论文总字数：23945字

摘 要

本文主要研究了PLC设备的PID功能在参数控制方面特点，并将其应用于电弧喷涂过程电压电流的控制，编写出一个可以通过PLC实现电弧喷涂过程参数PID以及整个喷涂过程全控制的的程序。

本论文首先根据电弧喷涂的原理分析了可能会影响喷涂质量的各种影响因素，最直接的影响因素就是喷涂材料和喷涂参数。喷涂过程中选定了合适的喷涂参数，关键是如何保持该数值的稳定。用于喷涂控制的PLC设备中PID模块是专门用于参数控制的，根据电弧喷涂的特点，利用PID进行电流电压的控制。在对PLC指令、端口、寄存器、各个模块以及编程软件和编程方法进行研究后，设计方案路线以实现数据的输入处理和输出控制。使用电压电流模拟量的转换模块AD和DA编程将模拟信号电压值与数字量进行转换完成了PLC内部数字运算与对外围设备的控制功能。通过数学方法和实验选定了合适的PID参数执行PID指令。完成各个部分的功能实现后，编写主程序，对数据寄存器进行统一的协调分配，通过调用子程序的方式使用PID运算和自动控制功能。使用软件对显示界面编程最终实现了人机交互。

关键词： PLC，PID，电弧喷涂，AD转换，DA转换

Abstract

This paper mainly studies the characteristics of PLC equipment PID function in parameter control, and applies it to the control of voltage and current in arc spraying process, and writes a program that can realize the PID control of arc spraying process and the full control of the whole spraying process through PLC.

Based on the principle of arc spraying, this paper firstly analyzes the factors that may affect the quality of spraying, and the most direct factors are spraying materials and arc spraying parameters.The proper spraying parameters are selected in the spraying process. Then the key is how to keep the stability of the values.The PID module in the PLC equipment is specially used for parameter control. According to the characteristics of arc spraying, the PID is used for current and voltage control.In the PLC instruction, port, register, each module and programming software and programming methods are studied, design the program route to realize the data input processing and output control.The conversion module AD conversion and DA conversion are used to convert the analog signal voltage value to the digital value and complete the internal digital operation of PLC and the control function of peripheral equipment.Through mathematical methods and experiments, the appropriate PID parameters are selected to execute the PID instruction.After the completion of each part of the functional realization, write the main program, the unified coordination of the data register allocation, by calling the subroutine way to use the PID operation and automatic control function.Finally, using the software to program the display interface to realize human-computer interaction.

Key words: PLC, PID, arc spraying, AD conversion, DA conversion

目 录

第1章 绪论 1

1.1研究背景 1

1.1.1电弧喷涂技术的应用 1

1.1.2电弧喷涂技术研究现状 1

1.2研究主要内容和意义 2

1.2.1研究主要内容 2

1.2.2研究意义 2

1.3 研究的预期目标 3

第2章 设备模块连接和信号传递路线 3

2.1 PLC的特点及选择 3

2.2 PLC的I/O接口设计 3

2.3模拟输入输出设计 4

2.3.1电压信号的转换和传输路线 4

2.3.2电流信号的转换和传输路线 5

2.4 PID模块 6

2.4.1 PID的数学原理 6

2.4.2 主机PID功能的实现 7

第3章 参数设定和程序编写 9

3.1 AD模块 9

3.2 PID模块 10

3.2.1 参数设置 10

3.2.2 PID程序的编写 13

3.3 DA模块 15

3.3.1 输出模式和参数设定 15

3.3.2 DA编程 16

3.4 主程序 17

第4章 主程序调试与PID参数的调整 28

4.1 PID参数调整 28

4.2显示面板的设计与程序调试 28

第5章 总结与展望 31

5.1 总结 31

5.2 展望 31

参考文献 32

致谢 33

第1章 绪论

1.1研究背景

1.1.1电弧喷涂技术的应用

钢结构件和许多机械零部件在工况下往往面临着许多苛刻的条件，如船舶、管路、桥梁等需要对钢结构表面进行强化来提高其耐腐蚀和抗磨擦的性能。热喷涂作为一种优秀的金属防蚀抗磨表面防护的处理技术，因其有着较好的效果在实际生产中广泛应用。热喷涂的原理就是用热量的输入将细微分散的涂层材料加热到熔融或者半熔融的状态，再通过方法沉积到基体表面，从而形成连续均匀的涂层来保护基体材料的一种技术。

其中电弧喷涂是应用最广适用性最强且的一种热喷涂方法。电弧喷涂的原理是在两根金属丝之间起弧，利用电弧热将金属喷涂丝材融化为小熔滴，再通过喷气口射出高速气体吹动熔滴高速运动碰撞基体材料最后贴合到基体表面冷却形成致密涂层^[1][2]。相较于其他喷涂方法如火焰喷涂，电弧喷涂技术因其利用电弧热为热源而有着经济节能、结合强度高、喷涂质量稳定、安全性高、应用范围广等优点，成为当前钢结构防护工程防腐蚀寿命最长、最经济节能的防护技术之一^[3]。

1.1.2电弧喷涂技术研究现状

一种研究思路是按照使用需求和基体材料制备或者选择丝材材料组成，以使其磨损失效速率降低延长耐蚀寿命，改变其微观结合形式和相组成来增强耐磨性。

如铁铝涂层具有低密度、优异的抗冲蚀性能和高硬度等特点。周勇等在Fe基丝材中添加Nb、B等元素粉末，制备含有Fe₃Al和FeAl硬质合金相的耐磨涂层。Dallaire等在不锈钢丝材将TiB₂的体积分数增加时涂层的耐磨性显著提高。

另一种改善途径就是控制电弧喷涂过程的参数以保证电弧喷涂涂层的质量。

鉴于电弧喷涂原理是依据气体动力学原理雾化熔滴形成喷涂涂层，学者们利用数值分析的方法研究射流分布等流场特性。利用软件分析碰撞时变形和传热行为预测涂层特征。

相对来说，控制喷涂过程的电流和电压简单高效得多。T.Watanabe等学者通过研究电弧喷涂过程中喷涂电压对涂层性能的影响发现电压对雾化气体特性影响很大，电压波动幅度决定雾化气体紊流度大小^[4]。送丝速度（与喷涂电流相关）对于涂层厚度分布和涂层硬度及孔隙度均有一定程度的影响。

综上所述，国内外学者对提高涂层质量的研究主要是从喷涂材料的组成和具体的喷涂参数的数值方面进行改善。本文将从实际操作电弧喷涂的过程中减小喷涂过程电流电压波动，当环境因素或者设备因素产生的参数（电流电压）波动时利用PLC自带的PID模块进行运算处理及时调整参数为设定值，提高喷涂参数的稳定性，从而减小对于涂层质量需求造成的影响，获得厚度均匀且范围连续的高质量涂层。

1.2研究主要内容和意义

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