组态王200plc波峰焊控制系统设计
组态王200plc波峰焊控制系统设计[20200410143629]
摘要
科技的发展使电子工业得到了快速的发展，电子产品质量也快速提高。电子工业中传统的手工焊接逐渐被自动化程度高的波峰焊所代替，波峰焊技术满足了工厂大批量、高质量、快速焊接的要求。
本课题以波峰焊系统为研究对象，运用西门子S7-200PLC结合组态王构建了“上位机监控，下位机控制”的波峰焊自动控制系统。合理选择了PLC、模拟量扩展模块、光传感器以及温度传感器等相关硬件设备，完成了波峰焊硬件控制系统的构建。根据波峰焊的控制要求设计了步进电机控制、变频调速控制以及PID控制算法等PLC控制程序，实现了气缸横移、波峰高度调节的控制以及焊锡炉温度实时PID恒温控制。上位机基于组态王设计了反映系统波峰焊工作过程的波峰焊主界面、步进电机控制界面、PID控制界面、历史曲线以及报表界面等，所设计界面简洁、清晰、便于操作。具有动画连接，以动态方式反映系统工作过程，生动形象。
*查看完整论文请 +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
关键字:S7-200PLCPID控制组态王步进电机波峰焊
目 录
1. 绪论 1
1.1课题背景与意义 1
1.2组态王与PLC发展应用现状 1
1.3本论文主要工作 2
2. 波峰焊控制系统总体设计 4
2.1波峰焊工艺流程 4
2.2控制系统总体结构设计 5
2.2.1控制系统总体结构设计 5
2.2.2电气控制系统设计 6
2.3.3控制系统系统硬件接线设计 7
2.3主要硬件选型 10
3. 控制算法设计与实现 13
3.1PID控制算法 13
3.2控制算法的PLC编程实现 14
3.3.1恒温控制结构设计 14
3.3.2输入输出数据转换程序设计 15
3.3.3手动控制程序设计 18
4. 下位机控制系统设计 19
4.1PLCI/O分配地址 19
4.2控制程序流程图 20
4.3控制程序的设计 21
4.4读系统实时时钟设计 24
5. 步进电机控制程序设计 26
5.1步进电机控制方案 26
5.2.1控制要求分析 26
5.2.2步进电机控制机构设计 26
5.2.3参数分配与控制流程 27
5.3步进电机控制程序设计 28
5.3.1步进电机回原点程序 28
5.3.2板子的宽度与长度的转换程序 28
5.3.3步进电机的运动方向控制程序 29
6. 上位机监控系统设计 31
6.1定义I/O设备 31
6.2主画面设计 33
6.3波峰焊界面设计 33
6.4 PID参数整定画面设计 34
6.5步进电机控制界面 34
6.6报表设计 35
6.7传送带运行动画设计 37
7. 调试结果与分析 40
7.1PID调试步骤与参数整定 40
7.2PID调试结果与分析 40
8. 总结 43
参考文献 44
附录 45
致谢 60
1. 绪论
1.1课题背景与意义
伴随着科技高速发展，电子产品中用到的新型元器件也越来越多，现在电子产品向着轻、薄、小发展着，面对更加精密微型化的产品，传统的手工焊接明显已经不能满足电子产品生产的质量要求以及大规模生产的需求。甚至有的以经超出了人力所能做的范围，必须用高程度的自动化技术才能达到质量要求。因此波峰焊技术得到了高速发展，可以完成单靠人的技能所无法完成的任务，并且适合于大批量焊接。
根据工业生产需要以及环境保护的要求，波峰焊技术应用与提高是各个电子产品企业必需解决的实际应用问题。之所以在本次的毕业设计中运用了S7-200PLC来实现控制，是因为波峰焊自动化的控制水平较高，同时又能将PCB板质量稳定在设计的规范之内，使之更易进行批量化生产。随着自动化技术的提高，使生产的成本降低、减少工人的工作量，有助于企业的发展。
1.2组态王与PLC发展应用现状
（1）组态软件发展与应用现状
当今社会，计算机技术飞速发展，计算机在工业领域也得到了广泛应用，各类软件和硬件也渐趋成熟，对自动化的要求也变得愈来愈高。随着工业自动化水平的飞速提高，需求各种软件能达到更多更强大的功能、此外这些软件的操作性也应该变得更强、更易于人们学习和使用。在这些丰富资源中有一种软件，我们称之为组态软件，它能够让用户能够根据具体的对象和控制目的任意组态，同时又可以很好地处理工业控制出现的各种问题，最后完成符合要求的自动化控制工程。
组态软件是监控系统极其重要的环节，它能够依据不同的监控对象生成不同的数据实体。组态的过程就是根据人们需要的各种要素的具体要求，对系统配置、实时和历史数据库、控制算法、图形、表格等进行定义，使生成的系统能够满足监控的要求。监控组态软件给我们提供了开发界面的平台，并且能够支持各类计算机以及I/O设备。
（2）PLC的发展与技术特点
从20世纪20年代开始，各类定时器、继电器及其触电被人们通过一些逻辑关系合理的联接起来，从而组成了控制系统，用于对当时各类生产机械进行控制，传统的继电器控制系统也是因此而来。直到20世纪60年代，小型计算机被开发出来并且逐渐盛行的年代，人们开始把小型计算机尝试用于工业控制上；可是由于当时小型计算机价格较高且容量不匹配、程序编写较为复杂等等原因，一直没有得到广泛的应用。
在美国，汽车制造行业从20世纪60年代末期竞争开始变得愈发激烈，大部分的汽车生产厂家开始不断推出许多新的汽车款式，基于这种局面，使得对生产线的控制系统有了更大的压力，推动了对整个控制系统进行新的规划研发。著名的GM十一条也因此而来。美国的数字设备公司（DEC）面对这一挑战，在1969年开发研制出了世界上第一台可编程控制器，不久美国的通用汽车公司将此设备成功的应用到汽车生产上。
可编程控制器发展速度最快的时期是上世纪的80年代至90年代中期，在此期间，可编程控制器以每年百分之三十到百分之三十的增长率飞速增长这。并且，可编程控制器自身也在不断优化，在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力上变化非常大，效率越来越高，可编程控制器开始慢慢地进入过程控制领域，当时的过程控制领域里DCS系统是一直处于统治地位的，不过PLC却在某些应用上替代了它。可编程控制器在二十世纪末期的发展特点变得更能满足现代工业的需求。到了现在，可编程控制器在很多行业的发展都极为迅速，其中机械制造业、石油化工业、汽车业、轻工业等行业较为显著。
1.3本论文主要工作
在本次的课题中是以波峰焊控制系统作为工程背景，运用S7-200PLC结合组态王6.52构建了运用上位机软件检测，下位机实现控制的监控系统，并根据波峰焊控制系统的设计要求合理选择所需硬件。依据波峰焊工艺过程对控制的要求编写了相关程序。利用组态王软件设计了上位机监控系统。本文工作如下
（1） 波峰焊控制系统总体方案设计
在研究分析波峰焊焊接工作流程的基础上，对其控制系统总体方案进行设计。依据运用上位机软件检测，下位机实现控制的设计思路，设计波峰焊控制系统的总体结构。依据该总体结构进行合理选型、构建最佳硬件控制系统以及设计出合理的硬件系统供电方式，并且对PLC控制器和硬件进行适当的系统接线设计，达到控制系统接线和配电接线相符合。
（2） 下位机控制系统设计
本次课题是根据PID控制算法来实现对锡炉的恒温控制，并且利用S7-PLC编程来实现PID控制算法。用PID恒温控制可以有效的提高波峰焊接的效率、减少了工人的工作量。再依据波峰焊的工艺流程，用PLC的编程达到波峰焊控制过程的逻辑关系。根据助焊剂泵横移的运行方式，利用步进电机为其设计了控制流程同时运用PLC编写了步进电机的控制程序。用三个变频器分别演示预热加热丝、波峰1、波峰2。
（3） 上位机监控系统设计
运用组态王6.52软件为波峰焊系统设计了主界面、变频器调节波峰监控界面、步进电机检测界面、PID参数整定界面、报表界面等界面。本次设计的界面布局合理简单、操作简单方便，能够形象演示波峰焊系统的工艺过程。在界面上设计数据输入与输出显示框以及多种按钮，让工作人员能够及时了解波峰焊的运作情况，同时还设计了动画连接。
摘要
科技的发展使电子工业得到了快速的发展，电子产品质量也快速提高。电子工业中传统的手工焊接逐渐被自动化程度高的波峰焊所代替，波峰焊技术满足了工厂大批量、高质量、快速焊接的要求。
本课题以波峰焊系统为研究对象，运用西门子S7-200PLC结合组态王构建了“上位机监控，下位机控制”的波峰焊自动控制系统。合理选择了PLC、模拟量扩展模块、光传感器以及温度传感器等相关硬件设备，完成了波峰焊硬件控制系统的构建。根据波峰焊的控制要求设计了步进电机控制、变频调速控制以及PID控制算法等PLC控制程序，实现了气缸横移、波峰高度调节的控制以及焊锡炉温度实时PID恒温控制。上位机基于组态王设计了反映系统波峰焊工作过程的波峰焊主界面、步进电机控制界面、PID控制界面、历史曲线以及报表界面等，所设计界面简洁、清晰、便于操作。具有动画连接，以动态方式反映系统工作过程，生动形象。
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关键字:S7-200PLCPID控制组态王步进电机波峰焊
目 录
1. 绪论 1
1.1课题背景与意义 1
1.2组态王与PLC发展应用现状 1
1.3本论文主要工作 2
2. 波峰焊控制系统总体设计 4
2.1波峰焊工艺流程 4
2.2控制系统总体结构设计 5
2.2.1控制系统总体结构设计 5
2.2.2电气控制系统设计 6
2.3.3控制系统系统硬件接线设计 7
2.3主要硬件选型 10
3. 控制算法设计与实现 13
3.1PID控制算法 13
3.2控制算法的PLC编程实现 14
3.3.1恒温控制结构设计 14
3.3.2输入输出数据转换程序设计 15
3.3.3手动控制程序设计 18
4. 下位机控制系统设计 19
4.1PLCI/O分配地址 19
4.2控制程序流程图 20
4.3控制程序的设计 21
4.4读系统实时时钟设计 24
5. 步进电机控制程序设计 26
5.1步进电机控制方案 26
5.2.1控制要求分析 26
5.2.2步进电机控制机构设计 26
5.2.3参数分配与控制流程 27
5.3步进电机控制程序设计 28
5.3.1步进电机回原点程序 28
5.3.2板子的宽度与长度的转换程序 28
5.3.3步进电机的运动方向控制程序 29
6. 上位机监控系统设计 31
6.1定义I/O设备 31
6.2主画面设计 33
6.3波峰焊界面设计 33
6.4 PID参数整定画面设计 34
6.5步进电机控制界面 34
6.6报表设计 35
6.7传送带运行动画设计 37
7. 调试结果与分析 40
7.1PID调试步骤与参数整定 40
7.2PID调试结果与分析 40
8. 总结 43
参考文献 44
附录 45
致谢 60
1. 绪论
1.1课题背景与意义
伴随着科技高速发展，电子产品中用到的新型元器件也越来越多，现在电子产品向着轻、薄、小发展着，面对更加精密微型化的产品，传统的手工焊接明显已经不能满足电子产品生产的质量要求以及大规模生产的需求。甚至有的以经超出了人力所能做的范围，必须用高程度的自动化技术才能达到质量要求。因此波峰焊技术得到了高速发展，可以完成单靠人的技能所无法完成的任务，并且适合于大批量焊接。
根据工业生产需要以及环境保护的要求，波峰焊技术应用与提高是各个电子产品企业必需解决的实际应用问题。之所以在本次的毕业设计中运用了S7-200PLC来实现控制，是因为波峰焊自动化的控制水平较高，同时又能将PCB板质量稳定在设计的规范之内，使之更易进行批量化生产。随着自动化技术的提高，使生产的成本降低、减少工人的工作量，有助于企业的发展。
1.2组态王与PLC发展应用现状
（1）组态软件发展与应用现状
当今社会，计算机技术飞速发展，计算机在工业领域也得到了广泛应用，各类软件和硬件也渐趋成熟，对自动化的要求也变得愈来愈高。随着工业自动化水平的飞速提高，需求各种软件能达到更多更强大的功能、此外这些软件的操作性也应该变得更强、更易于人们学习和使用。在这些丰富资源中有一种软件，我们称之为组态软件，它能够让用户能够根据具体的对象和控制目的任意组态，同时又可以很好地处理工业控制出现的各种问题，最后完成符合要求的自动化控制工程。
组态软件是监控系统极其重要的环节，它能够依据不同的监控对象生成不同的数据实体。组态的过程就是根据人们需要的各种要素的具体要求，对系统配置、实时和历史数据库、控制算法、图形、表格等进行定义，使生成的系统能够满足监控的要求。监控组态软件给我们提供了开发界面的平台，并且能够支持各类计算机以及I/O设备。
（2）PLC的发展与技术特点
从20世纪20年代开始，各类定时器、继电器及其触电被人们通过一些逻辑关系合理的联接起来，从而组成了控制系统，用于对当时各类生产机械进行控制，传统的继电器控制系统也是因此而来。直到20世纪60年代，小型计算机被开发出来并且逐渐盛行的年代，人们开始把小型计算机尝试用于工业控制上；可是由于当时小型计算机价格较高且容量不匹配、程序编写较为复杂等等原因，一直没有得到广泛的应用。
在美国，汽车制造行业从20世纪60年代末期竞争开始变得愈发激烈，大部分的汽车生产厂家开始不断推出许多新的汽车款式，基于这种局面，使得对生产线的控制系统有了更大的压力，推动了对整个控制系统进行新的规划研发。著名的GM十一条也因此而来。美国的数字设备公司（DEC）面对这一挑战，在1969年开发研制出了世界上第一台可编程控制器，不久美国的通用汽车公司将此设备成功的应用到汽车生产上。
可编程控制器发展速度最快的时期是上世纪的80年代至90年代中期，在此期间，可编程控制器以每年百分之三十到百分之三十的增长率飞速增长这。并且，可编程控制器自身也在不断优化，在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力上变化非常大，效率越来越高，可编程控制器开始慢慢地进入过程控制领域，当时的过程控制领域里DCS系统是一直处于统治地位的，不过PLC却在某些应用上替代了它。可编程控制器在二十世纪末期的发展特点变得更能满足现代工业的需求。到了现在，可编程控制器在很多行业的发展都极为迅速，其中机械制造业、石油化工业、汽车业、轻工业等行业较为显著。
1.3本论文主要工作
在本次的课题中是以波峰焊控制系统作为工程背景，运用S7-200PLC结合组态王6.52构建了运用上位机软件检测，下位机实现控制的监控系统，并根据波峰焊控制系统的设计要求合理选择所需硬件。依据波峰焊工艺过程对控制的要求编写了相关程序。利用组态王软件设计了上位机监控系统。本文工作如下
（1） 波峰焊控制系统总体方案设计
在研究分析波峰焊焊接工作流程的基础上，对其控制系统总体方案进行设计。依据运用上位机软件检测，下位机实现控制的设计思路，设计波峰焊控制系统的总体结构。依据该总体结构进行合理选型、构建最佳硬件控制系统以及设计出合理的硬件系统供电方式，并且对PLC控制器和硬件进行适当的系统接线设计，达到控制系统接线和配电接线相符合。
（2） 下位机控制系统设计
本次课题是根据PID控制算法来实现对锡炉的恒温控制，并且利用S7-PLC编程来实现PID控制算法。用PID恒温控制可以有效的提高波峰焊接的效率、减少了工人的工作量。再依据波峰焊的工艺流程，用PLC的编程达到波峰焊控制过程的逻辑关系。根据助焊剂泵横移的运行方式，利用步进电机为其设计了控制流程同时运用PLC编写了步进电机的控制程序。用三个变频器分别演示预热加热丝、波峰1、波峰2。
（3） 上位机监控系统设计
运用组态王6.52软件为波峰焊系统设计了主界面、变频器调节波峰监控界面、步进电机检测界面、PID参数整定界面、报表界面等界面。本次设计的界面布局合理简单、操作简单方便，能够形象演示波峰焊系统的工艺过程。在界面上设计数据输入与输出显示框以及多种按钮，让工作人员能够及时了解波峰焊的运作情况，同时还设计了动画连接。
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