题目：数字化焊接车间设备监控理位机系统设计
摘
效理车间焊接设备提高产品质量生产效率必开发出相应车间理辅助设备外着信息技术发展计算机价格越越便宜先进制造车间台设备独立工作通新技术设备够协调统起完成系列工作实现设备效利生产率提高
系统位机采组态王开发监控软件该设备具较强扩展力拥较接口置部件时系统带较置功该设备具较明显优势性处理效率高时性价高够满足需求时作国研发研究具性适合国技术员思维模式时该软件具诸良性够设计减少工作量提高效率
关键词：组态王 监控系统 PLC 设计
Abstract
In order to effectively manage the welding equipment in the workshop improve the quality of products and production efficiency it is necessary to develop the corresponding auxiliary equipment workshop management In addition with the development of information technology the prices of computers are getting cheaper in advanced manufacturing workshop is often no longer the independent work of the equipment but through new technologies enable the equipment can improve the system to coordinate together to complete a series of work so the implementation of effective utilization and productivity
The computer system uses KingView to develop a monitoring software the device has strong expansion ability has many interfaces and builtin parts At the same time the system comes with more builtin functions All these make the equipment has obvious advantages good performance and high processing efficiency At the same time costeffective able to meet our needs At the same time as the research of our country＇s independent research and development has a very good performance and suitable for our country＇s technical personnel＇s thinking mode At the same time the software has a lot of good performance which can reduce a lot of work and improve the efficiency of our design
Key Words：Kingview monitoring system PLC design
目 录
摘 I
Abstract II
1 引言 1
11 设计目标 2
12 设计原 3
2 系统方案 4
21 系统总体架构设计 4
22 系统功 4
23 系统方案 5
3 控制系统硬件设计 7
31系统元器件 7
311 PLC扩展模块 7
312 传感器 9
313组态王 13
32电路图 14
4 控制系统软件设计 16
41 PLC程序设计 16
411 PLC通讯设置TCPIP 16
412 PLC梯形图程序 20
42 机界面设计 21
43系统调试 23
结 25
致谢 26
参考文献 27
1 引言
工业化着科学技术理思想断发展加工制造行业技术应理模式历次变革实际发展次变革带工业水幅提升释技术革命工业发展导作体现车间层面应理致历阶段
历史发展规律着科学技术理思想断进步企业发展理变革种必然某阶段阶段发展历史趋势然发展周期角度前企业发展正处第三阶段第四阶段渡时期单信息技术辅助生产信息化工业化两化融合渡阶段
车间理发展第三阶段信息技术引入改变原设备基础理理模式通种信息化手段(控制技术理系统等)应极改善优化车间流程理手段整合资源提高效率辅助决策等方面充分发挥信息化优势企业生产力幅提升推动工业生产长时期发展
着工业化进程断深入信息化辅助生产理模式逐步暴露足明显体现工业现场控制结合统方面长期工业技术发展信息化发展企业部呈现两条单发展路线两者单带动促进关系没发挥工业化信息化相互促进彼带动良效应表现具体层面信息化信息化出现工业化信息化脱节状况方面工业技术发展未更体现信息技术指导支持作方面信息技术未更结合工业化实际未更体现工业化互动作定程度制约企业进步发展更实现工业化信息化融合更发挥两者互动作成企业发展新课题
技术发展规律前阶段发展瓶颈直接催生阶段技术变革两化融合概念适应工业发展需应运生信息化带动工业化工业化促进信息化科学发展模式成企业发展方具体车间理层面充分体现实践两化融合概念数字化车间建设成现代企业建设方
次技术变革会带工业发展长足进步充分践行两化融合概念数字化车间例外通数字化车间建设解决企业核心环节(车间理)两化融合问题充分发挥信息技术工业技术优势两者相互促进发展方面更发挥信息化台优势发挥信息技术指导决策分析作整合串联优化项工业技术应改进工业流程指导促进工业水发展方面充分发挥种工业技术信息化支撑基础作信息技术工艺层面更支持信息化建设信息化建设源生产服务生产提升车间数字化水做数字化车间建设已逐步成现代企业增强核心竟争力关键
图11 先进信息化理车间
进步推进济体制改革提升国民济工业化信息化水国家提出两化融合工业发展求信息化进程工业化进程相互独立进行单方带动促进关系信息化带动工业化工业化促进信息化实现信息化工业化高层次深度结合走新型工业化道路核心信息化支撑追求持续发展坚持科学发展
深入理解两化融合概念含义出数字化车间建设正两化融合工业现场具体实践通数字化车间建设基础工业单元层面信息化工业化进行机整合实现两化融合科学发展说数字化车间建设仅科技发展必然产物更两化融合发展求
国家两化融合发展规划出数字化车间工业化信息化发展必然产物新时期工业化进程中科学技术推动生产力发展良切入点数字化车间建设符合科学发展规律企业发展求国家政策支持正行业火荼展开
数字化车间种思想更种模式具广阔应前景仅适制造行业更制宜推广应国民济行业水利电力矿业化工农业加工制造业等等均数字化车间理念加实践应国民济发展助力提升国民济整体水
11 设计目标
焊接车间台焊接设备台设备焊接程中数需记录提高焊接产品质量焊接设备发生障需时发现焊接作种复杂热加工工艺焊接质量受方面素影响焊接电流电压保护气体流量等实现焊接程参数进行实时采集作数存储利焊缝质量复查焊接程原焊接质量具更高重复性追溯性存储数断调整优化焊接程达提高生产效率产品质量目
效理车间焊接设备提高产品质量生产效率必开发出相应车间理辅助设备外着信息技术发展计算机价格越越便宜先进制造车间台设备独立工作通新技术设备够协调统起完成系列工作实现设备效利生产率提高
焊接领域生产加工程质量评定科学研究需数支持焊接作特殊工序效监控制造领域重课题焊接程非常容易受外界条件变化影响焊接作业者身技密切相关焊接质量关系产品质量关键素效取焊接程数分析焊接质量重
设计出套够实现焊接车间级设备理服务系统该系统够方便快捷记录焊接设备情况仅工作站中心服务器直观显示焊接程中采集实时焊接工艺数效数记录文件形式保存工作员够直接运电脑够直接开印文件焊接设备正常工作时够发出警报子理服务系统具扩展性整设备理服务系统具扩展性升级性
12 设计原
1设备安装方便调试简单系统稳定
2机交互界面操作简单性化符合操作者惯信息记录浏览方便快捷
3设备非正常工作够做出警报
车间焊接设备理系统适焊接车间焊接设备进行统服务理
2 系统方案
根焊接车间实际情况设计目标结合焊接技术研究现技术水整系统结构特征设计3层次包括中心服务器子理系统(工作站)焊接设备设备名称时设备者开始结束时间焊接设备工作程中采集焊接参数等焊接设备车间中加入理系统系统设备信息数直接源
21 系统总体架构设计
图21 系统总体结构图
图21示车间焊接设备理系统总体结构图该图中子理系统通焊接设备信号数采集进行定出相关信息数通TCPIP协议路器传中心服务器PC中心服务器中运行程序够接收数进行处理判断发子理系统子理系统网络行结构子理系统够定范围添加具扩展性中心服务器子理系统核心单元PC开放性保证
22 系统功
图22示中心服务器计算机外围输入输出设备构成包括键盘鼠标显示器印机构成设备辅助设备安装机箱中
图22 系统中心服务器
中心服务器处整理系统网络中高级通接入局域网路器加入整理系统网络通TCPIP协议实现子理系统数交换图21示中心服务器PC开机果理系统网络处局域网连接工作正常中心服务器显示器显示焊接设备工作状态
监控系统功：
（1）系统界面显示正工作焊机焊接曲线焊机参数通波形实时动态显示焊接数存储服务器够查询历史数
（2）障报表户查焊机报警障信息焊机名称编号台位障名称工信息障时刻电流电压送丝速度气体流量超规范开始结束时间曲线状态图表
23 系统方案
系统位机采组态王开发监控软件具适应性强开放性易扩展济开发周期短等优点通常样系统划分控制层监控层理层三层次结构中监控层连接控制层连接理层实现现场实时监测控制动控制系统中完成传达组态开发重作尤考虑三方面问题：画面数动画通监控系统求实现功分析采组态王监控系统进行设计组态软件试验者提供视化监控画面利试验者实时现场监控充分利Windows图形编辑功方便构成监控画面动画方式显示控制设备状态具报警窗口实时趋势曲线等便利生成种报表具丰富设备驱动程序灵活组态方式数链接功
图23 位机软件
系统位机选西门子S7200CN系列PLCCP2341网络通讯扩展模块进行系统TCPIP通讯组网EM231模拟量输入扩展模块进行焊接机数采集完成整系统硬件配置
图24西门子PLC
3 控制系统硬件设计
31系统元器件
311 PLC扩展模块
PLC种编程存储器户执行指令通输入输设备传送信号模拟信号数字信号相互转换控制器控制种类型机械生产程
70年代初微处理器快会介绍编程序控制器编程控制器增加计算数传输处理功计算机发展更方便反映编程控制器功优点做逻辑编程控制器该系统具体积运算速度快抗干扰力强模拟量性高特点具高抗干扰力
二十世纪八十年代初PLC发达工业国家相普遍时起全世界开始投入研发生产PLC国家企业越越产量快速增加PLC已步入成熟阶段
80年代九时期编程控制器增长速度快维持30～40编程控制器数字计算处理力网络容量机界面等方面较幅度增加编程控制器开始进入程控制领域某应中取代分布式控制系统
第二十世纪末编程控制器开发更适合现代工业时间里型机超级计算机特殊功单元诞生产生种样通信单元机接口单元
种品牌配置样选型方式差异面着重介绍家常西门子PLC选型方法：
1分析控象提出控制求
控制象特点详细分析程工作理解指责象机械电气流体控制象间PLC控制系统控制求确定控制方案设计开发务陈述
2确定PLCIO
根系统控制求确保必需输入装置（钮位置开关开关等）种传感器输出设备（：接触器电磁阀信号灯等执行器等）确定PLC输入输出设备相关联确定IO点PLC
3选择PLC型号
PLC选择包括机型容量IO模块电源等选择
4PLC分配IO外围硬件线路
分布式I O点：画出PLCI O点相应输入输出设备连接图表间关系部分第2步完成
外围硬件电路设计PLC：绘制系统电气线路图部分包括电路未进入PLC等控制电路PLCIO连接图PLC外围系统电气原理电路图系统硬件电路已确认
S7200 种型编程序控制器适行业种场合中实现检测监测控制动化S7200系列相强功独立运行中相连成网络皆实现复杂控制功S7200系列具极高性价
S7200系列PLC非常济适性价已广泛代传统继电器控制系统升级动控制系统动控制系统中充分发挥重作S7200系列PLC应领域相广泛覆盖部分工业领域：种机械机床环境保护民设施电力设施设备等等
图31 S7200应扩展图
系统选CPU 222连接七扩展模块扩展值168数字量输入输出点38模拟量输入输出点2100KHz高速脉输出端口 RS485通讯口PPI协议MPI通信协议方式通讯力该机加入种功置模拟I O数字控制功PID整定功数记录配方功具模拟I O强控制力控制系统更高求更输入输出点更强模块扩展力更快速度更强综合特殊功复杂完全适应中型控制系统
图32 CPU 222EM231 接线图
CP 2431 种通讯处理器设计S7200 动化系统中运行S7200 系统连接工业太网（IE）中CP 2431 助 S7 产品系列通特网进行通讯STEP 7 MicroWIN 32S7200 进行远程组态编程诊断台S7200 通太网S7200S7300 S7400 控制器进行通讯OPC 服务器进行通讯开放式 SIMATIC NET 通讯系统中工业太网作协调级单元级网络技术工业太网种基屏蔽轴电缆双绞电缆建立电气网络种基光纤电缆光网络工业太网根国际标准IEEE 8023 定义工业太网SIMATIC NET 概念部分现场总线PROFIBUS AS 接口起确保协调级单元级现场级间断网络运行
CP 2431 提供三种通讯关系单独组合：连接STEP 7 MicroWIN 32连接SIMATIC S7 系列远程组件连接基OPC PCPG 应程序
图33 CP 2431模块
312 传感器
(1)电流信号采集
电流信号采集核心器件霍尔电流传感器选型号：宇波模块CHF400H采开环霍尔直测式原理隔离测DC(直流)AC(交流)脉电流实物图图
图34 宇波模块CHF400H
该型号霍尔电流传感器性参数表表：
表31 宇波模块CHF400H
性符号
性名称
具体参数
IN
额定电流(RMS)
400A
Ip
测量范围
0…±600A
VM
输出电压
输出额定值±4V应原边额定电流IN
X
精度(Ta+25℃)
IN±10
Vc
电源电压
±12…15V(±5)
Vi
绝缘电压
原边副边电路间：3KV效值50Hz1分钟
Voff
失调电压（Ta +25℃）
原边电流 IN0 时值：±30mV
Td
温漂（Ta 25…+85℃）
值：±1mV℃
L
线性度
≤1
Tr
反应时间
≤10μS
didt
F
频率范围
0…20KHz
Ta
工作温度
25℃…+85℃
Ts
贮存温度
25 …+90 ℃
Ic
耗电
25mA
RL
负载电流
>10KΩ
Rs
副边电阻（Ta +85℃）
原边电阻（Ta +85℃）
W
重量
80g
(2)电压信号采集
电压信号采集核心器件闭环霍尔电压传感器选型号：宇波模块CHV50P采霍尔磁补偿工作原理隔离测DC(直流)AC(交流)脉电压电流实物图图
图35 CHV50P实物图
该型号闭环霍尔电压传感器性参数表表
表32宇波模块CHV50P
性符号
性名称
具体参数
IN
额定电流(RMS)
10mA（RMS）
Ip
测量范围
0±20mA
RM
测量电阻
RM min
RM max
（Vc±12–15V）
0Ω(10mA20mA时)
350Ω(10mA 时)100Ω(20mA时)
IM
测量电流（输出电流）
输出额定值 50mA应原边电流 10mA
KN
匝数
5000：1000
X
精度（Ta+25℃）
IN±1
Vc
电源电压(Vc)
±12–15V (5)
Vi
绝缘电压
原边副边电路间 3KV效值50Hz1 分钟
Ioff
失调电流（Ta+25℃）
原边副边电路间 3KV效值50Hz1 分钟
Td
温漂（Ta25–+70℃）
典型值：<±03 mA值：±05 mA
L
线性度
02
Tr
反应时间
10200μS
didt
f
频率范围
0–50K Hz
Ta
工作温度
25℃–+70℃
Ts
贮存温度
25℃–+85℃
Ic
耗电
10 mA + IM(测量电流)
Rs
副边阻（Ta +70℃）
30Ω
原边阻（Ta +70℃）
500Ω
W
重量
90g
(3)气体流量采集
气体流量采集采七星华创质量流量控制器型号D0719B够气体质量流量进行精密测量控制广泛电子工艺设备真空镀膜石油化工冶金制药光纤熔炼分析测量仪器制气配气等行业
标准：气体质量流量氮气(N2)标定技术参数表
表33 D0719B技术参数
指标名称
参数
满量程流量范围(N2)
5SCCM～30SLM
控制范围
2～100％FS
阀类型（阀初始状态）
电磁调节阀（常闭）
准确度
≤10SLM
±1％FS
＞10SLM
±2％FS
线性
≤10SLM
±05～1％FS
＞10SLM
±2％FS
重复精度
±02％FS
响应时间
≤4sec
工作温度范围
5～45℃
工作压差
≤10SLM
01～05MPa
＞10SLM
01～03MPa
耐压
3MPa
漏气率
1×109SCCSHe
密封材料
氟橡胶聚四氟乙烯氯丁橡胶
接头选择
VCR
14φ4hoseφ6hose
Swagelok
1814φ3φ6mm
电插头形式
DB15 pin(Male)
抗电磁干扰
CE
重量
095Kg
313组态王
组态王作民族品牌第版发布20年直市场独占鳌头领跑国动化软件市场亚控科技始终遵守客尊理念着支卓越服务团队专业高效热情技术支持服务业界赢良口碑年着亚控科技国际化步伐组态王产品已走世界良性价赢国际户认
提高效率降低成企业实现利润化必路组态王70继承组态王系列产品功强运行稳定基础发布组态王70产品中提出工程二次组态概念逐步重点推出提高工程组态效率方面特性户提高工程组态效率降低工程实施成提高效益提供力支持
图36 组态王软件
组态王70新特性：
1模板功模块化组态单元提高工程组态效率
2开放组态环境XML技术应
3国际化组态工程兼容语言环境
4保持产品兼容型
组态王产品关键优势：
1设备驱动支持广泛组态软件拥4000余种设备协议驱动
220年超150000运行授权验证稳定性强性价高
3丰富功良易性户提高生产力
4产品惯产品风格工程兼容等方面良延续性户节省量学成工程维护成
5良开放性数访问途径应方便
6产品安全性较外数交换均预防措施
7行业应广泛众行业应案例提升产品价值
8专业卓越技术服务团队时户提供解决方案
32电路图
查PLC种传感器硬件手册根系统功求进行电气硬件部分设计AutoCAD绘图软件进行电气原理图绘制见附件
图37系统电路图
4 控制系统软件设计
41 PLC程序设计
根国际电工委员会制定工业控制编程语言标准（IEC11313）PLC五种标准编程语言：梯形图语言（LD）指令表语言（IL）功模块语言（FBD）序功流程图语言（SFC）结构文化语言（ST）五标准编程语言十分简单易学
（1）梯形图语言PLC程序设计中常编程语言继电器线路类似种编程语言电气设计员继电器控制较熟悉梯形图编程语言广泛欢迎应 梯形图编程语言特点：电气操作原理图相应具直观性应性原继电器控制相致电气设计员易掌握 梯形图编程语言原继电器控制点梯形图中流实际意义电流部继电器实际存继电器应时需原继电器控制概念区
（2）指令表编程语言汇编语言类似种助记符编程语言汇编语言样操作码操作数组成计算机情况适合采PLC手持编程器户程序进行编制时指令表编程语言梯形图编程语言图应PLC编程软件相互转换
（3）功模块图语言数字逻辑电路类似种PLC编程语言采功模块图形式表示模块具功功模块功 功模块图编程语言特点：功模块图程序设计语言特点：功模块单位分析理解控制方案简单容易功模块图形形式表达功直观性强具数字逻辑电路基础设计员容易掌握编程规模控制逻辑关系复杂控制系统功模块图够清楚表达功关系编程调试时间减少
（4）序功流程图语言满足序逻辑控制设计编程语言编程时序流程动作程分成步转换条件根转移条件控制系统功流程序进行分配步步序动作
（5）结构化文语言结构化描述文描述程序种编程语言类似高级语言种编程语言中型PLC系统中常采结构化文描述控制系统中变量关系
411 PLC通讯设置TCPIP
（1）控制面板里找Setting the PGPC Interface（STEP 7 MicroWIN 编程软件里）选择网卡（例TCPIP>ADMtek AN983 10100 PC…）点击属性出现话框确认关闭话框
（2）开STEP 7 MicroWIN 编程软件点击左侧通信弹出通信话框双击双击刷新找S7200 CPU
（3）通选择手动CP2431 址填写远程里确认关闭
（4）点击工具菜单选择太网导开
（5）点步
（6）点击读取模块找CP2431 太网模块选择相应模块点击步设置IP 址子网掩码网关
（7）点步配置连接数目图(十)完成点步
（8）里注意：选择服务器连接…勾选接受连接请求默认点连接做样设置
（9）确认进入窗口作修改点步进入窗口点击建议址点击步进入界面
（10）进入界面做修改点击完成弹出话框选择关闭窗口太网设置完成样步骤设置PLC
412 PLC梯形图程序
PLC数采集梯形图程序：
图41 PLC数采集梯形图程序
42 机界面设计
（1）开组态王kingview655点击新建钮建立新工程图示：
（2）提示进行设置完成新建程序双击新建工程进入工程浏览器界面
（3）左侧菜单栏设备栏里选择COM1口找PLC型号建立连接图示：
（4）数库里PLC变量投影组态王软件里图示：
（5）新建画面系统需容加入画面中图示：
43系统调试
系统编程结束需PLC项目里选择编译进行错误检查图示错误载程序选择RUN进行线监控
图42 PLC项目里选择编译进行错误检查
组态王软件进行仿真运行运行点击运行钮系统仿真运行：
图43 系统仿真运行
结
通模拟运行次设计基完成设计目标监控界面里台焊接机焊接时电流电压气体流量焊丝速度等运行参数够报警详细信息
现场项目验足没考虑现场情况期许功值完善：
1 数库存储功
2 报表功（日报月报等）
3 权限理（刷卡等方式）
毕业设计月收获颇丰书知识更深理解书学知识更应实际工作学会起促进作
具体说毕业设计中知道接新课题步步分析提出解决方案执行提出方案形成成果知道遇难题时调动知识储备分析解决难题知道样获取想急需信息知识
做设计程中学会运CAD西门子组态王等软件完成完成务次设计程中应该感谢指导老师月老师直辞辛苦耐心指导讲解演示方面予支持帮助克服设计中遇许难题少走许弯路师身仅仅获取专业知识更重学诲倦职业丝苟工作态度工科学生说非常宝贵学帮助启发表示深切谢意
致 谢
求学道路新认识前说读万卷书行万里路现明白句话真正含义机械理学会实际运中片空白通次毕业设计明白做说难想学工作中会时刻牢记日验
回头思考次毕业设计觉程艰辛取希结果感谢导师文悉心指导辛勤付出尤根职业规划予选题建议次设计中遇诸难题困境导师予指导断探索中找条解决路感谢学四年老师教会专业知识学术态度
时感谢伙伴谢谢讨分析设计进行优化友谊船会说翻翻感谢起度学四年成功沮丧时刻陪伴身边继续前进力量
搁笔回首时没释重负感觉没成功满意欣慰篇文完成意味着求学工作道路仅仅良开端文中许问题需更加深入更准确更透彻分析研究伴终生继续进行
感谢欢迎位老师审阅指导期您宝贵意见鞭策断前进参考文献
[1] 机械设计手册编委会．机械设计手册[M]．新版第5册．北京：机械工业出版社1997．
[2] 濮良贵纪名刚．机械设计[M]．第七版．北京：高等教育出版社2004．
[3] 唐金松．简明机械设计手册[M]．第二版．海：海科学技术出版社200010．
[4] 黄海 常电气线路290例[M] 北京 科学出版社 2007
[5] 王宗机电传动控制[M] 北京 电子工业出版社 2014
[6] GBT 181352008 电气工程CAD制图规[S] 标准出版社2008
[7] JBT 27402008工业机械电气设备 电气图图解表绘制[S] 标准出版社2008
[8] 彭余恭陈金城 压铸机分类工作方式[J] 铸造2005年02期179181
[9] 陆秀令李生等 PLC金属压铸机控制系统中应 机电体化2003年06期7678
[10] 晓汉等．西门子PLC工业通信完全精通教程[M]．北京：化学工业出版社20132
[11] 金沙．S7200 PLC控制系统构成调试[M]．天津：化学工业出版社20125
[12] 邓．电器编程控制器应技术[J]．北京：机械工业出版社19971
[13] 张利．液压传动控制[M]．西安：西北工业学出版社20058
[14] 郁汉琪．电气控制PLC应技术[M]．南京：东南学出版社20066
[15] 陈立定等．电气控制PLC原理应[J]．北京：机械工业出版社20046
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摘
效理车间焊接设备提高产品质量生产效率必开发出相应车间理辅助设备外着信息技术发展计算机价格越越便宜先进制造车间台设备独立工作通新技术设备够协调统起完成系列工作实现设备效利生产率提高
系统位机采组态王开发监控软件该设备具较强扩展力拥较接口置部件时系统带较置功该设备具较明显优势性处理效率高时性价高够满足需求时作国研发研究具性适合国技术员思维模式时该软件具诸良性够设计减少工作量提高效率
关键词：组态王 监控系统 PLC 设计
Abstract
In order to effectively manage the welding equipment in the workshop improve the quality of products and production efficiency it is necessary to develop the corresponding auxiliary equipment workshop management In addition with the development of information technology the prices of computers are getting cheaper in advanced manufacturing workshop is often no longer the independent work of the equipment but through new technologies enable the equipment can improve the system to coordinate together to complete a series of work so the implementation of effective utilization and productivity
The computer system uses KingView to develop a monitoring software the device has strong expansion ability has many interfaces and builtin parts At the same time the system comes with more builtin functions All these make the equipment has obvious advantages good performance and high processing efficiency At the same time costeffective able to meet our needs At the same time as the research of our country＇s independent research and development has a very good performance and suitable for our country＇s technical personnel＇s thinking mode At the same time the software has a lot of good performance which can reduce a lot of work and improve the efficiency of our design
Key Words：Kingview monitoring system PLC design
目 录
摘 I
Abstract II
1 引言 1
11 设计目标 2
12 设计原 3
2 系统方案 4
21 系统总体架构设计 4
22 系统功 4
23 系统方案 5
3 控制系统硬件设计 7
31系统元器件 7
311 PLC扩展模块 7
312 传感器 9
313组态王 13
32电路图 14
4 控制系统软件设计 16
41 PLC程序设计 16
411 PLC通讯设置TCPIP 16
412 PLC梯形图程序 20
42 机界面设计 21
43系统调试 23
结 25
致谢 26
参考文献 27
1 引言
工业化着科学技术理思想断发展加工制造行业技术应理模式历次变革实际发展次变革带工业水幅提升释技术革命工业发展导作体现车间层面应理致历阶段
历史发展规律着科学技术理思想断进步企业发展理变革种必然某阶段阶段发展历史趋势然发展周期角度前企业发展正处第三阶段第四阶段渡时期单信息技术辅助生产信息化工业化两化融合渡阶段
车间理发展第三阶段信息技术引入改变原设备基础理理模式通种信息化手段(控制技术理系统等)应极改善优化车间流程理手段整合资源提高效率辅助决策等方面充分发挥信息化优势企业生产力幅提升推动工业生产长时期发展
着工业化进程断深入信息化辅助生产理模式逐步暴露足明显体现工业现场控制结合统方面长期工业技术发展信息化发展企业部呈现两条单发展路线两者单带动促进关系没发挥工业化信息化相互促进彼带动良效应表现具体层面信息化信息化出现工业化信息化脱节状况方面工业技术发展未更体现信息技术指导支持作方面信息技术未更结合工业化实际未更体现工业化互动作定程度制约企业进步发展更实现工业化信息化融合更发挥两者互动作成企业发展新课题
技术发展规律前阶段发展瓶颈直接催生阶段技术变革两化融合概念适应工业发展需应运生信息化带动工业化工业化促进信息化科学发展模式成企业发展方具体车间理层面充分体现实践两化融合概念数字化车间建设成现代企业建设方
次技术变革会带工业发展长足进步充分践行两化融合概念数字化车间例外通数字化车间建设解决企业核心环节(车间理)两化融合问题充分发挥信息技术工业技术优势两者相互促进发展方面更发挥信息化台优势发挥信息技术指导决策分析作整合串联优化项工业技术应改进工业流程指导促进工业水发展方面充分发挥种工业技术信息化支撑基础作信息技术工艺层面更支持信息化建设信息化建设源生产服务生产提升车间数字化水做数字化车间建设已逐步成现代企业增强核心竟争力关键
图11 先进信息化理车间
进步推进济体制改革提升国民济工业化信息化水国家提出两化融合工业发展求信息化进程工业化进程相互独立进行单方带动促进关系信息化带动工业化工业化促进信息化实现信息化工业化高层次深度结合走新型工业化道路核心信息化支撑追求持续发展坚持科学发展
深入理解两化融合概念含义出数字化车间建设正两化融合工业现场具体实践通数字化车间建设基础工业单元层面信息化工业化进行机整合实现两化融合科学发展说数字化车间建设仅科技发展必然产物更两化融合发展求
国家两化融合发展规划出数字化车间工业化信息化发展必然产物新时期工业化进程中科学技术推动生产力发展良切入点数字化车间建设符合科学发展规律企业发展求国家政策支持正行业火荼展开
数字化车间种思想更种模式具广阔应前景仅适制造行业更制宜推广应国民济行业水利电力矿业化工农业加工制造业等等均数字化车间理念加实践应国民济发展助力提升国民济整体水
11 设计目标
焊接车间台焊接设备台设备焊接程中数需记录提高焊接产品质量焊接设备发生障需时发现焊接作种复杂热加工工艺焊接质量受方面素影响焊接电流电压保护气体流量等实现焊接程参数进行实时采集作数存储利焊缝质量复查焊接程原焊接质量具更高重复性追溯性存储数断调整优化焊接程达提高生产效率产品质量目
效理车间焊接设备提高产品质量生产效率必开发出相应车间理辅助设备外着信息技术发展计算机价格越越便宜先进制造车间台设备独立工作通新技术设备够协调统起完成系列工作实现设备效利生产率提高
焊接领域生产加工程质量评定科学研究需数支持焊接作特殊工序效监控制造领域重课题焊接程非常容易受外界条件变化影响焊接作业者身技密切相关焊接质量关系产品质量关键素效取焊接程数分析焊接质量重
设计出套够实现焊接车间级设备理服务系统该系统够方便快捷记录焊接设备情况仅工作站中心服务器直观显示焊接程中采集实时焊接工艺数效数记录文件形式保存工作员够直接运电脑够直接开印文件焊接设备正常工作时够发出警报子理服务系统具扩展性整设备理服务系统具扩展性升级性
12 设计原
1设备安装方便调试简单系统稳定
2机交互界面操作简单性化符合操作者惯信息记录浏览方便快捷
3设备非正常工作够做出警报
车间焊接设备理系统适焊接车间焊接设备进行统服务理
2 系统方案
根焊接车间实际情况设计目标结合焊接技术研究现技术水整系统结构特征设计3层次包括中心服务器子理系统(工作站)焊接设备设备名称时设备者开始结束时间焊接设备工作程中采集焊接参数等焊接设备车间中加入理系统系统设备信息数直接源
21 系统总体架构设计
图21 系统总体结构图
图21示车间焊接设备理系统总体结构图该图中子理系统通焊接设备信号数采集进行定出相关信息数通TCPIP协议路器传中心服务器PC中心服务器中运行程序够接收数进行处理判断发子理系统子理系统网络行结构子理系统够定范围添加具扩展性中心服务器子理系统核心单元PC开放性保证
22 系统功
图22示中心服务器计算机外围输入输出设备构成包括键盘鼠标显示器印机构成设备辅助设备安装机箱中
图22 系统中心服务器
中心服务器处整理系统网络中高级通接入局域网路器加入整理系统网络通TCPIP协议实现子理系统数交换图21示中心服务器PC开机果理系统网络处局域网连接工作正常中心服务器显示器显示焊接设备工作状态
监控系统功：
（1）系统界面显示正工作焊机焊接曲线焊机参数通波形实时动态显示焊接数存储服务器够查询历史数
（2）障报表户查焊机报警障信息焊机名称编号台位障名称工信息障时刻电流电压送丝速度气体流量超规范开始结束时间曲线状态图表
23 系统方案
系统位机采组态王开发监控软件具适应性强开放性易扩展济开发周期短等优点通常样系统划分控制层监控层理层三层次结构中监控层连接控制层连接理层实现现场实时监测控制动控制系统中完成传达组态开发重作尤考虑三方面问题：画面数动画通监控系统求实现功分析采组态王监控系统进行设计组态软件试验者提供视化监控画面利试验者实时现场监控充分利Windows图形编辑功方便构成监控画面动画方式显示控制设备状态具报警窗口实时趋势曲线等便利生成种报表具丰富设备驱动程序灵活组态方式数链接功
图23 位机软件
系统位机选西门子S7200CN系列PLCCP2341网络通讯扩展模块进行系统TCPIP通讯组网EM231模拟量输入扩展模块进行焊接机数采集完成整系统硬件配置
图24西门子PLC
3 控制系统硬件设计
31系统元器件
311 PLC扩展模块
PLC种编程存储器户执行指令通输入输设备传送信号模拟信号数字信号相互转换控制器控制种类型机械生产程
70年代初微处理器快会介绍编程序控制器编程控制器增加计算数传输处理功计算机发展更方便反映编程控制器功优点做逻辑编程控制器该系统具体积运算速度快抗干扰力强模拟量性高特点具高抗干扰力
二十世纪八十年代初PLC发达工业国家相普遍时起全世界开始投入研发生产PLC国家企业越越产量快速增加PLC已步入成熟阶段
80年代九时期编程控制器增长速度快维持30～40编程控制器数字计算处理力网络容量机界面等方面较幅度增加编程控制器开始进入程控制领域某应中取代分布式控制系统
第二十世纪末编程控制器开发更适合现代工业时间里型机超级计算机特殊功单元诞生产生种样通信单元机接口单元
种品牌配置样选型方式差异面着重介绍家常西门子PLC选型方法：
1分析控象提出控制求
控制象特点详细分析程工作理解指责象机械电气流体控制象间PLC控制系统控制求确定控制方案设计开发务陈述
2确定PLCIO
根系统控制求确保必需输入装置（钮位置开关开关等）种传感器输出设备（：接触器电磁阀信号灯等执行器等）确定PLC输入输出设备相关联确定IO点PLC
3选择PLC型号
PLC选择包括机型容量IO模块电源等选择
4PLC分配IO外围硬件线路
分布式I O点：画出PLCI O点相应输入输出设备连接图表间关系部分第2步完成
外围硬件电路设计PLC：绘制系统电气线路图部分包括电路未进入PLC等控制电路PLCIO连接图PLC外围系统电气原理电路图系统硬件电路已确认
S7200 种型编程序控制器适行业种场合中实现检测监测控制动化S7200系列相强功独立运行中相连成网络皆实现复杂控制功S7200系列具极高性价
S7200系列PLC非常济适性价已广泛代传统继电器控制系统升级动控制系统动控制系统中充分发挥重作S7200系列PLC应领域相广泛覆盖部分工业领域：种机械机床环境保护民设施电力设施设备等等
图31 S7200应扩展图
系统选CPU 222连接七扩展模块扩展值168数字量输入输出点38模拟量输入输出点2100KHz高速脉输出端口 RS485通讯口PPI协议MPI通信协议方式通讯力该机加入种功置模拟I O数字控制功PID整定功数记录配方功具模拟I O强控制力控制系统更高求更输入输出点更强模块扩展力更快速度更强综合特殊功复杂完全适应中型控制系统
图32 CPU 222EM231 接线图
CP 2431 种通讯处理器设计S7200 动化系统中运行S7200 系统连接工业太网（IE）中CP 2431 助 S7 产品系列通特网进行通讯STEP 7 MicroWIN 32S7200 进行远程组态编程诊断台S7200 通太网S7200S7300 S7400 控制器进行通讯OPC 服务器进行通讯开放式 SIMATIC NET 通讯系统中工业太网作协调级单元级网络技术工业太网种基屏蔽轴电缆双绞电缆建立电气网络种基光纤电缆光网络工业太网根国际标准IEEE 8023 定义工业太网SIMATIC NET 概念部分现场总线PROFIBUS AS 接口起确保协调级单元级现场级间断网络运行
CP 2431 提供三种通讯关系单独组合：连接STEP 7 MicroWIN 32连接SIMATIC S7 系列远程组件连接基OPC PCPG 应程序
图33 CP 2431模块
312 传感器
(1)电流信号采集
电流信号采集核心器件霍尔电流传感器选型号：宇波模块CHF400H采开环霍尔直测式原理隔离测DC(直流)AC(交流)脉电流实物图图
图34 宇波模块CHF400H
该型号霍尔电流传感器性参数表表：
表31 宇波模块CHF400H
性符号
性名称
具体参数
IN
额定电流(RMS)
400A
Ip
测量范围
0…±600A
VM
输出电压
输出额定值±4V应原边额定电流IN
X
精度(Ta+25℃)
IN±10
Vc
电源电压
±12…15V(±5)
Vi
绝缘电压
原边副边电路间：3KV效值50Hz1分钟
Voff
失调电压（Ta +25℃）
原边电流 IN0 时值：±30mV
Td
温漂（Ta 25…+85℃）
值：±1mV℃
L
线性度
≤1
Tr
反应时间
≤10μS
didt
F
频率范围
0…20KHz
Ta
工作温度
25℃…+85℃
Ts
贮存温度
25 …+90 ℃
Ic
耗电
25mA
RL
负载电流
>10KΩ
Rs
副边电阻（Ta +85℃）
原边电阻（Ta +85℃）
W
重量
80g
(2)电压信号采集
电压信号采集核心器件闭环霍尔电压传感器选型号：宇波模块CHV50P采霍尔磁补偿工作原理隔离测DC(直流)AC(交流)脉电压电流实物图图
图35 CHV50P实物图
该型号闭环霍尔电压传感器性参数表表
表32宇波模块CHV50P
性符号
性名称
具体参数
IN
额定电流(RMS)
10mA（RMS）
Ip
测量范围
0±20mA
RM
测量电阻
RM min
RM max
（Vc±12–15V）
0Ω(10mA20mA时)
350Ω(10mA 时)100Ω(20mA时)
IM
测量电流（输出电流）
输出额定值 50mA应原边电流 10mA
KN
匝数
5000：1000
X
精度（Ta+25℃）
IN±1
Vc
电源电压(Vc)
±12–15V (5)
Vi
绝缘电压
原边副边电路间 3KV效值50Hz1 分钟
Ioff
失调电流（Ta+25℃）
原边副边电路间 3KV效值50Hz1 分钟
Td
温漂（Ta25–+70℃）
典型值：<±03 mA值：±05 mA
L
线性度
02
Tr
反应时间
10200μS
didt
f
频率范围
0–50K Hz
Ta
工作温度
25℃–+70℃
Ts
贮存温度
25℃–+85℃
Ic
耗电
10 mA + IM(测量电流)
Rs
副边阻（Ta +70℃）
30Ω
原边阻（Ta +70℃）
500Ω
W
重量
90g
(3)气体流量采集
气体流量采集采七星华创质量流量控制器型号D0719B够气体质量流量进行精密测量控制广泛电子工艺设备真空镀膜石油化工冶金制药光纤熔炼分析测量仪器制气配气等行业
标准：气体质量流量氮气(N2)标定技术参数表
表33 D0719B技术参数
指标名称
参数
满量程流量范围(N2)
5SCCM～30SLM
控制范围
2～100％FS
阀类型（阀初始状态）
电磁调节阀（常闭）
准确度
≤10SLM
±1％FS
＞10SLM
±2％FS
线性
≤10SLM
±05～1％FS
＞10SLM
±2％FS
重复精度
±02％FS
响应时间
≤4sec
工作温度范围
5～45℃
工作压差
≤10SLM
01～05MPa
＞10SLM
01～03MPa
耐压
3MPa
漏气率
1×109SCCSHe
密封材料
氟橡胶聚四氟乙烯氯丁橡胶
接头选择
VCR
14φ4hoseφ6hose
Swagelok
1814φ3φ6mm
电插头形式
DB15 pin(Male)
抗电磁干扰
CE
重量
095Kg
313组态王
组态王作民族品牌第版发布20年直市场独占鳌头领跑国动化软件市场亚控科技始终遵守客尊理念着支卓越服务团队专业高效热情技术支持服务业界赢良口碑年着亚控科技国际化步伐组态王产品已走世界良性价赢国际户认
提高效率降低成企业实现利润化必路组态王70继承组态王系列产品功强运行稳定基础发布组态王70产品中提出工程二次组态概念逐步重点推出提高工程组态效率方面特性户提高工程组态效率降低工程实施成提高效益提供力支持
图36 组态王软件
组态王70新特性：
1模板功模块化组态单元提高工程组态效率
2开放组态环境XML技术应
3国际化组态工程兼容语言环境
4保持产品兼容型
组态王产品关键优势：
1设备驱动支持广泛组态软件拥4000余种设备协议驱动
220年超150000运行授权验证稳定性强性价高
3丰富功良易性户提高生产力
4产品惯产品风格工程兼容等方面良延续性户节省量学成工程维护成
5良开放性数访问途径应方便
6产品安全性较外数交换均预防措施
7行业应广泛众行业应案例提升产品价值
8专业卓越技术服务团队时户提供解决方案
32电路图
查PLC种传感器硬件手册根系统功求进行电气硬件部分设计AutoCAD绘图软件进行电气原理图绘制见附件
图37系统电路图
4 控制系统软件设计
41 PLC程序设计
根国际电工委员会制定工业控制编程语言标准（IEC11313）PLC五种标准编程语言：梯形图语言（LD）指令表语言（IL）功模块语言（FBD）序功流程图语言（SFC）结构文化语言（ST）五标准编程语言十分简单易学
（1）梯形图语言PLC程序设计中常编程语言继电器线路类似种编程语言电气设计员继电器控制较熟悉梯形图编程语言广泛欢迎应 梯形图编程语言特点：电气操作原理图相应具直观性应性原继电器控制相致电气设计员易掌握 梯形图编程语言原继电器控制点梯形图中流实际意义电流部继电器实际存继电器应时需原继电器控制概念区
（2）指令表编程语言汇编语言类似种助记符编程语言汇编语言样操作码操作数组成计算机情况适合采PLC手持编程器户程序进行编制时指令表编程语言梯形图编程语言图应PLC编程软件相互转换
（3）功模块图语言数字逻辑电路类似种PLC编程语言采功模块图形式表示模块具功功模块功 功模块图编程语言特点：功模块图程序设计语言特点：功模块单位分析理解控制方案简单容易功模块图形形式表达功直观性强具数字逻辑电路基础设计员容易掌握编程规模控制逻辑关系复杂控制系统功模块图够清楚表达功关系编程调试时间减少
（4）序功流程图语言满足序逻辑控制设计编程语言编程时序流程动作程分成步转换条件根转移条件控制系统功流程序进行分配步步序动作
（5）结构化文语言结构化描述文描述程序种编程语言类似高级语言种编程语言中型PLC系统中常采结构化文描述控制系统中变量关系
411 PLC通讯设置TCPIP
（1）控制面板里找Setting the PGPC Interface（STEP 7 MicroWIN 编程软件里）选择网卡（例TCPIP>ADMtek AN983 10100 PC…）点击属性出现话框确认关闭话框
（2）开STEP 7 MicroWIN 编程软件点击左侧通信弹出通信话框双击双击刷新找S7200 CPU
（3）通选择手动CP2431 址填写远程里确认关闭
（4）点击工具菜单选择太网导开
（5）点步
（6）点击读取模块找CP2431 太网模块选择相应模块点击步设置IP 址子网掩码网关
（7）点步配置连接数目图(十)完成点步
（8）里注意：选择服务器连接…勾选接受连接请求默认点连接做样设置
（9）确认进入窗口作修改点步进入窗口点击建议址点击步进入界面
（10）进入界面做修改点击完成弹出话框选择关闭窗口太网设置完成样步骤设置PLC
412 PLC梯形图程序
PLC数采集梯形图程序：
图41 PLC数采集梯形图程序
42 机界面设计
（1）开组态王kingview655点击新建钮建立新工程图示：
（2）提示进行设置完成新建程序双击新建工程进入工程浏览器界面
（3）左侧菜单栏设备栏里选择COM1口找PLC型号建立连接图示：
（4）数库里PLC变量投影组态王软件里图示：
（5）新建画面系统需容加入画面中图示：
43系统调试
系统编程结束需PLC项目里选择编译进行错误检查图示错误载程序选择RUN进行线监控
图42 PLC项目里选择编译进行错误检查
组态王软件进行仿真运行运行点击运行钮系统仿真运行：
图43 系统仿真运行
结
通模拟运行次设计基完成设计目标监控界面里台焊接机焊接时电流电压气体流量焊丝速度等运行参数够报警详细信息
现场项目验足没考虑现场情况期许功值完善：
1 数库存储功
2 报表功（日报月报等）
3 权限理（刷卡等方式）
毕业设计月收获颇丰书知识更深理解书学知识更应实际工作学会起促进作
具体说毕业设计中知道接新课题步步分析提出解决方案执行提出方案形成成果知道遇难题时调动知识储备分析解决难题知道样获取想急需信息知识
做设计程中学会运CAD西门子组态王等软件完成完成务次设计程中应该感谢指导老师月老师直辞辛苦耐心指导讲解演示方面予支持帮助克服设计中遇许难题少走许弯路师身仅仅获取专业知识更重学诲倦职业丝苟工作态度工科学生说非常宝贵学帮助启发表示深切谢意
致 谢
求学道路新认识前说读万卷书行万里路现明白句话真正含义机械理学会实际运中片空白通次毕业设计明白做说难想学工作中会时刻牢记日验
回头思考次毕业设计觉程艰辛取希结果感谢导师文悉心指导辛勤付出尤根职业规划予选题建议次设计中遇诸难题困境导师予指导断探索中找条解决路感谢学四年老师教会专业知识学术态度
时感谢伙伴谢谢讨分析设计进行优化友谊船会说翻翻感谢起度学四年成功沮丧时刻陪伴身边继续前进力量
搁笔回首时没释重负感觉没成功满意欣慰篇文完成意味着求学工作道路仅仅良开端文中许问题需更加深入更准确更透彻分析研究伴终生继续进行
感谢欢迎位老师审阅指导期您宝贵意见鞭策断前进参考文献
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