河南农业职业学院

河南农业职业学院电气控制技术课程设计电镀车间专用行车PLC控制系统设计系、部：机电工程系学生姓名:张文平指导老师：樊留锁专业:汽车制造与装配班级：14-1学号：140723完成时间：2015/12/24摘要本文以电镀自动生产线控制系统设计为研究对象，以其电镀专用行车为控制对象，对其电镀的工艺要求和控制要求进行了分析，采用理论研究的方法，设计了一套基于PLC的电镀车间专用行车自动控制系统。本系统选用三菱FXCPU-3U-001型号的PLC来进行控制，通过PLC输出信号接触器的触点动作，来控制两台异步电动机的运行，从而实现对行车的水平运动和吊钩的垂直运动的控制，考虑到电镀、上升、下降等运动时行车和吊钩需要准确定位。在程序设计时为了便于对设备进行调整和检修，设计了手动程序以实现对行车和吊钩的点动控制，对于自动控制程序的设计，其工作过程是典型的顺序控制，采用步进指令能很好地实现对其控制。通过软件仿真可以看出所设计的控制系统很好的实现了电镀的工艺要求和控制要求，可以方便完成自动和手动之间的切换，体现出PLC控制系统具有调试方便、适应性强的优点。关键字：电镀行车、编程控制器、SFC图、梯形图目录1绪论，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，11.1电镀生产简介，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，21.2电镀车间行车专用PLC控制系统设计内容，，，，，，，，，，21.21设备基本情况，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，31.22拖动系统，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，31.3电镀车间行车专用PLC控制系统设计要求，，，，，，，，，，，，31.4可编程控制器简述，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，42控制系统总体方案及系统硬件设计，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，42.1电镀车间专用行车PLC控制系统方案选择，，，，，，，，，，，，52.1.1拖动方案，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，52.1.2槽位选择方案，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，52.1.3信号检测装置选择，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，62.1.4指示显示方案，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，62.2电镀车间专用行车PLC控制系统主电路，，，，，，，，，72.3保护方案选择，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，72.4抗电源干扰选择，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，72.5控制系统的接地设计，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，83控制系统软件设计，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，83.1控制系统SFC图，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，83.2I/O分配图，，，,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,93.3梯形图，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，103.4PLC选型，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，135参考文献，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，14致谢，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，14附录第1页1绪论1.1电镀生产线简介随着我国国民经济的迅速发展，电镀与精饰的技术，新工艺不断涌现，电镀生产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，电镀压，溶液浓度，温度，相关的周边设备控制及生产过程自动化。电镀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，大都采用人工操1作的半自动控制方式。在许多场合，为了提高工作效率，往往需要实现电镀行车的自动化控制。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。1.2电镀车间行车专用PLC控制系统设计内容1.2.1设备基本情况该电镀自动线是某场电镀车间为提高功效、促进生产自动化和减轻劳动强度而提出制造的一台专用半自动起吊设备。采用远距离控制，起吊重量在500千克以下，起吊物品是待进行电镀及表面处理的各种产品零件。其结构及工艺流程如下图一所示图1电镀自动线示意图电镀自动线机械机构与普通小型汽车结构类似，由小车、大车和吊物提升机构组成。工作时，除具有自动控制的大车移动,(前/后）与小车（提升吊物用）上/下运动外，还有调整吊篮位置的小车左右运动。其工作过程为：在电镀自动线的一侧，工人将加工零件装入吊篮，并发出信号，提示机构便提升并自动逐段前进，按工艺要求在需要停留的槽位停止，并自动下降，停留一定的时间后自动提升，如此完成电镀工艺规定的每一道工序，直至自动线的末端自动返回原位。第2页卸下处理好的零件，重新发出信号进入下一加工循环。对于不同的零件，其镀层要求和工艺过程是不同的，则自动线上镀槽的数量也不相同，该控制系统能对不同工艺过程（如镀锌、镀铬、镀镍镉)有程序预选和修改能力。该自动线有5个电镀槽，各个电镀槽，各槽停留时间有用户根据工艺要求进行整定。1.2.2拖动系统专用行车的小车、大车和升降运动均采用三相交流异步电动机（Y802-4，0.75KW、2A、1390r/min、380v)分别拖动，并采用一级机械减速。1.3电镀车间行车专用PLC控制系统设计要求（1)控制装置具有程序预选功能（按电镀工艺确定需要停留工位），一旦程序选定，除上、下装卸零件，整个电镀工艺应能自动进行。（2）前后运动和升降运动要求准确停位，前后、左右、升降运动之间有联锁作用（3）采用远距离控制，整机电源及各种动作要有相应指示。（4）应有极限位置保护和其他必要的电器保护措施。1.4可编程控制器简述PLC是微机技术与传统的继电接触控制技术相结合的产物，它克服了继电接触控制系统中的机械触点的接线复杂、可靠性低、功耗高、灵活性差的缺点，充分利用了微处理器的优点，它采用了一套以继电器梯形图为基础的简单指令形式，使用户程序编制形象、直观、方便易学。用可编程程序控制器实施控制，其实质是按一定算法进行输入输出变换，并将这个变换予以物理实现，应用于工业现场。它具有可靠性高、抗干扰能力强、功能完善、适用性强、易学易用，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，功耗低。2控制系统总体方案及系统硬件设计2.1电镀车间专用行车PLC控制技术系统方案选择2.1.1拖动方案第3页为了实现不同的槽位的精准位置停车，设计采用自带刹车的电机。这即节省了左右制动接触器，也减少了能耗制动的能量，使用接近开关代替行程开关。以获得更多的反应时间，然后在程序中使用一定的延时，保证行车的精准位置停车，并且使挂件不会因为运动的惯性，出现撞击事故。在平移的过程中上下的电机采用抱闸制动（失电保持性），以防止吊篮因为自重下滑导致事故。2.1.2槽位选择方案在启动电机以前要通过旋动开关旋动不同的槽位，因设计的行车是上料点和下料点分开，故不需要考虑行车在中途返回。通过程序设计就可以实现行车在不同的槽位上停车并进行电镀的设计要求。2.1.3信号检测装置选择在每一个槽位之前设置接近开关，相对行程开关能使停车更精准，在左右平移上限位置也设置接近开关，给行车充分的反应时间实现前后限位保护。每个槽位电镀都做了上下限的行程开关，方便控制电镀过程的电镀过程的电机动作。由于上下动作的速度较慢，为了减少输入点和开关数量以及成本，没有添加上下限保护开关。2.1.4指示显示方案在不同的槽位前面设置到位提示，在原点和下料点处、及电机前运行前进行设置指示灯，以保证控制人员通过指示灯清晰了解行车的运行状况。2.2电镀车间专用行车PLC控制系统主电路如图2在控制系统采用两台三相交流异步电动机（Y802-4，0.75KW、2A、1390r/min、380V、），M1用于驱动行车前进后退，M2用于控制上升下降，并有接触器KM1KM2KM3KM4分别控制其正反转。隔离开关QS作为电源控制，由熔断器FU1实现短路保护，由热继电器FR1、FR2实现过载保护。去U、W两相电流，经整流滤波后产生36V直流电，为能耗制动提供直流电源。第4页如图2电镀专用行车PLC控制系统2.3保护方案选择如图2，在主电路以及整流滤波电路中装设熔断器保护，并给每台电机装设热继电器，防止电机过载过热。2.4抗电源的干扰措施（1）可以使用隔离变压器来抑制电网中的干扰信号，为了改善隔离变压器的干扰效果，应注意两点：第一屏蔽器要良好的接地：第二，次级连接线应用双绞线，以减少电源线间的干扰。（2）滤波器有较好的抗电网干扰的作用，但是要选择好滤波器的频率范围常常是困难的，为此，常的办法是即使用滤波器，同时也使用隔离变压器。2.5控制系统的接地设计良好的接地可以有效地防止干扰线的误操作，控制系统的接地一般有图3种方法。图3控制系统接地方法第5页其中图3（a）为控制器和其他设备分别接地的方式，这种接地方式最好。一般不能使用图3（C）所示的共同接地方法。再设计接地时，还需要注意一下两点；第一，采用共同接地方式，接地电阻应小于100ῼ：第二，接地线尽量粗，一般用大于两毫米的接地线3.1控制系统系统SFC图3.2I/O分配图第6页3.3梯形图第7页第8页第9页3.4PLC选型FX系列PLC由基本控制单元、扩展单元、扩展模块及特殊功能单元组成。本控制系统选用FXCPU-3UMR-001.下表是FXCPU-3U系列的可编程的总体性能。表1FXCPU-3U系列可编程的总体性能第10页根据该专用行车的控制要求，其输进/输出及控制信号共有32个，其输出信号20个，输出信号17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，拟采用三菱公司FXCPU-3UMR型PLC。如果需要增加一些槽位的时候可以再配用F系列的拓展单元，以满足需要更多的输入输出点。4参考文献[1]方承运。工厂电气控制技术，机械工业出版社，2003[2]史国生。电气控制与编程控制技术。化学工业出版社，2005.4[3]廖常初。PLC编程及应用。机械工程出版社，2002.9[4]钟肇新，范建东，可编程控制原理及应用，华南理工大学出版社，2003.5