畢業(yè)設(shè)計(jì)基于PLC的電鍍生產(chǎn)線控制設(shè)計(jì)

1、基于PLC的電鍍生產(chǎn)線控制設(shè)計(jì)摘 要隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，電鍍生產(chǎn)對(duì)控制的要求也不斷提高。本文通過對(duì)三菱FX2N-48PLC的介紹。實(shí)現(xiàn)了PLC對(duì)電鍍生產(chǎn)中電機(jī)的正反轉(zhuǎn)與制動(dòng)的控制，并實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的暫?？刂坪瓦^限位的保護(hù)。通過對(duì)控制要求的分析和查閱資料，本文已經(jīng)給出了具體的設(shè)計(jì)方法和步驟，設(shè)計(jì)出了完整的梯形圖，并通過對(duì)程序的調(diào)試進(jìn)一步簡(jiǎn)化了程序增強(qiáng)了程序的實(shí)用性。關(guān)鍵詞：三菱PL 異步電動(dòng)機(jī) 能耗制動(dòng)目錄前言第1章緒論1.1PLC的發(fā)展1.2電鍍生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)概述與背景1.2.1基于PLC電鍍生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)概述1.2.2課題選題背景1.3控制要求詳述第2章系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)2.1PLC機(jī)型選擇2.

2、2 I/O分配表及其端子接線圖2.3主電路的設(shè)計(jì)2.4 電鍍生產(chǎn)線的工作流程圖第3章系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)3.1PLC梯形圖設(shè)計(jì) 3.2PLC的指令表 3.3程序分析 3.4調(diào)試實(shí)現(xiàn)第4章結(jié)論感想?yún)⒖嘉墨I(xiàn)前言我們?cè)O(shè)計(jì)的工作過程是這樣的：在電鍍生產(chǎn)線左側(cè)，工人將零件裝入行車的吊籃并發(fā)出自動(dòng)啟動(dòng)信號(hào)，行車提升吊籃并自動(dòng)前進(jìn)。按工藝要求在需要停留的槽位停止，并自動(dòng)下降。在停留一段時(shí)間后自動(dòng)上升，如此完成工藝規(guī)定的每一道工序直至生產(chǎn)線末端，行車便自動(dòng)返回原始位置，并由工人裝卸零件。一件電鍍產(chǎn)品的質(zhì)量除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(yùn)行和保證產(chǎn)品的電鍍時(shí)間則

3、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(dòng)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?gòu)U品率，而且還可以提高生產(chǎn)效率和減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，有著非常好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，電鍍生產(chǎn)線上對(duì)行車的自動(dòng)控制則是電鍍生產(chǎn)線自動(dòng)化控制的關(guān)鍵。用PLC輔以變頻器對(duì)電鍍自動(dòng)生產(chǎn)線行車進(jìn)行自動(dòng)控制，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(qiáng)的特點(diǎn)，是一種很有效的自動(dòng)控制方式，是電鍍生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)高效、低成本、高質(zhì)量自動(dòng)化生產(chǎn)的發(fā)展的主流方向。第1章 緒論1.1 PLC的發(fā)展二十世紀(jì)六十年代美國(guó)推出可編程邏輯控制器取代傳統(tǒng)繼電器控制裝置以來，PLC得到

4、了快速發(fā)展，在世界各地得到了廣泛應(yīng)用。同時(shí)，PLC的功能也不斷完善。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、信號(hào)處理技術(shù)、控制技術(shù)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展和用戶需求的不斷提高，PLC在開關(guān)量處理的基礎(chǔ)上增加了模擬量處理和運(yùn)動(dòng)控制等功能。今天的PLC不再局限于邏輯控制，在運(yùn)動(dòng)控制、過程控制等領(lǐng)域也發(fā)揮著十分重要的作用。 PLC是由摸仿原繼電器控制原理發(fā)展起來的，二十世紀(jì)七十年代的PLC只有開關(guān)量邏輯控制，首先應(yīng)用的是汽車制造行業(yè)。它以存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和運(yùn)算等操作的指令；并通過數(shù)字輸入和輸出操作，來控制各類機(jī)械或生產(chǎn)過程。用戶編制的控制程序表達(dá)了生產(chǎn)過程的工藝要求，并事先存入PLC的用戶程序存儲(chǔ)器中。運(yùn)行

5、時(shí)按存儲(chǔ)程序的內(nèi)容逐條執(zhí)行，以完成工藝流程要求的操作。PLC的CPU內(nèi)有指示程序步存儲(chǔ)地址的程序計(jì)數(shù)器，在程序運(yùn)行過程中，每執(zhí)行一步該計(jì)數(shù)器自動(dòng)加1，程序從起始步（步序號(hào)為零）起依次執(zhí)行到最終步（通常為END指令），然后再返回起始步循環(huán)運(yùn)算。PLC每完成一次循環(huán)操作所需的時(shí)間稱為一個(gè)掃描周期。不同型號(hào)的PLC，循環(huán)掃描周期在1微秒到幾十微秒之間。PLC用梯形圖編程，在解算邏輯方面，表現(xiàn)出快速的優(yōu)點(diǎn)，在微秒量級(jí)，解算1K邏輯程序不到1毫秒。它把所有的輸入都當(dāng)成開關(guān)量來處理，16位（也有32位的）為一個(gè)模擬量。大型PLC使用另外一個(gè)CPU來完成模擬量的運(yùn)算。把計(jì)算結(jié)果送給PLC的控制器。近10年來

6、，隨著PLC價(jià)格的不斷降低和用戶需求的不斷擴(kuò)大，越來越多的中小設(shè)備開始采用PLC進(jìn)行控制。1.2 電鍍生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)概述與背景意義1.2.1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(dòng)化的程度在德國(guó)、意大利、美國(guó)等國(guó)家的發(fā)展水平已經(jīng)較高，而在我國(guó)尚處在發(fā)展階段。中國(guó)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(dòng)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(guó)重要的加工行業(yè)，工業(yè)電鍍生產(chǎn)線工位多、生產(chǎn)復(fù)雜，同時(shí)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(duì)人的身心健康十分不利，而且人工操作隨機(jī)性大，影響產(chǎn)品質(zhì)量。采用PLC有較完善的診斷和自保護(hù)能力，可以增強(qiáng)系

7、統(tǒng)的抗干擾能力，提高系統(tǒng)的可靠性。1.2.2課題的選題背景 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、致密、結(jié)合力良好的金屬層的過程。簡(jiǎn)單的理解，是物理和化學(xué)的變化和結(jié)合。一件電鍍產(chǎn)品的質(zhì)量除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(yùn)行和保證產(chǎn)品的電鍍時(shí)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(dòng)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?gòu)U品率，而且還可以提高生產(chǎn)效率和減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，有著非常好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，電鍍生產(chǎn)線上對(duì)行車的自動(dòng)控制則是電鍍生產(chǎn)線自動(dòng)化控制的關(guān)鍵。用PLC輔以變

8、頻器對(duì)電鍍自動(dòng)生產(chǎn)線行車進(jìn)行自動(dòng)控制，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(qiáng)的特點(diǎn)，是一種很有效的自動(dòng)控制方式，是電鍍生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)高效、低成本、高質(zhì)量自動(dòng)化生產(chǎn)的發(fā)展方向。1.3控制對(duì)象的設(shè)計(jì)要求詳述如摘要中所述，電鍍的工作流程如圖1.1：?jiǎn)?dòng)吊鉤上升上限行程開關(guān)閉合右行至1號(hào)槽上方XK1行程開關(guān)閉合吊鉤下降進(jìn)入1號(hào)槽下限行程開關(guān)閉合電鍍延時(shí)吊鉤上升，由3號(hào)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(shí)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(diǎn)后，延時(shí)一段時(shí)間（裝卸零

9、件），自動(dòng)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(diǎn)，按下啟動(dòng)按鈕，設(shè)備工作一個(gè)周期，然后停于原點(diǎn)，要重復(fù)第二個(gè)工作周期，必須再按一下啟動(dòng)按鈕。圖1.1電鍍的工作流程第2章 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)2.1 PLC機(jī)型選擇 PLC機(jī)型選擇的基本原則是滿足控制系統(tǒng)的功能要求及保證可靠，維護(hù)方便的前提下，力爭(zhēng)最佳的性能價(jià)格比，還要考慮控制系統(tǒng)的工藝改進(jìn)后的系統(tǒng)升級(jí)的需要，更要兼顧控制系統(tǒng)的制作成本，選擇是主要考慮以下幾點(diǎn)：(1)可編程控制器的結(jié)構(gòu)選擇PLC的基本結(jié)構(gòu)分整體式和模塊式兩種，整體式PLC的每一個(gè)I/O點(diǎn)的平均價(jià)格比模塊式的便宜，且體積相對(duì)較小，一般用于小型控制系統(tǒng)中；而模

10、塊式PLC的功能擴(kuò)展靈活方便，在I/O點(diǎn)數(shù)輸入點(diǎn)數(shù)與輸出點(diǎn)數(shù)的比例，I/O模塊的種類等方面選擇余地大，且維護(hù)方便，一般用于復(fù)雜的控制系統(tǒng)。(2)I/O點(diǎn)數(shù)的確定一般來講，可編程控制器控制系統(tǒng)的規(guī)模的大小是用輸入，輸出的點(diǎn)數(shù)來衡量的。在設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)準(zhǔn)確統(tǒng)計(jì)I/O點(diǎn)數(shù)，并考慮今后調(diào)整和工藝改進(jìn)的需要，一般為實(shí)際點(diǎn)數(shù)再加上10%20%的備用量。綜上所述選擇并根據(jù)課題要求所以所選PLC為三菱FX2N-48。2.2 I/O分配表及其端子接線圖 在本次系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，我們定義的I/O分配表如表2-1所示。將13個(gè)輸入信號(hào)和5個(gè)輸入信號(hào)按各自的功能類型分好，并與PLC的I/O點(diǎn)一一對(duì)應(yīng)，編排地址如下表。數(shù)字量

11、擴(kuò)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(jī)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(shí)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(kuò)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(jī)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2-1所示。PLC控制系統(tǒng)的輸出信號(hào)有5個(gè)，其中2個(gè)用于驅(qū)動(dòng)吊鉤電機(jī)正反轉(zhuǎn)接觸器KM1、KM2,2個(gè)用于驅(qū)動(dòng)行車電機(jī)正反轉(zhuǎn)接觸器KM3、KM4，1個(gè)用于原位指示。表2.1 I/O分配表輸入輸出名稱端口號(hào)功能名稱端口號(hào)功能SB1X0啟動(dòng)按鈕KM1Y0吊籃上升繼電器SB2X1連續(xù)工作開關(guān)KM2Y1吊籃下

12、降繼電器SQ0X2原位KM3Y2吊籃左行繼電器SQ1X3XK1KM4Y3吊籃右行繼電器SQ2X4XK2KM5Y4吊籃上下行制動(dòng)繼電器SQ3X5XK3KM6Y5吊籃左右行制動(dòng)繼電器SQ4X6左限位SQ5X7右限位SQ6X10上限位SQ7X11下限位圖2.1 I/O端子接線圖(這里需改下SQ8 SQ9不寫，標(biāo)注FX2N-48)2.3主電路的設(shè)計(jì) 圖2.2 電鍍生產(chǎn)線主電路圖在本設(shè)計(jì)中，根據(jù)電鍍生產(chǎn)線的工藝要求，只需用兩臺(tái)電機(jī)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2-2中，按下啟動(dòng)按鈕SB1，KM1、KM3得電，到達(dá)SQ6時(shí)KM1斷電，KM5閉合制動(dòng)2秒后斷開，在到SQ1時(shí)

13、KM3斷開KM6閉合制動(dòng)1.5秒之后KM6斷開，同時(shí)閉合KM2。到達(dá)SQ7時(shí)斷開KM2閉合KM5同時(shí)計(jì)時(shí)11秒之后重復(fù)上述動(dòng)作。當(dāng)?shù)竭_(dá)SQ5計(jì)時(shí)15秒之后閉合KM4、KM2，再次到達(dá)SQ6時(shí)斷開KM2閉合KM52秒之后斷開。當(dāng)?shù)竭_(dá)SQ0時(shí)斷開KM4閉合KM6制動(dòng)1.5秒同時(shí)閉合KM1回到原位。在整個(gè)過程中不能短路，所以KM1、KM2不能同時(shí)閉合，KM3、KM4不能同時(shí)閉合，KM6不能與KM3、KM4同時(shí)閉合，應(yīng)此他們之間要互鎖。2.4 電鍍生產(chǎn)線的工作流程圖我們根據(jù)設(shè)計(jì)要求繪制了整個(gè)系統(tǒng)的工作流程圖，以便可以更清楚的認(rèn)識(shí)該生產(chǎn)線的生產(chǎn)全過程，整個(gè)系統(tǒng)的工作流程圖，如圖2-3所示。行車動(dòng)作無非就

14、是上下左右受控移動(dòng)，按照指定的順序(即動(dòng)作表)完成一系列的動(dòng)作。要求有幾套動(dòng)作表可以選擇，動(dòng)作可以靜態(tài)修改，也可以在運(yùn)行時(shí)由上位機(jī)動(dòng)態(tài)修改。在這里，我們把行車的一個(gè)動(dòng)作定義為：“到幾號(hào)工位上升，再到幾號(hào)工位下降”，或者是“延時(shí)幾秒”，每個(gè)動(dòng)作表由若干個(gè)動(dòng)作字組成，放在PLC 的數(shù)據(jù)寄存器里，動(dòng)作表由PLC程序初始化，也可以在運(yùn)行時(shí)通過串行通訊由上位機(jī)讀取和修改，PLC程序在運(yùn)行時(shí)只是不斷地解釋和執(zhí)行動(dòng)作表。圖2.3 電鍍生產(chǎn)線工作流程圖第3章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)3.1 PLC梯形圖設(shè)計(jì)圖3.1 梯形圖3.2PLC的指令表3.3程序分析當(dāng)按下啟動(dòng)按鈕X0后，M3保持接通啟動(dòng)Y0和Y2，上升同時(shí)左行，

15、當(dāng)上行到SQ6時(shí)X10得電Y0斷開，同時(shí)在X10得電的上升沿接通Y4，T3同時(shí)Y4自鎖，啟動(dòng)電磁抱閘制動(dòng)Y4,1秒后停止上行。當(dāng)左行到SQ1時(shí)X3得電，Y2斷電同時(shí)Y1和M0得電，M0斷開Y0一直被斷開，Y1開始下行，在X3的點(diǎn)的上升沿接通Y5并自鎖，啟動(dòng)能耗制動(dòng)Y5,1.5秒后停止左行，當(dāng)下行到SQ7時(shí)X11得電，斷開Y1,在X11上升沿時(shí)接通Y4制動(dòng)1秒，吊籃停止下行。因?yàn)榇藭r(shí)X3,X11都得電所以T0接通。11秒后同時(shí)接通Y0和Y2,Y0、Y2動(dòng)作SQ1復(fù)位，Y0、Y2就一直接通。當(dāng)再次到達(dá)SQ6時(shí)Y0斷電停止上升同時(shí)在上升沿啟動(dòng)Y4制動(dòng)1.5秒后復(fù)位，當(dāng)?shù)趸@到達(dá)SQ2時(shí)，SQ2得電，X

16、4動(dòng)作M0得電，Y2因此斷電，同時(shí)在上升沿時(shí)啟動(dòng)Y5制動(dòng)1秒后復(fù)位，同時(shí)Y1得電，吊籃下降，到達(dá)SQ7停止并啟動(dòng)T1計(jì)時(shí)12秒，如此循環(huán)下一個(gè)，當(dāng)?shù)趸@到3#槽停13秒之后，T4動(dòng)作，先接通Y3，Y3自鎖Y2被Y3互鎖，吊籃向右上方運(yùn)行，當(dāng)上行到SQ6時(shí)Y4制動(dòng)停止上升，SQ6得電此時(shí)M4接通M3斷電直到到達(dá)SQ0,SQ0得電，X2動(dòng)作，接通Y1,吊籃下行，到達(dá)SQ7時(shí)X11得電回到原點(diǎn)等待物件信號(hào)進(jìn)行下一次循環(huán)。過限位保護(hù)：在到達(dá)SQ3時(shí)如果吊籃繼續(xù)左行，當(dāng)?shù)竭_(dá)SQ4時(shí)即X6立即動(dòng)作幾桶Y3吊籃停止左行向右行駛返回原位。在吊籃又行到達(dá)SQ5時(shí)，即X7立即動(dòng)作接通M2，M2接通Y2左行到原位。暫

17、停：在前進(jìn)過程中需要暫停時(shí)按下X1按鈕，X1的常閉斷開，則Y0,Y1,Y2,Y3斷電吊籃停止，當(dāng)X1復(fù)位時(shí)X1斷電，其常閉閉合，吊籃繼續(xù)動(dòng)作。3.4調(diào)試實(shí)現(xiàn)先通過計(jì)算機(jī)打開三菱FX2n-48的編程軟件，將已編好的程序編入編程軟件，檢查無誤點(diǎn)擊轉(zhuǎn)換按鈕對(duì)程序進(jìn)行轉(zhuǎn)換，再將PLC與進(jìn)算計(jì)聯(lián)機(jī)，把PLC打在STOP狀態(tài)，點(diǎn)擊軟件里的PLC按鈕點(diǎn)擊PLC存儲(chǔ)器清除，再點(diǎn)擊傳送、寫出，將程序?qū)懭隤LC，然后是接線，將各個(gè)開關(guān)按鈕和器件與PLC的I/O口相連，最后監(jiān)控調(diào)試程序。通過對(duì)程序的編譯調(diào)試，可以找出編程的一些語(yǔ)法上的錯(cuò)誤，檢查是否有雙線圈輸出，同時(shí)可以對(duì)程序改進(jìn)以優(yōu)化程序。結(jié)論電鍍是一門具有悠久歷

18、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(kuò)展了這一項(xiàng)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(duì)電鍍生產(chǎn)線控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)不僅讓我們更多的了解到了電鍍這個(gè)工藝的發(fā)展前景，而且讓我們重新認(rèn)識(shí)了用PLC來設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的使用價(jià)值，整個(gè)設(shè)計(jì)對(duì)我們即將走入社會(huì)的畢業(yè)生來講是一次很大的鍛煉，是我們對(duì)專業(yè)知識(shí)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(jì)基本完成，在設(shè)計(jì)當(dāng)中我們充分考慮到了操作的方便性，元件的實(shí)惠性和工藝的簡(jiǎn)單性。在設(shè)計(jì)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

19、詳細(xì)的資料設(shè)計(jì)該控制系統(tǒng)的。 PLC的編程是我們整個(gè)設(shè)計(jì)最主要的一部分，我們的編程是采用梯形圖編程語(yǔ)言，所有的編寫步驟和編寫要點(diǎn)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(gè)編寫的過程是相當(dāng)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)?。而且我們編寫程序之前?duì)電鍍生產(chǎn)線的工作流程做了詳細(xì)的分析，每個(gè)步驟考慮都很嚴(yán)密，所以總的來說，這個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)師比較好的。 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(yàn)證的話會(huì)很到程度上提高我們的動(dòng)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)試的話能夠大大提高我們系統(tǒng)的正確性。當(dāng)然在以后的類似設(shè)計(jì)當(dāng)中我們將會(huì)盡量的達(dá)到這些要求。感 想在實(shí)訓(xùn)的過程中，讓我學(xué)到了許多東西，其中最主要的是PLC設(shè)計(jì)方法與應(yīng)用。設(shè)計(jì)步驟是首先是我們要弄清楚設(shè)備的順序運(yùn)作，然后結(jié)合PLC知識(shí)在圖紙上畫出順序功能圖，將順序功能圖轉(zhuǎn)變?yōu)樘菪螆D，之后利用PLC 軟件編程。在練習(xí)的時(shí)候，我們可以實(shí)現(xiàn)用編輯好的程序與自動(dòng)分揀