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电镀自动线控制系统设计研究


江苏财经职业技术学院 综合毕业实践说明书(论文)

标题:电镀自动线控制系统设计研究

系 专 学 姓

别: 业: 号: 名:

机械与电子工程系 机电一体化技术 1011101212 韦玉军 杨怀林

指导教师:

2013 年 6 月 2 日

摘 要
行车用在机械升降和移动物体并且在近距离内使用,是运输材料的重要设备,因为 其具有极高的便利性,所以在工厂内被广泛的应用,对提高劳动生产率起着重要作用。 行车设计实现了三维的运动,并且精确定位,方便远程控制,按照其设定的要求自动完 成需要的任务。在低压电气控制模式设计和控制电路的设计中,力求做到布局合理,排 列均匀,有对防护示意位置限制和必要的电气保护措施,其中系统软件和硬件设计部分 是重点,并给出了系统的硬件接线图,PLC 控制 I / O 端口分配表和程序的总体流程等, 实现了电镀生产自动化,提高生产效率和降低了劳动强度,从而提高了企业的利润并且 劳动者的安全得到了保障。 该生产线的控制系统使用较方便、 维修简单、 工作稳定可靠、 技术性能先进、操作灵活方便,被广泛应用于现代化工业的生产线当中。 关键词:PLC;电镀行车;电气控制系统;梯形图

1

目 录

摘 要 ..................................................................... 1 目 录 ..................................................................... 2 引言 ...................................................................... 3 1 PLC 简介 ................................................................ 3 1.1 PLC 的发展情况及前景 .................................................. 3 1.2 PLC 的特点 ............................................................ 3 2 控制系统硬件设计 ........................................................ 4 2.1 电气控制线路的设计 .................................................... 4 2.2 PLC 选型 .............................................................. 4 3 系统的软件设计 .......................................................... 7 3.1 PLC 内部资源 .......................................................... 7 3.2 PLC 编程语言 .......................................................... 7 4 硬件的组成 .............................................................. 7 5 设计工艺要求 ............................................................ 8 5.1 设计思想 .............................................................. 8 5.2 工艺流程图 ............................................................ 8 5.3 工作状态流程图 ........................................................ 9 5.4 电镀生产线 PLC 控制梯形图 ............................................. 10 5.5 电镀生产线 PLC 编程指令表 ............................................. 13 6 调试运行 ............................................................... 18 7 结束语 ................................................................. 18 致 谢 .................................................................... 20 参考文献 ................................................................. 21

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电镀自动线控制系统设计研究

引言 电 镀 生 产线是现 在工业的重要组成部分,大大减 少了人力的劳动,提高了劳 动 生 产 率,从而 减少了企业的成本。 这 次 设 计 的 题 目 是 : 电 镀 自 动 线 控 制 系 统 研 究 。 运用网络技术和 PLC 技术 结合能够很好的解决这一问题。毕 业 设 计是毕 业生独立完成的综合性作业, 利用自 己 在 校 所学的专 业知识和专业技能去分析并且解 决实践问题的一个锻炼过程, 同 时 也 是 检测学生 在校学习期间学习成果的总结, 是学校整个教学当中重要的组 成 部 分 。 这既可以 提高学生独立思考的能力,并且 可以提高学生综合运用所学知 识 和 科 学 研究的能 力,对学生具体分析问题和解决 问题的能力有着重要的作用。 希望通过这次的毕业设计,能够巩固自己在学校所学到的专业知识和专业技能,并 且提高自己在 PLC 控制方面的能力,学会正确使用该技术并在这次设计中提高自己爱岗 敬业和对工作负责的工作作风,为以后在自己的工作岗位上负责认真的态度打下一个良 好而又坚实的基础。 1 PLC 简介 1.1 PLC 的发展情况及前景 自从可编程控制器问世以来,发展迅猛。现在世界各国一些著名的电气工厂几乎都 在用编程控制器装置。可编程控制器已成为一个独立的工业设备被列入生产当中。成为 当代电气控制的主导。 可编程控制器的发展趋势主要体现在以下几个方面: (1)速度更快,体积更小。 (2)工业控制技术的集成。 (3)开放性及与主流计算机的结合。 (4)仿真软件开发。 1.2 PLC 的特点 1、高可靠性、抗干扰能力较强 2、适应性较强 3、丰富的 I/O 接口模块
3

4、简单易学 5、维修方便 6、安装调试方便 7、重量比较轻、体积比较小,容易实现机电一体化 2 控制系统硬件设计 2.1 电气控制线路的设计 本自动线路中的电动机控制线路采用的是交流380/220V电源进行供电。每个电机的 主电路均采用的是接触器控制,采用热继电器作为过载保护装置,采用抱闸对小车、大 车电机和吊钩电机进行制动。因实际的需要,吊钩电机采用转子串电阻起动。 采 用 DC24V 发 光 二 极 管 对 信 号 和 故 障 进 行 报 警 , 因 此 电 路 中 加 配 了 一 个 AC220V/DC24V变压器用于向该二极管电路进行供电。 2.2 PLC选型 PLC的选型要求 PLC 的选型在 PLC 的应用设计当中非常重要, 目前在国内外生产的 PLC 种类非常多, 在选择适当的 PLC 时应考虑以下几个方面: 首先规模要适当。要有足够多的输入、输出点数。 其次功能要相当,结构要合理。对于以开关量进行控制的系统,一般的低档机就可 以满足要求。 根据以上对 PLC 的选型要进行严格的分析我们所选用的控制系统是三菱公司的 FX2N-32MR-001,CPU、电源、输入输出一体化机型,可以连接模拟量、定位、通讯、网 络等各种特殊扩展设备。CPU 处理速度 0..08us/基本指令,I/O 点数各为 16 点,便可以 满足其控制要求,且有一定的裕量。 将输入 14 个信号,输出信号五个按各自的功能进行分类,安排输入/输出地址。下 面是接线图 (见图 2-1) 和各部分输入/输出信号与 PLC 输入/输出端地址编号对照表 (见 表 2-2) 。

4

HL SB1 SB2 SB3 SB4 SB5 SB6 SA1 SA2 Y4 SQ1 SQ2 SQ3 SQ4 SQ5 SQ6 Y6 Y7 HL 2 HL 3 Y5 PL C Y2 CO M Y0 KM Y1 1 KM 2 KM 3 KM 4 HL 1

FR

KM 2 KM 1 KM 4 KM 3 KM 2 KM 2 KM 1 KM 1

Y3

FR CO M

图 2-1 接线图

表 2-2 各部分输入 / 输出信号与 PLC 输入 / 输出端地址编号对照表
5

输入信号 名称 SB1 功能 启动 编号 X000 名称 SQ4

输出信号 功能 行车限 位(后退) 吊钩限 X014 编号

SB2

停止 吊钩提 升

X001

SQ5 位(提升) 吊钩限 位(下降)

X015

SB3

X002

SQ6

X016

SB4

吊钩下 降

X003

SB5

行车前 进

X004

输出信号

SB6

行车后 退

X005

名称

功能 原位指 示灯 吊钩提

编号

SA

选择开 关(手动) 选择开

X006

HL

Y000

SA 关(自动)

X007

KM1

升电机正转 接触器 吊钩提

Y001

SQ1

行车限 位(前进)

X011

KM2

升电机反转 接触器

Y002

SQ2

行车限 位(后退) X012 KM3 机正转接触 器 行车限 SQ3 位(后退) X013 KM4 行车电 机反转接触 器 Y004 Y003

行车电

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3 系统的软件设计 3.1 PLC 内部资源 1、定时器 在 PLC 的编程元素是重要的内部设备的累积时间增量。 2、计数器 计数器可用于输入的脉冲数,通常用来计数的产品或特定功能的程序设 计。当输入触发条件满足时,计数器开始积累的潜在上升的输入脉冲的延迟时间,当计 数器达到预定的设定值,其常开触点闭合,常闭触点断开。 3、输入继电器 它可以用于接受外部开关的信号。 4、输出继电器 它可以被用来作为控制外部负载的开关信号。 5、内部位存储器 内部记忆体和继电器-接触器控制系统的作用是为中间继电器相 同,这是不是在 PLC 输入/输出相应的,所以它不能驱动外部接触载荷,这是主要的输 出继电器差。它主要起逻辑控制功能。 以上几个是我们在本次系统设计的过程中可能需要用到的 PLC 软元件。 3.2 PLC 编程语言 PLC 是通过运行编写的用户程序实现控制的。用户程序是用户根据自己的需要特定 编写的程序,另外还有其内部的程序,这程序是由 PLC 的制造商所提供的系统程序。 S7-200 系列 PLC 的编程语言是很丰富的,语句表,梯形图,功能块图和顺序功能图,用 户根据自己的需要可以选择任何一种编程语言进行编程也可以几种语言混合使用从而 实现自动控制的目的。这些都是面向用户的编程语言,它允许控制输入,其程序开发, 调试和修改的工作大大简化。 4 硬件的组成 系统规模可以根据实际应用的需要而定。以下是对控制系统主要部分进行简要的介 绍。 1、PLC 系统 (1)主控模块 主控模块也称 CPU,其中包括:CPU、存储器、通信接口等组成。 (2)输入/输出模块 (3)电源模块 它是整个 PLC 系统的能源供给中心。 2、I/O 电路 3、PLC 外围设备
7

它的主要作用是输入人们所需要的程序,对程序进行调试和监控其程序的执行过 程。同时也拥有人机界面的产品,人们可以直接把数据通过触摸屏来输入到 PLC 当中同 时也可以将我们输入的信息和一些数据显示在屏幕上。 5 设计工艺要求 5.1 设计思想 该生产线上现有三个槽位,根据生产的需要和工艺方面的要求来进行扩展,整个系 统利用 PLC 来进行控制,用组态王监控整个电镀生产的全过程,以便于实现生产的自动 化。 5.2 工艺流程图 电镀生产线有三个槽(实际应用还会多些) ,可升降的吊钩使工件行车带动,经过 电镀和镀液回收及清洗等工序,完成工件电镀的全过程。工艺要求为:把工件放入镀槽 里, 电镀 280s 后提起, 停放 28s,让镀液从工件上流回镀槽, 然后放入回收液槽中浸 30s, 提起后停 15s,接着放入清水槽中清洗 30s,最后提起停 15s 后,行车返回原位,一个 工件的电镀过程结束。电镀生产线的工艺流程如图 5-1。

图 5-1 工艺流程图

8

5.3 工作状态流程图(见图 5-2)

图 5-2 工作状态流程图

9

5.4 电镀生产线 PLC 控制梯形图(见图 5-3)

X006 CJ X01 5 X00 4 X00 5 X00 2 X00 3 X00 7 P 0 M8 002 222 M1 9 X00 1 X01 6 X00 0 X01 5 X01 1 X01 6 A T0 M8 0 M1 SFL(P) M8 0 X01 4 原位时 M80 置1 M 0 K 20 K 1 MOV(P) K0 K5M0 CJ P1 X01 1 X01 4 X01 5 Y00 4 Y00 3 Y00 2 P0

Y003

Y004 Y001 点 动 控 Y002 制

X01 Y00 6 1

M0 ~ M 20 置零

M80

移位指令 M2 移 位 指 令

M 3 M4

B

10

A

X015

M5

B

T1

M6

X012

M7

X016

M8

T2

M9

X015

M10

移 位 指 令

T3

M11

X013

M12

X016

M13

T2

M14

X015

M15

T3

M16

X014

M17

X016

M18

D

11

D M 0 M 1 M 5 M1 0 M15 Y0 00 Y0 01

M 2 M 3 M 8 M1 3 M1 8 M4 T 0 M6 0 M6 0 M63 T3 Y0 02 Y0 03

M6 0

T0

K28 0 K15

E

图 5-3 PLC 控制梯形图

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5.5 电镀生产线 PLC 编程指令表(见表 5-4)
表 5-4 PLC 编程指令表

步序 1 2 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27
13

指 LDI CJ LD MPS AND ANI ANI OUT MPP AND ANI ANI OUT LD ANI ANI OUT LD ANI ANI OUT

令 X006 P0 X015

X004 X011 Y004 Y003

X005 X014 Y003 Y004 X002 X015 Y002 Y001 X003 X016 Y001 Y002 P0

LDI CJ

X007 P1

31 32 33 34

LD OR OR MOV()

M8002 M19 X001

K0 K5M0 40 41 42 43 44 45 46 47 步序 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61
14

LD AND OUT LD AND LD AND ORB 指 LD AND ORB LD AND ORB LD AND ORB LD AND ORB LD AND

X016 X014 M80 X000 M80 X015 M1

令 X011 M2

X016 M3

T0 M4

X015 M5

T1 M6

62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90
15

ORB LD AND ORB LD AND ORB LD AND ORB LD AND ORB LD AND ORB LD AND ORB LD AND ORB LD AND ORB LD AND ORB LD T3 X015 M15 T2 M14 X016 M13 X013 M12 T3 M11 X015 M10 T2 M9 X016 M8 X012 M7

步序 91 92 93 94 95 96 97 98 99

指 AND ORB LD AND ORB LD AND ORB SFL(P)

令 M16

X014 M17

X016 M18

M80 M0 K20 K1 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122
16

LD OUT LD OR OR OR OUT LD OUT LD OR OR OR OUT LD

M0 Y000 M1 M5 M10 M15 Y001 M2 Y003 M3 M8 M13 M18 Y002 M4

123 124 125 126 127

OR ANI OUT LD OUT

M60 T0 M60 M60 T0 K280

128 129

LD OUT

M63 T3 K15

130 131 132 133 134 135 步序

LD OR ANI OUT LD OUT 指

M6 M61 T1 M61 M61 T1 令 K28

136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146

LD OR OR OUT LD OR OR ANI OUT LD OUT

M7 M12 M17 Y004 M9 M14 M62 T2 M62 M62 T2 K30

17

147 148 149 150 151 152 153 6 调试运行

LD OR OR ANI OUT

M11 M16 M63 T3 M63 P1

END

GX-Simulator 是与 GX-Developer 编程软件配合使用的三菱 PLC 仿真软件,它能够 实现三菱全系列 PLC 的离线调试。通过 GX-Simulator 仿真软件就能在不需要连接实际 PLC 设备的基础上,只要一台电脑就能仿真,监视软元件,且进行软元件状态及数值的 保存和读取。

7 结束语 : 经过了近两个月的毕业设计,很快就到了扫尾阶段,在这两个月的学习过程当中, 我从中学到了许多东西并且进一步巩固了自己在专业方面的知识和一些基础的理论。我 毕业设计的课题是电镀自动线控制系统设计研究,这是一个我以前从来没有接触的课 题。在设计过程中经过指导老师和同学的帮助指导以及对参考资料的解读下,顺利完成 了这次的毕业设计。 PLC 是当今工业领域适用范围最广泛的一种新型自动控制的装置,在这次设计中我 更深入地了解了 PLC 的控制系统,通过这次设计,提高了我分析和解决问题的能力,在 以前的课程设计的基础上学到了很多新的东西。通过本次的毕业设计让我对的大学三年 的知识也是一个很好的总结和检测, 总之, 在这次毕业设计的过程中所学到的认识到的, 为我们以后的学习和工作奠定了一个良好的基础。 在这次的毕业设计中感谢母校江苏财经职业技术学院给了我一个良好的学习氛围 和学习环境, 为我们做一个优秀的毕业设计奠定了基础。 同时也忠心感谢我的指导老师, 非常感谢老师在设计过程中的指导以及对有关问题上指点和帮助。 毕业设计可以说是对未来工作的一种模拟和考验,通过这次的设计,我对将来及现 在所从事的工作充满了信心!
18

在这次的毕业设计中难免会有些值得更改的地方或不足的地方,希望得到老师的修 改和指导。

19

致 谢
在最后的一段时间里是最考验我们的时候。通过本次毕业设计,我进一步对以前学 习的知识进行了一个系统的巩固和学习,使我对这些知识有了更深入的理解和掌握。在 这次的毕业设计当中,我遇到了许多的困难。并且得到了可敬的师长、同学、朋友的帮 助。 首先要感谢学院和机械与电子工程系,为我们能较好进行设计提供了很多的帮助, 为我们能顺利进行毕业设计提供了前提。还应该感谢学院的电子阅览室,给我们提供了 大量的资料,方便我们查阅,对我解决这次设计中碰到的问题提供了很大的帮助,并且 得到了切实的解决。 其次,要感谢我们的毕业设计指导老师:杨怀林老师。他严以律己、宽以待人的崇 高风范,朴实无华、平易近人的人格魅力,与无微不至、感人至深的人文关怀悉心的指 导我完成毕业设计。从题目的拟定到论文的最终完成,杨老师一直都在关注我的进度和 质量,杨老师爱岗敬业的精神和自身的责任感,在我做毕业设计的过程中影响和鼓励着 我,使我受益匪浅。在论文即将完成的时候,感谢杨老师,无论在任何需要帮助的时候, 他始终对我进行认真的指导,感谢他对我支持和帮助。

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参考文献
[1]李道霖.电气控制与 PLC 原理及应用[M].电子工业出版社,2006.7 [2]孙海维.SIMATIC 可编程控制器及应用[M].机械工业出版社,2005.1 [3]廖常初.可编程控制应用技术[M].重庆大学出版社,2002.3 [4]冯立明.电镀工艺与设备化学[M].北京工业出版社,2005.6 [5]孙平.可编程控制器原理及应用[M].高等教育出版社,2004.8 [6]常晓玲.电气控制系统与可编程控制器.北京:机械工业出版社,2007 [7]黄北刚.工厂电气控制电路实例详解. 北京:化学工业出版社,2007.3 [8]方承远.工厂电气控制技术.北京:机械工业出版社,2002 [9]田瑞庭.可编程控制器应用技术.北京:机械工业出版社,1994 [10]西门子公司. S7-200 可编程控制器系统手册,2002 [11]西门子公司. S7-200 可编程控制器产品目录,2005 [12]北京亚控自动化软件科技有限公司.“组态王”使用手册, 2002

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