畢業(yè)論文---采用plc對電鍍專用行車自動控制

1、<p><b>　　1電鍍的概述</b></p><p><b>　　1.1 電鍍的定義</b></p><p>　　電鍍(Electroplating)就是利用電解原理在某些金屬表面上鍍上一薄層其它金屬或合金的過程，是利用電解作用使金屬或其它材料制件的表面附著一層金屬膜藝從而起到防止腐蝕，提高耐磨性、導電性、反光性及增進美觀等作用。&

2、lt;/p><p><b>　　1.2 電鍍的作用</b></p><p>　　利用電解作用在機械制品上沉積出附著良好的、但性能和基體材料不同的金屬覆層的技術。電鍍層比熱浸層均勻，一般都較薄，從幾個微米到幾十微米不等。通過電鍍，可以在機械制品上獲得裝飾保護性和各種功能性的表面層，還可以修復磨損和加工失誤的工件</p><p>　　1.3 電鍍的材料

3、要求</p><p>　　鍍層大多是單一金屬或合金，如鈦靶、鋅、鎘、金或黃銅、青銅等；也有彌散層，如鎳-碳化硅、鎳-氟化石墨等；還有覆合層，如鋼上的銅-鎳-鉻層、鋼上的銀-銦層等。電鍍的基體材料除鐵基的鑄鐵、鋼和不銹鋼外，還有非鐵金屬，如ABS塑料、聚丙烯、聚砜和酚醛塑料，但塑料電鍍前，必須經(jīng)過特殊的活化和敏化處理。</p><p>　　1.4 電鍍的原理 </p><

4、p><b>　　電鍍原理圖</b></p><p>　　在盛有電鍍液的鍍槽中，經(jīng)過清理和特殊預處理的待鍍件作為陰極，用鍍覆金屬制成陽極，兩極分別與直流電源的負極和正極聯(lián)接。電鍍液由含有鍍覆金屬的化合物、導電的鹽類、緩沖劑、PH調節(jié)劑和添加劑等的水溶液組成。通電后，電鍍液中的金屬離子，在電位差的作用下移動到陰極上形成鍍層。陽極的金屬形成金屬離子進入電鍍液，以保持被鍍覆的金屬離子的濃度。在

5、有些情況下，如鍍鉻，是采用鉛、鉛銻合金制成的不溶性陽極，它只起傳遞電子、導通電流的作用。電解液中的鉻離子濃度，需依靠定期地向鍍液中加入鉻化合物來維持。電鍍時，陽極材料的質量、電鍍液的成分、溫度、電流密度、通電時間、攪拌強度、析出的雜質、電源波形等都會影響鍍層的質量，需要適時進行控制。</p><p>　　2 電鍍生產(chǎn)線工藝簡述</p><p>　　2.1 電鍍生產(chǎn)線工藝要求</p&g

6、t;<p>　　電鍍生產(chǎn)線有三個槽，工件由可升降吊鉤的行車移動，經(jīng)過電鍍、鍍液回收、清洗工序，實現(xiàn)對工件的電鍍。工藝要求是：工件放入電鍍槽中，電鍍280s后提起，停放28s，讓鍍液從工件上流回電鍍槽，然后放入回收液槽中浸30s，提起后停15s，再放人清水槽中清洗30s，最后提起停15s后，行車返回原位，電鍍一個工件的全過程結束。</p><p><b>　　2.2 工藝流程</b&g

7、t;</p><p>　　電鍍生產(chǎn)線除裝卸工件外，要求整個生產(chǎn)過程能自動進行。同時行車和吊鉤的正反向運行均能實現(xiàn)點動控制，以便對設備進行調整和檢修。</p><p>　　行車自動運行的控制過程是：行車在原位，吊鉤下降在最下方時，行車左限位開關SQ4、吊鉤下限開關SQ6被壓下動作，操作人員將電鍍工件放在掛具上，即準備開始進行電鍍。電鍍生產(chǎn)線的自動工作狀態(tài)流程圖如圖所示。</p>

8、<p><b>　　(1)吊鉤上升</b></p><p><b>　　(2)行車前進</b></p><p><b>　　(3)吊鉤下降</b></p><p><b>　　(4)定時電鍍 </b></p><p><b>　　(5

9、)吊鉤上升 </b></p><p><b>　　(6)定時滴液 </b></p><p><b>　　(7)行車后退</b></p><p>　　2.3 設計方案確定</p><p>　　一件電鍍產(chǎn)品的質量除了要有好的成熟的電鍍工藝和品質好的鍍液添加劑外，如何保證電鍍產(chǎn)品嚴格按照電鍍工

10、藝流程運行和保證產(chǎn)品的電鍍時間則是決定電鍍產(chǎn)品質量和品質的重要因素。在電鍍生產(chǎn)線上采用自動化控制不但可以使電鍍產(chǎn)品的質量和品質得到嚴格的保證，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)線自動化控制的關鍵。電鍍生產(chǎn)線按照其工藝要求和規(guī)模一般設計有兩臺行車、三臺行車和四臺行車工作，每臺行車都根據(jù)已編制好的各自的程序運行；對于行車的自動控制，早期是采用繼

11、電器邏輯電路和順序控制器，發(fā)展至今其控制方式已采用可編程控制器PLC作為核心控制部件，其控制更為安全、可靠、方便、靈活，自動化程度更高。本設計介紹在一條電鍍自動生產(chǎn)線上用PLC控制兩臺行車的自動控制系統(tǒng)。</p><p>　　用PLC來實現(xiàn)電鍍程序的自動控制可以做到：</p><p>　　(1)　方便控制行車的運動程序，并可存儲幾套不同程序，便于更改周期和整個程序。</p>

12、<p>　　(2)　可以實現(xiàn)零件滴水延時，反復提升下落，副周期等。</p><p>　　可實現(xiàn)多種安全自鎖。 </p><p>　　(4)　行車與周邊設備的緊密配合。</p><p>　　(5)　行車位置隨時跟蹤、監(jiān)控、顯示。</p><p><b>　　3 PLC概述</b></p><

13、p>　　3.1 PLC的定義及介紹</p><p>　　可編程序控制器是一類專門為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計的數(shù)字式電子系統(tǒng)，它采用了可編程序的存儲器，用來在其內部進行存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、定時、記數(shù)和算術運算等功能的面向用戶的指令，并通過數(shù)字式或模擬式的輸入或輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。可編程序控制器及其相關外部設備，都應按照易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個整體，易于擴展其功能的原則而設計。</

14、p><p>　　可編程控制器（PLC）是近十幾年發(fā)展起來的一種新型工業(yè)控制器，由于它把計算機的編程靈活、功能齊全、應用面廣等優(yōu)點與繼電器系統(tǒng)的控制簡單、使用方便、抗干擾能力強、價格便宜等優(yōu)點結合起來，而其本身又具有體積小、重量輕、耗電省等特點，在工業(yè)生產(chǎn)過程控制中的應用越來越廣泛。</p><p>　　定義強調了PLC應直接應用于工業(yè)環(huán)境，它必須具有很強的抗干擾能力，廣泛的適應能力和應用范圍。

15、這也是區(qū)別與一般微機控制系統(tǒng)的一個重要特征。本設計的研究目的在于探索應用可編程控制技術進行電鍍生產(chǎn)設計,實現(xiàn)電鍍生產(chǎn)的自動控制。</p><p>　　3.2 PLC的工作原理</p><p>　　采用循環(huán)掃描方式,對輸入信號(來自按鈕等輸入部件)不斷的進行采樣,根據(jù)檢測到的信號狀態(tài),通過根據(jù)控制系統(tǒng)的要求設計和存儲的程序隨即作出反應,并將這些反應以輸出信號的形式,由輸出部件輸出,輸出信號控

16、制系統(tǒng)的外部負載,如電動機指示燈等,產(chǎn)生相應的動作.</p><p>　　3.3 PLC的基本結構</p><p>　　目前PLC種類繁多，功能和指令系統(tǒng)也都各不相同，但都是以微處理器為核心用做工業(yè)控制的專用計算機，所以其結構大致相同，硬件結構與微機相似。主要包括中央處理單元CPU、存儲器RAM和ROM、輸入輸出接口電路、電源、I/O擴展接口、外部設備接口等。其內部也是采用總線結構來進行數(shù)

17、據(jù)和指令的傳輸。</p><p>　　如圖1所示，PLC控制系統(tǒng)由輸入量—PLC—輸出量組成，外部的各種開關信號、模擬信號、傳感器檢測的各種信號均作為PLC的輸入量，它們經(jīng)PLC外部輸入端子，作為PLC的輸出量對外圍設備進行各種控制。由此可見，PLC的基本結構有控制部分輸入和輸出組成。</p><p>　　3.4 PLC的輸入、輸出部分</p><p>　　輸入、輸

18、出部分涵蓋了控制系統(tǒng)與電梯各部件及與部件有聯(lián)系的所有信號，將電梯發(fā)出指令或檢測信號的按鈕、開關、等作為PLC的輸入，這些信號通過PLC的輸入端子進入PLC內部，作為控制系統(tǒng)分析的判斷的第一手資料。</p><p>　　將控制系統(tǒng)經(jīng)過分析判斷后產(chǎn)生的輸出信號送到相應的執(zhí)行部件，如拖動控制部分、轎內和廳外樓層指示燈、運行方向指示，門機的開關門等。</p><p>　　4 PLC在電鍍生產(chǎn)線上

19、的應用</p><p>　　4.1 PLC系統(tǒng)設計</p><p>　　PLC控制系統(tǒng)是由PLC與用戶輸入、輸出設備連接而成的，因此，PLC控制系統(tǒng)設計的基本內容應包括：</p><p>　?。?）用戶輸入設備（按鈕、操作開關、限位開關、傳感器等）、輸出設備（繼電器、接觸器、信號燈等執(zhí)行元件）以及由輸出設備驅動的控制對象（電動機、電磁閥等）。這些設備屬于一般的電氣元

20、件，其選擇的方法在其他有關書籍中已有介紹。</p><p>　　（2）PLC的選擇。 PLC是PLC控制系統(tǒng)的核心部件，正確選擇PLC對于保證整個控制系統(tǒng)的技術經(jīng)濟性能指標起到重要的作用。選擇PLC，應包括機型選擇、容量的選擇、I/O模塊的選擇、電源模塊的選擇等。</p><p>　　（3）分配I/O點，繪制I/O連接圖。</p><p>　?。?）設計控制程序。包

21、括設計梯形圖、語句表（即程序清單）和控制系統(tǒng)流程圖?？刂葡到y(tǒng)程序是控制整個系統(tǒng)工作的軟件，是保證系統(tǒng)工作安全、可靠的關鍵。因此，控制程序餓設計必須經(jīng)過反復調試、修改，直到滿足要求為止。</p><p>　　（5）必要時還需設計控制臺。</p><p>　?。?）編制控制系統(tǒng)的技術文件。</p><p>　　4.2 PLC的選型</p><p>

22、;　　根據(jù)上圖的自動工作狀態(tài)流程圖，PLC控制系統(tǒng)的輸入信號有16個，均為開關量。其中各種單操作按鈕開關6個，行程開關6個，熱繼電器2個，自動、手動選擇開關1個(占兩個輸入接點)。</p><p>　　PLC控制系統(tǒng)的輸出信號有5個，其中2個用于驅動吊鉤電機正反轉接觸器KM1、KM2，2個用于驅動行車電機正反轉接觸器KM3、KM4，1個用于原位指示燈?？刂葡到y(tǒng)選用松下FP1-C24，I/O點數(shù)為24點，可以滿足控

23、制要求，且留有一定余量。</p><p>　　4.3 I/O地址編號及接線圖</p><p>　　將16個輸入信號、5個輸出信號按各自的功能類型分好，并與PLC的I/O點一一對應，編排地址。下表是外部接線信號與PLC的I/O接點地址編號對照表。</p><p>　　PLC的外部接線圖如附圖所示</p><p><b>　　4.4 程

24、序設計</b></p><p>　　電鍍生產(chǎn)線的PLC控制程序包括點動操作和自動操作兩部分。 </p><p><b>　　（1）點動操作</b></p><p>　　點動操作有行車的進、退操作，吊鉤的升、降操作。點動操作程序如梯形圖所示的有標號內部繼電器R1的程序段路選通構成。</p><p><b&

25、gt;　　（2）自動控制</b></p><p>　　圖示其工作過程是典型的順序控制，主要由單序列逐步順序構成，程序如梯形圖所示的有標號內部繼電器R1的程序段路選通構成。另外，考慮到生產(chǎn)中急?；蛲ｋ姾?，希望能通過點動操作來完成剩下的工序或者返回原位，因此輔助繼電器采用非停電保持型的通用繼電器即可。定時器也采用普通型定時器。</p><p>　　4.5 電鍍生產(chǎn)線的PLC程序設

26、計</p><p>　　4.5.1 硬件結構</p><p>　　在一條電鍍自動生產(chǎn)線上有電鍍行車既各自獨立工作，又互相通過信號聯(lián)系，每臺行車上安裝一臺由交流接觸器驅動的錐形電動機負責工件上、下，由一臺變頻器驅動的普通電動機負責行車前進、后退。</p><p>　　由于電鍍自動生產(chǎn)線上有一臺行車同時自動工作，所以系統(tǒng)采用了一臺PLC和接觸器， PLC和接觸器控制一臺

27、行車；PLC選用的是松下公司的可編程控制器。行車在工作時通常都懸掛著電鍍工件，如果行車在起動和停止的過程中速度太快或不夠平穩(wěn)，則懸掛的工件就容易掉下掛具，因此行車的速度電機控制使之可調，根據(jù)電鍍生產(chǎn)線的實際情況，行車設計有快速、中速和慢速三種運行速度，頻率分別設定為80Hz,40Hz和13Hz，行車作自動運行時，PLC通過檢測安裝在行車上的傳感器的各種信號，向接觸器發(fā)出指令，行車以慢速起動，運行平穩(wěn)后就轉人中速然后快速運行，在停止前，行

28、車由快速轉人中速，然后以慢速運行直至行車準確停在目標鍍槽位置上；行車由慢速轉中速轉快速，再由快速轉中速最后轉慢速，可以通過調整接觸器的加、減速時間曲線平穩(wěn)過渡。</p><p>　　行車動作步數(shù)根據(jù)不同的電鍍工藝要求，每臺行車的動作步數(shù)從0步開始至幾十步上百步不等，具體由PLC程序軟件編制。</p><p>　　每臺行車上安裝有五個輸出開關，電感式行程開關，其主要作用是負責行車上、下工件定

29、位、鍍槽定位以及行車運行過程向PLC發(fā)出變速信號等。</p><p>　　行車控制信號是通過外部的開關、按鈕、按鍵等與PLC的輸入端口連接，包括電鍍行車的聯(lián)動控制和行程開關控制；電鍍行車控制設計有手動操作和自動運行模式選擇、單周期和循環(huán)運行模式選擇、緊急暫停以及行車程序動作步數(shù)的任意設定；聯(lián)動控制設計有運行和復位操作按鈕，可以使電鍍行車自動、同步、循環(huán)不斷地工作，可以做出不同的另人滿意的電鍍產(chǎn)品。</p&g

30、t;<p>　　4.5.2 軟件設計</p><p>　　一般的電鍍行車的主程序和調用的各個功能子程序都是一樣的，但調用的工藝子程序就各不相同，每臺行車根據(jù)自己在生產(chǎn)線上不同的工作區(qū)域執(zhí)行的工藝編制不同的工藝子程序。本畢設課題給出一種電鍍工藝流程主要的程序框圖和程序進行闡述。</p><p><b>　　該系統(tǒng)初始化為：</b></p>&

31、lt;p>　　初始化對于每一套系統(tǒng)程序都是必需的，每一次PLC上電或對PLC強制復位都要初始化，主要是對在程序中使用到的PLC各種計數(shù)器、定時器、寄存器等進行復位和設置，同時保留上次運行需要記憶的各種數(shù)據(jù)，完成運行前的各項準備工作。本畢設課題采用松下PLC內部特殊繼電器R9013和16位傳輸指令F0（MV）實現(xiàn)對輸出點和常用內部繼電器清零復位。</p><p><b>　　4.6運行模式</

32、b></p><p><b>　　4.6.1動作要求</b></p><p>　　電鍍生產(chǎn)線采用專用行車，行車架上裝有可升降的吊鉤，吊鉤上裝有夾具，該夾具執(zhí)行夾取、釋放工件的動作。行車和吊鉤各由一臺電動機控制，行車進退和吊鉤升降由極限開關控制，同時配置控制盤以供控制。生產(chǎn)線定為三槽位，分別為電鍍槽、回收液槽、清水槽。</p><p>&l

33、t;b>　　4.6.2手動運行</b></p><p>　　點動操作：選擇手動操作模式，選擇開關SA扳到手動(即X6=ON)，再按下啟動按鈕SB1（X0=ON），則手動運行標志——內部繼電器R1=ON，然后用單個控制按鈕接通和切斷相應的輸出驅動，并有相應的限位開關作保護切斷相應的輸出驅動。按下停止按鈕SB2（X1=ON）或選擇開關SA扳到自動(即X7=ON)時 ，所有單個手動控制按鈕按動輸入信號

34、無效。</p><p>　　手動運行標志——內部繼電器R1控制程序如下：</p><p>　　用單個控制按鈕接通和切斷相應的輸出驅動，并有相應的限位開關作保護切斷相應的輸出驅動如下：</p><p>　　按動吊鉤提升按鈕SB3（即X2=ON），選通手動控制輸出Y1=ON，驅動吊鉤電機提升鍍件，如下圖所示：</p><p>　　按動吊鉤下降按鈕

35、SB4（即X3=ON），選通手動控制輸出Y2=ON，驅動吊鉤電機下降鍍件，如下圖所示：</p><p>　　按動行車前進按鈕SB5（即X4=ON），選通手動控制輸出Y3=ON，驅動行車前進，</p><p><b>　　如下圖所示：</b></p><p>　　按動行車后退按鈕SB6（即X5=ON），選通手動輸出Y4=ON，驅動行車后退，<

36、;/p><p><b>　　如下圖所示：</b></p><p>　　4.6.3 自動運行</p><p>　　自動運行：選擇自動運行模式，選擇開關SA扳到自動（即X7=ON），再按下啟動按鈕SB1（X0=ON）則自動運行標志——內部繼電器R0=ON，按下停止按鈕SB2（X1=ON）或選擇開關SA扳到手動（即X6=ON），則自動控制輸入信號無效。&

37、lt;/p><p>　　自動運行標志——內部繼電器R0控制程序如下：</p><p>　　工藝運行流程順序為吊鉤下降到取件處，即工作原點，PLC輸出Y0=ON原點指示燈亮，并延時20秒（由T0實現(xiàn)），等待未加工工件，程序如下：</p><p>　　20秒等待延時結束（即T0=ON），吊鉤將工件提升（Y1=ON）到吊鉤提升限位SQ5（XE=ON），吊鉤停止提升（Y1=OF

38、F），并驅動行車電機（Y3=ON）行車前進到行車右限位（即電鍍槽位XA=ON），行車停止前進（Y3=OFF），然后驅動吊鉤下降（Y2=ON）到吊鉤下降限位SQ6（XF=ON），吊鉤下降停止（Y2=OFF），將工件放入電鍍槽，電鍍時長280秒鐘（由T1實現(xiàn)），280秒電鍍延時結束（即T1=ON），啟動吊鉤電機將工件提升（Y1=ON）到吊鉤提升限位SQ5（XE=ON），吊鉤停止提升（Y1=OFF），并停留28秒（由T4實現(xiàn)），28秒延時結束

39、（即T4=ON），啟動行車電機行車后退（Y4=ON）行車帶動鍍件到回收液槽位（XB=ON）,行車后退停止（Y4=OFF），然后驅動吊鉤下降（Y2=ON）到吊鉤下降限位SQ6（XF=ON），吊鉤下降停止（Y2=OFF），將工件放入回收液浸泡30秒鐘（由T2實現(xiàn)），30秒延時結束（即T2=ON），啟動吊鉤電機將工件提升（Y1=ON）到吊鉤提升限位SQ5（XE=ON），吊鉤停止提升（Y1=OFF），并停留15秒（由T5實現(xiàn)），15秒秒延時&l

40、t;/p><p>　　4.7 拖動系統(tǒng)設計 </p><p>　　專用行車的前后和升降運動由三相交流異步電動機拖動，根據(jù)電鍍行車的起吊重量，選用兩臺電動機進行拖動。</p><p>　　主電路拖動控制系統(tǒng)如圖2所示，其中，行車的前進和后退，吊鉤的上升和下降控制分別通過兩臺電動機M1、M2的正、反轉來控制。</p><p>　　圖2中，接觸器KM1

41、，KM2控制電動機M1的正、反轉，實現(xiàn)吊鉤的上升和下降，接觸器KM3，KM4控制電動機M2的正、反轉，實現(xiàn)行車的前進和后退。</p><p>　　圖2 主電路拖動控制系統(tǒng)原理圖</p><p>　　4.8 PLC控制系統(tǒng)梯形圖編制</p><p>　　根據(jù)控制要求和I/O地址編制，繪出控制系統(tǒng)手、自動組合控制PLC梯形圖如下：</p><p>

42、;<b>　　總結</b></p><p>　　經(jīng)過幾個月的學習、研究以及經(jīng)過胡偉老師的指導。終于按時完成了畢業(yè)設計，設計主要研究的是采用PLC對電鍍專用行車進行自動控制，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，提高了控制系統(tǒng)的靈活性。同時，PLC有較完善自診斷和自保護能力，可以增強系統(tǒng)的抗干擾能力，提高系統(tǒng)的可靠性。應用表明，PLC在電鍍行車的自動化改造和新型電鍍行車的設計中，

43、有廣泛的應用前景。</p><p>　　非常感謝我的指導老師胡偉老師，在我完成這份畢業(yè)設計的過程中，用到好多相關知識理論，我在完成的過程中也遇到了很多問題，但在胡老師細心的指導和耐心的引導下，我終于順利完成了設計。他謙遜的品質和嚴謹細致、一絲不茍的工作作風是我學習的榜樣；他循循善誘的教導和不拘一格的思路給予我無盡的啟迪。</p><p>　　也感謝其他老師和同學對我的幫助和指點。沒有他們的

44、幫助和提供資料，僅靠我一個人的力量，在短短的兩個月的時間里完成畢業(yè)設計是很難的事情。</p><p>　　總之，這次的畢業(yè)設計給我的感受頗多，不僅讓我學到了更多的知識，還讓我學到了以后在工作當中的工作作風和良好的工作態(tài)度，懷著感恩的心去面對新的開始，勇敢的面對挑戰(zhàn)、面對困難。畢業(yè)設計是知識的積累，個人修養(yǎng)的升華，只有仔仔細細的去完成這個工作才能體會到其中的喜悅。</p><p><b

45、>　　參考文獻</b></p><p>　　[1]《可編程序控制器與工業(yè)自動化系統(tǒng)》．北京：機械工業(yè)出版社，2006.1 </p><p>　　[2]《可編程序控制器原理及應用》．北京：機械工業(yè)出版社，2003.8</p><p>　　[3]《自動化技術及應用》．黑龍江：黑龍江省科學院，2004.3</p><p>　　[