基于PLC的自動焊錫機與組態(tài)王仿真畢業(yè)論文

1、 . . . 基于PLC的自動焊錫機控制系統(tǒng)的設計摘 要隨著現(xiàn)代技術的迅速發(fā)展，各種機械的應運而生，自動化已成為了社會發(fā)展的必然趨勢，自動焊錫機也成為了工業(yè)生產中必不可少的產物。為了提高自動控制系統(tǒng)的可靠性和設備的工作效率，設計了一套以PLC為核心控制器的自動焊錫機控制系統(tǒng)，用來取代以往的較復雜的繼電器接觸器控制。系統(tǒng)的核心部分采用了德國西門子公司生產的S7200型PLC，因為在核心控制部分采用的是軟件程序控制，從而在保證自動焊錫機正常運行這個要求的情況下，大大的提高了自動焊錫機故障檢查與維修的方便性和容易性，同時還克服了手動操作帶來的一些人為干擾因素，取得了良好的預期效果。關鍵詞：PLC，自

2、動焊錫機，西門子Design of automatic soldering machine control system based on PLC ABSTRACTWith the rapid development of modern technology, all kinds of machinery came into being, automation has become an inevitable trend of social development, automatic soldering machine has also become an essential product

3、 of industrial production.In order to improve the reliability of the automatic control system and equipment efficiency, the design of automatic soldering machine control system of a PLC as the core controller, is used to replace the more complex relay - contactor control. The core of the system with

4、 the production of Germany's Siemens S7-200 PLC, as used in the core part of the software program control, thus ensuring the case of automatic soldering machine uptime requirements, greatly improves the automatic soldering machines convenience and ease of troubleshooting and maintenance, but als

5、o to overcome the manual operation to bring some human disturbance factors, achieved the desired effect.KEY WORDS: PLC, Automatic soldering machine, Siemens52 / 56目錄前言1第1章概論21.1 課題背景21.2 自動焊錫機的意義21.3 可編程控制器概述31.4 自動焊錫機的發(fā)展方向61.5 課題要求7第2章硬件設計82.1 系統(tǒng)框架圖82.2 焊錫機示意圖82.3 焊錫機主電路圖92.4 控制系統(tǒng)對應設備與功能112.4.1 I/O

6、點數(shù)統(tǒng)計112.4.2 I/O儲存器容量的估算112.4.3 CPU功能與結構的選擇122.4.4 I/O地址分配122.5 外部接線圖13第3章軟件設計153.1 部元件地址分配表153.2 PLC順序功能圖設計153.3 系統(tǒng)梯形圖163.4 系統(tǒng)指令語句表20第4章組態(tài)設計224.1組態(tài)概述224.2組態(tài)設計234.2.1 I/O設備建立234.2.2 畫面創(chuàng)建254.2.3 系統(tǒng)運行294.3 組態(tài)設計小結31第5章軟硬件調試325.1程序調試325.2程序仿真33結論34辭35參考文獻36外文資料翻譯38前言眾所周知，焊接加工一方面要求焊工要有熟練的操作技能、豐富的實踐經驗、穩(wěn)定的焊

7、接水平；另一方面，焊接又是一種勞動條件差、煙塵多、熱輻射大、危險性高的工作。焊接又與其它工業(yè)加工過程不一樣，手工焊接時，有經驗的焊工可以以根據(jù)眼睛所觀察到的實際焊縫位置適時地調整焊筆的位置、姿態(tài)和行走的速度，以適應焊點與焊接軌跡的變化，所以，焊接工的工作是個有一定技術含量的工作崗位，對工廠來說，要招聘一個熟練的焊接工，就目前的工人心態(tài)與工廠對員工的成本核算成為一個正負交錯對立的局面，這是手工焊接的一個瓶頸。所以在這里提出了基于PLC的自動焊錫機的課題研究。當下，很多的國外研究單位都在從事自動焊錫機的研究，有很多的方面的問題都要求研究者的考慮，所以在這里提出了基于PLC的控制理論。首先，在設計理

8、論上有比較成熟的理論依據(jù)和實踐經驗。其次，基于PLC的控制設計，在操作上更簡單，更具人性化，效率高，在實際生產上也具有相當大的意義，提高生產效率的同時也使生產變的簡單化，高效化。在這個設計中我們在基于PLC的基礎上，借助于步進電機的實際執(zhí)行來達到我們需要的控制要求，在設計過程中比較容易熟悉和掌握使用。所以考慮各種因素我們認為基于PLC的自動焊錫機控制設計的課題很據(jù)有實際意義。我們采用是的仿真模擬來評估實際的應用，所以研究主要容是著手于軟件的編寫、外部主電路的規(guī)劃、采用的編程仿真軟件與仿真結果的重點分析，最后就是利用組態(tài)王軟件和PLC系統(tǒng)的通信，完成控制過程的動態(tài)顯示效果。做到這些就可以針對于那

9、些不足的地方加以改正，以達到實用的效果。第1章 概論1.1 課題背景焊接技術就是高溫或高壓條件下，使用焊接材料（焊條或焊絲）將兩塊或兩塊以上的母材（待焊接的工件）連接成一個整體的操作方法。焊接是通過加熱、加壓，或兩者并用，使同性或異性兩工件產生原子間結合的加工工藝和聯(lián)接方式。焊接應用廣泛，既可用于金屬，也可用于非金屬。過去的焊接技術長期停留在人工手動的焊錫機上，使用的熱源溫度低、能量不集中，無法用于大截面、長焊縫工件的焊接。并且由于工作的需要，人們經常受到高溫、腐蝕與有 毒氣體等因素的危害，增加了工人的勞動強度，甚至于危與生命。然而自從機械手問世以來，相應的各種難題迎刃而解。自動焊錫機也就應運

10、而生了，自動焊錫機可以三度空間全方位調節(jié)，使烙鐵和錫線均不需假作業(yè)員之手，它完全代替了您的雙手，手臂可以調整至您想要的任意焊接之位。自動送錫系統(tǒng)：您只需輕踩腳踏開關，錫線將自動的、定速、定量的伸到烙鐵頭 溫 度： 采用手動數(shù)字式溫度設定一目了然，自動恒溫控制方式。高度可靠的金屬防靜電模式設計，焊接敏感組件更安全。輕巧靈活，不占空間，溫度，送錫速度，錫點大小可調。特別適合各類電子連接器，LED燈串，視頻音頻線插頭，耳機線，電腦數(shù)據(jù)線，小型線路板與小型電子元器件在線束中間的焊接和對接等。自動焊錫機一般由耐高溫，抗腐蝕的材料制成，以適應現(xiàn)場惡劣的環(huán)境，大大降低了工人的勞動強度，提高了工作效率。1.2

11、 自動焊錫機的意義現(xiàn)代焊錫機已能焊出無外缺陷的、機械性能等于甚至高于被連接體的焊縫。被焊接體在空間的相互位置稱為焊接接頭，接頭處的強度除受焊縫質量影響外，還與其幾何形狀、尺寸、受力情況和工作條件等有關。接頭的基本形式有對接、搭接、丁字接（正交接）和角接等。 未來的焊錫機，一方面要研制新的焊接方法、焊接設備和焊接材料，以進一步提高焊接質量和安全可靠性，如改進現(xiàn)有電弧、等離子弧、電子束、激光等焊接能源；運用電子技術和控制技術，改善電弧的工藝性能，研制可靠輕巧的電弧跟蹤方法。 另一方面要提高焊接機械化和自動化水平，如焊機實現(xiàn)程序控制、數(shù)字控制；研制從準備工序、焊接到質量監(jiān)控全部過程自動化的專用焊機；

12、在自動焊接生產線上，推廣、擴大數(shù)控的焊接機械手和焊接機器人，可以提高焊接生產水平，改善焊接衛(wèi)生安全條件。1.3 可編程控制器概述可編程序控制器（PLC）是以微處理器為基礎，綜合了計算機技術、自動控制技術和通信技術發(fā)展起來的一種通用的工業(yè)自動控制裝置。它具有體積小、功能強、靈活通用與維護方便等一系列的優(yōu)點。特別是它的高可靠性和較強的適應惡劣環(huán)境的能力，受到用戶的青睞。因此在冶金、化工、交通、電力等領域獲得了廣泛的應用，成為了現(xiàn)代工業(yè)控制的三大支柱之一1?？删幊绦蚩刂破魇且环N存儲器控制器，支持控制系統(tǒng)工作的程序存放在存儲器中利用程序來實現(xiàn)邏輯控制，完成控制任務。在可編程控制器構成的控制系統(tǒng)中，要實

13、現(xiàn)一個控制任務，首先要針對具體的被控對象，分析它對控制系統(tǒng)的要求，然后編制出相應的控制程序，利用編程器將控制程序寫入可編程控制器的程序存儲器中。系統(tǒng)運行時，可編程控制器依次讀取程序存儲器中的程序語句，對它們的容加以解釋并執(zhí)行。根據(jù)輸入設備的狀態(tài)和其他條件，可編程控制器將其程序執(zhí)行結果輸出給相應的輸出設備，控制被控對象工作。可編程控制器是利用軟件來實現(xiàn)控制邏輯的，能夠適應不同的控制任務的需要，通用、靈活、可靠性高2。它是一種專為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計的數(shù)字運算操作的電子裝置。它的部存儲器可以執(zhí)行邏輯運算、順序運算、計時、計數(shù)和算術運算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入或輸出控制各種類型的

14、機械或生產過程。PLC是在繼電器控制邏輯基礎上，與3C技(Computer Control Communication)相結合，不斷發(fā)展完善的。目前已從小規(guī)模單機順序控制，發(fā)展到包括過程控制、位置控制等場合的所有控制領域。PLC早期主要應用于工業(yè)控制，但隨著技術的發(fā)展，其應用領域正在不斷擴大。 可編程控制器(Programmable Logical Controller)簡稱PC或PLC，是60年代末發(fā)明的工業(yè)控制器件，是美國數(shù)字公司(DEC )為美國通用公司(GM)研制開發(fā)并成功應用于汽車生產線上，可編程控制器自此誕生。隨著計算機技術的飛速發(fā)展，PLC軟硬件水平與規(guī)模也發(fā)生了質與量的變化，其

15、控制技術也朝著智能化方向不斷發(fā)展，同時推動了先進制造技術的相應發(fā)展。現(xiàn)代PLC已經成為真正的工業(yè)控制設備。最初，PLC主要是用在生產線控制和大型機械的控制上。但不久，西德的西門子(SIEMENS)公司、BBC公司就開始研制PLC，當時主要是用于軋鋼機、升降設備等大型設備上。70年代初，日本的OMRON也推出了他們的PLC。三菱、日立、富土、東芝、橫河、日電等公司也先后加入了PLC制造者的行列。70年代中期，美國和西德首先出現(xiàn)了微電腦化的小型PLC。由于PLC是為工業(yè)控制所生產的通用性很強，適合于大批量生產的裝置，所以成本迅速下降;加上其是專為工業(yè)控制所設計，所以具有極好的抗干擾性能;并且他的使

16、用和維護都極為方便，實現(xiàn)了低水平的操作、高性能的控制，所以在機械制造業(yè)深受歡迎。小型PLC開始步入諸如塑料注塑機、包裝機械、橡膠機械、紡織機械等輕工機械的控制領域，其成本的低廉和性能的優(yōu)良對直接使用微機作為控制單元的做法構成了強有力的挑戰(zhàn)，更有全面取代傳統(tǒng)繼電器控制屏的趨勢。據(jù)國外資料介紹:1982年美國PLC用戶中，有48%來自自動程序操作部門(如汽車、拖拉機工業(yè)、機械工業(yè)等)、13%來自石油化工業(yè)、9%來自食品飲料業(yè)、7%來自冶金工業(yè)、其余部分來自造紙、采礦、污水處理等部門“。近年來，隨著我國對外開放，日、美、西德等國生產的PLC己通過多種途徑進入了我國，引起了各方面的重視并得到應用3。如

17、寶鋼工程應用了數(shù)百臺PLC，首鋼、武鋼、開灤煤礦也分別應用了美國和德國的PLC。 CPU連續(xù)執(zhí)行用戶程序、任務的循環(huán)序列稱為掃描。CPU的掃描周期包括讀輸入、執(zhí)行程序、處理通信請求、執(zhí)行CPU自診斷測試與寫輸出等容4。PLC可被看成是在系統(tǒng)軟件支持下的一種掃描設備。它一直周而復始地循環(huán)掃描并執(zhí)行由系統(tǒng)軟件規(guī)定好的任務。用戶程序只是掃描周期的一個組成部分，用戶程序不運行時，PLC也在掃描，只不過在一個周期中去除了用戶程序和讀輸入、寫輸出這幾部分容。典型的PLC在一個周期中可完成以下4個掃描過程5。1.自診斷測試掃描過程。為保證設備的可靠性，與時反應所出現(xiàn)的故障，PLC都具有自監(jiān)視功能。自監(jiān)視功能

18、主要由時間監(jiān)視器完成。WDT是一個硬件定時器，每一個掃描周期開始前都被復位。WDT的定時可由用戶修改，一般在100200ms之間。其它的執(zhí)行結果錯誤可由程序設計者通過標志位進行處理。2.與網絡進行通信的掃描過程。一般小型系統(tǒng)沒有這一掃描過程，配有網絡的PLC系統(tǒng)才有通信掃描過程，這一過程用于PLC之間與PLC與上位計算機或終端設備之間的通信。3.用戶程序掃描過程。機器處于正常運行狀態(tài)下，每一掃描周期部包換掃描過程。該過程在機器運行中是可控的，即用戶可以通過軟件進行設定。用戶程序的長短，會影響過程所用的時間6。4.讀輸入與寫輸出掃描過程。機器在正常運行狀態(tài)下，每一時間，每個掃描周期都包含這個掃描

19、過程。該過程在機器運行中是否被執(zhí)行是可控的。CPU在處理用戶程序時，使用的輸入值不是直接從輸入點讀取的運算的結果也不直接送到實際輸出點，而是在存中設置了兩個映像寄存器：一個為輸入映像寄存器，另一個為輸出映像寄存器。用戶程序中所用的輸入值是輸入映像寄存器的值，運算結果也放在輸出映像寄存器中。在輸入掃描過程中，CPU把實際輸入點的狀態(tài)鎖入到輸入映像寄存器；在輸出過程中，CPU把輸出映像寄存器的值鎖定到實際輸出點。為了現(xiàn)場調試方便，PLC具有I/O控制功能，用戶可以通過編程器封鎖或開放IO。封鎖IO就是關閉IO掃描過程7。 在讀輸入階段，CPU對各個輸入端子進行掃描，通過輸入電路將各輸入點的狀態(tài)鎖入

20、輸入映像寄存器中。緊接著轉入用戶程序執(zhí)行階段，CPU按照先左后右、先上后下的順序對每條指令進行掃描，根據(jù)輸入映像寄存器和輸出映像寄存器的狀態(tài)執(zhí)行用戶程序，同時將執(zhí)行結果寫入輸出映像寄存器中。在程序執(zhí)行期間，即使輸入端子狀態(tài)發(fā)生變化，輸入狀態(tài)寄存器的容也不會改變輸入端子狀態(tài)變化只能在下一個工作周期的輸入階段才被集中讀入8。由上述分析得出循環(huán)掃描有如下特點：(1)掃描過程周而復始地進行，讀輸入、寫輸出和用戶程序是否執(zhí)行是可控的。(2)輸入映像寄存器的容是設備驅動的，在程序執(zhí)行過程中的一個工作周期輸入映像寄存器的值保持不變，CPU采用集中輸入的控制思想，只能使用輸入映像積存的值來控制程序的執(zhí)行。(3

21、)程序執(zhí)行完后的輸出映像寄存器的值決定了下一個掃描周期的輸出值，而在程序執(zhí)行階段，輸出映像寄存器的值即可以作為控制程序執(zhí)行的條件，同時又可以被程序修改用于存儲中間結果或下一個掃描周期的輸出結果。此時的修改不會影響輸出鎖存器的現(xiàn)在輸出值，這是與輸入映像寄存器完全不同的。(4)對同一個輸出單元的多次使用、修改次序會造成不同的執(zhí)行結果。由于輸出映像寄存器的值可以作為程序執(zhí)行的條件，所以程序的下一個掃描周期的集中輸出結果是與編程順序有關的，即最后一次的修改決定了下一個周期的輸出值，這是編程人員要注意的問題9。各個電路和不同的掃描階段會造成輸入和輸出的延遲，這是PLC的主要缺點。各PLC廠家為了縮小延遲

22、采取了很多措施，編程人員應對所使用型號的PLC的延遲時間的長短很清楚，它是進行PLC選型時的重要指標。1.4 自動焊錫機的發(fā)展方向全自動焊錫機，顧名思義是一種焊錫焊接設備，所以除了機械手運動功能外，其主要還是要完成焊錫作業(yè)。所以焊錫機器人的核心部分是焊接系統(tǒng)。焊錫系統(tǒng)主要構成為自動送錫機構和溫控、發(fā)熱體、烙鐵頭。目前國市場主流可見的優(yōu)林、阿波羅與一些國等品牌焊錫機器人已經成功應用于汽車電子、數(shù)碼、電子、電聲、LCD、線路板等生產行業(yè)，并突破了線材行業(yè)的USB自動焊接方案。現(xiàn)在很多的國家都在研究自動焊錫機器人，基于PLC的理論基礎，從另外的科學點出發(fā)，找出更加優(yōu)化實用性強的產品。在當今的社會，自

23、動焊錫機的應用已經涉與到了我們生活的方方面面，也為我們的正常生活帶來了不可或缺的方便，所以，加快研究更加先進的自動焊錫機使我們的責任。隨著自動焊錫機器人的出現(xiàn)，將會在科學生產領域再一次刮起一次旋風，是很多的平時比較繁雜甚至是危險的焊錫工作帶來了一次解放。自動焊錫機器人是借助過去的自動焊錫機的理論基礎，在新的要求新的科技的幫助下應運而生的產物。此外，焊錫機器人能夠有更高的生產效率，提供多種編程指令，采用專門設計的烙鐵頭，配合精密的控制系統(tǒng)，使烙鐵的加溫曲線更加平滑，焊接質量更為穩(wěn)定。更加難能可貴的是，現(xiàn)在的自動焊錫機從工藝上更加精益求精，比如在產品的第一次生產他們會主動的記錄焊接的相關數(shù)據(jù)并打印

24、出來，以供工作人員參考，由此，自動焊錫機已將以往需要幾次工序的過程一次完成，大大提高了工作效率。所以，自動焊錫機以后將會向更加智能化、更加人工模擬化的方式轉變，通過的系統(tǒng)的管理，實現(xiàn)最優(yōu)控制，最優(yōu)生產10。1.5 課題要求本次的設計的主要容如下所述。自動焊錫機的控制過程為：啟動機器，除渣機械手電磁閥得電上升，機械手上升到位碰SQ7，停止上升；左行電磁閥得電，機械手左行到位碰SQ5，停止左行；下降電磁閥得電，機械手下降到位碰SQ8，停止下降；右行電磁閥得電，機械手右行到位碰SQ6，停止右行。托盤電磁閥得電上升，上升到位碰SQ3，停止上升；托盤右行電磁閥得電，托盤右行到位碰SQ2，托盤停止右行；托

25、盤下降電磁閥得電，托盤下降到位碰SQ4，停止下降，工件焊錫，焊錫時間到；托盤上升電磁閥得電，托盤上升到位碰SQ3，停止上升；托盤左行電磁閥得電，托盤左行到位碰SQ1，托盤停止左行；托盤下降電磁閥得電，托盤下降到位碰SQ4，托盤停止下降，工件取出，延遲5s后自動進入下一循環(huán)。第2章 硬件設計2.1 系統(tǒng)框架圖此次設計主要是由PLC控制電機的動作來實現(xiàn)我們要達到的目的，其中包括上升下降控制電機和左行右行控制電機。另外還有四組限行開關，包括除渣機械手上下左右限行開關和焊錫操作盤上下左右限行開關。整個控制系統(tǒng)是由PLC中心控制操作的，在機械手和焊盤工作時主要是上升下降左行右行，他們之間的關系表示如圖2

26、-1所示。圖2-1 控制系統(tǒng)框圖2.2 焊錫機示意圖如圖2-2所示，SB1為啟動按鈕，SB2為停止按鈕，SQ1為焊盤左行限位開關，SQ2為焊盤右行限行開關，SQ3為焊盤上升限位開關，SQ4為焊盤下降限位開關，SQ5為機械手左行限位開關，SQ6為機械手右行限位開關，SQ7為機械手上升限位開關，SQ8為機械手下降限位開關，Y0為機械手上升，Y1為機械手下降，Y2為機械手左行，Y3為機械手右行，Y4為焊盤上升，Y5為焊盤下降，Y6為焊盤左行，Y7為焊盤右行。圖2-2 自動焊錫機示意圖2.3 焊錫機主電路圖整個控制過程主要是四個電機的正反轉，包括除渣機械手的上下左右移動以與焊盤機械手的上下左右移動，在

27、外部三相電輸入帶動下，通過電機的轉向的改變來完成控制系統(tǒng)的要求動作，其中包括8個接觸器KM1、KM2、KM3、KM4、KM5、KM6、KM7、KM8，KM1和KM2控制機械手上升下降的電機正反轉，KM3和KM4控制機械手左行右行的電控的正反轉，KM5和KM6控制焊盤機械手上升下降的電機正反轉，KM7和KM8控制焊盤機械手左行右行的電機正反轉，整個系統(tǒng)主電路圖如圖2-3所示。圖2-3 系統(tǒng)主電路圖圖2-3中KM1和KM2為控制機械手上下移動電機的繼電器常開開關，KM3和KM4是控制機械手左右移動電機的幾點去常開觸點，KM5和KM6是控制焊盤機械手上下移動電機的常開觸點，KM7和KM8是控制焊盤機

28、械手左右移動電機的常開觸點。當繼電器吸合，相對應的觸點將會做出相應的動作，然后電機也會進行正反轉來達到系統(tǒng)給予的目標動作。2.4 控制系統(tǒng)對應設備與功能根據(jù)控制過程中要實現(xiàn)上升下降左行右行等控制要求，對控制所需的外部設備初步設計如表2-1所示。表2-1 I/O點分配輸入點輸出點啟動按鈕機械手電機上升停止按鈕機械手電機下降機械手上升限行開關機械手電機左行機械手下降限行開關機械手電機右行機械手左行限行開關焊盤電機上升機械手右行限行開關焊盤電機下降焊盤上升限行開關焊盤電機左行焊盤下降限行開關焊盤電機右行焊盤左行限行開關工件焊接焊盤右行限行開關2.4.1 I/O點數(shù)統(tǒng)計I/O點數(shù)是PLC的一項重要指標

29、。合理選擇I/O點數(shù)既可使系統(tǒng)滿足控制要求，又可使系統(tǒng)總投資最低。PLC的輸入輸出總點數(shù)和種類應根據(jù)被控對象所需控制的模擬量、開關量、輸入輸出設備情況來確定，一般一個輸入輸出元件要占用一個輸入輸出點?？紤]到今后的調整和擴充，一般應在估計的總點數(shù)上再加上20%30%的備用量。該系統(tǒng)有11個數(shù)字輸入點6個數(shù)字輸出點。2.4.2 I/O儲存器容量的估算PLC常用的存有EPROM、EEPROM和帶鋰電池供電的RAM。一般微型和小型PLC的存儲容量是固定的，介于12KB之間。用戶應用程序占用多少存與許多因素有關，如I/O點數(shù)、控制要求、運算處理量、程序結構等11。因此在程序設計之前只能粗略地估算。根據(jù)經

30、驗，每個I/O點與有關功能元件占用的存量大致如下：開關量輸入元件：1020B/點開關量輸出元件：510B/點定時器/計數(shù)器：2B/個模擬量：100150B/個通信接口：一個接口一般需要300B以上12根據(jù)上面算出的總字節(jié)數(shù)再考慮增加25%左右的備用量，就可估算出用戶程序所需的存容量，從而選擇合適的PLC存。該系統(tǒng)有11個數(shù)字輸入點6個數(shù)字輸出點，需存280B，有定時器6個，計時器2個，需存16B，考慮余量后需要存370B。2.4.3 CPU功能與結構的選擇PLC的功能日益強大，一般PLC都具有開關量邏輯運算、定時、計數(shù)、數(shù)據(jù)處理等基本功能，有些PLC還可擴展各種特殊功能模塊，如通信模塊、位置控

31、制模塊等，選型時可考慮以下幾點：功能與任務相適應，PLC的處理速度應滿足實時控制的要求、PLC結構合理、機型統(tǒng)一、在線編程和離線編程的選擇。全自動洗衣機控制所要求的控制功能簡單，小型PLC就能滿足要求了13。該控制系統(tǒng)CPU模塊可采用CPU-224（AC/DC/繼電器）模塊，它可控制整個系統(tǒng)按照控制要求有條不紊地進行。同時由于該模塊采用交流220V供電，并且自帶14個數(shù)字量輸入點和10個數(shù)字量輸出點，完全能滿足全自動洗衣機控制系統(tǒng)的要求，所以不再需要另外的電源模塊、數(shù)字量和輸出模塊14。綜上所述此次設計選用西門子S7-200型PLC。2.4.4 I/O地址分配經過上面所有的分析得出以與題目控制

32、要求的表述，我們得出所有的I/O口的分配地址和對應的外部設備。由控制要求列出自動焊錫機的輸入分配表，如表2-2所示。表2-2 自動焊錫機輸入/輸出地址分配表輸入地址對應的外部設備輸出地址對應的作用I0.0啟動按鈕SB1Q0.0機械手上升Y0I0.1機械手上升限位開關SQ7Q0.1機械手左行Y2I0.2機械手左行限位開關SQ5Q0.2機械手下降Y1I0.3機械手下降限位開關SQ8Q0.3機械手右行Y3I0.4機械手右行限位開關SQ6Q0.4焊盤上升Y4I0.5焊盤上升限行開關SQ3Q0.5焊盤右行Y7I0.6焊盤右行限位開關SQ2Q0.6焊盤下降Y5I0.7焊盤下降限位開關SQ4Q0.7焊盤左行

33、Y6I1.0焊盤左行限位開關SQ1Q1.0工件焊接I1.1停止按鈕SB22.5 外部接線圖根據(jù)全自動焊錫機的控制要求，對系統(tǒng)控制的I/O點數(shù)進行了統(tǒng)計和PLC型號進行了選擇。本課題是基于PLC的控制，所以在外部接線圖中必須要有所有的I/O分配地址點、接觸器的名稱與對應動作關系。 現(xiàn)根據(jù)以上的統(tǒng)計和選擇的PLC的外部接線設計如圖2-4所示。圖2-4 外部接線圖在圖2-4中，顯示出了所有的輸入輸出地址分配，所有的系統(tǒng)動作名稱，還有PLC上的接線點和系統(tǒng)中使用到的限位開關。第3章 軟件設計3.1 部元件地址分配表在設計自動焊錫機時用到了一些部元件，用他們對系統(tǒng)的控制進行更佳的完善，包括兩個定時器T3

34、7、T38，分別是對工件焊接時間進行計時和工件焊接完成取下焊接好的工件后的延遲時間計時。現(xiàn)在對控制中要用到的部元件地址分配表歸納如表3-1所示。表3-1 部元件地址分配表定時器對應的作用T37工件焊接時間計時T38每次動作完成延遲時間計3.2 PLC順序功能圖設計順序功能圖，它是描述控制系統(tǒng)的控制過程、功能和特性的一種圖形，順序功能圖并不涉與所描述的控制功能的具體技術，他是一種通用的技術語言，通過他的繪制在直觀上看系統(tǒng)的流程更加清晰透明。此外，繪制順序功能圖為后期的程序編寫提供方便，讓程序的編寫整個過程一目了然，即便哪里出現(xiàn)錯誤頁很容易快速找到錯誤來源，便于后期檢查修改。自動焊錫機控制系統(tǒng)PL

35、C控制狀態(tài)流程如圖3-1所示。圖3-1 系統(tǒng)順序功能圖3.3 系統(tǒng)梯形圖1.梯形圖的特點梯形圖是PLC模擬繼電器控制系統(tǒng)的編程方法。它由觸點、線圈或功能方框等構成，梯形圖左、右的垂直線稱為左、右母線。畫梯形圖時，從左母線開始，經過觸點和線圈（或功能方框），終止于右母線。在梯形圖中，可以把左母線看作是提供能量的母線。觸點閉合可以使能量流過，直到下一個元件；觸點斷開將阻止能量流過。這種能量流，我們稱之為“能流”。實際上，梯形圖是CPU仿真繼電器控制電路圖，使來自“電源”的“電流”通過一系列的邏輯控制條件，根據(jù)運算結果決定邏輯輸出的模擬過程15。梯形圖中的基本編程元素有觸點、線圈和方框。觸點：代表邏

36、輯控制條件。觸點閉合時表示能量可以流過。觸點分常開觸點和常閉觸點兩種形式。線圈：通常代表邏輯“輸出”的結果。能量流到，則該線圈被激勵。方框：代表某種特定功能的指令。能量流通過方框時，則執(zhí)行方框所代表的功能。方框所代表的功能有很多種，例如：定時器、計數(shù)器、數(shù)據(jù)運算等。梯形圖中，每個輸出元素可以構成一個梯級。每個梯形圖網絡由一個或多個梯級組成16。2.梯形圖繪制原則(1) 梯形圖按自上而下、從左到右的順序排列。每個繼電器器線圈為一個邏輯行，即一層階梯。每一個邏輯行起于左母線，然后是觸點的連接，最后終止于繼電器線圈或右母線。注意：左母線與線圈之間一定要有觸點，而線圈與右母線之間不能有任何點，應直接連

37、接。(2) 一般情況下，在梯形圖中某個編號繼電器線圈只能出現(xiàn)一次，而繼電器觸點可無限引用。有些PLC，在含有跳轉指令或步進指令的梯形圖中允許雙線圈輸出。 (3) 在每個邏輯行中，串聯(lián)觸點多的支路應放在上方。如果將串聯(lián)觸點多的支路放下方，則語句增多，程序變長。(4) 在每個邏輯行中，并聯(lián)觸點多的支路應放在左邊。如果將并聯(lián)觸點多的支路放右邊，則語句增多，程序變長。(5) 梯形圖中，不允許一個觸點上有雙向“電流”通過17。3.系統(tǒng)梯形圖根據(jù)以上的梯形圖的基礎知識、注意事項、特點與上節(jié)中的控制狀態(tài)流程圖，現(xiàn)利用STEP7-Micro/WIN編程軟件做出自動焊錫機控制系統(tǒng)梯形圖。STEP7-Micro/

38、WIN編程軟件是專為西門子S7-200而設計的，在個人計算機的WINDOWS操作系統(tǒng)下運行，功能強大、使用方便、簡單易學。其編寫好的程序可通過專用編程線纜下載的PLC中運行。也可以導出后在仿真軟件中進行測試18。根據(jù)在西門子系統(tǒng)的編寫的程序語言，得出了自動焊錫機的梯形圖。整個系統(tǒng)的梯形圖如圖3-23-4所示。圖3-2 梯形圖圖3-3 梯形圖圖3-4 系統(tǒng)梯形圖3.4 系統(tǒng)指令語句表根據(jù)自動焊錫機控制要求和系統(tǒng)程序梯形圖得出指令表如下：LDM1.4AT38OSM0.1OM0.0ANM0.1=M0.0LDI0.0AM0.0OM0.1ANI1.1ANM0.2=M0.1=Q0.0LDI0.1AM0.1

39、OM0.2ANM0.3=M0.2=Q0.1LDI0.2AM0.2OM0.3ANM0.4=M0.3=Q0.2LDI0.3AM0.3OM0.4ANM0.5=M0.4=Q0.3LDI0.4AM0.4OM0.5ANM0.6=M0.5LDI0.5AM0.5OM0.6ANM0.7=M0.6=Q0.5LDI0.6AM0.6OM0.7ANM1.0=M0.7LDI0.7AM0.7OM1.0ANM1.1=M1.0=Q1.0TONT37,+30LDM1.0AT37OM1.1ANM1.2=M1.1LDM0.5OM1.1=Q0.4LDI0.5AM1.1OM1.2ANM1.3=M1.2=Q0.7LDI1.0AM1.2OM

40、1.3ANM1.4=M1.3LDM0.7OM1.3=Q0.6LDI0.7AM1.3OM1.4ANM0.0=M1.4TONT38,+50第4章 組態(tài)設計4.1組態(tài)概述組態(tài)定義：在使用工控軟件中，我們經常提到組態(tài)一詞，組態(tài)英文是“Configuration”，其意義究竟是什么呢？簡單的講，組態(tài)就是用應用軟件中提供的工具、方法，完成工程中某一具體任務的過程。與硬件生產相對照，組態(tài)與組裝類似。如要組裝一臺電腦，事先提供了各種型號的主板、機箱、電源、CPU、顯示器、硬盤、光驅等，我們的工作就是用這些部件拼湊成自己需要的電腦。當然軟件中的組態(tài)要比硬件的組裝有更大的發(fā)揮空間，因為它一般要比硬件中的“部件”更

41、多，而且每個 “部件” 都很靈活，因為軟部件都有部屬性，通過改變屬性可以改變其規(guī)格（如大小、性狀、顏色等）。在組態(tài)概念出現(xiàn)之前，要實現(xiàn)某一任務，都是通過編寫程序（如使用BASIC , C , FORTRAN等）來實現(xiàn)的。編寫程序不但工作量大、周期長，而且容易犯錯誤，不能保證工期。組態(tài)軟件的出現(xiàn)，解決了這個問題。對于過去需要幾個月的工作，通過組態(tài)幾天就可以完成19。組態(tài)用途：組態(tài)軟件是有專業(yè)性的。一種組態(tài)軟件只能適合某種領域的應用。組態(tài)的概念最早出現(xiàn)在工業(yè)計算機控制中。如DCS(集散控制系統(tǒng))組態(tài)，PLC（可編程控制器）梯形圖組態(tài)。人機界面生成軟件就叫工控組態(tài)軟件。其實在其他行業(yè)也有組態(tài)的概念，

42、人們只是不這么叫而已。如AutoCAD，PhotoShop，辦公軟件(PowerPoint)都存在相似的操作，即用軟件提供的工具來形成自己的作品，并以數(shù)據(jù)文件保存作品，而不是執(zhí)行程序。組態(tài)形成的數(shù)據(jù)只有其制造工具或其他專用工具才能識別。但是不同之處在于，工業(yè)控制中形成的組態(tài)結果是用在實時監(jiān)控的。組態(tài)工具的解釋引擎，要根據(jù)這些組態(tài)結果實時運行。從表面上看，組態(tài)工具的運行程序就是執(zhí)行自己特定的任務。雖然說組態(tài)就是不需要編寫程序就能完成特定的應用。但是為了提供一些靈活性，組態(tài)軟件也提供了編程手段，一般都是置編譯系統(tǒng)，提供類BASIC語言，有的甚至支持VB。在當今工控領域，一些常用的大型組態(tài)軟件主要有

43、：（Rockwell)-SE,ABB-OptiMax，愛默生DeltaV,WinCC，iCentroView, iFix，Wonderware Intouch，組態(tài)王（KINGVIEW），紫金橋（RealInfo），力控，易控，巨控組態(tài)（giantview），天工組態(tài)等。本次設計仿真組態(tài)中，我們用到時軟件組態(tài)王20。4.2組態(tài)設計4.2.1 I/O設備建立打開組態(tài)王軟件，在新建工程里建立工程，其中最主要的是設備的建立，我們在實驗中用到的是COM1口，所以在選擇的時候選擇了COM1口，通信設備選擇的是西門子S7-200系列的PPI。地址選擇的是2，新建組態(tài)如圖4-1所示。圖4-1 新建I/O設備

44、由圖4-1可以清楚的看到，所有的工程的界面任務欄，有設備項下拉菜單的COM口。其他的選項無需修改直接使用，在建立畫面之前，要做好所有的要用到的數(shù)據(jù)，其中包括I/O接口，部數(shù)據(jù)等。對于全自動焊錫機的組態(tài)數(shù)據(jù)詞典建立如圖4-2所示。圖4-2 組態(tài)數(shù)據(jù)詞典建立圖如圖4-2，在組態(tài)的建立中，我們先把那些需要用到的數(shù)據(jù)量建立存庫，有些是I/O離散型，有些部整形，根據(jù)不同的作用建立，這里我們用到了SB1、SB2、SQ1、SQ2、SQ3、SQ4、SQ5、SQ6、SQ7、SQ8和Y0、Y1、Y2、Y3、Y4、Y5、Y6、Y7，前面幾個是系統(tǒng)啟動停止限位開關，屬于離散型變量，所以設為I/O離散，后面幾個是系統(tǒng)的

45、輸出變量，主要是控制電機的正反轉，也設為I/O離散型，為了便于在組態(tài)中更加直觀的顯示整個控制系統(tǒng)的實現(xiàn)操作，我們在其中加入了一些部整形變量，包括“機械手上下”控制除渣機械手砥柱的上下移動，“機械手左右”控制除渣機械手的左右移動，“機械手上下1”控制除渣機械手的上下移動，“焊盤上下”控制焊盤砥柱的上下移動，“焊盤左右”控制焊盤左右移動，“焊盤上下1”控制焊盤上下移動。這些部整形變量是輔助系統(tǒng)的輸出變量來完成顯示的。其中也包括一些指示燈，直接和I/O的輸出輸入相連接，以達到系統(tǒng)的每個步驟的清晰顯示。系統(tǒng)的輸出數(shù)據(jù)也使用I/O的離散變量來實現(xiàn)，在程序的運行中，當有輸出數(shù)據(jù)變化時，數(shù)據(jù)詞典中的變量也隨

46、之變化，并且由此來驅動部整形數(shù)據(jù)流變量的變化，從而實現(xiàn)組態(tài)里的動畫顯示。4.2.2 畫面創(chuàng)建組態(tài)畫面的建立窗口如圖4-3所示。圖4-3 自動焊錫機組態(tài)開發(fā)界面在工程和數(shù)據(jù)詞典全部建立之后，從頂部的畫面處，點擊進入系統(tǒng)的開發(fā)界面。如上圖4-3所示。在這個窗口我們建立我們需要的動畫畫面，做好焊錫機的焊盤機械手、除渣機械手、錫爐還有兩個機械手的底座，最上面的一排開關盒最下面的幾個指示燈。開關包括啟動、停止、除渣機械手焊盤機械手的上下左右位限。為了畫面的逼真和美觀，特讓底座和豎桿使用一樣的黑色，這樣可以使系統(tǒng)在運行時，豎桿移動和底座的顏色一樣，看起來更加真實。而指示燈分別是工件焊接、系統(tǒng)運行、系統(tǒng)停止

47、，在工作狀態(tài)時，分別顯示不同的燈，工件焊接指示燈在沒有工作時是關閉狀態(tài)，在工件焊接的3秒鐘時間里，指示燈“工件焊接”是閃爍狀態(tài)。做好這些只是動畫的建立，要想達到控制的要求，要用這些動畫畫面組建和數(shù)據(jù)詞典建立聯(lián)系，讓每一個畫面部件都能按想要的動作運行，建立畫面如圖4-4所示。圖4-4 動畫組態(tài)在這個界面中進行組態(tài)設計，根據(jù)控制的操作動畫與要求來作圖，畫出所有需要的畫面，然后進行一一組態(tài)，把每個需要的變量和輸入輸出聯(lián)系起來，達到PLC控制的最基本條件。為了便于觀察，特在這里加入了三個指示燈，“工件焊接”表示工件的焊接時間計時，在工件焊接時這個指示燈就會閃爍直到焊接完成，“系統(tǒng)運行”表示系統(tǒng)的運行狀

48、態(tài)時開放的，可以進行控制操作，“系統(tǒng)停止”表示系統(tǒng)為停止運行狀態(tài)，進行操作無效，并且不管系統(tǒng)運行什么動作，按下這個按鈕，系統(tǒng)將會強制停止。其他的按鈕都是外部I/O接口對應連接。雙擊動畫部件，就會彈出類似于上圖的對話框。在這里我們要重點提出，里面有兩個有上下左右移動動作的畫面，所以要用到里面的“水平移動”“垂直移動”兩個控制變量。再聯(lián)系前面我們建立的數(shù)據(jù)詞典中的部整形變量，配合組態(tài)中的命令語言，就可以控制畫面里的動畫運動動作，其中命令語言如圖4-5所示。圖4-5 部命令語言在本次組態(tài)設計中，有些動作如機械手的上下左右移動不能同過PLC控制語言直接實現(xiàn)，所以在組態(tài)中假如一些部整形變量，這樣動畫更加

49、直觀。像本系統(tǒng)中每次有移動的動作都會有與之對應的部語言執(zhí)行對應的動作，以便于視覺上更加逼真的效果。如：外部的除渣機械手上升動作，此時與這個動作對應的是變量Y0，經程序執(zhí)行后，Y0的端口Q0.0就被置到1位置，根據(jù)部語言if(本站點SB2=0&&本站點SB1=1&&本站點Y0=1) 本站點機械手上下=本站點機械手上下+10; 本站點機械手上下1=本站點機械手上下1+10;if(本站點SB2=0&&本站點SB1=1&&本站點Y2=1) 本站點機械手左右=本站點機械手左右+10;if(本站點SB2=0&&本站點SB1=1

50、&&本站點Y1=1) 本站點機械手上下1=本站點機械手上下1-10; 本站點機械手上下=本站點機械手上下-10;if(本站點SB2=0&&本站點SB1=1&&本站點Y3=1) 本站點機械手左右=本站點機械手左右-10;if(本站點SB2=0&&本站點SB1=1&&本站點Y4=1) 本站點焊盤上下=本站點焊盤上下+10; 本站點焊盤上下1=本站點焊盤上下1+10;if(本站點SB2=0&&本站點SB1=1&&本站點Y7=1) 本站點焊盤左右=本站點焊盤左右+10; if(本站點SB2=

51、0&&本站點SB1=1&&本站點Y5=1) 本站點焊盤上下=本站點焊盤上下-10; 本站點焊盤上下1=本站點焊盤上下1-10;if(本站點SB2=0&&本站點SB1=1&&本站點Y6=1) 本站點焊盤左右=本站點焊盤左右-10;if(本站點SB2=1)本站點SB1=0;以上便是組態(tài)中的所有的命令語言，命令語言的編寫主要是用于控制組態(tài)部的組件的移動動作，以與和外部PLC進行通信連接。如上面的這段命令語言，主要是實現(xiàn)組態(tài)和PLC通信連接時要進行的動作，有除渣機械手的上升下降移動動作，除渣機械手焊盤機械手的上升下降和左行右行動作，除此之

52、外，還有描述工件焊接的閃爍指示燈等等，總之，命令語言的編寫是輔助PLC程序流程的圖像直觀化，也就是組態(tài)王軟件更好的進行對控制過程的表現(xiàn)。4.2.3 系統(tǒng)運行所有的畫面建立完畢，連接沒有問題，通信保證準確，命令語言能達到要求的情況下，PLC語言程序下載到西門子S7-200后，進行系統(tǒng)的運行操作實驗。數(shù)據(jù)詞典設計完成，圖像組件連接之后，就要進行PLC和組態(tài)的通信了，系統(tǒng)的運行圖如圖4-6所示。圖4-6 組態(tài)系統(tǒng)運行圖按下啟動按鈕，系統(tǒng)處于運行狀態(tài)，此時顯示“系統(tǒng)運行”狀態(tài)，這里進行第一個動作除渣機械手上升電機得電，運行如圖4-7所示，圖中顯示機械手上升動作。圖4-7 除渣機械手得電上升此時除渣機械

53、手得電繼續(xù)上升，當運行到機械手上升限位開關時，停止上升，機械手左行電機得電，除渣機械手開始左行，只有當左行位碰開關觸動時才會停止左行，左行狀態(tài)如圖4-8所示。圖4-8 除渣機械手左行圖4-9 工件焊接圖4-9中顯示的是焊盤運行到右限下限時的狀態(tài)，此時進行工件的焊接，指示燈閃爍如上圖。組態(tài)完成后和PLC進行通信連接，PLC運行，就可以在這個界面操作控制系統(tǒng)了，在這里的限位按鈕開關為“讀寫”屬性，可以實現(xiàn)現(xiàn)場的控制。同時也可以在PLC上進行手動控制。4.3 組態(tài)設計小結經過仔細的組態(tài)試驗，本組態(tài)系統(tǒng)完全符合自動焊錫機的控制要求，能完成所有的自動焊錫機將會出現(xiàn)的操作和動作，同時也證明組態(tài)的使用能帶給

54、學習者從其他地方得不到的視覺直觀效果，組態(tài)王是一款適應性很強的組態(tài)軟件，可以很好的在設計上減少我們走的彎路，更可以直觀的顯示我們在編寫PLC語言程序時犯下的錯誤，也能讓學習變的直接了斷。第5章 軟硬件調試5.1程序調試在西門子S7-200中對程序進行寫入編輯，程序輸入完成后，點擊全部編譯，程序運行無誤，顯示全部正確。然后把PLC停止在“STOP”狀態(tài)，把寫好的遠程系下載進去，上電復位，進行全程監(jiān)測。首先按下啟動按鈕I0.0，系統(tǒng)上電，中間繼電器M0.1線圈得電，同時輸出Q0.0，除渣機械手上升電機得電上升。按下除渣機械手上行限位I0.1，表示機械手運行到了上限，除渣機械手上升停止，M0.2線圈

55、得電，同時輸出Q0.1，除渣機械手得電左行。按下除渣機械手左行限位I0.2，表示到達左行限位，除渣機械手停止左行，M0.3線圈得電，同時輸出Q0.2，表示除渣機械手得電下降，按下I0.3，表示到達下降限位，除渣機械手停止下降，M0.4線圈得電，同時輸出Q0.3，表示除渣機械手右行。按下右行限位開關I0.4，M0.4掉電，輸出Q0.3結束，機械手停止右行。同時因為M0.6的常閉觸點閉合狀態(tài)，所以M0.5線圈得電，輸出Q0.4，表示焊盤機械手得電上升，按下I0.5，表示焊盤上升碰到限位開關，M0.7掉電狀態(tài)，M0.7的常閉觸點接通狀態(tài)，所以M0.6得電，同時輸出Q0.5，表示焊盤機械手得電右行，按下I0.6，表示焊盤右行碰到限位開關，M1.0掉電狀態(tài)，M1.0的常閉觸點接通狀態(tài)，所以M0.7線圈得電，同時輸出Q0.6，表示焊盤機械手得電下降，按下I0.7，表示焊盤下降限位開關，焊盤機械手停止下降。M1.1狀態(tài)