基于PLC控制的电镀锌工艺.doc

论文摘要此课题介绍的是基于S7-200PLC系列的电镀锌控制系统，主要涉及了机械手和电镀锌工作平台的PLC控制、电气控制系统。电镀锌生产工艺的运行方式包括：连续运行、单周期运行、单步运行和回原点运行。所以我设计了一个多档位控制系统，使其控制更简单化，这4种运行方式各占一个档位，当打到其中任何一个档位时，都会按其运行方式进行运行。如打到连续运行档位时，就按连续运行方式运行；打到单周期运行档位时，就按单周期运行方式运行；打到单步运行档位时，就按单步运行方式运行；打到回原点运行档位时，就按回原点运行方式运行。限位开关的作用是控制移动的范围，使电动机按一定的速度运动。夹钳出接入了压力传感器，用于控制夹钳是否夹紧。关键词：PLC、电动机、开关、按钮、机械手臂、镀锌工作平台。目录论文摘要A第一章 PLC的基础知识11.1 PLC的定义11.2 PLC的功能11.3 PLC的特点21.4 PLC的分类21.5 PLC的应用领域21.6 PLC未来展望21.7 PLC控制系统设计的基本原则3第二章 电镀锌控制系统42.1 系统描述42.2 行程开关的工作原理42.3 电镀锌工作平台及系统的控制要求52.3.1平台的控制要求52.3.2系统的控制要求5第三章 电镀锌控制系统硬、软件设计63.1 PLC的选型63.1.1 机型的选择63.1.2 输入/输出的选择73.3 设计思想83.4 电镀锌的顺序功能图93.5 操作原理简要说明113.6 电镀锌的梯形图12结束语21谢 辞21参考文献22C武汉工程职业技术学院第一章 PLC的基础知识1.1 PLC的定义 PLC，俗称“电力线上网”，英文全名为Power Line Communication，主要是指利用电力线传输数据和话音信号的一种通信方式。PLC的英文全称是Power Line Communication，即电力线通信。通过利用传输电流的电力线作为通信载体，使得PLC具有极大的便捷性，只要在房间任何有电源插座的地方，不用拨号，就立即可享受4.545Mbps的高速网络接入，来浏览网页拨打电话，和观看在线电影，从而实现集数据语音视频，以及电力于一体的四网合一！另外，可将房屋内的电话电视音响冰箱等家电利用PLC连接起来，进行集中控制，实现智能家庭的梦想。目前，PLC主要是作为一种接入技术，提供宽带网络最后一公里的解决方案，适用于居民小区，学校，酒店，写字楼等领域。 广义电力线通信(Power Line Communication,简称PLC)技术早在六十多年前就应用在输电线路上，用于发电厂及变电站的调度指挥通信。现在通常所说的PLC是指利用低压配电线路传输高速数据、语音、图象等多媒体业务信号的一种通信方式，主要应用于家庭Internet“宽带”接入和家电智能化联网控制，即高速数据PLC。1.2 PLC的功能1、数据采集与输出。2、控制功能。包括顺序控制、逻辑控制、定时、计数等。3、数据处理功能。包括基本数学运算、比较、对字节的运算、PID运算、滤波等。4、输入/输出接口调理功能。具有A/D、D/A转换功能，通过I/O模块完成对模拟量的控制和调节，具有温度、运动等测量接口。5、通信、联网功能。现代PLC大多数都采用了通信、网络技术，有RS232或RS485接口，可进行远程I/O控制，多台 PLC可彼此间联网、通信，外部器件与一台或多台可编程控制器的信号处理单元之间，实现程序和数据交换，如程序转移、数据文档转移、监视和诊断。在系统构成时，可由一台计算机与多台PLC构成集中管理、分散控制的分布式控制网络，以便完成较大规模的复杂控制。通常所说的SCADA系统，现场端和远程端也可以采用PLC作现场机。6、支持人机界面功能。提供操作者以监视机器/过程工作必需的信息。允许操作者和PC系统与其应用程序相互作用，以便作决策和调整，实现工业计算机的分散和集中操作与监视系统。7、编程、调试等，并且大部分支持在线编程。1.3 PLC的特点1实现成本低；2范围广；3高速率；4永远在线；5便捷。1.4 PLC的分类1根据其外形和安装结构分（1）单元式结构（其中包括后面设计用到的S7-200系列PLC）；（2）模块式结构； （3）叠装式。2.按点数、功能分（1）小型PLC(S7-200系列PLC的最大输入/输出点数为64/64点；（2）中型PLC； （3）大型PLC。1.5 PLC的应用领域目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业。1.6 PLC未来展望21世纪，PLC会有更大的发展。从技术上看，计算机技术的新成果会更多地应用于可编程控制器的设计和制造上，会有运算速度更快、存储容量更大、智能更强的品种出现；从产品规模上看，会进一步向超小型及超大型方向发展；从产品的配套性上看，产品的品种会更丰富、规格更齐全，完美的人机界面、完备的通信设备会更好地适应各种工业控制场合的需求；从市场上看，各国各自生产多品种产品的情况会随着国际竞争的加剧而打破，会出现少数几个品牌垄断国际市场的局面，会出现国际通用的编程语言；从网络的发展情况来看，可编程控制器和其它工业控制计算机组网构成大型的控制系统是可编程控制器技术的发展方向。目前的计算机集散控制系统DCS（Distributed Control System）中已有大量的可编程控制器应用。伴随着计算机网络的发展，可编程控制器作为自动化控制网络和国际通用网络的重要组成部分，将在工业及工业以外的众多领域发挥越来越大的作用。1.7 PLC控制系统设计的基本原则1. 最大限度地满足被控对象的控制要求充分发挥PLC的功能，最大限度地满足被控对象的控制要求，是设计PLC控制系统的首要前提，这也是设计中最重要的一条原则。这就要求设计人员在设计前就要深入现场进行调查研究，收集控制现场的资料，收集相关先进的国内、国外资料。同时要注意和现场的工程管理人员、工程技术人员、现场操作人员紧密配合，拟定控制方案，共同解决设计中的重点问题和疑难问题。2. 保证PLC控制系统安全可靠保证PLC控制系统能够长期安全、可靠、稳定运行，是设计控制系统的重要原则。这就要求设计者在系统设计、元器件选择、软件编程上要全面考虑，以确保控制系统安全可靠。例如：应该保证PLC程序不仅在正常条件下运行，而且在非正常情况下（如突然掉电再上电、按钮按错等），也能正常工作。3. 力求简单、经济、使用及维修方便 一个新的控制工程固然能提高产品的质量和数量，带来巨大的经济效益和社会效益，但新工程的投入、技术的培训、设备的维护也将导致运行资金的增加。因此，在满足控制要求的前提下，一方面要注意不断地扩大工程的效益，另一方面也要注意不断地降低工程的成本。这就要求设计者不仅应该使控制系统简单、经济，而且要使控制系统的使用和维护方便、成本低，不宜盲目追求自动化和高指标。 4. 适应发展的需要由于技术的不断发展，控制系统的要求也将会不断地提高，设计时要适当考虑到今后控制系统发展和完善的需要。这就要求在选择PLC、输入/输出模块、I/O点数和内存容量时，要适当留有裕量，以满足今后生产的发展和工艺的改进。第二章 电镀锌控制系统2.1 系统描述该系统主要由限位开关、镀锌工作平台、酸洗槽、清洗槽和镀锌槽等部分组成。主要电力部分在镀锌工作平台，该工作平台主要由两太电机、传动装置和机械手臂等组成，电机主要负责控制机械手臂的上升和下降以及整个平台的左行右行。2.2 行程开关的工作原理 行程开关（又称限位开关）是利用生产机械的某些运动部件的碰撞而动作以控制运动部件行程的一种电器。 工作原理：当运动机构的挡铁碰撞到行程开关的滚轮时，传动杠杆同转轴一起转动。使凸轮推动撞块。当撞块被压到一定位置时，便推动微动开关快速换接（即长闭触点开，长开触点合）。当运动机构的挡铁离开后，弹簧又使行程开关的各部件复位。2.3 电镀锌工作平台及系统的控制要求2.3.1平台的控制要求 当镀锌工作平台位于最左端，也就是罪极限SB0上极限SB1都闭合的时候，说明工作平台处在原点。当工作平台处于原点的时候，按下启动按钮SB6，机械手臂开始下降，当降到下极限SB2处时停止下降，机械手臂在下极限处会停留10秒，这段时间，工人要将需要镀锌的工件放到机械手臂的铅口处，10秒后机械手臂的夹钳合紧，夹钳出的压力传感器的触点Y闭合表示已经夹好工件，没有闭合表示没有夹到工件，如果没有夹到工件，则夹钳松开，再次等待10秒重新合紧夹钳。当压力传感器的触点Y闭合后，机械手臂上升，碰到上极限SB1时停止上升，整个镀锌平台开始右行，碰到限位开关SB3时停止右行，机械手臂开始下降，碰到下极限SB2后停留20秒，对工件表面的杂质进行酸洗。当20秒的时间到后，机械后臂开始上升，碰到上极限SB1后停止上升，开始右行，碰到限位开关SB4后停止右行，机械手臂又开始下降，碰到下极限SB2后停止下降，开始对工件进行清洗，除掉工件表面的酸液和杂志，清洗时间10秒，时间到后机械手臂开始上升，碰到上极限SB1后停止上升，又开始右行，碰到限位开关SB2停止右行，机械手臂开始下降，碰到下极限SB2后停止下降，开始对工件进行镀锌，镀锌时间为15秒，时间到后机械手臂开始上升，碰到上极限SB1后停止上升，工作平台开始左行，直到碰到左极限SB0才停止左行，机械手臂下降碰到下极限SB5后停止，夹钳松开，工人拿走镀好锌的工件，又 重新放上工件开始新一轮的镀锌工作。2.3.2系统的控制要求 该控制系统要求能实现多种工作方式：连续运行、单周期运行、单步运行和回原点。 连续运行工作方式：就是镀锌过程能反复运行。 单周期工作方式：就是按下启动后，机械手臂下抓工件到右行各步镀好锌回到原点下降放开工件后重新回到原点状态。也就是只执行一次镀锌过程。 单步工作方式：就是在单周期分解系统的一个工作周期为若干步的基础上，每按一次单步按钮，系统只执行这些阶段中的一步，依然是按周期的先手顺序来执行的，只是不再连续执行个步。 回原点工作方式：也就是镀锌工作平台无论在哪个位置，无论机械手臂在做什么，只要按了回原点按钮，工作平台都要回复到原点状态。 当系统在连续运行时，停止方式有两种，一种是正常停止：就是按下停止按钮后，系统要将整个周期盛夏的步骤全部进行完，然后 回到原点才停止工作。另外一种是紧急停止：就是用来处理紧急情况下来及时停止整个系统工作的，一按紧急停止，系统立刻停止，不管已经工作到什么位置。第三章 电镀锌控制系统硬、软件设计3.1 PLC的选型3.1.1 机型的选择 机型选择的基本原则是在满足生产工艺要求的情况下，保证运行可靠、维护使方便以及最佳的性能价格比。具体应考虑以下几方面。1. 结构合理（对于此课题的设计应选单元式结构）；2. 功能合理；3. 机型统一；4. 是否在线编程（此课题用的是小型PLC，股可离线编程）。3.1.2 输入/输出的选择1. PLC控制系统I/O点数的估算；2. 输入输出模块的选择。3.2 PLC的地址分配表输入 输出左极限SB0I0.0连续选择I0.6电机M1(反转下降)Q0.0右1极限SB3I0.3单周期选择I0.7电机M1(正转上升)Q0.1右2极限SB4I0.4单步选择I1.3电机M2(正转右行)Q0.4右3极限SB5I0.5回原点选择I1.4电机M2(反转左行)Q0.5上极限SB1I0.1停止按钮I1.1夹钳夹紧Q0.2下极限SB2I0.2急停按钮I1.0夹钳松开Q0.3夹钳夹紧Y1启动按钮四种方式公用夹钳放松Y2定时器分配定时器功能T37夹紧工件定时10ST38对工件进行酸洗20ST39对工件进行清洗10ST40对工件进行镀锌15S 机械手臂设有4种工作方式，工作时要首先选择工作方式，然后操作对应按钮，保证输入不能同时为ON。3.3 设计思想 程序的设计主要考虑周期动作的实现以及故障停车,也就是如何控制各个状态的转换,实现在各个阶段的控制任务。根据下降夹持上升右移下降上升右移下降上升右移下降上升左移下降松开上升返回的顺序要求，根据位置检测反馈信号来控制各部动作的启动和结束。 硬件：首先分析输入信号的需求，根据对平台的分析；设置上、下、左、右极限检测等4个检测信号的输入。 再考虑控制的需求，设置起停控制，以及工作方式选择输入，机械手的夹紧和放松输入。 最后输出设置，上升、下降、左行、右行，取放4的信号分别相对应的动作元件进行控制。 软件：用到置位/复位指令即（SET，RST）可直接实现对指定的寄存器为进行置1和清0的操作。 采用置位复位指令编写程序时，完全按照功能图的理论进行，即：当某一工步执行结束，转移信号出现时，立即开通下一工步，同时关断上一工步。也就是上一工步的状态与下一工步的转移信号串联后，置位下一工步状态，再就是采用置位/复位指令编程的原则。注：编程时还要注意处理好初始步的启动问题即输出线圈不得重复使用的问题。定时器：分为接通延时定时器TON，断开延时定时器TOF和保持型接通延时定时器，此设计用到了TON设定值与当前值为16位，允许的最大值范围为32767用到了定时器的常开触点。3.4 电镀锌的顺序功能图3.5 操作原理简要说明 根据设计的要求，设计了上图的顺序功能图，而且根据顺序功能图写出了梯形图。在顺序功能图中可以很明显的看出有出现分支，是从上到下一条一条的执行程序，在单步运行中，将旋钮打到“单步”，每按一次单步运行按钮，就运行一步。在连续运行中，将旋钮打到“连续”，按一下启动按钮即可，按下停止不会马上停，所有工步完成后停，(按下急停按纽，立即停)。在单周期运行中，将旋钮打到“单周期”， 按一下启动按钮即可。在回原点运行中，将旋钮打到“回原点”， 按一下启动按钮，此时在另一分支进行。 此次设计的关键之处就在于如何处理是否夹到工件这一问题，我认为可以分为两种可能性，就是夹到工件和没有夹到工件这两种，当压力传感器的触点Y闭合时，表示机械手臂已经把工件夹好了；当压力传感器的触点Y没有闭合时，表示机械手臂没有把工件夹好，要重新执行夹工件的程序，直到夹好工件为止。所以可将程序夹工件的那部分编为循环序列。3.6 电镀锌的梯形图结束语本系统主要以S7-200系列PLC为核心，利用该PLC强大的控制功能，实现了对电镀锌工作平台自动运行的控制。梯形图程序在模拟调试时可以非常直观的展现出电镀锌的运行过程。在调试程序的过程中，本设计充分发挥了PLC接线简单、编程直观、扩展容易等特点。当当流程增加时，硬件上的输入、输出信号相应的增加。原来的接线不需改变，软件上只需增加相应步