基于PLC的电镀生产线控制系统设计毕业设计论文（可编辑）

1、基于plc的电镀生产线控制系统设计毕业设计论文 毕业项目诚 信 声 明 本人郑重声明: 所呈交的毕业项目报告/论文基于plc的电镀生产线控制系统设计是本人在指导老师的指导下,独立研究、写作的成果。论文中所引用是他人的无论以何种方式发布的文字、研究成果,均在论文中以明确方式标明。 本声明的法律结果由本人独自承担。 作者签名: 年 月 日 摘 要:随着我国国民经济的迅速发展,电镀与精饰的新技术,新工艺不断涌现。电镀生产线实现的是一个复杂的工艺生产过程,需要控制电镀时间,电镀电流,电压,溶液浓度,温度,相关的周边设备控制及生产过程自动化。电动行车是现代化工厂中用于物料输送的重要设备,传统的控制方式下

2、,大都采用人工操纵的半自动控制方式。在许多场合,为了提高工作效率、促进生产自动化和减轻劳动效率,往往需要实现电动行车的自动化控制。实现自动化控制,可以使行车能够按照预定顺序和控制要求,自动完成一系列的工作1。关键词:plc可编程控制器;电镀生产线;梯形图 目 录1 绪论11.1电镀生产线现状介绍11.1.1电镀生产线存在的问题11.1.2电镀行业的规模11.1.3电镀生产产生的污染物21.2 plc的介绍21.2.1 plc产生和定义21.2.2 plc的基本组成31.2.3 plc的基本工作原理32电镀车间行车概述42.1电镀行车的基本组成结构42.2电镀行车的加工工艺要求42.3电镀行车的

3、工作过程52.4电镀行车的运行流程框图53电镀行车控制系统的设计63.1系统保护的设计63.2工作方式的设计63.3信号显示及报警的设计63.4行车准确定位的设计73.5行车控制流程的设计73.5.1行车自动控制73.5.2行车手动控制93.6电镀行车控制系统主电路设计104控制系统软件设计124.1plc选型124.2i/o地址对照表124.3plc外部接线图134.4plc梯形图154.5软件仿真15结论20参考文献21致 谢22附录a 自动程序的梯形图23基于plc的电镀生产线控制系统设计1 绪论1.1电镀生产线现状介绍1.1.1电镀生产线存在的问题 电镀自动线是大规模生产和增加品种的必

4、然产物,它对改进我国电镀工业的落后的面貌起着举足轻重的作用。 然而在现阶段我国的电镀生产线上,在电镀车间的生产中依然存在着很大的工艺问题。传统的小型电镀车间生产线较长,设备分散,前后联锁,逻辑关系复杂。采用传统的继电器控制,电气控制设备大量使用机电式有触点电器。触点转换频繁,触点竞争机会和故障可能性大,可靠性低,维护量大。电镀生产现场环境比较恶劣,是一个高温、多尘埃、易着火的一级防火单位,触点因接触不良而产生的火花和高温度都是产生火灾苗子的安全隐患。所以对新设备的引入的需求是改良电镀车间的生产状况的必要之举。 现阶段我国的电镀生产线,主要应该考虑行车运行平稳,定位准确,设备耐用,生产效率高,确

5、保电镀质量高,质量好。现在有些企业在设计电镀自动线时,要求一条自动线有多种功能,例如既能镀铁零件,还能镀锌压铸件;既能镀装饰铬镀层,又能仿镀金和仿铜镀层。其实,有些槽子排在内线基本上不用,行车在这些不用的槽子上面走来走去,既降低生产效率,又影响产品质量。有些电镀线中安排了许多清洗槽和辅助槽;有些辅助槽过宽,使一条电镀线排得很长,同样会降低生产效率和产品质量。总之,我国的电镀生产线要向国际上最先进的方向发展,但现阶段应在讲究实用、实效的基础上求先进,循序渐进,逐步提高我国电镀生产的先进水平。1.1.2电镀行业的规模 (1)电镀企业的行业分布:电镀企业30%分布在机械制造业,20%分布在轻工业、2

6、0%分布在电子工业,其他分布在航天、航空及仪器仪表等行业。 (2)电镀企业地域分布:从地域分布情况来看,电镀企业主要集中在全国各大中工业城市及其周围农村地区。经济越发达,制造业越兴旺的地区,电镀企业越多。 (3)电镀行业的镀种规模:从镀种所占比例看,镀锌占4550%,镀铜、镀镍、镀铬占30%,转化膜占15%,电子产品镀铅、锡、金约占5%。 (4)电镀行业的化工料消耗规模:全国电镀工业生产每年消耗铜、锌、镍等金属在7万吨以上,年消耗氰化钠2万吨以上,消耗铬酸酐3.5万吨以上,消耗酸、碱等化工原料40万吨以上。 (5)电镀行业的影响:综上所述,电镀行业受到工业生产大量需求的推动,已形成了一个庞大的

7、产业,这个产业包括属于大生产的专业电镀厂或公司,而更多的是附属于大生产的电镀车间和工段。目前,电镀已成为不可缺少的生产工艺和表面工程科学的一个重要分支,在国民经济中占有重要的经济地位。1.1.3电镀生产产生的污染物 (1)电镀生产过程产生的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;或被电极反应产生的气体形成“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)生产过程中产生的清洗水、洒落液,以及气雾中的酸、碱、氰化物、重金属物质等。1.2 plc的介绍1

8、.2.1 plc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(programmable logic controller)。 80年代,由于计算机技术的发展,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(programmable controller)即可编程控制器。国际电工委员会(iec)1987年颁布的可编程逻辑控制器的定义如下: “可编程逻辑控制器是专为在工业环境下应用而设计的一种数字运算操作的电子装置,是带有存储器、可以编制

9、程序的控制器。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的输入输出,控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关的外围设备,都应按易于工业控制系统形成一个整体、易于扩展其功能的原则设计2。1.2.2 plc的基本组成 目前,可编程控制器的产品很多,不同的厂家生产的plc以及同一家生产的不同型号的plc其结构个不相同,但就其工作原理而言,是大致相同的。它们都是以微处理器为核心的结构,其功能的实现不仅基于硬件的作用,而更靠软件的支持。plc的主机由微处理器(cpu)、存储器(eprom、rom)、输入/输出模块、外设i/o接口、通信接口及电

10、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1.2.2 plc硬件结构组成框图1.2.3 plc的基本工作原理 plc运行程序的方式与微型机算计相比有较大的不同,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存储地址所存放的第一条拥护指令开始,在无中断或跳转的情况下,按存储地址好递增的方向顺序执行拥护程序,直到end指令结束。然后再从头开始,并周而复始的重复,直至到停机或运行(run)切换到停止(stop)工作状态。我们把plc这种执行程序的方式成为扫描工作方式。每扫描完一次程序就构成一

11、个扫描周期。另外,plc对输出,输出信号的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电镀行车的基本组成结构 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的各自的程序运行。本设计采用两台行车,一台控制系统的前进和后退,一台控制系统的升、降,从而完成整体系统的传动。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,劳动强度低的专用自动化起吊设备。本电镀生产线电

12、镀行车的结构如图2-1所示。图中有三个基本的槽位,分别是:清水槽、回收液槽和电镀槽,工件由装有可升降吊钩的行车带动,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电镀行车的加工工艺要求 为了使工件完美电镀必须按要求进行电镀,即工件放入每个槽的时间要按要求定制。工件在吊篮里,通过设定好的程序运行。整个过程通过吊篮和行车的运行完成电镀。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,一个工件的电镀过程结束。实际生产中根据加工工艺的不同三槽

13、的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的工序,所以可以通过手动操作返回,取下报废物品。2.3电镀行车的工作过程 1.在电镀生产线一侧,工人将待加工的零件装入吊篮,发出开始信号后,行车自动上升,并按设计好的程序逐段进行,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,停留规定的时间(各槽位停留的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的各道工艺,直至生产线的末端。然后,自动返回原位,由工人卸下处理好的零件。2.4电镀行车的系统框图 本电镀生产线有手动控制和plc自动

14、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的控制方式。手动控制和自动控制行车运行工作都有相应的指示灯显示,在自动控制方式下设有蜂鸣器报警显示。其行车的系统框图如图2-4所示。图2-4电镀行车系统框图3电镀行车控制系统的设计3.1系统保护的设计 由于电镀生产线属于中型的工业生产系统,生产的设备的造价较高,生产的时候设备的功率较大,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的安全,降低危险系数,系统都必须有相应的保护措施。 (1)电机的保护:采用热继电器用于电动机的过载、缺相以及电流不平衡的保护。 (2)手动控制电机m1、m2的正反转,正反转接触器

15、线圈之路分别串联了对方的常闭触点,在这种线路中,任何一个接触器接通的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的接触器同时运行时则系统断电并报警。3.2工作方式的设计 为了适应电镀行车控制系统的调试、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

16、到sa2时为自动控制。3.3信号显示及报警的设计 (1)信号显示:因为采用远距离控制,为了保证操作人员清晰的了解行车的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的全过程。包括旋转开关的手动和自动工作方式显示、系统的运行和停止显示、行车的前进和后退显示、吊篮的上升和下降显示。 (2)报警:电镀行车生产线虽然经过严密的检测和设计,也难免出现意想不到的故障,发生故障时需要及时地报警,以提醒操作人员故障的发生。由于电镀车间生产环境复杂,机械运动部件的声音嘈杂,又是采用远距离自动操作,所以报警装置要有足够的功率以达到警铃的目的。考虑以上因素,选用

17、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的报警声。行车在原位时或按下急停按钮断电时蜂鸣器会报警。3.4行车准确定位的设计 为了精确的对吊篮的上下限运动进行定位,采用行程开关对其进行定位。同时为了防止行车的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。选用的开关在现场进行安装,根据系统的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。选用的开关由于要进行反复的使用和承受高强度的负荷,选用开关时还要考虑其耐磨损性。3.5行车控制流程的设计 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

18、 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的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 电镀生产线的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,操作人员将要电镀的工件放在挂具上,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 在吊钩停止的同时,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

19、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。后面各工序的动作过程,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行车手动控制图3-5-2手动控制电路 在自动化普及的今天,手动一般只是在自动化系统出现故障时

20、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,所以本设计的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

21、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)主电路采用的是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)的正反转功能。 (3)由于电动机m1、m2工作时间较长电流量较大,功率的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为总电源的开关,既可以完成主回路的短路保护,又起到隔离三相交流电源的作用,使用

22、和维护维修更便捷 (5)由fu1、fu2分别实现各个负载回路的短路保护电路作用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1hl1hl6指示灯8ad16-22gled显示220v ac2km1km4交流接触器4cj10-5/3-380v线圈电压380v ac3xa1xa2转换开关1hz10-10p3手动/自动转换开关4sb1,sb2启动、停止按钮2lay?37d2绿色、红色5sb3sb5手动按钮3lay?37d2黑色6sq1sq2sq4sq5sq7sq8sq10sq11行程开关8lxw5/l大电流型开关适用于交流50hz7fu1fu2熔断器2rc1a-10支路插入式熔断器额

23、定电流10a8fr1fr2热继电器2jr20-10/3-1额定电流10a带断相保护9qf自动开关1hk2-15/13开启式负荷开关10m1m2电动机2y系列三相异步交流电机11bj报警蜂鸣器1bj-2型高响度报警器11sq3、sq6sq9、sq12接近开关4lp-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、一个集成的电源和若干数字量i/o点集成在一个紧凑的封装中,组成一个功能强大的plc。西门子提供多种类型的cpu,以适

24、应各种应用的要求。不同类型的cpu具有不同的数字量i/o点数和内存容量等规格参数8。 为了更好的贴近并服务于中国用户,西门子已在中国生产s7-200cn系列,其售价比国外生产的产品显著降低。根据专用行车的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,系统的输入输出都为开关控制量,加上10%-15%的余量,并无其他特殊控制模块的需要,拟选用cpu226cn规格的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 i0.0sb2停止按钮 i0.1sq1 行车原位行程开关 i0.2sq2 行车原位上限开关 i0.3sq3 行车原位接近开关 i0.

25、4sq4 清洗槽上限开关 i0.5sq5 清洗槽下限开关 i0.6sq6 清洗槽接近开关 i0.7sq7 回收液槽上限开关 i1.0sq8 回收液槽下限开关 i1.1sq9 回收液槽接近开关 i1.2sq10 镀槽上限开关 i1.3sq11 镀槽下线开关 i1.4sq12 镀槽接近开关 i1.5sa2 转换开关自动 i1.6输出信号文字符号功能输出地址hl1 运行指示灯 q0.0hl2 停止指示灯 q0.1km1 电机上升线圈 q0.2km2 电机下降线圈 q0.3km3 电机前进线圈 q0.4km4 电机后退线圈 q0.5hl3电机上升指示灯 q0.6hl4电机下降指示灯 q0.7hl5电机

26、前进指示灯 q1.0hl6电机后退指示灯 q1.1bj蜂鸣器 q1.2hl7自动运行显示 q1.3hl8原位显示 q1.44.3plc外部接线图4.4plc梯形图 为了保证工作的顺序性,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,并且没有前面的动作后面的动作就不能进行。 plc中的主程序包含每次plc扫描即按顺序执行一次的指令。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的步骤。 对于s7-200 系列plc,以逻辑方式将程序分为多个步骤的一种方法是使用scr段。通过使用scr段,可以将程序分为一个连续步骤流,没有前一步骤的完成,即使后一个步骤的条件

27、满足程序也不会执行该步骤。这样有效的实现了动作的互锁,加强的系统的可靠性。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

28、)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

29、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sq1i0.2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的控制功能,主要包括控制器的选择,功能特征的应用。论文采用软件工程的设计方法,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的自动化,准确的控制电镀的各个环节。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的隔离,同时由于plc内部定