上海交大優(yōu)秀畢業(yè)論文汽車涂裝車間的plc控制系統(tǒng)

1、<p>　　ANYANG INSTITUTE OF TECHNOLOGY</p><p>　　本 科 畢 業(yè) 論 文</p><p>　　汽車涂裝車間的plc控制系統(tǒng)</p><p>　　PLC control system of automobile painting workshop</p><p>　　系（院）名稱:

2、機 械 工 程 學 院 </p><p>　　專業(yè)班級： </p><p>　　學生姓名： </p><p>　　指導教師姓名： （四號宋體） </p>

3、<p>　　指導教師職稱： （四號宋體） </p><p>　　2014年12月18日</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　中文摘要、關鍵詞…………………………………………………………1</p><p>　　英文摘要、關鍵詞…………………………………………

4、………………2</p><p>　　引言……………………………………………………………………………4</p><p><b>　　第1章涂裝工藝簡介</b></p><p>　　1.1 緒論…………………………………………………………………4</p><p>　　1.1.1我國涂裝生產線發(fā)展概況............

5、....................4</p><p>　　1.1.2課題研究意義………………………………………………………5</p><p>　　1.2汽車涂裝系統(tǒng)工藝流程簡介…………………………………………5</p><p>　　1.2.1汽車涂裝工藝介紹…………………………………………………5</p><p>　　1.2.2表面處理

6、……………………………………………………………6</p><p>　　1.2.3涂裝工藝……………………………………………………………6</p><p>　　1.3汽車涂裝工藝流程為…………………………………………………8</p><p>　　1.4汽車涂裝車間的控制方案……………………………………………9</p><p>　　1.4.1中央

7、控制系統(tǒng)的組成………………………………………………9</p><p>　　第2章PLC基本原理介紹</p><p>　　2.1 PLC概況………………………………………………………………10</p><p>　　2.1.1 PLC的特點…………………………………………………………10</p><p>　　2.2 PLC結構，功能和應用…………

8、……………………………………11</p><p>　　2.2.1 PLC結構……………………………………………………………11</p><p>　　2.2.2 PLC功能和應用……………………………………………………12</p><p>　　2.3 PLC的發(fā)展趨勢………………………………………………………13</p><p>　　第3章汽車

9、涂裝車間的系統(tǒng)設計</p><p>　　3.1 基本設計………………………………………………………………14</p><p>　　3.1.1 I/O口資源分配……………………………………………………14</p><p>　　3.2硬件設計………………………………………………………………16</p><p>　　3.2.1西門子S7-200簡介

10、…………………………………………………16</p><p>　　3.2.2 PU的選擇……………………………………………………………16</p><p>　　3.2.3各CPU優(yōu)點…………………………………………………………17</p><p>　　3.3汽車涂裝工藝流程……………………………………………………20</p><p>　　3.4

11、 STEPT 7軟件介紹……………………………………………………20</p><p>　　3.4.1 STEP 7 標準軟件包介紹…………………………………………20</p><p>　　3.4.2使用STEP 7 的基本步驟…………………………………………23</p><p>　　3.5調試仿真………………………………………………………………24</p>

12、;<p>　　結論……………………………………………………………………………27</p><p>　　致謝……………………………………………………………………………28</p><p>　　參考文獻 ……………………………………………………………………29</p><p>　　汽車涂裝車間的plc控制系統(tǒng)</p><p>　　摘

13、要：隨著汽車市場競爭的日趨激烈以及環(huán)保呼聲的日漸增高，汽車涂裝在保證高裝飾性、高防腐蝕性能的同時，對于環(huán)境保護的效果、涂裝材料和涂裝生產成本以及設備投資也越來越為重視。汽車油漆車間中央控制系統(tǒng)，擔負著監(jiān)控車間所有涂裝工藝設備系統(tǒng)和輸送設備系統(tǒng)的任務。它監(jiān)控涂裝過程中的重要生產工藝參數和生產設備的運行，以滿足工藝質量和保證正常生產節(jié)拍的要求。為適應這一要求，充實和加強自動化專業(yè)的實訓環(huán)節(jié)，設計了一個基于PLC的汽車涂裝車間控制系統(tǒng)，為提高

14、學生的綜合應用能力提供了良好的實驗實訓平臺。</p><p>　　汽車涂裝系統(tǒng)是基于PLC的過程控制系統(tǒng)，本文通過闡述涂裝系統(tǒng)的發(fā)展狀況、工藝流程、及系統(tǒng)仿真，了解涂裝系統(tǒng)全過程。通過對汽車涂裝系統(tǒng)過程的工藝及關鍵問題的分析，在參考文獻的基礎上，主要針對噴淋控制進行了研究探討，從硬件、軟件兩個方面對汽車涂裝工藝過程中的自動控制系統(tǒng)進行設計。文章中介紹了PLC的概況、應用、結構、特點及發(fā)展趨勢，重點介紹了基于PLC

15、的汽車涂裝系統(tǒng)的硬件選型。這一研究必定為PLC在汽車涂裝過程控制中的應用奠定一定基礎，可編程邏輯控制器(PLC)，系統(tǒng)選用SIEMENS S7-200，PLC組態(tài)軟件的設計采用SIEMENS PLC自帶的編程工具STEP7開發(fā)，完成對涂裝車間的過程控制。</p><p>　　從高等教育培養(yǎng)應用型人才的教育目標出發(fā)，要求培養(yǎng)具有一定理論知識，同時具有一定實踐能力的應用型人才。因此需要培養(yǎng)學生將所學理論應用于實際的能

16、力。逶過實驗室條件下提供一定的實驗，讓學生在模擬仿真實驗系統(tǒng)或類似真實的模型安驗系統(tǒng)上進行必要的實踐，促進其理論聯系實際能力的成長，加深對所學理論的認識和理解，縮短理論和實踐之間距離，為今后的實際科研、設計和開發(fā)工作打下一個良好的基礎，以適應當今社會對應用型人才的需要。</p><p>　　關鍵詞：汽車涂裝； PLC； 過程控制 </p><p>　　PLC control syste

17、m of automobile painting workshop</p><p>　　Abstract：As the market competition becomes increasingly fierce and environmental protection, the growing calls to increased car coating in the guarantee high orname

18、ntal, high corrosion resistance performance at the same time, for the protection of the environment effect, coating materials and painting production cost and the equipment investment is also more and more attention to.

19、Car paint shop central control system, with responsibility for monitoring workshop equipment system and all coating </p><p>　　Car coating system is based on the process of PLC control system, this paper expo

20、unds the developing situation of the coating system, process flow, and the system simulation system, understand the whole process of coating. Through the car coating system for the process technique and key problems in t

21、he analysis, on the basis of the references, mainly for spray control for the study, from two aspects of hardware and software of automobile coating process in the process of automatic control system</p><p>

22、　　From higher education training applied talents education aim of training requirements, has certain theory knowledge, at the same time has certain practical ability of the applied talents. Therefore need to train studen

23、ts to study the theory is applied in the actual ability. Wei over the laboratory conditions provide certain experiment, let the students in simulation experiment system or similar to the real model Ann check system is ne

24、cessary to practice, and promoting the theory with the practic</p><p>　　Key words：Car coating; PLC; Process control</p><p><b>　　引 言</b></p><p>　　通過對汽車涂裝系統(tǒng)過程的工藝及關鍵問題的分析

25、，在參考文獻的基礎上，主要針對噴淋控制進行了研究探討，從硬件、軟件兩個方面對汽車涂裝工藝過程中的自動控制系統(tǒng)進行設計。</p><p><b>　　第一章涂裝工藝簡介</b></p><p><b>　　1.1 緒論</b></p><p>　　1.1.1我國涂裝生產線發(fā)展概況</p><p>　　

26、我國涂裝生產線經歷了由手工到生產線，到自動生產線的發(fā)展過程，我國的涂裝工藝可以簡單歸納為：前處理—噴淋—干燥和固化——三廢處理。我國的涂裝工業(yè)真正起源于50年代蘇聯技術的引進之后。一些援建的項目中開始建立了涂裝生產線，但這些生產線一般是鋼板焊的槽子加鋼結構的噴漆室和干燥室組合的，由電葫蘆手工吊掛工件（少數用懸掛輸送機）運行，當時的酸洗槽一般均為鋼板襯鉛，隨著時代的發(fā)展，出現了襯玻璃鋼或全部采用玻璃鋼的槽子。從60年代開始，由于輕工業(yè)的發(fā)

27、展，首先在自行車制造行業(yè)出現了機械化生產的流水線和自動化生產的流水線，以及在原有槽子流水線生產的基礎上加上程序控制的小車形成的程控流水線，這些主要是在上海天津地區(qū)，這期間我國涂裝工業(yè)的主要任務還是以防腐為主。伴隨著我國經濟的發(fā)展，以及國外涂裝技術的發(fā)展，通過技術引進與國外技術的交流，我國涂裝技術開始飛速的發(fā)展，在涂裝自動化生產方面，靜電噴涂和電泳涂漆技術的推廣應用。粉末噴涂技術的噴制及推廣，特別是我國家電行業(yè)、日用五金、鋼制家具、鋁材構

28、件、電器產品、汽車工具等領域的蓬勃發(fā)展，使涂裝事業(yè)有了明顯的進步，在涂裝生產線中還出現了智能化的噴涂機器人。</p><p>　　1.1.2課題研究意義</p><p>　　涂裝對于汽車制造來講有兩個重要作用，第一是對汽車防腐蝕，第二是給汽車增加美觀。大量資料表明，國內外每年因銹蝕造成的損失相當驚人。據世界銀行提供資料，1996年美國國民總產值為74335億美元，因金屬腐蝕損失為2000億

29、美元，約占國民生產總值的2.7%。汽車是以鋼材為主的工業(yè)制品，如不解決腐蝕問題，將嚴重影響汽車的使用壽命和外觀，因此汽車自問世之初，就與涂裝結下了不解之緣。1886年，“汽車之父”卡爾·奔馳在德國斯圖加特制造第一輛汽車時，就用油漆進行防銹和裝飾。100多年過去了，現代汽車不僅是集現代工業(yè)成就之大成的工業(yè)品，更是技術與藝術的完美結合。中國汽車工業(yè)起步于20世紀50年代，近半個世紀來，伴隨著中國汽車工業(yè)發(fā)展的坎坷歷程，汽車涂裝從載

30、貨汽車車身涂裝發(fā)展至轎車車身涂裝，堅持引進、消化和開發(fā)的道路，使中國汽車涂裝技術逐步現代化。本文以汽車涂裝幾個主要工藝為例，從質量、材料、設備、工藝和環(huán)保等諸方面簡明介紹涂裝工藝技術在汽車工業(yè)中的應用和發(fā)展。在以下每種工藝的對比表中，把1986年以前歸為以往工藝、1986年以后歸為現代工藝。這是因為，1986年前后我國汽車行業(yè)在引進、消化、吸收國外先</p><p>　　1.2汽車涂裝系統(tǒng)工藝流程簡介</p

31、><p>　　1.2.1汽車涂裝工藝介紹</p><p>　　汽車涂裝工藝，一般可分為兩大部分：一是涂裝前金屬的表面處理，也叫前處理技術；二是涂裝的施工工藝。表面處理主要包括清除工件表面的油污、塵土、銹蝕、以及進行修補作業(yè)時舊涂料層的清除等，以改善工件的表面狀態(tài)。包括根據各種具體情況對工件表面進行機械加工和化學處理，如磷化、氧化和鈍化處理。 </p><p>　　工程機

32、械防銹涂裝工藝一般可分為涂裝前表面處理工藝和防銹底漆涂裝工藝。 </p><p><b>　　1.2.2表面處理</b></p><p>　　表面處理是防銹涂裝的重要工序之一。工程機械防銹涂裝質量在很大程度上取決于表面處理的方式好壞。 據英國帝國化學公司介紹 , 涂層壽命受 3 方面因素制約 : 表面處理 , 占 60%; 涂裝施工 , 占 25%; 涂料本身質量 ,

33、 占 15% 。 工程機械行業(yè) , 不同零部件的表面處理方式。 機械清理可有效去除工件上的鐵銹、焊渣、氧化皮 , 消除焊接應力 , 增加防銹涂膜與金屬基體的結合力 , 從而大大提高工程機械零部件的防銹質量。機械清理標準要求達到的Sa2 . 5 級。表面粗糙度要達到防銹涂層厚度的 1 /3 。噴、拋丸所用鋼丸要達到 GB6484 要求。 薄板沖壓件的表面處理稱一般用化學表面處理。 </p><p>　　工藝流程為

34、: 預脫脂→脫脂→熱水洗→冷水洗→酸洗→冷水洗→中和→冷水洗→表面調整→磷化→冷水洗→熱水洗→純水洗→干燥 </p><p>　　上述工藝過程也可根據薄板沖壓件的油、銹情況作適當調整 , 或不用酸洗工序 , 或不用預脫脂工序。而脫脂和磷化是化學處理工藝中的關鍵工序, 這兩道工序直接影響工件化學處理的質量和防銹涂層的質量。有關工藝參數和相關輔助設備也是影響表面處理質量的不可忽視的因素。</p><

35、;p><b>　　1.2.3涂裝工藝</b></p><p>　　由于工程機械范圍廣、規(guī)格多、整機重、零部件大 , 一般采用噴涂方式進行涂裝。噴涂工具有空氣噴槍、高壓無氣噴槍、空氣輔助式噴槍及手提式靜電噴槍?？諝鈬姌寚娡啃实?( 30% 左右 ) , 高壓無氣噴槍浪費涂料 , 兩者共同的特點是環(huán)境污染較嚴重 , 所以已經和正在被空氣輔助式噴槍和手提式靜電噴槍所取代。如世界第一工程機械

36、公司———美國卡特彼勒公司就采用空氣輔助式噴槍進行噴涂 , 對發(fā)動機罩等薄板覆蓋件則采用手提式靜電噴槍。工程機械用涂裝設備一般采用較為先進的水旋噴漆室。中小零部件也可采用水簾噴漆室或無泵噴漆室 , 前者具有先進的性能 , 后者經濟實惠 , 方便實用。由于工程機械整機和零部件較重 , 熱容量大 , 因此 , 其防銹涂層的干燥 , 一般采用烘烤均勻的熱風對流的烘干方式。熱源可因地制宜 , 選用蒸汽、電、輕柴油、天然氣和液化石油氣等。 <

37、;/p><p>　　汽車涂裝工藝的特點和側重點 ：</p><p>　　汽車涂裝工藝根據汽車類型的不同而各有特點和側重點。 </p><p>　　載重汽車的主要涂裝件是前部駕駛室，涂裝要求最高；其他部件如車廂、車架等涂裝要求比駕駛室低。 </p><p>　　客車的涂裝與載貨汽車的涂裝有較大區(qū)別?？蛙囓嚿戆ù罅骸⒐羌?、車廂內部、車身外表面，其中

38、以車身外表面要求較高。車身外表面不但要求具有良好的保護性和裝飾性，而且噴涂面積大、平面多，有兩種以上的顏色，有時還有汽車色帶。因此，施工周期比載貨汽車長，施工要求比載貨汽車高，施工過程比載貨汽車復雜。 </p><p>　　轎車和小型旅行車，不論在表面裝飾性或底層保護性都比大型客車和載貨汽車的要求高。它的表面涂層屬于一級裝飾精度，具有美麗的外觀，光亮如鏡或光滑的表面，無細微的雜質、擦傷、裂紋、起皺、起泡及肉眼可見

39、的缺陷，并應有足夠的機械強度。底面涂層屬于優(yōu)良保護層，應有優(yōu)良的防銹性和防腐蝕性，很強的附著力；局部或全部刮涂附著力好、機械強度高的膩子，使用數年也不會出現銹蝕或脫落等現象。</p><p>　　1.3汽車涂裝工藝流程為</p><p>　　圖 1-3 汽車涂裝工藝流程</p><p>　　1.4汽車涂裝車間的控制方案</p><p>　

40、　1.4.1中央控制系統(tǒng)的組成</p><p>　　油漆車間中控室中央控制系統(tǒng)的控制對象，主要由兩大部分組成：油漆工藝控制系統(tǒng)和輸送控制系統(tǒng)。中央控制系統(tǒng)主要負責監(jiān)控這兩個系統(tǒng)的運行狀態(tài)，協調這兩個系統(tǒng)內各設備動作和這兩個系統(tǒng)的之間各設備動作。油漆工藝和輸送系統(tǒng)時刻要按照中央控制系統(tǒng)發(fā)出的指令所指示的工作方式運動，同時中央控制系統(tǒng)要時刻監(jiān)視油漆工藝和輸送系統(tǒng)的當前運動狀態(tài)，按照預期制定的目標及時地進行調整和控制，

41、以達到在中央控制系統(tǒng)的控制作用下，使油漆車間生產汽車涂裝產品質量得到充分保證，使生產按照預定的生產節(jié)拍進行，使整個車間維持一種正常的生產運行。</p><p>　　a)油漆工藝控制系統(tǒng)油漆工藝控制系統(tǒng)主要是圍繞汽車涂裝生產中各部分工藝過程，對其設備按照相應工藝要求進行控制和檢測。油漆工藝車間汽車涂裝工藝過程主要有預處理、電泳、密封、底漆和面漆等。油漆工藝控制系統(tǒng)要根據每一項工藝過程的具體工藝要求，通過控制裝置P

42、LC控制相應工藝設備和環(huán)境設備，例如：預處理和電泳工藝過程中的各種浸槽和噴淋設備，密封、底漆和面漆工藝過程中的噴膠或噴漆房設備和烘房設備，及各個工藝過程中控制溫度、濕度、壓力和風速的環(huán)境設備。油漆工藝控制系統(tǒng)主要目的是使各個工藝設備和環(huán)境設備按照工藝要求正常運行，以保證汽車涂裝質量。</p><p>　　b)輸送控制系統(tǒng) 輸送控制系統(tǒng)主要控制油漆車間的輸送鏈和升降運輸系統(tǒng)。它貫穿著油漆車間的汽車涂裝生產的全過程

43、，即在輸送鏈和升降機的輸送作用下，使轎車白車身以一定的節(jié)拍，按照涂裝工藝順序，依次通過汽車涂裝各個工藝設備和環(huán)境設備，完成相應涂裝加工工藝。輸送控制系統(tǒng)要通過控制裝置PLC，控制分布在整個油漆車間的各段輸送鏈和升降機運行。輸送控制系統(tǒng)一方面要完成轎車白車輸送、轉掛和儲存任務，另一方面還要按汽車涂裝各部分工藝要求，對輸送的車身還必須要在程序的控制下，實現升降、變節(jié)距、變速、擺動和傾斜等動作，從而保證油漆車間連續(xù)自動化生產。 </p&

44、gt;<p>　　第二章PLC基本原理介紹</p><p><b>　　2.1 PLC概況</b></p><p>　　隨著微處理器.計算機和數字通信技術的飛速發(fā)展，計算機控制已經擴展到幾乎所有工業(yè)領域。當前用于工業(yè)控制的計算機可分為幾類，如可編程控制器，基于PC總線的工業(yè)控制計算機，基于單片機的測控裝置，用于模擬量閉環(huán)的可編程調節(jié)器，集散控制系統(tǒng)（DC

45、S）和現場總線控制系統(tǒng)（FCS）等?？删幊炭刂破魇菓妹孀顝V，功能最強大，使用最方便的通用工業(yè)控制裝置，它已成為當代工業(yè)自動化的主要支柱之一。</p><p>　　可編程控制器是一種數字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在專業(yè)環(huán)境下應用而設計。它采用可編程存儲器，用來在其內部存儲執(zhí)行邏輯運算.順序控制.定時.計算和算術運算等操作指令，并通過數字式.模擬式的輸出，控制各種類型的機械或生產過程。</p><

46、p>　　2.1.1 PLC的特點</p><p>　　（1）可靠性高，適用于工業(yè)現場環(huán)境</p><p>　　原因：PLC在軟件和硬件上采取了提高可靠性的一些措施：</p><p>　　l)、硬件措施：屏蔽、濾波、電源調整與保護、聯鎖、模塊化結構、環(huán)境檢測與診斷電路</p><p>　　2)、軟件措施：自診斷程序、故障檢測、信息保護與恢

47、復</p><p>　?。?）編程簡單，使用方便</p><p>　?。?）控制程序可變，具有很好的柔性</p><p>　　（4）直接帶負載能力強</p><p>　?。?）接口簡單、維護方便</p><p>　?。?）功能完善、便于實現機電一體化</p><p>　　（7）通信、網絡技術趨于

48、標準化，便于實現計算機網絡控制</p><p>　　2.2 PLC結構，功能和應用</p><p>　　2.2.1 PLC結構</p><p>　　主要由CPU模塊，輸入模塊，輸出模塊和編程器組成。</p><p>　　圖2.1 PLC控制系統(tǒng)</p><p>　　CPU模塊主要由微處理器（CPU芯片）和存儲器組成。

49、存儲器分為系統(tǒng)程序存儲器和用戶程序存儲器，其中系統(tǒng)程序存儲器為ROM。I/O模塊包括輸入模塊和輸出模塊，相應的輸入輸出電路如圖1·3，1·4所示。</p><p>　　圖2·2 PLC的輸入電路</p><p>　　圖2.3 PLC的輸出電路</p><p>　　2.2.2 PLC功能和應用</p><p>　　

50、可編程控制器自問世以來發(fā)展極為迅速。在工業(yè)控制方面正逐步取代傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)，成為現代工業(yè)自動化生產的三大支柱之一。</p><p><b>　　1.順序邏輯控制</b></p><p>　　這是PLC 最基本、最廣泛的應用領域，它正逐步取代傳統(tǒng)的繼電器順序控制。</p><p><b>　　2.運動控制</b><

51、;/p><p>　　PLC 和計算機數控 (CNC) 設備集成在一起，可以完成機床的運動控制。</p><p><b>　　3.定時和計數控制</b></p><p>　　定時和計數精度高，設置靈活，且高精度的時鐘脈沖可用于準確的實時控制。</p><p><b>　　4.模擬量控制</b></p

52、><p>　　PLC 能完成數模轉換或者模數轉換，控制大量的物理參數，例如，溫度、壓力、速度和流量等。</p><p><b>　　5．數據處理</b></p><p>　　能完成數據運算，邏輯運算、比較傳送及轉換等。</p><p><b>　　6.通信和聯網</b></p><p

53、>　　PLC 之間、 PLC 和上級計算機之間有很強的通信功能。作為實時控制系統(tǒng)，不僅 PLC 數據通信速率要求高，而且要考慮出現停電、故障時的對策等。</p><p>　　2.3 PLC的發(fā)展趨勢</p><p>　　隨著計算機技術的發(fā)展和市場需求量的增加，PLC的結構和功能有了不斷改進，生產廠家不斷推出功能更強的新產品。目前，PLC的發(fā)展主要有兩個趨勢：其一是向體積小、速度快、功

54、能強、價格低的微小型方向發(fā)展；其二是向大型網絡化、高可靠性、兼容性、多功能方向發(fā)展。</p><p><b>　　(1)大型網絡化</b></p><p>　　網絡化和加強通信能力是PLC的一個重要發(fā)展趨勢。PLC構成的網絡將有多個PLC、多個加模塊相連，并可與IPC(工業(yè)計算機)EPC(嵌入式計算機)、以太網等相連構成整個工廠的自動控制系統(tǒng)?，F場總線技術(如PROF

55、IBUS)在工業(yè)控制中將會得到越來越廣泛地應用。</p><p><b>　　(2)高可靠性</b></p><p>　　一些特定的環(huán)境和條件要求自動化系統(tǒng)要有很高的可靠性，因而自診斷技術、冗余技術、容錯技術在PLC中都已得到廠泛的應用。</p><p><b>　　(3)多功能</b></p><p&

56、gt;　　為了適應各種特殊功能的需要，各個公司陸續(xù)推出了多種智能模塊。智能模塊是以微處理器為基礎的功能部件。它的CPU與PLC的CPU并行工作，占用主機的CPU時間很少，有利于提高PLC掃描速度和完成特殊的控制要求。</p><p>　　(4)編程語言向高層次發(fā)展</p><p>　　PLC編程語言在原有梯形圖語言、順序功能圖語言和指令表語言的基礎上，不斷豐富和向高層次發(fā)展。如SIEMEN

57、S公司的SIMATIC S7可以使用C、從C++等高級語言進行編程。</p><p><b>　　(5)良好的兼容性</b></p><p>　　PLC產品的優(yōu)劣除了要看它內在技術優(yōu)劣外，還需考察它滿足國際標準化的程度和水平。標準化一方面保證了產品出廠質量，另一方面也保證了各廠家產品的相互兼容性。</p><p>　　第三章汽車涂裝車間的系統(tǒng)設

58、計</p><p><b>　　3.1 基本設計</b></p><p>　　3.1.1 I/O口資源分配</p><p>　　表3-1 I/O口資源分配</p><p>　　根據上述對汽車涂裝系統(tǒng)工藝過程和對PLC控制系統(tǒng)的要求的分析，可以確定出PLC控制系統(tǒng)所需I/O點數，統(tǒng)計結果如下：</p>&l

59、t;p>　　數字量輸入模塊選擇（DI）：總共有12個DI點，即各種泵的啟動、泵的停止、各種風扇的啟動、停止，水槽溫度報警、浸槽水溫報警等各種報警系統(tǒng)。</p><p>　　數字量輸出模塊選擇（DO）：該裝置有4個DO點，即水槽水位上限、水槽水位下限、浸槽水位上限、浸槽水位下限。</p><p>　　模擬量輸入模塊選擇（AI）：總共有8個AI點，即水槽溫度，浸槽溫度、焚燒爐及烘房溫度、

60、風壓，煤氣壓力等。</p><p><b>　　3.2.硬件設計</b></p><p>　　3.2.1西門子S7-200簡介</p><p>　　S7-200 是一種小型的可編程序控制器，適用于各行各業(yè)，各種場合中的檢測、監(jiān)測及控制的自動化。S7-200系列的強大功能使其無論在獨立運行中，或相連成網絡皆能實現復雜控制功能。因此S7-200系列

61、具有極高的性能/價格比。</p><p>　　S7-200系列在集散自動化系統(tǒng)中充分發(fā)揮其強大功能。使用范圍可覆蓋從替代繼電器的簡單控制到更復雜的自動化控制。應用領域極為廣泛，覆蓋所有與自動檢測，自動化控制有關的工業(yè)及民用領域，包括各種機床、機械、電力設施、民用設施、環(huán)境保護設備等等。如：沖壓機床，磨床，印刷機械，橡膠化工機械，中央空調，電梯控制，運動系統(tǒng)。</p><p>　　3.2.2

62、 PU的選擇</p><p>　　集成的24V負載電源：可直接連接到傳感器和變送器（執(zhí)行器），CPU 221，222具有180mA輸出， CPU 224，CPU 224XP，CPU 226分別輸出280，400mA?？捎米髫撦d電源。 </p><p><b>　?、俨煌脑O備類型</b></p><p>　　CPU 221~226各有2種類型C

63、PU，具有不同的電源電壓和控制電壓。 </p><p>　?、诒緳C數字量輸入/輸出點</p><p>　　CPU 221具有6個輸入點和4個輸出點，CPU 222具有8個輸入點和6個輸出點，CPU 224具有14個輸入點和10個輸出點，CPU 224XP具有14個輸入點和10個輸出點，CPU 226具有24個輸入點和16個輸出點。 </p><p>　　③本機模擬量

64、輸入/輸出點</p><p>　　CPU 224XP具有2個輸入點，1個輸出點。 </p><p><b>　?、苤袛噍斎?lt;/b></p><p>　　允許以極快的速度對過程信號的上升沿作出響應。 </p><p>　?、莞咚儆嫈灯鰿PU 221/222 </p><p>　　4個高速計數器（3

65、0KHz），可編程并具有復位輸入，2個獨立的輸入端可同時作加、減計數，可連接兩個相位差為90°的A/B相增量編碼器 </p><p>　　CPU224/224XP/226 </p><p>　　6個高速計數器（30KHz），具有CPU221/222相同的功能。 </p><p>　　CPU 222/224/224XP/226 </p><

66、;p>　　可方便地用數字量和模擬量擴展模塊進行擴展。可使用仿真器（選件）對本機輸入信號進行仿真，用于調試用戶程序。</p><p>　　3.2.3各CPU優(yōu)點</p><p>　?、?CPU 221 </p><p>　　本機集成6輸入/4輸出共10個數字量I/O點。無I/O擴展能力。6K字節(jié)程序和數據存儲空間。4個獨立的30kHz高速計數器，2路獨立的20

67、kHz高速脈沖輸出。1個RS485通訊/編程口，具有PPI通訊協議、MPI通訊協議和自由方式通訊能力。非常適合于小點數控制的微型控制器。 </p><p>　?、?CPU 222 </p><p>　　本機集成8輸入/6輸出共14個數字量I/O點?？蛇B接2個擴展模塊。6K字節(jié)程序和數據存儲空間。4個獨立的30kHz高速計數器，2路獨立的20kHz高速脈沖輸出。1個RS485通訊/編程口，

68、具有PPI通訊協議、MPI通訊協議和自由方式通訊能力。非常適合于小點數控制的微型控制器。 </p><p>　　③ CPU 224 </p><p>　　本機集成14輸入/10輸出共24個數字量I/O點?？蛇B接7個擴展模塊，最大擴展至168路數字量I/O點或35路模擬量I/O 點。13K字節(jié)程序和數據存儲空間。6個獨立的30kHz高速計數器，2路獨立的20kHz高速脈沖輸出，具有PID控

69、制器。1個RS485通訊/編程口，具有PPI通訊協議、MPI通訊協議和自由方式通訊能力。I/O端子排可很容易地整體拆卸。是具有較強控制能力的控制器。2個100KHz的高速脈沖輸出，2個RS485通訊/編程口，具有PPI通訊協議、MPI通訊協議和自由方式通訊能力。本機還新增多種功能，如內置模擬量I/O,位控特性，自整定PID功能，線性斜坡脈沖指令，診斷LED，數據記錄及配方功能等。是具有模擬量I/O和強大控制能力的新型CPU。 </

70、p><p>　?、?CPU 226 </p><p>　　本機集成24輸入/16輸出共40個數字量I/O 點。可連接7個擴展模塊，最大擴展至248路數字量I/O 點或35路模擬量I/O 點。13K字節(jié)程序和數據存儲空間。6個獨立的30kHz高速計數器，2路獨立的20kHz高速脈沖輸出，具有PID控制器。2個RS485通訊/編程口，具有PPI通訊協議、MPI通訊協議和自由方式通訊能力。I/O端

71、子排可很容易地整體拆卸。用于較高要求的控制系統(tǒng)，具有更多的輸入/輸出點，更強的模塊擴展能力，更快的運行速度和功能更強的內部集成特殊功能。可完全適應于一些復雜的中小型控制系統(tǒng)。 </p><p>　　S7-200系列PLC是西門子公司的產品，另外，國內外還有一些廠家生產與其完全兼容的產品，例如德國VIPA公司，中國上海正航電子科技有限公司等。</p><p><b>　　由于本系統(tǒng)

72、共有</b></p><p>　　PLC數字量輸入控制點數(即DI點數)為：12個</p><p>　　PLC數字量輸出控制點數(即DO點數)為：4個</p><p>　　PLC模擬量輸入控制點數（即AI點數）為：8個</p><p>　　PLC模擬量輸出控制點數（即AO點數）為：0個</p><p>　　

73、根據涂裝車間的控制要求和控制規(guī)模，可選用S7-200．CPU224型PLC作為控制器。它具有14個輸入點和10個輸出點。其中所有輸入點用24V電源，共用一個公共點(OV點)，無需外部提供工作電源。對繼電器輸出分別提供4個公共點，每個公共點間相互獨立，即提供4個獨立的輸出通道，對應有隔離要求的輸出控制。每臺烘干機有一只水分檢測器，一只數字顯示表?？偟妮斎朦c為開關量9點。模擬量l點，輸出點為開關量6點.可連接7個擴展模塊，最大擴展至168路

74、數字量I/O點或35路模擬量I/O點;13K字節(jié)程序和數據存儲空間;6個獨立的30KHz高速計數器，2路獨立的20KHz高速脈沖輸出，具有PID控制器;1個RS485通訊/編程口，具有PPI通訊協議、MPI通訊協議和自由方式通訊能力;I/O端子排可以很容易地整體拆卸，是具有較強控制能力的控制器。根據I/O地址分配及以上I/O點情況，本系統(tǒng)選用CPU224控制器，其中包括14個輸入/10個輸出，另外選用2個EM231模塊，該模塊帶有4個模

75、擬量輸入點，集成16位轉化器，有冷端補償作用，不再需要外部變送器，一個模塊就能完成數據采集及處理。各模塊連接方式見圖3.</p><p>　　圖3.1 各模塊連接方式</p><p>　　④ CPU 224XP </p><p>　　本機集成14輸入/10輸出共24個數字量I/O點，2輸入/1輸出共3個模擬量I/O點，可連接7個擴展模塊，最大擴展值至168路數字

76、量I/O點或38路模擬量I/O點。20K字節(jié)程序和數據存儲空間，6個獨立的高速計數器（100KHz），</p><p>　　3.3汽車涂裝工藝流程</p><p>　　圖3.2 汽車涂裝工藝流程</p><p>　　3.4 STEPT 7軟件介紹</p><p>　　STEP 7 是用于SIMATIC 可編程邏輯控制器組態(tài)和編程的標準軟件包。

77、它是SIMATIC 工業(yè)軟件的組成部分。有下列版本的STEP 7 標準軟件包：用于SIMATIC S7-200 上簡單單站應用的STEP 7 Micro/DOS 和STEP 7Micro/WIN。</p><p>　　用于使用帶有各種功能的SIMATIC S7-300/ST-400、SIMATICM7-300/M7-400和SIMATIC C 7的STEP 7。</p><p>　　3.4

78、.1 STEP 7 標準軟件包介紹</p><p><b>　　標準軟件包的功能</b></p><p>　　STEP 7 標準軟件包提供一系列的應用程序（工具）：</p><p>　　圖3.3 STEP 7 標準軟件包功能圖</p><p>　?、臩IMATIC 管理器</p><p>　　S

79、IMATIC Manager（SIMATIC 管理器）可以管理一個自動化項目的所有數據，</p><p>　　無論是為哪個可編程控制系統(tǒng)（S7/M7/C7）設計的。編輯所選數據所需要的工</p><p>　　具由SIMATIC Manager 自行啟動。</p><p><b>　?、品柧庉嬈?lt;/b></p><p>

80、　　使用Symbol Editor（符號編輯器），可以管理所有的共享符號。具有以下功能：</p><p>　　為過程信號（輸入/輸出）、位存儲和塊設定符號名和注釋分類功能。從/向其它的Windows程序導入/導出。使用這個工具生成的符號表可供其它所有工具使用。因而，對一個符號特性的任何變化都能自動被其它工具識別。</p><p><b>　?、窃\斷硬件</b><

81、/p><p>　　這個功能可以向你提供可編程控制器的狀態(tài)概況。這個概況中可以顯示符號，指示每個模板是否正?；蛴泄收?。雙擊故障模板，可以顯示有關故障的詳細信息。信息的范圍視各個模板而定。</p><p>　　顯示關于模板的一般信息（例如，定貨號、版本、名稱）以及模板狀態(tài)（例如故障），顯示中央I/O和分布式從站的模板信息（例如，通道故障），顯示來自診斷緩存區(qū)的報文。</p><

82、p>　　對于CPU，還可顯示以下附加信息：</p><p>　　用戶程序處理過程中的故障原因，顯示循環(huán)時間（最長的、最短的和最近一次的），MPI的通訊可能性及負載，顯示性能數據（可能的輸入/輸出、位存儲、計數器、定時器和塊的數量）</p><p><b>　?、染幊陶Z言</b></p><p>　　用于S7-300 和S7-400 的編程

83、語言梯形邏輯圖（Ladder Logic）、語句表（StatementList）和功能塊圖（Function Block Diagram）都集成在一個標準軟件包中。</p><p>　　梯形邏輯圖（或LAD）是STEP 7編程語言的圖形表達方式。它的指令語法與一個繼電器的梯形邏輯圖相似：當電信號通過各個觸點、復合元件以及輸出線圈時，使用梯形圖，可以追蹤電信號在電源示意線之間的流動。</p><

84、p>　　語句表（或STL）是STEP 7編程語言的文本表達方式，與機器碼相似。如果一個程序是用語句表編寫的，CPU執(zhí)行程序時則按每一條指令一步一步地執(zhí)行。為使編程更容易，語句表已進行擴展，還包括一些高層語言結構（例如，結構數據的訪問和塊參數）。</p><p>　　功能塊圖（FBD）是STEP 7編程語言的圖形表達方式，使用與布爾代數相類似的邏輯框來表達邏輯。復合功能（如數學功能）可用邏輯框相連直接表達。其

85、它編程語言作為可選軟件包使用。</p><p>　　⑸Net Pro（網絡組態(tài)）</p><p>　　通過MPI，可以實現使用Net Pro 時間驅動的循環(huán)數據傳送，只要你在這里：選擇通訊的站在表中輸入數據源和數據目標；自動生成要下載的所有塊（SDB），并且自動完整地下載到所有的CPU中。</p><p>　　事件驅動的數據傳送也是可以實現的，只要你在這里：設置通訊

86、連接。從集成的塊庫中選擇通訊或功能塊。以你選擇的編程語言為所選的通訊或功能塊賦值參數。</p><p>　　3.4.2使用STEP 7 的基本步驟</p><p>　　圖3.4 STEP 7使用的步驟圖</p><p>　　如上圖所示，你有兩個可選步驟：</p><p>　　如果要創(chuàng)建一個使用許多輸入和輸出的綜合程序，建議先做硬件配置。這樣

87、做的優(yōu)點在于STEP 7 在硬件配置編輯器中會顯示可能的地址。如果選擇第二個選項，那么只能根據所選組件來自行確定每個地址，而不能通過STEP 7調用這些地址。在硬件配置中，您不僅可以定義地址，還可以改變模塊的參數和屬性。例如，如果要操作多個CPU，則必須區(qū)分各個CPU 的MPI 地址。</p><p>　　以噴淋泵為例，實現對噴淋泵的起?？刂?lt;/p><p>　　圖3.5 噴淋泵起?？?/p>

88、制</p><p>　　以備用槽溫度為例，通過量化過程實現對備用槽溫度控制</p><p>　　圖3.6 備用槽溫度控制</p><p><b>　　3.5調試仿真</b></p><p><b>　　程序的調試</b></p><p>　　視用戶程序的執(zhí)行時，可選擇單次

89、或多次掃描。應先將PLC的工作方式設為“STOP”，使用“調試（Debug）”菜單中的“多次掃描（Multiple Scans）”或“初次掃描（Fist Scans）”命令。在選擇多次掃描時，要指定掃描的次數。</p><p><b>　　用狀態(tài)圖監(jiān)控程序：</b></p><p>　　STEP7-Micro/WIN32編程軟件可以使用狀態(tài)圖來監(jiān)視用戶程序的執(zhí)行情況，

90、并可對編程元件進行強制操作。</p><p>　　1、使用狀態(tài)圖 在引導條窗口中單擊“狀態(tài)圖（Status Chart）”圖標，或使用“調試（Debug）”菜單中的“狀態(tài)圖（Status Chart）”命令就可打開狀態(tài)圖窗口，在狀態(tài)圖的“地址（Address）”欄中鍵入要監(jiān)控的編程元件的直接地址（或用符號表中的符號名稱），在“格式（Format）”欄中顯示編程元件的數據類型，在“當前數值（Current Val

91、ue）”欄中可讀出編程元件的狀態(tài)和當前值。工具條中狀態(tài)圖的編輯工具有順序排序（Sort Ascending）、逆序排序（Sort Descending）、單次讀取（Single Read）、全部寫（Write All）、強制（Force）、解除強制（Unfore）、解除所有強制（Unfore All）以及讀所有強制（Read All Forced）等。</p><p>　　2、強制操作 強制操作是指對狀態(tài)圖中的

92、變量進行強制性地賦值。S7-200允許對所有的I/O位以及模擬量I/O（AI/AQ）強制賦值，還可強制改變最多16個V或M的數據，其變量類型可以是字節(jié)、字或雙字。</p><p>　　強制。若要強制一個新值，可在狀態(tài)圖的“新數值（New Value）”欄中輸入新值，然后單擊工具條中的“強制（Force）”按鈕。如果要強制一個已經存在的值，可以單擊狀態(tài)圖中“當前數值（Current Value）”欄，然后點擊“強制

93、（Force）”按鈕。</p><p>　　讀所有強制。打開狀態(tài)圖，單擊工具條中的“讀所有強制（Read All Forced）”按鈕，則狀態(tài)圖中所有被強制的單元格會顯示強制符號。</p><p>　　解除強制。在當前值欄中單擊要取消強制的操作數，然后點擊工具條中的“解除強制（Unfore）”按鈕。</p><p>　　解除所有強制。打開狀態(tài)圖，單擊工具條中的“解除

94、所有強制（Unfore All）”按鈕。</p><p>　　運行模式下編輯程序：</p><p>　　在運行模式下，可以對用戶程序作少量修改，修改后的程序一旦下載將立即影響工具條中狀態(tài)圖的編輯工具有順序排序（Sort Ascending）、逆序排序（Sort Descending）、單次讀取（Single Read）、全部寫（Write All）、強制（Force）、解除強制（Unfor

95、e）、解除所有強制（Unfore All）以及讀所有強制（Read All Forced）等。</p><p>　　系統(tǒng)的運行?？蛇M行這種操作的PLC有CPU224和CPU226兩種。操作如下。</p><p>　　1、在運行模式下，選擇“調試（Debug）”菜單中“在運行狀態(tài)編輯程序（Program Edit in RUN）”命令。運行模式下只能對主機中的程序進行編輯，當主機中的程序與編

96、程軟件中的程序不同時，系統(tǒng)會提示用戶存盤。</p><p>　　2、屏幕彈出警告信息，單擊“繼續(xù)（Continue）”按鈕，PLC主機中的程序將被上載到編程窗口，此時可在運行模式下編輯程序。</p><p>　　3、程序編譯成功后，可用“文件（File）”菜單中的“下載（Download）”命令，或單擊工具條中的“下載（Download）”按鈕將程序下載到PLC主機。</p>

97、<p>　　4、退出運行模式編輯。使用“調試（Debug）”菜單中“在運行狀態(tài)編輯程序（Program Edit in RUN）”命令，然后根據需要選擇“選項（Checkmark）”中的內容程序監(jiān)控：</p><p>　　STEP7-Micro/WIN32提供的三種程序編輯器（梯形圖、語句表及功能表圖）都可以在PLC運行時監(jiān)視各個編程元件的狀態(tài)和各個操作數的數值。這里只介紹在梯形圖編輯器中監(jiān)視程序的運

98、行狀態(tài)，如圖A-15所示，梯形圖編輯器窗口中被點亮的元件表示處于接通狀態(tài)。</p><p>　　程序監(jiān)控的實現，可用“工具（Tools）”菜單中的“選項（Options）”命令打開選項對話框，選擇“LAD狀態(tài)（LAD status）”項，然后再選擇一種梯形圖樣式，在打開梯形圖窗口后，單擊工具條中“程序狀態(tài)（Program status）”按鈕。</p><p>　　梯形圖的顯示樣式有3種：

99、指令內部顯示地址和外部顯示數據值；指令外部既顯示地址又顯示數據值；只顯示數據值[21]。</p><p><b>　　結論</b></p><p>　　通過為期接近2個月的設計和實驗，使我學到了很多實際的東西 ，把理論和實踐很好的聯系起來。</p><p>　　本論文主要針對汽車涂裝車間對PLC控制系統(tǒng)的工藝要求，經過認真的研究，分析，對工藝控

100、制系統(tǒng)做了深入的學習，主要完成了一下幾個方面的內容：</p><p>　　根據汽車涂裝控制系統(tǒng)的工藝流程，了解了汽車涂裝生產線流程后進一步的通過I/O點的選取確定硬件型號。</p><p>　　在選好好硬件基礎上實現控制工藝的要求編寫控制程序并進行調試仿真。</p><p>　　由于時間的倉促和作者水平的有限，該實驗系統(tǒng)復雜，所以只介紹了整體的控制步驟，還有很多詳細

101、地方沒有涉及，希望在以后工作中可以補充。</p><p>　　硬件方面，因本課題所選用的I\O點數較少，所以只是簡單地應用了CPU224，更多的技術上的問題，沒有深入研究。 </p><p>　　軟件編程方面，研究的不夠深入，大部分只是涉及表面知識，并未真正深入，這是很大的不足之處。</p><p><b>　　致謝</b></p>

102、<p>　　本論文是在0000老師悉心教導下完成的。導師淵博的專業(yè)知識，嚴謹的治學態(tài)度，精益求精的工作作風，誨人不倦的高尚師德，嚴以律己、寬以待人的崇高風范，樸實無華、平易近人的人格魅力對我影響深遠。不僅使我樹立了遠大的學術目標、掌握了基本的研究方法，還使我明白了許多待人接物與為人處世的道理。</p><p>　　本論文從選題到完成，每一步都是在導師的指導下完成的，傾注了導師大量的心血。在此，謹向導

103、師表示崇高的敬意和衷心的感謝！ 本論文的順利完成，離不開各位老師、同學和朋友的關心和幫助。尤其是劉強同學給予了全程的協助工作，在此向劉強同學表示由衷的感謝。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] 吳作明.工控組態(tài)軟件與PLC應用技術[M]，北京：北京航空航天大學出版社，2007</p><p>　　[2] 張

104、春木,周伏虎,陳祖德；PLC在空分電控系統(tǒng)中的應用[J]；冶金動力；2000年01期 </p><p>　　[3] 劉春梅；變壓器空載合閘涌流抑制的研究[D]；沈陽工業(yè)大學；2011年</p><p>　　[4] 李子昀；基于PLC的自動生產線實驗平臺的研究[D];中南大學；2010年</p><p>　　[5] 廖常初·S7-200 PLC 基礎教程&#