永宏PLC高速电镀生产线的应用.docx

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永宏PLC高速电镀生产线的应用

永宏PLC在高速自动电镀生产线的应用

厦门海正自动化科技有限公司黄智坤、李艺达2015年3月5日

摘要：

本文介绍的是永宏FBs系列PLC在高速自动电镀生产线上的应用。

结合永宏PLC多个通讯口MODBUS通讯，自由通讯，永宏高速通讯功能，强大的扩展能力，便捷的配方功能，精确的PID运算功能及高速计数功能，完成高速自动电镀生产线的电气系统设计。

本文重点阐述了高速自动电镀生产线的电气硬件设计及软件设计。

在实际生产应用中，该系统高效、环保、便捷，大大提高了生产效率，降低生产成本。

关键词：

永宏PLC、高速自动电镀生产线、通讯、配方、PID运算、高速计数

thedesignofFATEKFBSseriesPLCinHigh-speedautomaticplatingproductionline.

abstract：

ThispapermainlydescribesthedesignofFATEKFBSseriesPLCinHigh-speedautomaticplatingproductionline.Completionofhigh-speedautomaticplatingproductionlineelectricalsystemdesignwithFATEKFBSseriesPLC’sMultiplecommunicationportsfunction,Strongexpansioncapability，Convenientrecipefunction,AccuratePIDarithmeticfunctionsandhigh-speedcountingfunction.Thispaperfocusesonthedesignofelectricalhardwareandsoftwarehigh-speedautomaticplatingproductionlinedesign.Inpracticalapplication,thesystemisefficient,environmentallyfriendly,convenientandgreatlyimprovesproductionefficiencyandreduceproductioncosts.

Keyword:

FATEKPLC,High-speedautomaticplatingproductionline,Communication,Formula,PIDarithmetic,high-speedcounting

一、引言：

随着电子科技技术的迅猛发展，近年来，电子元器件的需求量迅速增长，而且大多数的电子元器件都需要经过电镀处理。

在国内巨大的电子市场上，引入了许多先进的生产设备及工艺。

国内电子元器件电镀的生产工艺近年来迅速向国际先进技术水平靠拢，其最突出的就是采用高速连续电镀自动生产线生产。

电镀工艺通过在引线框架上镀锡，保证集成电路元件的贴装性能，使元器件的引脚能和线路板形成良好的扩散焊接。

镀层的质量影响产品的成品率和可靠性。

作为封装后道工序，电镀设备需要满足高效率、高可靠性等要求。

传统的电镀工艺采用挂镀方式。

挂镀线由一系列按照特定顺序排列的镀槽组成，每个镀槽根据工艺要求配置整流器、加热器、过滤机、阴极移动等外设。

为实现自动流水线作业，挂镀生产线设置若干行车搬运挂具。

挂镀线的行车行走路线需要特殊复杂的演算方法，实际运作中还必须防止各种意外状况，不能随意切换生产工艺；挂镀线需要人工将料片用铜丝绑定在挂具上，每条生产线需要多名操作人员执行上下料的工作。

因此，传统挂镀线存在技术水平落后、产能低，对环境及人身污染严重、电镀质量差、合格率低等问题。

高速自动电镀线一般由两部分组成，即传送装置和电镀槽系统。

电镀槽系统采用子母槽结构，将母槽的溶液由泵提升至子槽，在子槽中对料片完成前处理、电镀、清洗等工序，溶液再从子槽流回母槽。

如此周而复始，保证电镀过程的连续进行；传送装置采用环形设计，利用钢带式传动结构和自动上下料系统，将料片依次浸入各工位镀槽中。

高速自动电镀线大大提高了生产效率，原料的循环使用，大幅降低了对环境及人身污染。

永宏FATEKFBs系列PLC为一外型小巧却具有媲美中大型PLC功能的新一代小型PLC，其通讯端口最多扩展至5个，RS232、RS485硬件接口可供客户自由选配，支持自由协议、MODBUS协议、永宏协议。

最大I/O点数输入、输出点都可扩展至256点。

FBs主机有MA经济型;MC高功能型及MN高速NC型，该主机带四组硬件高速计数器最高频可达960KHz，四组高速脉冲输出最高速度可达960KHz。

二、系统概述

2-1电气控制系统：

根据设备情况选好控制器型号，主站：

人机界面MT8121IE、FBs-60MAR2-AC、FBs-60XYR、FBs-16YR、FBs-8YR、FBs-CB55。

仆站：

FBs-20MAT2-AC、FBs-20X、FBs-20X、FBs-20X、FBs-6RTD、FBs-CB55。

组成框图如图（2-1）：

图2-1

2-2设备结构组成：

设备主要由上料装置、脱脂槽、铁微蚀槽、铜微蚀槽、活化槽、电镀槽、电镀后水洗槽、中和槽、热水洗槽、烤箱、剔锡槽、下料装置组成、传送装置组成。

整个工艺就是通过上料装置把裸料挂到传送装置上，传送装置以变频器恒速拖动，依次通过脱脂槽、铁微蚀槽、铜微蚀槽、活化槽、电镀槽、电镀后水洗槽、中和槽、热水洗槽、烤箱、下料装置、剔锡槽以这顺序环循连续生产。

2-3系统功能：

1、系统分手动、自动操作，可供客户手动、自动完成生产；

2、在连续生产过程中，每个槽都可以实现掉料、卡料检测，当生产过程中出现掉料、卡料事件系统自动停机报警并在人机界面提示具体的掉料、卡料位置；

3、在脱脂槽、电镀槽、中和槽、热水洗槽、烤箱分别可以独立加热，独立关闭，用PID控温，温度精确到0.1摄氏度；

4、八台整流器通过RS485通讯来实现活化槽的恒流控制，电镀区的梯形电流控制，及剔锡槽的恒压控制，并用轮询指令来实时读取各整流器的实时电压与电流；

5、变频器通过RS485通讯走MODBUS协议来控制电机拖动速度，速度可在人机界面上任意设定；

6、由于不同的产品有不同的工艺参数，系统可储存七十套的工艺参数并且每一套的工艺参数可在人机界面上输入对应的产品型号方便客户使用；

7、人机界面还可保存半年的操作记录，当产品生产出问题时方便追踪查看；

8、人机界面可设定多个登录账户，可设定登录密码，账户名称，可方便客户使用管理。

三、系统程序设计及调试

3-1手动、自动程序设计：

根据工艺，完成手动与自动的程序。

在设备的自动生产中，最重要的就是卡料检测。

当在自动生产过程中，一个槽位出现了卡料就会影响后面的所有产品，造成很大的损失。

在程序设计中，在每一个槽的入口出口分别有一个接近开关，通过接近开关的感应来判断是否卡料，检测到出现卡料后系统停止，让损失减至最小。

3-2温度PID控制程序设计：

FBs系列PLC具有温度PID专用控制指令（如图3-1）。

本系统测温采用PT-100，用FBs-6RTD测温模块来读取温度。

本指令利用温度模块测量的外界当前温度当作程控变量（PV），并将设定的温度设定值（SV）与程控变量经CPU的PID数学运算后得到适宜的输出控制值，以控制温度在所期望的控制范围内。

将PID运算后的数值结果转化为时间比例PWM输出，经晶体管输出控制固态继电器所推动的加热回路。

图3-1

温度PID调试时主要就是调整增益PR、积分常数IR、微分时间常数DR这三个值。

增益调整越大，可以得到更快更灵敏的控制反应，但过大又会造成振荡，调试时应尽量调高增益，以增快控制反应减少稳态误差。

积分项可用来消除稳态误差，当有稳态误差时，调高积分常数，以减少稳态误差。

微分项可让控制反应较平顺不会造成过度超越，当有过度超越时可调高微分时间。

3-3整流器RS485自由通讯程序设计：

整流器的通讯数据格式是ASCII码通讯，报文如图（3-2）。

图3-2

@：

通讯起始码，对应ASCII码40H；

IH：

通讯地址十位；

IL：

通讯地址个位；

Cmd：

通讯命令码；

Data：

通讯数据；

CrcH：

校验码高位；

CrcL：

校验码低位；

整流器的轮询指令如图（3-3），设定指令如图（3-4），启动指令如图（3-5），停止指令如图（3-6），波形发生指令如图（3-7）。

图3-3

图3-4

图3-5

图3-6

图3-7

永宏151通讯指令，Pt可选择1、2、3、4四个硬件Port口作办通讯口。

可以选择MD0、MD1、MD2、MD3四种通讯模式。

MD0：

是永宏PLC与永宏PLC之间的数据共享；MD1：

是与具有RS232或RS485通讯接口的智能设备自由通讯；MD2：

永宏PLC做从站，随时接收具有RS232或RS485通讯接口的智能设备发出的信息；MD3：

永宏PLC与永宏PLC之间的高速数据共享且数据反应时间不受扫描周期的影响。

本系统与整流器通讯是采用自由通讯，用Port1口。

Port1口的通讯参数与整流器的通讯参数设置一置，波特率为9600、寄校验、1位停止位。

通讯指令如图（3-8）。

永宏PLC通讯指令的编写非常便捷，配合指令对应的通讯表格写好通讯数据就可以了，如图（3-9）。

本指令是读取站号为3的整流器的当前电流与电压，通讯数据为/@03PF3*/写通讯表格即可。

整流器接收到此通讯命令后返回一串当前电流当前电压的数据，保存在WR指定的寄存器上。

返回的数据都是ASCII码，可以利用永宏63号ASCII码转十六进制BCD码指令与21号BCD码二进制指令把当前值转换成二进制数值方便人机界面显示，如图（3-10）。

图3-8

图3-9

图3-10

3-4变频器485通讯频率给定程序设计：

变频器是使用东元A510系列的，频率给定设计采用RS485通讯MODBUS协议。

根据手册参数设置如下：

00-05主频率命令来源选择3通讯控制

09-00变频器通讯站号2

09-02波特率设定39600bps

09-03停止位摆选择01位停止位

09-04奇偶校验选择1偶校验

根据手册参数通讯给定频率的MODBUS地址是2502H，变频器工作状态指示的MODBUS地址是2520H，变频器当前输出频率的MODBUS地址是2524H。

永宏PLC具有便捷150MODBUS通讯指令如图（3-11），可选择Port1-4四个通讯口来做硬件口。

通讯内容只要填写到对应的变格就可以实现同变频器的数据读取与写入如图（3-12）。

地址2502H转换成十进制为9474，2520H转换成十进制为9504，2524H转换成十进制为9508。

变频器地址是从0开始，永宏MODBUS表格里地址是从1开始，所以需加1，所以表格的地址是9475、9505、9509。

图3-11

图3-12

3-5永宏PLC配方程序及人机界面配方名称程序设定：

永宏PLC具有8192个十六位的档案缓存器（F0-F8191），此缓存器必须配合永宏160读/定档案缓存器专用指令，如图（3-13）。

Sa：

缓存器列表的起始缓存器号D0；Sb：

档案缓存器起始号F0；Pr：

指针缓存器号R0；L：

列表长度100。

假如当前配方R0=1时，存参数时就是把D0-D99的参数存入到F0-F99，读参数时就把F0-F99的参数写到D0-D99。

配合人机界面，还可给不同的配方让客户自行输入英文名称方便识别，如图（3-14）。

图3-13

图3-14

3-6操作记录页面设计：

运用威纶通MT8121IE触摸屏的操作记录组件可方便记录整个系统的操作过程，这样客户就可轻松地追踪操作员的操作过程，如图（3-15）。

图3-15

3-7人机界面登录账户、登录密码程序设计：

人机界面设定三种登录身份，总工程师、管理者、操作者，人机界面设定权限，只有总工程师可操作整个系统及命名管理者与操作者并设定管理者与操作者的登录密码。

如图3-16、3-17。

图3-16

图3-17

四、结束语

高速自动电镀生产线投入使用后，即取得了良好的经济效益。

整个工艺以流水线形式实现，加上整流器使用通讯控制，电镀出来的镀层均匀外观亮丽，最快速度可达8m/min。

在酸性环境中，整个控制系统运行稳定。

五、参考文献

1、永宏FBs系列编程使用手册Ⅰ、Ⅱ.永宏电机股份有限公司；

2、威纶通EasyBuilderPro使用手册；

3、东元变频器A510系统使用手册.东元电机股份有限公司；

4、整流器用户手册.厦门科索电器设备有限公司。

六、附录

图（6-1）人机界面主面图；

图（6-2）主站电气柜图；

图（6-3）从站电气柜图；

图（6-4）设备现场图。

图6-1

图6-2

图6-3

图6-4