毕业设计基于PLC的电镀生产线控制设计

1、基于PLC的电镀生产线控制设计摘 要随着工业技术的发展，电镀生产对控制的要求也不断提高。本文通过对三菱FX2N-48PLC的介绍。实现了PLC对电镀生产中电机的正反转与制动的控制，并实现对电机的暂停控制和过限位的保护。通过对控制要求的分析和查阅资料，本文已经给出了具体的设计方法和步骤，设计出了完整的梯形图，并通过对程序的调试进一步简化了程序增强了程序的实用性。关键词：三菱PL 异步电动机 能耗制动目录前言第1章绪论1.1PLC的发展1.2电镀生产线的控制系统概述与背景1.2.1基于PLC电镀生产线的控制系统概述1.2.2课题选题背景1.3控制要求详述第2章系统的硬件设计2.1PLC机型选择2.

2、2 I/O分配表及其端子接线图2.3主电路的设计2.4 电镀生产线的工作流程图第3章系统的软件设计3.1PLC梯形图设计 3.2PLC的指令表 3.3程序分析 3.4调试实现第4章结论感想参考文献前言我们设计的工作过程是这样的：在电镀生产线左侧，工人将零件装入行车的吊篮并发出自动启动信号，行车提升吊篮并自动前进。按工艺要求在需要停留的槽位停止，并自动下降。在停留一段时间后自动上升，如此完成工艺规定的每一道工序直至生产线末端，行车便自动返回原始位置，并由工人装卸零件。一件电镀产品的质量除了要有好的成熟的电镀工艺和品质好的镀液添加剂外，如何保证电镀产品严格按照电镀工艺流程运行和保证产品的电镀时间则

3、是决定电镀产品质量和品质的重要因素。在电镀生产线上采用自动化控制不但可以使电镀产品的质量和品质得到严格的保证，有效的减少废品率，而且还可以提高生产效率和减轻工人的劳动强度，有着非常好的经济效益和社会效益，电镀生产线上对行车的自动控制则是电镀生产线自动化控制的关键。用PLC辅以变频器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的主流方向。第1章 绪论1.1 PLC的发展二十世纪六十年代美国推出可编程逻辑控制器取代传统继电器控制装置以来，PLC得到

4、了快速发展，在世界各地得到了广泛应用。同时，PLC的功能也不断完善。随着计算机技术、信号处理技术、控制技术网络技术的不断发展和用户需求的不断提高，PLC在开关量处理的基础上增加了模拟量处理和运动控制等功能。今天的PLC不再局限于逻辑控制，在运动控制、过程控制等领域也发挥着十分重要的作用。 PLC是由摸仿原继电器控制原理发展起来的，二十世纪七十年代的PLC只有开关量逻辑控制，首先应用的是汽车制造行业。它以存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和运算等操作的指令；并通过数字输入和输出操作，来控制各类机械或生产过程。用户编制的控制程序表达了生产过程的工艺要求，并事先存入PLC的用户程序存储器中。运行

5、时按存储程序的内容逐条执行，以完成工艺流程要求的操作。PLC的CPU内有指示程序步存储地址的程序计数器，在程序运行过程中，每执行一步该计数器自动加1，程序从起始步（步序号为零）起依次执行到最终步（通常为END指令），然后再返回起始步循环运算。PLC每完成一次循环操作所需的时间称为一个扫描周期。不同型号的PLC，循环扫描周期在1微秒到几十微秒之间。PLC用梯形图编程，在解算逻辑方面，表现出快速的优点，在微秒量级，解算1K逻辑程序不到1毫秒。它把所有的输入都当成开关量来处理，16位（也有32位的）为一个模拟量。大型PLC使用另外一个CPU来完成模拟量的运算。把计算结果送给PLC的控制器。近10年来

6、，随着PLC价格的不断降低和用户需求的不断扩大，越来越多的中小设备开始采用PLC进行控制。1.2 电镀生产线的控制系统概述与背景意义1.2.1基于PLC电镀生产线的控制系统的概述电镀行车生产线自动化的程度在德国、意大利、美国等国家的发展水平已经较高，而在我国尚处在发展阶段。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行业，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，对人的身心健康十分不利，而且人工操作随机性大，影响产品质量。采用PLC有较完善的诊断和自保护能力，可以增强系

7、统的抗干扰能力，提高系统的可靠性。1.2.2课题的选题背景 电镀就是利用电解的方式使金属或合金沉积在工件表面，以形成均匀、致密、结合力良好的金属层的过程。简单的理解，是物理和化学的变化和结合。一件电镀产品的质量除了要有好的成熟的电镀工艺和品质好的镀液添加剂外，如何保证电镀产品严格按照电镀工艺流程运行和保证产品的电镀时间则是决定电镀产品质量和品质的重要因素。在电镀生产线上采用自动化控制不但可以使电镀产品的质量和品质得到严格的保证，有效的减少废品率，而且还可以提高生产效率和减轻工人的劳动强度，有着非常好的经济效益和社会效益，电镀生产线上对行车的自动控制则是电镀生产线自动化控制的关键。用PLC辅以变

8、频器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。1.3控制对象的设计要求详述如摘要中所述，电镀的工作流程如图1.1：启动吊钩上升上限行程开关闭合右行至1号槽上方XK1行程开关闭合吊钩下降进入1号槽下限行程开关闭合电镀延时吊钩上升，由3号槽内吊钩上升，然后左行至左限位，吊钩下降至原位，即原位。按照要求，我们要实现以下工作方式：1、原位：表示设备处于初始状态，吊钩在下限位置，行车在左限位置。2、连续工作：当吊钩回到原点后，延时一段时间（装卸零

9、件），自动上升右行，按照工作流程要求不停的循环。3、 单周期工作：设备始于原点，按下启动按钮，设备工作一个周期，然后停于原点，要重复第二个工作周期，必须再按一下启动按钮。图1.1电镀的工作流程第2章 系统的硬件设计2.1 PLC机型选择 PLC机型选择的基本原则是满足控制系统的功能要求及保证可靠，维护方便的前提下，力争最佳的性能价格比，还要考虑控制系统的工艺改进后的系统升级的需要，更要兼顾控制系统的制作成本，选择是主要考虑以下几点：(1)可编程控制器的结构选择PLC的基本结构分整体式和模块式两种，整体式PLC的每一个I/O点的平均价格比模块式的便宜，且体积相对较小，一般用于小型控制系统中；而模

10、块式PLC的功能扩展灵活方便，在I/O点数输入点数与输出点数的比例，I/O模块的种类等方面选择余地大，且维护方便，一般用于复杂的控制系统。(2)I/O点数的确定一般来讲，可编程控制器控制系统的规模的大小是用输入，输出的点数来衡量的。在设计系统时，应准确统计I/O点数，并考虑今后调整和工艺改进的需要，一般为实际点数再加上10%20%的备用量。综上所述选择并根据课题要求所以所选PLC为三菱FX2N-48。2.2 I/O分配表及其端子接线图 在本次系统设计中，我们定义的I/O分配表如表2-1所示。将13个输入信号和5个输入信号按各自的功能类型分好，并与PLC的I/O点一一对应，编排地址如下表。数字量

11、扩展模块的地址分配是从最靠近CPU模块的数字量模块开始，在本机数字量地址的基础上从左到右按字节连续递增，本模块高位实际位数未满8位的，未用位不能分配给I/O链的后续模块，模拟量扩展模块的地址是从最靠近CPU模块的模拟量模块开始，在本机模拟量地址的基础上从左到右按字递增。我们定义的I/O端子接线图如图2-1所示。PLC控制系统的输出信号有5个，其中2个用于驱动吊钩电机正反转接触器KM1、KM2,2个用于驱动行车电机正反转接触器KM3、KM4，1个用于原位指示。表2.1 I/O分配表输入输出名称端口号功能名称端口号功能SB1X0启动按钮KM1Y0吊篮上升继电器SB2X1连续工作开关KM2Y1吊篮下

12、降继电器SQ0X2原位KM3Y2吊篮左行继电器SQ1X3XK1KM4Y3吊篮右行继电器SQ2X4XK2KM5Y4吊篮上下行制动继电器SQ3X5XK3KM6Y5吊篮左右行制动继电器SQ4X6左限位SQ5X7右限位SQ6X10上限位SQ7X11下限位图2.1 I/O端子接线图(这里需改下SQ8 SQ9不写，标注FX2N-48)2.3主电路的设计 图2.2 电镀生产线主电路图在本设计中，根据电镀生产线的工艺要求，只需用两台电机分别控制吊钩的上升、下降和行车的左行、右行。主电路如图2-2。图2-2中，按下启动按钮SB1，KM1、KM3得电，到达SQ6时KM1断电，KM5闭合制动2秒后断开，在到SQ1时

13、KM3断开KM6闭合制动1.5秒之后KM6断开，同时闭合KM2。到达SQ7时断开KM2闭合KM5同时计时11秒之后重复上述动作。当到达SQ5计时15秒之后闭合KM4、KM2，再次到达SQ6时断开KM2闭合KM52秒之后断开。当到达SQ0时断开KM4闭合KM6制动1.5秒同时闭合KM1回到原位。在整个过程中不能短路，所以KM1、KM2不能同时闭合，KM3、KM4不能同时闭合，KM6不能与KM3、KM4同时闭合，应此他们之间要互锁。2.4 电镀生产线的工作流程图我们根据设计要求绘制了整个系统的工作流程图，以便可以更清楚的认识该生产线的生产全过程，整个系统的工作流程图，如图2-3所示。行车动作无非就

14、是上下左右受控移动，按照指定的顺序(即动作表)完成一系列的动作。要求有几套动作表可以选择，动作可以静态修改，也可以在运行时由上位机动态修改。在这里，我们把行车的一个动作定义为：“到几号工位上升，再到几号工位下降”，或者是“延时几秒”，每个动作表由若干个动作字组成，放在PLC 的数据寄存器里，动作表由PLC程序初始化，也可以在运行时通过串行通讯由上位机读取和修改，PLC程序在运行时只是不断地解释和执行动作表。图2.3 电镀生产线工作流程图第3章 系统的软件设计3.1 PLC梯形图设计图3.1 梯形图3.2PLC的指令表3.3程序分析当按下启动按钮X0后，M3保持接通启动Y0和Y2，上升同时左行，

15、当上行到SQ6时X10得电Y0断开，同时在X10得电的上升沿接通Y4，T3同时Y4自锁，启动电磁抱闸制动Y4,1秒后停止上行。当左行到SQ1时X3得电，Y2断电同时Y1和M0得电，M0断开Y0一直被断开，Y1开始下行，在X3的点的上升沿接通Y5并自锁，启动能耗制动Y5,1.5秒后停止左行，当下行到SQ7时X11得电，断开Y1,在X11上升沿时接通Y4制动1秒，吊篮停止下行。因为此时X3,X11都得电所以T0接通。11秒后同时接通Y0和Y2,Y0、Y2动作SQ1复位，Y0、Y2就一直接通。当再次到达SQ6时Y0断电停止上升同时在上升沿启动Y4制动1.5秒后复位，当吊篮到达SQ2时，SQ2得电，X

16、4动作M0得电，Y2因此断电，同时在上升沿时启动Y5制动1秒后复位，同时Y1得电，吊篮下降，到达SQ7停止并启动T1计时12秒，如此循环下一个，当吊篮到3#槽停13秒之后，T4动作，先接通Y3，Y3自锁Y2被Y3互锁，吊篮向右上方运行，当上行到SQ6时Y4制动停止上升，SQ6得电此时M4接通M3断电直到到达SQ0,SQ0得电，X2动作，接通Y1,吊篮下行，到达SQ7时X11得电回到原点等待物件信号进行下一次循环。过限位保护：在到达SQ3时如果吊篮继续左行，当到达SQ4时即X6立即动作几桶Y3吊篮停止左行向右行驶返回原位。在吊篮又行到达SQ5时，即X7立即动作接通M2，M2接通Y2左行到原位。暂

17、停：在前进过程中需要暂停时按下X1按钮，X1的常闭断开，则Y0,Y1,Y2,Y3断电吊篮停止，当X1复位时X1断电，其常闭闭合，吊篮继续动作。3.4调试实现先通过计算机打开三菱FX2n-48的编程软件，将已编好的程序编入编程软件，检查无误点击转换按钮对程序进行转换，再将PLC与进算计联机，把PLC打在STOP状态，点击软件里的PLC按钮点击PLC存储器清除，再点击传送、写出，将程序写入PLC，然后是接线，将各个开关按钮和器件与PLC的I/O口相连，最后监控调试程序。通过对程序的编译调试，可以找出编程的一些语法上的错误，检查是否有双线圈输出，同时可以对程序改进以优化程序。结论电镀是一门具有悠久历

18、史的表面处理技术，近几年来，随着新的工艺技术方法，尤其是一些新的镀层材料和复合电镀技术的出现，极大扩展了这一项表面处理技术的应用。并使其成为现代表面工程技术的重要组成部分。那么，通过我们这次对电镀生产线控制系统的设计不仅让我们更多的了解到了电镀这个工艺的发展前景，而且让我们重新认识了用PLC来设计控制系统的使用价值，整个设计对我们即将走入社会的毕业生来讲是一次很大的锻炼，是我们对专业知识有了进一步的提高。 在该组成员的极力配合下，该电镀生产线控制系统的设计基本完成，在设计当中我们充分考虑到了操作的方便性，元件的实惠性和工艺的简单性。在设计当中我们的基本参考资料是基于教科书，再通过各种途径获取更

19、详细的资料设计该控制系统的。 PLC的编程是我们整个设计最主要的一部分，我们的编程是采用梯形图编程语言，所有的编写步骤和编写要点是严格按照课本要求和教科老师的指导来编写的，所以整个编写的过程是相当严谨的。而且我们编写程序之前对电镀生产线的工作流程做了详细的分析，每个步骤考虑都很严密，所以总的来说，这个系统的设计师比较好的。 但是在编写的过程中我们还是遇到了很多问题，这样的系统如果能够实际验证的话会很到程度上提高我们的动手能力。而且在编写过程中有一些小的细节我们也没有考虑到，如果说能够有足够的条件来调试的话能够大大提高我们系统的正确性。当然在以后的类似设计当中我们将会尽量的达到这些要求。感 想在实训的过程中，让我学到了许多东西，其中最主要的是PLC设计方法与应用。设计步骤是首先是我们要弄清楚设备的顺序运作，然后结合PLC知识在图纸上画出顺序功能图，将顺序功能图转变为梯形图，之后利用PLC 软件编程。在练习的时候，我们可以实现用编辑好的程序与自动分拣