毕业设计论文电镀行车的自动化控制

1、存档日期:存档编号:安 徽 师 范 大 学 本科生毕业论文(设计论 文 题 目:电镀行车的自动化控制 姓 名:李相旭院 系:专 业 、 年 级 、 班 组 :指 导 教 师:安徽师范大学科文学院印制安徽师范大学毕业设计(论文任务书院(系 专业 学生一、设计题目:电镀行车的自动化控制二、设计任务要求及原始资料:本电镀行车是电镀车间的自动送料和起吊设备 , 它由传送带和行车这两个基本部分 组成,而行车又由大车、小车和吊钩等部分组成。其中,传送带、大车、小车和吊 钩由电动机拖动 , 作前后、 左右、 上下运动。 用来进行电镀和表面处理的容器是 15号槽,依次盛有酸液、清水、锌液、铬液、镍镉液,可分别

2、用来对产品零件进行除 锈、清洗、镀锌、镀铬和镀镍镉等处理。1 齐占庆 , 王振臣 . 机床电气控制 M.北京:机械工业出版社, 20072 周军 . 电气控制及 PLC M.北京:机械工业出版社, 20013 吴惕华 . 机械制造自动化 M.北京:机械工业出版社 , 2006三、设计时间:2012 年 3 月 20 日至 2012 年 5 月 30日指导老师:(签名教学院长:(签名目 录摘 要 ·················

3、;·············· 前 言 ······························· 绪 论 ···&

4、#183;···························1 第 1章 电镀行车控制系统的总体方案论证 ···············3 1.1 电镀行车概述 ·&

5、#183;·······················3 1.1.1电镀行车的基本结构 ···················3 1.1.2 电镀行车的工作原理 ·&#

6、183;·················4 1.2 对电镀行车控制系统的设计要求 ·················6 第 2章 硬件设计 ··········

7、;················8 2.1 行车梁的强度刚度计算 ·····················8 2.1.1 强度的校核 ·······

8、3;···············8 2.1.2 刚度的校核 ······················· 11 2.2 电动机电气控制设计 ······&#

9、183;··············· 12 2.2.1 电机型号选择 ······················ 12 2.2.2 电气元件选择 ······

10、3;··············· 13 2.2.3 电气原理图设计 ····················· 18 2.2.4 辅助电路的设计 ·······

11、3;············· 19 2.3 PLC硬件部分的选择 ······················ 20第 3章 控制系统软件设计及实现 ········&

12、#183;·········26 3.1 PLC总体方案设计 ······················· 263.1.1 PLC程序的组成及各部分程序的作用 ··········

13、;·· 26 3.1.2 PLC梯形图程序的总体结构 ················ 28 3.2 公用程序设计 ························· 2

14、9 3.3单周 /连续程序设计 ······················ 30 结 论 ························

15、······31 后 记 ······························32 附 录 A基于 PLC 的电镀行车控制系统的设计图纸 ········

16、;···33 附 录 B电气控制系统 PLC 指令表 ··················42 参考文献 ·······················

17、3;······49摘 要本文介绍了利用可编程序控制器对某电镀行车的工作过程进行控制的方法, 简化了 控制系统的接线,克服了电磁继电器动作时间长、触点抖动的缺点,提高了系统的可靠 性和灵活性。利用 PLC 实现对电镀生产线的系统控制,使系统具有很强的适应能力,可 方便完成自动,手动拉制和相互之间的切换 ; 整个程序采用结构化的设计方法,具有调 试方便,维护简单,移植性好的优点。关键词 : PLC, 电镀行车 , 可编程控制器AbstractThis paper presents a controlling system which c

18、ontrols the special traveling crane for electroplating. With a PIE. This system really helps improve the reliability and laity of the controlling system. And this paper introduces the application of Rockwell PLC in the plating product line.The system can achieve auto-control and manual-control, and

19、be switched flexibly between the two methods. Modularization is the fundamental aspect of the programming designs. Advantages of this method includes convenience for debugging, simplicity for maintenance and good transplantation.Keywords: PLC, special traveling crane for electroplating, programmable

20、 controller control, subprograms前言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

21、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理想的选择。绪论在现代的电镀行车中,一个优质、稳定的控制系统是整个电镀行车正常运行的最基本 的保障,控制系统在电镀行车中的作用就好比是起着总指挥的作用。若是控制系统出现了 故障,电镀行车也就处于瘫痪的地步,这样将直接影响生产的进行,无疑会给企业造成重 大的损失,这对于任何一个企业来说都是不能接受的 . 同时,控制系统的性能的好坏也关 系到电镀行车的正常运行,若是控制系统不稳定,或者经常出故障,或是不能够正常的运 行, 同样都会给企业的生产造成

22、困难。 另外, 企业生产的工作效率也和控制系统关系密切, 性能好的控制系统对效率的提高起着非常大的作用。因此,我们可以得知控制系统在电镀 行车中的地位是非常重要的,它直接关系着企业生产的正常进行。所以对电镀行车控制系 统的设计和制作工作要引起足够的重视。目前市场上存在的控制系统包括继电器控制系 统、单片机控制系统、可编程控制器(PLC 控制系统,可编程控制器依靠其越来越明显 的优势已经成为控制系统发展的主流。可编程序控制器可靠性高,抗干扰能力强;编程方 便,易于使用;设计安装调试、维修方便维修工作量少体积小重量轻,易于实现机电一体 化等优势。随着微电子技术的快速发展, PLC 的制造成本不断下

23、降,而功能却大大加强。 目前,在先进工业国家中 PLC 已成为工业控制的标准设备,应用的领域已覆盖了所有的工 业企业。在工业化的电镀车间中,工业电镀生产线工位多、生产复杂,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,如果采用人工操作电镀行车,那 么将会对现场工人的身体健康十分不利,并使工人长期处于精神高度紧张的状态。为了提 高工作效率,促进生产自动化和减轻劳动强度以及保障工人的身体健康 , 就很有必要由工 程技术人员设计出一种自动控制系统来替代人工操作,从而帮助企业解决许多人力不能为的事情,结束工人在恶劣环境下直接参与控制生产的局面,保证了人身安全。采用 PLC 控

24、 制系统控制该电镀行车,其突出特点表现在:电镀行车控制系统抗干扰能力大为提高,其 工作的可靠性和稳定性度大大提高。同时可以根据工艺要求迅速灵活的改变生产流程和对 系统进行扩充。而且系统维护简单 , 使用方便 , 提高了生产效率、降低了工人的劳动强度。第 1章 电镀行车控制系统的总体方案论证1.1 电镀行车概述1.1.1 电镀行车的基本结构本电镀行车机械部分由传送带 A 、传送带 B 、行车和电镀槽等 4部分组成,而行车又 由大车、小车和吊钩等部分组成,如图 1.1所示。传送带 A 、传送带 B 、大车、小车和吊钩 分别由电动机 M1M5拖动。其中,大车、小车和吊钩在电动机的拖动下可分别作前后、

25、 左右、上下运动,行车的起吊重量在 500kg 以下,起吊物品是待进行电镀和表面处理的各 种产品零件。用来进行电镀和表面处理的容器是 15号槽,每个槽内从左到右都有 5个 位置依次称为 1号位、 2号位 5号位,每个位置都可以放置一个吊篮,因此,每个槽 内共可以放置 5个吊蓝。 15号槽内依次装有酸液、清水、锌液、铬液、镍镉液,可分别 用来对产品零件进行除锈、清洗、镀锌、镀铬和镀镍镉等处理 (但在同一时间内,只需对 产品零件进行镀锌或镀铬或镀镍镉处理 。完成对产品零件的除锈、清洗、镀锌、镀铬和 镀镍镉处理所需的时间分别为 5分钟、 2分钟、 10分钟、 15分钟、 20分钟。图 1.1 电镀车

26、间平面示意图12345123451234512345123451号槽 2号槽 3号槽 4号槽 5号槽 传 送 带 A传 送 带 B酸液清水锌液铬液镍镉液1234512345导轨大 车小 车大车运动方向小 车 运 动 方 向后 前 左 右1.1.2 电镀行车的工作原理要求本电镀行车对产品零件的传送过程如下:(1 将吊篮从传送带 A 送到 1号槽,以对产品零件进行除锈处理。在电镀行车启动前的初始状态下, 吊钩在大车和小车的拖动下处于传送带 A 的 1号位 的上方。 当按下启动按钮后,传送带 A 向前, 将装满待电镀和表面处理的产品 零件的吊篮送到 15号位。传送到位后,吊钩下降。 下降到位后,小车

27、向右一小段距离,以使吊钩钩住吊篮。 钩住吊篮后,吊钩上升。 吊钩将吊篮提升到位后,大车向前 (小车不动 ,将吊篮送到 1号槽的 1号位的上方。 将吊篮送到位后,吊钩下降,将吊篮送到 1号槽中的 1号位,以对产 品零件进行除锈处理。 吊钩下降到位后,小车向左一小段距离,以使吊钩脱离吊篮。 吊钩脱离吊篮后,吊钩上升。 上升到位后,大车向后,小车向左,拖动吊钩到传送带 A 的 2号位的 上方。 吊钩到达传送带 A 的 2号位的上方后,吊钩下降。 以后重复上述过程,依次将各吊篮从传送带 A 的 25号位送到 1号 槽的 25号位。当行车将第 5个吊蓝送到 1号槽的 5号位后, 重复上述第 (7、 (8

28、步过程, 使吊钩脱 离吊篮并上升。上升到位后,大车不动, 小车向左,拖动吊钩回到 1号槽的 1号位的上方。等待下一 步传送工作的进行。(2 将吊篮从 1号槽送到 2号槽,以对产品零件进行清洗。当 1号槽 1号位的吊篮中的产品零件经酸液进行了 5分钟的除锈处理后, 重复类似于 上述过程, 依次将各吊篮从 1号槽中的 15号位送到 2号槽的 15号位, 以对产品零件 进行清洗。 将各吊篮送到位后, 应使吊钩回到 2号槽的 1号位的上方。 等待下一步传送工 作的进行。(3 将吊篮从 2号槽送到 3号槽,以对产品零件进行镀锌处理。当 2号槽 1号位的吊篮中的产品零件经清水进行了 2分钟的清洗后, 若需

29、对产品零件 进行镀锌处理, 则应重复类似于上述 (1(13步的过程, 依次将各吊篮从 2号槽中的 1 5号位送到 3号槽的 15号位,以对产品零件进行镀锌处理。将各吊篮送到位后,应使 吊钩回到 3号槽的 1号位的上方。等待下一步传送工作的进行。(4 将吊篮从 2号槽送到 4号槽,以对产品零件进行镀铬处理。当 2号槽 1号位的吊篮中的产品零件经清水进行了 2分钟的清洗后, 若需对产品零件 进行镀铬处理, 则应重复类似于上述 (1(13步的过程, 依次将各吊篮从 2号槽中的 1 5号位送到 4号槽的 15号位,以对产品零件进行镀铬处理。将各吊篮送到位后,应使 吊钩回到 4号槽的 1号位的上方。等待

30、下一步传送工作的进行。(5 将吊篮从 2号槽送到 5号槽,对产品零件进行镀镍镉处理。当 2号槽 1号位的吊篮中的产品零件经清水进行了 2分钟的清洗后, 若需对产品零件 进行镀镍镉处理,则应重复类似于上述 (1(13步的过程,依次将各吊篮从 2号槽中的 15号位送到 5号槽的 15号位,以对产品零件进行镀镍镉处理。将各吊篮送到位后, 应使吊钩回到 5号槽的 1号位的上方。等待下一步传送工作的进行。(6 将吊篮从 3或 4、 5号槽送到传送带 B ,以将经镀锌或镀铬、镀镍镉处理过的产品零件运走。当 3或 4、 5号槽的 1号位的吊篮中的产品零件经过了 10或 15、 20分钟的镀锌或镀 铬、镀镍镉

31、处理后, 重复类似于上述 (1(13步的过程,依次将各吊篮从 3或 4、 5号槽 中的 15号位送到传送带 B 的 15号位, 以将经镀锌或镀铬、 镀镍镉处理过的产品零件 运走。 将各吊篮送到传送带 B 后, 应使吊钩回到传送带 A 的 1号位的上方。 等待下一个循 环的传送工作的进行。1.2 对电镀行车控制系统的设计要求对工作方式的设计要求(1 为了适应电镀行车控制系统的调试、 检查和操作方便的需要, 应使电镀行车控制 系统具备手动、单周和连续三种工作方式。(2 应具有对上述三种工作方式的自由选择功能。(3 为了避免程序混乱, 应能避免在同一时间内电镀行车按两种或两种以上的工作方 式运行。手

32、动控制的设计在电镀产品零件的过程中, 要求能按下某一步就运行某一步, 即当遇到电镀特殊工艺 要求时能实现人工单步操作。自动控制的设计(1 在单周和连续工作方式下, 当下述初始条件中的任何一个不具备时, 应避免电镀 行车启动运行: 行车大车在初始位置; 行车小车在初始位置; 吊钩在初始位置。(2 在单周和连续工作方式下,应能使电镀行车按照预先规定的工艺流程运行。(3 在电镀产品零件的过程中, 如遇到任何一步不能正常完成, 应能使电镀行车立即 自动停车。(4 在连续工作方式下,应能对电镀行车工作循环次数和一个循环完成时间进行累 计,具备计数和计时功能。(5 应能保证操作人员随时都能使电镀行车紧急停

33、车。对控制系统保护的要求为了能够保障电镀行车及其控制系统的安全,应使控制系统具备以下保护功能:(1 短路保护(2 过载保护(3 欠压保护(4 吊钩紧急制动控制系统操作面板设计要求对于电镀行车控制系统操作面板的工艺设计。 操作面板由各按钮开关、 转换开关组成。 详见附图 A.8操作面板工艺图 (操作面板元件布置图 、 附图 A.9操作面板工艺图 (操作面 板元件接线图 。同时 , 应标注到板子为铝铁板 , 厚度 2MM, 操作板上的字体一律用宋体字 , 字号为 2号 , 字色为黑色。元器件形状框图用黑色勾画。同时需注意尺寸的标注。第 2章 硬件设计2.1 行车梁的强度刚度计算2.1.1强度的校核

34、根据行车实际尺寸跨度 L=5m,大车自重 4t ,起重量 3.5t, 电葫芦自身重量 0.5t ,吊车大 梁由 22a 号工字钢制成,材料许用应力 MPa 270=。根据主梁支撑力受力模型(a 图 ,行车的大梁可以简化为两端铰支的简支梁在起吊重量 (集中力 F 及大梁自身重量 (均布载荷 q 的作用下 , 大梁将发生弯曲变形。首先作出大梁受自重均布载荷下的剪力图、弯矩图: 根据已知条件,求出均布载荷 q 为:M N mN L F q =341084. 75109. 3行车自重均布载荷下梁最大弯矩 M 为:M N ql M =42321045. 2851084. 78查型钢表得知 22a 号工字

35、钢的抗弯截面系数为:Wz=309cm3=3.09x10-4m 3根据强度计算公式:MPa M N w M z 791009. 31045. 244max max 1=-作出简支梁在集中载荷下的弯矩图和剪力图: 根据剪力图、弯矩图, 说明移动载荷 F 作用在简支梁的中点时,使梁受力最不利,危险断 面在梁的中心位置,根据已知条件求出梁在承担起重量集中载荷跨中弯矩为:43max 100. 54510404=Fl M查手册得知 22a 号工字钢的抗弯截面系数为:Wz=309cm3=3.09x10-4m 3根据强度计算公式:MPa MPa Pa Pa w Fl w M z z 2701621016210

36、09. 34510404/643max max 2=- 梁的材料应该能承受均布载荷与集中载荷共同作用下的应力,根据叠加原理MPa MPa MPa MPa 2702411627921=<=+=+=强度符合要求。2.1.2刚度的校核行车梁的最大弯曲变形一般是由载重物位于梁中点的集中载荷引起的, 在集中力 F 的作用下主梁跨度中点的挠度为:mm mm MPa mm N EI Fl Wc F 33. 7104. 310248 5000(104048 (475333= 许用挠度 w 为:mm mm mm l w 33. 7105005000500>=经计算使用 22a 工字钢符合梁的刚度要求

37、。2.2 电动机电气控制线路的设计2.2.1 电机型号选择2.2.1.1 传送带电机选择根据工厂生产实际要求:电镀行车传送带 A 和传送带 B 最大载重为 M max =2500Kg, 其传送带摩擦系数 u=0.2,传送带速度要求为 v=15m/min,由电机功率计算公式u g M f = (2.1v f P = (2.2得出 P=1250W, 由此查电动机选型与应用可选型号为 Y100L1-4的电动机 2台分 别作为传送带 A 、 B 的拖动电机,其额定功率为 2.2KW ,额定电压为交流 380V ,额定电 流为 5A ,功率因数为 0.81,额定转速 1430r/min。2.2.1.2

38、大车电机选择根据电镀行车大车实际情况:电镀行车大车最大载重为 M max =3500Kg,其大车与导轨间的摩擦系数 u=0.15, 大车的速度要求为 v=30m/min, 由电机功率计算公式 (2.1(2.2可得出 P=3750W,由此查电动机选型与应用可选型号为 Y112M-6的电动机 1台作为 大车的拖动电机,其额定功率为 6KW ,额定电压为交流 380V ,额定电流为 9.8A ,额定 转速为 1500r/min。2.2.1.3 小车电机选择根据电镀行车小车实际情况:电镀行车小车最大载重为 M max =1500Kg,小车与导轨 间的摩擦系数 u=0.1,小车的速度要求为 v=15m/

39、min,由电机功率计算公式 (2.1(2.2可 得出 P=375W,由此查电动机选型与应用可选型号为 Y100L1-4的电动机 1台作为小 车的拖动电机,其额定功率为 2.2KW ,额定电压为交流 380V ,额定电流为 5A ,功率因 数为 0.81,额定转速 1430r/min。2.2.1.4 吊钩电机选择根据电镀行车吊钩实际情况:电镀行车吊钩最大载重为 M max =500Kg,吊钩的速度要 求为 v=15m/min,由电机功率计算公式 (2.1(2.2可得出 P=3750W,由此查电动机选 型与应用 可选定吊钩拖动电机型号为 YZR160M2-6, 数量为 1台, 其额定功率为 7.5

40、KW , 额定电压为交流 380V ,额定电流为 19.7A ,额定转速为 1470r/min。2.2.2电气元件选择2.2.2.1电源指示灯选择根据实际情况,查低压电器维修手册可选型号为 XD7信号灯 1只作电源指示灯 HLD, 其主要技术参数如为:额定电压为 220V ,颜色为绿色,变压器式结构。2.2.2.2 刀开关选择根据前面所选定的电镀行车各电机额定电流 , 可知配电支路的总工作电流为 45A ,查 工厂常用电气设备手册 , 选用规格最小的 HD-11-100/18型单投刀开关作为自动线控制系统配电支路的电源开关 , 数量为 1只。其额定电压为 380V ,额定电流 100A 。2.

41、2.2.3自动开关选择(1 用于电镀行车主电路电源端的自动开关 QF1的选择由于此自动开关是用作电镀行车主电路电源端配电开关,作为该电路的短路保护电 器,该电路负荷不大 , 所以可采用结构较为紧凑的塑料外壳式自动开关,并需在其内配备 过电流电磁脱扣器。根据前面所选定的各种电机额定电流可知该主电路的总工作电流为 45A ,工作电压为 380/220V,查低压电器维修手册 ,可将该塑料外壳式自动开关 QF1的型号选为 DZ10-100。其额定电压为交流 500V ,额定电流为 100A ,极限短路通断电流 (峰值为 9000A ,机械寿命为 10000次,电寿命为 5000次;过电流电磁脱扣器额定

42、电 流为 50A ,瞬时整定电流为 10I n =500A。(2 用于 PLC 和稳压电源配电支路电源端的自动开关 QF2的选择由于 PLC 、变压器和稳压电源配电支路的工作电压为交流 220V ,工作电流较小,不 超过 6A , 查 低压电器维修手册 , 可选用规格最小的塑料外壳式自动开关作为用于 PLC 、 照明变压器和稳压电源配电支路电源端的自动开关 QF2,其型号为 DZ5-10,其额定电压 为交流 220V ,额定电流为 10A ,极限短路通断电流(有效值为 1000A ,电寿命为 2000次;过电流电磁脱扣器额定电流为 10A ,其脱扣器延时特性如表 2.2所示: 2.2.2.4

43、接触器选择(1 传送带电机接触器 KM1KM4的选择根据传送带电机额定功率为 2.2KW 、额定电流为 5A ,查低压电器维修手册 ,选 择其接触器 KM1KM4型号为 CJ10-20,数量为 4台,其额定电压为交流 380V ,额定电 流为 20A ,可控制电动机最大功率为 5.5KW , 1.05倍额定电压时通断能力为 200A ,操作 频率为 600次 /h,电寿命为 60万次,机械寿命为 300万次。线圈参数:线圈电压 220V , 线圈匝数 3260±16,线圈导线直径 0.21,吸引线圈视在功率起动时 140V A 、吸持时 22V A ,工作功率 9W ,动作时间:起动

44、时 16ms ,释放时 18ms 。(2 大车电机接触器 KM5和 KM6的选择根据大车电机额定功率为 6KW 、额定电流为 9.8A ,查低压电器维修手册 ,选择 接触器 KM5和 KM6型号为 CJ10-30,数量为 2台,其额定电压为交流 380V ,额定电流 为 30A , 可控制电动机最大功率为 8.5KW , 吸引线圈视在功率起动时 210V A 、 吸持时 32V A 。 (3 小车电机接触器 KM7和 KM8的选择根据小车电机额定功率 =2.2KW、额定电流 =5 A,可选择其接触器与传送带电机选择 接触器型号相同。数量为 2台,具体参数参考传送带电机接触器。(4 吊钩电机接触

45、器 KM9和 KM10的选择根据吊钩电机额定功率为 7.5KW 、额定电流为 19.7A ,查低压电器维修手册 ,选 择其接触器 KM9和 KM10型号为 CJ24-100,数量为 2台,其额定电压为交流 380V ,额 定电流为 100A ,操作频率为 600次 /h,电寿命为 180万次,机械寿命为 600万次。 (5 PLC电源及 PLC 负载电源接触器 KM 选择从附图 A.2可以看出,接触器 KM 的线圈及其两对主触头均接于 220V 交流线路中, 这对触头用来控制 PLC 电源的通/断,接触器 KM 的另外一对主触头分别接于直流稳压电源 GD 的 24V 直流输出端,用来控制 PL

46、C 负载电源的通/断,因此接触器 KM 的额定电 压 (即触头的额定电压 及其线圈的额定电压均应按交流 220V 来选, 而其额定电流 (即触头 的额定电流 应按直流电流来选。 据此, 选规格最小的 3TB40型接触器 1只作 PLC 电源及 PLC 负载电源的控制接触器 KM ,并选择其线圈的额定电压为 AC220V ,主触头为三对常 开,辅助触头为两对常开和两对常闭。其中两对主触头用来控制 PLC 的 A V220V 负载电 路的通 /断,另一对主触头用来控制 PLC 的 DC24V 负载电路的通 /断,一对辅助常开触头 作为接触器 KM 线圈控制回路的自保触头。该接触器的额定电压为交流

47、380V ,额定电流 为 9A ,可控制电动机最大功率为 5.5KW , 1.05倍额定电压时通断能力为 200A ,操作频 率为 1200次 /h,电寿命为 12万次,机械寿命为 800万次。(6 吊钩电机串电阻起动接触器 KM11KM13选择因为吊钩电机串电阻起动接触器的主触头接于电机转子电路中, 故这些接触器的型号 选择与前述控制吊钩电机的接触器 KM9和 KM10的选择一样,也为 CJ24-100型,数量 为 3台。2.2.2.5 热继电器选择(1 传送带 A 、 B 拖动电机的热继电器 FR1和 FR2的选择根据传送带电机额定功率为 2.2KW 、额定电流为 5A ,查电器控制 ,可

48、选用规格 最小的热继电器作为传送带电机热继电器 FR1和 FR2, 其型号为 JR0-20/3D, 数量为 2只, 极数为 3,有断相保护和温度补偿功能,触头数量:1个常闭, 1个常开。其额定电压为 交流 500V ,额定电流为 20A ,热元件额定电流为 7.2A ,额定电流调节范围为 4.57.2A 。 考虑到传送带 A 、 B 的拖动电机额定电流为 5A ,故热继电器的动作电流整定为 5A ,这样 能保证热继电器在上述两台电动机过载时可靠动作。(2 大车拖动电机的热继电器 FR3的选择根据大车电机额定电流为 9.8A ,查电器控制 ,可选用规格最小的热继电器作为大车拖动电机的热继电器 F

49、R3,其型号为 JR0-20/3D,数量为 1只,极数为 3,有断相保护 和温度补偿功能,触头数量:1个常闭, 1个常开。其额定电压为交流 500V ,额定电流为 20A ,热元件额定电流为 11A ,额定电流调节范围为 6.811A 。考虑到大车拖动电机额定 电流为 9.8A ,故热继电器的动作电流整定为 9.8A ,这样能保证热继电器在电动机过载时 可靠动作。(3 小车拖动电机的热继电器 FR4的选择根据小车电机额定电流为 5A ,可选与传送带 A 、 B 拖动电机同样型号规格的热继电 器 JR0-20/3D作为小车拖动电机的过载保护电器。(4 吊钩拖动电机的热继电器 FR5的选择根据吊钩

50、电机额定电流为 19.7A ,查电器控制 ,选择热继电器型号为 JR0-60/3D, 数量为 1只,极数为 3,有断相保护和温度补偿功能,触头数量:1个常闭, 1个常开。 其额定电压为交流 500V ,额定电流为 60A ,热继电器热元件额定电流为 22A ,调节范围 1422A ,故热继电器的动作电流整定为 19.7A ,这样能保证热继电器在电动机过载时可 靠动作。2.2.2.6 电流继电器选择本电镀行车吊钩电机采用转子串电阻起动,起动电阻的接入和切除用电流继电器 KI1KI3分别控制接触器 KM11KM13来实现,查中低压电控使用技术 ,可选型号 为 LL-63的电流继电器 3只,其触点数

51、为一动合、一断开,最大整定电流值为 20A ,电 流整定范围 520A ,动作时间 1 .1倍整定值时小于 20ms ,触头断开容量 AC250V ,电寿 命 10万次。2.2.2.7 中间继电器选择为了防止电动机开始起动时, 起动电流由零增大到最大值的一段时间内, 电流继电器 还未动作, 而接触器线圈通电吸合将电阻短接, 使电动机变为直接起动。 故在电路中设置了中间继电器, 在起动时由中间继电器的常开触头来切断接触器 KM11KM13的线圈回 路,这样就可保证起动时转子回路接入全部电阻。查低压电器维修手册 ,可选型号为 DZ-650的中间继电器 1只,其额定电流为 DC24V ,动作时间小于

52、 40mm ,触点容量为 A V250V 。2.2.2.8 制动电磁铁型号的选择电动机的机械抱闸制动器的有关技术参数由机械方面的工程技术人员提供, 这里只需 向机械方面的工程技术人员提供选择制动电磁铁的要求即可, 即要求对大车和小车拖动电 机采用通电抱闸制动方式; 为了防止突然停电时吊钩上的重物自由落下, 应对吊钩拖动电 机采用断电抱闸制动方式。 同时所有制动电磁铁的额定电压值均与前面所选定的接触器线 圈的额定电压相同, 即均为交流 220V , 这样可减少 PLC 负载电源的种类和电压等级的数 量,便于控制机系统的设计、安装和接线。2.2.2.9熔断器选择熔断器 FU1接于直流稳压电源 GD

53、 的输入电路中,它所保护的对象为直流稳压电源 GD ,该直流稳压电源 GD 向 PLC 的负荷供电,其负荷中没有冲击性负荷,因此,该直流 稳压电源 GD 的输入电路中没有冲击性电流。据此, 查 电器控制 可选型号选为 RL1-15的螺旋式熔断器 1只作直流稳压电源 GD 电路的短路保护熔断器 FU1,其主要技术参数如下:U RD.N =380V, I RD.N =15A, I RT.N =10A, I dl =2KA2.2.3 电气原理图设计本自动线中的电动机控制线路,采用交流 380/220V电源供电,电源开关采用刀开关 与自动开关串联的组合形式, 其中刀开关起隔离电源、 安全检修的作用,

54、自动开关起短路 保护作用。 电动机控制线路中各电机主电路接于 380V 电源, 控制电路接于 220V 电源。 各 电机主电路采用接触器控制, 并采用热继电器作过载保护, 其中大车电机、 小车电机和吊钩电机采用电磁抱闸制动。因实际需要,吊钩电机采用转子串电阻起动。因此,电镀行车 电动机的主电路、局部照明电路、向 PLC 负载供电的直流稳压电源如附录 A 中的图 A.1所示。在附图 A.1所示主电路中,根据前面所确定的控制方案,各主轴电机的接触器 KM1 KM10的线圈由 PLC 控制。因此,在该图中不需再给出这些接触器的线圈控制回路。 信号和故障显示采用 DC24V 发光二极管,因此,电路中配

55、备了一台 AC220V/DC24V变 压器向该二极管电路提供 24V 直流电源。该电源及其整流变压器由协作单位供货。 在附图 A.1的自动开关 QF2作为稳压电源和 PLC 及其负载的短路保护,接触器 KM 作 为 PLC 及其负载的电源控制电器。2.2.4 辅助电路的设计2.2.4.1 PLC负载电源电路设计PLC 的负载包括接触器线圈、电磁换向阀线圈、信号指示灯、电铃和蜂鸣器等五种。 为了减少指示灯占用的信号显示屏的安装面积, 需要选用体积较小的信号指示灯。 目前在 各类信号指示灯中, 只有发光二极管的体积较小, 因此, 只能选用发光二极管作该控制系 统的过程显示指示灯。由于发光二极管属直

56、流元件,其电压等级较高的也只有 24V ,因此 就需要为 PLC 负载配置一台输出电压为 24V 的直流稳压电源 GD 。此外,需要在该稳压电 源的输入回路配置一只熔断器 FU1作其短路保护。 根据以上配置情况, 可将 PLC 负载电源 电路的电气原理图设计成如附图 A.1所示的形式。但直流稳压电源 GD 以及向该电源供电 的变压器 TC 由协作单位供货 , 作者只负责向协作单位提供这两个部分的设计原始数据。 2.2.4.2 PLC及其负载的电源控制电路设计在电镀行车正常工作下, 通常 PLC 及其负载的电源应一直处于供电状态, 因此, 可采 用由按钮和接触器组成的启、保、停电路对它们的电源进

57、行通 /断控制。为此,需为 PLC 及其负载配置一只接触器 KM 作为其电源的通 /断控制电器,并需为接触器 KM 的线圈控制回路配置一只接通按钮 SB14和一只紧急停止按钮 SB15, 以对 PLC 及其负载的电源进行通 /断操作。 据此, 可将 PLC 及其负载的电源控制电路的电气原理图设计成如附图 A.2所示 的形式。2.2.4.3 控制系统电源指示电路设计为了让操作人员和维修人员能够及时、 方便地了解基于 PLC 的电镀行车控制系统电源 的状态,以便为进一步的操作、 维修以及对故障的分析判断提供依据。因此,应为控制系 统配置一只电源指示灯 HLD ,并应将该指示灯直接跨接到电动机主电路

58、的相线与零线之 间, 如图附图 A.1所示。 在电源指示电路中不应串入任何开关或保护电器, 以免因开关或 保护电器方面的原因,造成电源指示灯不能正确地指示出电源工作状态的后果。2.3 PLC控制系统硬件部分的设计2.3.1 PLC I/O元件选型2.3.1.1 PLC运行控制开关 SA1可选规格最小的 XB2-BD25型具有 1对常开触点的二位置旋钮作 PLC 运行/停止控制 开关 SA1。其主要技术参数如下:U N =220V, I N =5A,手柄操作位置 2个,常开触点 1对,没有常闭触点。2.3.1.2 工作方式选择开关型号的选择为了满足控制要求, 本电镀行车控制系统设置了手动、 单周

59、和连续三种工作方式; 且 电镀种类也分为镀锌、 镀铬和镀镍镉三种。 在任何时刻, 控制系统都只能选中其中的一种 工作方式, 绝对不能有两种或两种以上的工作方式被选中, 否则将产生严重后果。 由于与 PLC 输入点相连的一般都是电器元件的常开触点,也就是说,在任何时刻,工作方式选 择开关都只能有一对常开触点闭合。 例如, 当工作方式选择开关打到手动工作方式这一档位时, 此时只能有这一档位的触点闭合, 而其余档位的触点都必须处于断开状态。 通过工 作方式选择开关中手动这一档位的触点闭合, 其余档位的触点断开的这一状态, 使与之相 连接的输入继电器 X 的状态分别为“ 1”和“ 0”态,使得系统只执

60、行手动工作方式的程 序, 其余工作方式的程序将被越过而不执行。 同理, 当工作方式选择开关打到单周和连续 这两种工作方式中的任何一档位时,此时也只能有被选中的工作方式的档位的触点闭合, 而其余档位的触点处于断开位置。 由于在任何时刻都只能选中一种工作方式, 所以工作方 式选择开关必须有三个操作位置来对应三种工作方式。 除此外, 工作方式选择开关还应有 一个零位。 当工作方式选择开关手柄置于零位时, 工作方式选择开关的所有触点都应处于 断开状态。 PLC 输入点的电压为直流 24V ,电流小于 100mA 。根据以上的要求,查工 厂常用电气设备手册 ,选用 LW5-15GF1781/4型万能转换

61、开关作为工作方式选择开关和 电镀种类选择开关,数量为 2个,手柄操作位置 4个,常开触点 3对,没有常闭触点,任 何时刻都只能有一对常开触点闭合。2.3.1.3 按钮型号的选择对电镀行车控制系统中所有按钮的要求是,只需一对常开触点即可。根据国家对按钮 帽颜色的规定:红色代表停止,而绿色代表起动。所以在选取按钮时应根据按钮所起作用 来选取按钮帽的颜色。 PLC 输入点的电压为直流 24V ,电流小于 100mA 。根据以上要求, 查低压电器维修手册 ,选用型号为 LA19-11D 的按钮 14个。手动工作方式按钮、启动 按钮、预开按钮和 PLC 负载电源接通按钮选绿色,共 13个;紧急停止按钮和

62、预停按钮为 红色,共 2个。2.3.1.4 光电开关的选择电镀行车传送带上光电开关主要用来检测吊篮,因吊篮为金属物品,所以查工厂常 用电气设备手册 , 选用型号为 LJ2-15的光电开关 3只, 其额定电压为 DC24V , 元件检测 距离为 100mm ,最高工作频率为 20次 /秒,回环宽度 3mm ,重复定位精度 0.1mm 。2.3.1.5 行程开关型号的选择电镀行车中各电机的运行速度比较缓慢, 使得各行程开关闭合和断开的速度也同样较 为缓慢,这样使得处于电路中的行程开关的触头在闭合和断开时都将产生较长时间的电 弧, 而且电弧存在的时间越长, 就越容易烧坏行程开关的触头。 为了避免行程

63、开关在闭合 和断开时产生的电弧烧坏其触头, 所以本课题不能采用直动式的行程开关, 而应选择滚轮 式行程开关。对个行程开关的选择要求是:只需 1对常开触点即可。 PLC 输入点的电压 为直流 24V ,电流小于 100mA 。根据以上要求,查工厂常用电气设备手册 ,选取型号 为 LX31-4的行程开关 18个。2.3.1.6 指示灯型号的选择为减少 PLC 负载电源的种类和电压等级的级数,便于控制机系统的设计、安装和接 线, 指示灯的额定电压也应选为直流 24V 。 根据国家对指示灯颜色的规定:表示工作方式、 运行过程等的指示灯的颜色应为绿色, 表示故障的指示灯应为红色。 根据以上要求, 查 工

64、 厂常用电气设备手册 ,选取型号为 AD1-22/11的指示灯,其中绿色 10个,红色 5个。 2.3.1.7 电铃和蜂鸣器型号的选择为减少 PLC 负载电源的种类和电压等级的级数,便于控制机系统的设计、安装和接 线,电铃和蜂鸣器的额定电压也应选为直流 24V 。根据以上要求,查工厂常用电气设备 手册 , 选取型号为 UCZ4-75的电铃, 数量 1个。 蜂鸣器选用型号为 701-2型, 数量 1个。 2.3.2 PLC输入 /输出元件确定2.3.2.1 所需 PLC 输入元件及输入点的统计预开按钮 SB11、启动按钮 SB12和预停按钮 SB13,占用 PLC 的 3个输入点。工作方式选择开

65、关 SA2用来选择手动、单周、连续三种工作方式的一种,占用 PLC 的 3个输入点。电镀种类选择开关 SA3用来选择镀锌、镀铬、镀镍镉三种电镀中的一种,占用 PLC的 3个输入点。电镀行车及传送带的手动操作按钮 SB1、 SB2、 SB3、 SB4、 SB5、 SB6、 SB7、 SB8、 SB9、 SB10均为一个常开触点,它们共占用 PLC 的 10个输入点。用于检测传送带吊篮位置的光电开关为 SP1、 SP2、 SP3,它们共占用 PLC 的 3个输入 点。用于吊钩拖动电机串电阻起动的欠电流继电器为 KI1、 KI2、 KI3,它们共占用 PLC 的 3个输入点。用于检测电镀行车大车运行

66、位置的行程开关为 SQ1、 SQ2、 SQ3、 SQ4、 SQ5、 SQ6、 SQ7、 SQ8、 SQ9,它们共占用 PLC 的 9个输入点。用于检测电镀行车小车运行位置的行程开关 SQ10、 SQ11、 SQ12、 SQ13、 SQ14、 SQ15、 SQ16、 SQ17,它们共占用 PLC 的 8个输入点。用于检测吊钩升降位置的行程开关 SQ18,占用 PLC 的一个输入点。用于电镀行车各电动机过载保护的热继电器为 FR1、 FR2、 FR3、 FR4、 FR5,它们均为 一个常开触点,共占用 PLC 的 5个输入点。综上所述,共需 PLC 输入触点 48个。2.3.2.2 所需 PLC

67、输出元件及输出点的统计控制电镀行车各个电机运行的接触器线圈为 KM1、 KM2、 KM3、 KM4、 KM5、 KM6、 KM7、 KM8、 KM9、 KM10,它们共占用 PLC 的 10个输出点。在吊钩拖动电机转子回路中, 用于接入和切除三段附加电阻的接触器为 KM11、 KM12、 KM13, 用于防止三台接触器同时通电动作的中间继电器为 KA , KM11、KM12、 KM13和 KA 的线圈与 PLC 输出点的连接关系如图 3.1所示,由该图 3.1可知, KM11、 KM12、 KM13 和 KA 的线圈共占用 PLC 的 2个输出点。用于大车电机、小车电机、吊钩电机制动抱闸的电磁铁的线圈为 YB1、 YB2、 YB3,它 们共占用 PLC 的 3个输出点。预开预告电铃 BE 1个,占用 PLC 的 1个输出点。故障报警蜂鸣器 BU 1个,占用 PLC 的 1个输出点。电镀行车各电机运行过程指示灯为 HL1、 HL2、 HL3、 HL