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1、电气控制与PLC原理及应用课程设计说明书电镀生产线控制系统的设计学 生 姓 名： 学 号： 学 院： 机 电 工 程 学 院 专 业： 电 气 自 动 化 技 术 班 级： 09 电 气 2 班 题 目： 电镀生产线控制系统的设计 指 导 教 师： 2011年 6月 21日电气控制与PLC原理及应用课程设计报告书电镀生产线控制系统的设计 目录一. 课题选题背景及意义1.1 基于PLC电镀生产线的控制系统的概述1.2 课题的选题背景及意义二. 设计说明2.1 设计要求2.2 设计思路三.系统的硬件设计3.1 PLC机型选择3.2 I/O分配表及其端子接线图3.3 主电路的设计3.4 电镀生产线的
2、工作流程图四.系统的软件设计 五.调试及分析六.总结参考文献 一. 课题选题背景及意义1.1 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，据粗略估计，全国现有15000家电镀生产厂，行业职工总数超过50万人，现有5000多条生产线和2.53亿平方米电镀面积生产能力。电镀行业年产值约为100亿元人民币。近十年来，乡镇企业发展迅速电镀行业企业规模普遍较小，年电镀能力超过10000平方米的企业不足500
3、家。少数合资企业或正规专业化企业拥有国际先进水平的设备和设施，但是大多数中小企业仍在使用许多过时的技术和设备，大量的生产线为半机械化和半自动化控制，一些甚至为手工操作。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。传统的方法是使用顺序控制器，由于其电路复杂，接口多，受外界干扰大，工作可靠性差，维护也困难。采用PLC有较完善的诊断和自保护能力，可以增强系统的抗干扰能力，提高系统的可靠性。1.2 课题的选题背景及意义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
4、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。随着工业化生产的不断细分，新工艺新材料的不断涌现，在实际产品得到应用的设计效果也日新月异，电镀是我们在设计中经常要涉及到的一种工艺，而电镀效果是我们使用时间较长，工艺也较为成熟的一种效果。对于这种工艺的应用在我们的产品上已经非常多，而通过这种的处理我们通常可以得到一些金属色泽的效果，如高光、亚光等，搭配不同的效果构成产品效果的差异性，通过这样的处理为产品的设计增加一个亮点。电镀工艺的应用我们一般作以下用途：a:防腐蚀b:防护装饰c:抗磨损d:电性能（根据零件工作要求，提供导电或绝缘性能的镀层）e:工艺要求。一件电镀产品的质量除
5、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。电镀生产线按照其工艺要求和规模一般设计有两台行车、三台行车和四台行车工作，每台行车都根据已编制好的各自的程序运行；对于行车的自动控制，早期是采用继电器逻辑电路和顺序控制器，发展至今其控制方式已采用可编程控制器PLC作为核心控制
6、部件，其控制更为安全、可靠、方便、灵活，自动化程度更高。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方向。二. 设计说明2.1 设计要求 根据电镀生产线的工艺要求和控制流程，理清输入/输出信号的关系和状态，列出I/O分配表，绘制PLC硬件接线图和顺序功能图，设计控制梯形图程序或语句表。2.2 设计思路电镀的工作流程如图2.1：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
7、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2.1电镀的工作流程三.系统的硬件设计3.1PLC机型选择根据自动化电镀生产线的控制要求，我们采用了德国西门子PLC S7-200 CPU226型号，此类型PLC无论独立运行，还是联接网络都能完成各种控制
8、任务。它的使用范围可以覆盖从替代继电器的简单控制到复杂的自动控制。其应用领域包括各种机床、纺织机械、塑料机械、电梯等行业。S7-200 CPU226通讯功能完善，具有极高的性能价格比是很突出的特点，也是我们采用它的主要原因。 PLC为此系统的控制核心，此系统的输入信号有两部分，一部分是原点、单周期、连续等面板控制按钮，另一部分是多种行程开关，这些面板按钮信号和传感器信号作为PLC的输入变量，经过PLC的输入接口输入到内部数据寄存器， 然后在PLC内部进行逻辑运算或数据处理后，以输出变量的形式送到输出接口，从而驱动电机来控制行车的运行和吊钩的升降3.2 I/O分配表及其端子接线图在本次系统设计中
9、，我们定义的I/O分配表如表3.1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3.2所示。由图表可以看出,PLC控制系统的输入信号有13个，均为开关量。其中单操作按钮开关2个，行程开关3个，限位开关5个，选择工作方式开关3个。PLC控
10、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3.1 I/O分配表序号输 入序号输 出1I0.0上限位14Q0.0上升2待添加的隐藏文字内容3I0.1下限位15Q0.1下降3I0.2左限位16Q0.2右行4I0.3XK1行程开关17Q0.3左行5I0.4XK2行程开关18Q0.4原位6I0.5XK3行程开关19Q0.5定时7I0.6原点开关8I0.7连续工作开关9I1.0启动按钮10I1.1停止按钮12I1.3单周期按钮13I1.4右限位图3.2 I/O端子接线图3.3主电路的设计图3.3 电镀生
11、产线主电路图电气原理图是根据电气控制系统的工作原理，采用电器元件展开的形式，利用图形符号和项目符号表示电路各电器元件中导电部件和接线端子连接关系的电路图。电气原理图并不按电器元件实际布置来绘制，而是根据它在电路中所起的作用画在不同的部位上。电气原理图具有结构简单、层次分明的特点，适合研究和分析电路工作原理，在设计研发和生产现场等方面得到广泛应用。电气原理图一般分为主电路和辅助电路两部分，在本次设计中我们着重分析了主电路图。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3.3中，接触器KM1，KM2控制电动机M1的正、反转，实
12、现吊钩的上升和下降，接触器KM3，KM4控制电动机M2的正、反转，实现行车的前进和后退。3.4 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3-4所示。行车动作无非就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
13、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3.4 电镀生产线工作流程图四.系统的软件设计控制梯形图程序设计图4.1 梯形图五.调试及分析将编好的PLC控制程序梯形图导入S7-200仿真软件中，打开RUN运行状态进行仿真调试。通过调节按钮开关对程序进行验证，观察现象来确定程序是否可行。按照I/O分配表的语句说明找到指定的开关按钮，按照设计流程方案进行调试，通过按动不同的开关按钮来观察程序运行情况，并修改，直到达到要求后。通过对各种不同工作状态的假设仿真来完成各种不同的工作情况，将设计思路中的工作流程完成就说明该次设计成功。将可行的梯形图程序下载到S7-200实验箱中运行
14、操作。六.总结电镀是一门具有悠久历史的表面处理技术，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，整个设计对我们来讲是一次很大的锻炼，使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
15、各种途径获取更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，这个系统的设计是比较好的。 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。 参考文献1李道霖.电气控制与PLC原理及应用.电子工业出版社,2010.112冯立明.电镀工艺与设备化学.北京工业出版社,2005.63孙平.可编程控制器原理及应用.高等教育出版社,2004.84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，20075刘长青.电气控制与PLC应用技术.科学出版社6张进秋 陈永利 张中民.可编程控制器原理及应用技术.机械工业出版
