毕业论文采用PLC对电镀专用行车自动控制

1、1电镀的概述1.1 电镀的定义电镀(electroplating)就是利用电解原理在某些金属表面上镀上一薄层其它金属或合金的过程，是利用电解作用使金属或其它材料制件的表面附着一层金属膜艺从而起到防止腐蚀，提高耐磨性、导电性、反光性及增进美观等作用。1.2 电镀的作用利用电解作用在机械制品上沉积出附着良好的、但性能和基体材料不同的金属覆层的技术。电镀层比热浸层均匀，一般都较薄，从几个微米到几十微米不等。通过电镀，可以在机械制品上获得装饰保护性和各种功能性的表面层，还可以修复磨损和加工失误的工件1.3 电镀的材料要求镀层大多是单一金属或合金，如钛靶、锌、镉、金或黄铜、青铜等；也有弥散层，如镍-碳化

2、硅、镍-氟化石墨等；还有覆合层，如钢上的铜-镍-铬层、钢上的银-铟层等。电镀的基体材料除铁基的铸铁、钢和不锈钢外，还有非铁金属，如abs塑料、聚丙烯、聚砜和酚醛塑料，但塑料电镀前，必须经过特殊的活化和敏化处理。1.4 电镀的原理 在盛有电镀液的镀槽中，经过清理和特殊预处理的待镀件作为阴极，用镀覆金属制成阳极，两极分别与直流电源的负极和正极联接。电镀液由含有镀覆金属的化合物、导电的盐类、缓冲剂、ph调节剂和添加剂等的水溶液组成。通电后，电镀液中的金属离子，在电位差的作用下移动到阴极上形成镀层。阳极的金属形成金属离子进入电镀液，以保持被镀覆的金属离子的浓度。在有些情况下，如镀铬，是采用铅、铅锑合金

3、制成的不溶性阳极，它只起传递电子、导通电流的作用。电解液中的铬离子浓度，需依靠定期地向镀液中加入铬化合物来维持。电镀时，阳极材料的质量、电镀液的成分、温度、电流密度、通电时间、搅拌强度、析出的杂质、电源波形等都会影响镀层的质量，需要适时进行控制。2 电镀生产线工艺简述2.1 电镀生产线工艺要求电镀生产线有三个槽，工件由可升降吊钩的行车移动，经过电镀、镀液回收、清洗工序，实现对工件的电镀。工艺要求是：工件放入电镀槽中，电镀280s后提起，停放28s，让镀液从工件上流回电镀槽，然后放入回收液槽中浸30s，提起后停15s，再放人清水槽中清洗30s，最后提起停15s后，行车返回原位，电镀一个工件的全过

4、程结束。2.2 工艺流程电镀生产线除装卸工件外，要求整个生产过程能自动进行。同时行车和吊钩的正反向运行均能实现点动控制，以便对设备进行调整和检修。行车自动运行的控制过程是：行车在原位，吊钩下降在最下方时，行车左限位开关sq4、吊钩下限开关sq6被压下动作，操作人员将电镀工件放在挂具上，即准备开始进行电镀。电镀生产线的自动工作状态流程图如图所示。(1)吊钩上升(2)行车前进(3)吊钩下降(4)定时电镀 (5)吊钩上升 (6)定时滴液 (7)行车后退2.3 设计方案确定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则

5、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则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，发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。本设计介绍在一条电镀自动生产线上用plc控制两台行车的自

6、动控制系统。用plc来实现电镀程序的自动控制可以做到：(1)方便控制行车的运动程序，并可存储几套不同程序，便于更改周期和整个程序。(2)可以实现零件滴水延时，反复提升下落，副周期等。(3) 可实现多种安全自锁。 (4)行车与周边设备的紧密配合。(5)行车位置随时跟踪、监控、显示。3 plc概述3.1 plc的定义及介绍可编程序控制器是一类专门为在工业环境下应用而设计的数字式电子系统，它采用了可编程序的存储器，用来在其内部进行存储执行逻辑运算、顺序运算、定时、记数和算术运算等功能的面向用户的指令，并通过数字式或模拟式的输入或输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其相关外部设备，都应

7、按照易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。可编程控制器（plc）是近十几年发展起来的一种新型工业控制器，由于它把计算机的编程灵活、功能齐全、应用面广等优点与继电器系统的控制简单、使用方便、抗干扰能力强、价格便宜等优点结合起来，而其本身又具有体积小、重量轻、耗电省等特点，在工业生产过程控制中的应用越来越广泛。定义强调了plc应直接应用于工业环境，它必须具有很强的抗干扰能力，广泛的适应能力和应用范围。这也是区别与一般微机控制系统的一个重要特征。本设计的研究目的在于探索应用可编程控制技术进行电镀生产设计,实现电镀生产的自动控制。3.2 plc的工作原理采用循环扫描方式,对输入信

8、号(来自按钮等输入部件)不断的进行采样,根据检测到的信号状态,通过根据控制系统的要求设计和存储的程序随即作出反应,并将这些反应以输出信号的形式,由输出部件输出,输出信号控制系统的外部负载,如电动机指示灯等,产生相应的动作.3.3 plc的基本结构目前plc种类繁多，功能和指令系统也都各不相同，但都是以微处理器为核心用做工业控制的专用计算机，所以其结构大致相同，硬件结构与微机相似。主要包括中央处理单元cpu、存储器ram和rom、输入输出接口电路、电源、i/o扩展接口、外部设备接口等。其内部也是采用总线结构来进行数据和指令的传输。图1 plc硬件结构图如图1所示，plc控制系统由输入量plc输出

9、量组成，外部的各种开关信号、模拟信号、传感器检测的各种信号均作为plc的输入量，它们经plc外部输入端子，作为plc的输出量对外围设备进行各种控制。由此可见，plc的基本结构有控制部分输入和输出组成。3.4 plc的输入、输出部分输入、输出部分涵盖了控制系统与电梯各部件及与部件有联系的所有信号，将电梯发出指令或检测信号的按钮、开关、等作为plc的输入，这些信号通过plc的输入端子进入plc内部，作为控制系统分析的判断的第一手资料。将控制系统经过分析判断后产生的输出信号送到相应的执行部件，如拖动控制部分、轿内和厅外楼层指示灯、运行方向指示，门机的开关门等。4 plc在电镀生产线上的应用4.1 p

10、lc系统设计plc控制系统是由plc与用户输入、输出设备连接而成的，因此，plc控制系统设计的基本内容应包括： （1）用户输入设备（按钮、操作开关、限位开关、传感器等）、输出设备（继电器、接触器、信号灯等执行元件）以及由输出设备驱动的控制对象（电动机、电磁阀等）。这些设备属于一般的电气元件，其选择的方法在其他有关书籍中已有介绍。 （2）plc的选择。 plc是plc控制系统的核心部件，正确选择plc对于保证整个控制系统的技术经济性能指标起到重要的作用。选择plc，应包括机型选择、容量的选择、i/o模块的选择、电源模块的选择等。 （3）分配i/o点，绘制i/o连接图。 （4）设计控制程序。包括设

11、计梯形图、语句表（即程序清单）和控制系统流程图。控制系统程序是控制整个系统工作的软件，是保证系统工作安全、可靠的关键。因此，控制程序饿设计必须经过反复调试、修改，直到满足要求为止。 （5）必要时还需设计控制台。 （6）编制控制系统的技术文件。4.2 plc的选型根据上图的自动工作状态流程图，plc控制系统的输入信号有16个，均为开关量。其中各种单操作按钮开关6个，行程开关6个，热继电器2个，自动、手动选择开关1个(占两个输入接点)。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个用于原位指示灯。控制系统选用

12、松下fp1-c24，i/o点数为24点，可以满足控制要求，且留有一定余量。4.3 i/o地址编号及接线图将16个输入信号、5个输出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。下表是外部接线信号与plc的i/o接点地址编号对照表。输入信号输出信号名称功能i/o编号名称功能i/o编号sb1启动x0hl原点指示灯y0sb2停止x1km1吊钩上升y1sb3吊钩提升x2km2吊钩下降y2sb4吊钩下降x3km3行车前进y3sb5行车前进x4km4行车后退y4sb6行车后退x5sa选择开关（点动）x6sa选择开关（自动）x7fr1吊钩的热继电器x8fr2行车的热继电器x9sq1行车右

13、限位（前进）xasq2行车（回收液槽定位）xbsq3行车（清水槽）定位xcsq4行车左限位（后退）xdsq5吊钩限位（提升）xesq6吊钩限位（下降）xfplc的外部接线图如附图所示4.4 程序设计电镀生产线的plc控制程序包括点动操作和自动操作两部分。 （1）点动操作点动操作有行车的进、退操作，吊钩的升、降操作。点动操作程序如梯形图所示的有标号内部继电器r1的程序段路选通构成。（2）自动控制图示其工作过程是典型的顺序控制，主要由单序列逐步顺序构成，程序如梯形图所示的有标号内部继电器r1的程序段路选通构成。另外，考虑到生产中急停或停电后，希望能通过点动操作来完成剩下的工序或者返回原位，因此辅助

14、继电器采用非停电保持型的通用继电器即可。定时器也采用普通型定时器。4.5 电镀生产线的plc程序设计4.5.1 硬件结构在一条电镀自动生产线上有电镀行车既各自独立工作，又互相通过信号联系，每台行车上安装一台由交流接触器驱动的锥形电动机负责工件上、下，由一台变频器驱动的普通电动机负责行车前进、后退。由于电镀自动生产线上有一台行车同时自动工作，所以系统采用了一台plc和接触器， plc和接触器控制一台行车；plc选用的是松下公司的可编程控制器。行车在工作时通常都悬挂着电镀工件，如果行车在起动和停止的过程中速度太快或不够平稳，则悬挂的工件就容易掉下挂具，因此行车的速度电机控制使之可调，根据电镀生产线

15、的实际情况，行车设计有快速、中速和慢速三种运行速度，频率分别设定为80hz,40hz和13hz，行车作自动运行时，plc通过检测安装在行车上的传感器的各种信号，向接触器发出指令，行车以慢速起动，运行平稳后就转人中速然后快速运行，在停止前，行车由快速转人中速，然后以慢速运行直至行车准确停在目标镀槽位置上；行车由慢速转中速转快速，再由快速转中速最后转慢速，可以通过调整接触器的加、减速时间曲线平稳过渡。行车动作步数根据不同的电镀工艺要求，每台行车的动作步数从0步开始至几十步上百步不等，具体由plc程序软件编制。每台行车上安装有五个输出开关，电感式行程开关，其主要作用是负责行车上、下工件定位、镀槽定位

16、以及行车运行过程向plc发出变速信号等。行车控制信号是通过外部的开关、按钮、按键等与plc的输入端口连接，包括电镀行车的联动控制和行程开关控制；电镀行车控制设计有手动操作和自动运行模式选择、单周期和循环运行模式选择、紧急暂停以及行车程序动作步数的任意设定；联动控制设计有运行和复位操作按钮，可以使电镀行车自动、同步、循环不断地工作，可以做出不同的另人满意的电镀产品。4.5.2 软件设计一般的电镀行车的主程序和调用的各个功能子程序都是一样的，但调用的工艺子程序就各不相同，每台行车根据自己在生产线上不同的工作区域执行的工艺编制不同的工艺子程序。本毕设课题给出一种电镀工艺流程主要的程序框图和程序进行阐

17、述。该系统初始化为：初始化对于每一套系统程序都是必需的，每一次plc上电或对plc强制复位都要初始化，主要是对在程序中使用到的plc各种计数器、定时器、寄存器等进行复位和设置，同时保留上次运行需要记忆的各种数据，完成运行前的各项准备工作。本毕设课题采用松下plc内部特殊继电器r9013和16位传输指令f0（mv）实现对输出点和常用内部继电器清零复位。4.6运行模式4.6.1动作要求电镀生产线采用专用行车，行车架上装有可升降的吊钩，吊钩上装有夹具，该夹具执行夹取、释放工件的动作。行车和吊钩各由一台电动机控制，行车进退和吊钩升降由极限开关控制，同时配置控制盘以供控制。生产线定为三槽位，分别为电镀槽

18、、回收液槽、清水槽。4.6.2手动运行点动操作：选择手动操作模式，选择开关sa扳到手动(即x6=on)，再按下启动按钮sb1（x0=on），则手动运行标志内部继电器r1=on，然后用单个控制按钮接通和切断相应的输出驱动，并有相应的限位开关作保护切断相应的输出驱动。按下停止按钮sb2（x1=on）或选择开关sa扳到自动(即x7=on)时 ，所有单个手动控制按钮按动输入信号无效。手动运行标志内部继电器r1控制程序如下： 用单个控制按钮接通和切断相应的输出驱动，并有相应的限位开关作保护切断相应的输出驱动如下：按动吊钩提升按钮sb3（即x2=on），选通手动控制输出y1=on，驱动吊钩电机提升镀件，如

19、下图所示：按动吊钩下降按钮sb4（即x3=on），选通手动控制输出y2=on，驱动吊钩电机下降镀件，如下图所示： 按动行车前进按钮sb5（即x4=on），选通手动控制输出y3=on，驱动行车前进，如下图所示： 按动行车后退按钮sb6（即x5=on），选通手动输出y4=on，驱动行车后退， 如下图所示：4.6.3 自动运行自动运行：选择自动运行模式，选择开关sa扳到自动（即x7=on），再按下启动按钮sb1（x0=on）则自动运行标志内部继电器r0=on，按下停止按钮sb2（x1=on）或选择开关sa扳到手动（即x6=on），则自动控制输入信号无效。自动运行标志内部继电器r0控制程序如下：工艺运

20、行流程顺序为吊钩下降到取件处，即工作原点，plc输出y0=on原点指示灯亮，并延时20秒（由t0实现），等待未加工工件，程序如下：20秒等待延时结束（即t0=on），吊钩将工件提升（y1=on）到吊钩提升限位sq5（xe=on），吊钩停止提升（y1=off），并驱动行车电机（y3=on）行车前进到行车右限位（即电镀槽位xa=on），行车停止前进（y3=off），然后驱动吊钩下降（y2=on）到吊钩下降限位sq6（xf=on），吊钩下降停止（y2=off），将工件放入电镀槽，电镀时长280秒钟（由t1实现），280秒电镀延时结束（即t1=on），启动吊钩电机将工件提升（y1=on）到吊钩提升限位

21、sq5（xe=on），吊钩停止提升（y1=off），并停留28秒（由t4实现），28秒延时结束（即t4=on），启动行车电机行车后退（y4=on）行车带动镀件到回收液槽位（xb=on）,行车后退停止（y4=off），然后驱动吊钩下降（y2=on）到吊钩下降限位sq6（xf=on），吊钩下降停止（y2=off），将工件放入回收液浸泡30秒钟（由t2实现），30秒延时结束（即t2=on），启动吊钩电机将工件提升（y1=on）到吊钩提升限位sq5（xe=on），吊钩停止提升（y1=off），并停留15秒（由t5实现），15秒秒延时结束（即t5=on），启动行车电机行车后退（y4=on）行车带动镀件到

22、清水槽位（xc=on）,行车电机行车后退停止（y4=off），然后驱动吊钩下降（y2=on）到吊钩下降限位sq6（xf=on），吊钩下降停止（y2=off），将工件放入清水槽清洗30秒钟（由t3实现），30秒延时结束（即t3=on），启动吊钩电机将工件提升（y1=on）到吊钩提升限位sq5（xe=on），吊钩停止提升（y1=off），并停留15秒（由t6实现），15秒秒延时结束（即t5=on），启动行车电机行车后退（y4=on）行车带动镀件到行车原点（行车后退左限位sq4即xd=on）, 行车后退停止（y4=off），然后驱动吊钩下降（y2=on）到吊钩下降限位sq6（xf=on），吊钩下降停止（y2=off），并启动延时20秒，等待操作工取走已镀件，放入未镀件。完成一次的电镀工作过程。自动运行程序如下：4.7 拖动系统设计 专用行车的前后和升降运动由三相交流异步电动机拖动，根据电镀行车的起吊重量，选用两台电动机进行拖动。主电路拖动控制系统如图2所示，其中，行车的前进和后退，吊钩的上升和下降控制分别通过两台电动机m1、m2的正、反转来控制。图2中，接触器km1，km2控制电动机m1的正、反转，实现吊钩的上升