基于PLC的電鍍槽生產線控制設計

課程設計任務書題目:基于PLC的電鍍槽生產線的控制專業(yè):電氣工程及其自動化姓名:學號:班級:===================完成期限：2023年5月24日指導教師簽名：課程負責人簽名：2023年5月14日主要內容、根本要求、主要參考資料等主要內容：利用三菱PLC步進指令設計一個電鍍槽生產線的控制電路，能夠實現(xiàn)手動和自動控制完成零件的加工。根本要求：三菱PLC步進指令完成電鍍槽生產線的設計。2.利用GX-developer軟件完成設計電路和仿真；3.掌握利用步進指令完成對電機的控制的方法；4.通過此次設計將PLC軟硬件結合起來對程序進行編輯、校驗，鍛煉實踐能力和理論聯(lián)系實際的能力。主要參考資料：［1］宋伯生主編《PLC.編程理論.算法及技巧》[J].機械工業(yè)出版社2005年［2］吳明亮主編《可編程控制器實訓教程》[M].化學工業(yè)出版社2005年［3］賈德勝等主編《PLC應用開發(fā)實用子程序》[M].人民郵電出版社2006年［4］陳忠華主編《可編程控制器與工業(yè)自動化》[M].機械工業(yè)出版社2005年［5］程子華主編《PLC原理與編程實例分析》[M].國防工業(yè)出版社，2007年課程設計說明書題目：基于PLC的電鍍槽生產線的控制姓名：院〔系〕：機電工程學院專業(yè)班級：學號：指導教師：成績：時間：2023年5月14日至2023年5月18日摘要隨著工業(yè)技術的開展，電鍍生產對控制的要求也不斷提高。本文討論了如何利用日本三菱FX系列PLC步進指令進行自動化電鍍生產線控制，重點分析了系統(tǒng)軟硬件設計局部，并給出了系統(tǒng)硬件接線圖、PLC控制I/O端分配表以及整體程序流程圖等，實現(xiàn)了電鍍生產自動化，提高了生產效率，降低了勞動強度，大大提高了工作人員的工作環(huán)境質量。在本次設中我們從自動控制技術器件在國內的應用前景及電鍍生產線生產現(xiàn)場的環(huán)境來考慮，以使該生產線真正具備自動生產運行為目的，從而采用在當前及以后都應用廣泛且能適應多種環(huán)境的可編程控制器來控制整個工作流程的方案，使該自動生產系統(tǒng)融入到現(xiàn)代工業(yè)控制領域中。關鍵詞：PLC三菱FX電鍍生產自動控制技術AbstractWiththedevelopmentofindustrialtechnology,electroplatingproductionalsotocontrolrequirementenhancesunceasingly.ThisarticlediscussedhowtouseJapanmitsubishiFXseriesPLCstepbystepinstructionsforautomaticelectroplatingproductionlinecontrol,analysesthesystemhardwareandsoftwaredesign,andgivesthesystemhardwarewiringdiagramandPLCI/Oportdistributiontableaswellastheoverallprogramflowchart,etc.,realizedtheplatingproductionautomation,improvetheproductionefficiency,reducesthelaborintensity,greatlyimprovethequalityofthestaffworkingenvironment.Inthissetfromourdevice,automaticcontroltechnologyindomesticapplicationprospectsandtheelectroplatingproductionlineproductionon-siteenvironmentalconsideration,inordertomaketheproductlineisreallywithautomaticoperationforthepurpose,toadoptincurrentandsoonarewidelyusedandcanbeadaptedtoavarietyofenvironmentalprogrammablecontrollertocontroltheentireworkflowsolutions,maketheautomaticproductionsystemintothemodernindustrialcontrolfields.Keywords:PLCofmitsubishiFXelectroplatingproductionautomaticcontroltechnology。目錄TOC\o"1-3"\h\u8809摘要 126253第1章緒論 3166471.1控制系統(tǒng)概述及選題背景意義 3110321.1.1選題背景及意義 3301681.1.2控制系統(tǒng)的概述 3231481.2課程設計內容及要求 4325491.3PLC簡介5304091.3.1PLC的根本結構 517591.3.2PLC的工作原理 6144091.3.3PLC的特點727389第2章硬件設計方案8312922.1拖動系統(tǒng)886682.2PLC選型 922009252142.2.2I/O點數(shù)確實定 9301292.2.3存儲器容量的估算10142961089092.3低壓電器選擇1180912.3.1熔斷器選擇11149402.3.2開關選擇116157114304第3章軟件系統(tǒng)的設計 12240523.1I/O地址分配12188033.2系統(tǒng)控制流程12252533.3行車自開工作控制過程13180913.4自動控制步進指令圖 149463.5系統(tǒng)程序梯形圖 15270143.6PLC調試 206341第4章本設計特點21646第5章設計體會2120914附錄自動控制指令表 229743參考文獻24緒論1.1控制系統(tǒng)概述及選題背景意義1.1.1選題背景及意義中國經濟高速開展，工業(yè)化進程的不斷深化，為自動化行業(yè)的迅猛開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)，但是大多數(shù)中小企業(yè)仍在使用許多過時的技術和設備，大量的生產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)電鍍生產線工位多、生產復雜，同時在電鍍中，其氧化、酸洗、堿洗、電鍍等許多工藝具有嚴重的化學污染和腐蝕，對人的身心健康十分不利，而且人工操作隨機性大，影響產品質量。傳統(tǒng)的方法是使用順序控制器，由于其電路復雜，接口多，受外界干擾大，工作可靠性差，維護也困難。采用PLC有較完善的診斷和自保護能力，可以增強系統(tǒng)的抗干擾能力，提高系統(tǒng)的可靠性。一件電鍍產品的質量除了要有好的成熟的電鍍工藝和品質好的鍍液添加劑外，如何保證電鍍產品嚴格按照電鍍工藝流程運行和保證產品的電鍍時間那么是決定電鍍產品質量和品質的重要因素。在電鍍生產線上采用自動化控制不但可以使電鍍產品的質量和品質得到嚴格的保證，有效的減少廢品率，而且還可以提高生產效率和減輕工人的勞動強度，有著非常好的經濟效益和社會效益，電鍍生產線上對行車的自動控制那么是電鍍生產線自動化控制的關鍵。1.1.2控制系統(tǒng)的概述隨著集成電路和計算機技術的迅猛開展，存儲控制程序逐步替代接線程序控制，成為工業(yè)控制系統(tǒng)的主流開展方向。所謂程序控制，就是將控制邏輯程序語言的形式存放在存儲器中，通過執(zhí)行存儲器中的程序實現(xiàn)系統(tǒng)的控制要求。這樣的系統(tǒng)稱為存儲程序控制系統(tǒng)。在存儲程序控制系統(tǒng)中，控制程序的修改不需要改變控制器內部的接線，而只需通過通過編程器中的某些程序語言內容。用PLC輔以變頻器對電鍍自動生產線行車進行自動控制，具有結構簡單、編程方便、操作靈活、使用平安、工作穩(wěn)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，是電鍍生產實現(xiàn)高效、低本錢、高質量自動化生產的開展的主流方向。在電鍍生產線上采用自動化控制不但可以使電鍍產品的質量和品質得到嚴格的保證，有效的減少廢品率，而且還可以提高生產效率和減輕工人的勞動強度，有著非常好的經濟效益和社會效益，電鍍生產線上對行車的自動控制那么是電鍍生產線自動化控制的關鍵。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，開展至今其控制方式已采用可編程控制器PLC作為核心控制部件，其控制更為平安、可靠、方便、靈活，自動化程度更高。1.2課程設計內容及要求電鍍生產線采用專用行車，行車架上裝有可升降的吊鉤，行車和吊鉤各有一臺電動機拖動。行車的前進、后退和吊鉤的上升、下降均由相應的行程開關發(fā)出信號。生產線上有三個槽，工件由裝有可升降吊鉤的行車帶動，經過電鍍、鍍液回收、清洗等工序，完成電鍍全過程。在電鍍生產線一側，工人將代加工的零件裝入吊籃，并發(fā)出信號，專用行車便提升并自動逐段進行。按工藝要求在需要停留的槽位停下，并自動下降，停留一定時間〔各槽停留時間按事先工藝要求調定〕后自動提升，如此完成電鍍工藝規(guī)定的每一道工序，直至生產線的末端自動返回原位，卸下處理好的零件，重新裝料發(fā)出信號進入下一加工循環(huán)。電鍍生產線的工藝流程如下列圖所示：3030s清水槽回收液槽鍍槽5s5s10s12s12s原位SQ6 SQ5 SQ4 SQ3 SQ2 SQ1 1-1電鍍工藝流程圖用步進指令設計一個電鍍槽生產線的控制系統(tǒng)。其控制要求如下：具有手動和自動控制的功能，手動時，各動作功能分別操作；自動時，工件放入電鍍槽中，按下起動按鈕后，電鍍提起移至渡槽停放30秒，再放入回收液槽中停放12秒，提起后停5秒，再放入清水槽中，清洗12秒，提起后停5秒，行車返回到原位，鍍件的加工過程全部結束。圖中SQ1~SQ4為行車進退限位開關，SQ5~SQ6分別是吊鉤上下纖維開關。1.3PLC簡介編程控制器(ProgrammableController)是計算機家族中的一員，是為工業(yè)控制應用而設計制造的。早期的可編程控制器稱作可編程邏輯控制器(ProgrammableLogicController)，簡稱PLC，它主要用來代替繼電器實現(xiàn)邏輯控制。隨著技術的開展，這種裝置的功能已經大大超過了邏輯控制的范圍，因此，今天這種裝置稱作可編程控制器，簡稱PC。但是為了防止與個人計算機(PersonalComputer)的簡稱混淆，所以將可編程控制器簡稱PLC,PLC自1969年出現(xiàn)，美國，日本，德國的可編程控制器質量優(yōu)良，功能強大。1.3.1PLC的根本結構可編程控制器作為控制器的自動控制系統(tǒng)，實質上就是一種用于工業(yè)控制的專用計算機，它既可進行開關量的控制，又可實現(xiàn)模擬量的控制。PLC采用了典型的計算機結構，主要由中央處理器、存儲器、輸入輸出接口電路、電源等組成。如圖2-1所示。圖2-1PLC的根本結構PLC分為箱式和模塊式兩種，但他們的組成是相同，根本上都由CPU，存儲器，輸入/輸出接口電路，電源模塊等幾局部組成的，下面分別對幾種單元進行介紹。1.CPUCPU是整個PLC的核心，起神經中樞的作用。它按照PLC的系程序賦予的功能接收并存儲用戶程序和數(shù)據(jù)，用掃描的方式采集由現(xiàn)場輸入裝置送來的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并存入規(guī)定的存放器中。同時，診斷電源和PLC內部電路的工作狀態(tài)及編程過程中的語法錯誤等。進入運行后，從用戶程序存儲器中逐條讀取指令，經分析后再按指令規(guī)定的任務產生相應的信號，去指揮有關的控制電路。2.存儲器存儲器是具有記憶功能的半導體電路，分為系統(tǒng)程序存儲器和用戶存儲器。系統(tǒng)程序存儲器用以存放系統(tǒng)程序，包括管理程序，監(jiān)控程序以及對用戶程序做編譯處理的解釋編譯程序。由只讀存儲器、ROM組成。廠家使用的，內容不可更改，斷電不消失。用戶存儲器：分為用戶程序存儲區(qū)和工作數(shù)據(jù)存儲區(qū)。由隨機存取存儲器〔RAM〕組成。3輸入/輸出接口電路輸入接口電路工作過程：當開關合上，二極管發(fā)光，然后三極管在光的照射下導通，向內部電路輸入信號。當開關斷開，二極管不發(fā)光，三極管不導通。向內部電路輸入信號。也就是通過輸入接口電路把外部的開關信號轉化成PLC內部所能接受的數(shù)字信號。輸出接口工作過程：當內部電路輸出數(shù)字信號，有電流流過，繼電器線圈有電流，然后常開觸點閉合，提供負載導通的電流和電壓。當內部電路輸出數(shù)字信號0，那么沒有電流流過，繼電器線圈沒有電流，然后常開觸點斷開，斷開負載的電流或電壓。也就是通過輸出接口電路把內部的數(shù)字電路化成一種信號使負載動作或者不動作。1.3.2PLC的工作原理PLC雖具有微機的許多特點，但它的工作方式與微機有很大不同。微機一般采用等待命令的工作方式，而PLC那么采用循環(huán)掃描工作方式。在PLC中用戶程序按先后順序存放。對每個程序，處理器從第一條指令開始執(zhí)行，直至遇到結束符后又返回第一條，如此周而復始不斷循環(huán)，每一個循環(huán)成為一個掃描周期。掃描周期的長短去決定于以下幾個因素：一是處理器執(zhí)行指令的速度；二是執(zhí)行每條指令占用的時間；三是程序中指令條數(shù)的多少。一個掃描周期大致可分為輸入/輸出刷新和執(zhí)行指令兩個階段。1.3.3PLC的特點1、可靠性高、抗干擾性強PLC采用了集成度很高的微電子器件，大量開關動作由無觸點的半導體電路來完成，其可靠程度是使用機械觸點的繼電器所無法比較的。為了保證PLC能在惡劣的工業(yè)環(huán)境下可靠工作，在其設計和制造過程中采取了一系列硬件或軟件的剛干擾的設施。(1)硬件方面的設施有：①隔離~~PLC的輸入、輸出接口電路一般都采用光點耦合器來傳遞信號，這種光電隔離設施使外部電路與PLC內部之間完全防止了點的聯(lián)系，有效地抑制了外部的干擾源對PLC的影響，還可以防止外部強電穿入內部CPU。②濾波~~在PLC電路電源和輸入、輸出(I/O)電路中設置了多種濾波電路，可有效抑制高頻干擾信號。③在PLC內部CPU供點電源采取屏蔽、穩(wěn)壓、保護等設施，防止干擾信號通過供電源進入PLC內部，另外各個輸入\輸出〔I/O〕接口電路的電源彼此獨立，以防止電源之間的相互干擾；④內部設置連鎖、環(huán)境檢測與診斷等電路，一旦發(fā)生故障就報警；⑤外部采用密封、防塵、抗震的外殼封裝機構，以適應工作的惡劣的環(huán)境。〔2〕在軟件方面的設施有：①設置故障檢測與診斷程序，每次掃描都對系統(tǒng)狀態(tài)、用戶程序、工作環(huán)境和故障進行檢測診斷，發(fā)現(xiàn)錯誤后，立即作自動相應的措施，如報警、保護數(shù)據(jù)和封鎖輸出等。②定義用戶程序及動態(tài)數(shù)據(jù)進行電池后備，以以保證停電后有關狀態(tài)及信息不會喪失。2、編程簡單易學PLC采用與繼電器控制線路圖非常接近的梯形圖作為編程語言，它既有繼電器電路的清晰直觀的特點，又充分考慮到電氣工人和技術人員的讀圖習慣，對使用者來說，幾乎不需要專門的計算機知識，因此，易學易懂，程序改變時也容易修改。3、功能完善、適應性強目前PLC產品已經標準化，系列化和模塊化，不僅具有邏輯運算、計時、計數(shù)、順序控制功能，還具有A/D、D/A轉換、算術運算及數(shù)據(jù)處理、通信聯(lián)網(wǎng)和生產過程監(jiān)控等功能。它能根據(jù)實際需要，方便靈活地組裝成大小各異、功能不一的控制系統(tǒng)，即可控制一臺單機、一條生產線、又可以控制一個機群、多點生產線。既可以現(xiàn)場控制，又可以遠程控制。針對不同的工業(yè)現(xiàn)場信號，如交流、直流、開關量或模擬量、電流或電壓脈沖或電位、強電或弱電等，PLC都有相應I/O接口模塊與工業(yè)現(xiàn)場控制器件和設備直接連接，用戶可以根據(jù)需要方便的進行配置，組成使用、緊湊的控制系統(tǒng)。4、使用簡單，調試維修方便PLC的接線極其方便，只需將生產輸入信號的設備〔如按鈕、開關等〕與PLC的輸入端子連接，將接收輸出型號的被控制設備〔接觸器、電磁閥等〕與PLC的輸出端子連接，僅用螺絲刀既可完成全部接線工作。PLC的用戶程序可在實驗室模擬調試，輸入信號用開關來模擬，輸出可以用PLC的發(fā)光二極管。調試后再將PLC早現(xiàn)場安裝調試。調試工作量要比繼電器控制系統(tǒng)少得多。PLC的故障率很低，并且有完善的自診斷功能和運行故障指示裝置。一旦發(fā)生故障，可以通過PLC機上各種發(fā)光二極管的亮滅狀態(tài)迅速查明原因，排除故障。5 、體積小、重量輕、功耗低由于PLC采用了半導體大規(guī)模集成電路，因此正規(guī)產品機構緊湊、體積小、重量輕、功耗低，所以PLC很容易裝入機械設備內部，是實現(xiàn)機電一體化的理想的控制設備。硬件設計方案2.1拖動系統(tǒng)本文采用三相異步電動機控制作為行車和吊鉤的動力單元。三相異步電動機具有結構簡單，維護容易，運行可靠，價格廉價，具有較好的為太和動態(tài)特性的有點。下列圖為電動機的主電路圖，其中M1為控制行車的電動機，M2為控制吊鉤的電動機。2.2PLC選型。PLC機型選擇的根本原那么是滿足控制系統(tǒng)的功能要求及保證可靠，維護方便的前提下，力爭最正確的性能價格比，還要考慮控制系統(tǒng)的工藝改良后的系統(tǒng)升級的需要，更要兼顧控制系統(tǒng)的制作本錢，選擇是主要考慮以下幾點：可編程控制器的結構選擇PLC的根本結構分整體式和模塊式兩種，整體式PLC的每一個I/O點的平均價格比模塊式的廉價，且體積相對較小，一般用于小型控制系統(tǒng)中；而模塊式PLC的功能擴展靈活方便，在I/O點數(shù)輸入點數(shù)與輸出點數(shù)的比例，I/O模塊的種類等方面選擇余地大，且維護方便，一般用于復雜的控制系統(tǒng)。2.2.2I/O點數(shù)確實定一般來講，可編程控制器控制系統(tǒng)的規(guī)模的大小是用輸入，輸出的點數(shù)來衡量的。在設計系統(tǒng)時，應準確統(tǒng)計I/O點數(shù)，并考慮今后調整和工藝改良的需要，一般為實際點數(shù)再加上10%～20%的備用量。2.2.3存儲器容量的估算控制功能的選擇〔1〕控制功能〔2〕編程功能綜上所述選擇并根據(jù)課題要求所以所選PLC為三菱FX2N_48MR型號。如圖：2.3低壓電器選擇2.3.1熔斷器選擇對于頻繁起動的單臺電動機為了起到短路保護作用，又保證電動機的正常啟動，在頻繁起動時，熔體不應熔斷。即Irn≥〔3—3.5〕In所以選型號為RL6—25，熔體為6A。2.3.2開關選擇根據(jù)控制要求當按下啟動按鈕〔有信號〕時程序動作，自動運行，當需要手動時，選擇自動/手動開關。在運動過程中需要限位和狀態(tài)轉換，所以在前進和后退過程中需要限位開關和行程開關。接觸器根據(jù)要求選額定工作電壓、電流為380V、5A，額定線圈電壓為220V，頻率為600次/h，類別為AC-3，型號為CJ20-10的三極交流接觸器。第3章軟件系統(tǒng)的設計3.1I/O地址分配根據(jù)工藝流程及設計要求，計算PLC的I\O口數(shù)目，為便于查看，分別繪制輸入、輸出接口功能表如下：表3.1I/O地址分配表輸入input輸出output分配電氣名稱功能分配功能X0K手動/自動轉換Y0吊鉤向上X1SQ1右限位開關Y1吊鉤向下X2SQ2第二槽限位開關Y2行車右行X3SQ3第三槽限位開關Y3行車左行X4SQ4左限位開關Y4原點指示燈X5SQ5上限位開關X6SQ6下限位開關X7SB1停止按鈕X10SB2自動起動按鈕X11SB3手動向上X12SB4手動向下X13SB5手動向右X14SB6手動向左3.2系統(tǒng)控制流程電鍍生產線除裝卸工件外，要求整個生產過程能手動和自動進行，這主要表達在行車控制上，同時還要求行車和吊鉤的正反向運動均能實現(xiàn)電動控制，以便對設備進行調整和檢修。電鍍生產線的自開工作狀態(tài)流程圖如下：3.3行車自開工作控制過程行車在原位，吊鉤下降到最下方，限位開關SQ6被壓下，操作人員將要電鍍的工件放在掛具上，即可開始電鍍工作?！?〕吊鉤上升按下啟動按鈕X10，吊鉤上升，當碰到上限開關SQ5后，吊鉤上升停止。〔2〕行車右行在吊鉤停止的同時，行車右進?！?〕吊鉤下降行車前進至壓右限位開關SQ1，行車停止前進；同時吊鉤下降?！?〕定時電鍍吊鉤下降至下線開關SQ6時，停止下降。同時T0開始計時，定時電鍍30s。〔5〕吊鉤左行T0定時到，吊鉤上升至壓下上限SQ5。T1開始計時10S，之后左行壓至SQ2，開始下行?！?〕定時回收吊鉤下壓至壓下SQ6時，吊鉤停止下降，同時T2開始計時，工件停留在回收液槽中12s。〔7〕定時清洗T2定時到，上升到限位T3計時5S，左行至限位下降，至限位后T4計時12S清洗。〔8〕返回原位清洗結束后上升至限位，T5計時5S,吊鉤返回原點。后面各工序的動作過程，以此類推。3.4自動控制步進指令圖3.5系統(tǒng)程序梯形圖圖中0至31步為手動控制，其后為自動控制程序。3.6PLC調試先通過計算機翻開三菱GX-developer的編程軟件，將已編好的程序編入編程軟件，檢查無誤點擊轉換按鈕對程序進行轉換，再將PLC與進算計聯(lián)機，把PLC打在STOP狀態(tài)，點擊軟件里的PLC按鈕寫入，將程序寫入PLC，然后是接線，將各個開關按鈕和器件與PLC的I/O口相連，最后監(jiān)控調試程序。通過對程序的編譯調試，可以找出編程的一些語法上的錯