畢業(yè)設(shè)計基于PLC的電鍍生產(chǎn)線控制設(shè)計

1、基于PLC的電鍍生產(chǎn)線控制設(shè)計摘 要隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，電鍍生產(chǎn)對控制的要求也不斷提高。本文通過對三菱FX2N-48PLC的介紹。實現(xiàn)了PLC對電鍍生產(chǎn)中電機的正反轉(zhuǎn)與制動的控制，并實現(xiàn)對電機的暫?？刂坪瓦^限位的保護。通過對控制要求的分析和查閱資料，本文已經(jīng)給出了具體的設(shè)計方法和步驟，設(shè)計出了完整的梯形圖，并通過對程序的調(diào)試進一步簡化了程序增強了程序的實用性。關(guān)鍵詞：三菱PL 異步電動機 能耗制動目錄前言第1章緒論1.1PLC的發(fā)展1.2電鍍生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)概述與背景1.2.1基于PLC電鍍生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)概述1.2.2課題選題背景1.3控制要求詳述第2章系統(tǒng)的硬件設(shè)計2.1PLC機型選擇2.

2、2 I/O分配表及其端子接線圖2.3主電路的設(shè)計2.4 電鍍生產(chǎn)線的工作流程圖第3章系統(tǒng)的軟件設(shè)計3.1PLC梯形圖設(shè)計 3.2PLC的指令表 3.3程序分析 3.4調(diào)試實現(xiàn)第4章結(jié)論感想?yún)⒖嘉墨I前言我們設(shè)計的工作過程是這樣的：在電鍍生產(chǎn)線左側(cè)，工人將零件裝入行車的吊籃并發(fā)出自動啟動信號，行車提升吊籃并自動前進。按工藝要求在需要停留的槽位停止，并自動下降。在停留一段時間后自動上升，如此完成工藝規(guī)定的每一道工序直至生產(chǎn)線末端，行車便自動返回原始位置，并由工人裝卸零件。一件電鍍產(chǎn)品的質(zhì)量除了要有好的成熟的電鍍工藝和品質(zhì)好的鍍液添加劑外，如何保證電鍍產(chǎn)品嚴格按照電鍍工藝流程運行和保證產(chǎn)品的電鍍時間則

3、是決定電鍍產(chǎn)品質(zhì)量和品質(zhì)的重要因素。在電鍍生產(chǎn)線上采用自動化控制不但可以使電鍍產(chǎn)品的質(zhì)量和品質(zhì)得到嚴格的保證，有效的減少廢品率，而且還可以提高生產(chǎn)效率和減輕工人的勞動強度，有著非常好的經(jīng)濟效益和社會效益，電鍍生產(chǎn)線上對行車的自動控制則是電鍍生產(chǎn)線自動化控制的關(guān)鍵。用PLC輔以變頻器對電鍍自動生產(chǎn)線行車進行自動控制，具有結(jié)構(gòu)簡單、編程方便、操作靈活、使用安全、工作穩(wěn)定、性能可靠和抗干擾能力強的特點，是一種很有效的自動控制方式，是電鍍生產(chǎn)實現(xiàn)高效、低成本、高質(zhì)量自動化生產(chǎn)的發(fā)展的主流方向。第1章 緒論1.1 PLC的發(fā)展二十世紀六十年代美國推出可編程邏輯控制器取代傳統(tǒng)繼電器控制裝置以來，PLC得到

4、了快速發(fā)展，在世界各地得到了廣泛應(yīng)用。同時，PLC的功能也不斷完善。隨著計算機技術(shù)、信號處理技術(shù)、控制技術(shù)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展和用戶需求的不斷提高，PLC在開關(guān)量處理的基礎(chǔ)上增加了模擬量處理和運動控制等功能。今天的PLC不再局限于邏輯控制，在運動控制、過程控制等領(lǐng)域也發(fā)揮著十分重要的作用。 PLC是由摸仿原繼電器控制原理發(fā)展起來的，二十世紀七十年代的PLC只有開關(guān)量邏輯控制，首先應(yīng)用的是汽車制造行業(yè)。它以存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和運算等操作的指令；并通過數(shù)字輸入和輸出操作，來控制各類機械或生產(chǎn)過程。用戶編制的控制程序表達了生產(chǎn)過程的工藝要求，并事先存入PLC的用戶程序存儲器中。運行

5、時按存儲程序的內(nèi)容逐條執(zhí)行，以完成工藝流程要求的操作。PLC的CPU內(nèi)有指示程序步存儲地址的程序計數(shù)器，在程序運行過程中，每執(zhí)行一步該計數(shù)器自動加1，程序從起始步（步序號為零）起依次執(zhí)行到最終步（通常為END指令），然后再返回起始步循環(huán)運算。PLC每完成一次循環(huán)操作所需的時間稱為一個掃描周期。不同型號的PLC，循環(huán)掃描周期在1微秒到幾十微秒之間。PLC用梯形圖編程，在解算邏輯方面，表現(xiàn)出快速的優(yōu)點，在微秒量級，解算1K邏輯程序不到1毫秒。它把所有的輸入都當成開關(guān)量來處理，16位（也有32位的）為一個模擬量。大型PLC使用另外一個CPU來完成模擬量的運算。把計算結(jié)果送給PLC的控制器。近10年來

6、，隨著PLC價格的不斷降低和用戶需求的不斷擴大，越來越多的中小設(shè)備開始采用PLC進行控制。1.2 電鍍生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)概述與背景意義1.2.1基于PLC電鍍生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)的概述電鍍行車生產(chǎn)線自動化的程度在德國、意大利、美國等國家的發(fā)展水平已經(jīng)較高，而在我國尚處在發(fā)展階段。中國經(jīng)濟的高速發(fā)展，工業(yè)化進程的不斷深化，為自動化行業(yè)的迅猛發(fā)展提供了廣闊的空間。電鍍行業(yè)是我國重要的加工行業(yè)，工業(yè)電鍍生產(chǎn)線工位多、生產(chǎn)復(fù)雜，同時在電鍍中，其氧化、酸洗、堿洗、電鍍等許多工藝具有嚴重的化學(xué)污染和腐蝕，對人的身心健康十分不利，而且人工操作隨機性大，影響產(chǎn)品質(zhì)量。采用PLC有較完善的診斷和自保護能力，可以增強系

7、統(tǒng)的抗干擾能力，提高系統(tǒng)的可靠性。1.2.2課題的選題背景 電鍍就是利用電解的方式使金屬或合金沉積在工件表面，以形成均勻、致密、結(jié)合力良好的金屬層的過程。簡單的理解，是物理和化學(xué)的變化和結(jié)合。一件電鍍產(chǎn)品的質(zhì)量除了要有好的成熟的電鍍工藝和品質(zhì)好的鍍液添加劑外，如何保證電鍍產(chǎn)品嚴格按照電鍍工藝流程運行和保證產(chǎn)品的電鍍時間則是決定電鍍產(chǎn)品質(zhì)量和品質(zhì)的重要因素。在電鍍生產(chǎn)線上采用自動化控制不但可以使電鍍產(chǎn)品的質(zhì)量和品質(zhì)得到嚴格的保證，有效的減少廢品率，而且還可以提高生產(chǎn)效率和減輕工人的勞動強度，有著非常好的經(jīng)濟效益和社會效益，電鍍生產(chǎn)線上對行車的自動控制則是電鍍生產(chǎn)線自動化控制的關(guān)鍵。用PLC輔以變

8、頻器對電鍍自動生產(chǎn)線行車進行自動控制，具有結(jié)構(gòu)簡單、編程方便、操作靈活、使用安全、工作穩(wěn)定、性能可靠和抗干擾能力強的特點，是一種很有效的自動控制方式，是電鍍生產(chǎn)實現(xiàn)高效、低成本、高質(zhì)量自動化生產(chǎn)的發(fā)展方向。1.3控制對象的設(shè)計要求詳述如摘要中所述，電鍍的工作流程如圖1.1：啟動吊鉤上升上限行程開關(guān)閉合右行至1號槽上方XK1行程開關(guān)閉合吊鉤下降進入1號槽下限行程開關(guān)閉合電鍍延時吊鉤上升，由3號槽內(nèi)吊鉤上升，然后左行至左限位，吊鉤下降至原位，即原位。按照要求，我們要實現(xiàn)以下工作方式：1、原位：表示設(shè)備處于初始狀態(tài)，吊鉤在下限位置，行車在左限位置。2、連續(xù)工作：當?shù)蹉^回到原點后，延時一段時間（裝卸零

9、件），自動上升右行，按照工作流程要求不停的循環(huán)。3、 單周期工作：設(shè)備始于原點，按下啟動按鈕，設(shè)備工作一個周期，然后停于原點，要重復(fù)第二個工作周期，必須再按一下啟動按鈕。圖1.1電鍍的工作流程第2章 系統(tǒng)的硬件設(shè)計2.1 PLC機型選擇 PLC機型選擇的基本原則是滿足控制系統(tǒng)的功能要求及保證可靠，維護方便的前提下，力爭最佳的性能價格比，還要考慮控制系統(tǒng)的工藝改進后的系統(tǒng)升級的需要，更要兼顧控制系統(tǒng)的制作成本，選擇是主要考慮以下幾點：(1)可編程控制器的結(jié)構(gòu)選擇PLC的基本結(jié)構(gòu)分整體式和模塊式兩種，整體式PLC的每一個I/O點的平均價格比模塊式的便宜，且體積相對較小，一般用于小型控制系統(tǒng)中；而模

10、塊式PLC的功能擴展靈活方便，在I/O點數(shù)輸入點數(shù)與輸出點數(shù)的比例，I/O模塊的種類等方面選擇余地大，且維護方便，一般用于復(fù)雜的控制系統(tǒng)。(2)I/O點數(shù)的確定一般來講，可編程控制器控制系統(tǒng)的規(guī)模的大小是用輸入，輸出的點數(shù)來衡量的。在設(shè)計系統(tǒng)時，應(yīng)準確統(tǒng)計I/O點數(shù)，并考慮今后調(diào)整和工藝改進的需要，一般為實際點數(shù)再加上10%20%的備用量。綜上所述選擇并根據(jù)課題要求所以所選PLC為三菱FX2N-48。2.2 I/O分配表及其端子接線圖 在本次系統(tǒng)設(shè)計中，我們定義的I/O分配表如表2-1所示。將13個輸入信號和5個輸入信號按各自的功能類型分好，并與PLC的I/O點一一對應(yīng)，編排地址如下表。數(shù)字量

11、擴展模塊的地址分配是從最靠近CPU模塊的數(shù)字量模塊開始，在本機數(shù)字量地址的基礎(chǔ)上從左到右按字節(jié)連續(xù)遞增，本模塊高位實際位數(shù)未滿8位的，未用位不能分配給I/O鏈的后續(xù)模塊，模擬量擴展模塊的地址是從最靠近CPU模塊的模擬量模塊開始，在本機模擬量地址的基礎(chǔ)上從左到右按字遞增。我們定義的I/O端子接線圖如圖2-1所示。PLC控制系統(tǒng)的輸出信號有5個，其中2個用于驅(qū)動吊鉤電機正反轉(zhuǎn)接觸器KM1、KM2,2個用于驅(qū)動行車電機正反轉(zhuǎn)接觸器KM3、KM4，1個用于原位指示。表2.1 I/O分配表輸入輸出名稱端口號功能名稱端口號功能SB1X0啟動按鈕KM1Y0吊籃上升繼電器SB2X1連續(xù)工作開關(guān)KM2Y1吊籃下

12、降繼電器SQ0X2原位KM3Y2吊籃左行繼電器SQ1X3XK1KM4Y3吊籃右行繼電器SQ2X4XK2KM5Y4吊籃上下行制動繼電器SQ3X5XK3KM6Y5吊籃左右行制動繼電器SQ4X6左限位SQ5X7右限位SQ6X10上限位SQ7X11下限位圖2.1 I/O端子接線圖(這里需改下SQ8 SQ9不寫，標注FX2N-48)2.3主電路的設(shè)計 圖2.2 電鍍生產(chǎn)線主電路圖在本設(shè)計中，根據(jù)電鍍生產(chǎn)線的工藝要求，只需用兩臺電機分別控制吊鉤的上升、下降和行車的左行、右行。主電路如圖2-2。圖2-2中，按下啟動按鈕SB1，KM1、KM3得電，到達SQ6時KM1斷電，KM5閉合制動2秒后斷開，在到SQ1時

13、KM3斷開KM6閉合制動1.5秒之后KM6斷開，同時閉合KM2。到達SQ7時斷開KM2閉合KM5同時計時11秒之后重復(fù)上述動作。當?shù)竭_SQ5計時15秒之后閉合KM4、KM2，再次到達SQ6時斷開KM2閉合KM52秒之后斷開。當?shù)竭_SQ0時斷開KM4閉合KM6制動1.5秒同時閉合KM1回到原位。在整個過程中不能短路，所以KM1、KM2不能同時閉合，KM3、KM4不能同時閉合，KM6不能與KM3、KM4同時閉合，應(yīng)此他們之間要互鎖。2.4 電鍍生產(chǎn)線的工作流程圖我們根據(jù)設(shè)計要求繪制了整個系統(tǒng)的工作流程圖，以便可以更清楚的認識該生產(chǎn)線的生產(chǎn)全過程，整個系統(tǒng)的工作流程圖，如圖2-3所示。行車動作無非就

14、是上下左右受控移動，按照指定的順序(即動作表)完成一系列的動作。要求有幾套動作表可以選擇，動作可以靜態(tài)修改，也可以在運行時由上位機動態(tài)修改。在這里，我們把行車的一個動作定義為：“到幾號工位上升，再到幾號工位下降”，或者是“延時幾秒”，每個動作表由若干個動作字組成，放在PLC 的數(shù)據(jù)寄存器里，動作表由PLC程序初始化，也可以在運行時通過串行通訊由上位機讀取和修改，PLC程序在運行時只是不斷地解釋和執(zhí)行動作表。圖2.3 電鍍生產(chǎn)線工作流程圖第3章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計3.1 PLC梯形圖設(shè)計圖3.1 梯形圖3.2PLC的指令表3.3程序分析當按下啟動按鈕X0后，M3保持接通啟動Y0和Y2，上升同時左行，

15、當上行到SQ6時X10得電Y0斷開，同時在X10得電的上升沿接通Y4，T3同時Y4自鎖，啟動電磁抱閘制動Y4,1秒后停止上行。當左行到SQ1時X3得電，Y2斷電同時Y1和M0得電，M0斷開Y0一直被斷開，Y1開始下行，在X3的點的上升沿接通Y5并自鎖，啟動能耗制動Y5,1.5秒后停止左行，當下行到SQ7時X11得電，斷開Y1,在X11上升沿時接通Y4制動1秒，吊籃停止下行。因為此時X3,X11都得電所以T0接通。11秒后同時接通Y0和Y2,Y0、Y2動作SQ1復(fù)位，Y0、Y2就一直接通。當再次到達SQ6時Y0斷電停止上升同時在上升沿啟動Y4制動1.5秒后復(fù)位，當?shù)趸@到達SQ2時，SQ2得電，X

16、4動作M0得電，Y2因此斷電，同時在上升沿時啟動Y5制動1秒后復(fù)位，同時Y1得電，吊籃下降，到達SQ7停止并啟動T1計時12秒，如此循環(huán)下一個，當?shù)趸@到3#槽停13秒之后，T4動作，先接通Y3，Y3自鎖Y2被Y3互鎖，吊籃向右上方運行，當上行到SQ6時Y4制動停止上升，SQ6得電此時M4接通M3斷電直到到達SQ0,SQ0得電，X2動作，接通Y1,吊籃下行，到達SQ7時X11得電回到原點等待物件信號進行下一次循環(huán)。過限位保護：在到達SQ3時如果吊籃繼續(xù)左行，當?shù)竭_SQ4時即X6立即動作幾桶Y3吊籃停止左行向右行駛返回原位。在吊籃又行到達SQ5時，即X7立即動作接通M2，M2接通Y2左行到原位。暫

17、停：在前進過程中需要暫停時按下X1按鈕，X1的常閉斷開，則Y0,Y1,Y2,Y3斷電吊籃停止，當X1復(fù)位時X1斷電，其常閉閉合，吊籃繼續(xù)動作。3.4調(diào)試實現(xiàn)先通過計算機打開三菱FX2n-48的編程軟件，將已編好的程序編入編程軟件，檢查無誤點擊轉(zhuǎn)換按鈕對程序進行轉(zhuǎn)換，再將PLC與進算計聯(lián)機，把PLC打在STOP狀態(tài)，點擊軟件里的PLC按鈕點擊PLC存儲器清除，再點擊傳送、寫出，將程序?qū)懭隤LC，然后是接線，將各個開關(guān)按鈕和器件與PLC的I/O口相連，最后監(jiān)控調(diào)試程序。通過對程序的編譯調(diào)試，可以找出編程的一些語法上的錯誤，檢查是否有雙線圈輸出，同時可以對程序改進以優(yōu)化程序。結(jié)論電鍍是一門具有悠久歷

18、史的表面處理技術(shù)，近幾年來，隨著新的工藝技術(shù)方法，尤其是一些新的鍍層材料和復(fù)合電鍍技術(shù)的出現(xiàn)，極大擴展了這一項表面處理技術(shù)的應(yīng)用。并使其成為現(xiàn)代表面工程技術(shù)的重要組成部分。那么，通過我們這次對電鍍生產(chǎn)線控制系統(tǒng)的設(shè)計不僅讓我們更多的了解到了電鍍這個工藝的發(fā)展前景，而且讓我們重新認識了用PLC來設(shè)計控制系統(tǒng)的使用價值，整個設(shè)計對我們即將走入社會的畢業(yè)生來講是一次很大的鍛煉，是我們對專業(yè)知識有了進一步的提高。 在該組成員的極力配合下，該電鍍生產(chǎn)線控制系統(tǒng)的設(shè)計基本完成，在設(shè)計當中我們充分考慮到了操作的方便性，元件的實惠性和工藝的簡單性。在設(shè)計當中我們的基本參考資料是基于教科書，再通過各種途徑獲取更

19、詳細的資料設(shè)計該控制系統(tǒng)的。 PLC的編程是我們整個設(shè)計最主要的一部分，我們的編程是采用梯形圖編程語言，所有的編寫步驟和編寫要點是嚴格按照課本要求和教科老師的指導(dǎo)來編寫的，所以整個編寫的過程是相當嚴謹?shù)摹６椅覀兙帉懗绦蛑皩﹄婂兩a(chǎn)線的工作流程做了詳細的分析，每個步驟考慮都很嚴密，所以總的來說，這個系統(tǒng)的設(shè)計師比較好的。 但是在編寫的過程中我們還是遇到了很多問題，這樣的系統(tǒng)如果能夠?qū)嶋H驗證的話會很到程度上提高我們的動手能力。而且在編寫過程中有一些小的細節(jié)我們也沒有考慮到，如果說能夠有足夠的條件來調(diào)試的話能夠大大提高我們系統(tǒng)的正確性。當然在以后的類似設(shè)計當中我們將會盡量的達到這些要求。感 想在實訓(xùn)的過程中，讓我學(xué)到了許多東西，其中最主要的是PLC設(shè)計方法與應(yīng)用。設(shè)計步驟是首先是我們要弄清楚設(shè)備的順序運作，然后結(jié)合PLC知識在圖紙上畫出順序功能圖，將順序功能圖轉(zhuǎn)變?yōu)樘菪螆D，之后利用PLC 軟件編程。在練習的時候，我們可以實現(xiàn)用編輯好的程序與自動分揀