基于PLC和組態(tài)王的電鍍生產(chǎn)線自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

劉天財(cái)

（湖南應(yīng)用技術(shù)學(xué)院 湖南 常德 415000）

引言

當(dāng)前，繼電器控制主要應(yīng)用于電鍍生產(chǎn)線。繼電器控制雖可以滿足于電鍍生產(chǎn)線基本的要求，然由于硬件布線連接多而雜，繼電器控制系統(tǒng)可靠性又差強(qiáng)人意，易出現(xiàn)故障點(diǎn)。當(dāng)人為排除故障時(shí)，不可避免地會(huì)接觸HNO3、HCN等毒性物質(zhì)。

1 控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

PLC控制技術(shù)是根據(jù)電腦設(shè)備所設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作電子系統(tǒng)，依據(jù)不一樣行業(yè)領(lǐng)域的不一樣要求，針對(duì)系統(tǒng)內(nèi)部的實(shí)行運(yùn)算邏輯等命令開展個(gè)性化的處理，進(jìn)而做到利用數(shù)據(jù)來控制和管理各類工業(yè)設(shè)備生產(chǎn)制造維護(hù)過程的目的?，F(xiàn)階段，伴隨著機(jī)電一體化在各領(lǐng)域中的普遍推廣與運(yùn)用，PLC控制技術(shù)也獲得了更為普遍的運(yùn)用發(fā)展。PLC控制技術(shù)由開關(guān)電源、CPU、系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器、通信接口、功能模塊及其通訊模塊構(gòu)成，在機(jī)電一體化控制系統(tǒng)中，PLC控制技術(shù)可以根據(jù)微小的系統(tǒng)程序調(diào)節(jié)，完成對(duì)電器設(shè)備的靈活控制，如借助PLC控制技術(shù)完成對(duì)機(jī)器設(shè)備開關(guān)量的控制。

1.1 控制要求

基于行車機(jī)控制系統(tǒng)電鍍生產(chǎn)線如表1所示，可以看出，電鍍系統(tǒng)選用兩臺(tái)電鍍起重機(jī)傳送電鍍件，每臺(tái)起重機(jī)憑借前后掛鉤達(dá)成了完全電鍍。在此基礎(chǔ)上，電鍍生產(chǎn)線控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求如下：（1）設(shè)有手動(dòng)控制、單循環(huán)自動(dòng)控制、連續(xù)循環(huán)自動(dòng)控制，可根據(jù)需要實(shí)現(xiàn)不同控制方式的切換；（2）在手動(dòng)控制模式下，電鍍行車的狀態(tài)（前進(jìn)、后退、上下）以控制按鈕的形式進(jìn)行控制；（3）在單周期自動(dòng)控制下，當(dāng)電鍍生產(chǎn)線完成一個(gè)工作周期后，自動(dòng)回到原來位置停止運(yùn)行，為下一個(gè)周期的電鍍工作做好準(zhǔn)備；（4）在連續(xù)循環(huán)自動(dòng)控制中，電鍍生產(chǎn)線可來回運(yùn)行多個(gè)循環(huán)，實(shí)現(xiàn)循環(huán)工作。

1.2 控制過程

以電鍍工藝為代表，簡(jiǎn)述了行車控制過程，整個(gè)電鍍生產(chǎn)線是行車、槽組、電機(jī)構(gòu)成。電鍍生產(chǎn)線的基本工藝是：去油→電解→清洗→酸浸→電鍍→清洗→干燥[1]。設(shè)計(jì)的電鍍生產(chǎn)線能達(dá)到自動(dòng)化控制。控制要求工件以原點(diǎn)開始，經(jīng)過每道工序，最后完成產(chǎn)品加工。產(chǎn)品加工完成后，吊鉤下降，起重機(jī)回到原來的位置，再次加工下一個(gè)工件。整個(gè)電鍍過程包括前處理、電鍍槽和后處理。電鍍生產(chǎn)線運(yùn)用自動(dòng)模式控制。當(dāng)工件裝上吊籃，吊鉤和行車處于原來位置時(shí)，按下啟動(dòng)按鈕，自動(dòng)執(zhí)行以下過程：（1）當(dāng)?shù)蹉^上升到上限時(shí)，吊鉤停止；當(dāng)行車向右移動(dòng)到電鍍槽時(shí)，行車停止運(yùn)行，吊鉤下降；當(dāng)行車下降到下限時(shí)，吊鉤上升并在電鍍2分鐘后停止30秒。（2）起重機(jī)繼續(xù)向右移動(dòng)到回收罐，吊鉤下降到下限，工件在回收罐中浸泡30s，吊鉤上升并停止15秒。（3）繼續(xù)向右行駛到干凈的水箱。清洗30秒后，提起吊鉤并停放15秒。（4）起重機(jī)運(yùn)行到左極限，吊鉤下降到原來的位置。至此為止，完成了工件電鍍生產(chǎn)的整個(gè)過程。

1.3 控制策略

電鍍生產(chǎn)線自動(dòng)完成工件的電鍍處理，電鍍車執(zhí)行前進(jìn)、后退、上鉤、下鉤四個(gè)指令，電鍍線配有兩臺(tái)電，一個(gè)負(fù)責(zé)電鍍小車的水平運(yùn)動(dòng)，另一個(gè)負(fù)責(zé)吊鉤的上下運(yùn)動(dòng)。為完成電鍍生產(chǎn)線自動(dòng)控制，下位機(jī)用其西門子S7-200系列PLC作為主控制器，上位機(jī)采用組態(tài)王軟件作為界面，對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行緊急指令操作和實(shí)時(shí)監(jiān)控。上位機(jī)采用組態(tài)王6.65軟件和西門子S7-200編程軟件為系統(tǒng)監(jiān)控的部分。PLC與組態(tài)王通過PPI/PC電纜以及PPI通信協(xié)議進(jìn)行通信，從而保證PC與PLC之間的有效信息傳輸與實(shí)時(shí)監(jiān)控[2]。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)I/O地址分配

根據(jù)對(duì)電鍍生產(chǎn)線的工作過程分析，明確該系統(tǒng)為輸入量14點(diǎn)和輸出量14點(diǎn)，充分考慮到升級(jí)更新改造的需求，留出20%的裕量ⅡJ。故采用德國(guó)西門子公司生產(chǎn)制造的型號(hào)是S7—200CPU226的PL C，其輸入量24點(diǎn)，輸出量16點(diǎn)。觸摸顯示屏采用西門子公司TPl77。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

3.1 PLC控制程序設(shè)計(jì)

通過西門子S7-200編程軟件STEP7進(jìn)行編程。由于系統(tǒng)控制復(fù)雜，所以程序設(shè)計(jì)分為主程序和子程序，其主要功能是完成系統(tǒng)的啟動(dòng)和初始化程序，并調(diào)用子程序。主程序由四個(gè)網(wǎng)絡(luò)組成：設(shè)定各工序時(shí)間常數(shù)、手動(dòng)控制、自動(dòng)控制、手動(dòng)自動(dòng)切換和過載保護(hù)。在主程序中，MOV_W用于設(shè)置時(shí)間常數(shù)指令，SM0.1為專用寄存器，VW0～VW10為變量寄存器，M0.0和M0.7為中間繼電器，（S）和（R）為設(shè)置復(fù)位指令，SBR-0和SBR-1為系統(tǒng)調(diào)用子程序。圖中S0.1～S2.1為PLC中的順序控制繼電器，T1～T6作為定時(shí)器。

3.2 組態(tài)畫面設(shè)計(jì)

組態(tài)屏畫面是上位機(jī)的構(gòu)成部分。系統(tǒng)配置界面運(yùn)用組態(tài)王6.55軟件。配置畫面能夠?qū)崟r(shí)進(jìn)行顯示其設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)以及每一步運(yùn)行的時(shí)間。工人還能借助監(jiān)控屏對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備狀態(tài)和工藝時(shí)間進(jìn)行隨時(shí)調(diào)整，完成手動(dòng)和自動(dòng)切換操作，方便、省時(shí)、省力，提高了工廠的自動(dòng)化水平。

4 結(jié)語

電鍍生產(chǎn)線投產(chǎn)以來，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，控制精度高，產(chǎn)品質(zhì)量和現(xiàn)場(chǎng)控制過程抗干擾能力強(qiáng)。管理人員可以通過可視化監(jiān)控界面直接實(shí)時(shí)監(jiān)控電鍍生產(chǎn)過程，并可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)報(bào)警狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制和調(diào)整。工人的工作量明顯減少，提高了企業(yè)的生產(chǎn)效率和自動(dòng)化控制水平。