电镀生产线PLC控制(DOC)

第一章引言1、设计目的和任务及内容1.1、设计目的综合运用本课程及前期课程的相关知识和技能，相对独立地设计和调试一个小型PLC应用系统，使学生获得控制技术工程的基本训练，提高工程意识和实践技能。同时提高学生对文献资料的检索和信息处理的能力，以及编写和整理设计文档的能力。1.2、设计任务熟悉工艺流程及生产设备的工作原理；根据控制要求，画出硬件电路图、PLC接线图及控制梯形图；利用编程软件编制程序，可先在计算机上进行仿真，然后在实验室完成调试；完成课程设计说明书。1.3、设计内容电镀生产线采用专用行车，行车架上装有可升降的吊钩。行车和吊钩各由一个电动机拖动。行车的进退和吊钩的升降均由相应的限位开关定位。假定该生产线有三个槽位。工艺要求：工件放入镀槽中，电镀280s后提起，停放28s，让镀液从工件上流回镀槽，然后放入回收液槽中浸30s，提起后停15s，接着放入清水槽中清洗30s。最后提起停15s后，行车返回原位，电镀一个工件的全过程结束。系统有自动和手动两种操作模式。第二章系统硬件设计2.1、系统硬件配置及组成原理2.1.1、电气控制线路的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连的组合形式，其中刀开关起隔离电源、安全检修的作用，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，其中行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1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。2.1.2、电动机的设计本文采用三相异步电动机控制作为行车和吊钩的动力单元。三相异步电动机具有结构简单，维护容易，运行可靠，价格便宜，具有较好的为太和动态特性的有点。2.1.3、PLC的选型PLC的选型在PLC的应用设计当中非常的重要，目前在国内外生产的PLC种类很多，在选用PLC时应考虑以下几点：首先规模要适当。输入、输出点数以及软件对PLC的功能及指令要求是选择PLC机型规模大小的重要依据。首先要有足够的输入、输出点数，并留有一定的裕量（百分之十的备用量）。如果只是为了实现单机自动化，或者机电一体化产品，可选用小型的PLC。如果控制系统较大，输入、输出点数较多，被控设备较分散的，可选用中型或大型的PLC。其次功能要相当，结构要合理。对于以开关量进行控制的系统，一般的低档机就能满足要求；对于以开关量控制为主，带少量模拟量控制的系统，应选用带A/D、D/A转换，加减运算，数据传送的低档机；对于控制比较复杂，控制性能较高的系统，应选用中档或高档机。根据以上对PLC的选型要进行的严格分析，再对照我们所设计的电镀生产线的控制系统的具体分析，我们所选用的控制系统是三菱公司的FX2N-32MR-001，CPU、电源、输入输出一体化机型，可以连接模拟量、定位、通讯、网络等各种特殊扩展设备。内置8K容量的RAM存储器，通过安装存储器卡盒，最大可扩展到16K容量。CPU处理速度0..08us/基本指令，I/O点数各为16点，便可以满足其控制要求，且有一定的裕量。2.1.4、PLC的控制功能PLC是一种一位处理器为核心的工业通用自动控制装置，其实质是一种工业控制用的专用计算机。因此它的组成以一般的微型计算机基本相同，也是有硬件系统和软件系统两大部分组成。2PLC的硬件系统由基本单元、I/O扩展单元及外部设备组成，如下图为PLC的硬件系统的机构框架图1接微处理器(CPU)电源驱动受控元件受现场信号编程器盒式磁带机打印机EPROM写入器PLC图1PLC的硬件系统结构框图1、微处理器（CPU）与通用计算机一样，CPU是PLC的核心部件，在PLC控制系统中的控制系统中的作用类似于人体的神经中枢，整个PLC工作过程都是在CPU的统一指挥下进行的。它的主要功能有以下几点：（1）接受从编程器输入的用户程序和数据，送入存储器存储；（2）用扫描方式接受输入设备的状态信号，并存入相应的数据区（输入映像寄存器）；（3）监测和诊断电源，PLC内部电路工作状态和用户程序编程过程中的语法错误；输入部件运算器控制器输出部件I/O存储器外部I/OEPROM(系统程序)RAM（用户程序）接口扩展接口扩展单元I/O基本单元3（4）执行用户程序，完成各种数据的运算、传递和存储等功能；（5）根据数据处理的结果，刷新有关标志位的状态和输出状态寄存器表的内容，以实现输出控制、制表打印或数据通信等功能。2、存储器PLC配有两种存储器：系统存储器和用户存储器。系统存储器存放系统程序，用户存储器用来存放用户编织出来控制程序。系统程序用来管理PLC系统，不能由用户直接存取，所以，PLC产品样本或说明书中所列的存储器类型及其容量，系指用户程序存储器而言。如FX2-24M的存储器容量为4K步，即指用用户程序存储器的容量。PLC所配的用户存储器的容量大小差别很大，通常中小型PLC的用户存储容量在8K步以下，大型PLC的存储了容量可达到或超过256K步。3、输入\输出(I/O)部件如上图1所示中的输入部件和输出部件也成为输入/输出单元或输入/输出模块。实际生产过程中产生的输入信号多种多样信号电平各不相同，而PLC所能处理的信号只能是标准电平，因此必须通过输入模块将这些信号转换成CPU能够接受和处理的标准电平信号。同样外部执行元件如电磁阀、接触器、继电器等所需要的控制信号电平也千差万别，亦必须通过输出模块将CPU输出的标准电平信号转换成这些执行元件所能接收的控制的信号。所以，输入/输出模块实际上是CPU与现场输入输出设备之间的连接部件，起着PLC与被控制对象间传递输入输出信号的作用。PLC输入/输出模块的电路框图2.1、图2.2所示。外滤波器隔离器信号接收回路部输入信号滤波器隔离器滤波器隔离器输入状态寄存器4图2.1输入接口图2.2输出接口为提高抗干扰能力，一般的输入/输出模块都有光电隔离装置。在数字量I/O模块中广泛采用由发光二接管和光电三接管组成的光电耦合器，在模拟量I/O模块中通常采用隔离放大器。来自工业生产现场的输入信号经输入模块进入PLC。这些信号有的是数字量，有的是模拟量；有的是直流信号，有的是交流信号。使用时要根据输入信号的类型选择何时得输入模块。由PLC产生的输出控制信号经过输出模块去驱动负载，如电镀上的升降电动机的起停和正反转、阀门的开闭、设比的移动、升降等。和输入模块相同，与输出模块相接的负载所需的控制信号有的是属质量，有的模拟量；有的交流，有的是直流。因此，同样需要根据负载性质选择合适的输出模块。PLC具有多种模块，常见的有属质量I/O模块和模拟量I/O模块，以及快速响应模块、高速计数模块、通信接口模块、温度控制模块、中断控制模块、PID控制模块和位置控制模块等多种。I/O模块的类型、品种与规格越多，PLC系统的灵活性越好；I/O模块的I/O容量越大，PLC系统的适应性越强。保存器隔离器功率放大器输出状态寄存器信号发送回路保存器隔离器功率放大器外部设备保存器隔离器功率放大器52.2、系统硬件电路图2.2.1、主电路图专用行车的前后和升降运动由三相交流异步电动机拖动，根据电镀行车的起吊重量，选用两台电动机进行拖动。主KM1KM3FU2KM2FU3KM4FU1电路拖动控制系统如图所示，其中，行车的前进和后退，吊钩的上T升和下降控制分别通过两台电动机M1、M2的正、反转来控制。图3主电路图本图没有给三相异步电动机加热继电保护器，是因为三相异步电动机工作时间是以秒计算的，工作时间较短；根本不会造成三相异步电动机发热而损坏。所以本图可以不用热继电保护器M13~M23~62.2.2、I/O分配表输入信号名称SB1功能启动编号X000输出信号名称SQ4功能行车限位（后退）编号X014SB2停止X001SQ5吊钩限位（提升）X015SB3吊钩提升X002SQ6吊钩限位（下降）X016SB4SB5SB6吊钩下降行车前进行车后退X003X004X005输出信号名称功能编号SA选择开关（手动）X006HL原位指示灯Y000SA选择开关（自动）X007KM1吊钩提升电机正转接触器Y001SQ1行车限位（前进）X011KM2吊钩提升电机反转接触器Y002SQ2行车限位（后退）X012KM3行车电机正转接触器Y003SQ3行车限位（后退）X013KM4行车电机反转接触器Y004图4I/O分配表72.2.3、I/O接线图SB1SB2SB3SB4SB5SB6SASASQ1SQ2SQ3SQ4SQ5SQ6X000X001X002X003Y000Y001Y002Y003Y004HLKM1KM2KM3KM4X005X006X007X011X012X013X014X015X016COM24VFX2N-32MR-001X004FUCOM220V图5PLC控制系统I/O接线第三章系统软件设计3.1、系统功能分析3.1.1、工艺流程图及控制流程电镀生产线有三个槽（实际应用还会多些），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，完成工件的电镀全过程。工艺要求为：工件放入镀槽中，电镀280s后提起，停放28s,让镀液从工件上流回镀槽，然后放入回收液槽中浸30s,提起后停15s，接着放入清水槽中清洗30s，最后提起停15s后，行车返回原位，一个工件的电镀过程结束。电镀生产线的工艺流程如图。8图6电镀工艺流程图控制流程电镀生产线除装卸工件外，要求整个生产过程能自动进行，这主要体现在行车的控制上，同时还要求行车和吊钩的正反向运行均能实现点动控制，以便对设备进行调整和检修。图是电镀生产线的自动工作状态流程图。自动控制过程如下：行车在原位，吊钩下降到最下方，限位开关SQ4、SQ6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，使辅助继电器M1接通，吊钩提升电机正转，吊钩上升，当碰撞到上限位开关SQ5时，吊钩上升停止。（2）行车前进在吊钩上升停止的同时，辅助继电器M2接通，行车电机正转前进。（3）吊钩下降行车前进碰撞到右限开关SQ1，行车停止前进，同时辅助继电器M3接通，吊钩电机反转，吊钩下降。（4）定时电镀吊钩下降碰撞到下限位开关SQ6动作时，同时辅助继电器M4接通，使定时器T0定时280S，开始电镀。（5）吊钩上升定时器T0定时时间一到，辅助继电器M5接通，吊钩电机正9转，吊钩上升。（6）定时滴液吊钩上升碰撞到上限位开关SQ5时，吊钩停止上升，同时辅助继电器M6接通，定炻器TI定时28S开始，工件滴液。（7）行车后退T1定时时间到，辅助继电器M7接通，行车电机反转，行车后退，转入下道镀液回收工序。（8）吊钩下降行车后退，碰撞到第一个左限位开关SQ2，行车后退停止，吊钩电机反转，同时辅助继电器M8接通，吊钩下降。（9）浸收回液吊钩下降碰撞到下限位开关SQ6时吊钩停止下降，同时辅助继电器M9接通，使定时器T2定时30S开始，工件浸收回液。（10）吊钩上升定时器T2定时时间到，辅助继电器M10接通，吊钩电机正转，吊钩上升。（11）工件滴液吊钩上升碰撞到上限位开关SQ5时，吊钩停止上升，辅助继电器M11接通，定时器T3定时15S开始，工件滴液。（12）行车后退定时器T3定时时间到，辅助继电器M12接通，行车后退，转入下道工序清水槽清洗。（13）吊钩下降行车后退碰撞到第二个左限位开关SQ3，行车停止后退，辅助继电器M13接通，吊钩电机反转，吊钩下降。（14）清水槽清洗吊钩下降碰撞到下限位开关SQ6，吊钩停止下降，辅助继电器M14接通，定时器T2开始定时30S，工件于清水槽中清洗开始。（15）吊钩上升T2定时时间到，辅助继电器M15接通，吊钩电机正转，吊钩上升。（16）工件滴液吊钩上升碰撞到上限位开关SQ5，吊钩停止上升，辅助继电器M16接通，定时器T3定时15S开始，工件滴液。（17）行车后退定时器T3定时时间到，辅助继电器M17接通，行车后退。（18）吊钩下降当行车后退碰撞到左限位开关SQ4