回路輸出積分項數(shù)值mdn

36、為采樣時間n的回路輸出微分項數(shù)值（1）比例項比例項mp是pid回路的比例系數(shù)kp和偏差e的乘積。其中kp控制輸出計算的敏感性，而偏差e是采樣時刻給定值sp與過程變量值pv之差，為了方便計算取kc=kp，cpu采用的計算比例項的算式是： mpn=kc(spn-pvn) (4.5)其中：kc為回路增益。 spn 為采樣時刻n的給定值。 pvn 為采樣時刻n的過程變量的值。（2）積分項積分項值mi與偏差和成比例。為了方便計算取ki=kctsti，cpu采用的積分項的公式為： min=kctstispn-pvn+mx （4.6）其中：min為采樣時刻n的積分項的值 ts為采樣時間間隔 ti為積分時間積

37、分項mx是所有積分項全部先前數(shù)值之和，在每次計算min出后，都要用min去更新mx。其中min可以被調(diào)整或限定，mx的初值通常在第一次計算輸出之前被置為minital。其他幾個常量也是積分項的一部分：如增益kc，采樣時間（pid循環(huán)重新計算輸出數(shù)值的循環(huán)時間）和積分時間ti（用于控制積分項對輸出計算影響的時間）。（3）微分項微分項值md與偏差的變化成正比，s7-200使用下列算式來求解微分項： (4.7)為了避免步驟改變或由于設(shè)定值求導(dǎo)而帶來的輸出變化，對此公式進(jìn)行修改，假定設(shè)定值為常量（spn=spn-1），因此計算過程變量的改變，替代計算偏差的改變，計算公式可改進(jìn)為： mdn=kctdts

38、spn-pvn-spn-1+pvn-1 (4.8)或： mdn=kctdtspvn-1-pvn (4.9)其中： mdn為采樣時刻n的輸出微分項的值td為微分時間spn-1為采樣時刻n-1的給定值pvn-1為采樣時刻n-1的過程變量值為了下一次計算微分項值，必須保存過程變量而不是非偏差項，在第一采樣時刻初始化為pvn-1=pvn。4.2硬件設(shè)計本節(jié)主要對無鉛波峰焊機(jī)的溫度控制系統(tǒng)所使用的控制器，溫度傳感器和具體的加熱裝置及其溫度調(diào)節(jié)電路作出介紹。4.2.1 plc選型s7-200系列plc是siemens公司新推出的一種小型plc。它以緊湊的結(jié)構(gòu)、良好的擴(kuò)展性、強(qiáng)大的指令功能、低廉的價格，已經(jīng)

39、成為當(dāng)代各種小型控制工程的理想控制器。s7-200plc包含了一個單獨的s7-200cpu和各種可選擇的擴(kuò)展模塊，可以十分方便地組成不同規(guī)模的控制器。其控制規(guī)?？梢詮膸c上到幾百點。s7-200plc可以方便地組成plc-plc網(wǎng)絡(luò)和微機(jī)-plc網(wǎng)絡(luò)，從而完成規(guī)模更大的工程。s7-200的編程軟件step7-micro/win32可以方便地在windows環(huán)境下對plc編程、調(diào)試、監(jiān)控，使得plc的編程更加方便、快捷?？梢哉f，s7-200可以完美地滿足各種小規(guī)?？刂葡到y(tǒng)的要求。目前s7-200系列plc主要有cpu221、cpu222、cpu224和cpu226四種，其性能差異很大。這些性能直

40、接影響到plc的控制規(guī)模和plc系統(tǒng)的配置。本設(shè)計采用西門子s7-200 cpu 224，其共有24 個數(shù)字量i/o口，其中14點輸入和10點輸出，它還可以連接7個擴(kuò)展模塊，最大可擴(kuò)展至168點數(shù)字量i/o或35路模擬量i/o。cpu 224有13kb程序和數(shù)據(jù)存儲空間，6個獨立的30khz高速計數(shù)器，2路獨立的20khz高速脈沖輸出，具有pid控制功能。cpu 224配有一個rs-485通信/編程口，具有ppi通信、mpi通信和自由方式通信能力，具有較強(qiáng)的控制能力。4.2.2 熱電阻擴(kuò)展模塊em231測溫在工業(yè)實際應(yīng)用中，尤其是控制系統(tǒng)中經(jīng)常涉及對溫度的測量，常用熱電偶作為作為測溫傳感器。其

41、工作原理式：兩種不同成分的導(dǎo)體，兩端經(jīng)焊接形成回路，當(dāng)冷端和熱端存在溫差，就會在回路中產(chǎn)生熱電流，即熱電效應(yīng)。相應(yīng)產(chǎn)生的電動勢為熱電動勢，電動勢隨溫度升高而增大，配接420ma、010v等標(biāo)準(zhǔn)電流、電壓信號的溫度變送器和顯示儀表，就可以顯示所產(chǎn)生熱電動勢對應(yīng)的溫度值。為了應(yīng)用方便，西門子公司專門開發(fā)了熱電偶擴(kuò)展模塊em231，共有兩種型號：em231 4通道熱電偶模塊和em231 8通道熱電偶模塊。熱電偶擴(kuò)展模塊內(nèi)置了濾波、放大、a/d轉(zhuǎn)換電路，不再需要另外使用溫度變送器并且有多路轉(zhuǎn)換器，因此可以直接將4路熱電偶信號引入plc這樣可以直接把熱電偶信號引入plc進(jìn)行測量。表4.1 em231熱電

42、偶模塊的技術(shù)參數(shù)規(guī)格項目em231 4aitcem231 8aitc物理特性尺寸(寬高深)71.28062mm71.28062mm功耗1.7w1.7w電源損耗+5v dc消耗電流35 ma47 mal+30 ma30 mal+線圈電壓范圍20.428.8v dcled燈指示24v dc電源供電良好on=無錯，off=無24v dc電源，sf：on=模塊故障，閃爍=輸入信號錯誤,off=無錯 模擬量輸入特性輸入類型懸浮型熱電偶輸入范圍熱電偶類型(選一種)：s，t，r，e，n，k，j電壓范圍：+/-80mv輸入點數(shù)48現(xiàn)場至邏輯 現(xiàn)場至24v dc 24v到邏輯500vac500vac500vac

43、共模輸入范圍 (輸入通道至輸入通道)120v ac共模抑制120db120v ac溫度電壓0.1/0.115位加符號位模塊更新時間(所有通道)425ms825ms到傳感器的導(dǎo)線長度最大100米導(dǎo)線回路電阻最大100 噪聲抑制85db 50hz/60hz/400hz數(shù)據(jù)字格式電壓：-27648至+27648輸入阻抗1m最大輸入電壓30v dc分辨率15位+符號位輸入濾波衰減-3db 21khz基本誤差0.1% fs(電壓)重復(fù)性0.05% fs冷接點誤差1.5本系統(tǒng)測量3次預(yù)加熱的溫度和錫爐溫度，所以選擇4通道的即可。該模塊可以連接j、k、e、n、s、t和r共7種類型的熱電偶，它也允許連接微小的

44、模擬量信號范圍(80mv),模塊響應(yīng)時間為405ms。該模塊需要直流24 v 供電，可有cpu模塊的傳感器電源dc24 v供電，也可以由用戶提供外部電源。圖4.1 熱電偶擴(kuò)展模塊em231如圖4.1 所示為4 通道熱電偶模塊的接線圖。模塊上部共有12 個端子，從左邊開始8個端子每2個為一組接熱電偶傳感器。上部右邊為4個接地端子，分別接4個傳感器的屏蔽線，為了圖示清晰，圖中只劃了右邊兩個熱電偶的屏蔽線，這里有一點需要注意，一個測量模塊上所接的熱電偶必須為同一類型。下邊最左邊3個端子接電源信號，中間4個端子也是接地端子，在這里不用。圖4.2 組態(tài)dip開關(guān)熱電偶擴(kuò)展模塊下部右邊是組態(tài)dip開關(guān)，該

45、組開關(guān)共有 8個，其中前3個用以選擇連接熱電偶的類型，本設(shè)計采用t型熱電偶，其測溫范圍為-200400，如表4.2所示，應(yīng)將前三個開關(guān)置于010，第4個必須置 0（開關(guān)置于下方），開關(guān)5和開關(guān)6用于設(shè)定傳感器斷線檢測方向和檢測使能設(shè)置，開關(guān)7用于設(shè)置測溫單位是攝氏溫度還是華氏溫度，開關(guān)8用于設(shè)置冷端補(bǔ)償功能的開啟/關(guān)閉。要使dip開關(guān)起作用，需給模塊重新上電。具體設(shè)置見表4.2表 4.2 組態(tài)dip開關(guān)設(shè)置表熱電偶類型開關(guān)1開關(guān)2開關(guān)3j 型(缺省)000k型001t型010e型011r型100s型101n型110選擇項目開關(guān)位置開關(guān)設(shè)置01斷線檢測方向開關(guān)5正標(biāo)定（+32767）負(fù)標(biāo)定（-3

46、2767）是否進(jìn)行斷線檢測開關(guān)6是否測量單位選側(cè)開關(guān)7攝氏溫度華氏溫度是否進(jìn)行冷端補(bǔ)償開關(guān)8是否4.2.3 加熱裝置選擇及調(diào)溫方法（1）預(yù)熱處理： 三次預(yù)加熱區(qū)采用石英燈加熱，石英燈是一種短波長紅外線(ir)加熱源，它能夠做到快速地實現(xiàn)任何所要求的預(yù)熱溫度設(shè)置，并通過強(qiáng)迫熱空氣對流使預(yù)熱均勻。對于預(yù)加熱區(qū)，溫度控制要求不高，允許的偏差，通過檢測實際溫度與設(shè)定值比較，來控制加熱器通斷即可。（2）錫爐加熱錫爐采用電阻爐加熱，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和工業(yè)生產(chǎn)水平的提高，電阻爐已經(jīng)在冶金、化工、機(jī)械等各類工業(yè)控制中得到了廣泛應(yīng)用。本設(shè)計采用tkplc-2型電阻爐，由220v交流電供電，采用雙向可控硅調(diào)節(jié)。

47、如圖4.3所示，電阻絲通過晶閘管主電路驅(qū)動加熱，錫爐溫度的設(shè)定值通過plc程序預(yù)先設(shè)置，實際溫度由熱電偶擴(kuò)展模塊em231檢測 ，并將電壓信號經(jīng)其內(nèi)部電路濾波放大，a/d轉(zhuǎn)換后送入plc，與所設(shè)定的溫度值比較后產(chǎn)生偏差，經(jīng)pid控制算法算出相應(yīng)的控制量，再經(jīng)d/a轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成電流，通過觸發(fā)器控制晶閘管導(dǎo)通角，從而改變電阻絲兩端的電壓大小。導(dǎo)通角越大，輸送到電阻絲兩端的電壓越高，電阻爐的輸出功率增大，式溫度升高；反之導(dǎo)通角越小，溫度降低；當(dāng)偏差為零時，晶閘管保持一定的導(dǎo)通角時溫度維持在給定值，從而達(dá)到溫度控制，保證pcb板的焊接質(zhì)量。濾波放 大a/d熱電偶模塊em231s7-200 cpu 22

48、4d/a電阻絲熱電偶觸發(fā)器轉(zhuǎn)換器設(shè)定值圖4.3 溫度檢測控制結(jié)構(gòu)圖4.3程序設(shè)計硬件設(shè)計完成過后，就需要進(jìn)行軟件設(shè)計，通過軟件設(shè)計使得系統(tǒng)能滿足設(shè)計的要求，有了合適的程序才能使系統(tǒng)發(fā)揮其最大的優(yōu)勢，來調(diào)節(jié)溫度。如圖4.4所示，連接plc外圍電路，溫度通過em231熱電偶模塊檢測并輸入plc， 從左到右4個熱電偶依次檢測錫爐、預(yù)熱1、預(yù)熱2和預(yù)熱3的溫度，4個熱電偶都為t型熱電偶，型號一致，測溫范圍-200400 , 組態(tài)dip開關(guān)設(shè)置為01000000，另外為了接線圖清楚，4路熱電偶的接地端和屏蔽線未畫出，實際應(yīng)用時應(yīng)注意連接防止干擾。plc輸入端接無鉛波峰焊機(jī)啟動開關(guān)sb1，帶自鎖，sb2為

49、停止開關(guān)，輸出端q0.0q0.3依次為控制錫爐、預(yù)熱1、預(yù)熱2和預(yù)熱3加熱裝置通斷的交流接觸器，具體的溫度控制則由plc編程實現(xiàn)。em2314 tcplc cpu224 dc24vsb1錫爐tc1m預(yù)熱1tc2預(yù)熱2tc3預(yù)熱3tc4q0.0km1q0.1km2q0.2km3q0.3km4ac24vi0.0dc24v預(yù)熱1預(yù)熱2錫爐預(yù)熱3sb2i0.1圖4.4 接線圖4.3.1 溫度檢測程序設(shè)計本設(shè)計中，使用em231 4通道熱電偶模塊進(jìn)行溫度檢測，由于無鉛波峰焊工藝的特殊性，需要及時掌握溫度模塊的運(yùn)行情況，包括熱電偶模塊沒有錯誤的情況下從中讀取模擬量輸入值，并將其放入固定的存儲器中；若模塊有

50、錯，將信息保存，并進(jìn)行一些存儲和清空操作。熱電偶模塊提供plc測量溫度或出錯類型的數(shù)據(jù)字，狀態(tài)位指示輸入范圍錯誤和用戶電源模塊故障，并通過狀態(tài)指示器上的led燈顯示，如表4.3所示。表4.3 em231熱電偶狀態(tài)指示器出錯類型通道數(shù)據(jù)sf指示燈紅色24v指示燈綠色范圍狀態(tài)位24v dc用戶電源故障沒有出錯轉(zhuǎn)換數(shù)換offon0024v丟失32766offoff01sw斷線檢測-32768/32767閃爍on10超出輸入范圍-32768/32767閃爍on10診斷出錯0000onoff0另外作為擴(kuò)展模塊1的em231還必須遵守s7-200對于擴(kuò)展模塊的基本差錯程序，并以特殊存儲器字節(jié)表示，對于模塊

51、1為smw10，其中smb10為模塊1標(biāo)識寄存器，smb11為錯誤寄存器，詳見表4.4。表4.4 特殊存儲器模塊標(biāo)識寄存器模塊錯誤寄存器mttaiiqq70coobrpft70m：模塊存在0：存在c：組態(tài)錯誤 0：無錯誤1：錯誤1：不存在tt：模塊類型00：非智能模塊b：總線故障或奇偶校驗錯誤01：智能模塊10和11保留a：i/o類型0: 離散r：超出范圍錯誤1: 模擬ii：輸入00: 無輸入p：無用戶電源錯誤01: 2ai或8di10: 4ai或16di11: 8ai或32diqq：輸出00：無輸出f：保險絲熔斷錯誤01：2aq或8dq10：4aq或16dqt：接線板松動錯誤11：8aq或3

52、2dq對于溫度檢測程序，因為使用熱電偶模塊，可以同時檢測錫爐和預(yù)熱區(qū)的溫度，從aiw0開始的四個字讀取，送入vw0開始的四個字。另外編寫時應(yīng)注意對模塊進(jìn)行初始化、錯誤檢測和出錯處理。子程序module_ok見附錄。溫度軟件流程圖開始上電初始化調(diào)用模塊檢測子程序module_ok讀取em231模擬量輸入轉(zhuǎn)換為實際溫度無錯送上位機(jī)顯示有錯出錯處理圖4.5 溫度檢測流程圖溫度檢測主程序如下：為了方便實際操作及時了解溫度，把檢測值轉(zhuǎn)化成實際溫度，并送入上位機(jī)顯示。下面以錫爐溫度為例說明。em231內(nèi)置的溫度變送器將溫度轉(zhuǎn)化為420ma電流，然后由內(nèi)置的a/d轉(zhuǎn)化器變?yōu)槎M(jìn)制數(shù)存于aiw0，再由plc讀

53、入放入vw0。t型熱電偶，其測溫范圍為-200400，溫度上限400時溫度轉(zhuǎn)化器電流為20ma，aiw0中的數(shù)值為32767，因此1ma對應(yīng)的a/d之為32767/20,最低溫度-200時溫度轉(zhuǎn)化器電流為4ma，所以約為(32767/20)4=6553，因此-200400時，aiw0的對應(yīng)值為655332767，可以算出1對應(yīng)的a/d值約為（32767 - 6553）/600=43，由此可得出實際溫度的計算式為vw0=（aiw0 - 6553）/43，轉(zhuǎn)換程序如下。4.3.2 溫度控制程序設(shè)計（1）預(yù)熱區(qū)溫度控制由于預(yù)加熱區(qū)是為波峰焊接做前期準(zhǔn)備，對于溫度的控制精度要求不高，可采用繼電器的通斷來實現(xiàn)。下面以第一預(yù)加熱為例說明，其它兩個預(yù)加熱原理相同。第一預(yù)加熱區(qū)應(yīng)報保持在80多度左右，i0.0接帶自鎖的開關(guān)，vw2中存放的是檢測到的第一預(yù)加熱區(qū)的溫度，plc每100ms更新所有4個通