電鍍生產(chǎn)線PLC控制

1、第一章導(dǎo)言1.設(shè)計(jì)目的、任務(wù)和內(nèi)容1.1 .設(shè)計(jì)目標(biāo)綜合運(yùn)用本課程和以往課程的相關(guān)知識(shí)和技能，相對(duì)獨(dú)立地設(shè)計(jì)和調(diào)試一個(gè)小型的PLC應(yīng)用系統(tǒng)，使學(xué)生能夠得到控制技術(shù)工程方面的基礎(chǔ)訓(xùn)練，提高工程意識(shí)和實(shí)踐技能。同時(shí)，它可以提高學(xué)生搜索和處理文檔的能力，以及編輯和整理設(shè)計(jì)文檔的能力。1.2 .設(shè)計(jì)任務(wù)熟悉生產(chǎn)設(shè)備的工藝流程和工作原理；根據(jù)控制要求，繪制硬件電路圖、可編程控制器接線圖和控制梯形圖；用編程軟件來編程，可以先在計(jì)算機(jī)上模擬，然后在實(shí)驗(yàn)室里完成調(diào)試；完成課程設(shè)計(jì)說明。1.3、設(shè)計(jì)內(nèi)容電鍍生產(chǎn)線采用專用起重機(jī)，吊鉤安裝在起重機(jī)架上。行車和吊鉤分別由電機(jī)驅(qū)動(dòng)。行車的進(jìn)退和吊鉤的升降由相應(yīng)的限位開

2、關(guān)定位。假設(shè)生產(chǎn)線有三個(gè)槽。工藝要求：將工件放入電鍍槽中，電鍍280秒后提起，靜置28秒，讓電鍍液從工件流回電鍍槽，然后放入回收槽中浸泡30秒，提起后停止15秒，然后放入清水槽中清洗30秒，最后，提起停止15秒后，起重機(jī)返回原位，電鍍工件的整個(gè)過程結(jié)束。該系統(tǒng)有自動(dòng)和手動(dòng)操作模式。第二章系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)2.1、系統(tǒng)硬件配置和組成原理2.1.1 .電氣控制電路的設(shè)計(jì)該自動(dòng)線中的電機(jī)控制電路由交流380/220伏電源供電，電源開關(guān)采用刀閘和自動(dòng)開關(guān)串聯(lián)的組合形式，其中刀閘起到隔離電源和安全維護(hù)的作用，自動(dòng)開關(guān)起到短路保護(hù)的作用。電機(jī)控制電路中每個(gè)電機(jī)的主電路連接到380伏電源，控制電路連接到220伏電

3、源。每個(gè)電機(jī)的主電路由接觸器控制，熱繼電器用于過載保護(hù)，其中行走電機(jī)和鉤電機(jī)由電磁制動(dòng)器制動(dòng)。由于實(shí)際需要，鉤電機(jī)由轉(zhuǎn)子串聯(lián)電阻啟動(dòng)。因此，主電路、局部照明電路和為可編程控制器負(fù)載供電的DC穩(wěn)定電源被電鍍。2.1.2 .電機(jī)設(shè)計(jì)本文采用三相異步電動(dòng)機(jī)控制作為行車和吊鉤的動(dòng)力裝置。三相異步電動(dòng)機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡單、維護(hù)方便、運(yùn)行可靠、價(jià)格低廉、動(dòng)態(tài)特性好等優(yōu)點(diǎn)。2.1.3 .可編程控制器的選擇在可編程控制器的應(yīng)用設(shè)計(jì)中，可編程控制器的選擇非常重要。目前，國內(nèi)外生產(chǎn)的可編程控制器種類繁多。選擇可編程邏輯控制器時(shí)，應(yīng)考慮以下幾點(diǎn)：首先，規(guī)模應(yīng)該適當(dāng)。輸入輸出點(diǎn)數(shù)以及軟件對(duì)可編程控制器的功能和指令要求是選擇

4、可編程控制器型號(hào)大小的重要依據(jù)。首先，應(yīng)該有足夠的輸入輸出點(diǎn)和一定的余量(10%的備用容量)。如果只是實(shí)現(xiàn)單機(jī)自動(dòng)化或機(jī)電一體化產(chǎn)品，可以選擇小型PLC。如果控制系統(tǒng)較大，輸入輸出點(diǎn)較多，被控設(shè)備分散，可選擇中型或大型可編程控制器。第二，功能要對(duì)等，結(jié)構(gòu)要合理。對(duì)于開關(guān)量控制的系統(tǒng)，一般低檔機(jī)可以滿足要求；對(duì)于以開關(guān)量為主、少量模擬控制的系統(tǒng)，應(yīng)選擇具有模數(shù)、數(shù)模轉(zhuǎn)換、加減運(yùn)算和數(shù)據(jù)傳輸?shù)牡图?jí)機(jī)；對(duì)于具有復(fù)雜控制和高控制性能的系統(tǒng)，應(yīng)選擇中檔或高檔機(jī)器。根據(jù)以上對(duì)可編程控制器選型的嚴(yán)格分析和對(duì)我們?cè)O(shè)計(jì)的電鍍生產(chǎn)線控制系統(tǒng)的具體分析，我們選擇的控制系統(tǒng)是三菱公司的FX2N-32MR-001，它集

5、中央處理器、電源和輸入輸出于一體，可以連接模擬量、定位、通訊、網(wǎng)絡(luò)等各種專用擴(kuò)展設(shè)備。內(nèi)置內(nèi)存，容量為8K，通過安裝存儲(chǔ)卡盒可擴(kuò)展至16K。中央處理器處理速度為0。可編程控制器是一種以一位處理器為核心的通用工業(yè)自動(dòng)控制裝置，其實(shí)質(zhì)是一種工業(yè)控制專用計(jì)算機(jī)。因此，它的組成基本上與一般微型計(jì)算機(jī)相同，它也由兩大部分組成：硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)。可編程控制器的硬件系統(tǒng)由基本單元、輸入輸出擴(kuò)展單元和外部設(shè)備組成。下圖顯示了可編程邏輯控制器硬件系統(tǒng)的機(jī)構(gòu)框架?？删幊踢壿嬁刂破麟娮禹槾殴舱裼涗浧鞔蛴C(jī)盒式磁帶驅(qū)動(dòng)器節(jié)目編排者驅(qū)動(dòng)受控元件接收現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)輸入輸出擴(kuò)展單元基本單位輸入輸出擴(kuò)展接口輸入和輸出部分外部輸入

6、/輸出連接器記憶公羊(用戶程序)電子順磁共振(系統(tǒng)程序)控制器運(yùn)算器電源微處理器輸出部分圖1可編程控制器硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖1.微處理器與通用計(jì)算機(jī)一樣，中央處理器是可編程控制器的核心部件，其在可編程控制器控制系統(tǒng)中的作用類似于人體的神經(jīng)中樞。可編程控制器的整個(gè)工作過程都在中央處理器的統(tǒng)一指揮下在其主要功能如下：(1)接收來自程序員的用戶程序和數(shù)據(jù)輸入，并將它們發(fā)送到存儲(chǔ)器進(jìn)行存儲(chǔ)；(2)通過掃描接收輸入設(shè)備的狀態(tài)信號(hào)，并將其存儲(chǔ)在相應(yīng)的數(shù)據(jù)區(qū)(輸入圖像寄存器)；(3)監(jiān)控和診斷用戶程序編程過程中的電源、可編程控制器內(nèi)部電路的工作狀態(tài)和語法錯(cuò)誤；(4)執(zhí)行用戶程序，完成各種數(shù)據(jù)的操作、傳輸和存儲(chǔ)功

7、能；(5)根據(jù)數(shù)據(jù)處理的結(jié)果，刷新寄存器表中關(guān)于標(biāo)志位狀態(tài)和輸出狀態(tài)的內(nèi)容，從而實(shí)現(xiàn)輸出控制、制表打印或數(shù)據(jù)通信的功能。2.記憶可編程控制器配有兩種存儲(chǔ)器：系統(tǒng)存儲(chǔ)器和用戶存儲(chǔ)器。系統(tǒng)存儲(chǔ)器存儲(chǔ)系統(tǒng)程序，用戶存儲(chǔ)器存儲(chǔ)用戶編織控制程序。系統(tǒng)程序用于管理可編程邏輯控制器系統(tǒng)，用戶不能直接訪問。因此，可編程邏輯控制器產(chǎn)品樣本或規(guī)格中列出的存儲(chǔ)器類型和容量是指用戶程序存儲(chǔ)器。例如，F(xiàn)X2-24M的內(nèi)存容量是4K步長，這意味著用戶程序內(nèi)存的容量?？删幊炭刂破鞯挠脩舸鎯?chǔ)容量變化很大。一般來說，中小型可編程控制器的用戶存儲(chǔ)容量在8K級(jí)以下，大型可編程控制器的存儲(chǔ)容量可達(dá)到或超過256K級(jí)。3.輸入/輸出組

8、件上面圖1所示的輸入和輸出部件也變成輸入/輸出單元或輸入/輸出模塊。在實(shí)際生產(chǎn)過程中會(huì)產(chǎn)生多種輸入信號(hào)，而可編程控制器只能處理標(biāo)準(zhǔn)電平的信號(hào)，因此這些信號(hào)必須轉(zhuǎn)換成可被中央處理器通過輸入模塊接受和處理的標(biāo)準(zhǔn)電平信號(hào)。類似地，外部致動(dòng)器所需的控制信號(hào)水平，如電磁閥、接觸器、繼電器等。并且由中央處理器輸出的標(biāo)準(zhǔn)電平信號(hào)必須被轉(zhuǎn)換成這些致動(dòng)器能夠接收的控制信號(hào)。因此，輸入輸出模塊實(shí)際上是中央處理器和現(xiàn)場(chǎng)輸入輸出設(shè)備之間的連接部分，起著在可編程控制器和被控對(duì)象之間傳輸輸入輸出信號(hào)的作用?？删幊炭刂破鬏斎?輸出模塊的電路框圖如圖2.1和圖2.2所示。外部輸入信號(hào)隔音裝置過濾器輸入狀態(tài)寄存器過濾器信號(hào)接收

9、和返回道路過濾器隔音裝置隔音裝置圖2.1輸入界面隔音裝置管理員信號(hào)被發(fā)回I/o狀態(tài)寄存器功率放大器外部設(shè)備隔音裝置管理員功率放大器隔音裝置管理員功率放大器圖2.2輸出接口為了提高抗干擾能力，一般的輸入輸出模塊都有光電隔離裝置。由發(fā)光二極管和光電二極管組成的光電耦合器廣泛用于數(shù)字輸入輸出模塊，隔離放大器通常用于模擬輸入輸出模塊。工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的輸入信號(hào)通過輸入模塊進(jìn)入可編程控制器。這些信號(hào)有些是數(shù)字的，有些是模擬的。有些是DC信號(hào)，有些是交流信號(hào)。使用時(shí)，根據(jù)輸入信號(hào)的類型選擇何時(shí)獲取輸入模塊?？删幊炭刂破鳟a(chǎn)生的輸出控制信號(hào)通過輸出模塊驅(qū)動(dòng)負(fù)載，如電鍍升降電機(jī)的啟動(dòng)/停止和正/反轉(zhuǎn)、閥門的開啟/關(guān)

10、閉、設(shè)定比的移動(dòng)、升降等。與輸入模塊一樣，與輸出模塊相連的負(fù)載所需的一些控制信號(hào)是高質(zhì)量的，一些是模擬的；有些是空調(diào)，有些是DC。因此，也有必要根據(jù)負(fù)載特性選擇合適的輸出模塊?？删幊炭刂破髦杏性S多模塊，如質(zhì)量輸入輸出模塊和模擬輸入輸出模塊，以及快速響應(yīng)模塊、高速計(jì)數(shù)模塊、通信接口模塊、溫度控制模塊、中斷控制模塊、PID控制模塊和位置控制模塊。輸入輸出模塊的種類、種類和規(guī)格越多，可編程控制器系統(tǒng)的靈活性越好。輸入輸出模塊的輸入輸出容量越大，可編程控制器系統(tǒng)的適應(yīng)性越強(qiáng)。2.2、系統(tǒng)硬件電路圖2.2.1 .主電路圖KM4FU1貨幣供應(yīng)量3貨幣供應(yīng)量之二3FU2UFU3KM1平方公里KM3專用行車的

11、前、后和提升運(yùn)動(dòng)由三相交流異步電機(jī)驅(qū)動(dòng)。根據(jù)電鍍行車的起重量，選擇兩臺(tái)電機(jī)驅(qū)動(dòng)。主回路阻力控制系統(tǒng)如圖所示，其中前進(jìn)和后退以及吊鉤的升降分別由兩臺(tái)電機(jī)M1和M2的正反轉(zhuǎn)控制。圖3主電路圖本圖中沒有加熱三相異步電動(dòng)機(jī)的繼電器保護(hù)器，因?yàn)槿喈惒诫妱?dòng)機(jī)的工作時(shí)間是以秒計(jì)算的，工作時(shí)間短；三相異步電動(dòng)機(jī)將不會(huì)被加熱和損壞。因此，在該圖中可以省略熱繼電器保護(hù)器2.2.2 .輸入輸出分配表輸入信號(hào)輸出信號(hào)姓名功能編號(hào)姓名功能編號(hào)SB1開始X000SQ4行程極限(反向)X014SB2停止X001SQ5吊鉤極限(提升)X015SB3吊鉤提升X002SQ6吊鉤極限(下降)X016SB4鉤住X003SB5向前行

12、駛X004輸出信號(hào)SB6向后行駛X005姓名功能編號(hào)服務(wù)協(xié)議選擇開關(guān)(手動(dòng))X006house of lords 上院家用指示燈Y000服務(wù)協(xié)議選擇開關(guān)(自動(dòng))X007KM1吊鉤升降電機(jī)正轉(zhuǎn)接觸器Y001SQ1行程極限(向前)X011平方公里吊鉤升降電機(jī)的反向接觸器Y002SQ2行程極限(反向)X012KM3行走電機(jī)正轉(zhuǎn)接觸器Y003SQ3行程極限(反向)X013KM4行駛馬達(dá)反向接觸器Y004圖4輸入輸出分配表2.2.3 .輸入輸出接線圖24VX000X001X002X003X004X005X007Y002Y001Y003X006X011X012X014X015X016X013Y004COM

13、COMSB1SB2SB3SB4SB5SB6服務(wù)協(xié)議服務(wù)協(xié)議SQ1SQ2SQ3SQ4SQ5SQ6KM1平方公里KM3KM4220伏FX2N - 32MR-001Y000house of lords 上院福圖5可編程控制器控制系統(tǒng)輸入輸出接線圖第三章系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)3.1、系統(tǒng)功能分析3.1.1 .工藝流程圖和控制流程電鍍生產(chǎn)線有三個(gè)槽(實(shí)際應(yīng)用中會(huì)有更多槽)。工件由帶吊鉤的起重機(jī)驅(qū)動(dòng)，工件的整個(gè)電鍍過程通過電鍍、電鍍液回收和清洗完成。工藝要求是：將工件放入鍍液中，電鍍280秒，然后提起并停放28秒，使鍍液從工件流回鍍液中，然后浸入回收槽中30秒，提起并停止15秒，然后放入清水槽中清洗30秒，最后提起

14、并停止15秒，然后通過驅(qū)動(dòng)回到原來的位置，完成一個(gè)工件的電鍍過程。電鍍生產(chǎn)線的工藝流程如圖所示。圖6電鍍工藝流程圖控制流電鍍生產(chǎn)線除了裝卸工件外，要求整個(gè)生產(chǎn)過程能夠自動(dòng)進(jìn)行，這主要體現(xiàn)在對(duì)行車的控制上，同時(shí)也要求行車和吊鉤能夠?qū)崿F(xiàn)正反轉(zhuǎn)運(yùn)行中的點(diǎn)動(dòng)控制，以便對(duì)設(shè)備進(jìn)行調(diào)整和檢修。該圖是電鍍生產(chǎn)線自動(dòng)工作狀態(tài)的流程圖。自動(dòng)控制過程如下：當(dāng)起重機(jī)處于原始位置時(shí)，吊鉤下降到底部，限位開關(guān)SQ4和SQ6被按下，操作者將待電鍍工件放在吊架上開始電鍍。(1)吊鉤上升時(shí)，按下啟動(dòng)按鈕SB1，開啟輔助繼電器M1，吊鉤升降電機(jī)正轉(zhuǎn)，吊鉤上升。當(dāng)它與上限switc碰撞時(shí)(3)吊鉤下降時(shí)，與右側(cè)限位開關(guān)SQ1碰撞

15、，起重機(jī)停止前進(jìn)。同時(shí)，輔助繼電器M3接通，吊鉤電機(jī)反轉(zhuǎn)，吊鉤下降。(4)當(dāng)定時(shí)電鍍鉤下降并與下限位開關(guān)SQ6碰撞時(shí)，輔助繼電器M4同時(shí)接通，使定時(shí)器T0計(jì)時(shí)280秒開始電鍍。(5)當(dāng)?shù)蹉^上升計(jì)時(shí)器T0計(jì)時(shí)到來時(shí)，輔助繼電器M5接通，吊鉤電機(jī)向前轉(zhuǎn)動(dòng)，吊鉤上升。(6)當(dāng)定時(shí)下降鉤上升并與上限開關(guān)SQ5碰撞時(shí)，鉤停止上升，同時(shí)輔助繼電器M6接通，炻器TI開始計(jì)時(shí)28S，工件下降。(7)當(dāng)向后行進(jìn)的定時(shí)時(shí)間T1結(jié)束時(shí)，輔助繼電器M7被接通，行進(jìn)馬達(dá)反轉(zhuǎn)，向后行進(jìn)，并且轉(zhuǎn)移下一個(gè)電鍍液回收過程。(8)吊鉤下降時(shí)，向后運(yùn)行，與第一個(gè)左側(cè)限位開關(guān)SQ2碰撞。當(dāng)向后驅(qū)動(dòng)停止時(shí)，吊鉤電機(jī)反轉(zhuǎn)，輔助繼電器M8接通，吊鉤下降。(9)當(dāng)浸泡回收液的吊鉤下降并與下限位開關(guān)SQ6碰撞時(shí)，吊鉤停止下降，同時(shí)輔助繼電器M9接通，計(jì)時(shí)器T2啟動(dòng)30S，工件浸泡回收液。(10)當(dāng)?shù)蹉^上升計(jì)時(shí)器T2的計(jì)時(shí)時(shí)間到了，輔助繼電器M10接通，吊鉤電機(jī)正轉(zhuǎn)，吊鉤上升。(11)當(dāng)工件下落鉤上升并與上限開關(guān)SQ5碰撞時(shí)，鉤停止上升，輔助繼電器M11接通，計(jì)時(shí)器T3開始15S，工件下落。(12)當(dāng)后退行駛計(jì)時(shí)器T3的計(jì)時(shí)時(shí)間到了時(shí)，輔助繼電器M12接通，后退行駛被轉(zhuǎn)移到清潔水箱，以便在下一工序中進(jìn)行清潔。(13)當(dāng)?shù)蹉^下降時(shí)