电子产品总装线提升装置远程监控控制系统控制.docx
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电子产品总装线提升装置远程监控控制系统控制
南京理工大学
毕业设计说明书（论文）
作者:
许永华
准考证号：
014912410205
教学点:
南京理工大学继续教育学院
专业:
电气工程与自动化
题目:
电子产品总装线提升装置远程监控控制系统
设计（控制）
讲师/工程师
王春峰
指导者：
（姓名）（专业技术职务）
贺道坤
讲师/工程师
评阅者：
（姓名）（专业技术职务）
2016年5月
毕业设计说明书中文摘要
随着工业的发展，现代工业控制设备（PLC、变频器、触摸屏、现场总线、上位机）在电子产品装配线的应用越来越普及，随着技术的进步和设备的更新，对现场技术人员和维护人员的要求也越来越高。
电子产品装配线自动提升机主要用于工装板上下层之间的传送，它主要由提升装置、平移小车及相应的电气控制组成。
为了能在设备出现故障时，快速有效地判断和处理故障，以免影响正常生产秩序，故采用变频控制的提升电机，使得提升机的运行更加平稳、安全、可靠。
其控制系统由组态王监控组态软件、PLC（可编程控制器）、GPRS终端模块等构成，能够对对提升装置运行状态的可视化监控功能以及对现场监控数据实时采集和显示等功能，为维护和管理人员提供了实时、准确、全面的信息，从而使得电子装配线能够安全高效的运行。
关键词：
提升装置、组态王、触摸屏、远程监控
毕业设计说明书外文摘要
TitleTheelectronicproductassemblylineliftingdeviceremotemonitoringsystemDesignofcontrolsystemconfiguration
Abstract
Withthedevelopmentofindustry,modernindustrialcontroldevices（PLC,inverter,fieldbus,PC,touchscreen）inelectronicsassemblylineismoreandmorepopular,withadvancesintechnologyandequipmentupdates,on-sitetechniciansandmaintenancepersonnelrequirementshavebecomemoresophisticated.Automaticmachineismainlyusedforelectronicsassemblylinetoolingplatebetweenthelowertransmission,itmainlyconsistsofliftingdevices,movingthecarandelectricalcontrolconsisting.Toequipmentfailure,quicklyandefficientlydiagnoseanddealwithfailure,soasnottoaffectthenormalorderofproductionandthereforeusestheliftmotorofvariablefrequencycontrol,morestable,secure,andreliableoperationofthehoist.ThecontrolsystembykingviewcontrolconfigurationsoftwareandPLC（programmablelogiccontroller）,GPRSterminalmoduleform,capableofliftingdevicerunningVisualmonitoringfunctionandformonitoringrealtimedataacquisitionanddisplaycapabilities,formaintenanceandmanagementpersonneltoprovideareal-time,accurate,andcomprehensiveinformation,whichmakeselectronicassemblylines,safeandefficientoperation.
Keywordslift,King,touchscreen,remotecontrol
1绪论
随着计算机、通信、自动控制等技术的发展，工业生产控制技术也得到了巨大的飞跃，工业生产过程的自动化和信息化协调发展是企业发展的必由之路，因而人们对系统综合性能尤其是安全性能提出了越来越高的要求：
希望能对系统设备的工作状况进行实时监测和控制，也是实现工厂管理现代化和安全生产的重要手段。
对企业自动化设备而言，对其工作状况进行远程监测和控制，不仅可方便设备管理者随时了解设备工作状态，设备出现异常时主动报警，便于及时维修，还可拓宽设备服务范围，提高工作性能，延长使用寿命。
这一目标企业需利用现代化的信息处理技术，通过自动控制设备和通讯系统等手段对工业生产过程进行全方位、多角度、高效和安全的改造，来提高工业生产的效率。
1.1电子产品总装线提升装置的现状及发展动态
目前，装配线主要采用现场总线控制方式，通过现场分布Ｉ／Ｏ统一控制装配线的运行及完成各工位之间的通讯。
电子产品装配线提升装置用于生产线上、下层之间物料的输送，在工业生产中起着非常重要的作用。
和ＧＰＲＳ的远程监控系统设计方案，该监控系统利用组态软件实现对提升装置运行过程的监测和管理，并将提升装置运行记录进行保存以便于维护人员的操作与管理。
随着装配技术水平的提升，电子产品装配线向模块化、柔性化、自动化和虚拟化方向发展，以满足自动化装配和多品种生产的要求。
采用柔性连接的输送方式以适应多品种和工位节拍时间的变化需要；采用多个自由度装配机器人、利用电子计算机控制，从而简化程序的重新调整。
1.2电子产品总装线提升装置的功能描述
电子产品总装线提升装置用于将生产线下层（输送A线）的产品输送到上层生产线（输送F线）。
如图1-1所示，ST1~ST8为限位开关，用来检测零件位置；SP1为电感传感器，用来检测是否有异物进入提升装置。
其工作流程为：
工装板出现在ST1处，如果提升机处于待机状态，则阻挡气缸Y1下降，允许工装板前进。
工装板跟着输送A线运行至ST2处，阻挡气缸Y1弹起，防止下一块工装板跟随前一块工装板一同进入提升机的送料托台，同时托台送料电机M3正转，将工装板送入托台；工装板进入提升装置，触碰到限位开关ST3，送料电机M3停止，提升电机M1低速启动，提升装置低速上升，上升至ST6位置时，电机M1高速运行，提升装置快速上升，运行至ST7位置时，提升装置缓速上升，至ST8时，提升装置停止上升，电机M3反转将工件送出；工装板碰到位置开关ST4时，说明工件已经完全离开提升装置，此时电机M2停转；提升装置按照低速、高速、低速的方式返回到ST5位置，开始下一个工作循环。
提升装置在上升或下降时，如果SP1有信号，则说明有异物进入提升装置，提升装置应停止工作并发出报警信号。
整个运行过程中，ST5_2和ST8_2都不应被触发；如果ST5_2和ST8_2被触发，说明提升装置在上升或下降时超越行程，此时提升装置应立即停机并报警。
图1-1提升装置
1.3本课题完成的工作
本课题根据提升装置工艺要求进行研究，控制系统由组态王监控组态软件、PLC（可编程控制器）、变频器、GPRS终端模块等构成。
1）完成组态软件的界面设计以及PLC的通讯；
2）完成触摸屏的设计以及PLC的通讯；
3）实现对提升装置运行状态的可视化监控功能；
4）实现对现场监控数据实时采集和显示等功能；
2控制系统方案的设计
2.1工艺过程及工作特点
2.1.1工艺过程
电子产品总装线提升装置用于将生产线下层（输送A线）的产品输送到上层生产线（输送F线）。
其工作流程为：
工装板出现在ST1处，如果提升机处于待机状态，则阻挡气缸Y1下降，允许工装板前进。
工装板跟着输送A线运行至ST2处，阻挡气缸Y1弹起，防止下一块工装板跟随前一块工装板一同进入提升机的送料托台，同时托台送料电机M3正转，将工装板送入托台；工装板进入提升装置，触碰到限位开关ST3，送料电机M3停止，提升电机M1低速启动，提升装置低速上升，上升至ST6位置时，电机M1高速运行，提升装置快速上升，运行至ST7位置时，提升装置缓速上升，至ST8时，提升装置停止上升，电机M3反转将工件送出；工装板碰到位置开关ST4时，说明工件已经完全离开提升装置，此时电机M2停转；提升装置按照低速、高速、低速的方式返回到ST5位置，开始下一个工作循环。
提升装置在上升或下降时，如果SP1有信号，则说明有异物进入提升装置，提升装置应停止工作并发出报警信号。
整个运行过程中，ST5_2和ST8_2都不应被触发；如果ST5_2和ST8_2被触发，说明提升装置在上升或下降时超越行程，此时提升装置应立即停机并报警。
2.1.2工作特点
电子产品总装线提升装置大致分为五个方面：
驱动功率、提升范围、运行能力、使用寿命。
（1）驱动功率：
驱动功率小，采用流入式喂料、诱导式卸料，在产品提升时几乎无回料和挖料现象，因此无功功率少。
（2）提升范围：
提升范围广，这类的提升机对物料的种类、特性要求少，可提升磨琢性较大的物料，密封性好，环境污染少。
（3）运行能力：
运行可靠性好，先进的设计原理和加工方法，保证了整机运行的可靠性，无故障时间超过2万小时。
提升高度高，提升运行平稳，因此可达到较高的提升高度。
（4）使用寿命：
使用寿命长，提升机的喂料采取流入式，产品之间很少发生挤压和碰撞现象。
本机在设计时保证产品在喂料、卸料时少有撒落，减少了机械磨损。
2.2系统控制要求
（1）提升机是电子产品总装线安全生产的关键中的关键，它的安全可靠性直接关系到整个总装线的生产和矿工的生命安全。
由于煤矿井下生产环境恶劣，运行情况复杂，各种操作频繁，因此对提升机电控系统来说，除了能够满足各种复杂的控制要求外，更重要的是其可靠性和安全保障。
（2）具有良好的调速性能，能够精准地完成井下提升的整个运行过程。
（3）可以重载起动，要有一定的过载能力。
（4）易于转换工作方式，方便实现自动化控制。
（5）技术先进，维护简单、方便，在可保证安全可靠运行背景下，控制线路简洁明了，方便维修和排除故障。
（6）尽可能的降低投资成本，减少系统的运行费用，提高煤矿的节能效果与经济效益。
2.3控制方案的确定
根据设计要求，要完成任务有多种选择方案，可以由各种控制继电器和主令开关构成，它的突出特点是“点信号”（电铃震响或指示灯明灭的次数）来代表各种提升信号。
各提升中段的点信号直接传送到控制室。
也可以采用单片机作为主控制系统。
控制台通过单片机的串行口来实现主从式多级通讯,系统以上控制台作为主控制台。
也可以采用PLC作为提升机的控制系统的核心，通过编程来实现提升机各种功能。
在此综合各种方面因素选择PLC作为提升机控制系统的核心,PLC具有其他任何一种控制器所不具备的优点,更符合设计要求。
3硬件的选择
3.1确定输入／输出设备
根据系统的控制要求，确定系统所需的全部输入设备和输出设备，从而确定与PLC有关的输入/输出设备，以确定PLC的I/O点数。
本系统所需的输入/输出设备如表3-1所示。
表3-1输入/输出设备表
输入
输出
符号
注释
符号
注释
启动
输送线启动
输送电机A
输送A线运行
停止
输送线停止
输送电机F
输送F线运行
急停
紧急停止
M1低速
M3停止，M1低速启动
ST1
限位开关
M1高速
上升
ST2
限位开关
M3正转
ST3
限位开关
M3反转
ST4
限位开关
Y1
阻挡气缸
ST5
限位开关
运行
ST5_2
限位开关
报警
ST6
限位开关
M1反转低速
M3停止M1低速启动
ST7
限位开关
M1反转高速
下降时触碰ST7
ST8
限位开关
ST8_2
限位开关
SP1
电感传感器
复位
报警复位
3.2PLC的选型
目前市面上常见的PLC有美国的：
AB通用电气、GE莫迪康、德国的-西门子、法国的施奈德、瑞典的ABB、日本的三菱、欧姆龙、松下、安川。
本文主要拿德国的西门子S7-200系列的CPU226和日本的三菱FX2n系列作对比。
具体对比如表3-1。
表3-1西门子S7-200系列对比三菱FX2n系列
西门子S7-200CPU226
三菱FX2n系列
编程思路
纵向横向兼备，只需编写一次，减少了开发难度和时间
自上而下的单一纵向结构
浮点功能强大
一直以来都支持浮点运算，编程软件支持小数点输入输出
近年才实现此功能
模拟量易输入输出
AD、DA值可直接存取
需要繁琐的FROMTO指令
通讯口及速度
两个485口、最大通讯速度为187.5k
一个422口、切速度为9.6k
程序容量数据容量
20k、14k
总共8k
计数定时器
有减法定时器，适用报警和工业流水线
则要换算成加法
根据表3-1对比分析，我们选择了西门子的S7-200系列的CPU226的PLC。
4分配I/O点并设计PLC外围硬件线路
4.1控制系统的I/O点及地址分配
根据控制系统的设计要求，考虑到系统的扩展和功能，选用继电器输出结构的CPU226PLC作为控制核心。
结合设计要求和PLC型号，编写出I/O地址分配，如图4-1所示。
图4-1控制系统的I/O点及地址分配
4.2电气接线图和工作流程图
根据PLC的I/O地址的分配和系统控制要求，CPU226外部电气控制接线图如图2-3所示。
图4-2外部电气控制接线图
5PLC程序设计
5.1流程图设计
根据对提升装置工作过程的分析，结合PLC外部电气控制线路的设计，设计出自动工作循环的工作流程如图5-1所示。
图5-1工作流程图
5.2程序设计
本程序设计主要分为5个部分，分别为主程序、电机运行、设备状态、设备运行、上电复位如图5-1所示。
图5-2plc程序结构
主程序主要完成模拟量的输入/输出，SM0.0的运行状态始终为=1。
SM0.1用于程序一个扫描周期的初始化。
主程序为图5-2所示。
图5-2主程序
电机运行部分主要为按下启动按钮输送线A和输送线F置位，停止按钮处于常闭状态。
按下急停按钮则提升装置紧急停止。
按下复位按钮则报警复位。
程序如图5-3所示。
图5-3电机部分
设备状态部分也是操作人员对整个提升机进行监控管理的部分，当输送电机A得电后输出运行状态、停止状态复位以及运行。
当按下停止按钮时输出停止状态置位。
按下复位按钮输出报警状态置位，报警状态输出报警变量。
主要程序如图5-4所示。
图5-4设备状态
设备运行部分如果ST1被触发且提升机处于待机状态，则阻挡气缸Y1置位。
当ST2被触发，则阻挡气缸弹起Y1复位，同时托台送料电机M3正转置位。
当ST3被触发，送料电机M3复位，提升电机M1低速置位，提升装置低速上升。
当ST6被触发时，输出M1低速复位同时输出M1高速置位，提升装置快速上升。
当ST7被触发时，输出M1高速复位同时输出M1低速置位。
当ST8被触发时，输出M1低速复位同时M3反转置位，提升装置停止上升。
当ST4被触发时输出M3反转复位同时输出M1低速反转置位以及提升机返回置位，提升机开始下降。
当ST7被触发时输出M1低速反转复位同时输出M1高速反转置位。
当ST6被触发时输出M1高速反转复位同时输出M1低速反转置位，当ST5被触发时输出M1低速反转复位同时提升机返回复位以及提升机待机置位。
整个运行过程中，ST5_2和ST8_2都不应被触发；如果ST5_2和ST8_2被触发，说明提升装置在上升或下降时超越行程，此时提升装置应立即停机并报警。
程序如图5-5所示。
图5-5备运行程序
上电复位部分，输送电机A、运行状态和报警状态复位，提升装置准备开始下个循环工作。
程序如图5-6所示。
6组态软件的界面设计以及PLC的通讯
6.1组态王简介
组态王软件是亚控科技根据当前的自动化技术的发展趋势，面向低端自动化市场及应用，以实现企业一体化为目标开发的一套产品。
组态王软件的特点：
1）它具有适应性强、开放性好、易于扩展、经济、开发周期短等优点。
2）通常可以把这样的系统划分为控制层、监控层、管理层三个层次结构。
3）监控层对下连接控制层，对上连接管理层，它不但实现对现场的实时监测与控制，且在自动控制系统中完成上传下达、组态开发的重要作用。
4）尤其考虑三方面问题：
画面、数据、动画。
5）通过对监控系统要求及实现功能的分析，采用组态王对监控系统进行设计。
6）组态王软件也为试验者提供了可视化监控画面，有利于试验者实时现场监控。
7）它能充分利用Windows的图形编辑功能，方便地构成监控画面，并以动画方式显示控制设备的状态，具有报警窗口、实时趋势曲线等，可便利的生成各种报表。
8）具有丰富的设备驱动程序和灵活的组态方式、数据链接功能。
组态王软件的缺点
1）该软件属于开源软件，功能过于笼统，并不能满足每个工业自动化系统的要求。
2）该软件应用比较多，时间长了，一些专业人士能了解他的运行原理，可能会利用程序的漏洞攻击程序，因此安全性没有保障。
3）该软件我们要想正常使用，很多时候还必须对其通讯接口、通讯协议进行修改，其兼容性可能不能达到国家规定标准。
组态软件的应用：
组态软件的应用领域很广，可以应用于电力系统、给水系统、石油、化工等领域的数据采集与监视控制以及过程控制等诸多领域。
在电力系统以及电气化铁道上又称远动系统
6.2组态系统设计
态王软件结构由工程管理器、工程浏览器及运行系统三部分构成。
1）工程管理器：
工程管理器用于新工程的创建和已有工程的管理，对已有工程进行搜索、添加、备份、恢复以及实现数据词典的导入和导出等功能。
2）工程浏览器：
工程浏览器是一个工程开发设计工具，用于创建监控画面、监控的设备及相关变量、动画连接、命令语言以及设定运行系统配置等的系统组态工具。
3）运行系统：
工程运行界面，从采集设备中获得通信数据，并依据工程浏览器的动画设计显示动态画面，实现人与控制设备的交互操作。
通常情况下，建立一个组态王应用工程大致可分为以下几个步骤：
第一步：
创建新工程，为工程创建一个目录用来存放与工程相关的文件。
第二步：
定义硬件设备并添加工程变量，添加工程中需要的硬件设备和工程中使用的变量，包括内存变量和I/O变量。
第三步：
制作图形画面并定义动画连接，按照实际工程的要求绘制监控画面并使静态画面随着过程控制对象产生动态效果。
第四步：
编写命令语言，通过脚本程序的编写以完成较复杂的操作上位控制。
第五步：
进行运行系统的配置，对运行系统、报警、历史数据记录、网络、用户等进行设置，是系统完成用于现场前的必备工作。
第六步：
保存工程并运行，完成以上步骤后，一个可以拿到现场运行的工程就制作完成了。
6.2.1创建新工程
在组态王工程管理器中，统的新工程，并置为当前工程根据新建工程向导，创建名称基于组态的提升装置的监控系统，如图6-1所示。
如图6-1创建新工程
6.2.2.制作图形画面
1）提升装置主画面
在工程浏览器左侧的“工程目录显示区”中选择“画面”选项，在右
侧视图中双击“新建”图标，弹出新建画面对话框，如图6-2所示。
图6-2新建画面
制作出的画面如图6-3所示。
图6-3提升装置主画面
2）报警画面设置
图6-4报警画面
（1）
如图6-5报警画面
（2）
图6-6报警画面（3）
图6-7报警画面（4）
图6-8报警画面（5）
3）设置报警组
在工程浏览器左窗口点击“
”，双击弹出“
”窗口，将其中的“
”修改为“
”，点击添加按钮添加“
”
报警装置运行画面如图6-4所示。
图6-4报警运行画面
6.3组态王和S7-200的通讯设置
组态王把每一台与之通讯的设备看作是外部设备，为实现和外部设备的通讯，组态王内置有大量的设备驱动作为外部设备的通讯接口。
在开发过程中，只需根据工程浏览器提供的“设备配置向导”，一步步完成连接过程，即可实现组态王和相应外部设备驱动的连接。
在运行期间，组态王可以通过驱动接口和外部设备交换数据，包括采集数据和发送数据或指令。
组态王的驱动程序采用ActiveX技术，每一驱动都是一个COM对象，这种方式使驱动和组态王构成一个完整的系统，从而保证运行系统的高效率，如图6-5所示。
因此，组态王可以与一些常用I/O设备直接进行通讯，如可编程控制器（PLC）、智能模块、板卡、智能仪表等。
组态王与I/O设备之间的数据交换采用五种方式：
串行通讯方式、DDE方式、板卡方式、网络节点方式、人机接口卡方式。
图6-5 组态王与外部设备通讯示意图
组态王与S7-200的PPI通信方式
PI（Point-to-Point）是西门子专为S7-200系列开发的一个通讯协议，为主/从协议，PC机为主站，S7-200为从站。
该方式下有两种硬件连接方法，一种是使用PPI电缆将PC机串口和S7-200的通讯口相连，采用串行通讯方式。
另一种是PC机通过CP5611通讯卡与S7-200相连。
在第一种方式下，使用plc编程软件STEP7-Micro/WIN32安装通讯硬件，在“SETPG/PCInterface”对话框中配置PC/PPIcable，选择InterfaceParameterAssignment为PPI，并设置PPI参数默认值，双击通讯框中得刷新图标后建立与S7-200的通信连接。
在第二种方式下，将CP5611卡安装在PC机的插槽中，用连接带缆将CP5611卡与S7-200的PORT口相连，安装STEP7-Micro/WIN32和STEP7V5.0+ServicePack5（或STEP7V5.1+ServicePack2），运行PG/PC-interfacepara meterisation，将用户界面配置为CP5611（PPI）方式。
这两种方式的上位机组态王的设置基本相同，首先使用“设备配置向导”定义外部设备，分别选择西门子S7-200系列PPI通信和西门子S7-200系列通讯卡通信，并设定如下通信参数：
波特率9600bps，数据位8位，停止位1位，偶校验。
在设定PLC地址时，两种方式有所不同，前者将PLC地址设为默认地址2。
后者采用“PLC地址.2”地址格式，小数点前的数字为有效地址PLC的地址（即站号），小数点后为数字2，所设定的地址范围为2.2～126.2，其中PLC的地址可通过编程软件STEP7-Micro/WIN设置来实现。
在组态王的“数据字典”中定义相关变量，选择变量类型为I/O型，并选择连接设备，指定所访问的寄存器名及寄存器类型。
注意，组态王只支持V寄存器，如果要监控Q、Ｉ、M寄存器，可以先在PLC程
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