基于PLC的电镀生产线监控系统设计课程设计1.docx
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基于PLC的电镀生产线监控系统设计课程设计1
基于PLC的电镀生产线监控系统设计
摘要
电镀行车生产线自动化结合其他行业自动控制技术的应用情况，提出了基于PLC的电镀行车自动生产线的设计，并通过应用机械、可编程序控制器（PLC）等多项专门技术开发的自动生产系统。
本文首先分析和制定了该生产线的整体设计思想和方案，确保了该生产线系统具备真正的自动化生产能力且结构简单。
李利用西门子PLCS7-200进行自动化电镀生产线控制，重点分析了系统软硬件设计部分，并给出了系统硬件接线图、PLC控制I/O端口分配表以及整体程序流程图等，实现了电镀生产自动化，提高了生产效率，降低了劳动强度。
在该生产线的控制系统中，采用了高可靠性，高稳定性，编程简单，易于使用，而且广泛应用于现代工业企业生产线过程控制中的控制器PLC。
详细分析了输送系统设备保护控制电动机原理图、程序框图、PLC系统外部接线图。
分层次详细阐述了整个高度自动化输送系统的目标及功能，使高度自动化输送系统的结构更加清晰，层次更加分明，具有非常强的实用性。
关键词：
自动电镀生产线；自动控制技术；可编程控制器（PLC）;组态王
ABSTRACT
Industryautomatetechnologydevelopveryfastfierceinrecentyears，Asoneofthethreesllpporttechnologiesincurrentindustryautomation，PLCisbeensubjectedtowithitsveryhighdependableandanti-interferenceabjIitvgreatlytowelcomeextensively,inthetechnologyreformationprocessofeverytradedriveinlargequantityapplied.
Industryautomatetechnologyjsdoublyacurrentrealmwhichissubjectedtoconcernconductandactionsanewlyarisenedgeacademicsrealm，haveboomingsourceofvitalityinsidethisengineeringrealm,electroplateproductionisaMerytraditiona|Industry,therealityoflowlyproductionrateandlow—lyingtechnologyIeveIneedurgentlyastoit’stakeintoatechnologyreformation．ThistextanalyseshowraisetoelectroplateautomationJeveIofproducingtherealm，usePLCtechnologytocontro|ineachproduceline．carryingonbetweensevereIproductionIineswitheachotheralliedaccordingtothenetwork．Thethesisanalyzedtoelectroplatetheproductionconditionofprofessionfirst，comparingthemeritandshortcomingofafewincommonusecontroJstrategies，givesconcretecontroIproject，immediatelyanalyzedanddesignedthenetworkstructureofthesystemalsofromworkshoplevel．againcarryonathoroughresearchforthecontroIOfequipmentsclass，carriedonadesignathardwareandsoftwaretwoIeveItop’scontrolstoproductionIine，finallycarriedonadesigntothecredibilityofthesystem．
Keywords：
PLC，control，electroplatting，productline
第一章电镀行车的概述
前言
中国经济高速发展，工业化进程的不断深化，为自动化行业的迅猛发展提供了广阔的空间。
电镀行业是我国重要的加工行业，但是大多数中小企业仍在使用许多过时的技术和设备，大量的生产线为半机械化和半自动化控制，一些甚至为手工操作。
工业电镀生产线工位多、生产复杂，同时在电镀中，其氧化、酸洗、碱洗、电镀等许多工艺具有严重的化学污染和腐蚀，对人的身心健康十分不利，而且人工操作随机性大，影响产品质量。
传统的方法是使用顺序控制器，由于其电路复杂，接口多，受外界干扰大，工作可靠性差，维护也困难。
采用PLC有较完善的诊断和自保护能力，可以增强系统的抗干扰能力，提高系统
行车是用来在短距离内提升和移动物件的机械，是现代化工厂中用于物料输送的重要设备，电镀行车由于他的高危险性，应用它的场合更是频繁，行车对减轻工人体力劳动，提高劳动生产率起着重要的作用。
本设计中的行车要实现左右，前后及上下的三维运动，并且要准确定位，具有远距离控制，能够按照预定顺序和控制要求，自动完成一序列的工作。
在设计中采用低压电器的控制方式，控制线路的设计方面力图做到布局合理,排列均匀,原理图上有极限位置保护和必要的电气保护措施。
电镀就是利用电解原理在某些金属表面上镀上一薄层其它金属或合金的过程，是利用电解作用使金属或其它材料制件的表面附着一层金属膜的工艺从而起到防止腐蚀,提高耐磨性、导电性、反光性及增进美观等作用。
利用电解作用在机械制品上沉积出附着良好的、但性能和基体材料不同的金属覆层的技术。
电镀层比热浸层均匀，一般都较薄，从几个微米到几十微米不等。
通过电镀，可以在机械制品上获得装饰保护性和各种功能性的表面层，还可以修复磨损和加工失误的工件。
镀层大多是单一金属或合金，如钛靶、锌、镉、金或黄铜、青铜等；也有弥散层，如镍-碳化硅、镍-氟化石墨等；还有覆合层,如钢上的铜-镍-铬层、钢上的银-铟层等。
电镀的基体材料除铁基的铸铁、钢和不锈钢外,还有非铁金属,如ABS塑料、聚丙烯、聚砜和酚醛塑料，但塑料电镀前,必须经过特殊的活化和敏化处理。
行车、吊车、天车都是人们对起重机的一个笼统的叫法，行车和现在我们所称的起重机基本一样。
基本有两类：
一类为集中驱动，即用一台电动机带动长传动轴驱动两边的主动车轮；另一类为分别驱动、即两边的主动车轮各用一台电动机驱动。
中、小型桥式起重机较多采用制动器、减速器和电动机组合成一体的“三合一”驱动方式，大起重量的普通桥式起重机为便于安装和调整，驱动装置常采用万向联轴器。
行车的种类按其结构和功能特点可以分为几大类型。
第一：
轻小型起重设备。
他特点是轻便、结构紧凑，动作简单，作业范围投影以点、线为主。
轻、小型起重设备，一般只有一个升降机构，它只能使重物作单一的升降运动。
第二：
桥式起重机。
他的特点是可以使挂在吊钩或其他取物装置上的重物在空间实现垂直升降或水平运移。
桥式起重机包括：
起升机构，大、小车运行机构。
第三：
臂架式起重机。
他多装设在车辆上或其他形式的运输（移动）工具上，这样就构成了运行臂架式旋转起重机。
第四：
升降机。
他的特点是重物或取物装置只能沿导轨升降。
升降机虽只有一个升降机构，但在升降机中，还有许多其他附属装置。
CPU是整个PLC的核心，起神经中枢的作用。
它按照PLC的系统程序赋予的功能接收并存储用户程序和数据，用扫描的方式采集由现场输入装置送来的状态或数据，并存入规定的寄存器中。
同时，诊断电源和PLC内部电路的工作状态及编程过程中的语法错误等。
进入运行后，从用户程序存储器中逐条读取指令，经分析后再按指令规定的任务产生相应的信号，去指挥有关的控制电路。
第一章电镀行车的概述
1.1电镀行车控制系统的种类
1.1.1继电接触器控制系统
继电器问世以来，一直是电气控制的主流，目前国内仍有不少厂家应用继电接触器控制系统。
其中输人单元为按钮开关等主令电器、逻辑单元是支配控制系统的“程序”，它是由各种继电器的触点通过导线连接，并具有一定的逻辑功能的控制线路。
输出单元包括各种阀门的控制线圈、各类接触器控制线圈及信号指示等执行元件。
这种控制系统的特点是：
价格便宜、性能价格比低。
由于存在继电器抖动、打弧、吸合不良等现象，因此控制系统寿命短，可靠性差。
因为它的自动控制功能是靠继电器的辅助触点动作来实现，而触点动作一次需要几十毫秒，所以控制速度慢；由于需要改变控制逻辑就要改变各触点间的连线，故技改难度大，同时体积大，耗能高。
因此继电接触器控制方案，适用控制逻辑比较简单，所需继电器数量较少，程序固定的场合。
1.1.2单片机控制系统
用单片机可以构成各种工业控制系统。
有不少控制系统是利用通用PC单片机或通用计算机。
大部分都可以用单片机系统或单片机加通用机系统来代替计算机系统，特别是较大型的工业测控系统。
单片机的控制逻辑由软件组成，同时软件的编写和修改方便，设计安装接线工作量相对较少，设计周期较短，其适应性较强。
但其缺点是对工作环境条件要求较高，抗干扰能力不强，它适应于工作环境条件比较好的各种控制领域，如机械、冶金、纺织、国防、民用等。
除通用外设（如打印机、硬盘、磁盘等）外，还有许多外部通信、采集、多路分配管理、驱动控制等接口，而这些外设与接口完全由主机进行管理，必然造成主机负担过重，因而出现了新的控制手段，即可编程序控制器。
1.1.3可编程序控制器控制系统
一、可编程序控制器的特点
（1）可靠性高，抗干扰能力强；
（2）适应性强，应用灵活；
（3）编程方便，易于使用；
（4）功能强，扩展能力强；
（5）PLC控制系统设计、安装、调试方便；
（6）维修方便，维修工作量少；
（7）PLC体积小，重量轻，易于实现机电一体化。
二、可编程序控制器的应用领域
随着微电子技术的快速发展，PLC的制造成本不断下降，而功能却大大加强。
目前，在先进工业国家中PLC已成为工业控制的标准设备，应用的领域已覆盖了所有的工业企业。
概括起来主要应用在以下几个方面：
（1）顺序控制；
（2）运动控制；
（3）闭环过程控制；
（4）数据处理；
（5）通信和联网。
1.2电镀行车控制系统的发展与现状
在工业控制的各个领域里，小到一个简单的机电一体化设备、大到整个生产线，以及大型的工程领域里，都存在PLC控制系统的技术存在。
PLC已不在是局限在逻辑上，应该理解成过程控制器，如西门子全集成自动化TIA的概念。
在整个自动化领域，PLC和传动是组成自动控制的两个非常重要的部分。
在主流PLC往大型化、集成化、多功能化、网络化发展的同时，还有很多分支在并列发展。
我们还有很多单体化、一体化的设备，现在越来越微型化离散的控制也在同步进行。
比如西门子S7-200功能强大，1000多块一个，原来是不能想象的。
为满足自动控制领域各层面的不同要求，微型机、小型机的发展势头也很猛。
现在，PLC不仅能进行逻辑控制，在模拟量的闭环控制、数字量的智能控制、数据采集、监控、通信联网及集散控制方面都得到广泛的应用。
如今大、中型、甚至小型PLC都配有A/D、D/A转换及算术运算功能，有的还具有PID功能。
这些功能使PLC应用于模拟量的闭环控制、运动控制、速度控制等具有了硬件基础；PLC具有输出和接收高速脉冲的功能，配合相应的传感器及伺服装置，PLC可以实现数字量的智能控制；PLC配合可编程终端设备（如触摸屏），可以实时显示采集到的现场数据及分析结果，为分析、研究系统提供依据；利用PLC的自检信号可实现系统监控；PLC具有较强的通信功能，可与计算机或其他智能装置进行通信和联网，从而能方便地实现集散控制。
功能完备的PLC不仅能满足控制的要求，还能满足现代化大生产管理的需要。
总之为了进一步扩大PLC在工业自动化领域的应用范围，适应大、中、小型企业扩印不同需要，PLC产品大致向以下几方面发展：
（1）向小型化方向发展；
（2）向高速度、大容量和智能化方向发展；
（3）PLC编程工具与编程语言的多样化、高级化、标准化；
（4）向网络化方向发展；
（5）发展容错技术和故障诊断。
第2章电镀行车控制系统的总体方案
2.1电镀行车控制系统的总体方案
2.1.1电镀行车的用途
本电镀行车是某企业电镀车间为了提高工作效率，促进生产自动化和减轻劳动强度而制造的一台起吊设备。
该设备采用远距离控制，起吊物品是有待进行电镀或表面处理的各种产品零件。
另外，本电镀行车拥有手动、单周和连续3种工作方式，用户可根据实际需要选择其中工作方式进行电镀产品零件，这样就大大增加了对电镀行车操作的灵活性。
2.1.2电镀行车的基本组成结构
本电镀行车机械部分由行车和电镀槽等2部分组成，而行车又由大车、小车和吊钩等部分组成。
如图2-1所示：
图2.1电镀车间平面示意图
大车、吊钩分别由电动机M1、M2拖动。
其中，大车、吊钩在电动机的拖动下可分别作前后、上下运动，起吊物品是待进行电镀和表面处理的各种产品零件。
用来进行电镀和表面处理的容器是1～3号槽，每个槽内从左到右都有3个位置依次称为1号位、2号位……3号位，每个位置都可以放置一个吊篮，因此，每个槽内共可以放置3个吊蓝。
1～3号槽内依次装有清水、回收液、镀液，可分别用来对产品零件进行电镀、回收废液、清洗等处理（但在同一时间内，只需对产品零件进行一种进行处理）。
完成对产品零件的电镀、回收废液、清洗处理所需的时间分别为5分钟、30秒、30秒。
2.1.4电镀行车的工作原理
要求本电镀行车对产品零件的传送过程如图2-1所示：
图2-2电镀行车传送过程图
行车在原位，吊钩下降到最下方，限位开关SQ1、SQ3被压着，操作人员将要电镀的工件放在挂具上，即可开始电镀工作。
按下启动按钮，吊钩上升，当碰到上限位开关SQ2后，吊钩上升停止；行车开始前进，行车前进至压下限位开关SQ6，行车停止前进；同时吊钩下降，吊钩下降至下限位开关SQ7时，吊钩停止下降，同时开始电镀5分钟；5分钟后吊钩上升，吊钩上升至压着SQ2时，吊钩停止上升，工作停留30秒滴液；30秒后，行车后退，回退至SQ5，吊钩下降，吊钩下降至下限位开关SQ8时，吊钩停止下降，在回收液槽中浸30秒，提起后停15秒，后退至SQ4，再下降止SQ9，在清水槽中清洗30秒，最后提起停15秒，行车返回原位。
最后行车退到原位上方，吊钩放下，机构回到原位。
如果再按下启动按钮，则开始下一个工作循环
2.2电镀行车控制系统的设计要求
2.2.1电镀行车基本控制要求
（1）为了适应电镀行车控制系统的调试、检查和操作方便的需要，应使电镀行车控制系统具备手动、单周和连续三种工作方式。
（2）应具有对上述三种工作方式的自由选择功能。
（3）为了避免程序混乱，应能避免在同一时间内电镀行车按两种或两种以上的工作方式运行。
2.2.2对单机控制的设计要求
在电镀产品零件的过程中，要求能按下某一步就运行某一步，即当遇到电镀特殊工艺要求时能实现人工单步操作。
2.2.3对全机控制的设计要求
（1）在单周和连续工作方式下，当下述初始条件中的任何一个不具备时，应避免电镀行车启动运行：
①行车大车在初始位置；
②行车小车在初始位置；
③吊钩在初始位置。
（2）在单周和连续工作方式下，应能使电镀行车按照预先规定的工艺流程运行。
（3）在电镀产品零件的过程中，如遇到任何一步不能正常完成，应能使电镀行车立即自动停车。
（4）在连续工作方式下，应能对电镀行车工作循环次数和一个循环完成时间进行累计，具备计数和计时功能。
（5）应能保证操作人员随时都能使电镀行车紧急停车。
2.2.4对控制系统保护的要求
为了能够保障电镀行车及其控制系统的安全，应使控制系统具备以下保护功能：
（1）短路保护；
（2）过载保护；
（3）失压保护；
2.2.5对信号显示和故障报警的设计要求
（1）在任何工作方式下，信号显示系统都能显示电镀行车及其传送带运行的全过程。
（2）信号显示系统应能显示控制系统的电源的工作状态，电动机的工作状态，控制系统的工作方式。
第3章控制系统硬件设计
3.1电气控制线路设计
3.1.1电镀行车的主电气图的设计
本自动线中的电动机控制线路，采用交流380/220V电源供电，电源开关采用刀开关与自动开关串连的组合形式，其中低压断路器起隔离电源、安全检修的作用，自动开关起短路保护作用。
电动机控制线路中各电机主电路接于380V电源，控制电路接于220V电源。
各电机主电路采用接触器控制，并采用热继电器作过载保护，其中大车电机、吊钩电机采用电磁抱闸制动。
因实际需要，吊钩电机采用转子串电阻起动。
如下图3-1电气控制电镀行车的主电气图。
图3-1电镀行车主电路图
3.1.2电镀行车控制面板的设计
根据实际情况要求，当按下启动电镀行车进行连续运行，当再次按起启动按钮，行车进行单周期运行，HL1、HL2、HL3、HL4显示电镀行车上下左右的运行状态；其中HL5.HL6是显示行车的工作装填，当HL5亮是，表示行车工作在单周期运行的状态，若HL6亮，则表示行车工作在连续运行的状态；HL7表示上电指示灯，表示程序初始上电扫描正确，；HL8表示停止指示灯，当按下SB2按钮，HL8就会亮，其他的指示灯就会灭（除了HL7指示灯）;HL9指示灯表示运行指示灯，当电镀行车进行工作时，其HL9指示灯就会亮。
下边按钮为控制按钮，SB1表示运行按钮，当按下为单周期运行，当再次按起来，则电镀行车为单周期运行，SB2表示停止按钮，当按下时，整个电镀行车会停止运行，当按起来时，行车依旧接着原来的工作运行，SB3、SB4、SB5、SB6为行车上下运行的各个控制按钮，其中各按钮可以进行测试与手动运行。
其中要根据实际情况需要，以及一些操作室内的监控，做出新的控制面板。
其控制面板如下图所示：
图3-2控制面板元件布置图
3.1.3电镀行车的控制元器件选择
当进行电镀行车的设计时，要进行PLC的输入，输出端元器件进行选择，只有准确确定运期间的选择才能准确控制行车PLC的程序设计；根据实际情况选择如表3-1所示的表格
PLC输入元件
PLC输出元件
启动
SB1
上行指示灯
HL1
停止
SB2
下行指示灯
HL2
原位限位开关
SQ1
左行指示灯
HL3
上限位开关
SQ2
右行指示灯
HL4
原位横梁开关
SQ3
单周运行指示灯
HL5
清水槽横梁开关
SQ4
连续运行指示灯
HL6
回收液槽横梁开关
SQ5
电源指示灯
HL7
镀槽横梁开关
SQ6
停止指示灯
HL8
镀槽下限位
SQ7
运行指示灯
HL9
回收液槽下限位
SQ8
上行运行
KM1
清水槽下限位
SQ9
下行运行
KM2
上行开关
SB3
左行运行
KM3
下行开关
SB4
右行运行
KM4
左行开关
SB5
右行开关
SB6
单步开关
SB7
表格3-1输入、输出元件的选择
3.2PLC控制系统硬件部分的设计
3.2.1PLC输入/输出元件确定
一、所需PLC输入元件及输入点的统计
启动按钮SB1停止按钮SB2和上下左右按钮SB3、SB4、SB5、SB6，占用PLC的6个输入点。
工作方式为手动、单周、连续三种工作方式的，当按下SB1时，PLC自动选择了连续运行的运行方式，当把SB1按起，PLC选择了单周期运行的工作方式，当按下SB3、SB4、SB5、SB6，可以手动实现对电镀行车的上下左右进行手动操作。
电镀各镀槽行程开关SQ1、SQ2、SQ3、SQ4、SQ5、SQ6、SQ7、SQ8、SQ9,均为一个常开触点，它们共占用PLC的9个输入点。
综上所述，共需PLC输入触点16个。
二、所需PLC输出元件及输出点的统计
控制电镀行车各个电机运行的接触器线圈为KM1、KM2、KM3、KM4、KM5、KM6，它们共占用PLC的6个输出点。
电镀行车各电机运行过程指示灯为HL1、HL2、HL3、HL4、HL5、HL6、HL7、HL8、HL9，它们共占用PLC的9个输出点。
综上所述，共需PLC输出触点15个。
3.2.2PLC型号的确定
查阅我国各大企业使用较多的PLC生产厂家生产的PLC的技术手册，确认德国西门子S7-200cpu226型基本单元完全能过满足上述要求，因此本课题控制系统的PLC选用S7-200cpu226型基本单元1台。
其主要技术性能指标如下：
该型PLC为整体式结构，具有本电镀行车所需的所有指令功能，其输入点数为24点，输出点数为16点，用户存储器容量8KB，输入模块电压为DC12V，输出模块为24V继电器型。
PLC的选择。
本控制系统选用PLC是西门子S7-200。
该系列产品可以满足多种多样的自动化控制需要。
由于具有紧凑的设计，良好的扩展性，低廉的价格以及强大的指令，使得S7-200可以近乎完美地满足小规模的控制要求。
3.2.3PLCI/O地址分配表
一、PLC输入地址分配表
可将PLC电镀行车控制系统中PLC的所有输入元件分配到PLC的各个输入点上，如表3.2所示。
输入地址
SB1
I0.0
SB2
I0.1
SQ1
I0.2
SQ2
I0.3
SQ3
I0.4
SQ4
I0.5
SQ5
I0.6
SQ6
I0.7
SQ7
I1.0
SQ8
I1.1
SQ9
I1.2
SB3
I1.3
SB4
I1.4
SB5
I1.5
SB6
I1.6
SB7
I1.7
表3-2PLC输入地址分配表
二、PLC输出地址分配
可将基于PLC的电镀行车控制系统中PLC的所有输出元件分配到PLC的各个输出点上，如表3.2所示。
输出地址
HL1
Q0.0
HL2
Q0.1
HL3
Q0.2
HL4
Q0.3
HL5
Q0.6
HL6
Q0.7
HL7
HL8
Q1.0
HL9
Q1.1
KM1
Q0.0
KM2
Q0.1
KM3
Q0.2
KM4
Q0.3
KM5
Q0.4
KM6
Q0.5
表3-3PLC输出地址分配表
3.2.4PLCI/O接线图的绘制
由输入元件分配表3.2和输出元件分配表3.3可绘制PLC输入和输出元件接线图如图3-3所示。
图3-3PLC外部接线图
第4章控制系统软件设计及实现
4.1PLC梯形图总体法案设计
在第二章中，已对电镀行车工作方式控制的设计要求进行了叙述，其内容如下：
为了适应电镀行车控制系统的调试、检查和操作方便的需要，应使电镀行车控制系统具备手动、单周和连续三种工作方式。
据此，本设计基于PLC的电镀行车控制系统的软件部分应由公用程序、手动程序、单周程序、连续程
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