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5桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸共5页 第 页 编号： 毕业设计(论文)说明书题 目： 电镀自动生产线 PLC控制设计 学院： 机电工程学院 专 业：机械设计制造及其自动化学生姓名： 诸葛尉中 学 号： 0901120228 指导教师单位： 机电工程学院 姓 名： 郭中玲 职 称： 高级工程师 题目类型：理论研究 实验研究 工程设计 工程技术研究 软件开发 2013年6月5日摘 要近年来随着科技的飞速发展，可编程控制器（PLC）的应用正在不断地走向深入，同时带动传统控制检测日新月益。PLC以计算机技术为核心，采用其内部存储程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时等操作的通用自动控制装置。它的功能强大，可靠性极高，编程简单，使用方便，体积小巧。它综合了计算机技术、自动控制技术和通信技术，是一种新型、通用的自动控制装置，已在现代工业生产中得到了广泛的应用。本课题是基于可编程控制原理设计的电镀自动生产线PLC控制系统，包括生产线流程设计、PLC输入/输出接线设计、主电路设计、操作面板设计以及电镀自动生产线PLC控制程序设计等方面；在考察了电镀生产线以及查阅资料的基础上完成电镀生产线主电路及控制电路等方面的设计。本课题的重点是电镀自动生产线PLC控制程序的设计，实现生产线自动、有序、安全地运行生产。难点是在设计控制程序过程中，要实现单周、连续和单步多种控制方式，在实现复杂控制的同时要确保控制系统尽可能合理、高效、安全以及简明；便于生产又要便于检查维护。在实时检测和自动控制的PLC应用系统中，PLC往往作为一个核心部件来使用，仅PLC方面知识是不够的，还应根据具体硬件结构，以及针对具体应用对象特点的软件结合，加以完善。本设计详细分析了输送系统设备保护控制电动机原理图、程序框图、PLC系统外部接线图。本设计分层次详细地阐述了整个高程度自动化输送系统的目标及功能，使高度自动化输送系统的结构更加清晰，层次更加分明，具有非常强的实用性。关键词：可编程控制器；电镀生产线；控制设计；自动化AbstractIn recent years along with the rapid development of science and technology, the applications of PLC are constantly deepening, while traditional control examination date crecent moon profit. PLC take the computer technology as the core, it is the general operation of the automatic control device with its internal storage procedures, the implementation of logical, sequential control, timing. It has powerful functions, high reliability, simple programming, convenient use, small volume. It integrates computer technology, automatic control technology and communication technology, it is a new universal automatic control device which has been widely used in modern industrial production.This topic is a electroplating automatic production line control system based on programmable control design principle, including the process of production line design, the PLC input / output wiring design, the design of the main circuit, control panel design and automatic electroplating production line PLC control program design; the design of electroplating production line of main circuit and control circuit and so on based on the inspection of electroplating production line and the data access.The focus of this paper is the design of electroplating automatic production line PLC control program, to achieve automatic production line orderly and the operation of production is safe. The difficulty in the design of control procedures is to achieve a single week, continuous and one-step multiple control modes, while realizing a complex control to ensure that control system as far as possible and reasonable, efficient, safe and simple, making it of easy production and convenient maintenance.In the application of PLC in real-time detection and automatic control system, PLC is often used as a core component to use, only PLC aspects knowledge is not enough, it should be based on specific hardware structure and software combination for a specific application object features to perfect the system. The design has a detailed analysis of the transportation system protection and control equipment, motor schematic diagram, block diagram and PLC external wiring diagram. This thesis hierarchically detail objectives and functions of the automatic conveying system, making the highly automated conveying systems structure more clearly, more clearly demarcated, with very strong practicality.Key words: Programmable controller; electroplating production line; control design; automation目 录引言11.电镀自动生产线的设计分析21.1选题的背景及意义21.2电镀自动生产线概述31.3控制要求42.PLC的输入/输出接线设计52.1PLC的基本单元52.2 PLC外部结构62.3 输入/输出接线73.电镀生产线主电路设计103.1 电动机123.2 能耗制动123.3 电磁抱闸制动143.4 常见电器和元件154.操作面板设计175.电镀自动生产线PLC控制程序设计185.1 PLC工作原理185.2顺序控制法编程205.3自动控制程序设计225.4 公共程序设计245.5 手动操作方式设计255.6 单步控制方式设计275.7 电镀自动生产线梯形图286.程序的编辑与调试307.结论34谢 辞35参考文献36附录3744桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸共39页 第 页 引言工业控制中，以前的大部分控制系统都是通过无数根导线、触点和线圈组成的硬布线逻辑控制系统，即使用继电器接触器控制系统。这样的控制系统搭建复杂，操作繁琐，成本较高。而计算机具有完备而通用的功能，灵活多变的系统结构和控制程序。如能将计算机简单易学、操作方便、价格便宜等优点结合在继电器接触器控制系统，制成一种通用的控制装置将是工业控制领域的一大新突破。可编程序控制器（PLC）正是在这种思想的结合下应运而生。PLC作为一种以微电脑技术为核心的自动控制装置，已被广泛应用于机械制造、冶金、化工、能源等各种行业。它可靠性高、功能完善、抗干扰性好，具有结构简单、重量轻等优点，是一种专门用于工业环境及过程控制的数字运算操作的电子系统。PLC自问世以来发展迅猛，将成为工业自动化的三大支柱之一，在现今和未来的工业控制中扮演这重要的角色。本课题是采用PLC控制的电镀自动生产线，设计基于三菱公司的FX2N型可编程控制器，FX2N是FX系列中功能最强也是速度最快的微型可编程控制器。电镀自动生产线就是严格按照预先制定好的工作程序、工艺流程和时间要求而实现不间断循环工作的现代化大型设备。本设计从生产需求考虑，将控制系统设计成既可以自动控制又可以手动控制，即单周、连续、单步和手动四种控制方式集一体，满足了生产过程中的多种需求，这也是本课题的重点和难点。为实现电镀以上要求，以下对电镀自动生产线做了详细的设计分析和控制设计，从PLC的输入/输出接线、主电路、控制程序、操作面板以及程序的校验与调试等内容全面地介绍了本设计的思想和原理。当然，所设计的电镀自动生产线还存在一些缺陷和问题，这就需要在生产应用中不断总结出现的问题，以便在今后的设计中不断完善。1. 电镀自动生产线的设计分析电镀就是利用电解原理在金属表面镀上一层金属或合金的加工工艺。材料的表面电镀的这层金属膜可以有效地起到防腐，防氧化，提高耐磨性以及美观等作用。电镀自动生产线是按一定的电镀工艺要求将有关镀槽、电气控制装置、镀件提升运送装置、过滤设备、检测仪器、电源设备等组合为一体的现代化自动设备。电镀自动生产线通过机械和电气装置自动地完成所有电镀工序，生产效率高，产品质量稳定。电镀自动生产线一般按其结构特征、镀件装挂方式和镀层种类来进行分类。按结构特征可分为环形自动线和直线式自动线；按镀件装挂特征可分为挂镀自动线、滚镀自动线和带材连续自动线；按镀层种类则可以分为镀锌、铜镍铬、铝氧化等自动线。1.1 选题背景及意义当今社会，处在高技能人才和高科技引领的前进道路上，中国经济的高速发展，工业化进程的不断深化，为自动化行业的迅猛发展提供了广阔的空间。电镀行业是我国重要的加工业之一，电镀已经遍及国民经济各个生产领域和科学领域中，尤其在机器制造、国防、电讯、交通、轻工业等行业已成为不可缺少的一部分。工业电镀生产线工位多、生产复杂，同时在电镀中，其氧化、酸洗、碱洗、电镀等许多工艺具有严重的化学污染和腐蚀，会对人的身心健康造成影响，传统的人工操作随机性大，在一定程度上影响了产品质量。传统工业中使用的是顺序控制继电器来控制生产过程，这种控制方式电路复杂，接口多，受外界干扰大，工作可靠性差，维护也相当困难。而采用PLC控制的电镀自动生产线有着较完善的诊断和自保护能力，不仅增强了系统的抗干扰能力，同时提高了系统的可靠性。电镀自动生产线是通过机械装置和电气装置自动地完成电镀工序要求的全部过程，因而生产效率高，产品质量稳定，劳动条件好。用PLC对电镀自动生产线行车进行自动控制，具有结构简单、编程方便、操作灵活、使用安全、工作稳定、性能可靠和抗干扰能力强的特点，是一种很有效的自动控制方式，是电镀生产实现高效、低成本、高质量自动化生产的发展方向。电镀自动生产线的设计需要考虑的问题还有很多， 除了上面提到的之外， 还需考虑整个车间的整体规划，水电供应方面的规划， 污水处理方面的规划以及人员编制、成本控制、电气控制等方面的要求。接下来的内容中只是对直线式挂镀自动生产线的机械设备和电气控制方面的设计做了概括性的论述。电镀自动生产线今后还会朝着更加智能化、更高效、更环保的方向发展。因此，研究设计高效环保的电镀自动生产线不仅是科学发展的需要，也是对国民经济发展有着重要的意义。1.2 电镀自动生产线概述如图1.1所示，为目前较普遍的直线式挂镀自动生产线。在电镀生产线一侧（原位）将待加工零件装入吊篮，并发出信号，专用行车便提升前进，到规定槽位自动下降，并停留一段时间（各槽停留时间预先按工艺设定）后自动提升，行至下一个电镀槽，完成电镀工艺规定的每道工序后，自动返回原位，卸下电镀好的工件重新装料，进入下一个电镀循环。图1.1 电镀自动生产线示意图（1） 组成情况电镀生产线主要由行车、电机和盛放液体的镀槽组成。它的控制系统由工业级控制计算机、可编程控制器和电器控制箱组成。按照其工艺要求和规模，一般设计由行车的运动来控制。在该设计中，行车的运动分为手动控制和自动控制。不论手动控制还是自动控制都是根据已编制好的程序运行，手动控制是通过外部的开关、按钮、按键等来按部就班的控制行车的运动；自动控制可采用电感式接近开关来让行车自动运行，接近开关的主要作用是负责行车的上、下定位，镀槽定位等。（2） 拖动情况电镀行车采用两台三相异步电动机分别控制行车的升降和进退，分别采用电气制动和机械减速装置制动。电动机参数如下：型号Y802-4，Pn=0.75kw，In=2A，n=1390r/min，Un=380V。该型号电动机频率为50HZ，效率为74.5%。（3） 电镀工序不同的产品要求对电镀的工序要求也不一样，基于较常见的加工工序，本设计中的电镀生产线共设有5道工序，即安放有5个槽，分别是电解去油槽，水洗槽，酸洗槽，水洗槽和电镀槽。操作过程中可根据实际生产要求全选或部分选取槽位。图1.2为自动控制下循环电镀工序。图1.2 循环电镀工序图1.3 控制要求电镀工艺能实现以下4种操作方式：单周期：起动后，完成一次电镀工作回到原位停止，等待。连续循环：起动后，完成一次电镀工作回到原位再连续循环工作。单步操作：每按一次起动按钮，执行一个动作步。手动操作：用上升、下降、前进、后退4个按钮手动控制电镀生产线的上升、下降、前进和后退。前后运行和升降运行应能准确停位，前后、升降运行之间有互锁作用。该装置采用远距离操作台控制行车运动，要求有暂停控制功能。行车运行采用行程开关控制，在1#和5#槽位有过限位保护。主电路有短路和过载保护。行车升降电动机采用单向电磁抱闸制动，升降电动机和单向电磁抱闸并联接线，不需单独控制。由于每个槽位之间的跨度较小，行车在前后运行停车采用能耗制动，以保证准确停位。进退电动机能耗制动时间为2s。1#5#槽位的停留时间依次为11s、12s、13s、14s、15s，原位装卸时间为10s。对于不同的镀件工艺不同，电镀槽有槽位选择的功能。用信号灯显示电镀吊篮所在的槽位及上下限位置。为了能够保障电镀行车及其控制系统的安全，控制系统还应具备以下保护功能：（1）短路保护；（2）过载保护；（3）失压保护；（4）紧急制动。注：对于一些容易出现漏电现象的设备，还设置有漏电保护装置。2. PLC的输入/输出接线设计输入/输出单元（I/O单元）是PLC与外部设备连接的接口。CPU所能处理的信号只能是标准电平，因此现场的输入信号，如按钮、限位开关、行程开关以及传感器输出的开关信号等，都需要通过输入单元的转换和处理才可以传送给CPU。同理，CPU的输出信号也只能通过输出单元的转换和处理，才能够驱动电磁阀、接触器、继电器等执行机构。在介绍PLC输入/输出接线设计前，我们先来了解下PLC的几个基本单元及其外部结构。2.1 PLC的基本单元（1） 中央处理单元CPU是PLC的核心部分，控制着整个系统有序地运行。PLC的运算速度要求越高、信息处理量越大，CPU的位数要求也就越多、速度也越快。在FX2N系列中，大部分CPU芯片都是采用表面封装技术的芯片，具有两片超大规模集成电路，即双CPU，因此，FX2N无论在速度还是集成度等方面都极高。（2） 存储器存储器是PLC存放系统程序、用户程序和工作数据的。它包括系统程序存储器、用户程序存储器和数据存储区三部分，每一部分又由一定容量的只读存储器（ROM）、随机存取存储器（RAM）和可擦除只读存储器（EPROM）组成。ROM和EPROM在使用过程中只能取出不能存储，而RAM在使用过程中能随时取出和存储。（3） 输入/输出单元输入/输出单元（I/O单元）是PLC与外部设备连接的接口。CPU所能处理的信号只能是标准电平，因此现场的输入信号，如按钮、行程开关、限位开关以及传感器输出的开关信号，需要通过输入单元的转换和处理才可以传送给CPU。CPU的输出信号也只能通过输出单元的转换和处理，才能够驱动电磁阀、接触器、继电器等执行机构。（4） 输入/输出扩展接口输入/输出扩展接口用于扩展输入/输出点数和类型，当用户的PLC系统所需的输入/输出点数超过主机的输入/输出点数时，就要通过输入输出扩展接口将主机与输入/输出扩展单元连接起来。（5） 通信接口通信接口是PLC主机实现人机对话或者机机对话的通道。通过它，PLC可以和编程器、显示器、打印机等外部设备相连，也可以和其他PLC或计算机相连，构成多级局域网络系统或多级分布式控制系统，或实现管理与控制相结合的综合系统。外部设备接口一般是RS232C或RS422A串行通信接口，该接口的功能是串行/并行数据的转换、通信格式的识别、数据传输的检验以及信号电平的转换等。（6） 电源PLC中的电源有些是与CPU模块（包括中央处理器CPU、电源和I/O单元）合二为一的，有些是分开的。内部：开关稳压电源，供内部电路使用；大多数机型还可以提供DC24V稳压电源，为现场的开关信号、外部传感器供电，如三菱F1 、F2、FX2和FX2N系列等。外部：可用一般工业电源，并备有锂电池（备用电池），使外部电源故障时内部重要数据不致丢失。2.2 PLC外部结构FX系列PLC的外部特征基本相似，通常都由外部端子部分、指示部分和接口部分组成，其各部分的组成及功能如下。（1） 外部端子外部端子包括PLC电源端子（L、N）、供外部传感器用的DC 24V电源端子（24+、COM）、输入端子（X）和输出端子（Y）等，如图2.1所示。外部端子主要完成输入/输出（即I/O）信号的链接，是PLC与外部设备（输入设备、输出设备）连接的桥梁。（2） 指示部分指示部分包括各I/O点的状态指示、PLC电源（Power）指示、PLC运行（RUN）指示、用户程序存储器后备电池（BATT）状态指示及程序语法出错（PROGE）、CPU出错（CPU.E）指示等，用于放映I/O点及PLC机器的状态。（3） 接口部分接口部分主要包括编程器、扩展单元、扩展模块、特殊模块以及存储卡盒等外部设备的接口，其作用是完成基本单元同上述外部设备的连接。在编程器接口旁边，还设置了一个PLC运行模式转换开关，它有RUN和STOP两个运行模式，RUN模式表示PLC处于运行状态（RUN指示灯亮），STOP模式表示PLC处于停止即编程状态（RUN指示灯灭），此时，PLC可进行用户程序的写入、编辑和修改。图2.1 FX2N系列端子分布图2.3 输入/输出接线电镀行车PLC输入/输出控制接线接线图如图2.1所示。图2.1 电镀行车PLC输入/输出控制接线图在设计PLC控制系统时，经常会遇到输入点或输出点数量不够而需要扩展的问题，这可以通过增加I/O扩展单元来解决，即增加硬件配置，但这样不仅提高了成本，也增大了安装体积。PLC输入/输出控制接线的设计作为整个设计中的重要环节之一，它和梯形图的设计密切相关，如果忽略，可能造成使用大量不必要的输入/输出点数。节省输入点数的方法有分组输入、触点合并式输入、利用PLC的内部功能、将信号设置在PLC之外等。很多设备都有自动控制和手动控制两种状态，如电镀自动生产线、机械手等控制系统，自动程序和手动程序不会同时执行，把自动和手动信号叠加起来，按不同控制状态要求分组输入到PLC，可达到节省输入点的目的。（1） PLC输入控制接线的设计在电镀行车控制中，为了防止行车在到达原位和末端5#位由于限位开关的损坏而越过工作区，设置了过限位保护开关SQ6和SQ7，它们分别与原位和5#位限位开关SQ0、SQ5并联，以节省输入接点。根据要求对电镀槽有槽位选择的功能，只需要使用5个槽位选择开关S1S5，分别和S1S5串联即可达到槽位选择的目的，而不必单独占用输入点。行车控制有4种操作方式，可用4个输入点（由于4种操作方式不同时出现，也可以用编码方式输入，2个输入点即可），但考虑到在输入点较多的情况下简化梯形图和开关电路，采用如图2.1所示的接线较好，其中单周期控制不用输入点，为基本控制方式。手动操作采用单独的控制按钮，占用对应的输入点X13X17，考虑到在单步、连续、单周控制方式下X13 X17不起作用，因此可将其中输入点（X13、X16、X17）分别用于单步、连续、单周控制方式下的停止、起动和暂停控制。（2） PLC输出控制接线的设计如图2.1所示，Y0Y7用于信号灯显示吊篮所在位置及上下限位置。Y10Y13用于进退电动机和升降电动机的控制及过载保护。由于行车的前进和后退两个动作以及吊篮的升降两个动作是不能同时发生的独立动作，因此输出电路接线必须用到互锁电路，如图2.2所示。图2.2 互锁电路互锁电路又称为先动作优先电路，即先按下的启动开关所控制的继电器吸合，而处在互锁电路中的另一开关所控制的继电器则被锁定在释放状态。图2.2为行车前进与后退的互锁电路，当按下控制电机前进的开关KM1时，KM1线圈得电，KM1常闭触点打开，Y11输出线路断开，KM2线圈失电，Y10输出电路上的KM2常闭触点闭合，Y10电路接通，此时行车前进，后退受限。同理，当按下行车后退的KM2时，互锁电路会自动锁住前进状态。Y14用于进退电动机的能耗制动控制，升降电动机为电磁抱闸制动，在下面的内容中将会详细介绍。电镀行车PLC输入/输出控制接线I/O分配表见表2.1。表2.1 I/O分配表元件I/O口元件I/O口元件I/O口SQ0X0S4X4HL3Y3SQ1S1S5X5HL4Y4SQ2S2SAX10HL5Y5SQ3S3X11HL6Y6SQ4S4X12HL7Y7SQ5S5SB0X13HL8COM14SQ6X5SB1X14KM1Y10SQ7X0SB2X15KM2Y11SQ8X6SB3X16KM3Y12SQ9X7SB4X17KM4Y13S1X1HL0Y0KM5Y14S2X2HL1Y1220VCOM1S3X3HL2Y23. 电镀生产线主电路设计电镀自动生产线主电路如图3.1所示。电源开关QS为普通闸刀开关或组合开关，用熔断器FU作为短路保护。2台电动机均采用热继电器FR作为过载保护，接触器KM1和KM2控制电动机M1正反转，使行车前进或后退；接触器KM3和KM4控制电动机M2的正反转，实现吊篮上升或下降。三相异步电动机在切断电源后因惯性还要转动一段时间（或距离）才能停下来，而生产过程中起重机的吊钩或卷扬机的吊篮要求准确定位，万能铣床的主轴要求能迅速停下来，升降机在突然停电后需要安全保护和准确定位等控制要求都需要对拖动的电动机进行制动。所谓制动，就是给电动机一个与转动方向相反的转矩使它迅速停转（或限制其转速）。制动的方法一般有两类：电气制动和机械制动。进退电动机M1的能耗制动电源由控制变压器TC降压后整流，由制动接触器KM5接到电动机定子绕组上。升降电动机M2采用的是与其并联的电磁抱闸制动。图3.1 电镀自动生产线主电路图3.1 电动机我们把机械能转换成电能的电机称为发动机；反之，把电能转换成机械能的电机称为电动机。主电路中使用的是两台三相异步电动机M1和M2，型号为Y802-4，Pn=0.75kw，In=2A，n=1390r/min，Un=380V。Y系列电动机是全封闭、自扇冷式鼠笼型三相异步电动机，它具有高效、节能、起动转矩大、噪声低、振动小、机械强度高、安装维护方便等特点。下面将详细介绍三相异步电机的结构、工作原理等知识。（1） 结构三相异步电动机由两个基本部分组成：定子（固定部分）和转子（旋转部分），如图3.2所示。 定子三相异步电动机的定子是由机座、圆柱形铁芯以及嵌在铁芯内的三相对称定子绕组组成。机座用铸钢或铸铁制成，定子铁芯用涂有绝缘硅钢片叠成，并固定在机座中。 转子转子是指电动机和发电机的基本构造中，绕固定中心转动的部分。转子主要由转轴、转子铁心和转子绕组构成。根据构造的不同，三相异步电动机的转子分为两种类型：笼型和绕线型。前者称为绕线转子异步电动机，后者称为笼型异步电动机。图3.2 三相异步电动机的构造（2） 工作原理三相异步电动机转动原理是：三相交流电通入定子绕组，产生旋转磁场。磁力线切割转子导条使其两端出现感应电动势，闭合的导条中便有感应电流流过。在感应电流与旋转磁场的相互作用下，转子导条受到电磁力形成电磁转矩，从而使转子转动。（3） 电动机的正反转假设通入电动机定子绕组的三相电流相序为UVW，三相电流产生的旋转磁场是顺时针方向旋转。这时转子转动的方向也是顺时针方向。由此分析可知，电动机的转子转动方向和磁场旋转的方向是相同的，而磁场的旋转方向与通入定子绕组的三相电流相序有关。当通入电动机定子绕组的三相电流相序变为UWV时，三相电流产生的旋转磁场将从原来的顺时针方向（正转）变为逆时针方向旋转（反转）。此时，电动机的转子转动方向也跟着变为逆时针方向（反转）。所以，要使电动机反转，只要将三相电源的任意两相对调，即改变通入定子绕组的三相电流的相序，电动机就会改变转动方向。如图3.1所示KM1与KM2，KM3 与KM4的接线，就是控制电动机的正反转的接线法。（4） 电动机的接法电动机的接法是指定子三相绕组（U1U2、V1V2、W1W2）的接法。如果U1、V1、W1分别为三相绕组的始端（头），则U2、V2、W2是相应的末端（尾）。笼型电动机的接线盒中有三相绕组的6个引出线端，连接方法有星形（Y）连接和三角形（）连接两种，如图3.3所示。通常3KW以下的三相异步电动机连成星形，4KW及以上的连成三角形。本设计中的两台电机都采用的是星形（Y）连接。星形（Y）连接 三角形（）连接图3.3 定子绕组的星形连接和三角形连接3.2 能耗制动为保证行车在前后运行停车时准确停位，采用能耗制动的方式控制行车停位。能耗制动是指在定子绕组断开三相交流电源的同时，在三相绕组中通入直流电，使其产生制动转矩，使得电机迅速减速进而停止转动的制动方式，是工业上常用的一种电气制动方式。一般，对于10KW以下小容量电动机，且对制动要求不高的场合，常采用半波整流能耗制动；对于10KW以上容量较大的电动机，多采用有变压器全波整流能耗制动的控制电路。由于电镀自动生产线每个槽位之间的跨度较小，行车中对制动要求较高，因此本设计采用的是桥式整流能耗制动。主电路使用的是380V的交流电，需要先将380V交流电通过降压变压器降到36V的整流电路工作电压后，利用桥式整流电路将交流电转换为直流电输送到电动机上。（1） 能耗制动原理电动机切断交流电源后，转子因惯性仍会继续旋转，此时立即向两相定子绕组通入直流电，在定子中随即产生一个静磁场。转子中的导条因切割这个静磁场而产生感应电流，转子就在静磁场中受到电磁力的作用。该电磁力产生的力矩与转子因惯性旋转的方向相反，称为制动转矩。制动转矩使转子转速下降，当转子转速降至0时，转子不再切割磁场，电动机停转，制动结束。这种制动方法是利用转子转动的能量切割磁场而产生反向制动转矩，实质就是利用转子的动能产生阻碍转子转动的力矩，因此称为能耗制动。在图3.1中，接触器KM5用于接通直流电使电动机制动。能耗制动过程如下：当行车（M1）从上一位置行恰好走到下一目标位置时，KM1或KM2断开，切断三相交流电源M1失电，但由于惯性电动机将继续运转；与此同时，KM5线圈得电，KM5触头闭合，经过整流后的直流电通入定子绕组，电动机制动。能耗制动的优点：制动力强、制动平稳、无大的冲击；应用能耗制动能使生产机械准确停车，被广泛用于矿井提升和起重机运输等生产机械。 能耗制动的缺点：需要直流电源、低速时制动力矩小。电动机功率较大时，制动的直流设备成本高。（2） 桥式整流电路图3.3 整流电路图桥式整流电路就是用二极管组成的一个整流电桥电路，如图3.3所示（图3.1中画法为简化画法）。桥式整流电路的工作原理如下：EAC为交流电，二极管单向导通，当EAC为正半周时，D1、D3上为正向电压，Dl、D3导通，构成EAC+DlRfzD3的通电回路；而D2、D4上为反向电压，则D2、D4截止，在Rfz上形成上正下负的半波整流电压。当EAC为负半周时，D2、D4上为正向电压，D2、D4导通，构成EACD2RfzD4的通电回路；而D1、D3上为反向电压，则此时D1、D3截止，同样在Rfz上形成上正下负的半波整流电压。因此，最后经过整流后的交流电流经Rfz都变成了直流电。通过变压器降压后，输入整流电路的是36V交流电，在负载Rfz上得到一个与全波整流相同的电压波形，其有效电流值和电压值的计算也与全波整流相同，即：流过每个二极管的电流为：ID = I2 = 0.45 ERfz流过电动机的电压值为：UR = 0.9 E= 0.936V= 32.4V桥式整流电路有如下几个基本特点： 桥式整流输出的是一个直流脉动电压； 桥式整流电路的交流利用率为100%； 桥式整流电路中二极管承受的最大反向电压为2倍的交流峰值电压； 桥式整流电路二极管的负载电流仅为半波整流的一半； 实际电路中，桥式整流电路中二极管和电容的选择必须满足负载对电流的要求。需特别指出的是，二极管作为整流元件，应根据不同的整流方式和负载大小加以选择。在电压较高或电流较大的情况下，如果缺少能承受高电压或大电流的整流元件，可电路分压分流原理将二极管串联或并联使用。3.3 电磁抱闸制动电磁抱闸制动是利用机械装置使电动机在断开电源后迅速停转的制动法，是一种常见的机械制动法。电磁抱闸制动器（YB）的线圈与电动机并联，电动机得电，电磁抱闸线圈得电；反之，线圈失电。举型号为SDZ1-15的电磁制动器为例，它通电时电磁力吸合，断电弹簧释放摩擦制动，额定制动力矩15Nm，制动时间0.2s，允许最大相对转速3000r/min，与Y系列电动机配套生成新型YEJ系列电磁制动三相异步电动机。（1） 电磁抱闸的结构电磁抱闸主要由两部分组成：制动电磁铁和闸瓦制动器。制动电磁铁由铁心、衔铁和线圈三部分组成。闸瓦制动器包括闸轮、闸瓦和弹簧等，闸轮与电动机在同一转轴上。（2） 工作原理电动机接通电源，同时电磁抱闸线圈也得电，衔铁吸合，克服弹簧的拉力使制动器的闸瓦与闸轮分开，电动机正常运转。切断电源开关或接触器，电动机失电，同时电磁抱闸线圈也失电，衔铁在弹簧拉力作用下与铁芯分离，并使制动器的闸瓦紧紧抱住闸轮，电动机因摩擦制动而停转。（3） 电磁抱闸的特点电磁抱闸制动利用电磁线圈通电后产生磁场，使静铁芯产生足够大的吸力吸合衔铁或动铁芯，克服弹簧的拉力来满足工作现场的要求。电磁抱闸是利用闸瓦的摩擦片来制动闸轮。优点：电磁抱闸制动的制动力强，广泛应用在起重设备上，它安全可靠，不会因突然断电而发生事故。缺点：电磁抱闸体积较大，制动器磨损严重，快速制动时会产生振动。3.4 常见电器和元件（1） 熔断器熔断器（FU）是一种结构简单、使用维护方便、体积小、价格便宜的保护电器，被广泛应用于照明电路中的过载和短路保护以及电动机电路中的短路保护。熔断器由熔体（熔丝或熔片）和安装熔体的外壳两部分组成，起保护作用的是熔体。低压熔断器按形式可以分为管式、插入式、螺旋式和羊角保险等；按结构可分为半封闭插入式、无填料封闭管式和有填料封闭管式等。熔断器的选型主要是选择熔断器的形式、额定电流、额定电压以及熔体额定电流。熔体电流的选择是熔断器选择的核心。值得注意的是，在安装、更换熔体时，一定要切断电源，将开关拉开，不可带电作业，以免触电。熔体烧坏后应换上和原来同材料、同规格的熔体，千万不要随便加粗熔体或用不易熔断的其他金属丝来代替。（2） 热继电器电动机在实际运行中常常会遇到过载的情况。如果过载电流不太大且过载时间较短，电动机绕组温升不超过允许值，这种过载是允许的。但如果过载的电流很大而且过载的时间较长，电动机绕组温升就会超过允许值，这将会加剧绕组绝缘的老化，缩短电动机的使用年限，严重时会使电动机绕组烧毁，这种过载是电动机不能承受的。因此，常用热继电器（FR）做电动机的过载保护。（3） 接触器接触器（KM）属于控制类电器，是一种适用于远距离频繁接通和分断交直流主电路和控制电路的自动控制电器。接触器具有欠压保护、零压保护、控制容量大、寿命长等优点，是自动控制系统中应用最多的一种电器。它由电磁系统、触头系统、灭弧系统、释放弹簧及基座等部分构成，利用电磁吸力及弹簧反作用力配合动作而使得触头接通或断开。（4） 整流二极管整流二极管（D）一般是平面型硅二极管，利用其单向导电特性工作，即只允许电流从单一方向流过。电流由单一方向通过时，称为顺向偏压；反向时阻断，称为逆向偏压。由于整流二极管正向工作电流较大，工艺上多采用面接触结构。这种结构的二极管结电容较大，因此整流二极管工作频率一般小于3KHz。整流二极管主要有全密封金属结构封装和塑料封装两种封装形式。通常情况下额定正向工作电流在l A以上的整流二极管采用金属壳封装，以利于散热；额定正向工作电流在lA以下的采用全塑料封装。选用整流二极管时，主要应考虑其最大整流电流、最大反向丁作电流、截止频率及反向恢复时间等参数。（5） 刀开关刀开关（QS）又称闸刀开关，常用于手动控制、容量较小、启动不频繁的电器设备及隔离电源，常见的有瓷底式刀开关和封闭式负荷开关。主电路设计所采用的是瓷底式刀开关，又称胶盖闸刀开关，是由刀开关和熔丝组合而成的一种电器。刀开关作为手动不频繁地接通和分断电路用，熔丝起保护作用。刀开关结构简单，使用维护方便，价格便宜，在小容量电动机中得到广泛应用。（6） 限位开关限位开关（SQ）又称行程开关，其作用与按钮开关相同，是对控制电路发出接通或断开、信号转换等指令的。不同的是限位开关触头的动作不是手动完成的，而是利用生产机械某些运动部件的碰撞使得触头动作，从而接通或断开某些控制电路。（7） 变压器变压器（T）是利用电磁感应的原理来改变交流电压的装置，主要构件是初级线圈、次级线圈和铁芯（磁芯）。主要功能有：电压变换、电流变换、阻抗变换、隔离、稳压（磁饱和变压器）等。按用途可以分为：配电变压器、电力变压器、全密封变压器、组合式变压器、干式变压器、油浸式变压器、单相变压器、电炉变压器、整流变压器等。（8） 电磁制动器电磁制动器（YB）是一种将主动侧扭力传达给被动侧的连接器，可以根据需要自由地结合，切离或制动，因使用电磁力来作动，故又称之为电磁离合器。它具有响应速度快，结构简单等优点。电磁制动器是现代工业中一种理想的自动化执行元件，在机械传动系统中主要起传递动力和控制运动等作用。具有结构紧凑，操作简单，响应灵敏，寿命长久，使用可靠，易于实现远距离控制等优点。它主要与系列电机配套使用，广泛应用于冶金、建筑、化工、食品、机床、电梯、轮船等机械中。表3.1 主要元器件一览表名称熔断器接触器热继电器单相变压器电磁制动器限位开关整流二极管文字符号FUKMFRTCYBSQD图形符号4. 操作面板设计根据PLC输入/输出控制接线图2.1设计的操作面板如图4.1所示，用它可以对自动生产线进行远距离控制操作。在操作面板上安装有9个信号灯，用于电镀行车所到1#5#槽位和原位的显示，以及上下限位的显示。其中PLC的电源开关和电源信号灯是安装在一起的，当按下电源开关时，电源信号灯也随之亮起来。操作方式采用选择开关，在手动方式下，使用停止、前进、后退、上升、下降5个按钮。在其他方式下，使用起动、暂停（与上升、下降公用）和停止按钮。槽位开关S1S5用于槽位选择。图4.1 操作面板图操作面板部分开关和指示灯对应的输入/输出接口如表4.1所示：表4.1 接口对照表指 示原位1#位2#位3#位4#位5#位上限下限I/O口X0/Y0X1/Y1X2/Y2X3/Y3X4/Y4X5/Y5X6/Y6X7/Y7开 关SQ0/SQ7S1S2S3S4S5SQ8SQ9指 示电源停止前进后退上升下降起动暂停I/O口COMX13 X14X15X16X17X16X17开关QSSB0SB1SB2SB3SB4SB3SB45. 电镀自动生产线PLC控制程序设计本设计是基于三菱FX2N系列PLC来对电镀生产线进行自动控制系统设计的。三菱公司生产的PLC是进入我国市场最早的产品之一，在我国电气自动化控制系统中有较多的应用。PLC控制程序设计就是根据电镀自动生产线的控制要求和现场信号，对照PLC的软元件，画出状态转移图（也叫顺序图）和梯形图，进而写出指令表程序的过程。要设计出符合电镀自动生产线控制要求的程序就要求熟练掌握程序设计的规则、方法和技巧。为此，在介绍PLC控制程序设计前，以下将先介绍PLC的工作原理和常见的编程方法。5.1 PLC工作原理PLC的工作原理与计算机的工作原理基本上是一致的，可以简单的表述为在系统程序的管理下，通过运行用户程序来完成控制任务。但是，两者的工作方式有所不同，计算机一般采用等待命令的工作方式，而PLC则是采用循环扫描的工作方式。PLC有RUN（运行）与STOP（编程）两种基本的工作模式。当处于STOP模式时，PLC只能进行内部处理和通信服务等内容，一般用于程序的编写和修改。当处于RUN模式时，PLC除了要进行内部处理、通信服务之外，还要执行反映控制要求的用户程序，即执行输入处理、程序处理、输出处理。PLC这种周而复始的循环工作方式称为扫描工作方式。由于PLC执行指令的速度极高，从外部输入/输出关系来看，处理过程似乎是同时完成的，现就其循环扫描过程叙述如下：（1） 内部处理阶段在内部处理阶段，PLC首先诊断自身硬件是否正常，然后将监控定时器复位，并完成一些其他内部工作。（2） 通信服务阶段在通信服务阶段，PLC要与其他的智能装置进行通信，如响应编程器键入的命令，更新编程器的显示内容。（3） 输入处理阶段输入处理又叫输入采样。在PLC的存储器中，设置了一片区域用来存放输入信号的状态，这片区域被称为输入映像寄存器；PLC的其他软元件也有对应的映像存储区，它们统称为元件映像寄存器。外部输入信号接通时，对应的输入映像寄存器为1状态，梯形图中对应的输入继电器的常开触点接通，常闭触点断开；外部输入信号断开时，对应的输入映像寄存器为0状态，梯形图中对应的输入继电器的常开触点断开，常闭触点接通。因此，某一软元件对应的映像寄存器为1状态时，称该软元件为ON；映像寄存器为0状态时，称该软元件为OFF。在输入处理阶段，PLC顺序读入所有输入端子的通断状态，并将读入的信息存入内存所对应的的输入元件映像寄存器中，此时，输入映像寄存器被刷新。接着进入程序执行阶段，在程序执行阶段，输入映像寄存器与外界隔离，即使输入信号发生变化，其映像寄存器的内容也不会发生变化，只有在下一个扫描周期的输入处理阶段才能被读入。（4） 程序处理阶段程序处理又叫程序执行，根据PLC梯形图扫描原则，按先上后下、先左后右的顺序，逐行逐句扫描，执行程序。但遇到程序跳转指令，则根据跳转条件是否满足来决定程序的跳转地址。当用户程序涉及输入/输出状态时，PLC从输入映像寄存器中读取上一个阶段输入处理时对应输入信号的状态，从输出映像寄存器读取对应映像寄存器的当前状态，根据用户程序进行逻辑运算，运算结果再存入有关元件映像寄存器中。因此，对每个元件（输入继电器除外）而言，元件映像寄存器中所寄存的内容会随着程序执行过程而变化。（