電氣控制技術(shù)課程設(shè)計(jì)-電鍍車間專用行車PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

電氣控制技術(shù)課程設(shè)計(jì)說明書電鍍車間專用行車PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)系、部：電氣與信息工程系學(xué)生姓名：指導(dǎo)教師：職稱教授專業(yè)：自動化班級：自本0803班完成時間：2011-11-11摘要通過對可編程邏輯器（PLC）進(jìn)行軟件編程，通過子程序的調(diào)用的方法對電鍍行車關(guān)于不同的槽位進(jìn)行選擇性行車。從而實(shí)現(xiàn)電鍍程序的預(yù)選功能。通過設(shè)計(jì)電機(jī)控制主電路，PLC外部接線等一些必要的硬件電路的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)電鍍車間專用行車的專用硬件電路。通過軟件和硬件電路的結(jié)合，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了電鍍車間專用行車系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。關(guān)鍵詞可編程控制器；電鍍行車；硬件設(shè)計(jì)；軟件設(shè)計(jì)ABSTRACTThroughtotheprogrammablelogiccontroller(PLC)softwareprogramming,throughthesubroutinecallsthemethodofdrivingaboutdifferentplatingslotsforselectivedriving.Soastorealizetheelectroplatingprocessprimaryfunction.Throughthedesignofmaincircuitmotorcontrol,PLCexternalconnectionandothers,somenecessaryhardwarecircuitdesign,realizationofelectroplatingworkshopspecialdrivingspecialhardwarecircuit.Throughthecombinationofsoftwareandhardwarecircuit,electroplatingworkshopdesignedspecialdrivingsystemdesign.KeywordsProgrammablecontroller;Electroplatingdriving;Thehardwaredesign;Softwaredesign

目錄1緒論 101.1PLC概述 101.2電鍍生產(chǎn)線的系統(tǒng)簡介 101.3可編程序控制器的基本結(jié)構(gòu)及工作原理 111.4PLC的技術(shù)參數(shù) 121.5電鍍車間行車PLC控制的電氣要求 121.5.1拖動系統(tǒng) 121.5.2設(shè)計(jì)要求 121.5.3設(shè)計(jì)任務(wù) 13 132總體方案設(shè)計(jì) 142.1行車動作設(shè)計(jì) 142.2總體方案選擇 15拖動方案選擇 15 15信號檢測裝置選擇 15 15工作方式方案選擇 16保護(hù)方案選擇 16 163主電路設(shè)計(jì) 173.1控制電機(jī)主電路 174PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 184.1PLC的選型 184.2PLC主機(jī)資源分配 194.3PLC外部接線圖 204.4控制梯形圖 214.5語句表 254.6測試調(diào)試 285參考文獻(xiàn) 30致謝 31

1緒論1.1PLC概述PLC是一個以微處理器為核心的數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)裝置，專為在工業(yè)入、輸出接口，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。PLC是微機(jī)技術(shù)與傳統(tǒng)的繼電接觸控制技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，它克服了繼電接觸控制系統(tǒng)中的機(jī)械觸點(diǎn)的接線復(fù)雜、可靠性低、功耗高、通用性和靈活性差的缺點(diǎn)，充分利用了微處理器的優(yōu)點(diǎn)，又照顧到現(xiàn)場電氣操作維修人員的技能與習(xí)慣，采用了一套以繼電器梯形圖為基礎(chǔ)的簡單指令形式，使用戶程序編制形象、直觀、方便易學(xué)；調(diào)試與查錯也都很方便。PLC的特點(diǎn)：可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)；套齊全，功能完善，適用性強(qiáng)；易學(xué)易用，深受工程技術(shù)人員歡迎；系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、建造工作量小，維護(hù)方便，容易改造；體積小，重量輕，能耗低；PLC的應(yīng)用領(lǐng)域：目前，PLC在國內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機(jī)械制造、汽車、輕紡、交通運(yùn)輸、環(huán)保及文化娛樂等各個行業(yè)，使用情況大致可歸納為如下幾類。PLC的國內(nèi)外狀況：我國可編程控制器的引進(jìn)、應(yīng)用、研制、生產(chǎn)是伴隨著改革開放開始的。最初是在引進(jìn)設(shè)備中大量使用了可編程控制器。接下來在各種企業(yè)的生產(chǎn)設(shè)備及產(chǎn)品中不斷擴(kuò)大了PLC的應(yīng)用。目前，我國自己已可以生產(chǎn)中小型可編程控制器，可以預(yù)期，隨著我國現(xiàn)代化進(jìn)程的深入，PLC在我國將有更廣闊的應(yīng)用天地。1.2電鍍生產(chǎn)線的系統(tǒng)簡介現(xiàn)有的電鍍生產(chǎn)工藝，生產(chǎn)工藝數(shù)據(jù)輸入十分繁瑣，現(xiàn)場操作人員眾多、勞動強(qiáng)度大，極易造成生產(chǎn)工藝參數(shù)、生產(chǎn)數(shù)量、掛具匹配錯誤。為了達(dá)到提高電鍍生產(chǎn)線的自動化生產(chǎn)水平，實(shí)現(xiàn)對電鍍生產(chǎn)的實(shí)時監(jiān)控，提高生產(chǎn)效率、生產(chǎn)的安全性，提高產(chǎn)品的性能，在電鍍生產(chǎn)線中引入RFID技術(shù)，即無線射頻技術(shù)對整個電鍍生產(chǎn)流程進(jìn)行監(jiān)控.目前對于制造業(yè)企業(yè)，特別是對零配件生產(chǎn)能夠大大解決生產(chǎn)問題，市場需求量大1.3可編程序控制器的基本結(jié)構(gòu)及工作原理PLC種類繁多，但其組成結(jié)構(gòu)和工作原理基本相同。用可編程序控制器實(shí)施控制，其實(shí)質(zhì)是按一定算法進(jìn)行輸入輸出變換，并將這個變換予以物理實(shí)現(xiàn)，應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場。PLC專為工業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用而設(shè)計(jì)，采用了典型的計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)，它主要是由CPU、電源、存儲器和專門設(shè)計(jì)的輸入輸出接口電路等組成。PLC的結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。圖1PLC單元式結(jié)構(gòu)

1.4PLC的技術(shù)參數(shù)一般技術(shù)參數(shù)主要是指PLC產(chǎn)品的工作條件與一般工作環(huán)境的適應(yīng)程度。PLC是專為工業(yè)控制設(shè)計(jì)的，充分考慮了工業(yè)環(huán)境種種惡劣因數(shù)。其技術(shù)指標(biāo)如表1所示。表1PLC的一般技術(shù)參數(shù)環(huán)境溫度0～55℃環(huán)境濕度35%～89%RH（不結(jié)露）抗振JISC0911標(biāo)準(zhǔn)10～（最大2G）3軸方向各2h抗沖擊JISC0912標(biāo)準(zhǔn)10G3軸方向各3次抗噪聲干擾用噪聲仿真器產(chǎn)生電壓為1000Vp-p,噪聲脈沖寬度為1μs,頻率為30～100Hz噪聲，在此噪聲干擾下PLC正常工作耐壓AC1500V1min絕緣電阻5M以上，DC500V接地第三種接地，不能接地時，亦可浮空使用環(huán)境禁止腐蝕性氣體，嚴(yán)禁塵埃1.5電鍍車間行車PLC控制的電氣要求拖動系統(tǒng)專用行車的小車、大車和升降運(yùn)動均采用三相交流異步電動機(jī)（Y802-4，0.75kW、2A、1390r/min、380V）分別拖動，并采用一級機(jī)械減速。設(shè)計(jì)要求（1）控制裝置具有程序預(yù)選功能（按電鍍工藝確定需要停留工位），一旦程序選定，除上、下裝卸零件，整個電鍍工藝應(yīng)能自動進(jìn)行。（2）前后運(yùn)動和升降運(yùn)動要求準(zhǔn)確停位，前后、左右、升降運(yùn)動之間有聯(lián)鎖作用。（3）采用遠(yuǎn)距離控制，整機(jī)電源及各種動作要有相應(yīng)指示。（4）應(yīng)有極限位置保護(hù)和其它必要的電氣保護(hù)措施。設(shè)計(jì)任務(wù)（1）根據(jù)控制要求設(shè)計(jì)程序及必要的硬件系統(tǒng)。（2）PLC選擇及I/O及其它PLC元器件分配。（3）選擇電器元件，編制元件目錄表。（4）繪制梯形圖。（5）用計(jì)算機(jī)繪制主電路圖、PLC控制電路圖、電器元件布置圖。6．編寫設(shè)計(jì)說明書及設(shè)計(jì)小結(jié)。目前市場上面主流的控制方式包括。PLC、單片機(jī)、DSP、FPGA、RPC等。其中DSP為精密微控制器，工作環(huán)境要求高，在電鍍車間的復(fù)雜環(huán)境中有很大的限制，單片機(jī)雖然使用的環(huán)境可以適應(yīng)服裝的環(huán)境，但是由于起本身的資源限制，不能滿足稍微復(fù)雜的控制要求。FPGA是通過硬件語言設(shè)計(jì)其控制功能的，因此不容易為其賦予復(fù)雜的控制算法，并且也不容易實(shí)現(xiàn)一些數(shù)學(xué)運(yùn)算，并且其也是精密的微電子器件，對工作的環(huán)境有很高的要求。PRC工業(yè)控制機(jī)，只能對特定的控制系統(tǒng)進(jìn)行控制，并且成本也很高，需要的外部輔助器件太多。采用PLC對電鍍專用行車進(jìn)行自動控制，簡化了電氣控制系統(tǒng)的硬件和接線，減小了控制器的體積，進(jìn)步了控制系統(tǒng)的靈活性，同時，PLC有較完善自診斷和自保護(hù)能力，可以增強(qiáng)系統(tǒng)的抗干擾能力，進(jìn)步系統(tǒng)的可靠性，應(yīng)用表明，PLC在舊電動行車的自動化改造和新型電動行車的設(shè)計(jì)中，有廣泛的應(yīng)用遠(yuǎn)景?？删幊炭刂破魇?0年代以來，計(jì)算機(jī)迅速發(fā)展在產(chǎn)業(yè)控制領(lǐng)域?qū)樞蚩刂朴兄卮笠饬x的一種新興技術(shù)，由于它編程直接，方便，抗干擾能力強(qiáng)，產(chǎn)業(yè)控制中幾乎所有的順序控制都可簡單地由它完成，因而其應(yīng)用愈來愈廣泛。電動行車是現(xiàn)代化生產(chǎn)中用于物料輸送的重要設(shè)備，傳統(tǒng)的控制方式下，大都采用人工操縱的半自動控制方式，在很多場合，為了進(jìn)步工作效率，促進(jìn)生產(chǎn)自動化和減輕勞動強(qiáng)度，往往需要實(shí)現(xiàn)電動行車的自動化控制，實(shí)現(xiàn)自動化控制，可以使行車能夠按照預(yù)定順序和控制要求，自動完成一系列的工作。

2總體方案設(shè)計(jì)2.1行車動作設(shè)計(jì)總體方案是通過控制三臺電動機(jī)，控制行車的前進(jìn)后退到達(dá)不同的電鍍槽位，上行下行實(shí)現(xiàn)電鍍過程，以及必要的時候做左右的調(diào)整。選擇功能的實(shí)現(xiàn)是通過選擇不同的旋動開關(guān)，以使行車在選擇的不同的槽位停止去實(shí)行電鍍的動作，以下圖2是設(shè)計(jì)方案的行車動作流程圖。圖2行車動作流程圖2.2總體方案選擇拖動方案選擇由于行車的動作具有很好的可控制性，并且需要迅速頻繁的連續(xù)開關(guān)電機(jī)。電鍍過程中會電鍍槽有熱量產(chǎn)生，并且電鍍槽里面的電鍍液不能有其他的雜志存在，再有就是由于現(xiàn)在變頻器的迅速發(fā)展，為交流三相電機(jī)的無級調(diào)速的實(shí)現(xiàn)成為可能，因此就不選擇使用液壓馬達(dá)做為拖動，而采用三相異步電動機(jī)做拖動。為實(shí)現(xiàn)不同的槽位的精準(zhǔn)位置停車，設(shè)計(jì)采用自帶剎車的電機(jī)。既可以節(jié)約左右制動用的接觸器等器件也可以節(jié)約能耗制動的能量。而且使用接近開關(guān)代替行程開關(guān)，以獲得更多的反應(yīng)時間，然后在程序中使用一定的延時，保證行車的精準(zhǔn)位置停車，并且使掛件不會因?yàn)檫\(yùn)動的慣性，而發(fā)生撞擊的事故或者其他的意外。在平移過程中上下行的電機(jī)采用抱閘制動（失電保持型），以防止吊籃因?yàn)樽灾叵禄瑢?dǎo)致事故。對于防止運(yùn)行在不同的位置停電或者是其他的原因停車，而不能重新啟動的事情發(fā)生，我采用了上下行和平移的點(diǎn)動操作。槽位選擇設(shè)計(jì)的方案選擇不同的槽位選擇，在啟動電機(jī)以前要通過旋動開關(guān)的關(guān)閉選擇好，由于設(shè)計(jì)的行車是上料點(diǎn)和下料點(diǎn)分開，就不用考慮行車在中途就需要返回。只要在不同的槽位前面通過程序的設(shè)計(jì)就可以實(shí)現(xiàn)行車只在選擇的位置停車以及發(fā)生電鍍的要求。于是我設(shè)計(jì)采用調(diào)用子程序的方法來做的槽位選擇。信號檢測裝置選擇在每一個槽位之前使用接近開關(guān)，可以比行程開關(guān)做到更加精準(zhǔn)的停車，在左右平移的前后上限位置也使用接近開關(guān)，給PLC更多的反應(yīng)時間做到前后限位的保護(hù)。每個槽位電鍍都做了上下限的行程開關(guān)。方便控制電鍍過程的電機(jī)動作。由于上下動作的時候速度很慢，為了節(jié)約輸入點(diǎn)和開關(guān)數(shù)量以及成本，就沒有添加上下限保護(hù)的開關(guān)，因此為了保證上下行后行車在固定的導(dǎo)軌上面。上限位置的行程開關(guān)應(yīng)該裝在適當(dāng)?shù)奈恢?。指示顯示方案選擇在不同的槽位前面添加到位提示，給原點(diǎn)和下料點(diǎn)增加光指示，給電機(jī)前進(jìn)運(yùn)行的時候增加光指示。以保證可以通過光指示可以很好的了解行車的運(yùn)行狀況。工作方式方案選擇由于使用PLC對電鍍行車做控制的初衷就是為了使工作流程自動運(yùn)行，是實(shí)際工作的時候因?yàn)橐恍┩庠诘囊蛩兀裾饎?，人為，以及行車動作的慣性等，許多的時候需要對其做一些手動的調(diào)整，因此工作方式，既可以通過PLC使其自動運(yùn)行，也可以通過人工的手動，對其進(jìn)行手動的調(diào)整。保護(hù)方案選擇在主電路以及整流濾波電路中裝設(shè)熔斷器保護(hù)。給指示燈增加限流電阻做保護(hù)。給每一臺電動機(jī)裝設(shè)熱繼電器保護(hù)電機(jī)以及主電路。本題的主要的一個思想，或者說是難點(diǎn)就是選擇不同的開關(guān)實(shí)現(xiàn)不同的動作。因此我采用了使用調(diào)用子程序的方法。給每一個不同的槽位制定一個不同的子程序。因此拓展功能很強(qiáng)大，我可以根據(jù)不同的要求通過給子程序賦予不同的值或者改變子程序，就非常容易的給不同的電鍍件，賦予不同的電鍍要求~下圖3即為一個子程序調(diào)用的流程框圖。圖3子程序調(diào)用流程框圖

3主電路設(shè)計(jì)3.1控制電機(jī)主電路電機(jī)采用3臺三相交流異步電動機(jī)（Y802-4，0.75kW、2A、1390r/min、380V采用帶剎車的型號），電機(jī)驅(qū)動行車的前進(jìn)后退，上升下降動作。以及一臺電機(jī)，在萬一需要左右的調(diào)整的時候，通過電機(jī)的點(diǎn)動做調(diào)整。主電路設(shè)計(jì)包括了，過流過載保護(hù)，交流接觸器的觸頭驅(qū)動電機(jī)電路。通過主電路供給的三相交流電其中的2相，通過整流濾波后產(chǎn)生24V直流電，既可以供給PLC的直流24V供電回路的電源，也在有必要的時候給電路增加能耗制動提供24V的直流電源。如下圖4所示。圖4電機(jī)控制主電路圖

4PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)4.1PLC的選型FX系列PLC由基本單元、擴(kuò)展單元、擴(kuò)展模塊及特殊功能單元組成?；締卧–PU、存儲器、輸入輸出口及電源，是PLC的主要部分。擴(kuò)展單元是用于增加I/O點(diǎn)數(shù)的裝置，內(nèi)部沒有電源。擴(kuò)展模塊用語增加I/O點(diǎn)數(shù)及改變I/O比例，內(nèi)部無電源，由基本單元或擴(kuò)展單元供電。因擴(kuò)展單元及擴(kuò)展模塊無CPU，因此必須與基本單元一起使用。特殊功能單元是一些專門用途的裝置，如位置控制模塊、模擬量控制模塊、計(jì)算機(jī)通訊模塊等等。PLC的選型在PLC的應(yīng)用設(shè)計(jì)當(dāng)中非常的重要，目前在國內(nèi)外生產(chǎn)的PLC種類很多，在選用PLC時應(yīng)考慮以下幾點(diǎn)：1.規(guī)模要適當(dāng)輸入、輸出點(diǎn)數(shù)以及軟件對PLC的功能及指令要求是選擇PLC機(jī)型規(guī)模大小的重要依據(jù)。首先要有足夠的輸入、輸出點(diǎn)數(shù)，并留有一定的裕量（百分之十的備用量）。如果只是為了實(shí)現(xiàn)單機(jī)自動化，或者機(jī)電一體化產(chǎn)品，可選用小型的PLC。如果控制系統(tǒng)較大，輸入、輸出點(diǎn)數(shù)較多，被控設(shè)備較分散的，可選用中型或大型的PLC。2.功能要相當(dāng)，結(jié)構(gòu)要合理對于以開關(guān)量進(jìn)行控制的系統(tǒng)，一般的低檔機(jī)就能滿足要求。對于以開關(guān)量控制為主，帶少量模擬量控制的系統(tǒng)，應(yīng)選用帶A/D、D/A轉(zhuǎn)換，加減運(yùn)算，數(shù)據(jù)傳送的低檔機(jī)。對于控制比較復(fù)雜，控制性能較高的系統(tǒng)，應(yīng)選用中檔或高檔機(jī)。根據(jù)以上對PLC的選型要求的嚴(yán)格分析，再對照我們所設(shè)計(jì)的電鍍生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)的具體分析，我們所選用的控制系統(tǒng)是三菱公司的FX2N-32MR-001，I/O點(diǎn)數(shù)各為16點(diǎn)，便可以滿足其控制要求，且有一定的裕量。根據(jù)該專用行車的控制要求，其輸進(jìn)/輸出及控制信號共有39個，其輸進(jìn)信號25個，輸出信號14個，實(shí)際使用時，系統(tǒng)的輸入輸出都為開關(guān)控制量，加上10%－15%的余量就可以了，并無其他特殊控制模塊的需要。由于其開關(guān)頻率不是很高，外部驅(qū)動的只是控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)以及開關(guān)。因此采用晶體管輸出的方式。綜上所述，擬采用三菱公司的FX2N-64MR型PLC，如果需要增加一些槽位的時候可以再配用適當(dāng)?shù)耐卣箚卧?，以滿足需要的更多的輸入輸出點(diǎn)。4.2PLC主機(jī)資源分配根據(jù)選用三菱FX2N-64MRPLC主機(jī)。輸入輸出各32點(diǎn)。以下表2為IO分配表。表2PLC主機(jī)IO分配表

4.3PLC外部接線圖使用AltiumDesigner軟件（繪制電路板的軟件），通過把一些電氣元件的符號，制作成每一個庫文件，通過必要的操作制作成以下的PLC主機(jī)接線圖，如下圖5所示圖5PLC外部接線圖4.4控制梯形圖

4.5語句表4.6測試調(diào)試由于時間有限，在去實(shí)驗(yàn)室測試一次發(fā)現(xiàn)問題后，就一直沒有去再去測試了，只是使用專用PLC仿真模擬軟件對程序進(jìn)行了基本的模擬。模擬結(jié)果如下。測試結(jié)果一：下圖所示為調(diào)用子程序的時候的狀態(tài)模擬，當(dāng)行車到達(dá)有預(yù)置的槽位一的時候調(diào)用子程序P1。執(zhí)行完子程序?qū)崿F(xiàn)的電鍍過程的模擬過程后，返回到第20步程序，準(zhǔn)備到達(dá)下一個預(yù)置槽位，調(diào)用相對應(yīng)的子程序。操作說明：預(yù)置旋動開關(guān)X6閉合，并且接近開關(guān)X7閉合（既是行車到達(dá)了1槽位）。調(diào)用相對應(yīng)的子程序，既是執(zhí)行電鍍過程。測試結(jié)果二：下圖所示，當(dāng)?shù)谝粋€預(yù)置槽位過了以后，到達(dá)第二個槽位，自動調(diào)用P2子程序。符合題目自動運(yùn)行的要求。測試結(jié)果三：如下圖所示，為電鍍過程中子程序?qū)崿F(xiàn)的電鍍模擬過程，原本設(shè)計(jì)的時候是希望。電鍍過程可以自行設(shè)定，但是由于時間有限并且所學(xué)的知識有限，于是我設(shè)計(jì)的時候定時器什么的就固定死了，從而電鍍的過程是通過子程序模擬死了的。沒有制作的非常的智能和人性化。操作說明：X7接近開關(guān)到達(dá)，執(zhí)行電機(jī)下降，并且制動。當(dāng)?shù)竭_(dá)下限X11的時候停止制動并且啟動電鍍定時器，定時器時間到，電機(jī)上行，并且到達(dá)上限停，并且電