电镀生产线课程设计

1、淮海工学院 课程设计报告书课程名称：电气控制系统课程设计题目电镀生产线电气控制设计系（院）：电子工程学院学期：2010-2011-2专业班级：D电气081姓名：侯智勇学号:510823142评语:成绩:签名:日期:目录1绪论31.1国内外PLC的最新发展趋势 31.2基于PLC的电镀行车的控制系统的概述 41.3课题的选题背景及意义 42设计任务与要求52.1工作过程说明52.2设计思路52.2.1电镀专用行车结构示意图 52.2.2 硬件62.2.3 电气元件的明细表63系统的硬件设计73.1 PLC机型选择73.1.1 确定 I/O 73.1.2 PLC 容量选择73.1.3 确定 PLC

2、8S7-200CPU 226 CN 参数表103.2主电路的设计103.2 I/O 分配表及其端子接线图 114系统的软件设计134.1梯形图设计134.2程序图仿真155心得体会176参考文献18摘要:电镀行车生产线自动化的程度在德国、意大利、美国等国家的发展水平已经 较高，而在我国尚处于发展阶段。本课题以行业现状为出发点，结合其他行业自 动控制技术的应用情况，提出了基于PLC的电镀行车自动生产线的设计，并通过 应用机械、可编程序控制器(PLC)等多项专门技术开发的自动生产系统。本文首 先分析和制定了该生产线的整体设计思想和方案，确保了该生产线系统具备真正 的自动化生产能力且结构简单。在该生

3、产线的控制系统中，采用了高可靠性，高 稳定性，编程简单，易于使用，而且广泛应用于现代工业企业生产线过程控制中 的控制器PLC详细分析了输送系统设备保护控制电动机原理图、程序框图、PLC 系统外部接线图。分层次详细阐述了整个高度自动化输送系统的目标及功能，使高度自动化输送系统的结构更加清晰，层次更加分明，具有非常强的实用性。关键词：自动电镀生产线；自动控制技术；可编程控制器( PLQ;机械手1绪论1.1国内外PLC的最新发展趋势长期以来，PLC始终处于工业自动化控制领域的主战场，为各种各样的自动 化控制设制应用。其主要原因，在于它能够为自动化控制应用提供安全可靠和比 较完善的解决方案，适合于当前

4、工业企业对自动化的需要。另一方面，PLC还必须依靠其他新技术来面对市场份额逐渐缩小所带来的冲击，尤其是工业PC所带来的冲击。PLC需要解决的问题依然是新技术的采用、系统开放性和价格。PLC技术展的最终趋势仍然是人们所争论的焦点之一。大多数人认为，PLC将会继续失去市场份额；更有甚者认为，在工业 PC面前，PLC将会一步一步走 向死亡；但也有一部分人相信，一些特殊工业应用领域仍将为 PLC提供一定的市 场份额。在全球工业计算机控制领域，围绕开放与再开放过程控制系统、开放式过程 控制软件、开放性数据通信协议，已经发生巨大变革，几乎到处都有 PLC，但这 种趋势也许不会继续发展下去。随着软 PLC(

5、SoftPLC)控制组态软件技术的诞生 与进一步完善和发展，安装有 SoftPLC组态软件和基于工业PC控制系统的市场 份额正在逐步得到增长，这些事实使传统PLC供应商在思想上已经发生了戏剧性 的变化，他们必须面对现实，在传统PLC的技术发展与提高方面作出更加开放的 高姿态。对于控制软件来讲，这是 PLC控制器的核心，PLC供应商正在向工业用 户提供开放式的编程组态工具软件，而且对于工业用户表现得非常积极。此外， 开放式通信网络技术也得到了突破，其结果是将PLC融入更加开放的工业控制行 业。PLC制造商已经开始注视基于工业 PC控制技术所带来的强大冲击。有专家 甚至认为，新商务活动所带来的新技

6、术和开放技术规范将会埋葬传统PLC PLC制造商认为，虽然在工业现场安装有大量的 PLC控制设备，但他们仍然需要联合 工控软件公司，以便开发他们自己的基于工业 PC的过程控制软件。1.2基于PLC的电镀行车的控制系统的概述PLC是 一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置，它具有可靠性高，抗干扰能力强；配套齐全，功能完善，适用性强；易学易用，深 受工程技术人员欢迎；系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造；体积 小，重量轻，能耗低等特点。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是决

7、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则是电镀生产线自动化控制的关键。因此用PLC来设计整个控制系统是不错的选择。1.3课题的选题背景及意义电镀的目的是在基材上镀上金属镀层，改变基材表面性质或尺寸.电镀能增强金属的抗腐蚀性（镀层金属多采用耐腐蚀的金属）、增加硬度、防止磨耗、提高 导电性、润滑性、耐热性和表面美观。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

8、误的工件。随着社会的发展，人们的审美观也有了一定的改变。 各种各样的装饰用品也 大量出现在人们的生活和工作中，其中也有不少的金属制品，为了使这些金属装 品既美观又耐用电镀就很有必要了。2设计任务与要求2.1工作过程说明XKL盘XK31*<44di.1i11jL1F1号榕2号槽3号槽原位图2-1电镀生产线控制的工作过程在电镀生产线左侧、工人将零件装入行车的吊篮并发出自动启动信号， 行车 提升吊篮并自动前进。按工艺要求在需要停留的槽位停止， 并自动下降。在停留 一段时间后自动上升，如此完成工艺规定的每一道工序直至生产线末端， 行车便 自动返回原始位置，并由工人装卸零件。原位：表示设备处于初始

9、状态，吊钩在下限位置，行车在左限位置。自动工作过程：启动一吊钩上升一上限行程开关闭合一右行至1号槽一 xk1行程开关闭合一吊钩下降进入 1号槽内一下限行程开关闭合一电镀延时一吊钩 上升,o 由3号槽内吊钩上升，左行至右限位，吊钩下降至下限位（即原位）。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地循环。当按动“停止”按钮，设备并不立即停车，而是 返回原点后停车。单周期操作：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。当按动“停止”按钮， 设备立即停车，按动“启动”按钮后，设备继续运行。步

10、进操作：每按下启动按钮、设备只向前运行一步。2.2设计思路2.2.1电镀专用行车结构示意图在电镀生产线一侧，工人将待加工零件装入吊篮，并发出信号，专用行车便 提升并按工艺要求在需要停留的槽位停止，自动下降，停留一定时间（各槽停留时间预先按工艺要求设定）后自动提升，如此完成电镀工艺规定的每一道工序， 直至生产线的末端自动返回原位，卸下处理好的零件，重新装料发出信号进入下一个加工循环。为了适应批量生产需要，电镀车间专用行车的电气控制系统要针 对不同的工艺流程（例如镀金、镀银、镀锌）有程序预选和修改能力。设备机械结 构与普通小型行车结构类似，跨度较小，要求准确停位，以便吊篮能准确进入电 镀槽内。工作

11、是除具有自动控制的大车前后移动与吊物上下移动外，还有调整吊 篮位置的小车左右移动。生产线上镀槽的数量，由用户综合各种电镀工艺的需要 提出要求，电镀种类越多，则槽数也越多。图2-2电镀行车实物图2.2.2硬件主控电路是用电机的正反转来实现机械手、行车的上下左右移动。三相电机正反转：通过改变按入电机电源相序来改变电机的转向来实现，通常只耍将其中任意两相对换就可以了，通常使用接触器来实现。2.2.3电气元件的明细表名称符号作用数量S7-200CPU控制器1226 CN三相异步电机M大的控制行车，小的控制机械手2大4小交流接触电器KM控制电机正反转12行程开关SQ行程控制18按钮SB启动、停止和手动控

12、制7导线、熔断器、热继电器、空气开关FU FR连结各部件和保护电器若干表2-13系统的硬件设计3.1 PLC机型选择3.1.1 确定 I/O通常I /O点数是根据被控对象的输入、输出信号的实际需要，再加上10% 15%的裕量来确定。I : 20+20*15%=23O: 14+14*15%=163.1.2 PLC容量选择存储容量的选择：用户程序所需的存储容量大小不仅与 PLC系统的功能有关，而且还与功能实 现的方法、程序编写水平有关。一个有经验的程序员和一个初学者，在完成同一一复杂功能时，其程序量可能相差 25%之多，所以对于初学者应该在存储容量估 算时多留裕量。PLC的I /O点数的多少，在很

13、大程序上反映了PLC系统的功能要求，因此可在I /O点数确定的基础上，按下式估算存储容量后，再加20%30%的裕量。存储容量（字节）=开关量I /O点数X 10 +模拟量I /O通道数X 100 另外，在存储容量选择的同时，注意对存储器的类型的选择。3.1.3 确定 PLC综合3.1.1和3.1.2我选用西门子S7-200CPU 226 CN10最大点数XW 256尺寸（WX H X D）196X 80X 62 mm功耗DC/DC/DC时：11W AC/DC/继电器时：17W容量6KB<XC 64KB程序存储 器在线程序编辑时：16384bytes ;非在线程序编辑时：24576byte

14、s数据存储器10240bytes本机数字 量输入/输出24输入，16输出数字I/O映象区256（128输入/128输出）模拟I/O映象区64（32输入/32输出）允许最大的智能模块7个模块脉冲捕捉 输入24高速计数 器总数6个脉冲输出2个20kHz（仅限于DC输出）定时器总 数256个（ 1ms 4个，10ms 16个，100ms 236个）接口2个 RS-485接 口PPIQP/T波特率9.6 , 19.2 和 187.5kbaud自由口波 特率1.2kbaud 115.2kbaud每段最大 电缆长度使用隔离的中继器：187.5kbaud 可达1000米, 38.4kbaud 可达1200米

15、;未使用隔离中继器：50米最大站点 数每段32个站，每个网络126个站最大主站 数32MPI连接共4个, 2个保留（1个给PG 1个给OP）输入电压DC/DC/DC时：20.4 28.8VDC, AC/DC/继电器时：85 264VAC（4763Hz）输入电流DC/DC/DC寸：150mA仅 CPU 24VDC） 1050mA最大负载，24VDC) AC/DC/继电器时：80/40mA(仅 CPU 120/240VAC), 320/160mA(最大负载，120/240VAC)冲击电流DC/DC/DC时：12A（ 28.8VDC 时）；AC/DC/继电器时：20A （264VAC时）保险（不可

16、替换）DC/DC/DC寸：3A，250V时慢速熔断；AC/DC/继电器时：2A,250V时慢速熔断电流限定1.5A峰值，终端限定非破坏性输入隔离 （现场与逻辑）光电隔离：是；隔离组：500VAC 1分钟输入电缆 长度最大屏蔽：500米（标准输入）；非屏蔽：50米（咼速计数器输入）， 300米 （标准输入）输出类型DC/DC/DC寸：固态-MOSFET源型），AC/DC/继电器时：干触 占八、输出额定 电压DC/DC/DC寸：24VDC AC/DC/继电器时：24VDC或250VAC输出电压 范围DC/DC/DC寸：20.4 28.8VDC; AC/DC/继电器时：530VDC 或5 250VA

17、C输出浪涌 电流（最大）DC/DC/DC时：8A，100ms AC/DC/继电器时：5A，4s（10% 工作率时）每点额定 输出电流（最 大）DC/DC/DC寸：0.75A ； AC/DC/继电器时：2.0A每个公共 端的额定输出 电流（最大）DC/DC/DC寸：6A； AC/DC/继电器时：10A输出漏电 流（最大）DC/DC/DC寸：10 卩 A； AC/DC/继电器时：-输出灯负 载（最大）DC/DC/DC寸：5W AC/DC/继电器时：30W DC 200W AC接通电阻（接点）DC/DC/DC时：0.3 Q典型值（0.6 Q最大值）；AC/DC/继电器 时：0.2 Q （新的时候最大

18、值）输出电阻 （逻辑到接点）DC/DC/DC寸：-，AC/DC/继电器时：100血机械寿命 周期DC/DC/DC寸：-；AC/DC/继电器时：10,000,000（无负载）触点寿命DC/DC/DC寸：-；AC/DC/继电器时：100,000（额定负载）同时接通 的输出55T时，所有的输出（水平安装），45C时，所有的输出（垂 直安装）输出电缆 长度（最大）屏蔽：500米 ；非屏蔽：150米表 3-1 S7-200CPU 226 CN 参数表3.2主电路的设计电气原理图是根据电气控制系统的工作原理，采用电器元件展开的形式，利用图形符号和项目符号表示电路各电器元件中导电部件和接线端子连接关系的 电

19、路图。电气原理图并不按电器元件实际布置来绘制， 而是根据它在电路中所起 的作用画在不同的部位上。电气原理图具有结构简单、层次分明的特点，适合研 究和分析电路工作原理，在设计研发和生产现场等方面得到广泛应用。电气原理图一般分为主电路和辅助电路两部分， 在本次设计中我们着重分析 了主电路图。在本设计中，根据电镀生产线的工艺要求，只需用两台电机分别控 制吊钩的上升、下降和行车的左行、右行。主电路如图 2-1。图2-1中，接触器KM1 KM2控制电动机M1的正、反转，实现吊钩的上升和 下降，接触器KM3 KM4控制电动机M2的正、反转，实现行车的前进和后退。3.2 I/O分配表及其端子接线图在本次系统

20、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莫块的数字量模块开始，在本机数字量地址的基础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基础上从左到右按字递增。我们定义的I/O端子接线图如图2-2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

21、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15输入输出10.0上限行程开关go匕升10,1下限行程开关Q0. 1下降10+2左限位Q0. 3右行10.3XK1行程开黄Q0. 1左讦10+4XK2行程开关Q0.7原位10.5XK3行程开关10+6原点开关10.7连挨T作幵关IL0启动按削11- 1停止技旬11.2步进按01111*3表3-2电镀生产线控制的I/O分配表4系统的软件设计4.1梯形图设计BS1网络标题网编主释111 I11.0M0311 / I( )0 3J网貉2II 3M01I07M0/118ia2QO.OI0.3I0.4I OF网络3T37IO.OQ0.5QOL111.1ao.1INTON50-PT100 msT37网绍104.2程序图仿真20$2 口贰莖o=I 日冏呂|n虫HMHmE昼u內吕offir-ds 3UVWSr 祁 ir ir ir ir 3 ir n ir ir if > w ir i丄対11 i0，llJ -:"；l 1:F|!C l-7'Lil!01rn111,ra3