电镀生产线PLC控制系统.doc

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1引言
一件电镀产品的质量除了要有好的成熟的电镀工艺和品质好的镀液添加剂外，如何保证电镀产品严格按照电镀工艺流程运行和保证产品的电镀时间则是决定电镀产品质量和品质的重要因素。在电镀生产线上采用自动化控制不但可以使电镀产品的质量和品质得到严格的保证，有效的减少废品率，而且还可以提高生产效率和减轻工人的劳动强度，有着非常好的经济效益和社会效益，电镀生产线上对行车的自动控制则是电镀生产线自动化控制的关键。
电镀生产线按照其工艺要求和规模一般设计有两台行车、三台行车和四台行车工作，每台行车都根据已编制好的各自的程序运行；对于行车的自动控制，早期是采用继电器逻辑电路和顺序控制器，发展至今其控制方式已采用可编程控制器PLC作为核心控制部件，其控制更为安全、可靠、方便、灵活，自动化程度更高。本文介绍在一条电镀自动生产线上用PLC控制行车及挂钩的自动控制系统。
本文使用三菱公司的FX系列PLC进行系统控制，具有灵活多变的特点。软件使用STL指令的编程方法，使程序简单易懂，便于仿真及运行。
2. 课题内容
电镀生产线采用专用行车，行车架上装有可升降的吊钩，行车和吊钩各有一台电动机拖动。行车的前进、后退和吊钩的上升、下降均由相应的行程开关发出信号。
该电镀生产线只有三个基本的槽位，分别是：清水槽、回收槽和电镀槽。编程时要求半自动和全自动控制。
电镀生产线的工艺流程如下图所示：

图2-1

工艺流程：工件放入电镀槽中，电镀5分钟后提起，停30秒，再放入回收液槽中停放30秒，提起后停20秒，再放入清水槽中，清洗20秒，行车返回到原位，镀件的加工过程全部结束。
3.电镀生产线PLC控制系统总体设计过程
1）行车、吊钩的行程控制:采用计数固定的脉冲数来控制各种转速下工作台的行程；
2）电动机转速的测量和显示:通过编码器产生的高速脉冲，在利用PLC高速计数器在单位时间内计数，
3）电动机正反转的实现:由PLC输出端Y0、Y1分别控制继电器KM1、KM2去改变加给三相异步电动机的直流电源的极性，从而实现对三相异步电机转向(行车前进后退、吊钩上升下降)的控制。
4.硬件设计部分
4.1各器件的选择
为使控制较为精确，对各种关键器件的类型应选择合适的软件。
4.1.1电动机
本文采用三相异步电动机控制作为行车和吊钩的动力单元。三相异步电动机具有结构简单，维护容易，运行可靠，价格便宜，具有较好的为太和动态特性的有点。下图为电动机的主电路图，其中M1为控制行车的电动机，M2为控制吊钩的电动机。
图4-1 电动机主电路图
4.1.2 PLC的选型
根据系统的设计要求，选用三菱公司生产的FX1N-24MT型PLC机。FX1N-24MT虽然小巧,但其内综合有各种性能，包括同步脉冲控制、中断输入、脉冲输出、数据处理、模拟量设定和时钟功能等，能广泛处理机械控制应用问题。它完整的通信功能保证了与个人计算机、其它FX 系列PLC和FX可编程终端的通信。这些通信能力使电动生产线能方便的融合到工业控制系统中。
为了节省成本，不另外选用PLC的专用运动控制模块，而是直接利用PLC的高速脉冲输出功能（PLSY指令）。由于本系统选用晶体管输出型的PLC，为避免晶体管不能可靠关断导致行车、吊钩的动作失灵，故用PLC的一个输出点控制继电器，再由它控制电磁铁的得失电。
确定了关键器件的型号和参数，则接下来需要做的是如何对输入和输出点进行分配。
根据工艺流程及设计要求，计算PLC的I\O口数目，为便于查看，分别绘制输入、输出接口功能表如下
表4-1 电镀生产线控制系统的PLC输入接口功能表
序号
工位名称
文字符号
输入口
1
启动按钮
SB1
X000
2
停止按钮
SB2
X001
3
单步工作方式选择旋钮开关
S1
X002
4
单周期工作方式选择旋钮开关
S2
X003
5
连续工作方式选择旋钮开关
S3
X004
6
前进限位开关
SQ1
X005
7
后退限位开关（至回收液槽）
SQ2
X006
8
后退限位开关（至清水槽）
SQ3
X007
9
行至原位限位开关
SQ4
X008
10
上限位开关
SQ5
X009
11
下限位开关
SQ6
X010
12
输入点备用

X011～X013
根据上述设计，对照主回路检查交流控制回路、PLC控制回路、各种保护联锁电路、PLC控制程序等，全部符合设计要求后，绘制出最终的电气原理图。
表4-2 电镀生产线控制系统的PLC输出接口功能表
序号
工位名称
文字符号
输入口
1
控制吊钩上行的接触器
KM1
Y000
2
控制吊钩下行的接触器
KM2
Y001
3
控制行车前进的接触器
KM3
Y002
4
控制行车后退的接触器
KM4
Y003
5
接触器
KM
Y004
6
输出口备用

Y005～Y009

控制过程中要求有相应的启动按钮和停止按钮。由于行车和吊钩均由电动机控制，因此在硬件设计中必须考虑相应的硬件互锁。另外，为避免PLC在运行过程中出现故障而造成人员及财产损失，在硬件电路中加入了紧急停车按钮，在出现紧急情况时用“紧急停车”按钮断开负载电源。硬件电路中也存在过载保护部分。
4.2外部接线图
外部接线电路图如下图所示：

图4-2
KM1和KM2、KM3和KM4接触器线圈支路，设计了互锁电路，以防止误操作故障。
KM1和KM2、KM3和KM4接触器线圈支路，设计了互锁电路，以防止误操作故障。
4.3控制面板元件布置图：

图4-3
5.电镀生产线PLC控制系统的软件程序
5.1流程图部分
根据电镀生产线的流程及控制要求，设计控制流程框图如下所示：
图5-1
5.2初始化程序：
FX系列PLC的状态初始化指令IST的功能指令编号为FNC60，它与STL指令一起使用，专门用来设置具有多种工作方式的控制系统的初始状态可以简化复杂的顺序控制程序的设计工作。IST指令中的S20和S27用来指定在自动操作中用到的最低和最高的状态继电器的元件号，源操作数M30用来指定与工作方式有关的辅助继电器的首元件。IST指令的执行条件满足时，一些特殊辅助继电器被自动指定为以下功能，并保持不变。M8040:禁止转换；M8041:转换启动；M8042：启动脉冲M8043：回原点完成；M8044（X010）：原点条件。
初始化程序如下：

图5-2
X000代表按下启动开关，X012代表行车和吊钩处于原位。
5.3.自动控制程序：

图5-2

图5-3
5.4.梯形图的仿真及调试
该梯形图的程序的每一步均进行了模拟仿真，发现各步都能正常工作，梯形图正确。

图5-4
上图是在对程序的初始化脉冲M8002强制为ON的状态下观察对应的后续布是否动作，阴影部分使动作的元件，可以看出此步梯形图使正确的。

图5-5
检查定时器在满足条件时时是否开始计时。

图5-6
检查定时器在定时时间到时是否使相应的后续步工作。

参考文献
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