2023年基于PLC的电镀生产线控制系统设计.doc

PLC的电镀生产线控制系统设计 学 号：2023061141 班 级： 09电气一班 设 计 人： 陈军许 指导老师： 高明远 日 期：2023年6月22号 基于PLC的电镀生产线控制系统设计 本学期课程设计我们选择的是电镀生产线控制系统的设计，其主要控制流程是，生产线有三个槽，工件有可升降吊钩的行车带动，经过电镀，渡液回收和清洗等过程来完成工件的电镀过程。 PLC的根本工作原理 PLC采用“顺序扫描，不断循环〞的工作方式 1、 每次扫描过程。集中对输入信号进行采样。集中对输出信号进行刷新。2、 输入刷新过程。当输入端口关闭时，程序在进行执行阶段时，输入端有新状态，新状态不能被读入。只有程序进行下一次扫描时，新状态才被读入。 3、一个扫描周期分为输入采样，程序执行，输出刷新。 4、 元件映象存放器的内容是随着程序的执行变化而变化的。 5、 扫描周期的长短由三条决定。〔1〕CPU执行指令的速度〔2〕指令本身占有的时间〔3〕指令条数 6、 由于采用集中采样。集中输出的方式。存在输入/输出滞后的现象，即输入/输出响应延迟。 电镀生产线的控制系统概述与选题背景意义 基于PLC电镀生产线的控制系统的概述 电镀行车生产线自动化的程度在德国、意大利、美国等国家的开展水平已经较高，而在我国尚处在开展阶段。中国经济的高速开展，工业化进程的不断深化，为自动化行业的迅猛开展提供了广阔的空间。电镀行业是我国重要的加工行业，据粗略估计，全国现有15000家电镀生产厂，行业职工总数超过50万人，现有5000多条生产线和2.5～3亿平方米电镀面积生产能力。电镀行业年产值约为100亿元人民币。近十年来，乡镇企业开展迅速电镀行业企业规模普遍较小，年电镀能力超过10000平方米的企业缺乏500家。少数合资企业或正规专业化企业拥有国际先进水平的设备和设施，但是大多数中小企业仍在使用许多过时的技术和设备，大量的生产线为半机械化和半自动化控制，一些甚至为手工操作。 工业电镀生产线工位多、生产复杂，同时在电镀中，其氧化、酸洗、碱洗、电镀等许多工艺具有严重的化学污染和腐蚀，对人的身心健康十分不利，而且人工操作随机性大，影响产品质量。传统的方法是使用顺序控制器，由于其电路复杂，接口多，受外界干扰大，工作可靠性差，维护也困难。采用PLC有较完善的诊断和自保护能力，可以增强系统的抗干扰能力，提高系统的可靠性。 课题的选题背景及意义 电镀就是利用电解的方式使金属或合金沉积在工件外表，以形成均匀、致密、结合力良好的金属层的过程。简单的理解，是物理和化学的变化和结合。 随着工业化生产的不断细分，新工艺新材料的不断涌现，在实际产品得到应用的设计效果也日新月异，电镀是我们在设计中经常要涉及到的一种工艺，而电镀效果是我们使用时间较长，工艺也较为成熟的一种效果。对于这种工艺的应用在我们的产品上已经非常多，而通过这种的处理我们通常可以得到一些金属色泽的效果，如高光、亚光等，搭配不同的效果构成产品效果的差异性，通过这样的处理为产品的设计增加一个亮点。电镀工艺的应用我们一般作以下用途：a:防腐蚀b:防护装饰c:抗磨损d:电性能〔根据零件工作要求，提供导电或绝缘性能的镀层〕e:工艺要求。 一件电镀产品的质量除了要有好的成熟的电镀工艺和品质好的镀液添加剂外，如何保证电镀产品严格按照电镀工艺流程运行和保证产品的电镀时间那么是决定电镀产品质量和品质的重要因素。在电镀生产线上采用自动化控制不但可以使电镀产品的质量和品质得到严格的保证，有效的减少废品率，而且还可以提高生产效率和减轻工人的劳动强度，有着非常好的经济效益和社会效益，电镀生产线上对行车的自动控制那么是电镀生产线自动化控制的关键。 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的各自的程序运行；对于行车的自动控制，早期是采用继电器逻辑电路和顺序控制器，开展至今其控制方式已采用可编程控制器PLC作为核心控制部件，其控制更为安全、可靠、方便、灵活，自动化程度更高。 用PLC辅以变频器对电镀自动生产线行车进行自动控制，具有结构简单、编程方便、操作灵活、使用安全、工作稳定、性能可靠和抗干扰能力强的特点，是一种很有效的自动控制方式，是电镀生产实现高效、低本钱、高质量自动化生产的开展方向。 控制对象的设计要求详述 如中所述，电镀的工作流程如图1.1：启动——吊钩上升——上限行程开关闭合——右行至1号槽上方——XK1行程开关闭合——吊钩下降进入1号槽——下限行程开关闭合——电镀延时——吊钩上升……，由3号槽内吊钩上升，然后左行至左限位，吊钩下降至原位，即原位。 按照要求，我们要实现以下工作方式： 1、原位：表示设备处于初始状态，吊钩在下限位置，行车在左限位置。 2、连续工作：当吊钩回到原点后，延时一段时间〔装卸零件〕，自动上升右行，按照工作流程要求不停的循环。 3、 单周期工作：设备始于原点，按下启动按钮，设备工作一个周期，然后停于原点，要重复第二个工作周期，必须再按一下启动按钮。 图1.1电镀的工作流程 系统的硬件设计 PLC机型选择 根据自动化电镀生产线的控制要求，我们采用了德国西门子PLC S7-200 CPU226型号，此类型PLC无论独立运行，还是联接网络都能完成各种控制任务。它的使用范围可以覆盖从替代继电器的简单控制到复杂的自动控制。其应用领域包括各种机床、纺织机械、塑料机械、电梯等行业。S7-200 CPU226通讯功能完善，具有极高的性能价格比是很突出的特点，也是我们采用它的主要原因。 PLC为此系统的控制核心，此系统的输入信号有两局部，一局部是原点、单周期、连续等面板控制按钮，另一局部是多种行程开关，这些面板按钮信号和传感器信号作为PLC的输入变量，经过PLC的输入接口输入到内部数据存放器， 然后在PLC内部进行逻辑运算或数据处理后，以输出变量的形式送到输出接口，从而驱动电机来控制行车的运行和吊钩的升降 I/O分配表及其端子接线图 在本次系统设计中，我们定义的I/O分配表如表2-1所示。将13个输入信号和5个输入信号按各自的功能类型分好，并与PLC的I/O点一一对应，编排地址如下表。数字量扩展模块的地址分配是从最靠近CPU模块的数字量模块开始，在本机数字量地址的根底上从左到右按字节连续递增，本模块高位实际位数未满8位的，未用位不能分配给I/O链的后续模块，模拟量扩展模块的地址是从最靠近CPU模块的模拟量模块开始，在本机模拟量地址的根底上从左到右按字递增。 我们定义的I/O端子接线图如图2-1所示。由图表可以看出,PLC控制系统的输入信号有13个，均为开关量。其中单操作按钮开关2个，行程开关3个，限位开关5个，选择工作方式开关3个。PLC控制系统的输出信号有5个，其中2个用于驱动吊钩电机正反转接触器KM1、KM2,2个用于驱动行车电机正反转接触器KM3、KM4，1个用于原位指示。 表2.1 I/O分配表 序号 输 入 序号 输 出 1 I0.0 上限位 14 Q0.0 上升 2 I0.1 下限位 15 Q0.1 下降 3 I0.2 左限位 16 Q0.2 右行 4 I0.3 XK1行程开关 17 Q0.3 左行 5 I0.4 XK2行程开关 18 Q0.4 原位 6 I0.5 XK3行程开关 19 Q0.5 定时 7 I0.6 原点开关 8 I0.7 连续工作开关 9 I1.0 启动按钮 10 I1.1 停止按钮 12 I1.3 单周期按钮 13 I1.4 右限位 图2.1 I/O端子接线图 电镀生产线的工作流程图 我们根据设计要求绘制了整个系统的工作流程图，以便可以更清楚的认识该生产线的生产全过程，整个系统的工作流程图，如图2-3所示。 行车动作无非就是上下左右受控移动，按照指定的顺序(即动作表)完成一系列的动作。要求有几套动作表可以选择，动作可以静态修改，也可以在运行时由上位机动态修改。在这里，我们把行车的一个动作定义为：“到几号工位上升，再到几号工位下降〞，或者是“延时几秒〞，每个动作表由假设干个动作字组成，放在PLC 的数据存放器里，动作表由PLC程序初始化，也可以在运行时通过串行通讯由上位机读取和修改，PLC程序在运行时只是不断地解释和执行动作表。 图2.3 电镀生产线工作流程图 系统的软件设计 器件的选择 PLC内部资源 内部根据软元件的功能不同，分成了许多区域，如输入/输出继电器区、定时器区、计数器区、特殊继电器区等。下面分别介绍下。 1、定时器：电气自动控制的大局部领域都需要用定时器进行时间控制，灵活地使用定时器可以编制出复杂动作的控制程序。它是PLC中重要的编程元件，是累计时间增量的内部器件。 定时器的工作过程与继电-接触器控制系统的时间继电器根本相同，但它没有瞬动触点。使用时要提前输入时间预设值。当定时器的输入条件满足时开始计时，当前值从0开始按一定的时间单位增加；当定时器的当前值到达预设值时，定时器触点动作。利用定时器的触点就可以得到控制所需的延时时间。 2、计数器：计数器可用来累计输入脉冲的个数，经常用于对产品进行计数或者进行特定功能的编程。使用时要提前输入它的特定植。当输入触发条件满足时，计数器开始累计它的输入端脉冲电位上升延的次数，当计数器计数到达预定的设定值时，其常开触点闭合，常闭触点断开。 3、输入继电器：输入继电器一般都有一个PLC的输入端子与之对应，它用于接受外部的开关信号。当外部的开关信号为闭合时，输入继电器的线圈得电，在程序中常开触点闭合，常闭触点断开。 4、输出继电器：输出继电器一般都有一个PLC上的输出端子与之对应。当通过程序使得输出继电器线圈得电时，PLC上的输出端开关闭合，它可以作为控制外部负载的开关信号。同时在程序中其常开触点闭合，常闭触点断开。 5、内部位存储器：内部位存储器的作用和继电-接触器控制系统中的中间继电器相同，它在PLC中没有输入/输出端与之对应，因此它的触点不能驱动外部负载，这是与输出继电器的主要区别。它主要起逻辑控制作用。 以上几个是我们在本次系统设计的过程中可能需要用到的PLC软元件，另外PLC还有很多其它的软元件。 PLC编程语言 PLC梯形图具有以下一些特点： 1、PLC的梯形图是“从上到下〞按行绘制的，两侧的竖线类似电气控制图的电源线，通常称做母线〔Bus Bar〕，大局部梯形图只保存左母线；梯形图的每一行是“从左到右〞绘制，左侧总是输入接点，最右侧为输出元素，触点代表逻辑“输入〞条件，如开关、按纽、内部条件等；线圈通常代表逻辑“输出〞结果，如指示灯、接触器、中间继电器、电磁阀等。对S7-200系列的PLC来说，还有一种输出“盒〞〔功能框〕，它代表附加的指令，如定时器、计数器或数学运算等功能指令。 2、电气控制电路左右母线为电源线，中间各支路都加有电压，当支路接通时，有电流流过支路上的触点与线圈。梯形图中的假想电流在图中只能作单方向的流动，即只能从左向右流动。层次改变〔接通的顺序〕也只能先上后下，与程序编写时的步序号是一致的。 3、梯形图中的输入接点如I1.0、I0.1等，输出线圈Q0.0、Q0.1等不是物理接点和线圈，而是输入、输出存储器中输入、输出点的状态，并不是