電鍍生產(chǎn)線PLC控制程序設(shè)計

1、電鍍生產(chǎn)線PLC控制程序設(shè)計摘要：了解電鍍生產(chǎn)線的基本情況，分析基本控制要求，傳統(tǒng)的順序控制器控制電鍍生產(chǎn)線，電路復(fù)雜，可靠性差。應(yīng)用可編程控制器 PLC控制電鍍生產(chǎn)線，實現(xiàn)電鍍生產(chǎn)線的自動控制。設(shè)計出單周期運行，連續(xù)運行，步進(jìn)運行和手動操作四種工作方式。最后選擇元器件安裝調(diào)試。關(guān)鍵詞：電鍍 PLC 設(shè)計1 概述電鍍生產(chǎn)作為一種傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)自開始以來，幾十年間有了極大的發(fā)展。從早期的手工作坊式生產(chǎn)發(fā)展到今天的半自動化和全自動化，電鍍工業(yè)的進(jìn)步是長足的 巨大的，電鍍產(chǎn)品的種類和電鍍工藝的復(fù)雜程度也發(fā)生了巨大的變化，大到汽車，飛機(jī)小到生活用品金銀首飾，各式各樣的工業(yè)產(chǎn)品是離不開電鍍技術(shù)，電鍍技術(shù)已發(fā)展

2、成為一個重要的工程領(lǐng)域。隨著工業(yè)現(xiàn)代化的發(fā)展，電鍍產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)控制技術(shù)的發(fā)展也是突飛猛進(jìn)的，幾十年前，電鍍一個工件只需要一個渡槽，用兩支電極通上電就完事，漸漸地人們意識到這樣的鍍法不能適應(yīng)復(fù)雜鍍層的要求，于是就開始生產(chǎn)線，引入一兩臺行車掛上工件，用繼電器控制技術(shù)控制行車運動，進(jìn)而實現(xiàn)不同鍍覆過程的有序進(jìn)行。按照要求在不同的鍍槽內(nèi)時間是不同的，鍍覆電流也是有所區(qū)別的，電流的大小事先設(shè)定，時間的長短由人為控制。因此這種生產(chǎn)線還是半自動生產(chǎn)線。隨著時間的推移和新技術(shù)的發(fā)展，人們漸漸地意識到這種生產(chǎn)線難以提高生產(chǎn)效率，因而在控制上開始考慮生產(chǎn)線的全自動化。控制的手段引入計算機(jī)控制，也就是人們所熟知的工業(yè)控

3、制計算機(jī)系統(tǒng)（PIC），用計算機(jī)實現(xiàn)對控制過程的參數(shù)預(yù)設(shè)，參數(shù)檢測，數(shù)學(xué)運算等，在電流控制方面，采用晶閘管變流技術(shù)，變頻器，高頻開關(guān)電源新技術(shù)，使得電流控制能按照生產(chǎn)工藝要求實現(xiàn)精確控制，隨著生產(chǎn)工藝要求的進(jìn)一步提高和生產(chǎn)過程的實際變化，人們覺得這種工控機(jī)有則明顯的弱勢，一方面要求生產(chǎn)工人具有一定的文化知識，要熟悉電腦操作，能是實現(xiàn)電腦維護(hù)，另一方面工控機(jī)雖然為工業(yè)生產(chǎn)而設(shè)計的，但其可靠性和抗干擾能力等措施顯得有些不夠。隨著市場上新的數(shù)字技術(shù)和數(shù)字設(shè)備的發(fā)展，新的工控裝置PLC收到越來越來的青睞，PLC的應(yīng)用場合從早期的控制到后來的模擬控制。設(shè)備的外部控制模塊也有了很大的發(fā)展，出現(xiàn)了很多特殊功

4、能模塊，這極大的豐富了PLC的功能，也極大了拓展了PLC的應(yīng)用空間。PLC技術(shù)引入電鍍產(chǎn)業(yè)以后，電鍍產(chǎn)業(yè)有了較大的發(fā)展。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(zhì)量和品質(zhì)得到保證，有效的減少廢品率，而且還可以提高生產(chǎn)效率和減輕工人的勞動強(qiáng)度。本文主要針對自動控制這一點進(jìn)行設(shè)計。在該生產(chǎn)線的控制中，采用了高可靠性，高穩(wěn)定性，編程簡單，易于操的廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)線過程控制中的可編程控制器 PLC。設(shè)計中實現(xiàn)了電鍍生產(chǎn)線的的單周期運行，連續(xù)運行，步進(jìn)運行和手動控制四種工作方式。2 電鍍生產(chǎn)線控制要求如圖2-1 所示，在電鍍生產(chǎn)線一側(cè)（原位）將待加工的零件裝入吊籃，發(fā)出信號，專用行車便提升

5、前進(jìn)，到規(guī)定槽位自動下降，并停留一段時間（各槽停留時間預(yù)先按工藝設(shè)定）后提升，行至下一個電鍍槽，完成電鍍工藝規(guī)定的每一道工序后，自動返回原位，卸下電鍍好的工件重新裝料。進(jìn)入下一個電鍍環(huán)節(jié)。M1M2吊籃5#槽4#槽1#槽2#槽3#槽SQ0SQ7SQ8SQ9SQ5SQ4SQ3SQ2SQ1SQ6圖2-1 電鍍自動生產(chǎn)線示意圖原位（1）電鍍行車采用兩臺異步電動機(jī)分別控制行車的升降和進(jìn)退。采用機(jī)械減速裝置。 (2)電鍍生產(chǎn)工藝應(yīng)能實現(xiàn)以下4種操作方式： 單周期：起動后，完成一次電鍍工作回到原位停止，等待。 連續(xù)循環(huán)：起動后，完成一次電鍍工作回到原位再連續(xù)工作。 單步操作：每按一次按鈕，執(zhí)行一個動作。手動

6、操作：用上升、下降、前進(jìn)、后退四個按鈕手動操作電鍍生產(chǎn)線的上升、下降、前進(jìn)和后退。(3)前后運行和升降運行應(yīng)能準(zhǔn)確停位，前后、升降運行之間有互鎖作用。(4)該裝置采用原距離操作臺控制行車運動，要求有暫停功能。(5)行車運行采用正反轉(zhuǎn)的電動機(jī)控制，并要求在1#和5#槽位有過限保護(hù)。(6)主電路應(yīng)有短路和過載保護(hù)行車升降電動機(jī)采用單相電磁鐵制動，升降電動機(jī)和單相電磁鐵并相接線，不需要單獨控制。由于每個槽位之間的跨度較小，行車在前后運行停車時要采用能耗制動，以保證能準(zhǔn)確停位。進(jìn)退電機(jī)的制動時間時2秒。1#到5#槽的停留時間分別是11s 、12s、 13s 、14s 、15s ，原位裝卸時間是為10秒

7、。(7)對于不同的鍍件工藝不同，要求對電鍍槽位有選擇功能。(8)用信號燈顯示電鍍吊籃所在槽位和上下限位。3 電鍍生產(chǎn)線電氣控制系統(tǒng)設(shè)計3.1 主電路設(shè)計電源開關(guān)QS為普通閘刀開關(guān)，用熔斷器FU作短路保護(hù)，兩臺電動機(jī)均采用熱繼電器FR作為過載保護(hù)，電機(jī)正反轉(zhuǎn)由接觸器KM1KM4控制。M1控制行車前后移動，M2控制行車上下移動。進(jìn)退電機(jī)M1的能耗制動電源由控制變壓器TC降壓后整流，由接觸器KM5接到電動機(jī)的繞組上。主電路如圖3-1L1L1L2L2L3L3QSFU1KM1FR1M3M1KM2T1KM3FR2KM4M3M20YBKM5FU2T圖 3-1 主電路3.2 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計3.2.1 PL

8、C控制的優(yōu)點和應(yīng)用（1） PLC控制的特點可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)PLC由于采用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路技術(shù)，采用嚴(yán)格的生產(chǎn)工藝制造，內(nèi)部電路采取了先進(jìn)的抗干擾技術(shù)，具有很高的可靠性。例如三菱公司生產(chǎn)的F系列PLC平均無故障時間高達(dá)30萬小時。一些使用冗余CPU的PLC的平均無故障工作時間則更長。配套齊全，功能完善，適用性強(qiáng)PLC發(fā)展到今天，已經(jīng)形成了大、中、小各種規(guī)模的系列化產(chǎn)品?？梢杂糜诟鞣N規(guī)模的工業(yè)控制場合。除了邏輯處理功能以外，現(xiàn)代PLC大多具有完善的數(shù)據(jù)運算能力，可用于各種數(shù)字控制領(lǐng)域。 易學(xué)易用，深受工程技術(shù)人員歡迎編程語言易于為工程技術(shù)人員接受。梯形圖語言的圖形符號與表達(dá)方式和繼電器電路

9、圖相當(dāng)接近，只用PLC的少量開關(guān)量邏輯控制指令就可以方便地實現(xiàn)繼電器電路的功能。系統(tǒng)的設(shè)計、建造工作量小，維護(hù)方便，容易改造PLC用存儲邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設(shè)備外部的接線，使控制系統(tǒng)設(shè)計及建造的周期大為縮短，同時維護(hù)也變得容易起來。更重要的是使同一設(shè)備經(jīng)過改變程序改變生產(chǎn)過程成為可能。很適合多品種、小批量的生產(chǎn)場合。（2）PLC的應(yīng)用目前，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。 開關(guān)量的邏輯控制PLC取代傳統(tǒng)的繼電器電路，實現(xiàn)邏輯控制、順序控制，既可用于單臺設(shè)備的控制，也可用于

10、多機(jī)群控及自動化流水線。如注塑機(jī)、訂書機(jī)械、印刷機(jī)、磨床、組合機(jī)床、包裝生產(chǎn)線、電鍍流水線等。 運動控制PLC可以用于直線運動或者圓周運動的控制。如可驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)或者伺服電機(jī)的單軸或多軸位置控制模塊。世界上各主要PLC廠家的產(chǎn)品幾乎都具有運動控制功能，廣泛用于各種機(jī)械、機(jī)器人、機(jī)床、電梯等場合。 模擬量控制在工業(yè)生產(chǎn)過程當(dāng)中，有許多連續(xù)變化的量，如溫度、壓力、流量、液位和速度等都是模擬量。為了使可編程控制器處理模擬量，必須實現(xiàn)模擬量（Analog）和數(shù)字量（Digital） 之間的A/D轉(zhuǎn)換及D/A轉(zhuǎn)換。PLC廠家都生產(chǎn)配套的A/D和D/A轉(zhuǎn)換模塊，使可編程控制器用于模擬量控制。 數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)

11、處理一般用于大型工業(yè)控制系統(tǒng)，如無人控制的柔性制造系統(tǒng)；也可以用于過程控制系統(tǒng)，如造紙、冶金、食品工業(yè)中的一些大型控制系統(tǒng)。 過程控制過程控制是指對溫度、壓力、流量等模擬量的閉環(huán)控制。作為工業(yè)控制計算機(jī)，PLC能編制各種各樣的控制算法程序，完成閉環(huán)控制。過程控制在冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場合有非常廣泛的應(yīng)用。3.2.2 PLC的選型及I/O（1）根據(jù)電鍍生產(chǎn)線情況確定輸入點數(shù)和輸出點數(shù)。過限保護(hù) SQ7， 原位 SQ0，1#槽位選擇S1 ，1#槽行程開關(guān)SQ1，2#槽位選擇S2， 2#槽行程開關(guān)SQ2，3#槽位選擇S3 ，3#槽行程開關(guān)SQ3，4#槽位選擇S4 ，4#槽行程開關(guān)SQ4，5

12、#槽位選擇S5 ，5#槽行程開關(guān)SQ5，過限保護(hù) SQ6、SQ7 ， 上限位 SQ8 ，下限位 SQ9 ， 手動開關(guān)， 單步開關(guān)， 連續(xù)開關(guān)， 單周開關(guān)，停止按鈕， 前進(jìn)按鈕， 后退按鈕， 上升（起動）按鈕，下降（暫停）按鈕。1#槽位指示燈，2#槽位指示燈，3#槽位指示燈，4#槽位指示燈，5#槽位指示燈，左右過限保護(hù)，M1電機(jī)正反轉(zhuǎn)，M2電機(jī)正反轉(zhuǎn)，電機(jī)能耗制動輸入點共計16，輸出點共計13點，所以選用PLC型號選用三菱FX2N-32MR，（2）PLC I/O地址分配在電鍍行車中，為了防止行車在到達(dá)原位和末端時由于限位開關(guān)損壞而越過工作區(qū)，設(shè)置了過限保護(hù)SQ6和SQ7。它們分別與原位和5#槽位

13、的限位開關(guān)SQ0、SQ5并聯(lián)，這樣可以節(jié)省輸入點數(shù)。根據(jù)要求對電鍍槽有槽位選擇功能，只需要使用5個槽位選擇開關(guān)S1S5，分別和SQ1SQ5串聯(lián)即可達(dá)到槽位選擇的目的。而不必占用輸入點。行車控制有4個操作方式，用了三個輸入點，其中單周期控制方式，不用輸入點，可以簡化梯形圖和減少輸入點數(shù)。手動操作采用單獨的控制按鈕。停止、前進(jìn)、后退、上升、下降分別對應(yīng)輸入點X13X17。 Y0Y7 用于顯示吊籃所在位置和上下限。 Y10Y13 用于進(jìn)退電機(jī)和升降電機(jī)的控制和保護(hù)。 Y14 用于電機(jī)的制動其地址分配表見表1表1 PLCI/O地址分配表輸入輸出輸入設(shè)備及符號PLC輸入點輸出設(shè)備及符號PLC輸出點過限保

14、護(hù)SQ7X0原位指示燈0Y0原位 SQ01#槽位指示燈1Y11#槽位行程開關(guān)SQ11#槽位行程開關(guān)S1X12#槽位指示燈2Y22#槽位行程開關(guān)SQ22#槽位行程開關(guān)S2X23#槽位指示燈3Y33#槽位行程開關(guān)SQ33#槽位行程開關(guān)S3X34#槽位指示燈4Y44#槽位行程開關(guān)SQ44#槽位行程開關(guān)S4X45#槽位指示燈5Y55#槽位行程開關(guān)SQ55#槽位行程開關(guān)S5X5過限指示燈6Y6過限保護(hù) SQ6過限指示燈7Y7上限位 SQ8X6下限位 SQ9X7手動X10KM1前進(jìn)Y10單步X11K M2后退Y11連續(xù)X12KM3上升Y12單周KM4下降Y13停止 SB0X13KM5制動Y14前進(jìn) SB1

15、X14后退 SB2X15上升（起動）SB3X16下降（暫停）SB4X17（3）PLC系統(tǒng)接線圖 根據(jù)I/O地址分配表繪制PLC接線圖，如圖3-2X0X1X2X3X4X5X6X10X11X12X7X13X14X15X16X17COMSASB0SB1SB2SQ7SB3SB4SQ0SQ1SQ5SQ4SQ3SQ2SQ6SQ8SQ9過限保護(hù)3#4#2#1#手動下限位上限位過限保護(hù)5#4#前進(jìn)停止單周連續(xù)單步后退上升（起動）下降（暫停）S1S3S2S4S5圖3-2 PL系統(tǒng)C接線圖Y0Y1Y5Y2Y3Y7Y4Y6Y10Y11Y12Y13Y14COM2MCOM3COM4COM10電源指示KM2KM1KM2K

16、M1KM4KM3KM3KM4220 VHL0HL1HL2HL3HL4HL5HL6HL7QS3.2.3 PLC程序設(shè)計（1）單周期、連續(xù)控制設(shè)計單周控制方式設(shè)計: 單周控制方式，即為從裝料到各槽位電鍍結(jié)束后退回原位，完成一個工作循環(huán)過程，當(dāng)?shù)趸@在原位時，原位X0及下限位開關(guān)X7動作，信號燈Y0亮，狀態(tài)器S0置位，等待起動命令。狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖3-2-3-1按下起動按鈕X16、S20置位，Y12得電，吊籃上升，當(dāng)上升碰到上限位開關(guān)X6時，電路經(jīng)X5常閉接點使S21,Y12得電行車前進(jìn)行至1號槽X1動作，M2產(chǎn)生一個脈沖使S23置位，Y13得電吊籃下降。同時Y10失電，在公共程序中Y10下降沿接點閉合使Y

17、14閉合得電，對進(jìn)退電機(jī)M進(jìn)行能耗制動2秒鐘。下降到下限位開關(guān)X7，S23置位，由于這時在1號槽位，X1接點接通定時器T1，在1#槽位停留T1對應(yīng)的設(shè)定時間，停留時間到時，T1接點閉合，返回到S20,Y12得電上升。電鍍結(jié)束后，在5 #槽位上升到上限位X6時，由于X5接點已經(jīng)閉合，使S22置位，Y11得電行車后退，當(dāng)退到原位時，X0動作，S23置位下降，到下限位X7動作，S24置位。T0得電延時后，經(jīng)X12 常閉接點返回到S0。全部過程結(jié)束，完成一次電鍍過程。狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖如圖3-3。連續(xù)控制方式設(shè)計連續(xù)控制方式就是反復(fù)執(zhí)行單周控制方式，如果不按停止按鈕就一直運行下去。將選擇開關(guān)SA打到連續(xù)位置，

18、X12輸入接點閉合，當(dāng)行車完成一次，電鍍過程返回原位時。T0延時后，經(jīng)X12常開接點返回到S20，進(jìn)入下一步電鍍過程。X0Y0X7S0X 6Y12S20X16S21X6X5X5PLSM1PLSM2X1M3M1M2M3Y10X2X3X4X5S23X0Y11S22M3X0Y13X7X7S24T0 K100T1 K110T2 K120T3 K130T4 K140T5 K150T0T1T2T3T4T5T0X12X12圖3-3狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖X0X1X2X3X4X0X5M8000需要特別注意的的是，此時行車在1#位，X1處于動作狀態(tài)，所以當(dāng)上升到達(dá)上限為時，X6動作后S20置位，應(yīng)該Y10 得電，但由于X10

19、接點閉合，使得M2產(chǎn)生一個脈沖跳過S21到S23又下降了，結(jié)果造成反復(fù)上升下降的死循環(huán)現(xiàn)象。這里采用PLSM1指令，其作用是當(dāng)S21置位時，M1常閉接點斷開一個掃描周期，使M2的脈沖不起作用，從而防止了直接跳過S21的現(xiàn)象。（2）電鍍生產(chǎn)線PLC總程序公共程序設(shè)計公共程序是指不受跳轉(zhuǎn)CJ控制的程序，其中ZRST用于步進(jìn)指令狀態(tài)器S的全部復(fù)位。已達(dá)到停止的目的，ALT用于暫停，按下暫停按鈕X17 M8034=1。停止輸出，全部Y失電。再按下按鈕X17 M8034=0 全部僅恢復(fù)原來的輸出狀態(tài)。MOV用于位置信號燈的顯示。Y14用于進(jìn)退電機(jī)停止時的能耗制動控制。手動控制方式 分別用四個點 動按鈕控

20、制兩臺電機(jī)的升降和 進(jìn)退 其中進(jìn)退的能耗制動仍由公共程序的Y14制動電路控制。將選擇開關(guān)SA打到手動位置，X10控制跳轉(zhuǎn)指令CJ 將單周 連續(xù)控制跳過去 執(zhí)行手動程序。在手動程序中，應(yīng)考慮各種動作之間的互鎖和運行條件，如必須在上限位時 才能前進(jìn)后退，進(jìn)退到兩端必須停止，上升到上限位停止，下降到下限位停止。單步控制方式設(shè)計單步控制方式 就是按一次起動按鈕，行車每次只完成一個規(guī)定動作，例如按起動按鈕吊籃上升，當(dāng)?shù)竭_(dá)上限位時并不前進(jìn)，只有再按一次起動按鈕，才前進(jìn)。單步操作方式開關(guān)打在單步位置時，X11接點閉合，M8040線圈得電，禁止?fàn)顟B(tài)轉(zhuǎn)移。如電鍍行車在原位時，狀態(tài)器S0置位，按下起動按鈕X16

21、S20 置位 Y12得電 吊籃上升，當(dāng)?shù)竭_(dá)上限位時，X6動作 滿足轉(zhuǎn)移條件，但由于M8040 線圈得電。禁止?fàn)顟B(tài)轉(zhuǎn)移。S20仍置位 這時為了防止Y12得電吊籃繼續(xù)上升，要由X6常閉觸點將其斷開，其他狀態(tài)器S的輸出線圈也應(yīng)該如此。在S21狀態(tài)步中，當(dāng)Y10得電前進(jìn)到位時，防止死循環(huán)和單步控制要求，在電路中增加M3線圈回路。 電鍍生產(chǎn)線PLC總程序梯形如圖3-4圖3-4 梯形圖 （3）指令表： 根據(jù)總程序?qū)懗鎏菪螆D如圖3-5圖3-5指令表4 電鍍生產(chǎn)線元器件選擇（1）刀開關(guān)QS的選擇 刀開關(guān)QS是一種手動電器，廣泛用于配電設(shè)備作隔離電源用。刀開關(guān)額定電壓應(yīng)大于或等于線路電壓，額定電流應(yīng)等于或大于線

22、路的額定電流。（2）熔斷器FU的選擇熔斷器主要由熔體和安裝熔體的絕緣管組成。對于單臺電動機(jī):INF=(1.5-2.5)INM式中：INF熔體額定電流（A），INM電動機(jī)額定電流（A）；對于多臺電動機(jī)：INF=(1.5-2.5)INMmax+INM式中：INMmax最大一臺電動機(jī)額定電流（A），INM其余各臺電動機(jī)額定電流之和（A）。（3）接觸器KM的選擇接觸器是用于遠(yuǎn)距離頻繁地接通與斷開交直流主電路及大容量控制電路的一種自動切換電器。額定電壓應(yīng)不小于主電路工作電壓，額定電流應(yīng)不小于被控電路額定電流。（4）熱繼電器FR的選擇 熱繼電器利用電流的熱效應(yīng)原理來切斷電路的保護(hù)電器。額定電流IN=（0.95-1.05）IMN式中：IN熱元件額定電流，IMN電動機(jī)的額定電流電動機(jī)型號選用Y2-112M-4(額定電流8.8A，額定電壓380V)。根據(jù)電動機(jī)的型號合理選用刀開關(guān)，熔斷器，接觸器，熱繼電器的元器件，各器件規(guī)格見表2。表 1元器件明細(xì)表代號名稱型號規(guī)格數(shù)量M電動機(jī)Y2-112M-4(額定電流8.8A)2QS刀開關(guān)HD 30-1000（額定電流30A）1FU熔斷器RC1A-30（熔體30A）1KM1-KM5接觸器CJ20-105TC變壓器BK100（380,220/110,3