毕业论文--- 基于PLC的电镀行车控制系统的设计与研究.doc

基于 plc 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 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 switched 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 controller, 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 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 电 镀 行 车 控 制 系 统 的 种 类 1.1.1 继 电 接 触 器 控 制 系 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 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 。 1.1.2 单 片 机 控 制 系 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 。 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 。 1.1.3 可 编 程 序 控 制 器 控 制 系 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 ， 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 。 1.2 电 镀 行 车 控 制 系 统 的 发 展 与 现 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 。 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 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 2.1 电 镀 行 车 概 述 2.1.1 电 镀 行 车 的 用 途 本 电 镀 行 车 是 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 。 2.1.2 电 镀 行 车 的 基 本 组 成 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 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 m1 m5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 1 5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 。 1 5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 。 2.1.3 电 镀 行 车 的 主 要 技 术 参 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 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。 2.1.4 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 1 5号 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 2 5号 位 送 到 1号 槽 的 2 5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） 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 1 5号 位 送 到 2号 槽 的 1 5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 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 1 5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 1 5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 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 1 5号 位 送 到 5号 槽 的 1 5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 、 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 1 5号 位 送 到 传 送 带 b的 1 5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 对 电 镀 行 车 控 制 系 统 的 设 计 要 求 2.2.1 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 。 2.2.2 对 单 机 控 制 的 设 计 要 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 。 2.2.3 对 全 机 控 制 的 设 计 要 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 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 。 2.2.4 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） 失 压 保 护 ； （ 4） 吊 钩 紧 急 制 动 。 2.2.5 对 信 号 显 示 和 故 障 报 警 的 设 计 要 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 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 3.1 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 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 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 备 了 一 台 ac220v/dc24v变 压 器 向 该 二 极 管 电 路 提 供 24v直 流 电 源 。 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 。 3.2 plc 控 制 系 统 硬 件 部 分 的 设 计 3.2.1 plc输 入 /输 出 元 件 确 定 一 、 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 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 。 10 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 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 。 二 、 所 需 plc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 可 知 ， km11、 km12、 km13和 ka的 线 圈 共 占 用 plc的 2个 输 出 点 。 图 3.1 电 流 继 电 器 控 制 电 路 图 11 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、 hl4、 hl5、 hl6、 hl7、 hl8、 hl9、 hl10， 它 们 共 占 用 plc的 10个 输 出 点 。 其 中 传 送 带 a向 前 指 示 灯 为 hl1； 传 送 带 a向 后 指 示 灯 为 hl2； 传 送 带 b向 前 指 示 灯 为 hl3； 传 送 带 b向 后 指 示 灯 为 hl4； 大 车 前 进 指 示 灯 为 hl5； 大 车 后 退 指 示 灯 为 hl6； 小 车 右 行 指 示 灯 为 hl7； 小 车 左 行 指 示 灯 为 hl8； 吊 钩 上 升 指 示 灯 为 hl9； 吊 钩 下 降 指 示 灯 为 hl10。 用 于 指 示 电 镀 行 车 各 电 机 过 载 故 障 的 指 示 灯 为 hl10、 hl11、 hl12、 hl13、 hl14， 它 们 共 占 用 plc的 5个 输 出 点 。 综 上 所 述 ， 共 需 plc输 出 触 点 32个 。 3.2.2 plc型 号 的 确 定 查 阅 我 国 各 大 企 业 使 用 较 多 的 plc生 产 厂 家 生 产 的 plc的 技 术 手 册 ， 确 认 日 本 三 菱 公 司 生 产 的 fx2n-128mr型 基 本 单 元 完 全 能 过 满 足 上 述 要 求 ， 因 此 本 课 题 控 制 系 统 的 plc选 用 fx2n-128mr型 基 本 单 元 1台 。 其 主 要 技 术 性 能 指 标 如 下 ： 该 型 plc为 整 体 式 结 构 ， 具 有 本 电 镀 行 车 所 需 的 所 有 指 令 功 能 ， 其 输 入 点 数 为 64 点 ， 输 出 点 数 为 64点 ， 用 户 存 储 器 容 量 8kb， 输 入 模 块 电 压 为 dc24v， 输 出 模 块 为 继 电 器 型 。 3.2.3 plc i/o元 件 分 配 表 一 、 plc输 入 元 件 分 配 表 可 将 plc电 镀 行 车 控 制 系 统 中 plc的 所 有 输 入 元 件 分 配 到 plc的 各 个 输 入 点 上 ， 如 表 3. 1所 示 。 表 3.1 plc 输 入 元 件 分 配 表 输 入 元 件 输 入 点 输 入 元 件 输 入 点 输 入 元 件 输 入 点 sb11 x0 sp1 x23 sq10 x42 sb12 x1 sp2 x24 sq11 x43 sb13 x2 sp3 x25 sq12 x44 12 sa2 x3-x5 ki1 x26 sq13 x45 sa3 x6-x10 ki2 x27 sq14 x46 sb1 x11 ki3 x30 sq15 x47 sb2 x12 sq1 x31 sq16 x50 sb3 x13 sq2 x32 sq17 x51 sb4 x14 sq3 x33 sq18 x52 sb5 x15 sq4 x34 fr1 x53 sb6 x16 sq5 x35 fr2 x54 sb7 x17 sq6 x36 fr3 x55 sb8 x20 sq7 x37 fr4 x56 sb9 x21 sq8 x40 fr5 x57 sb10 x22 sq9 x41 二 、 plc输 出 元 件 分 配 可 将 基 于 plc的 电 镀 行 车 控 制 系 统 中 plc的 所 有 输 出 元 件 分 配 到 plc的 各 个 输 出 点 上 ， 如 表 3.2所 示 。 表 3.2 plc 输 出 元 件 分 配 表 输 出 元 件 输 出 点 输 出 元 件 输 出 点 输 出 元 件 输 出 点 km1 yo ka y14 hl6 y31 km2 y1 hl7 y32 km3 y2 hl8 y33 km4 y3 km11 km12 km13 y15 hl9 y34 km5 y4 yb3 y16 hl10 y35 km6 y5 be y17 hl11 y36 yb1 y6 bu y20 hl12 y37 km7 y7 hl1 y24 hl13 y40 km8 y10 hl2 y25 hl14 y41 yb2 y11 hl3 y26 hl15 y42 13 km9 y12 hl4 y27 km10 y13 hl5 y30 3.2.4 plc i/o接 线 图 的 绘 制 由 输 入 元 件 分 配 表 3.1和 输 出 元 件 分 配 表 3.2可 绘 制 plc输 入 和 输 出 元 件 接 线 图 如 附 图 a.2所 示 。 第 4 章 控 制 系 统 软 件 设 计 及 实 现 4.1 plc 梯 形 图 总 体 方 案 设 计 4.1.1 plc程 序 的 组 成 及 各 部 分 程 序 的 作 用 在 第 二 章 中 ， 已 对 电 镀 行 车 工 作 方 式 控 制 的 设 计 要 求 进 行 了 叙 述 ， 其 内 容 如 下 ： 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 。 据 此 ， 本 设 计 基 于 plc的 电 镀 行 车 控 制 系 统 的 软 件 部 分 应 由 公 用 程 序 、 手 动 程 序 、 单 周 程 序 、 连 续 程 序 、 信 号 显 示 和 故 障 报 警 程 序 等 五 个 部 分 组 成 。 公 用 程 序 是 电 镀 行 车 在 大 多 数 工 作 方 式 下 都 要 执 行 的 程 序 ， 这 部 分 程 序 主 要 用 来 处 理 电 镀 行 车 的 各 种 操 作 信 号 （ 如 预 开 和 预 停 等 操 作 信 号 ） 、 电 镀 行 车 起 动 前 应 具 备 的 各 种 初 始 信 号 、 由 连 续 的 工 作 方 式 转 换 为 手 动 或 单 周 工 作 方 式 时 ， 使 连 续 工 作 方 式 程 序 复 位 的 信 号 等 ， 并 将 处 理 结 果 作 为 电 镀 行 车 启 动 、 停 止 、 程 序 转 换 或 故 障 报 警 等 的 一 个 依 据 。 连 续 程 序 是 软 件 中 最 重 要 的 部 分 。 它 用 来 实 现 电 镀 行 车 控 制 对 象 在 无 人 参 与 的 情 况 下 对 成 批 零 件 进 行 自 动 地 连 续 电 镀 ， 在 电 镀 完 预 期 的 零 件 后 才 自 动 停 下 来 。 因 此 ， 连 续 程 序 可 大 大 提 高 加 工 效 率 ， 提 高 产 品 质 量 ， 减 轻 工 人 的 劳 动 强 度 、 降 低 加 工 成 本 。 单 周 程 序 可 实 现 电 镀 行 车 控 制 对 象 对 单 批 零 件 的 自 动 电 镀 ， 在 电 镀 完 单 批 零 件 后 实 现 自 动 停 车 。 因 此 这 部 分 程 序 主 要 用 于 电 镀 行 车 控 制 对 象 及 其 plc控 制 系 统 在 组 装 或 检 修 完 成 后 投 入 生 产 前 的 试 车 ， 以 及 工 人 交 接 班 时 对 行 车 的 检 查 。 手 动 程 序 主 要 用 来 检 查 和 调 整 电 镀 行 车 每 一 步 的 运 行 状 态 。 具 体 来 说 ， 就 是 14 / cj p0 cj p1 x3 x1 x2 p0 p1 4.1 plc . . 要 实 现 单 步 控 制 ， 即 按 下 某 一 步 的 起 动 按 钮 ， 该 步 就 运 行 直 到 这 一 步 完 成 。 信 号 显 示 及 故 障 报 警 程 序 用 来 显 示 电 镀 行 车 控 制 对 象 中 各 电 动 机 的 工 作 状 态 、 电 镀 行 车 控 制 对 象 的 工 作 方 式 和 运 行 过 程 ， 用 来 在 电 镀 行 车 控 制 对 象 启 动 的 所 有 初 始 条 件 都 已 具 备 且 已 按 下 预 开 按 钮 时 发 出 音 响 预 告 信 号 ， 或 在 各 电 动 机 的 过 载 保 护 动 作 时 发 出 音 响 故 障 警 告 信 号 。 4.1.2 plc梯 形 图 程 序 的 总 体 结 构 在 第 二 章 中 ， 对 电 镀 行 车 控 制 对 象 工 作 方 式 选 择 的 设 计 要 求 中 ， 还 提 出 了 如 下 的 要 求 ： （ 1） 应 具 有 对 上 述 三 种 工 作 方 式 的 自 由 选 择 功 能 。 （ 2） 为 了 避 免 程 序 混 乱 和 发 生 机 械 碰 撞 事 故 ， 应 能 避 免 在 同 一 时 间 内 电 镀 行 车 控 制 系 统 有 两 种 或 两 种 以 上 的 工 作 方 式 运 行 。 图 4.1 plc梯 形 图 程 序 的 总 体 结 构 图 为 满 足 上 述 要 求 ， 从 程 序 的 总 体 结 构 上 来 说 ， 应 采 用 跳 步 法 设 计 基 于 plc 的 电 镀 行 车 控 制 系 统 的 用 户 程 序 ， 即 将 手 动 程 序 、 单 周 程 序 和 连 续 程 序 分 隔 在 不 同 的 跳 步 区 ， 同 时 应 能 保 证 在 同 一 时 间 内 ， 所 有 跳 步 区 中 只 有 一 个 跳 步 区 的 跳 步 条 件 满 足 ， 其 余 跳 步 区 的 跳 步 条 件 都 不 满 足 ， 而 各 跳 步 区 的 跳 步 条 件 的 满 足 与 否 ， 则 应 能 由 工 作 方 式 选 择 开 关 sa2自 由 选 择 ， 这 样 才 能 满 足 上 述 要 求 。 据 此 ， 可 将 15 x0 x33 x44 m151 m8002 m151 x3 m151 x2 m150 x1 m0 x4 x5 m151 x2 y17 m150 set m0 rst m0 zrstm1 m23 zrsty0 y42 预 开电 铃 响 预 停 单 周 连 续 循 环 使 初 始 步 置 位 手 动 图 4.2 公 用 程 序 梯 形 图 plc梯 形 图 程 序 的 总 体 结 构 设 计 成 图 4.1所 示 的 形 式 。 4.2 公 用 程 序 设 计 公 用 程 序 采 用 经 验 法 设 计 ， 可 将 其 梯 形 图 设 计 成 如 图 4.2所 示 的 情 形 。 由 图 4.2中 第 1逻 辑 行 并 结 合 plc输 入 /输 出 接 线 图 可 知 ， 在 电 镀 行 车 的 小 车 处 于 传 送 带 a的 1号 位 时 （ 初 始 状 态 ） 和 未 按 预 停 按 钮 的 情 况 下