PLC在电镀自动线上的应用

1第1章前言可编程控制器(PLC)以其运行可靠、易学易用、抗干扰性强等特点，在工业控制中得到广泛应用。然而较多的应用只是根据工艺编制相应的梯形图，用以代替传统的继电器控制线路，功能非常有限。近年来各种型号的PLC在功能上已经有了极大的提高，允许用户做许多底层操作，几乎可以像单片机一样灵活，加上有众多的外围设备可以选用，这就给软件、硬件设计带来了很大的灵活性和先进性。本文通过三菱FX2N-PLC在一条电镀自动线上的应用，说明如何充分开发PLC的先进功能，达到行车动作的灵活设定、动态修改的功能，以及断电恢复、通讯、新型人机界面的应用。1.1电镀生产线的系统简介现有的电镀生产工艺，生产工艺数据输入十分繁琐，现场操作人员众多、劳动强度大，极易造成生产工艺参数、生产数量、挂具匹配错误。为了达到提高电镀生产线的自动化生产水平，实现对电镀生产的实时监控，提高生产效率、生产的安全性，提高产品的性能，在电镀生产线中引入RFID技术，即无线射频技术对整个电镀生产流程进行监控.目前对于制造业企业，特别是对零配件生产能够大大解决生产问题，市场需求量大对于电镀自动生产线的方式有两种，包括龙门式和悬臂式，那我们这个章节就以应用比较广泛的龙门式为例来介绍PLC在其控制上面的应用。整条生产线主要由龙门式传送装置(简称行车)、电镀槽、阴极移动装置、温度控制单元、自动添加药剂单元、振动控制单元、脉冲式整流机设备、直流式整流机设备、过滤循环系统、喷射式溶液搅拌系统、喷淋控制单元、自动加水控制单元、空气搅拌控制单元、干燥系统、上下料单元及抽风系统等设备组成。根据电镀工艺和生产的要求，要求系统具有如下功能：(1)行车的控制功能包括运动控制和定位控制：运动控制要求有自动手动功能；行车运动要求快速平稳，停位精确；(2)实时控制电镀槽的温度、整流机、振动、自动药剂添加、阴极移动等功能；2(3)生产线设备预防性维护提醒与记录；(4)生产过程自动化；(5)监控生产过程，如电镀槽温度、液位、时间、电流、电压等参数及相关设备运行状态；(6)各种生产参数输入/设定及生产数据管理；(7)生产工艺过程编辑与管理；(8)生产报表、药剂消耗报表以及各类故障警报报表等。1.2该系统设计主要内容电镀生产线的控制系统设计要求在多个方面都能满足要求，包括硬件和软件的设计以及调试等等。那么本人主要的设计内容包括硬件设计方面的I/O点数的统计和PLC的选型，主要根据它的工作状态流程图列出它的输入、输出点，然后根据输入、输出的点数选择该系统的PLC型号。软件设计这一部分我主要根据教科书本和平时老师的课堂指导总结了在设计当中编写梯形图的注意事项和编写方法，然后根据这些编程要求绘出梯形图。当然在设计之前也对PLC的一些基本概念有一定的描述。3第2章可编程控制器及编程语言2.1可编程控制器简介对于设计一个PLC控制系统，我们首先必须掌握的是PLC的基本结构。继电器-接触器控制系统由输入，输出电路和逻辑电路组成，其中逻辑控制电路一般由若干个继电器及相关电器的触点组成，其中逻辑关系已经固化在硬接线的线路中，不能灵活变更。相应地，PLC控制系统也是由这几部分组成，所不同的是由微处理器和存储器取代了继电器的逻辑控制电路，从而实现了“软接线”，因而控制程序可通过编程而灵活变更，相当于改变了继电器控制电路的接线。2.1.1控制组件PLC作为工业控制的专用电子计算机，其硬件结构与微机相似，主要包括CPU，RAM，ROM和I/O接口电路等，其内部是采用总线结构，进行数据和指令的传输，外部的各个输入信号经PLC的输入电路输入，经过PLC根据控制程序进行运算处理后，送到输出电路输出，以实现各种控制功能。由此可见，PLC作为一个自动控制的装置，其核心就是取代了继电器-接触器系统中的逻辑控制电路中的“控制组件”部分。PLC的控制组件由CPU和存储器组成，以下就是对这两个部分的介绍：1.CPU在PLC的控制组件中，CPU所实现的主要功能如下：（1）将输入信号传送到存储器中存储起来（2）按存放的先后顺序驱除用户指令进行编译（3）完成用户指令规定的各种操作（4）将操作结果送出输出端（5）响应各种外围设备的请求目前PLC的CPU多为单片机，采用16位或32位CPU处理，小型的PLC的CPU系统来简化系统软件的设计和进一步提高其工作速度，CPU的结构形式决定了该PLC的基本性能，那么在我们的电镀生产线控制系统中所使用的CPU是单4CPU系统。2.存储器PLC的存储器分为系统程序存储器和用户程序存储器：（1）系统存储器由ROM和EPROM组成，用以固化系统管理和监控程序，对用户程序作编辑处理。系统程序已由厂家固定，用户不能更改。（2）用户程序存储器通常采用低功耗的COMS-RAM，由备用的电池在断开电源后仍然能够保存。用户程序存储器又可以分为两部分：一是用以存放用户编制的控制程序，用户可输入或者修改程序，PLC的产品说明书给出的“内容容量”或者“程序容量”就指这一部分的存储容量；第二部分是数据存储器，按输入，输出和内部寄存器，定时器，计数器，数据寄存器等单元的定义序号存储数据或状态，不同厂家出品的PLC有不同的定义序号。2.1.2输入输出接口电路PLC通过I/O接口电路，实现与外围设备的连接，外围设备输入PLC的各种控制信号，如各种主令器，检测元件输出的开关量，或模拟量，通过输入接口电路转换成PLC的控制组件能够接受和处理数字信号，，而控制组件输出的控制信号又通过输出接口电路转换成现场设备所需要的控制信号，一般可直接驱动执行元件（继电器，接触器，电磁波微电机，指示灯等等）。由此可见，I/O接口电路在PLC控制系统中起着十分重要的作用。PLC的接口电路具有以下特点：（1）输入/输出接口电路均采用光电耦合电路，这可以有效的防止现场的电磁干扰，保证PLC能在恶劣的环境下可靠的工作。（2）输出接口电路有继电器，晶体管，晶闸管输出三种类型，以适合不同类型负载的控制要求，其中继电器输出方式，一般适用于低速，大功率（交，直）流负载；晶体管和晶闸管输出型均为无触点输出，晶体管输出一般适用于高效，小功率直流负载，晶闸管输出一般适用于高速，大功率交流负载，在本次电镀生产线的控制系统设计当中，我们的输出接口电路是选用的继电器输出方式。除此之外，PLC还备有与各种外围设备配接的接口，均用插座引出到外壳上，可通过电缆的方式方便的配接如手编器，PC机，打印机，EPROM写入器，录音机及各种智能单元，链接单元等。52.2PLC编程语言简介在我们的电镀生产线的控制系统设计当中，我们所用的编程语言是梯形图编程语言，为了能让我们更好的了解到PLC的编程语言在PLC的设计当中的应用，在这一章节当中我们就介绍集中在PLC的设计当中常用的几中编程语言。在PLC中有多种程序设计语言,它们是梯形图语言、布尔助记符语言、功能表图语言、功能模块图语言及结构化语句描述语言等。梯形图语言和布尔助记符语言是基本程序设计语言，它通常由一系列指令组成，用这些指令可以完成大多数简单的控制功能，例如，代替继电器、计数器、计时器完成顺序控制和逻辑控制等，通过扩展或增强指令集，它们也能执行其它的基本操作。功能表图语言和语句描述语言是高级的程序设计语言，它可根据需要去执行更有效的操作，例如，模拟量的控制，数据的操纵，报表的打印和其他基本程序设计语言无法完成的功能。功能模块图语言采用功能模块图的形式，通过软连接的方式完成所要求的控制功能，它不仅在PLC中得到了广泛的应用，在集散控制系统的编程和组态时也常常被采用，由于它具有连接方便、操作简单、易于掌握等特点，为广大工程设计和应用人员所喜爱。在下面两节当中我们介绍的是应用广泛的梯形图编程语言和布尔助记符编程语言。2.2.1梯形图编程语言简介（LadderDiagram）程序设计语言梯形图程序设计语言是用梯形图的图形符号来描述程序的一种程序设计语言。采用梯形图程序设计语言，程序采用梯形图的形式描述。这种程序设计语言采用因果关系来描述事件发生的条件和结果。每个梯级是一个因果关系。在梯级中，描述事件发生的条件表示在左面，事件发生的结果表示在后面。梯形图程序设计语言是最常用的一种程序设计语言。它来源于继电器逻辑控制系统的描述。在工业过程控制领域，电气技术人员对继电器逻辑控制技术较为熟悉，因此，由这种逻辑控制技术发展而来的梯形图受到了欢迎，并得到了广泛的应用。梯形图程序设计语言的特点是：（1）与电气操作原理图相对应，具有直观性和对应性；（2）与原有继电器逻辑控制技术相一致，对电气技术人员来说，易于撑握和6学习；（3）与原有的继电器逻辑控制技术的不同点是，梯形图中的能流（PowerFLow）不是实际意义的电流，内部的继电器也不是实际存在的继电器，因此，应用时，需与原有继电器逻辑控制技术的有关概念区别对待；（4）与布尔助记符程序设计语言有一一对应关系，便于相互的转换和程序的检查。2.2.2布尔助记符编程语言（BooleanMnemonic）程序设计语言布尔助记符程序设计语言是用布尔助记符来描述程序的一种程序设计语言。布尔助记符程序设计语言与计算机中的汇编语言非常相似，采用布尔助记符来表示操作功能。布尔助记符程序设计语言具有下列特点：（1）采用助记符来表示操作功能，具有容易记忆，便于撑握的特点；（2）在编程器的键盘上采用助记符表示，具有便于操作的特点，可在无计算机的场合进行编程设计；（3）与梯形图有一一对应关系。其特点与梯形图语言基本类同。7第3章电镀生产线控制系统的硬件设计3.1PLC控制系统的优点PLC在当今社会当中，特别是在工业生产上应用越来越广泛，这说明它在设计和使用当中有很多的优点。1.低成本利用电力线上网，最大的优点就是成本低。由于利用电力线上网，直接使用现有电力网就可以实现通信，而不需要另外铺设电话线、光电缆等，大大地减少了在基础网络上的投资。用户能自由选择在家中任何有电插座的角落上网，无需通过电话线，不用担心相对昂贵的电话费了，也不用花钱铺设更多电话线，从而能够享受到价格低廉的互联网接入服务。2.范围广无所不在的电力线网络也是这种技术的优势。电力线是最基础的网络，它的规模之大，是其他任何网络无法比拟的。因为家家都有电力线，由此，运营商就可以轻松地把这种网络接入服务渗透到每一个家庭.因此，这一技术一旦进入商业化阶段，将会促进电信市场的变革，并给互联网普及带来极大的发展空间。3.高速利用电力线上网能够提供高速传输。德国最大的电力设备生产商RWE承诺，运用他们的电力线上网技术，其速度要比ISDN拔号上网快30多倍,比ADSL更快！足以支持现有网络上的各种应用。更高速率的PLC产品正在研制之中。4.便捷不管在家里的哪个角落,只要连接到房间内的任何电源插座上，就可立即拥有PLC带来的高速网络享受!5.永远在线PLC属于即插即用，不用烦琐的拨号过程，接入电源就等于接入网络！6.结构灵活通过PLC技术实现Internet接入，可以灵活扩展接入端口数量，使资源保持较高的利用率。目前还未有效解决电力线信号通过变压器的技术，因此，电力8线通信设备都是集中在220V线路变压器的用户端。一个民用220V变压器只覆盖一定范围内的用户，所以在同一条电力线上的资源不会因为用户太多而降低效率。在用户较少的情况下，可以把几个变压器线路区域内的用户联在一起，提高服务器的利用率；如果用户增多，不同变压器区域内的用户又可分开，使用本区域的主服务器。这样可使资源的利用率始终保持在较高的水准。7、家庭数字化PLC技术能够通过电力线将整个家庭的电器与网络联为一体，在室内的设备之间构筑起可自由交换信息的局域网，使人们能够通过网络来控制自己家里的电器设备。今后，随着能上网的电视机和冰箱等数字家电的普及，需要大幅度地增加接入端口，而利用家庭和办公室中已有的万能插接板，通过电力线路高速接入互联网就能解决这个问题。从某种意义上讲，电力线上网技术的推广应用，也推动着家庭电器数字化的普及。3.2I/O点数的统计3.2.1电镀生产线的PLC控制流程根据我们设计的要求，如下图3-1所示流程图：SQ5SQ1SQ4SQ