汽车涂装系统的PLC 控制系统

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1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流汽车涂装系统的PLC 控制系统.精品文档.分类号：TP 39 编号：BY 15 5023 10/11/2 14-0703沈阳化工大学本科毕业论文题 目： 汽车涂装系统的PLC 控制系统 院 系： 信息工程学院 专 业： 电气工程及其自动化 班 级： 电气 XXXX 学生姓名： XXXXXX 指导教师： XXXXXX 论文提交日期： 2011 年 06月 26日论文答辩日期： 2011 年 06月 28日毕业设计（论文）任务书电气工程及其自动化专业0703班学生：XXXX毕业设计（论文）题目：汽车涂装车间的plc控制系统 毕业设计（论文）内容：

2、 汽车涂装车间工艺流程介绍；检测点统计；SIEMENS S7-200 PLC控制系统简介；控制系统设计及选型；控制功能组态；系统仿真及调试。毕业设计（论文）专题部分：SIEMENS SN-200 PLC控制系统设计；控制系统硬件选型；控制系统电气设计；各控制功能组态。 起止时间： 2011年 3月- 2011年 6月指导教师： 陈斌 签字 2011年 3月3 日教研主任： 曹先庆 签字 2011年 3月 4 日学院院长： 樊丽萍 签字 2011年 3月5日摘要随着汽车市场竞争的日趋激烈以及环保呼声的日渐增高，汽车涂装在保证高装饰性、高防腐蚀性能的同时，对于环境保护的效果、涂装材料和涂装生产成本

3、以及设备投资也越来越为重视。汽车油漆车间中央控制系统，担负着监控车间所有涂装工艺设备系统和输送设备系统的任务。它监控涂装过程中的重要生产工艺参数和生产设备的运行，以满足工艺质量和保证正常生产节拍的要求。为适应这一要求，充实和加强自动化专业的实训环节，设计了一个基于PLC的汽车涂装车间控制系统，为提高学生的综合应用能力提供了良好的实验实训平台。汽车涂装系统是基于PLC的过程控制系统，本文通过阐述涂装系统的发展状况、工艺流程、及系统仿真，了解涂装系统全过程。通过对汽车涂装系统过程的工艺及关键问题的分析，在参考文献的基础上，主要针对喷淋控制进行了研究探讨，从硬件、软件两个方面对汽车涂装工艺过程中的自

4、动控制系统进行设计。文章中介绍了PLC的概况、应用、结构、特点及发展趋势，重点介绍了基于PLC的汽车涂装系统的硬件选型。这一研究必定为PLC在汽车涂装过程控制中的应用奠定一定基础，可编程逻辑控制器(PLC)，系统选用SIEMENS S7-200，PLC组态软件的设计采用SIEMENS PLC自带的编程工具STEP7开发，完成对涂装车间的过程控制。从高等教育培养应用型人才的教育目标出发，要求培养具有一定理论知识，同时具有一定实践能力的应用型人才。因此需要培养学生将所学理论应用于实际的能力。逶过实验室条件下提供一定的实验，让学生在模拟仿真实验系统或类似真实的模型安验系统上进行必要的实践，促进其理论

5、联系实际能力的成长，加深对所学理论的认识和理解，缩短理论和实践之间距离，为今后的实际科研、设计和开发工作打下一个良好的基础，以适应当今社会对应用型人才的需要。关键词： 汽车涂装； PLC； 过程控制AbstractAs the market competition becomes increasingly fierce and environmental protection, the growing calls to increased car coating in the guarantee high ornamental, high corrosion resistance perfor

6、mance 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. Car paint shop central control system, with responsibility for monitoring workshop equipment system and all coating pr

7、ocess conveying equipment system task. It is one of the most important coating process monitoring production process parameters and production equipment operation, to meet the process quality and ensure normal production requirements of the beat. In order to adapt to this request, enrich and strengt

8、hen the practice link automation specialty, design based on PLC control system, car coating workshop for improving students comprehensive application ability to provide a good experimental training platform.Car coating system is based on the process of PLC control system, this paper expounds the dev

9、eloping 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 the analysis, on the basis of the references, mainly for spray control for the study, from tw

10、o aspects of hardware and software of automobile coating process in the process of automatic control system design. The article introduced the general situation of the PLC, application, structure, characters and development trend, the paper focuses on the car coating system based on PLC of hardware

11、selection. This study will surely for PLC in the control car coating process the application must lay foundation, the programmable logic controller (PLC), system chooses SIEMENS s7-200 PLC, configuration software design by SIEMENS PLC own programming tools STEP7 development, the completion of the co

12、ating workshop process control.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 students to study the theory is applied in the actual abi

13、lity. 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 necessary to practice, and promoting the theory with the practice of the growth of the ability to studies the theory, deepen the unde

14、rstanding and the understanding, shorten the distance between theory and practice, for future actual scientific research, design and development work lay a good foundation, to meet the social needs to applied talents.Keywords: Car coating; PLC; Process control目 录第一章 涂装工艺简介11.1 绪论11.1.1. 我国涂装生产线发展概况1

15、1.2. 汽车涂装系统工艺流程简介及流程图21.2.1 汽车涂装工艺介绍21.2.2 表面处理21.2.3 涂装工艺31.3 汽车涂装工艺流程为41.4 汽车涂装车间的控制方案51.4.1 中央控制系统的组成5第二章 PLC基本原理介绍62.2 PLC的特点62.3 PLC结构，功能和应用62.3.1 PLC结构72.3.2 PLC功能和应用82.4 PLC的发展趋势8第三章：汽车涂装车间的系统设计103.1.1 I/O口资源分配103.2.1 西门子S7-200简介113.2.2 PU的选择113.3 汽车涂装工艺流程143.4 STEPT 7软件介绍143.4.1 STEP 7 标准软件包

16、介绍153.4.2 使用STEP 7 的基本步骤163.5调试仿真18第四章 结束语214.1全文小结214.2设计不足21参考文献22致 谢23第一章 涂装工艺简介1.1 绪论1.1.1. 我国涂装生产线发展概况我国涂装生产线经历了由手工到生产线，到自动生产线的发展过程，我国的涂装工艺可以简单归纳为：前处理喷淋干燥和固化三废处理。我国的涂装工业真正起源于50年代苏联技术的引进之后。一些援建的项目中开始建立了涂装生产线，但这些生产线一般是钢板焊的槽子加钢结构的喷漆室和干燥室组合的，由电葫芦手工吊挂工件（少数用悬挂输送机）运行，当时的酸洗槽一般均为钢板衬铅，随着时代的发展，出现了衬玻璃钢或全部采

17、用玻璃钢的槽子。从60年代开始，由于轻工业的发展，首先在自行车制造行业出现了机械化生产的流水线和自动化生产的流水线，以及在原有槽子流水线生产的基础上加上程序控制的小车形成的程控流水线，这些主要是在上海天津地区，这期间我国涂装工业的主要任务还是以防腐为主。伴随着我国经济的发展，以及国外涂装技术的发展，通过技术引进与国外技术的交流，我国涂装技术开始飞速的发展，在涂装自动化生产方面，静电喷涂和电泳涂漆技术的推广应用。粉末喷涂技术的喷制及推广，特别是我国家电行业、日用五金、钢制家具、铝材构件、电器产品、汽车工具等领域的蓬勃发展，使涂装事业有了明显的进步，在涂装生产线中还出现了智能化的喷涂机器人。1.1

18、.2 课题研究意义涂装对于汽车制造来讲有两个重要作用，第一是对汽车防腐蚀，第二是给汽车增加美观。大量资料表明，国内外每年因锈蚀造成的损失相当惊人。据世界银行提供资料，1996年美国国民总产值为74335亿美元，因金属腐蚀损失为2000亿美元，约占国民生产总值的2.7%。汽车是以钢材为主的工业制品，如不解决腐蚀问题，将严重影响汽车的使用寿命和外观，因此汽车自问世之初，就与涂装结下了不解之缘。1886年，“汽车之父”卡尔奔驰在德国斯图加特制造第一辆汽车时，就用油漆进行防锈和装饰。100多年过去了，现代汽车不仅是集现代工业成就之大成的工业品，更是技术与艺术的完美结合。中国汽车工业起步于20世纪50年

19、代，近半个世纪来，伴随着中国汽车工业发展的坎坷历程，汽车涂装从载货汽车车身涂装发展至轿车车身涂装，坚持引进、消化和开发的道路，使中国汽车涂装技术逐步现代化。本文以汽车涂装几个主要工艺为例，从质量、材料、设备、工艺和环保等诸方面简明介绍涂装工艺技术在汽车工业中的应用和发展。在以下每种工艺的对比表中，把1986年以前归为以往工艺、1986年以后归为现代工艺。这是因为，1986年前后我国汽车行业在引进、消化、吸收国外先进的涂装技术方面做了大量的工作，涂装技术有了长足的发展，也大大缩短了与先进涂装技术的差距。1.2. 汽车涂装系统工艺流程简介及流程图1.2.1 汽车涂装工艺介绍汽车涂装工艺，一般可分为

20、两大部分：一是涂装前金属的表面处理，也叫前处理技术；二是涂装的施工工艺。表面处理主要包括清除工件表面的油污、尘土、锈蚀、以及进行修补作业时旧涂料层的清除等，以改善工件的表面状态。包括根据各种具体情况对工件表面进行机械加工和化学处理，如磷化、氧化和钝化处理。 工程机械防锈涂装工艺一般可分为涂装前表面处理工艺和防锈底漆涂装工艺。 1.2.2 表面处理表面处理是防锈涂装的重要工序之一。工程机械防锈涂装质量在很大程度上取决于表面处理的方式好坏。 据英国帝国化学公司介绍 , 涂层寿命受 3 方面因素制约 : 表面处理 , 占 60%; 涂装施工 , 占 25%; 涂料本身质量 , 占 15% 。 工程机

21、械行业 , 不同零部件的表面处理方式。 机械清理可有效去除工件上的铁锈、焊渣、氧化皮 , 消除焊接应力 , 增加防锈涂膜与金属基体的结合力 , 从而大大提高工程机械零部件的防锈质量。机械清理标准要求达到的Sa2 . 5 级。表面粗糙度要达到防锈涂层厚度的 1 /3 。喷、抛丸所用钢丸要达到 GB6484 要求。 薄板冲压件的表面处理称一般用化学表面处理。 工艺流程为 : 预脱脂脱脂热水洗冷水洗酸洗冷水洗中和冷水洗表面调整磷化冷水洗热水洗纯水洗干燥 上述工艺过程也可根据薄板冲压件的油、锈情况作适当调整 , 或不用酸洗工序 , 或不用预脱脂工序。而脱脂和磷化是化学处理工艺中的关键工序 , 这两道工

22、序直接影响工件化学处理的质量和防锈涂层的质量。有关工艺参数和相关辅助设备也是影响表面处理质量的不可忽视的因素。1.2.3 涂装工艺由于工程机械范围广、规格多、整机重、零部件大 , 一般采用喷涂方式进行涂装。喷涂工具有空气喷枪、高压无气喷枪、空气辅助式喷枪及手提式静电喷枪。空气喷枪喷涂效率低 ( 30% 左右 ) , 高压无气喷枪浪费涂料 , 两者共同的特点是环境污染较严重 , 所以已经和正在被空气辅助式喷枪和手提式静电喷枪所取代。如世界第一工程机械公司美国卡特彼勒公司就采用空气辅助式喷枪进行喷涂 , 对发动机罩等薄板覆盖件则采用手提式静电喷枪。工程机械用涂装设备一般采用较为先进的水旋喷漆室。中

23、小零部件也可采用水帘喷漆室或无泵喷漆室 , 前者具有先进的性能 , 后者经济实惠 , 方便实用。由于工程机械整机和零部件较重 , 热容量大 , 因此 , 其防锈涂层的干燥 , 一般采用烘烤均匀的热风对流的烘干方式。热源可因地制宜 , 选用蒸汽、电、轻柴油、天然气和液化石油气等。 汽车涂装工艺的特点和侧重点 ：汽车涂装工艺根据汽车类型的不同而各有特点和侧重点。 载重汽车的主要涂装件是前部驾驶室，涂装要求最高；其他部件如车厢、车架等涂装要求比驾驶室低。 客车的涂装与载货汽车的涂装有较大区别。客车车身包括大梁、骨架、车厢内部、车身外表面，其中以车身外表面要求较高。车身外表面不但要求具有良好的保护性和

24、装饰性，而且喷涂面积大、平面多，有两种以上的颜色，有时还有汽车色带。因此，施工周期比载货汽车长，施工要求比载货汽车高，施工过程比载货汽车复杂。 轿车和小型旅行车，不论在表面装饰性或底层保护性都比大型客车和载货汽车的要求高。它的表面涂层属于一级装饰精度，具有美丽的外观，光亮如镜或光滑的表面，无细微的杂质、擦伤、裂纹、起皱、起泡及肉眼可见的缺陷，并应有足够的机械强度。底面涂层属于优良保护层，应有优良的防锈性和防腐蚀性，很强的附着力；局部或全部刮涂附着力好、机械强度高的腻子，使用数年也不会出现锈蚀或脱落等现象。1.3 汽车涂装工艺流程为 工件预清洁上挂水洗2水洗1脱脂预脱脂吹水纯水洗1水洗4水洗3磷

25、化表调不合格返修合格入库检验面漆检查抛光面漆强冷面漆烘干面漆流平喷面漆面漆前擦净中涂打磨中涂层检查补灰中涂强冷中涂烘干喷中涂层漆喷PVC涂焊缝密封胶打磨刮灰合格驾驶室不合格返修检测强冷烘烤转挂沥水及吹水纯水洗2UF2洗UF1洗阴极电泳图 1-3 汽车涂装工艺流程1.4 汽车涂装车间的控制方案1.4.1 中央控制系统的组成 油漆车间中控室中央控制系统的控制对象，主要由两大部分组成：油漆工艺控制系统和输送控制系统。中央控制系统主要负责监控这两个系统的运行状态，协调这两个系统内各设备动作和这两个系统的之间各设备动作。油漆工艺和输送系统时刻要按照中央控制系统发出的指令所指示的工作方式运动，同时中央控制

26、系统要时刻监视油漆工艺和输送系统的当前运动状态，按照预期制定的目标及时地进行调整和控制，以达到在中央控制系统的控制作用下，使油漆车间生产汽车涂装产品质量得到充分保证，使生产按照预定的生产节拍进行，使整个车间维持一种正常的生产运行。a)油漆工艺控制系统油漆工艺控制系统主要是围绕汽车涂装生产中各部分工艺过程，对其设备按照相应工艺要求进行控制和检测。油漆工艺车间汽车涂装工艺过程主要有预处理、电泳、密封、底漆和面漆等。油漆工艺控制系统要根据每一项工艺过程的具体工艺要求，通过控制装置PLC控制相应工艺设备和环境设备，例如：预处理和电泳工艺过程中的各种浸槽和喷淋设备，密封、底漆和面漆工艺过程中的喷胶或喷漆

27、房设备和烘房设备，及各个工艺过程中控制温度、湿度、压力和风速的环境设备。油漆工艺控制系统主要目的是使各个工艺设备和环境设备按照工艺要求正常运行，以保证汽车涂装质量。b)输送控制系统 输送控制系统主要控制油漆车间的输送链和升降运输系统。它贯穿着油漆车间的汽车涂装生产的全过程，即在输送链和升降机的输送作用下，使轿车白车身以一定的节拍，按照涂装工艺顺序，依次通过汽车涂装各个工艺设备和环境设备，完成相应涂装加工工艺。输送控制系统要通过控制装置PLC，控制分布在整个油漆车间的各段输送链和升降机运行。输送控制系统一方面要完成轿车白车输送、转挂和储存任务，另一方面还要按汽车涂装各部分工艺要求，对输送的车身还

28、必须要在程序的控制下，实现升降、变节距、变速、摆动和倾斜等动作，从而保证油漆车间连续自动化生产。 第二章 PLC基本原理介绍2.1 PLC概况随着微处理器.计算机和数字通信技术的飞速发展，计算机控制已经扩展到几乎所有工业领域。当前用于工业控制的计算机可分为几类，如可编程控制器，基于PC总线的工业控制计算机，基于单片机的测控装置，用于模拟量闭环的可编程调节器，集散控制系统（DCS）和现场总线控制系统（FCS）等。可编程控制器是应用面最广，功能最强大，使用最方便的通用工业控制装置，它已成为当代工业自动化的主要支柱之一。可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在专业环境下应用而设计。它采用可编

29、程存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算.顺序控制.定时.计算和算术运算等操作指令，并通过数字式.模拟式的输出，控制各种类型的机械或生产过程。2.2 PLC的特点（1）可靠性高，适用于工业现场环境原因：PLC在软件和硬件上采取了提高可靠性的一些措施：l)、硬件措施：屏蔽、滤波、电源调整与保护、联锁、模块化结构、环境检测与诊断电路2)、软件措施：自诊断程序、故障检测、信息保护与恢复（2）编程简单，使用方便（3）控制程序可变，具有很好的柔性（4）直接带负载能力强（5）接口简单、维护方便（6）功能完善、便于实现机电一体化（7）通信、网络技术趋于标准化，便于实现计算机网络控制2.3 PLC结构，功能和应

30、用2.3.1 PLC结构主要由CPU模块，输入模块，输出模块和编程器组成。图2.1 PLC控制系统CPU模块主要由微处理器（CPU芯片）和存储器组成。存储器分为系统程序存储器和用户程序存储器，其中系统程序存储器为ROM。I/O模块包括输入模块和输出模块，相应的输入输出电路如图13，14所示。 图22 PLC的输入电路图2.3 PLC的输出电路2.3.2 PLC功能和应用可编程控制器自问世以来发展极为迅速。在工业控制方面正逐步取代传统的继电器控制系统，成为现代工业自动化生产的三大支柱之一。1.顺序逻辑控制这是PLC 最基本、最广泛的应用领域，它正逐步取代传统的继电器顺序控制。2.运动控制PLC

31、和计算机数控 (CNC) 设备集成在一起，可以完成机床的运动控制。3.定时和计数控制定时和计数精度高，设置灵活，且高精度的时钟脉冲可用于准确的实时控制。4.模拟量控制PLC 能完成数模转换或者模数转换，控制大量的物理参数，例如，温度、压力、速度和流量等。5数据处理能完成数据运算，逻辑运算、比较传送及转换等。6.通信和联网PLC 之间、 PLC 和上级计算机之间有很强的通信功能。作为实时控制系统，不仅 PLC 数据通信速率要求高，而且要考虑出现停电、故障时的对策等。2.4 PLC的发展趋势随着计算机技术的发展和市场需求量的增加，PLC的结构和功能有了不断改进，生产厂家不断推出功能更强的新产品。目

32、前，PLC的发展主要有两个趋势：其一是向体积小、速度快、功能强、价格低的微小型方向发展；其二是向大型网络化、高可靠性、兼容性、多功能方向发展。(1)大型网络化网络化和加强通信能力是PLC的一个重要发展趋势。PLC构成的网络将有多个PLC、多个加模块相连，并可与IPC(工业计算机)EPC(嵌入式计算机)、以太网等相连构成整个工厂的自动控制系统。现场总线技术(如PROFIBUS)在工业控制中将会得到越来越广泛地应用。(2)高可靠性一些特定的环境和条件要求自动化系统要有很高的可靠性，因而自诊断技术、冗余技术、容错技术在PLC中都已得到厂泛的应用。(3)多功能为了适应各种特殊功能的需要，各个公司陆续推

33、出了多种智能模块。智能模块是以微处理器为基础的功能部件。它的CPU与PLC的CPU并行工作，占用主机的CPU时间很少，有利于提高PLC扫描速度和完成特殊的控制要求。(4)编程语言向高层次发展PLC编程语言在原有梯形图语言、顺序功能图语言和指令表语言的基础上，不断丰富和向高层次发展。如SIEMENS公司的SIMATIC S7可以使用C、从C+等高级语言进行编程。(5)良好的兼容性PLC产品的优劣除了要看它内在技术优劣外，还需考察它满足国际标准化的程度和水平。标准化一方面保证了产品出厂质量，另一方面也保证了各厂家产品的相互兼容性。第三章：汽车涂装车间的系统设计3.1 基本设计3.1.1 I/O口资

34、源分配表3-1 I/O口资源分配检测点名称地址输出类型喷淋泵M1I0.0AI热水泵M2I0.1AI排风扇M3I0.2AI供风扇M4I0.3AI电泳槽M5I0.4AI加湿泵M6I0.5AI废水循环泵M7I0.6AI刮渣机M8I0.7AI热交换器M9I1.0AI面漆烘房排风扇M10I1.1AI烘房循环风扇M11I1.2AI焚烧炉循环风扇M12I1.3AI浸槽温度I1.4DI备用槽温度I1.5DI烘房风速风压I1.6DI管道防冻温度I1.7DI烘房温度I2.0DI焚烧炉温度I2.1DI烘房内燃烧的煤气压力I2.2DI焚烧炉内燃烧的煤气压力I2.3DI水槽水位上线Q0.0DO水槽水位下线Q0.1DO浸

35、槽液位上线Q0.2DO浸槽液位下线Q0.3DO根据上述对汽车涂装系统工艺过程和对PLC控制系统的要求的分析，可以确定出PLC控制系统所需I/O点数，统计结果如下：数字量输入模块选择（DI）：总共有12个DI点，即各种泵的启动、泵的停止、各种风扇的启动、停止，水槽温度报警、浸槽水温报警等各种报警系统。数字量输出模块选择（DO）：该装置有4个DO点，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。模拟量输入模块选择（AI）：总共有8个AI点，即水槽温度，浸槽温度、焚烧炉及烘房温度、风压，煤气压力等。3.2 硬件设计3.2.1 西门子S7-200简介S7-200 是一种小型的可编程序控制器

36、，适用于各行各业，各种场合中的检测、监测及控制的自动化。S7-200系列的强大功能使其无论在独立运行中，或相连成网络皆能实现复杂控制功能。因此S7-200系列具有极高的性能/价格比。S7-200系列在集散自动化系统中充分发挥其强大功能。使用范围可覆盖从替代继电器的简单控制到更复杂的自动化控制。应用领域极为广泛，覆盖所有与自动检测，自动化控制有关的工业及民用领域，包括各种机床、机械、电力设施、民用设施、环境保护设备等等。如：冲压机床，磨床，印刷机械，橡胶化工机械，中央空调，电梯控制，运动系统。3.2.2 PU的选择集成的24V负载电源：可直接连接到传感器和变送器（执行器），CPU 221，222

37、具有180mA输出， CPU 224，CPU 224XP，CPU 226分别输出280，400mA。可用作负载电源。 不同的设备类型CPU 221226各有2种类型CPU，具有不同的电源电压和控制电压。 本机数字量输入/输出点CPU 221具有6个输入点和4个输出点，CPU 222具有8个输入点和6个输出点，CPU 224具有14个输入点和10个输出点，CPU 224XP具有14个输入点和10个输出点，CPU 226具有24个输入点和16个输出点。 本机模拟量输入/输出点CPU 224XP具有2个输入点，1个输出点。 中断输入允许以极快的速度对过程信号的上升沿作出响应。 高速计数器CPU 22

38、1/222 4个高速计数器（30KHz），可编程并具有复位输入，2个独立的输入端可同时作加、减计数，可连接两个相位差为90的A/B相增量编码器 CPU224/224XP/226 6个高速计数器（30KHz），具有CPU221/222相同的功能。 CPU 222/224/224XP/226 可方便地用数字量和模拟量扩展模块进行扩展。可使用仿真器（选件）对本机输入信号进行仿真，用于调试用户程序。3.3.3各CPU优点 CPU 221 本机集成6输入/4输出共10个数字量I/O点。无I/O扩展能力。6K字节程序和数据存储空间。4个独立的30kHz高速计数器，2路独立的20kHz高速脉冲输出。1个RS

39、485通讯/编程口，具有PPI通讯协议、MPI通讯协议和自由方式通讯能力。非常适合于小点数控制的微型控制器。 CPU 222 本机集成8输入/6输出共14个数字量I/O点。可连接2个扩展模块。6K字节程序和数据存储空间。4个独立的30kHz高速计数器，2路独立的20kHz高速脉冲输出。1个RS485通讯/编程口，具有PPI通讯协议、MPI通讯协议和自由方式通讯能力。非常适合于小点数控制的微型控制器。 CPU 224 本机集成14输入/10输出共24个数字量I/O点。可连接7个扩展模块，最大扩展至168路数字量I/O点或35路模拟量I/O 点。13K字节程序和数据存储空间。6个独立的30kHz高

40、速计数器，2路独立的20kHz高速脉冲输出，具有PID控制器。1个RS485通讯/编程口，具有PPI通讯协议、MPI通讯协议和自由方式通讯能力。I/O端子排可很容易地整体拆卸。是具有较强控制能力的控制器。 CPU 224XP 本机集成14输入/10输出共24个数字量I/O点，2输入/1输出共3个模拟量I/O点，可连接7个扩展模块，最大扩展值至168路数字量I/O点或38路模拟量I/O点。20K字节程序和数据存储空间，6个独立的高速计数器（100KHz），2个100KHz的高速脉冲输出，2个RS485通讯/编程口，具有PPI通讯协议、MPI通讯协议和自由方式通讯能力。本机还新增多种功能，如内置模

41、拟量I/O,位控特性，自整定PID功能，线性斜坡脉冲指令，诊断LED，数据记录及配方功能等。是具有模拟量I/O和强大控制能力的新型CPU。 CPU 226 本机集成24输入/16输出共40个数字量I/O 点。可连接7个扩展模块，最大扩展至248路数字量I/O 点或35路模拟量I/O 点。13K字节程序和数据存储空间。6个独立的30kHz高速计数器，2路独立的20kHz高速脉冲输出，具有PID控制器。2个RS485通讯/编程口，具有PPI通讯协议、MPI通讯协议和自由方式通讯能力。I/O端子排可很容易地整体拆卸。用于较高要求的控制系统，具有更多的输入/输出点，更强的模块扩展能力，更快的运行速度和

42、功能更强的内部集成特殊功能。可完全适应于一些复杂的中小型控制系统。 S7-200系列PLC是西门子公司的产品，另外，国内外还有一些厂家生产与其完全兼容的产品，例如德国VIPA公司，中国上海正航电子科技有限公司等。由于本系统共有PLC数字量输入控制点数(即DI点数)为：12个PLC数字量输出控制点数(即DO点数)为：4个PLC模拟量输入控制点数（即AI点数）为：8个PLC模拟量输出控制点数（即AO点数）为：0个根据涂装车间的控制要求和控制规模，可选用S7-200CPU224型PLC作为控制器。它具有14个输入点和10个输出点。其中所有输入点用24V电源，共用一个公共点(OV点)，无需外部提供工作

43、电源。对继电器输出分别提供4个公共点，每个公共点间相互独立，即提供4个独立的输出通道，对应有隔离要求的输出控制。每台烘干机有一只水分检测器，一只数字显示表。总的输入点为开关量9点。模拟量l点，输出点为开关量6点.可连接7个扩展模块，最大扩展至168路数字量I/O点或35路模拟量I/O点;13K字节程序和数据存储空间;6个独立的30KHz高速计数器，2路独立的20KHz高速脉冲输出，具有PID控制器;1个RS485通讯/编程口，具有PPI通讯协议、MPI通讯协议和自由方式通讯能力;I/O端子排可以很容易地整体拆卸，是具有较强控制能力的控制器。根据I/O地址分配及以上I/O点情况，本系统选用CPU

44、224控制器，其中包括14个输入/10个输出，另外选用2个EM231模块，该模块带有4个模拟量输入点，集成16位转化器，有冷端补偿作用，不再需要外部变送器，一个模块就能完成数据采集及处理。各模块连接方式见图3.2 模块2 EM231模块1 EM231主机CPU224图3.1 各模块连接方式3.3 汽车涂装工艺流程预处理阴极电泳电泳烘干PVC密封中涂色漆闪干罩光清漆面漆烘干气喷枪喷漆第二适金属色漆ESTA涂漆色漆中涂烘干图3.2 汽车涂装工艺流程3.4 STEPT 7软件介绍STEP 7 是用于SIMATIC 可编程逻辑控制器组态和编程的标准软件包。它是SIMATIC 工业软件的组成部分。有下列

45、版本的STEP 7 标准软件包：用于SIMATIC S7-200 上简单单站应用的STEP 7 Micro/DOS 和STEP 7Micro/WIN。用于使用带有各种功能的SIMATIC S7-300/ST-400、SIMATICM7-300/M7-400和SIMATIC C 7的STEP 7。3.4.1 STEP 7 标准软件包介绍标准软件包的功能STEP 7 标准软件包提供一系列的应用程序（工具）：标准软件包符号编辑器NETPRO通讯组态硬件组态硬件诊断SIMATIC管理器编程语言LAD FBD STL图3.3 STEP 7 标准软件包功能图SIMATIC 管理器SIMATIC Manag

46、er（SIMATIC 管理器）可以管理一个自动化项目的所有数据，无论是为哪个可编程控制系统（S7/M7/C7）设计的。编辑所选数据所需要的工具由SIMATIC Manager 自行启动。符号编辑器使用Symbol Editor（符号编辑器），可以管理所有的共享符号。具有以下功能：为过程信号（输入/输出）、位存储和块设定符号名和注释分类功能。从/向其它的Windows程序导入/导出。使用这个工具生成的符号表可供其它所有工具使用。因而，对一个符号特性的任何变化都能自动被其它工具识别。诊断硬件这个功能可以向你提供可编程控制器的状态概况。这个概况中可以显示符号，指示每个模板是否正常或有故障。双击故障模

47、板，可以显示有关故障的详细信息。信息的范围视各个模板而定。显示关于模板的一般信息（例如，定货号、版本、名称）以及模板状态（例如故障），显示中央I/O和分布式从站的模板信息（例如，通道故障），显示来自诊断缓存区的报文。对于CPU，还可显示以下附加信息：用户程序处理过程中的故障原因，显示循环时间（最长的、最短的和最近一次的），MPI的通讯可能性及负载，显示性能数据（可能的输入/输出、位存储、计数器、定时器和块的数量）编程语言用于S7-300 和S7-400 的编程语言梯形逻辑图（Ladder Logic）、语句表（StatementList）和功能块图（Function Block Diagram

48、）都集成在一个标准软件包中。梯形逻辑图（或LAD）是STEP 7编程语言的图形表达方式。它的指令语法与一个继电器的梯形逻辑图相似：当电信号通过各个触点、复合元件以及输出线圈时，使用梯形图，可以追踪电信号在电源示意线之间的流动。语句表（或STL）是STEP 7编程语言的文本表达方式，与机器码相似。如果一个程序是用语句表编写的，CPU执行程序时则按每一条指令一步一步地执行。为使编程更容易，语句表已进行扩展，还包括一些高层语言结构（例如，结构数据的访问和块参数）。功能块图（FBD）是STEP 7编程语言的图形表达方式，使用与布尔代数相类似的逻辑框来表达逻辑。复合功能（如数学功能）可用逻辑框相连直接表

49、达。其它编程语言作为可选软件包使用。Net Pro（网络组态）通过MPI，可以实现使用Net Pro 时间驱动的循环数据传送，只要你在这里：选择通讯的站在表中输入数据源和数据目标；自动生成要下载的所有块（SDB），并且自动完整地下载到所有的CPU中。事件驱动的数据传送也是可以实现的，只要你在这里：设置通讯连接。从集成的块库中选择通讯或功能块。以你选择的编程语言为所选的通讯或功能块赋值参数。3.4.2 使用STEP 7 的基本步骤设计自动化任务解决方案生成一个项目硬件组态生成一个程序硬件组态生成一个程序传送程序到CPU并进行调试图3.4 STEP 7使用的步骤图如上图所示，你有两个可选步骤：如果

50、要创建一个使用许多输入和输出的综合程序，建议先做硬件配置。这样做的优点在于STEP 7 在硬件配置编辑器中会显示可能的地址。如果选择第二个选项，那么只能根据所选组件来自行确定每个地址，而不能通过STEP 7调用这些地址。在硬件配置中，您不仅可以定义地址，还可以改变模块的参数和属性。例如，如果要操作多个CPU，则必须区分各个CPU 的MPI 地址。以喷淋泵为例，实现对喷淋泵的起停控制图3.5 喷淋泵起停控制以备用槽温度为例，通过量化过程实现对备用槽温度控制图3.6 备用槽温度控制3.5调试仿真程序的调试视用户程序的执行时，可选择单次或多次扫描。应先将PLC的工作方式设为“STOP”，使用“调试（

51、Debug）”菜单中的“多次扫描（Multiple Scans）”或“初次扫描（Fist Scans）”命令。在选择多次扫描时，要指定扫描的次数。用状态图监控程序：STEP7-Micro/WIN32编程软件可以使用状态图来监视用户程序的执行情况，并可对编程元件进行强制操作。1、使用状态图 在引导条窗口中单击“状态图（Status Chart）”图标，或使用“调试（Debug）”菜单中的“状态图（Status Chart）”命令就可打开状态图窗口，如图3.3所示。在状态图的“地址（Address）”栏中键入要监控的编程元件的直接地址（或用符号表中的符号名称），在“格式（Format）”栏中显示编

52、程元件的数据类型，在“当前数值（Current Value）”栏中可读出编程元件的状态和当前值。图3.7 “状态图”窗口工具条中状态图的编辑工具有顺序排序（Sort Ascending）、逆序排序（Sort Descending）、单次读取（Single Read）、全部写（Write All）、强制（Force）、解除强制（Unfore）、解除所有强制（Unfore All）以及读所有强制（Read All Forced）等。2、强制操作 强制操作是指对状态图中的变量进行强制性地赋值。S7-200允许对所有的I/O位以及模拟量I/O（AI/AQ）强制赋值，还可强制改变最多16个V或M的数据，

53、其变量类型可以是字节、字或双字。强制。若要强制一个新值，可在状态图的“新数值（New Value）”栏中输入新值，然后单击工具条中的“强制（Force）”按钮。如果要强制一个已经存在的值，可以单击状态图中“当前数值（Current Value）”栏，然后点击“强制（Force）”按钮。读所有强制。打开状态图，单击工具条中的“读所有强制（Read All Forced）”按钮，则状态图中所有被强制的单元格会显示强制符号。解除强制。在当前值栏中单击要取消强制的操作数，然后点击工具条中的“解除强制（Unfore）”按钮。解除所有强制。打开状态图，单击工具条中的“解除所有强制（Unfore All）”

54、按钮。运行模式下编辑程序：在运行模式下，可以对用户程序作少量修改，修改后的程序一旦下载将立即影响系统的运行。可进行这种操作的PLC有CPU224和CPU226两种。操作如下。1、在运行模式下，选择“调试（Debug）”菜单中“在运行状态编辑程序（Program Edit in RUN）”命令。运行模式下只能对主机中的程序进行编辑，当主机中的程序与编程软件中的程序不同时，系统会提示用户存盘。2、屏幕弹出警告信息，单击“继续（Continue）”按钮，PLC主机中的程序将被上载到编程窗口，此时可在运行模式下编辑程序。3、程序编译成功后，可用“文件（File）”菜单中的“下载（Download）”命

55、令，或单击工具条中的“下载（Download）”按钮将程序下载到PLC主机。4、退出运行模式编辑。使用“调试（Debug）”菜单中“在运行状态编辑程序（Program Edit in RUN）”命令，然后根据需要选择“选项（Checkmark）”中的内容程序监控：STEP7-Micro/WIN32提供的三种程序编辑器（梯形图、语句表及功能表图）都可以在PLC运行时监视各个编程元件的状态和各个操作数的数值。这里只介绍在梯形图编辑器中监视程序的运行状态，如图A-15所示，梯形图编辑器窗口中被点亮的元件表示处于接通状态。程序监控的实现，可用“工具（Tools）”菜单中的“选项（Options）”命令

56、打开选项对话框，选择“LAD状态（LAD status）”项，然后再选择一种梯形图样式，在打开梯形图窗口后，单击工具条中“程序状态（Program status）”按钮。梯形图的显示样式有3种：指令内部显示地址和外部显示数据值；指令外部既显示地址又显示数据值；只显示数据值21。第四章 结束语4.1全文小结通过为期接近2个月的设计和实验，使我学到了很多实际的东西 ，把理论和实践很好的联系起来。本论文主要针对汽车涂装车间对PLC控制系统的工艺要求，经过认真的研究，分析，对工艺控制系统做了深入的学习，主要完成了一下几个方面的内容：根据汽车涂装控制系统的工艺流程，了解了汽车涂装生产线流程后进一步的通过

57、I/O点的选取确定硬件型号。在选好好硬件基础上实现控制工艺的要求编写控制程序并进行调试仿真。4.2设计不足由于时间的仓促和作者水平的有限，该实验系统复杂，所以只介绍了整体的控制步骤，还有很多详细地方没有涉及，希望在以后工作中可以补充。硬件方面，因本课题所选用的IO点数较少，所以只是简单地应用了CPU224，更多的技术上的问题，没有深入研究。 软件编程方面，研究的不够深入，大部分只是涉及表面知识，并未真正深入，这是很大的不足之处。参考文献1 程周可编程序控制器原理与应用 北京：高等教育出版社， 2003年2 王永华现代电气控制及PLC 应用技术. 北京：北京航空航天大学出版社，20003 周美兰

58、，周封，忘岳宇PLC电气控制与组态设计北京：科学出版社，20034 吴建强，姜三勇可编程控制器原理及应用哈尔滨工业大学出版社，20005.SIMATIC STEP7编程手册 Siemens（中国）公司6.SIMATIC STEP7用户手册 Siemens（中国）公司7 王兆义可编程序控制器教程北京：机械工业出版社，20018 廖常初S7-200 PLC 基础教程北京：机械工业出版社，20069 吴作明工控组态软件与PLC应用技术M，北京：北京航空航天大学出版社，2007致 谢本论文是在陈斌老师悉心教导下完成的。导师渊博的专业知识，严谨的治学态度，精益求精的工作作风，诲人不倦的高尚师德，严以律己、宽以待人的崇高风范，朴实无华、平易近人的人格魅力对我影响深远。不仅使我树立了远大的学术目标、掌握了基本的研究方法，还使我明白了许多待人接物与为人处世的道理。本论文从选题到完成，每一步都是在导师的指导下完成的，倾注了导师大量的心血。在此，谨向导师表示崇高的敬意和衷心的感谢！ 本论文的顺利完成，离不开各位老师、同学和朋友的关心和帮助。尤其是刘强同学给予了全程的协助工作，在此向刘强同学表示由衷的感谢。