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电镀生产线控制系统课程设计

46
2020年5月29日
文档仅供参考
学 号:
0

课 程 设 计

题 目
电镀生产线控制系统
学 院
物流工程学院
专 业

班 级

姓 名

指导教师

年
1
月
2
日

本科生课程设计成绩评定表
姓 名

性 别
男
专业、班级

课程设计题目:
课程设计答辩或质疑记录:
1、 位置检测器S2、S3、S4的作用。
答:她们的作用是控制电机的下行,当位置检测器S2、S3、S4检测到信号时控制继电器得电,电机下行。
2、 上限S5以及下限S6的作用。
答:S5控制电机的右行,S6的作用是控制下行的停止和计时的开始
3、 连续工作是如何控制循环的。
答:当电机返回左行到左限S1位而且下降但下限位S6时共同控制电机的循环运行。

成绩评定依据:
评 定 项 目
评分成绩
1．学习态度(25分)

2．设计说明书 (25分)

3．上机调试演示(25分)

4．答辩(25分)

总分

备注:成绩等级:优(90分—100分)、良(80分—89分)、中(70分—79分)、及格(60分—69分)、60分以下为不及格。
最终评定成绩(以优、良、中、及格、不及格评定)

指导教师签字:

01 月 18 日

课程设计任务书

学生姓名: 专业班级:
指导教师: 工作单位:
题 目: 电镀生产线控制系统
一、初始条件
程序运行设备:西门子S7-300 PLC

二、要求完成的主要任务
1．控制要求:实现手动、单周期、连续、单步四种工作方式的控制。以四种工作方式进行上行、下行、右行、左行四种运动,来实现清洗、风干、电镀、定时四种过程的电镀工作。
2．设计要求:
（1） 绘制PLC接线图;
（2） 给出符号定义表;
（3） 编写控制程序;
（4） 上机验证经过程序调试。
3．课程设计说明书应包括:
（1） 设计的目的及意义
（2） 设计任务及要求
（3） 设计方案比较及认证
（4） 程序设计:软件思想,流程图,程序说明
（5） 调试过程记录及结果分析
（6） 参考资料
（7） 总结

三、时间安排:
序号
设计内容
所用时间(天)
1
熟悉课程设计任务要求,分析资料和数据
1
2
方案论证,
1
3
编制程序
2
4
程序调试及修改
2
5
设计过程总结,撰写课程设计说明书
3
6
答辩
1

合 计
10

四、主要参考资料
【1】张晓川编著.仓储物流技术与装备[M].化学工业出版社,
【2】邓星钟主编.机电传动控制[M].华中科技大学出版社,
【3】朱宏辉.物流自动化系统设计及应用.化学工业出版社,
【4】刘锴编著.深入浅出西门子S7-300PLC[M].北京航空航天大学出版社,
【5】廖常初编著.S7-300/400PLC应用技术[M].机械工业出版社,
【6】王永华编.现代电器控制及PLC应用技术[M].北京航天航空大学出版社,

指导教师签名: 1月6日
系主任(或责任教师)签名: 1月6日

目录

绪论 1
课题概述 1
设计的目的与意义 1
第一章 PLC的基础知识介绍 2
1.1 PLC的基本结构 2
1.2 可编程控制器的基本工作原理 3
1.3 输入输出(I/O)点数的估算 3
1.4 存储容量的估算 3
第二章 电镀生产线控制系统设计 4
2.1 电镀生产线控制系统简介 4
2.2 电镀生产线控制要求分析 5
2.3 电镀生产线控制面板 5
2.4 PLC电镀生产线控制系统的输入输出分配表 6
2.5电镀生产线控制系统功能图的设计 7
2.6 PLC电镀生产线控制系统的I/O接线图 8
2.7主电路图的设计 9
2.8 电镀生产线控制系统程序的梯形图 10
第三章 仿真与调试 26
3.1建立一个项目 26
3.2建立硬件组态 27
3.3编辑梯形图 28
3.4进行动作模拟仿真 29
3.5调试过程 29
设计总结 33
谢词 34
参考文献 35

绪论
课题概述
本课题要求设计一种基于plc的手动方式、单周期方式、连续工作方式和单步工作方式的电镀生产线设计,利用实验室plc实训装置模拟电镀生产线的运行,并利用计算机进行组态监控。

设计的目的与意义
电镀就是利用电解原理在某些金属表面上镀上一层薄层其它金属或合金的过程。电镀时,镀层金属做阳极,别氧化成阳离子进入电镀液;待镀的金属制品做阴极,镀层金属的阳离子在金属表面别还原成镀层。为排除其它阳离子的干扰,切实镀层均匀、牢固,需用含镀层金属阳离子的溶液做电镀液,以保持镀层金属阳离子的浓度不变。电镀的目的是在基材上镀上金属镀层,改变基材表面性质或尺寸,电镀能增强金属的抗腐蚀性(镀层金属多采用耐腐蚀的金属)、增加强度、防止磨耗提高导电性、润滑性、耐热性、和表面美观。
随着科学发展,电镀生产工艺也不断更新,例如一种电镀生产的清洗水不排放新工艺,即自然闭路循环工艺。它除设有电镀槽和清洗槽外,还设有储液槽。工艺上经过一个周期对清洗槽进行一次翻槽以及用储液槽中的液体来弥补渡槽镀液由于蒸发产生的损失量等措施,达到了使电镀液的蒸发量与清洗水回收量的平衡,从而实现了电镀生产过程不排放任何清洗水的工艺。不但大大减少了用水量,还使清洗液中的电镀液对环境的严重污染减轻,因此,它有很好的经济效益及社会效益。
电镀生产线种类也很多,例如:单镀种环形电镀线、钓鱼式环型自动生产线、垂直升降悬臂式电镀生产线、龙门式自动控制电镀生产线、中柱直线式电镀生产线等。

第一章 PLC的基础知识介绍
1.1 PLC的基本结构
可编程序控制器主要由CPU(中央处理单元)、存储器(RAM和EPROM)、输入/输出模块(简称I/O模块)、编程器和电源五大部分组成。了解PLC的基本知识,有助于选择CPU和I/O模块。
(1)CPU
CPU模块又叫中央处理单元或控制器,它主要由微机处理器(CPU)和存储器组成。CPU的作用类似于人类的大脑和心脏。它采用扫描方式工作,每一次扫描要完成:输入处理、程序执行、输出处理。(2)存储器可编程控制器存储器中配有两种存储系统,即用于存放系统程序的系统程序存储器和存放用户程序的用户程序存储器。 存储器可分为:只读存储器,随机存储器。
(3)I/O口模块
I/O模块是联系外部现场和CPU模块的桥梁。输入模块用来接收和采集输入信号。输入信号有两类:一类是从按钮、选择开关、数字开关、限位开关、接收开关、压力继电器等来的开关量输入信号;另一类是由电位器、热电偶、测速发电机、各种变送器提供的连续变化的模拟量输入信号。
可编程序控制器经过输出模块控制接触器、电磁阀、电磁铁、调节阀、调速装置等执行器,可编程序控制器控制的另一类外部负载是指示灯、数字显示装置和报警装置等。
(4)编程器
编程器除了用来输入和编辑程序外,还能够用来监视可编程序控制器运行时梯形图中各种编程元件的工作状态。
编程器能够永久地连续在可编程序控制器上,将它取下来后可编程序控制器也能够运行。一般只在程序输入、调试阶段和检修时使用,一台编程器可供多台可编程序控制器公用。
(5)电源
PLC的外部工作电源一般为单相85～260V 50/60Hz交流电源,也有采用24～26V直流电源的。使用单相交流电源的PLC,往往还能同时提供24V直流电源,供直流输入使用。PLC对其外部电源的稳定度要求不高,一般可允许±15%左右。
1.2 可编程控制器的基本工作原理
PLC是采用”顺序扫描,不断循环”的方式进行工作的,即在PLC运行时,CPU根据用户按控制要求编制好并存放于用户程序存储器中的程序,按指令步序号做周期性循环扫描,如无跳转指令,则从第一条指令开始逐条顺序执行用户程序,直至程序结束,然后重新返回第一条指令,开始下一轮新的扫描。在每次扫描过程中,还要完成对输入信号的采样和对输出状态的刷新等工作。
1.3 输入输出(I/O)点数的估算
I/O点数估算时应考虑适当的余量,一般根据统计的输入输出点数,再增加10%～20%的可扩展余量后,作为输入输出点数估算数据。
1.4 存储容量的估算
存储器容量是可编程序控制器本身能提供的硬件存储单元大小,程序容量是存储器中用户应用项目使用的存储单元的大小,因此程序容量小于存储器容量。为了设计选型时能对程序容量有一定估算,一般采用存储器容量的估算来替代。
存储器内存容量的估算没有固定的公式,许多文献资料中给出了不同公式,大致上都是按数字量I/O点数的10～15倍,加上模拟I/O点数的100倍,以此数为内存的总字数(16位为一个字),另外再按此数的25%考虑余量。
第二章 电镀生产线控制系统设计

2.1 电镀生产线控制系统简介
本次我的课程设计的主要内容是:电镀生产线如下图

装卸台
清洗池
风干
电镀池
吊篮
S1
S2
S3
S4
S6
S5
下限检测
上限检测
处理1分钟
处理1分钟
处理10分钟

图2.1 电镀生产线控制系统的模拟控制示意图

系统中有一个工作方式选择旋钮,可选择手动、单周期、单步和连续工作四种方式;
有1个启动按钮、1个停止按钮和4个手动操作按钮;S1~S6为位置检测传感器。

手动工作方式:用4个按钮,分别控制行车吊篮的上升、下降、左行和右行。
工作周期:吊篮从原点(初始状态)开始,将工件从原点按照设计的工序完成相应的工作,最后再返回原点的过程,称为一个工作周期。
单周期工作方式:在原点位置按下起动按钮(输入点),生产线按要求完成一个周期工作后,返回并停留在原点。
连续工作方式:在原点按下起动按钮,电镀生产线完成一个周期的工作后,继续下一个周期的工作;当按下停止按钮时,电镀生产线并不马上停止工作,而是完成当前周期的工作后,返回原点停止。
单步工作方式:从初始步开始,每按一下起动按钮,程序运行一步即停止;当再次按下起动按钮,程序又运行一步……,即每按一次起动按钮,程序只运行一步。

2.2 电镀生产线控制要求分析
电镀的工作流程:启动--吊钩上升--上限行程开关S5闭合--右行至清洗槽上方--S2行程开关闭合--吊钩下降进入清洗槽--下限行程S6开关闭合--电镀延时1分钟--吊钩上升--上限行程开关S5闭合--右行至风干槽上方—S3行程开关闭合--吊钩下降进入风干槽--下限行程开关S6闭合--电镀延时1分钟--吊钩上升--上限行程开关S5闭合--右行至电镀池上方—S4行程开关闭合--吊钩下降进入电镀池--下限行程开关S6闭合--电镀延时10分钟--由3号槽内吊钩上升,继续右行,碰到右限位S7,然后左行至左限位S1,吊钩下降至下限位S6,即原位。
2.3 电镀生产线控制面板

图2.3 控制面板

2.4 PLC电镀生产线控制系统的输入输出分配表
根据控制要求分析可知,该设计需要17个输入和4个输出端子,电镀生产线控制系统的输入/输出分配表如表2.4
表2.4 PLC电镀生产线控制系统的输入/输出分配表

2.5电镀生产线控制系统功能图的设计

根据电镀生产线的控制分析,能够的出控制过程的功能图。如图2.5所示。功能图的建立有助于编写梯形图。

图2.5电镀生产线控制系统功能图
2.6 PLC电镀生产线控制系统的I/O接线图
由于系统需要17个输入和4个输出的I/O端子,PLC可选用S7-300系列PLC----CPU313,PLC电镀生产线控制系统的I/O接线图如图2.6所示。

图2.6 PLC电镀生产线控制系统的I/O接线图

2.7主电路图的设计
在本设计中,根据电镀生产线的工艺要求,只需用两台电机分别控制吊钩的上升、下降和行车的左行、右行。主电路如图2-7。
图中,接触器KM1,KM2控制电动机M1的正、反转,实现吊钩的上升和下降,接触器KM3,KM4控制电动机M2的正、反转,实现行车的前进和后退。

图2.7电镀生产线控制系统主电路图

2.8 电镀生产线控制系统程序的梯形图
根据控制要求设计出PLC电镀生产线控制系统的梯形图(LAD).

第三章 仿真与调试
我们编好的程序要进行仿真调试,看看自己所编的梯形图是否正确,在现实中是否能够实现。
3.1建立一个项目
(1)打开step软件之后弹出如下按钮,选择”next”。如图3.1.1所示。

图3.1.1建立项目图1
（8） 选择CPU这里根据需要选择的CPU为313.如图3.1.2所示。

图3.1.2建立项目图2
(3)选择一个块,这里选择OB1。选择所需的编辑语言,这里选择梯形图编辑,即LAD。

图3.1.2建立项目图3
(4)工程命名。把工程命名为iii,然后点击完成。这样就能新建一个项目了。
3.2建立硬件组态
(1)点击如下图3.2.1所示的Hardware,进入硬件组态编辑状态。

图3.2.1硬件位置图

(2)以下是我选择的硬件组态如图3.2.2所示:

图3.2.2硬件组态图
3.3编辑梯形图
(1)如图3.3所示,双击OB1(主程序)进入主程序梯形图编辑状态。添加其它blocks,点击右键,选择”Insert New Object”,之后选择””Function”一次添加其它的Blocks。编辑子程序时,双击FC1(手动)、FC2(单周期)、FC3(连续)、FC4(单步)进入梯形图编辑。

图3.3 OB1、FC1、FC2、FC3、FC4位置显示
2. 输入梯形图。
选择所需要的输入输出还有定时器,把之前所编辑的梯形图打入梯形图编辑区。
3.4进行动作模拟仿真
(1)如图3.4.1所示点击仿真按钮(第二个)弹出仿真软件,选择仿真所需要的元件并标上对应的名称号。

图3.4.1仿真按钮
（2） 进行仿真。点击”PLC”,选择”下载”;然后点击调试,选择”监视”。或者点击相应的快捷键。如图3.4.2所示。

图3.4.2梯形图下载与监
3.5调试过程
(1)下载主程序,进行监视。
(2)手动方式的调试过程(需要下载手动的块FC1,进行监视)
（9） 先选择工作方式,点击I0.5;然后点击开始按钮I0.0松开;
（10） 点击I2.0(上升),一直按着,继电器KM1--Q4.0得电闭合,电机M1得电电机上升,到达上限I1.4电机停止,松开按钮I2.0。
3)点击I2.2(右行),一直按着,继电器KM2--Q4.2得电闭合,电机M2得电电机上升右行,到达s2处I1.1断开,电机失电,松开按钮I2.2。
4)点击I2.1(下降),一直按着,继电器KM3--Q4.1得电闭合,电机M1得电电机上升下行,到达下限I1.4电机停止松开按钮I2.1。
…
5)点击I2.3(左行),一直按着,继电器KM4--Q4.3得电闭合,电机M2得电电机上升左行,到达左限S1时I1.0断开,电机失电,松开按钮I2.3。
…
如果电机运行时点击停止按钮I0.1那么电机停止工作。

以下图3.5.1是手动工作右行时某一时刻的仿真监控图。

图3.5.1手动工作右行时某一时刻仿真显示图
(3)单步工作方式的调试过程(需要下载手动的块FC4)
1)先选择工作方式,点击I0.4;
2)在左限位I1.0和下限I1.5有信号(闭合)时,点击启动按钮I0.0然后松开, M2.0得电,Q4.0得电,电机上升(松开I1.5、I1.0),到达上限I1.4时断开失电。
3)到达上限I1.4闭合后,点击启动按钮I0.0然后松开, M2.1得电,Q4.2得电,电机右行,到达S2处时I1.1闭合,电机失电
4)到达I1.1后,点击启动按钮I0.0然后松开, M2.2得电,Q4.1得电,电机下行,到达下限I1.5时开始计时,同时电机失电,不再下降。
5)计时10秒钟(仿真1分钟)到后,点击启动按钮I0.0然后松开, M2.3得电,Q4.0得电,电机上行,到达上限I1.4时断开失电。。
6)到达上限I1.4闭合后,点击启动按钮I0.0然后松开, M2.4得电,Q4.2得电,电机右行,到达S3处时I1.2闭合,电机失电
7)到达I1.2后,点击启动按钮I0.0然后松开, M2.5得电,Q4.1得电,电机下行,到达下限I1.5时开始计时10秒,同时电机失电,不再下降。
8)计时10秒钟(仿真1分钟)到后,点击启动按钮I0.0然后松开, M2.6得电,Q4.0得电,电机上行,到达上限I1.4时断开失电。。
9)到达上限I1.4闭合后,点击启动按钮I0.0然后松开, M2.7得电,Q4.2得电,电机右行,到达S4处时I1.3闭合,电机失电
10)到达I1.3后,点击启动按钮I0.0然后松开, M3.0得电,Q4.1得电,电机下行,到达下限I1.5时开始计时10秒,同时电机失电,不再下降。
11)计时10秒钟(仿真10分钟)到后,点击启动按钮I0.0然后松开, M3.1得电,Q4.0得电,电机上行,到达上限I1.4时断开失电。
12)到达上限I1.4闭合后,点击启动按钮I0.0然后松开, M3.2得电,Q4.2得电,电机右行,到达右限S7处时I1.6闭合,电机失电
13)到达右限S7,I1.6闭合后,点击启动按钮I0.0然后松开, M3.3得电,Q4.3得电,电机左行,到达左限S1处时I1.0闭合,电机失电。
14)到达左限S1,I1.0闭合后,点击启动按钮I0.0然后松开, M3.4得电,Q4.1得电,电机下行,到达下限S6处时I1.5闭合,回到原点位置,电机失电。
15)继续以上运行或按停止按钮停I0.1止工作。
以下图是单步工作方式工程中某些时刻的仿真模拟图

图3.5.2 单步工作方式在S1到S2右行某一时刻的仿真模拟图

图3.5.3 单步工作方式在S1处下限时某一时刻计时的的仿真模拟图

上面是手动工作方式与单步工作方式的仿真模拟过程,全过程都没出现问题。而单周期工作方式与连续工作方式的仿真过程就不进行叙述了,可是在仿真模拟过程中都没出现问题,说明了整个程序都正确,没有出现错误,也说明了这个程序在现实中也是可行的。
下面是选择单周期工作方式时的梯形图的监控图

图3.5.4单周期工作方式梯形图的监控图
设计总结
我们的俩周的课程设计就要告一段落,纵观整个设计过程,能够说在这一过程中我的收获很大,充分认识到自己的薄弱环节,经过理论分析与实践的结合,许多问题都有了较好的解决方案。
经过我们这次对电镀生产线控制系统的设计不但让我们更多的了解到了电镀这个工艺的发展前景,而且让我们重新认识了用PLC来设计控制系统的使用价值,整个设计对我们即将走入社会的毕业生来讲是一次很大的锻炼,是我们对专业知识有了进一步的提高。
在本组成员的极力配合下,该电镀生产线控制系统的设计基本完成,在设计当中我们充分考虑到了操作的方便性,元件的实惠性和工艺的简单性。在设计当中我们的基本参考资料是基于教科书,再经过各种途径获取更详细的资料设计该控制系统的。
PLC的编程是我们整个设计最主要的一部分,我们的编程是采用梯形图编程语言,所有的编写步骤和编写要点是严格按照课本要求和教科老师的指导来编写的,因此整个编写的过程是相当严谨的。而且我们编写程序之前对电镀生产线的工作流程做了详细的分析,每个步骤考虑都很严密,因此总的来说,这个系统的设计得比较好的。
可是在整个的过程中我们还是遇到了很多问题,比如在程序编写过程中有一些小的细节我们也没有考虑到,在我们认真查考资料,和咨询老师同学的条件下终于解决了程序的问题。这样的系统如果能够实际验证的话会很到程度上提高我们的动手能力。
经过此次设计,了解学习了PLC在电镀生产线控制系统的工作原理及使用方法。其中电路及软件实现时此次设计的主要部分。
作为一个好的控制系统除了把各种控制都考虑在内之外,还要考虑安全控制,一个安全的系统才是真正的好系统。

谢词

非常感谢学校学院给了我们这次非常重要的学习机会,对我们的能力提高非常有帮助,能更好更快的融入到以后的工作中去。
还要感谢于老师不辞辛苦地教导,对每个简单和难的问题都与以深刻的解答,使我学到了很多知识。
经过这次综合实践,我更加清楚的看到了自己的不足之处。为了做好这次课程设计,经过查阅资料,在老师和同学的帮助下,最终基本达到了设计目的。经过实践,巩固了理论知识,提高了实际应用所学知识的能力,还积累了许多宝贵的经验。特别是老师严谨的态度给我启发不小。在这次的设计实践过程中,我认识到不论做什么事,特别是科学实践,都需要大胆假设,小心求证。任何一个方案都要经过详细周全的论证后才能着手去做,否则即使很快做出来,但经不起推敲和考验。对于那些要求能够扩展功能的课题更是如此。

参考文献

【1】张晓川编著.仓储物流技术与装备[M].化学工业出版社,
【2】邓星钟主编.机电传动控制[M].华中科技大学出版社,
【3】朱宏辉.物流自动化系统设计及应用.化学工业出版社,
【4】刘锴编著.深入浅出西门子S7-300PLC[M].北京航空航天大学出版社,
【5】廖常初编著.S7-300/400PLC应用技术[M].机械工业出版社,
【6】王永华编.现代电器控制及PLC应用技术[M].北京航天航空大学出版社,