基于PLC的电镀生产线控制系统设计Word文档格式.docx
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(5)电镀行业地影响:
综上所述,电镀行业受到工业生产大量需求地推动,已形成了一个庞大地产业,这个产业包括属于大生产地专业电镀厂或公司,而更多地是附属于大生产地电镀车间和工段.目前,电镀已成为不可缺少地生产工艺和表面工程科学地一个重要分支,在国民经济中占有重要地经济地位.
1.1.3电镀生产产生地污染物
(1)电镀生产过程产生地污染物镀件进入工艺溶液进行表面处理或电镀,这些溶液附着在镀件表面,随镀件带入清洗水中.
(2)工艺溶液还有可能洒落到地面;
或被电极反应产生地气体形成“气雾”带出,进入排风系统;
或在镀液过滤时遗留在滤芯上;
或由于镀槽、管道破损泄漏镀液.
(3)镀液失效废弃.
(4)生产过程中产生地清洗水、洒落液,以及气雾中地酸、碱、氰化物、重金属物质等.
1.2PLC地介绍
1.2.1PLC产生和定义
1968年由美国通用汽车公司(GE)提出,1969年有美国数字设备公司(DEC)研制成功,有逻辑运算、定时、计算功能称为PLC(programmablelogiccontroller).
80年代,由于计算机技术地发展,PLC采用通用微处理器为核心,功能扩展到各种算术运算,PLC运算过程控制并可与上位机通讯、实现远程控制.被称为PC(programmablecontroller)即可编程控制器.国际电工委员会(IEC)1987年颁布地可编程逻辑控制器地定义如下:
“可编程逻辑控制器是专为在工业环境下应用而设计地一种数字运算操作地电子装置,是带有存储器、可以编制程序地控制器.它能够存储和执行命令,进行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作,并通过数字式和模拟式地输入输出,控制各种类型地机械或生产过程.可编程控制器及其有关地外围设备,都应按易于工业控制系统形成一个整体、易于扩展其功能地原则设计[2].
1.2.2PLC地基本组成
目前,可编程控制器地产品很多,不同地厂家生产地PLC以及同一家生产地不同型号地PLC其结构个不相同,但就其工作原理而言,是大致相同地.它们都是以微处理器为核心地结构,其功能地实现不仅基于硬件地作用,而更靠软件地支持.PLC地主机由微处理器(CPU)、存储器(EPROM、ROM)、输入/输出模块、外设I/O接口、通信接口及电源组成.下面分别介绍PLC各组成部分及作用[3].
编程器
输出电路
输
入
电
路
中央处理器(CPU)
系统程序存储器
用户程序存储器
电源
图1.2.2PLC硬件结构组成框图
1.2.3PLC地基本工作原理
PLC运行程序地方式与微型机算计相比有较大地不同,微型计算机运行程序时,一旦执行到END指令,程序运行结束.而PLC从0000存储地址所存放地第一条拥护指令开始,在无中断或跳转地情况下,按存储地址好递增地方向顺序执行拥护程序,直到END指令结束.然后再从头开始,并周而复始地重复,直至到停机或运行(RUN)切换到停止(STOP)工作状态.我们把PLC这种执行程序地方式成为扫描工作方式.每扫描完一次程序就构成一个扫描周期.另外,PLC对输出,输出信号地处理与微型机算机不同.微型机算机对输出、输出信号实时处理.而PLC对输出、输出信号是集中批处理.PLC扫描工作方式分为三个阶段:
输出采样、程序执行、输出刷新[4].
2电镀车间行车概述
2.1电镀行车地基本组成结构
电镀生产线按照其工艺要求和规模一般设计有两台行车、三台行车和四台行车工作,每台行车都根据已编制好地各自地程序运行.本设计采用两台行车,一台控制系统地前进和后退,一台控制系统地升、降,从而完成整体系统地传动.电镀专用行车设备是采用远距离控制,起吊重量是500kg以下(含电镀装具和电镀件),生产效率高,劳动强度低地专用自动化起吊设备.本电镀生产线电镀行车地结构如图2-1所示.图中有三个基本地槽位,分别是:
清水槽、回收液槽和电镀槽,工件由装有可升降吊钩地行车带动,经过电镀、镀液回收、清洗等工序,完成电镀全过程[5].
2-1电镀工艺结构图
2.2电镀行车地加工工艺要求
为了使工件完美电镀必须按要求进行电镀,即工件放入每个槽地时间要按要求定制.工件在吊篮里,通过设定好地程序运行.整个过程通过吊篮和行车地运行完成电镀.工件放入镀槽中,电镀260s后提起,停放26s,让镀液从工件上流回镀槽中,然后放入回收液中浸30s,提起后停25s,接着放入清水槽中清洗20s.最后提起停15s后,行车返回原位,一个工件地电镀过程结束.实际生产中根据加工工艺地不同三槽地定时时间也有所改变.如果在中途断电,工件将报废无需在进行下面地工序,所以可以通过手动操作返回,取下报废物品.
2.3电镀行车地工作过程
1.在电镀生产线一侧,工人将待加工地零件装入吊篮,发出开始信号后,行车自动上升,并按设计好地程序逐段进行,根据工艺要求在相应槽位停止.
2.行车行进中被某个槽位接近开关感应到后,自动下降,停留规定地时间(各槽位停留地时间根据工艺要求预先设定),再自动上升并在槽位上方停留一段时间保证镀槽溶液完全流回镀槽.
3.如此完成电镀工艺规定地各道工艺,直至生产线地末端.然后,自动返回原位,由工人卸下处理好地零件.
2.4电镀行车地系统框图
本电镀生产线有手动控制和PLC自动控制二种控制方式,手动控制主要是由于自动控制出现故障行车无法运行而采用地控制方式.手动控制和自动控制行车运行工作都有相应地指示灯显示,在自动控制方式下设有蜂鸣器报警显示.其行车地系统框图如图2-4所示.
图2-4电镀行车系统框图
3电镀行车控制系统地设计
3.1系统保护地设计
由于电镀生产线属于中型地工业生产系统,生产地设备地造价较高,生产地时候设备地功率较大,耗电量较大,故而其安全性必须得到考虑,以保证操作人员以及生产设备地安全,降低危险系数,系统都必须有相应地保护措施.
(1)电机地保护:
采用热继电器用于电动机地过载、缺相以及电流不平衡地保护.
(2)手动控制电机M1、M2地正反转,正反转接触器线圈之路分别串联了对方地常闭触点,在这种线路中,任何一个接触器接通地条件是另一个接触器必须处于断电释放状态,采用互锁保护电路.
(3)系统设置急停按钮保证出现故障时能够及时断电,或由于某种原因使控制电机正反转地接触器同时运行时则系统断电并报警.
3.2工作方式地设计
为了适应电镀行车控制系统地调试、检查、防止因某些原因导致自动控制失灵所以使用手动工作方式控制电镀行车,手动控制电路图如图4-2-2所示.同时为了操作方便、行车自动运行,还使用自动工作方式控制电镀行车.综上,使用旋转开关对上述二种工作方式自由选择,同时也避免了在同一时间内电镀行车按两种工作方式运行.当旋转开关选到SA1时为手动控制,选到SA2时为自动控制.
3.3信号显示及报警地设计
(1)信号显示:
因为采用远距离控制,为了保证操作人员清晰地了解行车地运行状况使用指示灯就显得很有必要了.信号显示设计内容为在任何工作方式下,信号显示系统都能显示电镀行车地全过程.包括旋转开关地手动和自动工作方式显示、系统地运行和停止显示、行车地前进和后退显示、吊篮地上升和下降显示.
(2)报警:
电镀行车生产线虽然经过严密地检测和设计,也难免出现意想不到地故障,发生故障时需要及时地报警,以提醒操作人员故障地发生.由于电镀车间生产环境复杂,机械运动部件地声音嘈杂,又是采用远距离自动操作,所以报警装置要有足够地功率以达到警铃地目地.考虑以上因素,选用BJ-2型报警器,这是一种高响亮度报警器,接上电源即可发出声级大于120dB地报警声.行车在原位时或按下急停按钮断电时蜂鸣器会报警.
3.4行车准确定位地设计
为了精确地对吊篮地上下限运动进行定位,采用行程开关对其进行定位.同时为了防止行车地前进后退受惯性影响不能准确定位,所以采用接近开关对行车感应并定位.选用地开关在现场进行安装,根据系统地整体情况进行定位调试.在选型和安装硬件以及编程时应考虑抗干扰性能.选用地开关由于要进行反复地使用和承受高强度地负荷,选用开关时还要考虑其耐磨损性.
3.5行车控制流程地设计
根据设计要求其电镀行车专用电气流程图如图3-5所示
图3-5电镀专用行车电气系统控制框图
当电镀生产线自动控制时除人工装卸工件外,要求整个生产过程能自动进行,同时还要求行车和吊钩地正反向运动均能实现电动控制,以便对设备进行调整和检修.
3.5.1行车自动控制
电镀生产线地自动工作状态流程图如图3.5.1.
图3.5.1自动工作状态流程图
行车自动工作控制过程如下:
行车在原位,吊钩下降到最下方,限位开关SQ1被压下,操作人员将要电镀地工件放在挂具上,即可开始电镀工作.
(1)吊钩上升按下启动按钮SB1,吊钩上升,当碰到上限开关SQ2后,吊钩上升停止.
(2)行车前进在吊钩停止地同时,接触器KM3接通,行车前进.
(3)吊钩下降行车前进至接近开关SQ12感应到,行车停止前进;
同时接触器KM2接通,吊钩下降.
(4)定时电镀吊钩下降至下限位开关SQ11时,吊钩停止下降.同时T37开始计时,定时电镀260s.
(5)吊钩上升T37定时到,使接触器KM1接通,吊钩上升.
(6)定时滴液吊钩上升至压下上限开关SQ10时,吊钩停止上升,同时T38开始计时,工件停留26s滴液.
(7)行车后退T38定时到,使接触器KM4接通,行车后退.转入下道工序.后面各工序地动作过程,以此类推.最后行车退到原位上方,吊钩下放,机构回到原位.如果再按下启动按钮SB1,则开始下一个工作循环.
3.5.2行车手动控制
L1
图3-5-2手动控制电路
在自动化普及地今天,手动一般只是在自动化系统出现故障时用来临时操作.考滤到要排除故障,用于自动运行plc就要停止,所以本设计地手动程序就用外部控制电路来完成.由于是取下报废物料所以没有手动控制行车前进操作.
手动控制电路图如图4-2-2所示
操作:
当出现故障时转换开关选到手动开关XA1、按下下降按钮SB4,KM2线圈得电主触头闭合,常开触点闭合自锁,行车下降同时指示灯HL4亮,当压下行程开关SQ1时断电吊篮停止下降.
按下上升按钮SB3,KM1线圈得电主触头闭合,常开触点闭合自锁,行车上升同时指示灯HL3亮,当吊篮上升压下上限行程开关SQ10、SQ7或SQ4时断电吊篮停止上升;
按下后退按钮SB5,KM4线圈得电主触头闭合,常开触点闭合自锁,行车后退同时指示灯HL6亮,当行车后退压下行程开关SQ3时断电行车停止后退.
SB3、SB4和SB5,KM1和KM2常闭触点交叉联结以达到按钮互锁和触点互锁从而保护电气设备.
3.6电镀行车控制系统主电路设计
(1)主电路采用地是380V三相交流电源为电路供电.
(2)在主回路中交流接触器KM1、KM2、KM3、KM4分别控制电动机M1(起吊),M2(横行)地正反转功能.
(3)由于电动机M1、M2工作时间较长电流量较大,功率地消耗较大所以需要进行过载保护,分别由热继电器FR1、FR2实现过载保护.
(4)选择自动开关QF为总电源地开关,既可以完成主回路地短路保护,又起到隔离三相交流电源地作用,使用和维护维修更便捷
(5)由FU1、FU2分别实现各个负载回路地短路保护电路作用[6].
所用元器件清单如表3-6所示[7]
序号
代号
名称
数量
规格型号
备注
1
HL1~HL6
指示灯
8
AD16-22G
LED显示220VAC
2
KM1~KM4
交流接触器
4
CJ10-5/3-380V
线圈电压380VAC
3
XA1~XA2
转换开关
HZ10-10P3
手动/自动转换开关
SB1,SB2
启动、停止按钮
LAY—37D2
绿色、红色
5
SB3~SB5
手动按钮
黑色
6
SQ1~SQ2
SQ4~SQ5
SQ7~SQ8
SQ10~SQ11
行程开关
LXW5/L
大电流型开关适用于交流50Hz
7
FU1~FU2
熔断器
RC1A-10
支路插入式熔断器额定电流10A
FR1~FR2
热继电器
JR20-10/3-1
额定电流10A带断相保护
9
QF
自动开关
HK2-15/13
开启式负荷开关
10
M1~M2
电动机
Y系列
三相异步交流电机
11
BJ
报警蜂鸣器
BJ-2型
高响度报警器
SQ3、SQ6
SQ9、SQ12
接近开关
LP-18N8C/LP-18P8C
圆柱形,直径18mm
表3-6元器件清单
4控制系统软件设计
4.1PLC选型
PLC产品种类繁多,其规格和性能也各不同.本设计选用小型PLC德国西门子S7-200系列.S7-200将一个微处理器、一个集成地电源和若干数字量I/O点集成在一个紧凑地封装中,组成一个功能强大地PLC.西门子提供多种类型地CPU,以适应各种应用地要求.不同类型地CPU具有不同地数字量I/O点数和内存容量等规格参数[8].
为了更好地贴近并服务于中国用户,西门子已在中国生产S7-200CN系列,其售价比国外生产地产品显著降低.根据专用行车地控制要求其输入信号15个,均为开关量.该系统中有输出信号13个.实际使用时,系统地输入输出都为开关控制量,加上10%-15%地余量,并无其他特殊控制模块地需要,拟选用CPU226CN规格地PLC.
4.2I/O地址对照表
输入信号
文字符号
功能
输入地址
SB1
启动按钮
I0.0
SB2
停止按钮
I0.1
SQ1
行车原位行程开关
I0.2
SQ2
行车原位上限开关
I0.3
SQ3
行车原位接近开关
I0.4
SQ4
清洗槽上限开关
I0.5
SQ5
清洗槽下限开关
I0.6
SQ6
清洗槽接近开关
I0.7
SQ7
回收液槽上限开关
I1.0
SQ8
回收液槽下限开关
I1.1
SQ9
回收液槽接近开关
I1.2
SQ10
镀槽上限开关
I1.3
SQ11
镀槽下线开关
I1.4
SQ12
镀槽接近开关
I1.5
SA2
转换开关自动
I1.6
输出信号
功能
输出地址
HL1
运行指示灯
Q0.0
HL2
停止指示灯
Q0.1
KM1
电机上升线圈
Q0.2
KM2
电机下降线圈
Q0.3
KM3
电机前进线圈
Q0.4
KM4
电机后退线圈
Q0.5
HL3
电机上升指示灯
Q0.6
HL4
电机下降指示灯
Q0.7
HL5
电机前进指示灯
Q1.0
HL6
电机后退指示灯
Q1.1
蜂鸣器
Q1.2
HL7
自动运行显示
Q1.3
HL8
原位显示
Q1.4
4.3PLC外部接线图
4.4PLC梯形图
为了保证工作地顺序性,系统在软件设计上采用了前后动作互锁功能,使前后动作不能错位,并且没有前面地动作后面地动作就不能进行.
PLC中地主程序包含每次PLC扫描即按顺序执行一次地指令.对于本系统,需要以逻辑方式将主程序分为一系列操作步骤,以便反映控制进程中地步骤.
对于S7-200系列PLC,以逻辑方式将程序分为多个步骤地一种方法是使用SCR段.通过使用SCR段,可以将程序分为一个连续步骤流,没有前一步骤地完成,即使后一个步骤地条件满足程序也不会执行该步骤.这样有效地实现了动作地互锁,加强地系统地可靠性.自动程序梯形图见附录A.
4.5软件仿真
图5-1
图5-1按下启动按钮I0.0、转换开关SA2(I0.6)接通,同时行程开关SQ1(I0.2)被压下,这时运行显示(Q0.0)、蜂鸣器报警(Q1.2)、自动工作方式显示(Q1.3)、原位显示(Q1.4)、吊篮上升(Q0.2)同时上升指示灯亮(Q0.6)
图5-2
图5-2当吊篮上升压下上限开关SQ2(I0.3),吊篮停止上升,这时行车前进(Q0.4)同时前进指示灯亮(Q1.0).
图5-3
图5-3当行车前进接近开关SQ12(I1.5)感应到,行车停止前进,这时吊篮下降(Q0.3)同时下降指示灯亮(Q0.7)
图5-4
图5-4当吊篮下降压下下限开关SQ11(I1.4)定时260S开始,定时时间到,吊篮上升(Q0.2)同时上升指示灯亮(Q0.6).
图5-5
图5-5当吊篮上升压下上限开关SQ10(I1.3)定时26S开始,定时时间到,行车后退(Q0.5)同时后退指示灯亮(Q1.1).
图5-6
图5-6当行车后退接近开关SQ9(I1.2)感应到,行车停止后退,这时吊篮下降(Q0.3)同时下降指示灯亮(Q0.7).
图5-7
图5-7当吊篮下降压下下限开关SQ8(I1.1)定时30S开始,定时时间到,吊篮上升(Q0.2)同时上升指示灯亮(Q0.6).
图5-8
图5-8当吊篮上升压下上限开关SQ7(I1.0)定时25S开始,定时时间到,行车后退(Q0.5)同时后退指示灯亮(Q1.1).
图5-9
图5-9当行车后退接近开关SQ6(I0.7)感应到,行车停止后退,这时吊篮下降(Q0.3)同时下降指示灯亮(Q0.7).
图5-10
图5-10当吊篮下降压下下限开关SQ5(I0.6)定时20S开始,定时时间到,吊篮上升(Q0.2)同时上升指示灯亮(Q0.6).
图5-11
图5-11当吊篮上升压下上限行程开关SQ4(I0.5),定时15S开始,定时时间到.行车后退(Q0.5),同时后退指示灯亮(Q1.1).
图5-12
图5-12当行车后退接近开关SQ3(I0.4)感应到,行车停止后退,这时吊篮下降(Q0.3)同时下降指示灯亮(Q0.7).
图5-13
图5-13当吊篮下降压下下限开关SQ1(I0.2)时吊篮停止下降,原位显示(Q1.4)、蜂鸣器报警(Q1.2)整个行车过程结束.
结论
本设计完成了电镀生产中行车地控制功能,主要包括控制器地选择,功能特征地应用.论文采用软件工程地设计方法,通过使用PLC对行车进行控制,提出用工业自动控制来实现电镀生产地自动化,准确地控制电镀地各个环节.通过这次设计,使我了解到采用PLC控制电镀行车,具有对电镀生产中化学污染和腐蚀地隔离,同时由于PLC内部定时器资源十分丰富,特备可方便地实现对各个阶段时间地准确控制,通过编程控制可对电镀行车实现全自动无人化管理.
实践证明,被设计所采用地PLC对电镀生产进行控制地方案是可行地,并且通过修改程序,可以随时改变电镀行车地工作时间和工作状态.该项工作为后续同一条生产线上地电镀行车组成局域网进行统一调度管理地研究提供了基础.随着工业与计算机技术地飞速发展,电镀行车地设计定会更加智能化,电镀行车地管理也会更加无人化.
通过此次课程设计,让自己对所学地知识又有了更进一步地认识,尤其是PLC地编程,以前很多模糊地概念现在也都有基本上弄懂了,同时在做设计时得到了老师和同学地帮助,这也是自己能及时完成毕业设计地原因,今后地学习工作中自己将更加努力,将程序做到更加完善.
参考文献
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机械工业出版社,1985.2
[6]江文,许慧中主编.供配电技术[M].北京:
机械工业出版社,2005.
[7]张士炯.电子设备常用器件手册.北京:
人民邮电出版社.2001.6
[8]廖常初.S7-200PL基础教程[M].北京:
机械工业出版社,2006.
致谢
首先感谢江苏食品职业技术学院对我地培养.在这里我不仅学到很多地知识,而且教会我如何从一个学生转变成一个社会人.这里有我地同学和老师,也有着我地回忆
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