电镀自动生产线PLC控制课程设计.docx

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电镀自动生产线PLC控制课程设计

《电气与PLC控制系统设计》指导及任务书

设计课题:

电镀自动生产线PLC控制设计

专业

建筑电气与智能化

学生姓名

班级

学号

指导教师

设计地点

起至时间

发放日期

电气工程学院

第1章概述

1.1电镀工艺的发展

1.2PLC-FX2N

第二章电镀生产线总体设计说明

2.1电镀自动生产线示意图

2.2电镀自动生产线控制要求

第三章控制系统设计说明

3.1主电路设计说明

3.2PLC输入输出接线图设计说明

3.3控制面板元件布置图的设计

3.4梯形图设计说明

3.5操作控制设计说明

3.6主要电器元件选择说明

3.7元器件目录表

第四章设计小节

概述

1.1电镀工艺的发展

电镀生产作为一种传统产业自开始以来，几十年间有了极大的发展，从早期的纯手工作坊生产发展到今天的半自动甚至全自动生产，电镀工业的进步巨大的，电镀产品的种类和电镀工艺的复杂程度也是发生了极大的变化，大道汽车、飞机，小到生活用品金银首饰，各式各样的赣南工业产品都离不开电镀技术，电镀技术已发展形成一个重要的工程领域一个表面工程。

近年来随着生产的发展和不同产品工艺的特殊要求，电镀生产的生产过程在有些淋雨显得相当复杂，有许多条流水线构成一套完整的生产线，这就要各流水线之前能实现互联，因而PLC技术开始引入电镀。

质量优秀的电镀产品不光需要好的电镀工艺和镀液添加剂，还需要保证电镀产品按照电镀工艺流程运行以及电镀时间，这些都是决定电镀产品质量的重要因素。

因此PLC的引入尤为重要。

1.2PLC-FX2N

三菱FXPLC是小形化，高速度，高性能和所有方面都是相当FX系列中最高档次的超小程序装置，除输入出16～25点的独立用途外，还可以适用于多个基本组件间的连接，模拟控制，定位控制等特殊用途，是一套可以满足多样化广泛需要的PLC。

特点-系统配置即固定又灵活；-编程简单；备有可自由选择，丰富的品种；令人放心的高性能；高速运算；使用于多种特殊用途；外部机器通讯简单化；共同的外部设备。

第二章电镀生产线总体设计说明

2.1电镀自动生产线示意图

某电镀自动生产线如图2.1所示。

在电镀生产线一侧（原位），将待加工零件装入吊蓝，并发出信号，专用行车便提升前进，到规定的槽位自动下降，并停留一段时间（各槽停留时间预先按工艺设定）后自动提升，行至下一个电镀槽，完成电镀工艺规定的每道工序后，自动返回原位，卸下电镀好的工件重新装料，进入下一个电镀循环。

图2.1

2.2电镀自动生产线控制要求

对于不同零件，其镀层要求不同，为了节省场地，适应批号生产需要，提高设备利用率，设备还要求电气控制系统有槽位选择能力。

由于每个槽位之间的跨度较小，行车在前后运行停车时要有能耗制动，以保证准确停位。

拖动情况：

电镀行车采用两台三相异步电动机分别控制行车的升降和进退，采用机械减速装置。

电动机数据（型号JYZ-12-4，P=0.81kw，I=2A,n=1410r/min，V=380V）

拖动控制要求:

控制装置具有程序预选功能（按电镀工艺确定需停留2位），一旦程序选定，除装卸零件外，整个电镀工艺应能实现四种操作方式。

（1）自动循环；

（2）单周期；3）步进操作；（4）手动操作。

前后运行和升降运行应能准确停位，前、后升降运行之间有互锁作用。

该装置采用远距离操作台控制行车运动，要求有暂停控制功能。

行车运行采用行程开关控制，并要求有过极限位置保护。

主电路应有短路和过载保护。

行车升降，进退采用能耗制动，升降电动机制动时间为3S，进退运动电动机制动时间为2S，1#~5#槽位的停留时间依次为15S、17S、18S、19S、20S，原位装卸时间为20S。

第三章控制系统设计说明

3.1主电路设计说明

主电路分析:

电源开关QS为普通闸刀开关或组合开关，用熔断器FU作为短路保护。

2台电动机均采用热继电器FR作为过载保护，正反转由接触器KM1~KM4控制。

进退电动机M1的能耗制动电源由控制变压器TC降压后整流，由制动接触器KM5接到电动机定子绕组上。

3.2PLC输入输出接线图设计说明

（1）确定输入设备

过限保护SQ7,原位SQ0，槽位选择S1，1#槽行程开关SQ1

槽位选择S2,2#槽行程开关SQ2，槽位选择S3，3#槽行程开关SQ3

槽位选择S4,4#槽行程开关SQ4，槽位选择S5，5#槽行程开关SQ5

过限保护SQ6，上限位SQ8,下限位SQ9，手动单步连续单周

停止前进后退上升（起动）下降（暂停）

（2）确定输出设备

指示灯Y0-Y7M1电机正反转Y10Y11

M1电机正反转Y12Y13能耗制动Y14

分配I/O点：

输入

输出

输入设备及符号

PLC输入点

输出设备及符号

PLC输出点

过限保护SQ7

X0

指示灯0

Y0

原位SQ0

指示灯1

Y1

1#SQ1S1

X1

指示灯2

Y2

2#SQ2S2

X2

指示灯3

Y3

3#SQ3S3

X3

指示灯4

Y4

4#SQ4S4

X4

指示灯5

Y5

5#SQ5S5

X5

指示灯6

Y6

过限保护SQ6

指示灯7

Y7

上限位SQ8

X6

下限位SQ9

X7

手动

X10

前进

Y10

单步

X11

后退

Y11

连续

X12

上升

Y12

单周

下降

Y13

停止

X13

制动

Y14

前进

X14

后退

X15

上升（起动）

X16

下降（暂停）

X17

PLC接线图

（1）PLC输入接线的设计说明

1、在电镀行车中，为了防止行车在到达原位和末端时由于限位开关损坏而越过工作区，设置了过限保护SQ6和SQ7。

它们分别与原位和5#槽位的限位开关SQ0、SQ5并联，这样可以节省输入点数。

根据要求对电镀槽有槽位选择功能，只需要使用5个槽位选择开关S1——S5，分别和SQ1——SQ5串联即可达到槽位选择的目的。

而不必占用输入点。

2、行车控制有4个操作方式，用了三个输入点，其中单周期控制方式，不用输入点，可以简化梯形图和减少输入点数。

3、手动操作采用单独的控制按钮。

停止、前进、后退、上升、下降分别对应输入点X13——X17。

（2）输出控制接线的设计

Y0——Y7用于显示吊篮所在位置和上下限。

Y10——Y13用于进退电机和升降电机的控制和保护。

3.3控制面板元件布置图的设计

操作面板图如图所示，其用于对自动生产线远距离控制操作。

在操作面板上安装9各信号灯用于电镀行车在1#——5#槽位和原位的显示，以及上限下限的显示。

PLC电源开关和电源信号灯接在一起，按下电源开关时，电源信号灯亮。

操作方式采用选择开关，在手动方式下。

使用停止、前进、后退、上升、下降5个按钮、在其他控制使用启动和暂停按钮（与上升和下降公用）和停止按钮。

槽位选择开关S1——S5用于槽位选择。

3.4梯形图设计说明

指令表:

3.5操作控制设计说明

（1）自动控制程序设计

自动控制程序包括单周，连续，单步3种控制方式。

其中单周为最基本的控制方式。

连续控制方式的程序设计，如图

单周控制方式设计:

单周控制方式，即为从装料到各槽位电镀结束后退回原位，完成一个工作循环过程，当吊篮在原位时，原位X0及下限位开关X7动作，信号灯Y0亮，状态器S0置位，等待起动命令。

按下起动按钮X16、S20置位，Y12得电，吊篮上升，当上升碰到上限位开关X6时，电路经X5常闭接点使S21,Y12得电行车前进行至1号槽X1动作，M2产生一个脉冲使S23置位，Y13得电吊篮下降。

同时Y10失电，在公共程序中Y10下降沿接点闭合使Y14闭合得电，对进退电机M进行能耗制动2秒钟。

下降到下限位开关X7，S23置位，由于这时在1号槽位，X1接点接通定时器T1，在1#槽位停留T1对应的设定时间，停留时间到时，T1接点闭合，返回到S20,Y12得电上升。

需要特别注意的的是，此时行车在1#位，X1处于动作状态，所以当上升到达上限为时，X6动作后S20置位，应该Y10得电，但由于X10接点闭合，使得M2产生一个脉冲跳过S21到S23又下降了，结果造成反复上升下降的死循环现象。

这种现象一般不通过实验装置运行验证，时很难发现的。

这里采用PLSM1指令，其作用是当S21置位时，M1常闭接点断开一个扫描周期，使M2的脉冲不起作用，从而防止了直接跳过S21的现象。

电镀结束后，在5#槽位上升到上限位X6时，由于X5接点已经闭合，使S22置位，

Y11得电行车后退，当退到原位时，X0动作，S23置位下降，到下限位X7动作，S24置位。

T0得电延时后，经X12常闭接点返回到S0。

全部过程结束，完成一次电镀过程。

（2）连续控制方式设计

连续控制方式就是反复执行单周控制方式，如果不按停止按钮就一直运行下去。

将选择开关SA打到连续位置，X12输入接点闭合，当行车完成一次，电镀过程返回原位时。

T0延时后，经X12常开接点返回到S20，进入下一步电镀过程。

（3）公共程序设计

公共程序是指不受跳转CJ控制的程序，其中ZRST用于步进指令状态器S的全部复位。

已达到停止的目的，ALT用于暂停，按下暂停按钮X17M8034=1。

停止输出，全部Y失电。

再按下按钮X17M8034=0全部仅恢复原来的输出状态。

MOV用于位置信号灯的显示。

Y14用于进退电机停止时的能耗制动控制。

（3）手动控制方式

手动控制方式如图分别用四个点动按钮控制两台电机的升降和进退其中进退的能耗制动仍由公共程序的Y14制动电路控制。

将选择开关SA打到手动位置，X10控制跳转指令CJ将单周连续控制跳过去执行手动程序。

在手动程序中，应考虑各种动作之间的互锁和运行条件，如必须在上限位时才能前进后退，进退到两端必须停止，上升到上限位停止，下降到下限位停止。

（4）单步控制方式设计

单步控制方式就是按一次起动按钮，行车每次只完成一个规定动作，例如按起动按钮吊篮上升，当到达上限位时并不前进，只有再按一次起动按钮，才前进。

单步操作方式开关打在单步位置时，X11接点闭合，M8040线圈得电，禁止状态转移。

如电镀行车在原位时，状态器S0置位，按下起动按钮X16S20置位Y12得电吊篮上升，当到达上限位时，X6动作满足转移条件，但由于M8040线圈得电。

禁止状态转移。

S20仍置位这时为了防止Y12得电吊篮继续上升，要由X6常闭触点将其断开，其他状态器S的输出线圈也应该如此。

在S21状态步中，当Y10得电前进到位时，防止死循环和单步控制要求，在电路中增加M3线圈回路。

3.6主要电器元件选择说明

（1）保护电机用熔断器FU的选择：

熔断器主要是用于电机的热保护，控制电动机的电流，以防电流过大烧坏电动机引起危险，当电机过热时熔断器自动切断，从方便安装和修理的角度考虑，我们选择插入式熔断器。

本设计电动机采用的是单台电机轻载启动，熔断器电流计算的方法为：

IFU＝IS/（2.5~3）

IFU－熔体额定电流；IS－电机的启动电流

对于JYZ-12-4型号电机，其额定电流IN＝2A，启动电流

IS＝6.5×2＝13A，熔体额定电流IFU＝IS/（2.5~3）＝4.3～5.2（A）

故选择熔断器类型为：

RC1A－10，熔丝的额定电流6A；

干路熔断器电流为支路电流之和，故干路熔断器额定电流计算为：

IFU＝3×（4.3~5.2）＝12.9～15.6（A），

故干路熔断器的类型为：

RC1A～15，熔丝额定电流15A。

（2）接触器的选择

对于JYZ-12-4型号的电机，额定的功率PMN＝0.81kw，三相电源的相电压UMN＝380V，功率因数cosΦ＝0.87，电机效率η＝75％，则控制回路的接触器的选择可以按下式计算选择：

IMN=

=

=1.89A

查阅手册可以确定接触器选用CJ10－5/3－380V型号。

（3）热继电器的选择

热继电器主要用于电动机的过载、断相及三相不平衡的保护及电动设备的发热状态控制。

由于支路总电流≤10A，故可选用JR20－10/3－1型热继电器，额定电压10A，带断相保护。

（4）行程开关的选择

电镀车间专用行车用行程开关是主导电镀工艺是否成功的关键元件，要用于小车在电镀槽位置的精确定位。

考虑生产实际情况，初步选择LX19系列的行程开关。

LX19系列行程开关适用于交流50HZ或60HZ，电压至380V，直流电压至220V的控制电路，将机械信号转换成电信号，作为控制运动机构行程和变换运动方向或速度用。

LX19系列开关采用双断点瞬时结构，安装在金属外壳内构成防护式。

在外壳上配有各种方式的机械部件，组成单轮，双轮转动及无轮直线移动等形式的行程开关。

工作环境－25～120℃，适用于电镀车间的高温环境。

最终选择行程开关型号LX19－111（B），额定发热电流5A，触头接触时间0.04s。

此开关的性能完全可以满足精确定位以及高温工作环境。

（5）电源开关选择

电源开关主要用于供电气设备中电源的通断使用，电源开关是整个电路系统的安全保障所在，在这里选用KAD4－102型号的电源安全性开关。

其主要技术参数为：

额定电压级及电流220V，6A，接触电阻0.01～0.05，绝缘电阻500～100MΩ，工作压力1～6N，寿命50000次。

3.7元器件目录表

序号

代号

名称

数量

规格型号

备注

1

PLC

可编程控制器

1

三菱FX2N-32MR

继电器输出型

2

SA

选择开关

1

SA3010A

施多德

3

HL0-8

指示灯

18

AD16-22G

LED显示220VAC

4

TC

隔离变压器

1

BK-100

变比1:

1220VAC

5

KM1-5

交流接触器

5

CJ10-5/3-380V

线圈电压380VAC

6

SB0-4

点动开关

5

LAY37-D2

黑色

7

FU

熔断器

1

RC1A-10

额定电流15A

8

FR1-2

热继电器

2

JR20－10/3－1

额定电流10A带断相保护

9

M1-2

电动机

2

JYZ-12-4

三相异步交流电机

10

SQ0-9

行程开关

10

LX19-111

机械式接触型开关

11

QS

手动开关

1

KAD4-102

额定电压220V，额定电流6A

第四章设计小节

本次课程设计按照确定PLC输入、输出设备；分配I/O地址；画出PLC系统接线图；再写出PLC梯形图，指令表的顺序设计的。

在写论文之前查了大量的资料。

程序设计基本包括了我们所学的内容，里面有顺序结构，循环结构，判断结构的综合应用，有自动程序，单周程序，单步程序，手动程序，程序当中也应用很多特殊指令。

实践证明，被设计所采用的PLC对电镀生产进行控制的方案是万雀可行的，并且通过修改程序，可以随时改变电镀行车的工作时间和工作状态。

该项工作为后续同一条生产线上的电镀行车组成局域网进行统一调度管理的研究提供了基础。

随着工业与计算机技术的飞速发展，电镀行车的设计定会更加智能化，电镀行车的管理也会更加无人化。

通过此次课程设计，让自己对所学的知识又有了更进一步的认识，尤其是PLC的编程，以前很多模糊的概念现在也都有基本上弄懂了，同时在做设计时得到了老师和同学的帮助，这也是自己能及时完成毕业设计的原因，今后的学习工作中自己将更加努力，将程序做到更加完善。

主要设计参考资料

1、电气逻辑控制技术，熊葵容主编。

2、电气控制及可编程控制器，张凤珊主编。

3、工厂电气控制技术，方承远主编。

4、可编程控制器教程，王兆义主编。

5、有关FX2n型PLC的资料等。