電鍍生產(chǎn)線控制系統(tǒng)課程設計

1、學 號： 0120918950930課 程 設 計題 目電鍍生產(chǎn)線控制系統(tǒng)學 院物流工程學院專 業(yè)班 級姓 名指導教師2013年1月2日本科生課程設計成績評定表姓 名性 別男專業(yè)、班級課程設計題目：課程設計答辯或質疑記錄：1、 位置檢測器S2、S3、S4的作用。答：他們的作用是控制電機的下行，當位置檢測器S2、S3、S4檢測到信號時控制繼電器得電，電機下行。2、 上限S5以及下限S6的作用。答：S5控制電機的右行，S6的作用是控制下行的停止和計時的開始3、 連續(xù)工作是如何控制循環(huán)的。答：當電機返回左行到左限S1位并且下降但下限位S6時共同控制電機的循環(huán)運行。成績評定依據(jù)：評 定 項 目評分成績

2、1學習態(tài)度（25分）2設計說明書 (25分)3上機調試演示（25分）4答辯（25分）總分備注：成績等級：優(yōu)（90分100分）、良（80分89分）、中（70分79分）、及格（60分69分）、60分以下為不及格。最終評定成績（以優(yōu)、良、中、及格、不及格評定）指導教師簽字： 2013年 01 月 18 日課程設計任務書學生姓名： 專業(yè)班級： 指導教師： 工作單位： 題 目: 電鍍生產(chǎn)線控制系統(tǒng)一、初始條件程序運行設備：西門子S7-300 PLC二、要求完成的主要任務1控制要求：實現(xiàn)手動、單周期、連續(xù)、單步四種工作方式的控制。以四種工作方式進行上行、下行、右行、左行四種運動，來實現(xiàn)清洗、風干、電鍍、定

3、時四種過程的電鍍工作。2設計要求：（1） 繪制PLC接線圖；（2） 給出符號定義表；（3） 編寫控制程序；（4） 上機驗證通過程序調試。3課程設計說明書應包括：（1） 設計的目的及意義（2） 設計任務及要求（3） 設計方案比較及認證（4） 程序設計：軟件思想，流程圖，程序說明（5） 調試過程記錄及結果分析（6） 參考資料（7） 總結三、時間安排：序號設計內容所用時間（天）1熟悉課程設計任務要求，分析資料和數(shù)據(jù)12方案論證，13編制程序24程序調試及修改25設計過程總結,撰寫課程設計說明書36答辯1合 計10四、主要參考資料【1】張曉川編著.倉儲物流技術與裝備M.化學工業(yè)出版社,2003年【2】

4、鄧星鐘主編.機電傳動控制M.華中科技大學出版社,2001年【3】朱宏輝.物流自動化系統(tǒng)設計及應用.化學工業(yè)出版社,2004【4】劉鍇編著.深入淺出西門子S7-300PLCM.北京航空航天大學出版社,2004年【5】廖常初編著.S7-300/400PLC應用技術M.機械工業(yè)出版社,2008年【6】王永華編.現(xiàn)代電器控制及PLC應用技術M.北京航天航空大學出版社,2007年指導教師簽名： 2013年1月6日系主任（或責任教師）簽名： 2013年1月6日 目錄緒論1課題概述1設計的目的與意義1第一章 PLC的基礎知識介紹21.1 PLC的基本結構21.2 可編程控制器的基本工作原理31.3 輸入輸出

5、（I/O）點數(shù)的估算31.4 存儲容量的估算3第二章 電鍍生產(chǎn)線控制系統(tǒng)設計42.1 電鍍生產(chǎn)線控制系統(tǒng)簡介42.2 電鍍生產(chǎn)線控制要求分析52.3 電鍍生產(chǎn)線控制面板52.4 PLC電鍍生產(chǎn)線控制系統(tǒng)的輸入輸出分配表62.5電鍍生產(chǎn)線控制系統(tǒng)功能圖的設計72.6 PLC電鍍生產(chǎn)線控制系統(tǒng)的I/O接線圖82.7主電路圖的設計92.8 電鍍生產(chǎn)線控制系統(tǒng)程序的梯形圖10第三章 仿真與調試263.1建立一個項目263.2建立硬件組態(tài)273.3編輯梯形圖283.4進行動作模擬仿真293.5調試過程29設計總結33謝詞34參考文獻35 緒論課題概述 本課題要求設計一種基于plc的手動方式、單周期方式、

6、連續(xù)工作方式和單步工作方式的電鍍生產(chǎn)線設計，利用實驗室plc實訓裝置模擬電鍍生產(chǎn)線的運行，并利用計算機進行組態(tài)監(jiān)控。設計的目的與意義電鍍就是利用電解原理在某些金屬表面上鍍上一層薄層其他金屬或合金的過程。電鍍時，鍍層金屬做陽極，別氧化成陽離子進入電鍍液；待鍍的金屬制品做陰極，鍍層金屬的陽離子在金屬表面別還原成鍍層。為排除其他陽離子的干擾，切實鍍層均勻、牢固，需用含鍍層金屬陽離子的溶液做電鍍液，以保持鍍層金屬陽離子的濃度不變。電鍍的目的是在基材上鍍上金屬鍍層，改變基材表面性質或尺寸，電鍍能增強金屬的抗腐蝕性（鍍層金屬多采用耐腐蝕的金屬）、增加強度、防止磨耗、提高導電性、潤滑性、耐熱性、和表面美觀。

7、隨著科學發(fā)展，電鍍生產(chǎn)工藝也不斷更新，例如一種電鍍生產(chǎn)的清洗水不排放新工藝，即自然閉路循環(huán)工藝。它除設有電鍍槽和清洗槽外，還設有儲液槽。工藝上通過一個周期對清洗槽進行一次翻槽以及用儲液槽中的液體來彌補渡槽鍍液由于蒸發(fā)產(chǎn)生的損失量等措施，達到了使電鍍液的蒸發(fā)量與清洗水回收量的平衡，從而實現(xiàn)了電鍍生產(chǎn)過程不排放任何清洗水的工藝。不僅大大減少了用水量，還使清洗液中的電鍍液對環(huán)境的嚴重污染減輕，因此，它有很好的經(jīng)濟效益及社會效益。 電鍍生產(chǎn)線種類也很多，例如：單鍍種環(huán)形電鍍線、釣魚式環(huán)型自動生產(chǎn)線、垂直升降懸臂式電鍍生產(chǎn)線、龍門式自動控制電鍍生產(chǎn)線、中柱直線式電鍍生產(chǎn)線等。 第一章 PLC的基礎知識介

8、紹1.1 PLC的基本結構 可編程序控制器主要由CPU（中央處理單元）、存儲器（RAM和EPROM）、輸入/輸出模塊（簡稱I/O模塊）、編程器和電源五大部分組成。了解PLC的基本知識,有助于選擇CPU和I/O模塊。（1）CPUCPU模塊又叫中央處理單元或控制器，它主要由微機處理器（CPU）和存儲器組成。CPU的作用類似于人類的大腦和心臟。它采用掃描方式工作，每一次掃描要完成：輸入處理、程序執(zhí)行、輸出處理。（2）存儲器可編程控制器存儲器中配有兩種存儲系統(tǒng)，即用于存放系統(tǒng)程序的系統(tǒng)程序存儲器和存放用戶程序的用戶程序存儲器。 存儲器可分為：只讀存儲器，隨機存儲器。（3）I/O口模塊I/O模塊是聯(lián)系外

9、部現(xiàn)場和CPU模塊的橋梁。輸入模塊用來接收和采集輸入信號。輸入信號有兩類：一類是從按鈕、選擇開關、數(shù)字開關、限位開關、接收開關、壓力繼電器等來的開關量輸入信號；另一類是由電位器、熱電偶、測速發(fā)電機、各種變送器提供的連續(xù)變化的模擬量輸入信號?？删幊绦蚩刂破魍ㄟ^輸出模塊控制接觸器、電磁閥、電磁鐵、調節(jié)閥、調速裝置等執(zhí)行器，可編程序控制器控制的另一類外部負載是指示燈、數(shù)字顯示裝置和報警裝置等。 （4）編程器編程器除了用來輸入和編輯程序外，還可以用來監(jiān)視可編程序控制器運行時梯形圖中各種編程元件的工作狀態(tài)。編程器可以永久地連續(xù)在可編程序控制器上，將它取下來后可編程序控制器也可以運行。一般只在程序輸入、調

10、試階段和檢修時使用，一臺編程器可供多臺可編程序控制器公用。（5）電源PLC的外部工作電源一般為單相85260V 50/60Hz交流電源，也有采用2426V直流電源的。使用單相交流電源的PLC，往往還能同時提供24V直流電源，供直流輸入使用。PLC對其外部電源的穩(wěn)定度要求不高，一般可允許±15%左右。1.2 可編程控制器的基本工作原理PLC是采用“順序掃描，不斷循環(huán)”的方式進行工作的，即在PLC運行時，CPU根據(jù)用戶按控制要求編制好并存放于用戶程序存儲器中的程序，按指令步序號做周期性循環(huán)掃描，如無跳轉指令，則從第一條指令開始逐條順序執(zhí)行用戶程序，直至程序結束，然后重新返回第一條指令，開

11、始下一輪新的掃描。在每次掃描過程中，還要完成對輸入信號的采樣和對輸出狀態(tài)的刷新等工作。1.3 輸入輸出（I/O）點數(shù)的估算I/O點數(shù)估算時應考慮適當?shù)挠嗔浚ǔ８鶕?jù)統(tǒng)計的輸入輸出點數(shù)，再增加10%20%的可擴展余量后，作為輸入輸出點數(shù)估算數(shù)據(jù)。1.4 存儲容量的估算存儲器容量是可編程序控制器本身能提供的硬件存儲單元大小，程序容量是存儲器中用戶應用項目使用的存儲單元的大小，因此程序容量小于存儲器容量。為了設計選型時能對程序容量有一定估算，通常采用存儲器容量的估算來替代。存儲器內存容量的估算沒有固定的公式，許多文獻資料中給出了不同公式，大體上都是按數(shù)字量I/O點數(shù)的1015倍，加上模擬I/O點數(shù)的

12、100倍，以此數(shù)為內存的總字數(shù)（16位為一個字），另外再按此數(shù)的25%考慮余量。 第二章 電鍍生產(chǎn)線控制系統(tǒng)設計2.1 電鍍生產(chǎn)線控制系統(tǒng)簡介本次我的課程設計的主要內容是：電鍍生產(chǎn)線如下圖裝卸臺清洗池風干電鍍池吊籃S1S2S3S4S6S5下限檢測上限檢測處理1分鐘處理1分鐘處理10分鐘圖2.1 電鍍生產(chǎn)線控制系統(tǒng)的模擬控制示意圖系統(tǒng)中有一個工作方式選擇旋鈕，可選擇手動、單周期、單步和連續(xù)工作四種方式；有1個啟動按鈕、1個停止按鈕和4個手動操作按鈕；S1S6為位置檢測傳感器。 手動工作方式：用4個按鈕，分別控制行車吊籃的上升、下降、左行和右行。工作周期：吊籃從原點(初始狀態(tài))開始，將工件從原點按

13、照設計的工序完成相應的工作，最后再返回原點的過程，稱為一個工作周期。單周期工作方式：在原點位置按下起動按鈕(輸入點)，生產(chǎn)線按要求完成一個周期工作后，返回并停留在原點。連續(xù)工作方式：在原點按下起動按鈕，電鍍生產(chǎn)線完成一個周期的工作后，繼續(xù)下一個周期的工作；當按下停止按鈕時，電鍍生產(chǎn)線并不馬上停止工作，而是完成當前周期的工作后，返回原點停止。單步工作方式：從初始步開始，每按一下起動按鈕，程序運行一步即停止；當再次按下起動按鈕，程序又運行一步，即每按一次起動按鈕，程序只運行一步。2.2 電鍍生產(chǎn)線控制要求分析 電鍍的工作流程：啟動-吊鉤上升-上限行程開關S5閉合-右行至清洗槽上方-S2行程開關閉合

14、-吊鉤下降進入清洗槽-下限行程S6開關閉合-電鍍延時1分鐘-吊鉤上升-上限行程開關S5閉合-右行至風干槽上方S3行程開關閉合-吊鉤下降進入風干槽-下限行程開關S6閉合-電鍍延時1分鐘-吊鉤上升-上限行程開關S5閉合-右行至電鍍池上方S4行程開關閉合-吊鉤下降進入電鍍池-下限行程開關S6閉合-電鍍延時10分鐘-由3號槽內吊鉤上升，繼續(xù)右行，碰到右限位S7，然后左行至左限位S1，吊鉤下降至下限位S6，即原位。2.3 電鍍生產(chǎn)線控制面板 圖2.3 控制面板2.4 PLC電鍍生產(chǎn)線控制系統(tǒng)的輸入輸出分配表 根據(jù)控制要求分析可知，該設計需要17個輸入和4個輸出端子，電鍍生產(chǎn)線控制系統(tǒng)的輸入/輸出分配表如

15、表2.4表2.4 PLC電鍍生產(chǎn)線控制系統(tǒng)的輸入/輸出分配表2.5電鍍生產(chǎn)線控制系統(tǒng)功能圖的設計 根據(jù)電鍍生產(chǎn)線的控制分析，可以的出控制過程的功能圖。如圖2.5所示。功能圖的建立有助于編寫梯形圖。 圖2.5電鍍生產(chǎn)線控制系統(tǒng)功能圖2.6 PLC電鍍生產(chǎn)線控制系統(tǒng)的I/O接線圖 由于系統(tǒng)需要17個輸入和4個輸出的I/O端子，PLC可選用S7-300系列PLC-CPU313,PLC電鍍生產(chǎn)線控制系統(tǒng)的I/O接線圖如圖2.6所示。圖2.6 PLC電鍍生產(chǎn)線控制系統(tǒng)的I/O接線圖2.7主電路圖的設計在本設計中，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

16、圖2-7。圖中，接觸器KM1，KM2控制電動機M1的正、反轉，實現(xiàn)吊鉤的上升和下降，接觸器KM3，KM4控制電動機M2的正、反轉，實現(xiàn)行車的前進和后退。圖2.7電鍍生產(chǎn)線控制系統(tǒng)主電路圖2.8 電鍍生產(chǎn)線控制系統(tǒng)程序的梯形圖 根據(jù)控制要求設計出PLC電鍍生產(chǎn)線控制系統(tǒng)的梯形圖（LAD）. 第三章 仿真與調試我們編好的程序要進行仿真調試，看看自己所編的梯形圖是否正確，在現(xiàn)實中是否能夠實現(xiàn)。3.1建立一個項目 （1）打開step軟件之后彈出如下按鈕，選擇“next”。如圖3.1.1所示。 圖3.1.1建立項目圖1（2） 選擇CPU這里根據(jù)需要選擇的CPU為313.如圖3.1.2所示。 圖3.1.2

17、建立項目圖2(3)選擇一個塊，這里選擇OB1。選擇所需的編輯語言，這里選擇梯形圖編輯，即LAD。圖3.1.2建立項目圖3（4）工程命名。把工程命名為iii,然后點擊完成。這樣就能新建一個項目了。3.2建立硬件組態(tài)（1）點擊如下圖3.2.1所示的Hardware，進入硬件組態(tài)編輯狀態(tài)。 圖3.2.1硬件位置圖（2）以下是我選擇的硬件組態(tài)如圖3.2.2所示： 圖3.2.2硬件組態(tài)圖3.3編輯梯形圖（1）如圖3.3所示，雙擊OB1（主程序）進入主程序梯形圖編輯狀態(tài)。添加其他blocks,點擊右鍵，選擇“Insert New Object”,之后選擇“”Function”一次添加其他的Blocks。編

18、輯子程序時，雙擊FC1（手動）、FC2（單周期）、FC3（連續(xù)）、FC4（單步）進入梯形圖編輯。 圖3.3 OB1、FC1、FC2、FC3、FC4位置顯示2. 輸入梯形圖。選擇所需要的輸入輸出還有定時器，把之前所編輯的梯形圖打入梯形圖編輯區(qū)。3.4進行動作模擬仿真（1）如圖3.4.1所示點擊仿真按鈕（第二個）彈出仿真軟件，選擇仿真所需要的元件并標上對應的名稱號。圖3.4.1仿真按鈕（2） 進行仿真。點擊“PLC”，選擇“下載”；然后點擊調試，選擇“監(jiān)視”?；蛘唿c擊相應的快捷鍵。如圖3.4.2所示。圖3.4.2梯形圖下載與監(jiān)3.5調試過程（1）下載主程序，進行監(jiān)視。（2）手動方式的調試過程（需要

19、下載手動的塊FC1，進行監(jiān)視）（8） 先選擇工作方式，點擊I0.5；然后點擊開始按鈕I0.0松開；（9） 點擊I2.0（上升），一直按著，繼電器KM1-Q4.0得電閉合,電機M1得電電機上升，到達上限I1.4電機停止，松開按鈕I2.0。3）點擊I2.2（右行），一直按著，繼電器KM2-Q4.2得電閉合,電機M2得電電機上升右行,到達s2處I1.1斷開，電機失電，松開按鈕I2.2。4）點擊I2.1（下降），一直按著，繼電器KM3-Q4.1得電閉合,電機M1得電電機上升下行，到達下限I1.4電機停止，松開按鈕I2.1。5）點擊I2.3（左行），一直按著，繼電器KM4-Q4.3得電閉合,電機M2得電

20、電機上升左行，到達左限S1時I1.0斷開，電機失電，松開按鈕I2.3。如果電機運行時點擊停止按鈕I0.1那么電機停止工作。以下圖3.5.1是手動工作右行時某一時刻的仿真監(jiān)控圖。 圖3.5.1手動工作右行時某一時刻仿真顯示圖（3）單步工作方式的調試過程（需要下載手動的塊FC4）1）先選擇工作方式，點擊I0.4；2）在左限位I1.0和下限I1.5有信號（閉合）時，點擊啟動按鈕I0.0然后松開， M2.0得電，Q4.0得電，電機上升（松開I1.5、I1.0），到達上限I1.4時斷開失電。3）到達上限I1.4閉合后，點擊啟動按鈕I0.0然后松開， M2.1得電，Q4.2得電，電機右行，到達S2處時I1

21、.1閉合，電機失電4）到達I1.1后，點擊啟動按鈕I0.0然后松開， M2.2得電，Q4.1得電，電機下行，到達下限I1.5時開始計時，同時電機失電，不再下降。5）計時10秒鐘（仿真1分鐘）到后，點擊啟動按鈕I0.0然后松開， M2.3得電，Q4.0得電，電機上行，到達上限I1.4時斷開失電。6）到達上限I1.4閉合后，點擊啟動按鈕I0.0然后松開， M2.4得電，Q4.2得電，電機右行，到達S3處時I1.2閉合，電機失電7）到達I1.2后，點擊啟動按鈕I0.0然后松開， M2.5得電，Q4.1得電，電機下行，到達下限I1.5時開始計時10秒，同時電機失電，不再下降。8）計時10秒鐘（仿真1分

22、鐘）到后，點擊啟動按鈕I0.0然后松開， M2.6得電，Q4.0得電，電機上行，到達上限I1.4時斷開失電。9）到達上限I1.4閉合后，點擊啟動按鈕I0.0然后松開， M2.7得電，Q4.2得電，電機右行，到達S4處時I1.3閉合，電機失電10）到達I1.3后，點擊啟動按鈕I0.0然后松開， M3.0得電，Q4.1得電，電機下行，到達下限I1.5時開始計時10秒，同時電機失電，不再下降。11）計時10秒鐘（仿真10分鐘）到后，點擊啟動按鈕I0.0然后松開， M3.1得電，Q4.0得電，電機上行，到達上限I1.4時斷開失電。12）到達上限I1.4閉合后，點擊啟動按鈕I0.0然后松開， M3.2得

23、電，Q4.2得電，電機右行，到達右限S7處時I1.6閉合，電機失電13）到達右限S7，I1.6閉合后，點擊啟動按鈕I0.0然后松開， M3.3得電，Q4.3得電，電機左行，到達左限S1處時I1.0閉合，電機失電。14）到達左限S1，I1.0閉合后，點擊啟動按鈕I0.0然后松開， M3.4得電，Q4.1得電，電機下行，到達下限S6處時I1.5閉合，回到原點位置，電機失電。15）繼續(xù)以上運行或按停止按鈕停I0.1止工作。以下圖是單步工作方式工程中某些時刻的仿真模擬圖圖3.5.2 單步工作方式在S1到S2右行某一時刻的仿真模擬圖圖3.5.3 單步工作方式在S1處下限時某一時刻計時的的仿真模擬圖上面是

24、手動工作方式與單步工作方式的仿真模擬過程，全過程都沒出現(xiàn)問題。而單周期工作方式與連續(xù)工作方式的仿真過程就不進行敘述了，但是在仿真模擬過程中都沒出現(xiàn)問題，說明了整個程序都正確，沒有出現(xiàn)錯誤，也說明了這個程序在現(xiàn)實中也是可行的。下面是選擇單周期工作方式時的梯形圖的監(jiān)控圖圖3.5.4單周期工作方式梯形圖的監(jiān)控圖 設計總結 我們的倆周的課程設計就要告一段落，縱觀整個設計過程，可以說在這一過程中我的收獲很大，充分認識到自己的薄弱環(huán)節(jié)，通過理論分析與實踐的結合，許多問題都有了較好的解決方案。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PLC來設計控制系統(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。 在本組成員的極力配合下，該電鍍生產(chǎn)線控制系統(tǒng)的設計基本完成，在設計當中我們充分考慮到了操作的方便性，元件的實惠性和工藝的簡單性。在設計當中我們的基本參考資料是基于教科書，再通過各種途徑獲取更詳細的資料設計該控制系統(tǒng)的。 PLC的編程是我們整個設計最主要的一部分，我們的編程是采用梯形圖編程語言，所有的編寫步驟和編寫要點是嚴格按照課本要求和教科老師的指導來編寫的，所以整個編寫的過程是相當嚴謹?shù)摹６椅覀兙帉懗绦蛑皩﹄婂兩?/p>