毕业论文--- 基于PLC的电镀行车控制系统的设计与研究.doc
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1、 基于基于 PLC 的电镀行车控制系统的设计与研究的电镀行车控制系统的设计与研究 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 ,控制 Abstract This paper presents a controlling system which
2、controls the special traveling crane for electroplating. 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 be switch
3、ed flexibly between the two methods. Modularization is the fundamental aspect of the programming designs. Advantages of this method include convenience for debugging, simplicity for maintenance and good transplantation. Keywords: PLC, special traveling crane for electroplating, programmable controll
4、er, control 目 录 第 1 章 前 言1 1.1 电镀行车控制系统的种类 .1 1.2 电镀行车控制系统的发展与现状 .2 第 2 章 电镀行车控制系统的总体方案4 2.1 电镀行车概述 .4 2.2 对电镀行车控制系统的设计要求 .6 第 3 章 控制系统硬件设计9 3.1 电气控制线路的设计 .9 3.2 PLC 控制系统硬件部分的设计.9 第 4 章 控制系统软件设计及实现13 4.1 PLC 梯形图总体方案设计13 4.2 公用程序设计 14 4.3 单周/连续程序设计 .15 4.4 手动程序设计 16 4.5 信号显示及故障报警程序设计 16 总 结17 参 考 文 献
5、18 附录 A 基于 PLC 的电镀行车控制系统的设计图纸20 附录 B 电镀行车电气控制系统 PLC 指令表28 1 第 1 章 前 言 1 1. .1 1 电电镀镀行行车车控控制制系系统统的的种种类类 1 1. .1 1. .1 1 继继电电接接触触器器控控制制系系统统 继电器问世以来,一直是电气控制的主流,目前国内仍有不少厂家应用继电 接触器控制系统。其中输人单元为按钮开关等主令电器、逻辑单元是支配控制系 统的“程序” ,它是由各种继电器的触点通过导线连接,并具有一定的逻辑功能 的控制线路。输出单元包括各种阀门的控制线圈、各类接触器控制线圈及信号指 示等执行元件。这种控制系统的特点是:价
6、格便宜、性能价格比低。由于存在继 电器抖动、打弧、吸合不良等现象,因此控制系统寿命短,可靠性差。因为它的 自动控制功能是靠继电器的辅助触点动作来实现,而触点动作一次需要几十毫 秒,所以控制速度慢 ;由于需要改变控制逻辑就要改变各触点间的连线,故技 改难度大,同时体积大,耗能高。因此继电接触器控制方案,适用控制逻辑比较 简单,所需继电器数量较少,程序固定的场合。 1 1. .1 1. .2 2 单单片片机机控控制制系系统统 用单片机可以构成各种工业控制系统。有不少控制系统是利用通用PC单片 机或通用计算机。大部分都可以用单片机系统或单片机加通用机系统来代替计算 机系统,特别是较大型的工业测控系统
7、。单片机的控制逻辑由软件组成,同时软 件的编写和修改方便,设计安装接线工作量相对较少,设计周期较短,其适应性 较强。但其缺点是对工作环境条件要求较高,抗干扰能力不强,它适应于工作环 境条件比较好的各种控制领域 ,如机械、冶金、纺织、国防、民用等。除通用 外设(如打印机、硬盘、磁盘等 )外,还有许多外部通信、采集、多路分配管 理、驱动控制等接口,而这些外设与接口完全由主机进行管理,必然造成主机负 担过重,因而出现了新的控制手段,即可编程序控制器。 1 1. .1 1. .3 3 可可编编程程序序控控制制器器控控制制系系统统 一、可编程序控制器的特点 (1)可靠性高,抗干扰能力强; (2)适应性强
8、,应用灵活; (3)编程方便,易于使用; 2 (4)功能强,扩展能力强; (5)PLC控制系统设计、安装、调试方便; (6)维修方便,维修工作量少; (7)PLC体积小,重量轻,易于实现机电一体化。 二、可编程序控制器的应用领域 随着微电子技术的快速发展, PLC的制造成本不断下降,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。概括起来主要应用在以下几个方面: (1) 顺序控制; (2)运动控制; (3)闭环过程控制; (4)数据处理; (5)通信和联网。 1 1. .2 2 电电镀镀行行车车控控制制系系统统的的发发展展与与现现
9、状状 在工业控制的各个领域里,小到一个简单的机电一体化设备、大到整个生产 线,以及大型的工程领域里,都存在 PLC控制系统的技术存在。 PLC已不在是 局限在逻辑上,应该理解成过程控制器,如西门子全集成自动化TIA的概念。 在整个自动化领域, PLC和传动是组成自动控制的两个非常重要的部分。 在主流PLC往大型化、集成化、多功能化、网络化发展的同时,还有很多分 支在并列发展。我们还有很多单体化、一体化的设备,现在越来越微型化离散的 控制也在同步进行。比如西门子 S7-200功能强大, 1000多块一个,原来是不能 想象的。为满足自动控制领域各层面的不同要求,微型机、小型机的发展势头也 很猛。
10、现在,PLC不仅能进行逻辑控制,在模拟量的闭环控制、数字量的智能控制、 数据采集、监控、通信联网及集散控制方面都得到广泛的应用。如今大、中型、 甚至小型 PLC都配有A/D、D/A转换及算术运算功能,有的还具有 PID功能。这 些功能使 PLC应用于模拟量的闭环控制、运动控制、速度控制等具有了硬件基础; PLC具有输出和接收高速脉冲的功能,配合相应的传感器及伺服装置,PLC可 以实现数字量的智能控制; PLC配合可编程终端设备(如触摸屏),可以实时 显示采集到的现场数据及分析结果,为分析、研究系统提供依据;利用PLC的 3 自检信号可实现系统监控; PLC具有较强的通信功能,可与计算机或其他智
11、能装 置进行通信和联网,从而能方便地实现集散控制。功能完备的PLC不仅能满足 控制的要求,还能满足现代化大生产管理的需要。 总之为了进一步扩大 PLC在工业自动化领域的应用范围,适应大、中、小型 企业扩印不同需要, PLC产品大致向以下几方面发展: (1)向小型化方向发展; (2)向高速度、大容量和智能化方向发展; (3)PLC编程工具与编程语言的多样化、高级化、标准化; (4) 向网络化方向发展; (5)发展容错技术和故障诊断。 4 第 2 章 电镀行车控制系统的总体方案 2 2. .1 1 电电镀镀行行车车概概述述 2 2. .1 1. .1 1 电电镀镀行行车车的的用用途途 本电镀行车是
12、某企业电镀车间为了提高工作效率,促进生产自动化和减轻劳 动强度而制造的一台起吊设备。该设备采用远距离控制,起吊物品是有待进行电 镀或表面处理的各种产品零件。另外,本电镀行车拥有手动、单周和连续 3种 工作方式 ,用户可根据实际需要选择其中工作方式进行电镀产品零件,这样就 大大增加了对电镀行车操作的灵活性。 2 2. .1 1. .2 2 电电镀镀行行车车的的基基本本组组成成结结构构 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2.1所示。传送带 A、传送带 B、大车、小车和吊钩分 图2.1 电镀车间平面示意图 别由电动机
13、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、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, 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 A B 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 . . 5 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
14、、 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。 2 2. .1 1. .3 3 电电镀镀行行车车的的主主要要技技术术参参数数 根据工厂生产实际情况可得: (1)电镀行车传送带 A和传送带 B最大载重为Mmax=2500kg,其传送带摩擦 系数 =0.2,传送带速度要求为v =15m/min。 (2)电镀行车大车最大载重为Mmax =5000kg,其大车与导轨的摩擦系数 =0.15,大车的速度要求为v =30m/min。 (3)电
15、镀行车小车最大载重为Mmax =1500kg,其小车与大车的摩擦系数 =0.1,小车的速度要求为v =15m/min。 (4)电镀行车吊钩最大负重为Mmax =500kg,其吊绳的摩擦系数可忽略不 计,吊钩上升与下降的速度要求为v =15m/min。 2 2. .1 1. .4 4 电电镀镀行行车车的的工工作作原原理理 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
16、位。传送到位后,吊钩下降。 下降到位后,小车向右一小段距离,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。 6 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
17、后,重复上述第 (7) 、 (8)步的过 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 (1)(13)步的过程,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
18、进行了 2分钟的清洗后,若需对 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 15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 15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
19、号位的上方。等待下一步传 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 7 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
20、、镀镍镉处理后,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。 2 2. .2 2 对对电电镀镀行行车车控控制制系系统统的的设设计计要要求求 2 2. .2 2. .1 1 对对工工作作方方式式的的设设计计要要求求 (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
21、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。 2 2. .2 2. .2 2 对对单单机机控控制制的的设设计计要要求求 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。 2 2. .2 2. .3 3 对对全全机机控控制制的的设设计计要要求求 (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
22、一步不能正常完成,应能使电 镀行车立即自动停车。 8 (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车。 2 2. .2 2. .4 4 对对控控制制系系统统保保护护的的要要求求 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)失压保护 ; (4)吊钩紧急制动 。 2 2. .2 2. .5 5 对对信信号号显显示示和和故故障障报报警警的的设设计计要要求求 (1)在任何工作方式下,信号显示系统都能显示电镀行车及其传送带运行
23、 的全过程。 (2)信号显示系统应能显示控制系统的电源的工作状态,电动机的工作状 态,控制系统的工作方式。 (3)当任何一台电动机的过载保护动作时,信号显示系统应能显示发生过 载故障 电动机,故障报警系统应能发出音响故障信号。 9 第 3 章 控制系统硬件设计 3 3. .1 1 电电气气控控制制线线路路的的设设计计 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
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