電鍍車間行車PLC控制畢業(yè)設計.pdf

四川工商職業(yè)技術學院四川工商職業(yè)技術學院 畢業(yè)設計 設計題目 電鍍車間行車 PLC 控制 系別機 電 工 程 系 專業(yè)電子信息工程技術 班級電子 09306 姓名楊 洪 斌 指導教師冷 報 春 2012 年 6 月 四川工商職業(yè)技術學院畢業(yè)設計 1 電鍍車間行車 PLC 控制 摘要：摘要：本文以電鍍自動生產線控制系統(tǒng)設計為研究對象，以其電鍍專用行車為控制對象， 對其電鍍的工藝要求和控制要求進行了分析，采用理論研究的方法，設計了一套基于 PLC 的電鍍車間專用行車自動控制系統(tǒng)。本系統(tǒng)選用三菱 FX2N-64MR-001 型號的 PLC 來進行控制，通過 PLC 輸出信號接觸器的觸點動作，來控制三臺異步電動機的運行， 從而實現對行車的水平運動和吊鉤的垂直運動的控制，考慮到電鍍、上升、下降等運 動時行車和吊鉤需要準確停位。在程序設計時為了便于對設備進行調整和檢修，設計 了手動程序以實現對行車和吊鉤的點動控制，對于自動控制程序的設計，其工作過程 是典型的順序控制，采用步進指令能很好的實現對其控制。通過軟件仿真可以看出所 設計的控制系統(tǒng)很好的實現了電鍍的工藝要求和控制要求， 可以方便完成自動和手動 之間的切換，體現出 PLC 控制系統(tǒng)具有調試方便、適應性強的優(yōu)點。 關鍵字：電鍍行車；可編程控制器；梯形圖 四川工商職業(yè)技術學院畢業(yè)設計 2 目目錄錄 摘要：.1 1 緒論.3 1.1 電鍍生產線簡介.3 1.2 電鍍車間行車專用 PLC 控制系統(tǒng)設計內容.3 1.2.1 設備基本情況3 1.2.2 拖動系統(tǒng).4 1.3 電鍍車間行車專用 PLC 控制系統(tǒng)設計要求.4 1.4 可編程控制器簡述.4 2 控制系統(tǒng)總體方案及系統(tǒng)硬件設計.4 2.1 電鍍車間專用行車 PLC 控制系統(tǒng)方案選擇.4 2.1.1 拖動方案.4 2.1.2 槽位選擇方案.5 2.1.3 信號檢測裝置選擇.5 2.1.4 指示顯示方案.5 2.2 電鍍車間專用行車 PLC 控制系統(tǒng)主電路.5 2.3 保護方案選擇.6 2.4 控制系統(tǒng)的接地設計.6 3 控制系統(tǒng)軟件設計.6 3.1 控制系統(tǒng)動作流程框圖.6 3.2 系統(tǒng)控制流程圖.7 3.3PLC 選型7 3.4 I/O 點分配8 4 測試調試.11 5 畢業(yè)總結.12 致謝.12 四川工商職業(yè)技術學院畢業(yè)設計 3 參考文獻：.13 1 1 緒緒論論 1.11.1 電鍍生產線簡介電鍍生產線簡介 隨著我國國民經濟的迅速發(fā)展，電鍍與精飾的新技術，新工藝不斷涌現。電鍍生產 線實現的是一個復雜的工藝生產過程，需要控制電鍍時間，電鍍電流，電壓，溶液濃度， 溫度，相關的周邊設備控制及生產過程自動化。電動行車是現代化工廠中用于物料輸送 的重要設備，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。在許多場合， 為了提高工作效率、促進生產自動化和減輕勞動效率，往往需要實現電動行車的自動化 控制。實現自動化控制，可以使行車能夠按照預定順序和控制要求，自動完成一系列的 工作。 1.1.2 2 電鍍車間行車專用電鍍車間行車專用 PLCPLC 控制系統(tǒng)設計內容控制系統(tǒng)設計內容 1.2.1 設備基本情況 該電鍍自動線是某廠電鍍車間為提高工效、 促進生產自動化和減輕勞動強度而提出 制造的一臺專用半自動起吊設備。采用遠距離控制，起吊重量在 500 千克以下，起吊物 品是待進行電鍍及表面處理的各種產品零件。其結構及工藝流程如圖 1 所示。 圖 1電鍍自動線示意圖 電鍍自動線機械結構與普通小型行車結構類似， 由小車、 大車和吊物提升機構組成。 工作時，除具有自動控制的大車移動（前/后）與小車（提升吊物用）上/下運動外，還 1槽2槽3槽4槽5槽 滑線鋼索多芯軟電纜 道軌 四川工商職業(yè)技術學院畢業(yè)設計 4 有調整吊籃位置的小車左右運動。其工作過程為：在電鍍自動線的一側，工人將待加工 零件裝入吊籃，并發(fā)出信號，提升機構便提升并自動逐段前進，按工藝要求在需要停留 的槽位停止，并自動下降，停留一定時間后自動提升，如此完成電鍍工藝規(guī)定的每一道 工序，直至自動線的末端自動返回原位，卸下處理好的零件，重新發(fā)出信號進入下一加 工循環(huán)。 1.2.2 拖動系統(tǒng) 專用行車的小車、大車和升降運動均采用三相交流異步電動機（Y802-4，0.75kW、 2A、1390r/min、380V）分別拖動，并采用一級機械減速。 1.31.3 電鍍車間行車專用電鍍車間行車專用 PLCPLC 控制系統(tǒng)設計要求控制系統(tǒng)設計要求 （1） 控制裝置具有程序預選功能 （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，整個電鍍工藝應能自動進行。 （2）前后運動和升降運動要求準確停位，前后、左右、升降運動之間有聯鎖作用。 （3）采用遠距離控制，整機電源及各種動作要有相應指示。 （4）應有極限位置保護和其它必要的電氣保護措施。 1.1.4 4 可編程控制器簡述可編程控制器簡述 PLC 是微機技術與傳統(tǒng)的繼電接觸控制技術相結合的產物，它克服了繼電接觸控制 系統(tǒng)中的機械觸點的接線復雜、可靠性低、功耗高、靈活性差的缺點，充分利用了微處 理器的優(yōu)點，它采用了一套以繼電器梯形圖為基礎的簡單指令形式，使用戶程序編制形 象、直觀、方便易學。用可編程序控制器實施控制，其實質是按一定算法進行輸入輸出 變換，并將這個變換予以物理實現，應用于工業(yè)現場。它具有可靠性高，抗干擾能力強， 功能完善，適用性強，易學易用，系統(tǒng)的設計、建造工作量小，維護方便，容易改造； 體積小，重量輕，能耗低等特。 2 2 控制系統(tǒng)總體方案及系統(tǒng)硬件設計控制系統(tǒng)總體方案及系統(tǒng)硬件設計 2.12.1 電鍍車間專用行車電鍍車間專用行車 PLCPLC 控制系統(tǒng)方案選擇控制系統(tǒng)方案選擇 2.1.1 拖動方案 為實現不同的槽位的精準位置停車，設計采用自帶剎車的電機。這既節(jié)省了左右制 動接觸器，也減少了能耗制動的能量，使用接近開關代替行程開關，以獲得更多的反應 時間，然后在程序中使用一定的延時，保證行車的精準位置停車，并且使掛件不會因為 運動的慣性，出現撞擊事故。在平移過程中上下行的電機采用抱閘制動（失電保持型） ， 以防止吊籃因為自重下滑導致事故。 四川工商職業(yè)技術學院畢業(yè)設計 5 2.1.2 槽位選擇方案 在啟動電機以前要通過旋動開關選擇不同的槽位， 因設計的行車是上料點和下料點 分開，故不需考慮行車在中途返回。通過程序的設計就可以實現行車在不同的槽位上停 車并進行電鍍的設計要求。 2.1.3 信號檢測裝置選擇 在每一個槽位之前設置接近開關，相對行程開關能使停車更精準，在左右平移上限 位置也設置接近開關，給行車充分的反應時間實現前后限位保護。每個槽位電鍍都做了 上下限的行程開關，方便控制電鍍過程的電機動作。由于上下動作的速度較慢，為了減 少輸入點和開關數量以及成本，沒有添加上下限保護開關。 2.1.4 指示顯示方案 在不同的槽位前面設置到位提示，在原點和下料點處、及電機前進運行時設置指示 燈，以保證控制人員通過指示燈清晰了解行車的運行狀況。 2.22.2 電鍍車間專用行車電鍍車間專用行車 PLCPLC 控制系統(tǒng)主電路控制系統(tǒng)主電路 如圖 2，控制系統(tǒng)采用 3 臺三相交流異步電動機 （Y802-4，0.75kW、2A、1390r/min、 380V） ，M1 用于驅動行車的前進后退，M2 用于控制上升下降， M3 用于點動調整行車左 右位置，并由接觸器 KM1 KM2 KM3 KM4 KM5 KM6 分別控制其正反轉。隔離開關 QS 作為 電源控制, 由熔斷器 FU1 實現短路保護，由熱繼電器 FR1、FR2、FR3 實現過載保護。取 U、W 兩相電流，經整流濾波后產生 36V 直流電，為能耗制動提供直流電源。 四川工商職業(yè)技術學院畢業(yè)設計 6 圖 2 電鍍車間專用行車 PLC 控制系統(tǒng)主電路 2.32.3 保護方案選擇保護方案選擇 如圖 2，在主電路以及整流濾波電路中裝設熔斷器保護，并給每一臺電動機裝設熱 繼電器，防止電機過載過熱。 2.42.4 控制系統(tǒng)的接地設計控制系統(tǒng)的接地設計 良好的接地可以有效地防止干擾引起的誤動作， 控制系統(tǒng)的接地一般有圖3所示的3 種方法。 圖 3 控制系統(tǒng)的接地方法 其中圖3（a）為控制器和其他設備分別接地方式，這種接地方式最好。一般不能使 用圖3（c）所示的共通接地方法。在設計接地時，還需注意以下兩點：第一，采用共通 接地方式，接地電阻應小于100；第二，接地線應盡量粗，一般用大于2mm平方的接地 線 3 3 控制系統(tǒng)軟件設計控制系統(tǒng)軟件設計 3.13.1 控制系統(tǒng)動作流程框圖控制系統(tǒng)動作流程框圖 為實現設計要求，擬用三臺電動機分別控制行車前進后退到達不同的電鍍槽位，上 行下行實現電鍍過程， 以及必要時做左右調整。 通過選擇不同的旋動開關實現功能選擇， 以使行車在不同的槽位停止完成電鍍的動作。圖 4 為實現這些動作的流程框圖，也是程 序運行的主要流程。 四川工商職業(yè)技術學院畢業(yè)設計 7 開 始 原 點 選擇 不同 槽位 的槽 位的 電鍍 動作 下 料 點 原點指示啟動 料 聲 光 提 示 電鍍槽位指示 圖 4 控制系統(tǒng)動作流程框圖 3.23.2 系統(tǒng)控制流程圖系統(tǒng)控制流程圖 通過調用子程序這種方法，可以實現選擇不同的開關完成不同的動作。給這種程序 設計思想具有較強的功能拓展性，可根據不同的要求對子程序賦予不同的值，實現程序 預選功能。圖 5 為子程序調用流程框圖。 行車前進 調用 條件 滿足 選擇槽的子程序 子程序返回 下 一 個 條 件 滿 足 行車前進 圖 5 子程序調用流程框圖 3.33.3PLCPLC 選型選型 FX系列PLC由基本單元、擴展單元、擴展模塊及特殊功能單元組成。本控制系統(tǒng)選 用FX2N-64MR-001，此型號名稱體系形式如圖6所示。 四川工商職業(yè)技術學院畢業(yè)設計 8 圖6 FX2N-64MR-001名稱體系形式 這些參數的編號分為兩部分，第一部分用一個字母代表功能，如輸入繼電器用“X” 表示，輸出繼電器用“Y”表示，第二部分用數字表示該軟組件的序號，輸入輸出繼電 器的序號為八進制，其余軟組件為十進制。下表所列為FX2N系列可編程器的總體性能。 表1FX2N系列可編程器的總體性能 環(huán)境溫度055攝氏度 環(huán)境濕度35%89%RH（不結露） 抗噪聲干擾用噪聲仿真器產生電壓為1000V、 噪聲脈沖寬度為1微秒、 周期為 30100Hz的噪聲，在此噪聲干擾下PLC工作正常 耐壓AC1500V 1min各端子與接地端之間 絕緣電阻5M以上 接地第3種接地。不能接地時，亦可浮空 使用環(huán)境禁止腐蝕性氣體，嚴禁塵埃 根據該專用行車的控制要求，其輸進/輸出及控制信號共有 32 個，其輸入信號 20 個，輸出信號 17 個，實際使用時，系統(tǒng)的輸入輸出都為開關控制量，加上 10%15%的 余量，并無其他特殊控制模塊的需要，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 F 系列的拓展單元，以滿足需要的更多的輸入輸出點。 3.43.4 I/OI/O 點分配點分配 選用三菱 FX2N-64MC 型 PLC，輸入輸出各 32 點。將 20 個輸入信號、17 個輸出信號 按各自的功能類型分好。 下料點指示燈設為 HL1，下料點聲音指示設為 HL2，一槽位指示燈設為 HL3，二槽位 指示燈設為 HL4，三槽位指示燈設為 HL5，四槽位指示燈設為 HL6，五槽位指示燈設為 HL7，原點指示燈設為 HL8，運行指示燈設為 HL9。 電機前進線圈設為 KM1，電機后退線圈設為 KM2，電機上行線圈設為 KM3，電機下行 線圈設為 KM4，電機左調整線圈設為 KM5，電機右調整線圈設為 KM6，電機上下行后抱閘 制動線圈設為 KM7，電機左右平移能耗制動線圈設為 KM8。 啟動按鈕設為 SB1，前限指示接近開關設為 SQ1，原點行程開關設為 SQ2，下料點指 示行程開關設為 SQ3，后限保護接近開關設為 SQ4，停止按鈕設為 SB2，一槽選擇開關設 為 SA1，一槽接近開關設為 SQ5，一槽上限開關設為 SQ6，一槽下限開關設為 SQ7，二槽 四川工商職業(yè)技術學院畢業(yè)設計 9 選擇開關設為 SA2，二槽接近開關設為 SQ8，二槽上限開關設為 SQ9，二槽下限開關設為 SQ10，三槽選擇開關設為 SA3，三槽接近開關設為 SQ11，三槽上限開關設為 SQ12，槽下 限開關設為 SQ13，左右調整點動按鈕設為 SB3，上下調整點動按鈕設為 SB4。各輸出端 的負載一側并聯接入 220V 交流電。 將外接元件與PLC的I/O點一一對應，編排地址。表2是外部I/O信號與PLC的I/O接點 地址編號對照表。 表2外部信號與PLC的I/O接點地址編號對照表 輸入信號 名 稱功 能I/O編號 SB1啟動按鈕X000 SQ1前限指示接近開關X001 SQ2原點行程開關X002 SQ3下料點指示行程開關X003 SQ4后限保護接近開關X004 SB2停止按鈕X005 SA1一槽選擇開關X006 SQ5一槽接近開關X007 SQ6一槽上限開關X010 SQ7一槽下限開關X011 SA2二槽選擇開關X012 SQ8二槽接近開關X013 SQ9二槽上限開關X014 SQ10二槽下限開關X015 SA3三槽選擇開關X016 SQ11三槽接近開關X017 SQ12三槽上限開關X020 四川工商職業(yè)技術學院畢業(yè)設計 10 SQ13槽下限開關X021 SB3 左右調整點動按鈕X032 SB4 上下調整點動按鈕X033 輸出信號 名稱功能I/O編號 HL8原點指示燈Y000 HL9運行指示燈Y001 KM1電機前進線圈Y002 KM2電機后退線圈Y003 KM3電機上行線圈Y004 KM4電機下行線圈Y005 HL1下料點指示燈Y006 HL2下料點聲指示Y007 HL3一槽位指示燈Y010 HL4二槽位指示燈Y011 HL5三槽位指示燈Y012 HL6四槽位指示燈Y013 HL7五槽位指示燈Y014 KM5電機左調整Y015 KM6電機右調整Y016 四川工商職業(yè)技術學院畢業(yè)設計 11 KM7電機上下行后抱閘制動Y017 KM8電機左右平移能耗制動Y020 4 4 測試調試測試調試 調試步驟一： 圖 8 為調用子程序時的狀態(tài)模擬，當行車到達有預置的槽位一的時 候調用子程序 P1。執(zhí)行完子程序實現的電鍍過程的模擬過程后，返回到第 20 步程序， 準備到達下一個預置槽位，調用相對應的子程序。預置旋動開關 X6 閉合，并且接近開 關 X7 閉合，既是行車到達了 1 槽位。調用相對應的子程序，既執(zhí)行電鍍過程。 圖 8 調試步驟一 調試步驟二：如圖 9 所示，離開第一個預置槽位，到達第二個槽位，自動調用 P2 子程序，實現自動運行的要求。 圖 9 調試步驟二 調試步驟三：如圖 10 所示，為電鍍過程中子程序實現的電鍍模擬過程。X7 接近開 關到達，執(zhí)行電機下降，并且制動。當到達下限 X11 的時候停止制動并且啟動電鍍定時 器，定時器時間到，電機上行，到達上限停止，電磁抱閘制動防止吊籃因為重力而自動 掉下。 四川工商職業(yè)技術學院畢業(yè)設計 12 圖 10 調試步驟三 5 5 畢業(yè)總結畢業(yè)總結 在電鍍行車電氣控制系統(tǒng)設計中，實現了兩個目的： （1）對我們即將進入社 會的畢業(yè)生進行了現場工程師的綜合訓練，著重訓練我們查閱資料的能力、工程 制圖的能力、計算機運用能力、元件選擇能力、軟件開發(fā)使用能力以及文字表達 的能力。同時，讓我們回顧已學過的電氣控制與PLC的知識，并對知識重新組合、 靈活運用。使我們能夠通過畢業(yè)設計對電氣控制與PLC應用技術的了解更加深刻； 也為我們今后從事工業(yè)自動化及自動線方面的設計工作提供了寶貴的經驗。 （2） 成功地實現使控制系統(tǒng)滿足工藝流程要求以及設計任務書上提出的所有控制、保 護和顯示要求，并且力圖使所設計的控制系統(tǒng)做到了工作穩(wěn)定可靠、技術性能先 進、操作靈活方便。