基于PLC的自动焊锡机控制系统设计毕业设计Word格式文档下载.docx

1、1.1 自动焊锡机的背景焊接技术就是高温或高压条件下，使用焊接材料（焊条或焊丝）将两块或两块以上的母材（待焊接的工件）连接成一个整体的操作方法。焊接是通过加热、加压，或两者并用，使同性或异性两工件产生原子间结合的加工工艺和联接方式。焊接应用广泛，既可用于金属，也可用于非金属。过去的焊接技术长期停留在人工手动的焊锡机上，使用的热源温度低、能量不集中，无法用于大截面、长焊缝工件的焊接。并且由于工作的需要，人们经常受到高温、腐蚀及有 毒气体等因素的危害，增加了工人的劳动强度，甚至于危及生命。然而自从机械手问世以来，相应的各种难题迎刃而解。自动焊锡机也就应运而生了，自动焊锡机可以三度空间全方位调节，使

2、烙铁和锡线均不需假作业员之手，它完全代替了您的双手，手臂可以调整至您想要的任意焊接之位。自动送锡系统：您只需轻踩脚踏开关，锡线将自动的、定速、定量的伸到烙铁头 温 度： 采用手动数字式温度设定一目了然，自动恒温控制方式。高度可靠的金属防静电模式设计，焊接敏感组件更安全。轻巧灵活，不占空间，温度，送锡速度，锡点大小可调。特别适合各类电子连接器，LED灯串，视频音频线插头，耳机线，电脑数据线，小型线路板及小型电子元器件在线束中间的焊接和对接等。自动焊锡机一般由耐高温，抗腐蚀的材料制成，以适应现场恶劣的环境，大大降低了工人的劳动强度，提高了工作效率。1.2 自动焊锡机的意义现代焊锡机已能焊出无内外缺

3、陷的、机械性能等于甚至高于被连接体的焊缝。被焊接体在空间的相互位置称为焊接接头，接头处的强度除受焊缝质量影响外，还与其几何形状、尺寸、受力情况和工作条件等有关。接头的基本形式有对接、搭接、丁字接（正交接）和角接等。未来的焊锡机，一方面要研制新的焊接方法、焊接设备和焊接材料，以进一步提高焊接质量和安全可靠性，如改进现有电弧、等离子弧、电子束、激光等焊接能源；运用电子技术和控制技术，改善电弧的工艺性能，研制可靠轻巧的电弧跟踪方法。 另一方面要提高焊接机械化和自动化水平，如焊机实现程序控制、数字控制；研制从准备工序、焊接到质量监控全部过程自动化的专用焊机；在自动焊接生产线上，推广、扩大数控的焊接机械

4、手和焊接机器人，可以提高焊接生产水平，改善焊接卫生安全条件。第2章 硬件设计2.1 自动焊锡机的结构及控制过程自动焊锡机主要有焊锡机械手和除渣机械手组成。其控制过程为：起动机器，除渣机械手上升电磁阀得电上升，将待除渣工件托盘上升到位碰SQ7，停止上升；左行电磁阀得电，机械手左行到位碰SQ5，停止左行；下降电磁阀得电，机械手下降到位碰SQ8，停止下降；右行电磁阀得电，机械手右行到位碰SQ6，停止右行。托盘电磁阀得电上升，上升到位碰SQ3，停止上升；托盘右行电磁阀得电，托盘右行到位碰SQ2，托盘停止右行；托盘下降电磁阀得电，托盘下降到位碰SQ4，停止下降，工件焊锡。当焊锡时间到；托盘上升电磁阀得电

5、，托盘上升到位碰SQ3，停止上升；托盘左行电磁阀得电，托盘左行到位碰SQl，托盘停止左行；托盘下降电磁阀得电，托盘下降到位碰SQ4，托盘停止下降，已焊好工件取出。延时5s后，自动进入下一循环。简易的动作示意图如图2-1所示。 图2-1自动焊锡机工作原理图2.2 PLC简介可编程序控制器（PLC）是以微处理器为基础，综合了计算机技术、自动控制技术和通信技术发展起来的一种通用的工业自动控制装置。它具有体积小、功能强、灵活通用与维护方便等一系列的优点。特别是它的高可靠性和较强的适应恶劣环境的能力，受到用户的青睐。因此在冶金、化工、交通、电力等领域获得了广泛的应用，成为了现代工业控制的三大支柱之一。可

6、编程序控制器是一种存储器控制器，支持控制系统工作的程序存放在存储器中利用程序来实现逻辑控制，完成控制任务。在可编程控制器构成的控制系统中，要实现一个控制任务，首先要针对具体的被控对象，分析它对控制系统的要求，然后编制出相应的控制程序，利用编程器将控制程序写入可编程控制器的程序存储器中。系统运行时，可编程控制器依次读取程序存储器中的程序语句，对它们的内容加以解释并执行。根据输入设备的状态和其他条件，可编程控制器将其程序执行结果输出给相应的输出设备，控制被控对象工作。可编程控制器是利用软件来实现控制逻辑的，能够适应不同的控制任务的需要，通用、灵活、可靠性高。它是一种专为在工业环境下应用而设计的数字

7、运算操作的电子装置。它的内部存储器可以执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入或输出控制各种类型的机械或生产过程。PLC是在继电器控制逻辑基础上，与3C技（Computer Control Communication）相结合，不断发展完善的。目前已从小规模单机顺序控制，发展到包括过程控制、位置控制等场合的所有控制领域。PLC早期主要应用于工业控制，但随着技术的发展，其应用领域正在不断扩大。可编程控制器（Programmable Logical Controller）简称PC或PLC，是60年代末发明的工业控制器件，是美国数字公司（DEC ）为美国通

8、用公司（GM）研制开发并成功应用于汽车生产线上，可编程控制器自此诞生。随着计算机技术的飞速发展，PLC软硬件水平与规模也发生了质与量的变化，其控制技术也朝着智能化方向不断发展，同时推动了先进制造技术的相应发展。现代PLC已经成为真正的工业控制设备。最初，PLC主要是用在生产线控制和大型机械的控制上。但不久，西德的西门子（SIEMENS）公司、BBC公司就开始研制PLC，当时主要是用于轧钢机、升降设备等大型设备上。70年代初，日本的OMRON也推出了他们的PLC。三菱、日立、富土、东芝、横河、日电等公司也先后加入了PLC制造者的行列。70年代中期，美国和西德首先出现了微电脑化的小型PLC。由于P

9、LC是为工业控制所生产的通用性很强，适合于大批量生产的装置，所以成本迅速下降;加上其是专为工业控制所设计，所以具有极好的抗干扰性能;并且他的使用和维护都极为方便，实现了低水平的操作、高性能的控制，所以在机械制造业深受欢迎。小型PLC开始步入诸如塑料注塑机、包装机械、橡胶机械、纺织机械等轻工机械的控制领域，其成本的低廉和性能的优良对直接使用微机作为控制单元的做法构成了强有力的挑战，更有全面取代传统继电器控制屏的趋势。据国外资料介绍:1982年美国PLC用户中，有48%来自自动程序操作部门（如汽车、拖拉机工业、机械工业等）、13%来自石油化工业、9%来自食品饮料业、7%来自冶金工业、其余部分来自造

10、纸、采矿、污水处理等部门“。近年来，随着我国对外开放，日、美、西德等国生产的PLC己通过多种途径进入了我国，引起了各方面的重视并得到应用。如宝钢工程应用了数百台PLC，首钢、武钢、开滦煤矿也分别应用了美国和德国的PLC。2.3 PLC工作原理 CPU连续执行用户程序、任务的循环序列称为扫描。CPU的扫描周期包括读输入、执行程序、处理通信请求、执行CPU自诊断测试及写输出等内容。PLC可被看成是在系统软件支持下的一种扫描设备。它一直周而复始地循环扫描并执行由系统软件规定好的任务。用户程序只是扫描周期的一个组成部分，用户程序不运行时，PLC也在扫描，只不过在一个周期中去除了用户程序和读输入、写输出

11、这几部分内容。典型的PLC在一个周期中可完成以下4个扫描过程。1.自诊断测试扫描过程。为保证设备的可靠性，及时反应所出现的故障，PLC都具有自监视功能。自监视功能主要由时间监视器完成。WDT是一个硬件定时器，每一个扫描周期开始前都被复位。WDT的定时可由用户修改，一般在100200ms之间。其它的执行结果错误可由程序设计者通过标志位进行处理。2.与网络进行通信的扫描过程。一般小型系统没有这一扫描过程，配有网络的PLC系统才有通信扫描过程，这一过程用于PLC之间及PLC与上位计算机或终端设备之间的通信。3.用户程序扫描过程。机器处于正常运行状态下，每一扫描周期内部包换扫描过程。该过程在机器运行中

12、是可控的，即用户可以通过软件进行设定。用户程序的长短，会影响过程所用的时间.4.读输入与写输出扫描过程。机器在正常运行状态下，每一时间，每个扫描周期内都包含这个扫描过程。该过程在机器运行中是否被执行是可控的。CPU在处理用户程序时，使用的输入值不是直接从输入点读取的运算的结果也不直接送到实际输出点，而是在内存中设置了两个映像寄存器：一个为输入映像寄存器，另一个为输出映像寄存器。用户程序中所用的输入值是输入映像寄存器的值，运算结果也放在输出映像寄存器中。在输入扫描过程中，CPU把实际输入点的状态锁入到输入映像寄存器；在输出过程中，CPU把输出映像寄存器的值锁定到实际输出点。为了现场调试方便，PL

13、C具有I/O控制功能，用户可以通过编程器封锁或开放IO。封锁IO就是关闭IO扫描过程。在读输入阶段，CPU对各个输入端子进行扫描，通过输入电路将各输入点的状态锁入输入映像寄存器中。紧接着转入用户程序执行阶段，CPU按照先左后右、先上后下的顺序对每条指令进行扫描，根据输入映像寄存器和输出映像寄存器的状态执行用户程序，同时将执行结果写入输出映像寄存器中。在程序执行期间，即使输入端子状态发生变化，输入状态寄存器的内容也不会改变输入端子状态变化只能在下一个工作周期的输入阶段才被集中读入。由上述分析得出循环扫描有如下特点：（1）扫描过程周而复始地进行，读输入、写输出和用户程序是否执行是可控的。（2）输入

14、映像寄存器的内容是设备驱动的，在程序执行过程中的一个工作周期内输入映像寄存器的值保持不变，CPU采用集中输入的控制思想，只能使用输入映像积存的值来控制程序的执行。（3）程序执行完后的输出映像寄存器的值决定了下一个扫描周期的输出值，而在程序执行阶段，输出映像寄存器的值即可以作为控制程序执行的条件，同时又可以被程序修改用于存储中间结果或下一个扫描周期的输出结果。此时的修改不会影响输出锁存器的现在输出值，这是与输入映像寄存器完全不同的。（4）对同一个输出单元的多次使用、修改次序会造成不同的执行结果。由于输出映像寄存器的值可以作为程序执行的条件，所以程序的下一个扫描周期的集中输出结果是与编程顺序有关的

15、，即最后一次的修改决定了下一个周期的输出值，这是编程人员要注意的问题。各个电路和不同的扫描阶段会造成输入和输出的延迟，这是PLC的主要缺点。各PLC厂家为了缩小延迟采取了很多措施，编程人员应对所使用型号的PLC的延迟时间的长短很清楚，它是进行PLC选型时的重要指标。2.4 PLC的选取 本设计采用的是德国西门子公司生产的S-200系列PLC。S7-200系列的PLC有CPU221、CPU222、CPU224、CPU224XP、CPU226等类型。此系统选用S7-200 CPU226，CPU226集成了24点输入/16点输出，共有40个数字量I/O。可连接7个扩展模块，最大扩展至248点数字量或

16、35点模拟量I/O。有13KB程序和数据存储空间空间，6个独立的30KHz高速计数器，2路独立的20KHz高速脉冲输出。S7-200针对低性能要求的小型PLC，它能够控制各种设备以满足自动化控制需求，紧凑的结构、灵活的配置和强大的指令集使S7-200成为各种控制应用的理想解决方案。S7-200系列 PLC 几乎包含了西门子 PLC 所有的性能，而且在小型 PLC 中具有较强的代表性。本机自带RS-485通信接口、内置电源和I/O接口。它的硬件配置灵活，既可用一个单独的S7-200 CPU构成一个简单的数字量控制系统，也可通过扩展电缆进行数字量I/O模块、模拟量模块或智能接口模块的扩展，构成较复

17、杂的中等规模控制系统。它适用于各行各业，各种场合中的自动检测、监测及控制等。S7-200 PLC的强大功能使其无论单机运行，或连成网络都能实现复杂的控制功能。 S7-200PLC可提供4个不同的基本型号与8种CPU可供选择使用。2.5自动焊锡机I/O分配表根据自动焊锡机的控制要求确定PLC输入/输出地址分配表如表2-1所示。根据I/O点数计算所需要10个输入8个输出点。表2-1 自动焊锡机的I/O分配表输 入输 出SB1I0.0启 动Y0Q0.0除渣上行X1I0.1位置开关SQ1Y1Q0.1除渣下行X2I0.2位置开关SQ2Y2Q0.2除渣左行X3I0.3位置开关SQ3Y3Q0.3除渣右行X4

18、I0.4位置开关SQ4Y4Q0.4托盘上行X5I0.5位置开关SQ5Y5Q0.5托盘下行X6I0.6位置开关SQ6Y6Q0.6托盘左行X7I0.7位置开关SQ7Y7Q0.7托盘右行X8I1.0位置开关SQ8SB2I1.1停 止2.6 自动焊锡机外部接线图系统整体设计外部连接图。系统选用PLC 西门子S7-200为控制器，实现了系统的实时监控。整个外部连接图如图2-2所示。图2-2 自动焊锡机外部接线图第3章 软件设计3.1 自动焊锡机PLC控制顺序流程图自动焊锡机的PLC控制顺序流程图如图3-1所示。图3-1 自动焊锡机PLC控制顺序流程图3.2 STEP7-Micro/WIN32简介 STE

19、P7-Micro/WIN32是西门子公司专为SIMATIC S7-200系列可编程序控制器研制开发的编程软件，它是基于Windows的应用软件，功能强大既可用于开发用户程序，又可实时监控用户程序的执行状态。下面将介绍该软件的安装、基本功能以及如何应用编程软件进行编程、调试和运行监控等内容。启动STEP7-Micro/WIN32编程软件，其主要界面外观如图3-2所示。图3-2 STEP7-Micro/WIN32编程软件的主界面（1）文件：文件菜单可以实现对文件的操作。（2）编辑：编辑菜单提供程序的编辑工具。（3）查看：查看菜单可以设置软件开发环境的风格。（4）PLC：PLC菜单可建立与PLC联机

20、时的相关操作，也可提供离线编译的功能。 （5）调试：调试菜单用于联机时的动态调试。 （6）工具：工具菜单提供复杂指令向导，使复杂指令编程时的工作简化，同时提供文本显示器TD200设置向导；另外，工具菜单的定制子菜单可以更改STEP 7-Micro/WIN 32工具条的外观或内容，以及在工具菜单中增加常用工具；工具菜单的选项可以设置3种编辑器的风格，如字体、指令盒的大小等样式。（7）窗口：窗口菜单可以打开一个或多个窗口，并可进行窗口之间的切换；还可以设置窗口的排放形式。 （8）帮助：可以通过帮助菜单的目录和索引了解几乎所有相关的使用帮助信息。在编程过程中，如果对某条指令或某个功能的使用有疑问，可

21、以使用在线帮助功能，在软件操作过程中的任何步骤或任何位置，都可以 按F1键来显示在线帮助，大大方便了用户的使用。编程软件的使用STEP7Micro/WIN4.0编程软件具有编程和程序调试等多种功能，下面通过一个简单程序示例，介绍编程软件的基本使用。STEP 7-Micro/WIN提供了用于创建程序的三个编辑器：梯形图（LAD）、语句表（STL）和功能块图（FBD）。尽管有某些限制，在这些程序编辑器的任何一个中编写的程序均可用其它程序编辑器进行浏览和编辑。用的比较多的是梯形图（LAD）编程语言。梯形图是使用得最多的图形编程语言，被称为PLC的第一编程语言。梯形图与电器控制系统的电路图很相似，具有

22、直观易懂的优点，很容易被工厂电气人员掌握，特别适用于开关量逻辑控制。梯形图常被称为电路或程序，梯形图的设计称为编程。STEP7Micro/WIN4.0编程软件的基本使用示例如图3-3所示。图3-3 编程软件使用示例的梯形图3.3 自动焊锡机梯形图本设计采用顺序控制指令编程，顺控编程法是在顺控指令的配合下设计复杂的控制程序。一般比较复杂的程序都可以分成若干个功能比较简单的程序段，一个程序可以看成整个控制过程的一步。自动焊锡机的梯形图如图3-4所示。图 3-4自动焊锡机梯形图3.4自动焊锡机语句表自动焊锡机语句表如下所示，它可以和梯形图程序相互转换。LD I0.0SCRT S0.6AN Q0.0S

23、CREAN Q0.1LSCR S0.6AN Q0.2LD SM0.0AN Q0.3O Q0.7AN Q0.4AN I0.2AN Q0.6S Q0.7,1AN Q0.7LD I0.2S S0.1,1SCRT S0.7LSCR S0.1LSCR S0.7O Q0.0AN I0.7O Q0.5S Q0.0,1AN I0.4LD I0.7S Q0.5,1SCRT S0.2LD I0.4TON T37,40LSCR S0.2LD T37SCRT S1.0OQ0.2AN I0.5LSCR S1.0LD I0.5SCRT S0.3O Q0.4AN I0.3LSCR 0.3S Q0.4,1O Q0.1LSCR S1.1AN I1.0S Q0.1,1O Q0.6LD I1.0AN I0.1SCRT S0.4S Q0.6,1 LD I0.1LSCR S0.4SCRT S1.2O Q0.3LSCR S1.2AN I0.6S Q0.3,1LD I0.6SCRT S0.5LSCR S0.5TON T38,50LD T38SCRT S0.1LD I0.3第4章 组态王仿真画面4.1 组态王简介组态软件是数据采集监控系统SCADA（Supervisory Control and Data Acquisition）的软件平台工具，是工业应用软件的一个组成部分。组态软件是指一些数据采