基于PLC的電鍍生產線控制系統(tǒng)設計

1、PLC的電鍍生產線控制系統(tǒng)設計 學 號： 班 級： 09電氣一班 設 計 人： 陳軍許 指導老師： 高明遠 日 期：2011年6月22號 基于PLC的電鍍生產線控制系統(tǒng)設計本學期課程設計我們選擇的是電鍍生產線控制系統(tǒng)的設計，其主要控制流程是，生產線有三個槽，工件有可升降吊鉤的行車帶動，經過電鍍，渡液回收和清洗等過程來完成工件的電鍍過程。PLC的基本工作原理 PLC采用“順序掃描，不斷循環(huán)”的工作方式1、 每次掃描過程。集中對輸入信號進行采樣。集中對輸出信號進行刷新。2、 輸入刷新過程。當輸入端口關閉時，程序在進行執(zhí)行階段時，輸入端有新狀態(tài)，新狀態(tài)不能被讀入。只有程序進行下一次掃描時，新狀態(tài)才被

2、讀入。3、一個掃描周期分為輸入采樣，程序執(zhí)行，輸出刷新。4、 元件映象寄存器的內容是隨著程序的執(zhí)行變化而變化的。5、 掃描周期的長短由三條決定。（1）CPU執(zhí)行指令的速度（2）指令本身占有的時間（3）指令條數6、 由于采用集中采樣。集中輸出的方式。存在輸入/輸出滯后的現象，即輸入/輸出響應延遲。電鍍生產線的控制系統(tǒng)概述與選題背景意義基于PLC電鍍生產線的控制系統(tǒng)的概述電鍍行車生產線自動化的程度在德國、意大利、美國等國家的發(fā)展水平已經較高，而在我國尚處在發(fā)展階段。中國經濟的高速發(fā)展，工業(yè)化進程的不斷深化，為自動化行業(yè)的迅猛發(fā)展提供了廣闊的空間。電鍍行業(yè)是我國重要的加工行業(yè)，據粗略估計，全國現有1

3、5000家電鍍生產廠，行業(yè)職工總數超過50萬人，現有5000多條生產線和2.53億平方米電鍍面積生產能力。電鍍行業(yè)年產值約為100億元人民幣。近十年來，鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)發(fā)展迅速電鍍行業(yè)企業(yè)規(guī)模普遍較小，年電鍍能力超過10000平方米的企業(yè)不足500家。少數合資企業(yè)或正規(guī)專業(yè)化企業(yè)擁有國際先進水平的設備和設施，但是大多數中小企業(yè)仍在使用許多過時的技術和設備，大量的生產線為半機械化和半自動化控制，一些甚至為手工操作。工業(yè)電鍍生產線工位多、生產復雜，同時在電鍍中，其氧化、酸洗、堿洗、電鍍等許多工藝具有嚴重的化學污染和腐蝕，對人的身心健康十分不利，而且人工操作隨機性大，影響產品質量。傳統(tǒng)的方法是使用順序控制器

4、，由于其電路復雜，接口多，受外界干擾大，工作可靠性差，維護也困難。采用PLC有較完善的診斷和自保護能力，可以增強系統(tǒng)的抗干擾能力，提高系統(tǒng)的可靠性。課題的選題背景及意義電鍍就是利用電解的方式使金屬或合金沉積在工件表面，以形成均勻、致密、結合力良好的金屬層的過程。簡單的理解，是物理和化學的變化和結合。隨著工業(yè)化生產的不斷細分，新工藝新材料的不斷涌現，在實際產品得到應用的設計效果也日新月異，電鍍是我們在設計中經常要涉及到的一種工藝，而電鍍效果是我們使用時間較長，工藝也較為成熟的一種效果。對于這種工藝的應用在我們的產品上已經非常多，而通過這種的處理我們通?？梢缘玫揭恍┙饘偕珴傻男Ч?，如高光、亞光等，

5、搭配不同的效果構成產品效果的差異性，通過這樣的處理為產品的設計增加一個亮點。電鍍工藝的應用我們一般作以下用途：a:防腐蝕b:防護裝飾c:抗磨損d:電性能（根據零件工作要求，提供導電或絕緣性能的鍍層）e:工藝要求。一件電鍍產品的質量除了要有好的成熟的電鍍工藝和品質好的鍍液添加劑外，如何保證電鍍產品嚴格按照電鍍工藝流程運行和保證產品的電鍍時間則是決定電鍍產品質量和品質的重要因素。在電鍍生產線上采用自動化控制不但可以使電鍍產品的質量和品質得到嚴格的保證，有效的減少廢品率，而且還可以提高生產效率和減輕工人的勞動強度，有著非常好的經濟效益和社會效益，電鍍生產線上對行車的自動控制則是電鍍生產線自動化控制的

6、關鍵。電鍍生產線按照其工藝要求和規(guī)模一般設計有兩臺行車、三臺行車和四臺行車工作，每臺行車都根據已編制好的各自的程序運行；對于行車的自動控制，早期是采用繼電器邏輯電路和順序控制器，發(fā)展至今其控制方式已采用可編程控制器PLC作為核心控制部件，其控制更為安全、可靠、方便、靈活，自動化程度更高。用PLC輔以變頻器對電鍍自動生產線行車進行自動控制，具有結構簡單、編程方便、操作靈活、使用安全、工作穩(wěn)定、性能可靠和抗干擾能力強的特點，是一種很有效的自動控制方式，是電鍍生產實現高效、低成本、高質量自動化生產的發(fā)展方向?？刂茖ο蟮脑O計要求詳述如摘要中所述，電鍍的工作流程如圖1.1：啟動吊鉤上升上限行程開關閉合右

7、行至1號槽上方XK1行程開關閉合吊鉤下降進入1號槽下限行程開關閉合電鍍延時吊鉤上升，由3號槽內吊鉤上升，然后左行至左限位，吊鉤下降至原位，即原位。按照要求，我們要實現以下工作方式：1、原位：表示設備處于初始狀態(tài)，吊鉤在下限位置，行車在左限位置。2、連續(xù)工作：當吊鉤回到原點后，延時一段時間（裝卸零件），自動上升右行，按照工作流程要求不停的循環(huán)。3、 單周期工作：設備始于原點，按下啟動按鈕，設備工作一個周期，然后停于原點，要重復第二個工作周期，必須再按一下啟動按鈕。圖1.1電鍍的工作流程系統(tǒng)的硬件設計PLC機型選擇根據自動化電鍍生產線的控制要求，我們采用了德國西門子PLC S7-200 CPU22

8、6型號，此類型PLC無論獨立運行，還是聯(lián)接網絡都能完成各種控制任務。它的使用范圍可以覆蓋從替代繼電器的簡單控制到復雜的自動控制。其應用領域包括各種機床、紡織機械、塑料機械、電梯等行業(yè)。S7-200 CPU226通訊功能完善，具有極高的性能價格比是很突出的特點，也是我們采用它的主要原因。 PLC為此系統(tǒng)的控制核心，此系統(tǒng)的輸入信號有兩部分，一部分是原點、單周期、連續(xù)等面板控制按鈕，另一部分是多種行程開關，這些面板按鈕信號和傳感器信號作為PLC的輸入變量，經過PLC的輸入接口輸入到內部數據寄存器， 然后在PLC內部進行邏輯運算或數據處理后，以輸出變量的形式送到輸出接口，從而驅動電機來控制行車的運行

9、和吊鉤的升降 I/O分配表及其端子接線圖 在本次系統(tǒng)設計中，我們定義的I/O分配表如表2-1所示。將13個輸入信號和5個輸入信號按各自的功能類型分好，并與PLC的I/O點一一對應，編排地址如下表。數字量擴展模塊的地址分配是從最靠近CPU模塊的數字量模塊開始，在本機數字量地址的基礎上從左到右按字節(jié)連續(xù)遞增，本模塊高位實際位數未滿8位的，未用位不能分配給I/O鏈的后續(xù)模塊，模擬量擴展模塊的地址是從最靠近CPU模塊的模擬量模塊開始，在本機模擬量地址的基礎上從左到右按字遞增。我們定義的I/O端子接線圖如圖2-1所示。由圖表可以看出,PLC控制系統(tǒng)的輸入信號有13個，均為開關量。其中單操作按鈕開關2個，

10、行程開關3個，限位開關5個，選擇工作方式開關3個。PLC控制系統(tǒng)的輸出信號有5個，其中2個用于驅動吊鉤電機正反轉接觸器KM1、KM2,2個用于驅動行車電機正反轉接觸器KM3、KM4，1個用于原位指示。表2.1 I/O分配表序號輸 入序號輸 出1I0.0上限位14Q0.0上升2I0.1下限位15Q0.1下降3I0.2左限位16Q0.2右行4I0.3XK1行程開關17Q0.3左行5I0.4XK2行程開關18Q0.4原位6I0.5XK3行程開關19Q0.5定時7I0.6原點開關8I0.7連續(xù)工作開關9I1.0啟動按鈕10I1.1停止按鈕12I1.3單周期按鈕13I1.4右限位圖2.1 I/O端子接線

11、圖電鍍生產線的工作流程圖我們根據設計要求繪制了整個系統(tǒng)的工作流程圖，以便可以更清楚的認識該生產線的生產全過程，整個系統(tǒng)的工作流程圖，如圖2-3所示。行車動作無非就是上下左右受控移動，按照指定的順序(即動作表)完成一系列的動作。要求有幾套動作表可以選擇，動作可以靜態(tài)修改，也可以在運行時由上位機動態(tài)修改。在這里，我們把行車的一個動作定義為：“到幾號工位上升，再到幾號工位下降”，或者是“延時幾秒”，每個動作表由若干個動作字組成，放在PLC 的數據寄存器里，動作表由PLC程序初始化，也可以在運行時通過串行通訊由上位機讀取和修改，PLC程序在運行時只是不斷地解釋和執(zhí)行動作表。圖2.3 電鍍生產線工作流程

12、圖 系統(tǒng)的軟件設計器件的選擇PLC內部資源內部根據軟元件的功能不同，分成了許多區(qū)域，如輸入/輸出繼電器區(qū)、定時器區(qū)、計數器區(qū)、特殊繼電器區(qū)等。下面分別介紹下。1、定時器：電氣自動控制的大部分領域都需要用定時器進行時間控制，靈活地使用定時器可以編制出復雜動作的控制程序。它是PLC中重要的編程元件，是累計時間增量的內部器件。定時器的工作過程與繼電-接觸器控制系統(tǒng)的時間繼電器基本相同，但它沒有瞬動觸點。使用時要提前輸入時間預設值。當定時器的輸入條件滿足時開始計時，當前值從0開始按一定的時間單位增加；當定時器的當前值達到預設值時，定時器觸點動作。利用定時器的觸點就可以得到控制所需的延時時間。2、計數器

13、：計數器可用來累計輸入脈沖的個數，經常用于對產品進行計數或者進行特定功能的編程。使用時要提前輸入它的特定植。當輸入觸發(fā)條件滿足時，計數器開始累計它的輸入端脈沖電位上升延的次數，當計數器計數達到預定的設定值時，其常開觸點閉合，常閉觸點斷開。3、輸入繼電器：輸入繼電器一般都有一個PLC的輸入端子與之對應，它用于接受外部的開關信號。當外部的開關信號為閉合時，輸入繼電器的線圈得電，在程序中常開觸點閉合，常閉觸點斷開。4、輸出繼電器：輸出繼電器一般都有一個PLC上的輸出端子與之對應。當通過程序使得輸出繼電器線圈得電時，PLC上的輸出端開關閉合，它可以作為控制外部負載的開關信號。同時在程序中其常開觸點閉合

14、，常閉觸點斷開。5、內部位存儲器：內部位存儲器的作用和繼電-接觸器控制系統(tǒng)中的中間繼電器相同，它在PLC中沒有輸入/輸出端與之對應，因此它的觸點不能驅動外部負載，這是與輸出繼電器的主要區(qū)別。它主要起邏輯控制作用。以上幾個是我們在本次系統(tǒng)設計的過程中可能需要用到的PLC軟元件，另外PLC還有很多其它的軟元件。 PLC編程語言PLC梯形圖具有以下一些特點：1、PLC的梯形圖是“從上到下”按行繪制的，兩側的豎線類似電氣控制圖的電源線，通常稱做母線（Bus Bar），大部分梯形圖只保留左母線；梯形圖的每一行是“從左到右”繪制，左側總是輸入接點，最右側為輸出元素，觸點代表邏輯“輸入”條件，如開關、按紐、

15、內部條件等；線圈通常代表邏輯“輸出”結果，如指示燈、接觸器、中間繼電器、電磁閥等。對S7-200系列的PLC來說，還有一種輸出“盒”（功能框），它代表附加的指令，如定時器、計數器或數學運算等功能指令。2、電氣控制電路左右母線為電源線，中間各支路都加有電壓，當支路接通時，有電流流過支路上的觸點與線圈。梯形圖中的假想電流在圖中只能作單方向的流動，即只能從左向右流動。層次改變（接通的順序）也只能先上后下，與程序編寫時的步序號是一致的。3、梯形圖中的輸入接點如I1.0、I0.1等，輸出線圈Q0.0、Q0.1等不是物理接點和線圈，而是輸入、輸出存儲器中輸入、輸出點的狀態(tài)，并不是接線時現場開關的實際狀態(tài)；

16、輸出線圈只對應輸出映像區(qū)的相應位，該位的狀態(tài)必須通過I/O模塊上對應的輸出單元才能驅動現場執(zhí)行機構。4、梯形圖中使用的各種PLC內部器件，如輔助繼電器、定時器、計數器等，也不是真的電器元件，但具有相應的功能，因此通常按電氣控制系統(tǒng)中相應器件的名稱稱呼它們。梯形圖中每個繼電器和觸點均為PLC存儲器中的一位，相應位為“1”，表示繼電器線圈通電、常開接點閉合或常閉接點斷開；相應位為“0”，表示繼電器線圈斷電、常開接點斷開或常閉接點閉合。5、梯形圖中的繼電器觸點既可常開，又可常閉，其常開、常閉觸點的數目理論上是無窮多個（受存儲容量限制），也不會磨損，因此，梯形圖設計中，可不考慮觸點數量，這給設計者帶來

17、很大方便。對于外部輸入信號，只要接入一個信號到PLC即可。6、電氣控制電路中各支路是同時加上電壓并行工作的，而PLC是采用循環(huán)掃描方式工作，梯形圖中各元件是按掃描順序依次執(zhí)行的，是一種串行處理方式。由于掃描時間很短（一般不過幾十毫秒），所以控制效果同電氣控制電路是基本相同的。但在設計梯形圖時，對這種并行處理與串行處理的差別有時候應予注意，特別是那些在程序執(zhí)行階段還要隨時對輸入、輸出狀態(tài)存儲器進行刷新操作的PLC，不要因為對串行處理這一特點考慮不夠而引起偶然的誤操作。PLC梯形圖設計圖3.1 梯形圖總結在高老師的指導下我們經過認真的學習了解，完成了本次電鍍生產線的課程設計。電鍍是一門具有悠久歷史的表面處理技術，近幾年來，隨著新的工藝技術方法，尤其是一些新的鍍層材料和復合電鍍技術的出現，極大擴展了這一項表面處理技術的應用。并使其成為現代表面工程技術的重要組成部分。那么，通過我們這次對電鍍生產線控制系統(tǒng)的設計不僅讓我們更多的了解到了電鍍這個工藝的發(fā)展前景，而且讓我們重新認識了用PLC來設計控制系統(tǒng)的使用價值，整個設計對我們即將走入社會的畢業(yè)生來講是一次很大的鍛煉，是我們對專業(yè)知識有了進一步的提高。 在該組成員的極力配合下，該電鍍生產線控制系統(tǒng)的設計基本完成，在設計當中我們充分考慮到了操作的方便性，元件的實惠性和工藝的簡單性。在設計當中我們的基本參考