【文章內(nèi)容簡介】 統(tǒng)的 設(shè)計與實現(xiàn) I 摘 要 本文 介紹了利用可編程序控制器對某電鍍行車的工作過程進行控制的方法，簡化了控制系統(tǒng)的接線，克服了電磁繼電器動作時間長、觸點抖動的缺點，提高了系統(tǒng)的可靠性和靈活性。利用 PLC 實現(xiàn)對電鍍生產(chǎn)線的系統(tǒng)控制，使系統(tǒng)具有很強的適應能力，可方便完成自動，手動拉制和相互之間的切換 。整個程序采用結(jié)構(gòu)化的設(shè)計方法，具有調(diào)試方便，維護簡單，移植性好的優(yōu)點。 關(guān)鍵詞 : PLC, 電鍍行車 , 可編程控制器 , 控制 Abstract This paper presents a controlling system which controls the special traveling crane for electroplating. With a PIE. This system really helps improve the reliability and laity of the controlling system. And this paper introduces the application of Rockwell PLC in the plating product system can achieve autocontrol and manualcontrol, and be switched flexibly between the two methods. Modularization is the fundamental aspect of the programming designs. Advantages of this method includes convenience for debugging, simplicity for maintenance and good transplantation. Keywords: PLC, special traveling crane for electroplating， programmable controller control， subprograms 湖南工程學院畢業(yè)設(shè)計論文 － 1－ 第 1章 緒論 控制系統(tǒng)在電鍍行車中的作用與地位 在現(xiàn)代的電鍍行車中，一個優(yōu)質(zhì)、穩(wěn)定的控制系統(tǒng)是整個電鍍行車正常運行的最基本的保障，控制系統(tǒng)在電鍍行車中的作用就好比是起著總指揮的作用。若是控制系統(tǒng)出現(xiàn)了故障，電鍍行車也就處于癱瘓的地步，這樣將直接影響生產(chǎn) 的進行，無疑會給企業(yè)造成重大的損失，這對于任何一個企業(yè)來說都是不能接受的。 同時，控制系統(tǒng)的性能的好壞也關(guān)系到電鍍行車的正常運行，若是控制系統(tǒng)不穩(wěn)定，或者經(jīng)常出故障，或是不能夠正常的運行，同樣都會給企業(yè)的生產(chǎn)造成困難。另外，企業(yè)生產(chǎn)的工作效率也和控制系統(tǒng)關(guān)系密切，性能好的控制系統(tǒng)對效率的提高起著非常大的作用。因此，我們可以得知控制系統(tǒng)在電鍍行車中的地位是非常重要的，它直接關(guān)系著企業(yè)生產(chǎn)的能否進行。所以對電鍍行車控制系統(tǒng)的設(shè)計和制作工作要引起足夠的重視。 電鍍行車控制系統(tǒng)的種類 繼電接 觸器控制系統(tǒng) 繼電器問世以來，一直是電氣控制的主流，目前國內(nèi)仍有不少廠家應用繼電接觸器控制系統(tǒng)。其中輸人單元為按鈕開關(guān)等主令電器、邏輯單元是支配控制系統(tǒng)的 “ 程序 ” 。它是由各種繼電器的觸點通過導線連接，并具有一定的邏輯功能的控制線路。輸出單元包括各種閥門的控制線圈、各類接觸器控制線圈及信號指示等執(zhí)行元件。這種控制系統(tǒng)的特點是：價格便宜、性能價格比低。由于存在繼電器抖動、打弧、吸合不良等現(xiàn)象，因此控制系統(tǒng)壽命短，可靠性差。因為它的自動控制功能是靠繼電器的輔助觸點動作來實現(xiàn)。而觸點動作一次需要幾十毫秒，所以控制速 度慢，由于需要改變控制邏輯就要改變各觸點間的連線，故技改難度大，同時體積大，耗能高。因此繼電接觸器控制方案，適用控制邏輯比較簡單，所需繼電器數(shù)量較少，程序固定的場合。 單片機控制系統(tǒng) 用單片機可以構(gòu)成各種工業(yè)控制系統(tǒng)。有不少控制系統(tǒng)是利用通用 PC單片機或通用計算機。大部分都可以用單片機系統(tǒng)或單片機加通用機系統(tǒng)來代替計算機系統(tǒng)，特別是較大型的工業(yè)測控系統(tǒng)。單片機的控制邏輯由軟件組成，同時軟件的編寫和修改方便，設(shè)計安裝接線工作量相對較少，設(shè)計周期較短，其適應性較強。但其缺點是對工作環(huán)境條件要求較高 ，抗干擾能力不強，它適應于工作環(huán)境條件比較好的各種控制領(lǐng)域。如機基于 PLC的電鍍行車 控制系統(tǒng)的 設(shè)計與實現(xiàn) － 2－ 械、冶金、紡織、國防、民用等。除通用外設(shè) (如打印機、硬盤、磁盤等 )外，還有許多外部通信、采集、多路分配管理、驅(qū)動控制等接口，而這些外設(shè)與接口完全由主機進行管理，必然造成主機負擔過重，因而出現(xiàn)了新的控制手段，即可編程序控制器。 可編程序控制器控制系統(tǒng) 可編程序控制器的特點 (1) 可靠性高，抗干擾能力強； (2) 適應性強，應用靈活； (3) 編程方便，易于使用； (4) 功能強，擴展能力強 ； (5) PLC 控 制系統(tǒng)設(shè)計、安裝、調(diào)試方便； (6) 維修方便，維修工作量少； (7) PLC 體積小，重量輕，易于實現(xiàn)機電一體化。 可編程序控制器的應用領(lǐng)域 隨著微電子技術(shù)的快速發(fā)展， PLC 的制造成本不斷下降，而功能卻大大加強。目前，在先進工業(yè)國家中 PLC 已成為工業(yè)控制的標準設(shè)備，應用的領(lǐng)域已覆蓋了所有的工業(yè)企業(yè)。概括起來主要應用在以下幾個方面。 (1) 順序控制； (2) 運動控制； (3) 閉環(huán)過程控制； (4) 數(shù)據(jù)處理； (5) 通信和聯(lián)網(wǎng)。 電鍍行車控制系統(tǒng)的發(fā)展與現(xiàn)狀 在工業(yè)控制的各個 領(lǐng)域里，小到一個簡單的機電一體化設(shè)備、大到整個生產(chǎn)線，以及大型的工程領(lǐng)域里，都存在 PLC 控制系統(tǒng)的技術(shù)存在。 PLC 已不在是局限在邏輯上，應該理解成過程控制器，如西門子全集成自動化 TIA 的概念。在整個自動化領(lǐng)域，PLC 和傳動是組成自動控制的兩個非常重要的部分。 在主流 PLC 往大型化、集成化、多功能化、網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展的同時，還有很多分支在并列發(fā)展。我們還有很多單體化、一體化的設(shè)備，現(xiàn)在越來越微型化離散的控制也在同步進行。比如西門子 S7200 功能強大， 1000 多塊一個，原來是不能想象的。為滿足自動控制領(lǐng)域各層面的不 同要求，微型機、小型機的發(fā)展勢頭也很猛。 現(xiàn)在， PLC 不僅能進行邏輯控制，在模擬量的閉環(huán)控制、數(shù)字量的智能控制、數(shù)湖南工程學院畢業(yè)設(shè)計論文 － 3－ 據(jù)采集、監(jiān)控、通信聯(lián)網(wǎng)及集散控制方面都得到廣泛的應用。如今大、中型、甚至小型 PLC 都配有 A/D、 D/A 轉(zhuǎn)換及算術(shù)運算功能，有的還具有 PID 功能。這些功能使 PLC應用于模擬量的閉環(huán)控制、運動控制、速度控制等具有了硬件基礎(chǔ)； PLC 具有輸出和接收高速脈沖的功能，配合相應的傳感器及伺服裝置， PLC 可以實現(xiàn)數(shù)字量的智能控制； PLC 配合可編程終端設(shè)備（如觸摸屏），可以實時顯示采集到的現(xiàn)場數(shù)據(jù)及分析結(jié)果，為分 析、研究系統(tǒng)提供依據(jù)；利用 PLC 的自檢信號可實現(xiàn)系統(tǒng)監(jiān)控； PLC 具有較強的通信功能，可與計算機或其他智能裝置進行通信和聯(lián)網(wǎng)，從而能方便地實現(xiàn)集散控制。功能完備的 PLC 不僅能滿足控制的要求，還能滿足現(xiàn)代化大生產(chǎn)管理的需要。 總之為了進一步擴大 PLC 在工業(yè)自動化領(lǐng)域的應用范圍，適應大、中、小型企業(yè)擴印不同需要， PLC 產(chǎn)品大致向以下幾方面發(fā)展： (1) 向小型化方向發(fā)展； (2) 向高速度、大容量和智能化方向發(fā)展； (3) PLC 編程工具與編程語言的多樣化、高級化、標準化； (4) 向網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展； (5) 發(fā) 展容錯技術(shù)和故障診斷。 本課題的背景意義與主要設(shè)計研究內(nèi)容 本課題的背景意義 在現(xiàn)代工業(yè)化的電鍍車間中，工業(yè)電鍍生產(chǎn)線工位多 、 生產(chǎn)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 ， 如果 采用 人工操作電鍍行車 ，那么將會 對現(xiàn)場工人的身體健康十分不利 ，并使工人長期處于精神高度緊張的狀態(tài)。 為了提高工作效率，促進生產(chǎn)自動化和減輕勞動強度以及保障工人的身體健康 ,就很有必要由工程技術(shù)人員設(shè)計出一種自動控制系統(tǒng)來替代人工操作，從而幫助企業(yè)解決許多人力不能為的事情，結(jié)束工人 在惡劣環(huán)境下直接參與控制生產(chǎn)的局面，保證了人身安全。采用 PLC控制系統(tǒng)控制該電鍍行車，其突出特點表現(xiàn)在：電鍍行車控制系統(tǒng)抗干擾能力大為提高，其工作的可靠性和穩(wěn)定性度可大大提高。同時可以根據(jù)工藝要求迅速靈活的改變生產(chǎn)流程和對系統(tǒng)進行擴充。而且系統(tǒng)維護簡單 ,使用方便 ,提高了生產(chǎn)效率、降低了工人的勞動強度。 作為一名大學生，在即將面臨畢業(yè)的時候，我們需要的已不僅僅是理論知識了，我們更多需要的是實踐機會和個人的動手能力。新世紀以來，高等教育實現(xiàn)了大眾化教育，培養(yǎng)應用型人才已成為我院辦學的一個特點。因此在我們即將畢業(yè) 時，學院給我們安排了為期 14周的畢業(yè)設(shè)計，本次畢業(yè)設(shè)計不僅僅是要我們成功設(shè)計出控制系統(tǒng)，更重要的基于 PLC的電鍍行車 控制系統(tǒng)的 設(shè)計與實現(xiàn) － 4－ 是培養(yǎng)我們善于解決生產(chǎn)中的實際問題的能力，這是為了我們以后走向工作崗位打好堅實的基礎(chǔ)。因此對本課題的研究設(shè)計是一次很具實際意義的鍛煉機會，是我們走向社會必不可少的一步。 電鍍行車控制系統(tǒng)設(shè)計的主要設(shè)計內(nèi)容與 設(shè)計要求 主要設(shè)計內(nèi)容 (1) 繪制電鍍行車各電動機 M1～ M5的主電路的電氣原理圖； (2) 繪制電鍍行車控制系統(tǒng)的 PLC I/O接線圖； (3) 繪制 PLC程序的總體結(jié)構(gòu)圖、順序功 能圖和梯形圖（包括公用程序、手動程序、自動程序、故障顯示和故障報警程序等的梯形圖）； (4) 列出指令程序清單； (5) 列出電氣元件明細表； (6) 繪制下述工藝圖紙之一 ① 操作面板元件布置圖、接線圖和安裝底板的零件加工圖； ② 電器元件安裝的元件布置圖、接線圖和安裝底板零件加工圖； ③ 信號顯示屏的元件布置圖、接線圖和安裝底板的零件加工圖。 (7) 編寫設(shè)計說明書和使用說明書。 設(shè)計要求 本控制系統(tǒng)應能使電鍍行車具有手動、單周和連續(xù) 3種工作方式。要求能對本電鍍行車實現(xiàn)起動、預停、急停等 操作，具有計數(shù)、計時、短路保護、過載保護、失壓保護以及故障報警和故障顯示功能等。 湖南工程學院畢業(yè)設(shè)計論文 － 5－ 第 2 章 電鍍行車 控制系統(tǒng)的 總體方案論證 電鍍行車概述 電鍍行車的用途 本 電鍍行車是某企業(yè)電鍍車間為了提高工作效率，促進生產(chǎn)自動化和減輕勞動強度而制造的一臺起吊設(shè)備。該設(shè)備采用遠距離控制，起吊物品是有待進行電鍍或表面處理的各種產(chǎn)品零件。 另外，本電鍍行車擁有 手動、單周和連續(xù) 3 種工作方式 ，用戶可根據(jù)實際需要選擇其中工作方式進行電鍍產(chǎn)品零件，這樣就大大增加了對電鍍行車操作的靈活性 。 電鍍行車的基本組成結(jié)構(gòu) 本 電鍍行車機械部分由傳送帶 A、傳送帶 B、行車和電鍍槽等 4 部分組成，而行車又由大車、小車和吊鉤等部分組成，如圖 所示。傳送帶 A、傳送帶 B、大車、小車和吊鉤分別由電動機 M1～ M5 拖動。其中，大車、小車和吊鉤在電動機的拖動下可分別作前后、左右、上下運動，行車的起吊重量在 500kg 以下，起吊物品是待進行電鍍和表面處理的各種產(chǎn)品零件。用來進行電鍍和表面處理的容器是 1～ 5 號槽，每個槽內(nèi)從左到右都有 5 個位置依次稱為 1 號位、 2 號位?? 5 號位，每個位置都可以放置一個吊籃，因此，每個 槽內(nèi)共可以放置 5 個吊藍。 1～ 5 號槽內(nèi)依次裝有酸液、清水、鋅液、鉻液、鎳鎘液，可分別用來對產(chǎn)品零件進行除銹、清洗、鍍鋅、鍍鉻和鍍鎳鎘等處理 (但在同一時間內(nèi)，只需對產(chǎn)品零件進行鍍鋅或鍍鉻或鍍鎳鎘處理 ) 。完成對產(chǎn)品零件的除銹、清洗、鍍鋅、鍍鉻和鍍鎳鎘處理所需的時間分別為 5 分鐘、 2 分鐘、 10 分鐘、 15 分鐘、20 分鐘。 圖 電鍍車間平面示意圖 12345123451234512345123451號槽 2號槽 3號槽 4號槽 5號槽傳送帶A 傳送帶B酸液 清水 鋅液 鉻液 鎳鎘液1234512345導軌導軌大 車小車大車運動方向小車運動方向..后 前左右基于 PLC的電鍍行車 控制系統(tǒng)的 設(shè)計與實現(xiàn) － 6－ 電鍍行車的主要技術(shù)參數(shù) 根據(jù)工廠生產(chǎn)實際情況可得： (1) 電鍍行車傳送帶 A 和傳送帶 B 最大載重為 Mmax=2500Kg，其傳送帶摩擦系數(shù)u=，傳送帶速度要求為 v=15m/min。 (2) 電鍍行車大車最大載重為 Mmax=5000Kg，其大車與導軌的摩擦系數(shù) u=，大車的速度要求為 v=30m/min。 (3) 電鍍行車小車最大載重為 Mmax=1500Kg，其小車與大車的摩擦系數(shù) u=，小車的速度要求為 v=15m/min。 (4) 電鍍行車吊鉤最大負重為 Mmax=500Kg，其吊繩的摩擦系數(shù)可忽略不計，吊鉤上升與下降的速度要求為 v=15m/min。 電鍍行車的工作原理 要求 本 電鍍行車 對產(chǎn)品零件的傳送過程如下： (1) 將吊籃從傳送帶 A 送到 1 號槽，以對產(chǎn)品零件進行除銹處理。 在電鍍行車啟動前的初始狀態(tài)下，吊鉤在大車和小車的拖動下處于傳送帶 A 的 1號位的上方。 ① 當按下啟動按鈕后，傳送帶 A 向前，將裝滿待電鍍和表面處理的產(chǎn)品零件的吊籃送到 1～ 5 號位。傳送到位后，吊鉤下降。 ② 下降到位后，小車向右一小段距離，以使吊鉤鉤住吊籃。 ③ 鉤住吊籃后，吊鉤上升。 ④ 吊鉤將吊籃提升到位后，大車向前 (小車不動 )，將吊籃送到 1 號槽的 1 號位的上方。 ⑤ 將吊籃送到位后，吊鉤下降，將吊籃送到 1 號槽中的 1 號位，以對產(chǎn)品零件進行除 銹處理。 ⑥ 吊鉤下降到位后，小車向左一小段距離，以使吊鉤脫離吊籃。 ⑦ 吊鉤脫離吊籃后，吊鉤上升。 ⑧ 上升到位后，大車向后，小車向左，拖動吊鉤到傳送帶 A 的 2 號位的上方。 ⑨ 吊鉤到達傳送帶 A 的 2 號位的上方后，吊鉤下降。 ⑩ 以后重復上述過程，依次將各吊籃從傳送帶 A 的 2～ 5 號位送到 1 號槽的 2～ 5號位。 當行車將第 5 個吊藍送到 1 號槽的 5 號位后，重復上述第 (7)、 (8)步過程，使吊鉤脫離吊籃并上升。 上升到位后，大車不動，小車向左，拖動吊鉤回到 1 號槽的 1 號位的上方。等待湖南工程學院畢業(yè)設(shè)計論文 － 7－ 下一步傳送工作的進行。 (2) 將吊籃從 1 號槽送到 2 號槽，以 對產(chǎn)品零件進行清洗。 當 1 號槽 1 號位的吊籃中的產(chǎn)品零件經(jīng)酸液進行了 5 分鐘的除銹處理后，重復類似于上述 (1)～ (13)步的過程，依次將各吊籃從 1號槽中的 1～ 5號位送到 2號槽的 1～5 號位，以對產(chǎn)品零件進行清洗。將各吊籃送到位后，應使吊鉤回到 2 號槽的 1 號位的上方。等待下一步傳送工作的進行。 (3) 將吊籃從 2 號槽送到 3 號槽，以對產(chǎn)品零件進行鍍鋅處理。 當 2 號槽 1 號位的吊籃中的產(chǎn)品零件經(jīng)清水進行了 2 分鐘的清洗后，若需對產(chǎn)品零件進行鍍鋅處理，則應重復類似于上述 (1)～ (13)步的過程，依次將各吊籃從 2 號槽中的 1～ 5 號 位送到 3 號槽的 1～ 5 號位，以對產(chǎn)品零件進行鍍鋅處理。將各吊籃送到位后，應使吊鉤回到 3 號槽的 1 號位的上方。等待下一步傳送工作的進行。 (4) 將吊籃從 2 號槽送到 4 號槽，以對產(chǎn)品零件進行鍍鉻處理。 當 2 號槽 1 號位的吊籃中的產(chǎn)品零件經(jīng)清水進行了 2 分鐘的清洗后，若需對產(chǎn)品零件進行鍍鉻處理，則應重復類似于上述 (1)～ (13)步的過程，依次將各吊籃從 2 號槽中的 1～ 5 號位送到 4 號槽的 1～ 5 號位，以對產(chǎn)品零件進行鍍鉻處理。將各吊籃送到位后，應使吊鉤回到 4 號槽的 1 號位的上方。等待下一步傳送工作的進行。 (5) 將吊籃從 2 號槽 送到 5 號槽，對產(chǎn)品零件進行鍍鎳鎘處理。 當 2 號槽 1 號位的吊籃中的產(chǎn)品零件經(jīng)清水進行了 2 分鐘的清洗后，若需對產(chǎn)品零件進行鍍鎳鎘處理，則應重復類似于上述 (1)～ (13)步的過程，依次將各吊籃從 2號槽中的 1～ 5 號位送到 5 號槽的 1～ 5 號位，以對產(chǎn)品零件進行鍍鎳鎘處理。將各吊籃送到位后，應使吊鉤回到 5 號槽的 1 號位的上方。等待下一步傳送工作的進行。 (6) 將吊籃從 3 或 5 號槽送到傳送帶 B，以將經(jīng)鍍鋅或鍍鉻、鍍鎳鎘處理過的產(chǎn)品零件運走。 當 3 或 5 號槽的 1 號位的吊籃中的產(chǎn)品零