畢業(yè)設(shè)計精品電鍍生產(chǎn)線控制系統(tǒng)的設(shè)計

1、電氣控制與plc原理及應(yīng)用課程設(shè)計說明書電鍍生產(chǎn)線控制系統(tǒng)的設(shè)計學(xué) 生 姓 名： 學(xué) 號： 學(xué) 院： 機 電 工 程 學(xué) 院 專 業(yè)： 電 氣 自 動 化 技 術(shù) 班 級： 09 電 氣 2 班 題 目： 電鍍生產(chǎn)線控制系統(tǒng)的設(shè)計 指 導(dǎo) 教 師： 2011年 6月 21日電氣控制與plc原理及應(yīng)用課程設(shè)計報告書電鍍生產(chǎn)線控制系統(tǒng)的設(shè)計 目錄一. 課題選題背景及意義1.1 基于plc電鍍生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)的概述1.2 課題的選題背景及意義二. 設(shè)計說明2.1 設(shè)計要求2.2 設(shè)計思路三.系統(tǒng)的硬件設(shè)計3.1 plc機型選擇3.2 i/o分配表及其端子接線圖3.3 主電路的設(shè)計3.4 電鍍生產(chǎn)線的

2、工作流程圖四.系統(tǒng)的軟件設(shè)計 五.調(diào)試及分析六.總結(jié)參考文獻(xiàn) 一. 課題選題背景及意義1.1 基于plc電鍍生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)的概述電鍍行車生產(chǎn)線自動化的程度在德國、意大利、美國等國家的發(fā)展水平已經(jīng)較高，而在我國尚處在發(fā)展階段。中國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，工業(yè)化進(jìn)程的不斷深化，為自動化行業(yè)的迅猛發(fā)展提供了廣闊的空間。電鍍行業(yè)是我國重要的加工行業(yè)，據(jù)粗略估計，全國現(xiàn)有15000家電鍍生產(chǎn)廠，行業(yè)職工總數(shù)超過50萬人，現(xiàn)有5000多條生產(chǎn)線和2.53億平方米電鍍面積生產(chǎn)能力。電鍍行業(yè)年產(chǎn)值約為100億元人民幣。近十年來，鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)發(fā)展迅速電鍍行業(yè)企業(yè)規(guī)模普遍較小，年電鍍能力超過10000平方米的企業(yè)不足500

3、家。少數(shù)合資企業(yè)或正規(guī)專業(yè)化企業(yè)擁有國際先進(jìn)水平的設(shè)備和設(shè)施，但是大多數(shù)中小企業(yè)仍在使用許多過時的技術(shù)和設(shè)備，大量的生產(chǎn)線為半機械化和半自動化控制，一些甚至為手工操作。工業(yè)電鍍生產(chǎn)線工位多、生產(chǎn)復(fù)雜，同時在電鍍中，其氧化、酸洗、堿洗、電鍍等許多工藝具有嚴(yán)重的化學(xué)污染和腐蝕，對人的身心健康十分不利，而且人工操作隨機性大，影響產(chǎn)品質(zhì)量。傳統(tǒng)的方法是使用順序控制器，由于其電路復(fù)雜，接口多，受外界干擾大，工作可靠性差，維護(hù)也困難。采用plc有較完善的診斷和自保護(hù)能力，可以增強系統(tǒng)的抗干擾能力，提高系統(tǒng)的可靠性。1.2 課題的選題背景及意義電鍍就是利用電解的方式使金屬或合金沉積在工件表面，以形成均勻、致

4、密、結(jié)合力良好的金屬層的過程。簡單的理解，是物理和化學(xué)的變化和結(jié)合。隨著工業(yè)化生產(chǎn)的不斷細(xì)分，新工藝新材料的不斷涌現(xiàn)，在實際產(chǎn)品得到應(yīng)用的設(shè)計效果也日新月異，電鍍是我們在設(shè)計中經(jīng)常要涉及到的一種工藝，而電鍍效果是我們使用時間較長，工藝也較為成熟的一種效果。對于這種工藝的應(yīng)用在我們的產(chǎn)品上已經(jīng)非常多，而通過這種的處理我們通?？梢缘玫揭恍┙饘偕珴傻男Ч?，如高光、亞光等，搭配不同的效果構(gòu)成產(chǎn)品效果的差異性，通過這樣的處理為產(chǎn)品的設(shè)計增加一個亮點。電鍍工藝的應(yīng)用我們一般作以下用途：a:防腐蝕b:防護(hù)裝飾c:抗磨損d:電性能（根據(jù)零件工作要求，提供導(dǎo)電或絕緣性能的鍍層）e:工藝要求。一件電鍍產(chǎn)品的質(zhì)量除

5、了要有好的成熟的電鍍工藝和品質(zhì)好的鍍液添加劑外，如何保證電鍍產(chǎn)品嚴(yán)格按照電鍍工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(zhì)量和品質(zhì)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(zhì)量和品質(zhì)得到嚴(yán)格的保證，有效的減少廢品率，而且還可以提高生產(chǎn)效率和減輕工人的勞動強度，有著非常好的經(jīng)濟(jì)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(guān)鍵。電鍍生產(chǎn)線按照其工藝要求和規(guī)模一般設(shè)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

6、部件，其控制更為安全、可靠、方便、靈活，自動化程度更高。用plc輔以變頻器對電鍍自動生產(chǎn)線行車進(jìn)行自動控制，具有結(jié)構(gòu)簡單、編程方便、操作靈活、使用安全、工作穩(wěn)定、性能可靠和抗干擾能力強的特點，是一種很有效的自動控制方式，是電鍍生產(chǎn)實現(xiàn)高效、低成本、高質(zhì)量自動化生產(chǎn)的發(fā)展方向。二. 設(shè)計說明2.1 設(shè)計要求 根據(jù)電鍍生產(chǎn)線的工藝要求和控制流程，理清輸入/輸出信號的關(guān)系和狀態(tài)，列出i/o分配表，繪制plc硬件接線圖和順序功能圖，設(shè)計控制梯形圖程序或語句表。2.2 設(shè)計思路電鍍的工作流程如圖2.1：啟動吊鉤上升上限行程開關(guān)閉合右行至1號槽上方xk1行程開關(guān)閉合吊鉤下降進(jìn)入1號槽下限行程開關(guān)閉合電鍍延

7、時吊鉤上升，由3號槽內(nèi)吊鉤上升，然后左行至左限位，吊鉤下降至原位，即原位。按照要求，我們要實現(xiàn)以下工作方式：1、原位：表示設(shè)備處于初始狀態(tài)，吊鉤在下限位置，行車在左限位置。2、連續(xù)工作：當(dāng)?shù)蹉^回到原點后，延時一段時間（裝卸零件），自動上升右行，按照工作流程要求不停的循環(huán)。3、 單周期工作：設(shè)備始于原點，按下啟動按鈕，設(shè)備工作一個周期，然后停于原點，要重復(fù)第二個工作周期，必須再按一下啟動按鈕。圖2.1電鍍的工作流程三.系統(tǒng)的硬件設(shè)計3.1plc機型選擇根據(jù)自動化電鍍生產(chǎn)線的控制要求，我們采用了德國西門子plc s7-200 cpu226型號，此類型plc無論獨立運行，還是聯(lián)接網(wǎng)絡(luò)都能完成各種控制

8、任務(wù)。它的使用范圍可以覆蓋從替代繼電器的簡單控制到復(fù)雜的自動控制。其應(yīng)用領(lǐng)域包括各種機床、紡織機械、塑料機械、電梯等行業(yè)。s7-200 cpu226通訊功能完善，具有極高的性能價格比是很突出的特點，也是我們采用它的主要原因。 plc為此系統(tǒng)的控制核心，此系統(tǒng)的輸入信號有兩部分，一部分是原點、單周期、連續(xù)等面板控制按鈕，另一部分是多種行程開關(guān)，這些面板按鈕信號和傳感器信號作為plc的輸入變量，經(jīng)過plc的輸入接口輸入到內(nèi)部數(shù)據(jù)寄存器， 然后在plc內(nèi)部進(jìn)行邏輯運算或數(shù)據(jù)處理后，以輸出變量的形式送到輸出接口，從而驅(qū)動電機來控制行車的運行和吊鉤的升降3.2 i/o分配表及其端子接線圖在本次系統(tǒng)設(shè)計中

9、，我們定義的i/o分配表如表3.1所示。將13個輸入信號和5個輸入信號按各自的功能類型分好，并與plc的i/o點一一對應(yīng)，編排地址如下表。數(shù)字量擴展模塊的地址分配是從最靠近cpu模塊的數(shù)字量模塊開始，在本機數(shù)字量地址的基礎(chǔ)上從左到右按字節(jié)連續(xù)遞增，本模塊高位實際位數(shù)未滿8位的，未用位不能分配給i/o鏈的后續(xù)模塊，模擬量擴展模塊的地址是從最靠近cpu模塊的模擬量模塊開始，在本機模擬量地址的基礎(chǔ)上從左到右按字遞增。我們定義的i/o端子接線圖如圖3.2所示。由圖表可以看出,plc控制系統(tǒng)的輸入信號有13個，均為開關(guān)量。其中單操作按鈕開關(guān)2個，行程開關(guān)3個，限位開關(guān)5個，選擇工作方式開關(guān)3個。plc控

10、制系統(tǒng)的輸出信號有5個，其中2個用于驅(qū)動吊鉤電機正反轉(zhuǎn)接觸器km1、km2,2個用于驅(qū)動行車電機正反轉(zhuǎn)接觸器km3、km4，1個用于原位指示。表3.1 i/o分配表序號輸 入序號輸 出1i0.0上限位14q0.0上升2i0.1下限位15q0.1下降3i0.2左限位16q0.2右行4i0.3xk1行程開關(guān)17q0.3左行5i0.4xk2行程開關(guān)18q0.4原位6i0.5xk3行程開關(guān)19q0.5定時7i0.6原點開關(guān)8i0.7連續(xù)工作開關(guān)9i1.0啟動按鈕10i1.1停止按鈕12i1.3單周期按鈕13i1.4右限位圖3.2 i/o端子接線圖3.3主電路的設(shè)計圖3.3 電鍍生產(chǎn)線主電路圖電氣原理圖

11、是根據(jù)電氣控制系統(tǒng)的工作原理，采用電器元件展開的形式，利用圖形符號和項目符號表示電路各電器元件中導(dǎo)電部件和接線端子連接關(guān)系的電路圖。電氣原理圖并不按電器元件實際布置來繪制，而是根據(jù)它在電路中所起的作用畫在不同的部位上。電氣原理圖具有結(jié)構(gòu)簡單、層次分明的特點，適合研究和分析電路工作原理，在設(shè)計研發(fā)和生產(chǎn)現(xiàn)場等方面得到廣泛應(yīng)用。電氣原理圖一般分為主電路和輔助電路兩部分，在本次設(shè)計中我們著重分析了主電路圖。在本設(shè)計中，根據(jù)電鍍生產(chǎn)線的工藝要求，只需用兩臺電機分別控制吊鉤的上升、下降和行車的左行、右行。主電路如圖2-2。圖3.3中，接觸器km1，km2控制電動機m1的正、反轉(zhuǎn)，實現(xiàn)吊鉤的上升和下降，接

12、觸器km3，km4控制電動機m2的正、反轉(zhuǎn)，實現(xiàn)行車的前進(jìn)和后退。3.4 電鍍生產(chǎn)線的工作流程圖我們根據(jù)設(shè)計要求繪制了整個系統(tǒng)的工作流程圖，以便可以更清楚的認(rèn)識該生產(chǎn)線的生產(chǎn)全過程，整個系統(tǒng)的工作流程圖，如圖3-4所示。行車動作無非就是上下左右受控移動，按照指定的順序(即動作表)完成一系列的動作。要求有幾套動作表可以選擇，動作可以靜態(tài)修改，也可以在運行時由上位機動態(tài)修改。在這里，我們把行車的一個動作定義為：“到幾號工位上升，再到幾號工位下降”，或者是“延時幾秒”，每個動作表由若干個動作字組成，放在plc 的數(shù)據(jù)寄存器里，動作表由plc程序初始化，也可以在運行時通過串行通訊由上位機讀取和修改，p

13、lc程序在運行時只是不斷地解釋和執(zhí)行動作表。圖3.4 電鍍生產(chǎn)線工作流程圖四.系統(tǒng)的軟件設(shè)計控制梯形圖程序設(shè)計圖4.1 梯形圖五.調(diào)試及分析將編好的plc控制程序梯形圖導(dǎo)入s7-200仿真軟件中，打開run運行狀態(tài)進(jìn)行仿真調(diào)試。通過調(diào)節(jié)按鈕開關(guān)對程序進(jìn)行驗證，觀察現(xiàn)象來確定程序是否可行。按照i/o分配表的語句說明找到指定的開關(guān)按鈕，按照設(shè)計流程方案進(jìn)行調(diào)試，通過按動不同的開關(guān)按鈕來觀察程序運行情況，并修改，直到達(dá)到要求后。通過對各種不同工作狀態(tài)的假設(shè)仿真來完成各種不同的工作情況，將設(shè)計思路中的工作流程完成就說明該次設(shè)計成功。將可行的梯形圖程序下載到s7-200實驗箱中運行操作。六.總結(jié)電鍍是一

14、門具有悠久歷史的表面處理技術(shù)，近幾年來，隨著新的工藝技術(shù)方法，尤其是一些新的鍍層材料和復(fù)合電鍍技術(shù)的出現(xiàn)，極大擴展了這一項表面處理技術(shù)的應(yīng)用。并使其成為現(xiàn)代表面工程技術(shù)的重要組成部分。那么，通過我們這次對電鍍生產(chǎn)線控制系統(tǒng)的設(shè)計不僅讓我們更多的了解到了電鍍這個工藝的發(fā)展前景，而且讓我們重新認(rèn)識了用plc來設(shè)計控制系統(tǒng)的使用價值，整個設(shè)計對我們來講是一次很大的鍛煉，使我們對專業(yè)知識有了進(jìn)一步的提高。 在該組成員的極力配合下，該電鍍生產(chǎn)線控制系統(tǒng)的設(shè)計基本完成，在設(shè)計當(dāng)中我們充分考慮到了操作的方便性，元件的實惠性和工藝的簡單性。在設(shè)計當(dāng)中我們的基本參考資料是基于教科書，再通過各種途徑獲取更詳細(xì)的資料設(shè)計該控制系統(tǒng)的。 plc的編程是我們整個設(shè)計最主要的一部分，我們的編程是采用梯形圖編程語言，所有的編寫步驟和編寫要點是嚴(yán)格按照課本要求和教科老師的指導(dǎo)來編寫的，所以整個編寫的過程是相當(dāng)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)?。而且我們編寫程序之前對電鍍生產(chǎn)線的工作流程做了詳細(xì)的分析，每個步驟考慮都很嚴(yán)密，所以總的來說，這個系統(tǒng)的設(shè)計是比較好的。 但是在編寫的過程中我們還是遇到了很多問題，這樣的系統(tǒng)如果能夠?qū)嶋H驗證的話會很到程度上提高我們的動手能力。而且在編寫過程中有一些小的細(xì)節(jié)我們也沒有考慮到，如果說能夠有足夠的條件來調(diào)試的話能