西門子S7-1200PLC在銅、鎳電鍍自動(dòng)生產(chǎn)線中應(yīng)用

洪云飛

（西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院 電子工程學(xué)院，陜西 西安710089）

西門子S7-1200PLC在銅、鎳電鍍自動(dòng)生產(chǎn)線中應(yīng)用

洪云飛

（西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院 電子工程學(xué)院，陜西 西安710089）

針對(duì)某電鍍廠高腐蝕性、自動(dòng)化程度低、維修不方便性等特點(diǎn)以及產(chǎn)品業(yè)務(wù)對(duì)銅、鎳電鍍工藝的要求，文中設(shè)計(jì)了以西門子觸摸屏和S7-1200系列PLC為硬件核心的控制系統(tǒng)，開發(fā)設(shè)計(jì)了銅、鎳自動(dòng)化電鍍相關(guān)界面，實(shí)現(xiàn)了對(duì)電鍍生產(chǎn)線的系統(tǒng)控制。應(yīng)用結(jié)果表明：該系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)顯示和操作功能，能夠?qū)崿F(xiàn)電鍍工藝流程再現(xiàn)，并能實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的遠(yuǎn)程操作控制，提高了電鍍生產(chǎn)線的自動(dòng)化程度，生產(chǎn)效率，減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度。

電鍍；S7-1200；PLC；觸摸屏

電鍍行業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)中不可缺少的環(huán)節(jié)，涉及機(jī)械制造、石油化工等輕工業(yè)領(lǐng)域[1]、國(guó)防、生活領(lǐng)域。通過電鍍，可以達(dá)到工件防腐、美觀、延長(zhǎng)壽命、外觀裝飾等效果。對(duì)于一條工業(yè)電鍍生產(chǎn)線而言，往往具有工位多、生產(chǎn)復(fù)雜、化學(xué)污染和腐蝕性強(qiáng)等特點(diǎn)。伴隨社會(huì)的發(fā)展，自動(dòng)化技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)等日新月異，傳統(tǒng)的電鍍方法已不能滿足社會(huì)的需要，電鍍生產(chǎn)線[2]的自動(dòng)化程度已經(jīng)成為必須。電鍍自動(dòng)線是按一定的電鍍工藝過程要求，將有關(guān)鍍槽、鍍件提升運(yùn)轉(zhuǎn)裝置、電氣控制裝置、電源設(shè)備、過濾設(shè)備、檢測(cè)儀器、加熱與冷卻裝置、滾筒驅(qū)動(dòng)裝置、空氣攪拌設(shè)備及線上污染控制設(shè)施等組合為一體的總稱。與手工操作的電鍍生產(chǎn)線相比，可以大幅度提高產(chǎn)量，穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，簡(jiǎn)化生產(chǎn)管理，縮小占地面積，改善車間環(huán)境，減少有害氣體，減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，維修方便，有著非常好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。本論文闡述的就是利用PLC和組態(tài)軟件實(shí)現(xiàn)某廠中銅、鎳電鍍生產(chǎn)線的自動(dòng)控制。

1 銅鎳電鍍工藝簡(jiǎn)介

某電鍍廠業(yè)務(wù)產(chǎn)品主要集中在銅鎳[3]方面，需要經(jīng)過5個(gè)過程，即分別通過電解去油槽、水洗槽、酸洗槽、水洗槽和電鍍槽。電鍍生產(chǎn)線設(shè)計(jì)，如表1所示。

2 系統(tǒng)功能分析和控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)的功能分析

通過對(duì)電鍍廠工藝要求，系統(tǒng)功能分析如下：

1）操作控制：主要對(duì)系統(tǒng)中4#～9#鎳槽進(jìn)行溫控，對(duì)#11清潔劑槽進(jìn)行溫控，對(duì)＃14微蝕槽實(shí)施溫控，對(duì)#21～26銅槽溫控；

2）整流機(jī)控制，提供各電鍍槽的電流、電壓監(jiān)視，以及控制方式選擇；

3）泵的控制：4#～9#鎳槽過濾泵，#11清潔劑槽過濾泵，＃14微蝕槽過濾泵，#21～26銅槽過濾泵；

4）空氣攪拌開關(guān)；

5）緊急停止功能，若遇上緊急情況需要即時(shí)把設(shè)備停下來，操作員可以按控制面板上的急停按鈕或拉動(dòng)安裝于走道平臺(tái)邊上的紅繩或吊車停止/手動(dòng)按鈕開關(guān)來把設(shè)備剎停。待處理完緊急事故后，操作員可按固定步驟重新啟動(dòng)設(shè)備；

6）暫停及恢復(fù)運(yùn)作若由于任何原因需要暫時(shí)把生產(chǎn)程序停下來，操作員可以把設(shè)備由自動(dòng)運(yùn)行轉(zhuǎn)為手動(dòng)狀態(tài)，待事件處理完成后再繼續(xù)生產(chǎn)程序；

7）系統(tǒng)操作摸式轉(zhuǎn)換；

8）實(shí)時(shí)進(jìn)行系統(tǒng)中吊車的工作狀態(tài)、參數(shù)設(shè)定、同位槽選定、顯示生產(chǎn)線的故障資訊、正在執(zhí)行中的工藝程序及程序步、各段工藝流程運(yùn)行時(shí)間的顯示。

表1 電鍍生產(chǎn)工序

2.2 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

根據(jù)鍍鋅自動(dòng)線控制系統(tǒng)[4]的要求和工藝的分析，采用集散控制方法，控制系統(tǒng)框架如圖1所示，應(yīng)用以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程通信和資源共享，利用功能強(qiáng)大、性能較為優(yōu)越的西門子S7-1200PLC[5]作為控制核心，觸摸屏作為上位機(jī)進(jìn)行監(jiān)控。

為了使設(shè)計(jì)清晰，將整個(gè)控制系統(tǒng)可分為4個(gè)部分，分別為：行車控制系統(tǒng)，電鍍溫度控制系統(tǒng)，輔助設(shè)備控制系統(tǒng)，監(jiān)控系統(tǒng)。然而監(jiān)控系統(tǒng)可集中控制其余3個(gè)部分，監(jiān)控系統(tǒng)主要通過人機(jī)界面來實(shí)現(xiàn)。由于本系統(tǒng)檢測(cè)及控制用點(diǎn)數(shù)較多，需擴(kuò)展兩個(gè)以上信號(hào)模塊，只能采用CPU1214C。其內(nèi)置一個(gè)以太網(wǎng)接口，可方便的下載程序，且支持與上位機(jī)連接，為日后連接到管理操作室做好準(zhǔn)備。

系統(tǒng)具體硬件配置如表2所示。按照其工藝要求和規(guī)模，一般設(shè)計(jì)由行車的運(yùn)動(dòng)來控制。將控制下放到現(xiàn)場(chǎng)完成，實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)控制功能并保證了控制的可靠性。

1）溫度控制系統(tǒng)

圖1 電鍍生產(chǎn)線自動(dòng)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

表2 控制系統(tǒng)主要設(shè)備配置表

該系統(tǒng)由溫控儀、溫度傳感器、加熱管以及繼電器組成。當(dāng)溫度傳感器所測(cè)槽液溫度低于溫控儀設(shè)定溫度時(shí)，溫控儀輸出信號(hào)，驅(qū)動(dòng)繼電器，加熱管繼續(xù)加熱；當(dāng)所測(cè)槽液溫度高于設(shè)定溫度時(shí)，溫控儀停止輸出，加熱管停止加熱。

2）吊車控制系統(tǒng)

在電鍍自動(dòng)線上，吊車的控制系統(tǒng)是電鍍的自動(dòng)控制的核心部分。為了使吊車能準(zhǔn)確定位，就需要對(duì)吊車的速度進(jìn)行控制。本系統(tǒng)選用了低噪音、性價(jià)比較高的西門子G120型變頻器，吊車行走電機(jī)的啟動(dòng)、停止和轉(zhuǎn)速主要由PLC通過PROFINET總線向變頻器寫入相應(yīng)的控制字來實(shí)現(xiàn)，此時(shí)需對(duì)變頻器的P0700和P1000等參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，其中，命令源選擇參數(shù)P0700設(shè)置為6，頻率設(shè)定值選擇參數(shù)P1000設(shè)置為6，變頻器控制字為47 F，C7F，47E，分別通過QW200和QW204控制兩臺(tái)吊車行走電機(jī)的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)和停止，頻率數(shù)據(jù)通過QW202和QW206控制兩臺(tái)吊車行走電機(jī)的轉(zhuǎn)速。

3）輔助設(shè)備控制系統(tǒng)

在輔助設(shè)備控制里，主要包括對(duì)噴淋，風(fēng)機(jī)和整流器這些重要輔助設(shè)備進(jìn)行控制。其中噴淋作用是對(duì)工件表面進(jìn)行清洗，以保證工件表面的清潔。當(dāng)?shù)踯嚢垂に囈蟮竭_(dá)水洗槽后水洗完畢，工件被提起時(shí)，由PLC控制的電磁閥立即被打開，定時(shí)沖洗工件后自動(dòng)關(guān)閉電磁閥。

風(fēng)機(jī)主要起排氣的作用，由于鍍液會(huì)揮發(fā)，如彌漫在車間內(nèi)，對(duì)工作人員的身體有害，因此要不斷排除有害氣體，凈化工作環(huán)境。

由電鍍?cè)砜芍婂冸娫幢仨毷侵绷麟娫椿蛎}沖電源，故整流器的作用就是把工業(yè)用的交流電變?yōu)橹绷鳎员阍陔婂兝锸褂谩８黝愬儾蹖?duì)電源的要求也不盡相同，電鍍時(shí)電流、電壓應(yīng)控制在一定的誤差范圍內(nèi)。本系統(tǒng)由PLC實(shí)現(xiàn)對(duì)整流機(jī)進(jìn)行本地控制和遠(yuǎn)端控制機(jī)及其轉(zhuǎn)換，為實(shí)際生產(chǎn)帶來了便利。由于整流器，風(fēng)機(jī)，噴淋現(xiàn)場(chǎng)控制的不方便，為此使用了觸摸屏對(duì)其設(shè)備的開關(guān)進(jìn)行控制。

4）監(jiān)控系統(tǒng)

監(jiān)控系統(tǒng)主要通過人機(jī)界面來實(shí)現(xiàn)。當(dāng)啟動(dòng)計(jì)算機(jī)時(shí)，會(huì)出現(xiàn)控制軟件歡迎界面，點(diǎn)擊進(jìn)入按鈕，即進(jìn)入電鍍生產(chǎn)管理畫面。通過此人機(jī)界面，操作員能夠?qū)ιa(chǎn)過程做出即時(shí)監(jiān)控及處理。

3 軟件開發(fā)

系統(tǒng)軟件開發(fā)包括控制程序和上位系統(tǒng)監(jiān)控界面開發(fā)，其中控制程序編程軟件采用STEP7BasicV10.5，上位監(jiān)控系統(tǒng)選用WinCCflexible2008軟件[6]。

3.1 控制程序設(shè)計(jì)

通過分析系統(tǒng)電鍍工藝控制的過程，PLC用戶程序[7-9]的開發(fā)采用面向過程和模塊化[10]的設(shè)計(jì)思想，用戶程序流程如圖2所示。系統(tǒng)上電后設(shè)置所有設(shè)備停止工作和使設(shè)備回到原位的控制，同時(shí)也調(diào)用了手動(dòng)子程序、故障處理子程序（各槽位溫度、水位和槽液濃度的檢測(cè)，吊車行走和升降超行程檢測(cè)及報(bào)警保護(hù)，吊車防撞檢測(cè)及報(bào)警保護(hù)，電機(jī)過熱檢測(cè)及報(bào)警保護(hù)，急停檢測(cè)及報(bào)警保護(hù)等）、電鍍生產(chǎn)自動(dòng)控制子程序等。電鍍生產(chǎn)線的自動(dòng)工作狀態(tài)流程圖如圖3所示。

3.2 上位機(jī)系統(tǒng)界面

根據(jù)本系統(tǒng)生產(chǎn)過程的工藝流程、工藝參數(shù)和監(jiān)控要求，選用了西門子觸摸屏[11]KTP1000PN，設(shè)計(jì)開發(fā)了上位機(jī)系統(tǒng)界面[12-13]，如圖4所示，主要包括：系統(tǒng)首頁(yè)、主菜單畫面、槽位監(jiān)控畫面、吊車監(jiān)控界面、同槽位監(jiān)控畫面、料號(hào)設(shè)定界面、故障界面、運(yùn)行參數(shù)設(shè)置畫面等。

圖2 電鍍生產(chǎn)控制流程圖

圖3 電鍍生產(chǎn)線的自動(dòng)工作狀態(tài)流程圖

圖4 監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

1）主菜單畫面

當(dāng)設(shè)備的主電源開啟后，顯示屏便會(huì)即時(shí)啟動(dòng)并執(zhí)行自我檢查程序。如果一切正常，屏幕上便會(huì)出現(xiàn)如圖的主畫面。本畫面主要顯示所有監(jiān)控項(xiàng)目的菜單，屏幕畫面顯示如圖5所示：用手觸摸所要監(jiān)控項(xiàng)目的菜單選項(xiàng)，人機(jī)顯示畫面會(huì)切換到相應(yīng)畫面，用手觸摸跳頁(yè)按鈕，人機(jī)顯示畫面會(huì)切換到主畫面或吊車動(dòng)作畫面。

圖5 電鍍自動(dòng)化生產(chǎn)線主界面

2）吊車監(jiān)控界面

吊車是電鍍生產(chǎn)線上的關(guān)鍵設(shè)備，電鍍生產(chǎn)線上通常通過吊車來回傳遞工件，為了及時(shí)掌握吊車狀況，系統(tǒng)開發(fā)了吊車監(jiān)控界面，如圖6所示，吊車的自動(dòng)控制通過PLC與生產(chǎn)線上各感應(yīng)裝置配合實(shí)現(xiàn)，吊車的測(cè)試主要通過吊車旁的手動(dòng)按鈕或界面中的手動(dòng)操作按鈕實(shí)現(xiàn)。

圖6 吊車監(jiān)控界面

3）流程選擇界面

為了顯示流程選擇狀況，提供流程相關(guān)信息，系統(tǒng)開發(fā)了流程選擇界面，如圖7所示，按畫面指示操作即可實(shí)現(xiàn)工藝程序的更改。

4）故障界面

生產(chǎn)線故障代碼及對(duì)應(yīng)故障資訊對(duì)于生產(chǎn)過程具有指導(dǎo)性意義，為了及時(shí)了解生產(chǎn)線設(shè)備的故障情況，及時(shí)、準(zhǔn)確、順利地解決這些故障，系統(tǒng)開發(fā)了故障界面，如圖8所示。由于顯示屏的限制不可能將整個(gè)故障資訊都顯示在同一畫面上，因此生產(chǎn)線上的主要故障資訊的資料分別置于15個(gè)畫面內(nèi)，利用設(shè)置于畫面左、右下角的跳頁(yè)按鈕,操作員可以來回于各個(gè)畫面之間，并獲得所需要的故障資訊。

圖7 流程選擇界面

4 S7-1200PLC與觸摸屏的通訊

S7-1200PLC與觸摸屏通信采用IP協(xié)議，通過電纜連接二者的以太網(wǎng)[14]接口。為了實(shí)現(xiàn)通信，需要在STEP7 Basic中組態(tài)分別從PLC和觸摸屏兩方面進(jìn)行通訊組態(tài)。具體需要設(shè)置子網(wǎng)掩碼和IP[15]地址和，其中PLC和觸摸屏方面的子網(wǎng)掩碼均為為：255.255.255.0，PLC和觸摸屏 IP地址分別為：192.168.0.1和 192.168.0.2。

圖8 故障界面

5 結(jié)束語(yǔ)

以S7-1200PLC為核心的電鍍生產(chǎn)線實(shí)現(xiàn)了全自動(dòng)控制，觸摸屏顯示實(shí)現(xiàn)了鍍件電鍍程序自動(dòng)化生產(chǎn)過程的全線集中監(jiān)控，通過對(duì)工藝參數(shù)、用水、用氣、廢水排放量、廢氣排放量等環(huán)節(jié)加以嚴(yán)格、合理的控制，實(shí)現(xiàn)了電鍍生產(chǎn)線的清潔生產(chǎn)、節(jié)能減排、低碳、環(huán)保的目的。該系統(tǒng)自投入使用以來，系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠、安全，電鍍生產(chǎn)的效率高，深得用戶的好評(píng)。

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Application of the cleaning equipment control system based on the S7-1200 PLC

HONG Yun-fei
（College of Electronic Engineering，Xi'an Aeronautical Polytechnic Institute，Xi'an 710089，China）

According to a electroplating factory's the present situation of high corrosion resistance，low degree of automation，maintenance convenience，etc，and product business demand for copper，nickel plating process，this paper，taking Siemens touch screen&S7-1200 series PLC as the core of control system hardware，has designed some relevant interface of copper，nickel plating，realized with electroplating production line control system.Application results show that the system has some functions of real-time dynamic display and operation function，can realize electroplating process，and can realize remote operation control of field devices，improves the automation degree of electroplating production line and the production efficiency，reduces the labor intensity.

electroplating；S7-1200；PLC；touching screen

TN081

A

1674－6236（2017）17-0152-05

2016-08-16稿件編號(hào)：201608117

洪云飛（1982—），男，湖北天門人，碩士研究生，講師。研究方向：多媒體信息處理與通信技術(shù)。