1、基于S7-200PLC的 锌锅加锭控制系统设计Design of zinc pot ingot feedingcontrol system based on S7 - 200 PLC摘要随着我国重工业行业的迅速发展，生产自动化程度也越来越高，在生产运输方面更加追求便捷、效率。随着PLC的引入，使得机械控制变得简单方便、智能可靠。本次课题主要是关于利用西门子S7-200小型PLC控制的锌锅加锭系统的设计，该系统主要是由电动葫芦起重机控制系统控制的。该论文首先介绍了电动葫芦的基本结构、工作原理和国内外的发展近况，然后介绍了西门子S7-200小型PLC的基本结构、工作原理和特点，其次是介绍了基于西门
2、子S7-200PLC的锌锅加锭系统的结构和工作原理，随后介绍该系统的流程图、电动葫芦的硬件电路图、I/O地址分配以及PLC控制的程序设计和利用STEP7-Nicro/WIN编程软件进行程序调试，最后是关于组态王软件的介绍、组态王界面的设计和组态王仿真调试。关键词：西门子S7-200PLC、电动葫芦、STEP7-Micro/WIN编程软件、组态王AbstractWith the rapid development of heavy industry in China,the degree of automation in production is also getting higher and
3、 higher,more convenient and efficient in the production and transportation.With the introduction of PLC,it makes the mechanical control simple and convenient, intelligent and reliable.This subject is mainly about the design of the SIEMENS S7-200 small PLC control zinc pot ingot system,the system is
4、mainly controlled by the control system of the electric hoist crane.This paper first introduces the basic structure, working principle and recent development of electric hoist at home and abroad.Then the basic structure, working principle and characteristics of the SIEMENS S7-200 small PLC are intro
5、duced.Secondly, the structure and working principle of the zinc pot ingot system based on SIEMENS S7-200PLC is introduced. Then the flow chart of the system, the hardware circuit diagram of the electric hoist, the I/O address assignment, the PLC control program design, and the STEP7-Nicro/WIN progra
6、mming software to debug the program are introduced.Finally, it is about the introduction of the King-view software, the design of the King-view interface and the simulation debugging of the King-view.Keywords:SIEMENS S7-200PLC,Electric hoist,STEP7-Nicro/WIN,King-view绪 论本课题设计的目的和意义随着我国经济的发展和科学技术的进步，自
7、动化的应用越来越广泛，并逐渐发展成现代社会生产装配主流。在生产实践中，流水线作业成为了保障生产效率的一大决定性因素，在轻工业方面，一般可以用传送带来完成物资和产品的运输，但就重工业方面来说，利用传送带来生产、搬运大批量的物资不太实用。为了提高劳动效率，改善劳动条件，轻型起重设备电动葫芦起重机用途广泛，深受欢迎。它被广泛应用于工厂、矿山、港口、仓库等场所的搬运、起吊和装卸。由于现有的轻型电动葫芦起重机大多手动控制容易造成人员伤亡事故。该课题主要是关于锌锅加锭控制系统基于西门子S7-200PLC控制的设计。通过对电动葫芦起重机和锌锅液位的控制、设计及PLC控制系统的原理分析、系统设计和组态监控系统
8、的设计等一系列步骤，了解机器控制系统的设计思路，并熟悉和掌握电路设计和软件设计的方法。本次课题设计通过对电动葫芦起重机的PLC控制和锌锅液位的控制来实现控制锌锅加锭的操作过程，改善现有的人工操作方式，提高锌锅加锭系统的工作效率来满足现场生产的需求，同时来防止利用操作过程中危险事故的发生，避免人员伤亡。 本课题设计的内容本文根据课题要求设计了一个基于西门子S7-200小型PLC控制的锌锅加锭系统。本文的主要内容如下：(1) 查阅大量相关文献，介绍课题的背景和意义等相关方面；(2) 介绍电动葫芦起重机的基本结构、工作原理和国内外发展；(3) 介绍西门子S7-200小型PLC的结构、工作原理和特点；
9、(4) 介绍本次课题设计中用到的STEP7-Micro/WIN编程软件、S7-200仿真软件、组态王。(5) 介绍锌锅加锭系统的基本结构、工作原理；(6) 由总体设计结构图确定I/O地址分配表、系统流程图、电动葫芦控制的硬件电路；(7) 编写控制程序，利用STEP7-Micro/WIN编程软件对程序进行调试，修改完善程序；(8) 用组态王设计登陆界面、操作界面、报警界面、实时画面界面；(9) 本次设计所得出的结论以及对本次毕业设计要感谢的人的致谢。1. 电动葫芦起重机的简介1.1 电动葫芦起重机的基本结构电动葫芦又叫做电动提升机，是一种轻小型起重装备，广泛应用于重物的提升、下降平移搬运，是可以
10、减轻劳动强度，提高生产效率，改善劳动条件的必备机械。电动葫芦起重机具有自重轻、构造紧凑、体积小、维修方便、经久耐用等特点。其主要构造是减速器、起升机、断火器、电缆滑线、卷筒装置、吊钩装置、联轴器、软缆电流引入器等集动力与制动力于一体。该设备的执行机构主要是由提升机构和水平移动装置构成。提升电动机通过减速箱拖动钢丝卷筒，电动机正转或反转来拖动卷筒可以使吊在钢丝绳上的吊钩上升或下降来实现提升和下放对象。水平移动装置由电动机、减速箱、导轮、“工”字梁等组成。平移电动葫芦可以在上字梁上来回移动，用机械撞块限制左右两个方向的移动行程。 1.2 电动葫芦起重机国内外发展概况以葫芦为起升机构的电动单梁悬挂起
11、重机，国内仍以天津起重设备厂为最早仿造原苏联40年代单梁起重机，并进行了系列生产，做为我国第一代单梁悬挂起重机，直至1987年才被淘汰停产。1963年开始，由天津起重设备厂设计生产了防爆型电动葫芦，并相继出现了防爆电动单梁和悬挂起重机系列产品。在此之后，1977年定型为LD型电动单梁起重机和LX型单梁悬挂起重机成为我国第2代电动单梁起重机和悬挂起重机产品，一直生产至今仍为我国国内主导产品。国外电动葫芦起重机是由芬兰KDNE公司、日本MEIDEN公司、德国SWF公司在2000年到2001年才改进的，主要配置有：拄鼠笼型圆柱电机、斜齿硬齿面齿轮、钢管卷2000焦并联结构、电机置于卷筒内部筒、杆式框
12、架组装式外壳、平面盘式制动器、平2000焦衡重式侧挂运行小车、水平轮导向。1.3 电动葫芦起重机的工作原理电动机通电旋转驱动减速器高速轴转动时，并将驱动力矩通过齿轮传递至减速器最后一级大齿轮，齿轮在通过花键与空心轴相连接，空心轴又通过花键与卷筒相连接，为此通过减速传动的力矩使卷筒旋转，再使钢丝绳缠绕或脱开卷筒而使吊钩和吊载起升或者下降，来完成起升机构的功能。2. 西门子S7-200小型PLC简介西门子S7-200小型PLC具有极高的可靠性、丰富的指令集和内置的集成功能，强大的通信能力以及品种丰富的扩展模块。可以单机运行用于代替继电器控制系统，也可以用于复杂的自动化控制系统。由于它具有极强的通信
13、功能，在网络控制系统中也能发挥其作用。S7-200PLC以其极高的性能比在国内占有很大的市场份额。2.1 西门子S7-200小型PLC的基本结构PLC主要由CPU模块、输入模块、输出模块和编程软件组成。其控制系统示意图如图2-1所示。图2-1 PLC控制系统示意图2.1.1 CPU模块西门子S7-200PLC有6种CPU模块，它们分别是CPU221、CPU222、CPU224、CPU224XP/CPU224XPsi、CPU226。其CPU模块的外形图如图2-2所示。图2-2 S7-200CPU模块外形图 CPU221无扩展功能，适于做小数点的微型控制器；CPU222有扩展功能，CPU224具有
14、极强控制功能的控制器；CPU224XP集成有2路模拟量输入，1路模拟量输出，有2个RS-485通信端口；CPU226适用于复杂的中小型控制系统，可扩展到256点数字量和44路模拟量，有两个RS-485通信端口。2.1.2输入和输出模块输入和输出模块简称为I/O模块，输入模块用来采集输入信号，开关量输入模块用来接收从按钮、选择开关、数字拨码开关、限位开关、接近开关、光电开关、压力继电器等提供的开关量输入信号；模拟量输入模块用来接收电位器、测速发电机和各种变送器提供的连续变化的模拟量电源、电压信号。开关量输出模块用来控制接触器、电磁阀、电磁铁、指示灯、数字显示装置和报警装置等输出设备，模拟量输出模
15、块用来控制电动调节阀、变频器等执行器。2.1.3编程软件使用S7-200编程软件STEP 7-Micro/WIN，可以在计算机屏幕上直接生成和编辑梯形图或指令程序，程序被编译后下载到PLC。可以将PLC中的程序上载到计算机中，还可以用STEP 7-Micro/WIN监控PLC。2.2西门子S7-200小型PLC的特点(1) 功能强S7-200有6种CPU模块，最多可扩展到7个扩展模块，扩展到256点数字量I/O或者45路模拟量I/O，最多有24KB程序的储存空间和10KB用户数据存储空间。(2) 灵活方便的存储器结构S7-200的输入（I）、输出（Q）、位存储器（M）、顺序控制继电器（S）、变量存储器（V）和局部变量（L）均可以按位（bit）、字节和双字读写。(3) 强大的通信功能通过不同的通信模块，S7-200可以连接到以太网、互联网和现场总线PROFIBUS -DP、AS-i，可以使用S7协议、USS协议和TCP/IP。通过Modem模块EM 241,可以使用模拟电话实现与远程设备的通信。2.3西门子S7-200小型PLC的工作原理PLC通电后，需要对硬件和软件做一些初始化工作。为了使PLC的输出及时地响应各种输入信号，初始化后反反复复不停地分阶段处理各种不同