张君
东莞市泰森自动化设备有限公司
摘要：目前，我国的科技发展十分迅速，PLC控制是实现自动化发展的重要手段，也是一门核心专业课在高职院校机电专业中。理论与实践的结合能够更好的帮助学生理解PLC的应用。在课堂中引入与实际工程相接近的模型实验装置，可以让学生更加全方位的学习分析知识及应用。本文主要以电镀生产线这个教学实训设备为例，来论述S7-300PLC技术的学习应用过程。解释如何通过PLC的编程控制实现电镀生产线的自动化控制，提高生产效率。
关键词：PLC控制；电镀生产；教学
引言
PLC具有编程简单、抗干扰性强、稳定性好的特点，并被广泛应用于工业自动化控制领域，故PLC技术及应用课程一直是高等院校自动化、电气、机械电子等专业的核心课程。该课程重要特点是工程实践性强、知识点多。如果仅凭理论教学则效果不佳，必须安排一定学时的实践教学环节，主要包括课内实验、PLC课程设计及毕业设计。实验教学环节是帮助学生理解、消化理论知识，培养其具备良好工程素质的重要手段。实验装置性能的好坏、实验教学项目案例设计的优良都对学生动手实践能力的锻炼产生很大影响。传统实践教学装置多采用固定的实验箱或实验台，学生可完成的实验项目多是指示灯模拟控制，只要观察指示灯变化就可判断系统执行对错，如此显得控制简单、单调，脱节于实际工业自动化控制工艺的发展，造成学生兴趣低，脱离实际，达不到实践教学目标。若采用真实系统，也会产生诸多缺点，成本高、维护难、实验内容柔性差。同时，企业的生产工艺、设备不断更新，新工艺、新技术的应用，这要求所设计的实验教学案例不断优化，实验设备也应持续升级，与实际接轨，从而对PLC实践教学建设提出更高要求。电镀工艺是电化学生产工艺，电镀手工生产过程中，工人不可避免地要接触一些硝酸、重金属盐、氰化物等一些有毒有害物质。近年来企业电镀生产线新工艺不断涌现，造成电镀生产线控制系统控制点位多且分散，控制流程复杂，控制系统设计方案的优选难度大、周期长。所以有必要构建电镀生产线仿真监控系统，来对电镀实际生产过程进行仿真研究。这为降低设计方案优选难度，缩短设计周期，提高生产效率，保证生产质量，保障工人身体健康提供一个有效解决方案。"组态王"是国内最早的商用组态软件，基于Windows平台。组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。它具备工程管理便捷化、开发环境综合便利化、图形对象丰富化、形成的"监控与数据采集系统"用户化等多种功能，功能十分强大，目前已被用于我国工业领域的各行各业。由此，针对电镀生产线本文提出设计开发基于组态王技术的PLC仿真实训系统，将组态王技术与西门子200PLC控制相结合，以丰富、界面友好的动画来仿真电镀生产线工艺流程动作，实验现象生动直观。
1实验步骤
实验主要包括三个步骤，分析项目列出I/O地址表；绘制I/O信号接线图完成实际接线；系统编程及调试。各部分详述如下。（1）I/0地址表。本文选用的PLC型号为S7-300,CPU314;两个信号模块SM323。学生以组为单位根据项目分析输入输出信号。本项目共有12个输入信号，5个输出信号。I/O地址表1如下，详述各个信号说明。地址表的建立为后期编程做基垫。（2）I/O接线图。学生根据上述分析得出的I/O地址表绘制PLC硬件接线图。输入信号一端接输入地址，另一端连接24v电源；输出信号一端接输出信号，另一端接0v电源。绘制好图后，以小组为单位去实验台上完成实际接线。老师从旁辅导。（3）系统编程及调试。完成接线后学生开始在电脑上使用SIMATIC Manager软件开始编程。完成后开始现场调试，通过现象来判断出现的问题，小组成员相互讨论共同解决，最终实现正确的实验效果。
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2PLC控制的电镀生产线实验教学应用
2.1电镀生产线仿真实验平台的构建过程
仿真实验平台由各种图素对象组成，图素对象包括主令电器（如启动按钮、急停按钮、限位开关SQ1～SQ7）、被控对象（如行车电动机、吊钩电动机、机械手抓）和生产环境（工件区、成品区、电镀槽、回收槽、清洗槽等）等。为构建此仿真实验平台，需经过以下步骤：①设计、制作每一个主令电器和执行元件等图素对象；②在组态王中，新建基于三菱FX2N系列PLC编程口的逻辑设备，逻辑设备名称为FX2NPLC，定义通信参数，通信参数包括波特率、数据位、校验类型、停止位等；③在组态王中，定义与逻辑设备FX2NPLC软元件相连接的各种I／O变量；④建立图素对象与I／O变量之间的动画连接，以保证仿真平台运行时，得到期望的图素对象动画效果；⑤在组态王中，根据控制系统工艺要求编写程序，保证仿真平台运行时，每一个模拟的电器元件、执行元件按工艺要求正确动作，产生直观的动画效果，增强实验的直观性，提高学生学习兴趣和实验效果。下面就仿真平台构建中的关键步骤进行详细阐述。
2.2组态监控软件设计
依据电镀生产线控制要求及控制流程图，按组态王监控软件设计流程，创建工程路径建立新工程、设计人机界面，定义变量建立实时数据库，以及使图形对象与实时数据库数据对象建立相关性连接，设置动画属性，则可使人机界面中动画动起来。整个控制流程图中行车运行、工艺要求及其动作步序还是较复杂的，主要是上升、下降和平移动作。下面给出设计开发的行车动作的部分监控程序。
2.3PLC端参数设置、硬件接线和梯形图程序编写、联调
上位机端仿真实验平台开发完成后，在下位机PLC端还应进行以下工作。①在三菱PLC编程软件GXWorks2中设置PLC的通信参数，保证计算机和PLC的通信正常，PLC中通信参数的设置与组态王中新建逻辑设备FX2NPLC时设置的通信参数一致，包括波特率、数据位、校验类型、停止位等；②按表1中给定的软元件定义，设计并绘制PLC的I／O接线原理图和主电路原理图，并按图完成接线；③在三菱PLC的编程软件编写电镀生产线的PLC梯形图程序，并将编写完成的PLC程序下载到的PLC中；④运行上位机组态王电镀生产线仿真实验平台，使下位机PLC处于运行状态，按电镀生产线工艺要求，操作下位机硬接线中的启动按钮、限位开关等电器元件，观察PLC梯形图程序执行时，组态王仿真实验平台中各被控对象是否按工艺要求产生动作动画，若各被控对象按工艺要求产生动作动画，则说明下位机PLC的梯形图程序正确，反之，应分析判断PLC梯形图程序中的出错原因，在PLC的编程软件GXWorks2中修改梯形图程序，直到梯形图程序的执行使组态王仿真平台中各被控对象动作正确。与PLC处于联调状态的组态王仿真实验平台如图3a、b所示。在开展PLC实验教学时，仿真实验平台已由教师开发完成且上下位机通信正常，学生只需编写PLC梯形图程序并接线，通过仿真实验平台中被控对象的动作，联调PLC端的梯形图程序，培养梯形图程序设计能力。
结语
电镀生产线的模拟实验设备就像把一个实际工业应用案例搬回了实际的课堂。学生能够立体的学习理论知识；在理论的基础上进行实践，不仅能够帮助学生提高独立思考的能力，还能提高学生解决实际工程问题上的综合分析能力。符合PLC本门课的课程设计目标。
参考文献
[1]陈道炼,范玉萍.可编程序控制器原理及应用课程实验教学[J].实验技术与管理,1997(01).
[2]汤自春.PLC原理及应用技术[M].北京:高等教育出版社,2006.
[3]宋运伟.机床电气控制[M].天津:天津大学出版社,2008．
论文作者:张君
论文发表刊物:《中国西部科技》2019年第22期
论文发表时间:2019/11/26
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