电动行车PLC控制的自动化控制系统.docx
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电动行车PLC控制的自动化控制系统
中文摘要
行车是在生产中用于输送物料的重要设备。
过去的传统控制方式大都是采用人工操纵的半自动控制方式。
然而在许多生产场合，这种半自动控制方式早已显示出了它的缺点及很多的不足。
所以，为了提高工作效率，促进生产自动化和减轻劳动强度，现在已经需要实现行车的自动化控制。
本设计是将由人工操纵的半自动化电动行车改造为由PLC控制的自动化控制系统，不仅可以大大提高生产效率，方便地实现各种控制功能，而且可以适应行车所处的恶劣环境，无需在硬件上采取过多的措施。
本设计中的电镀专用行车是通过行车带动吊钩前后运动及吊钩的升降运动来实现电镀的过程的。
行车带动吊钩前进/后退分别经过电镀槽、回收液槽、清水槽，当分别到每个槽上方时，由限位开关通知PLC发出控制指令使吊钩下降，当下降到槽中时又开始定时电镀。
定时结束后，吊钩上升，上升后还需定时停留一段时间让多余的液体流回槽中才能走向下一个槽，当从清水槽上滴液结束后行车返回原位。
在对本系统的设计中完成了系统的硬件连线及软件的设计，硬件连线包括PLC的外围接线、主电路及控制电路，软件包括梯形图及指令表。
关键词：
PLC；电镀专用行车；前后运动；升降运动
ABSTRACT
Theempresscarisaimportantequipmentthattransportsthematerialinproduce.Thetraditionalcontrolmethodmostlyadoptsthehalfartificialmanipulatetocontrol.Howeverinmanyproductionsituations,theweaknessandalotofshortagethatautomaticcontrolinthiskindofhalfmethodappearedalready.Inordertoimproveworkefficiency,promotetheproductionautomationandalleviatetothelaborstrength,nowthereneedrealizesthecarthatautomaticcontrol.
ThisdesignisreformsthemanipulatealineofthecarmovedbyartificialthehalfautomationelectricitytotheautomationcontrolsystemthatbecontrolledbyPLC,cannotonlyincreaseproductionefficiency,convenientlyrealizeseverykindofcontrolfunction,butalsocanadapttothebadenvironmentofalineofcars,notneedadopttheexcessivemeasureonthehardware.
Theappropriationcarforelectroplateinthisdesignisariseandfalltopassesalineofthecararousestothemournhooktoexerciseandthemournhookinfrontandbacktorealizetheelectroplateprocess.Acarbringthehookgoforward/retreatpassbytheelectroplatedslot,recoveryliquidslot,clearwaterslotonebyone,whenaboveeachslot,thelimitswitchtellsPLCtosendsoutthecontrolinstructionmakesthehookdescends,whenintheslotitstartssettlingthetimetoelectroplate.Whilesettlingafterending,themournhookisrisingup,stillneedtostopafewminutesletsuperfluousliquidflowedtoreturntoslotthencantothenextslot,Whenliquidendsfromtheclearwaterslottheempresscarreturnsthehomeposition.
Inthedesignofthissystem,Completedthedesignofhardwareandsoftware.ThehardwareincludesthePLCouterconnectline,mainelectriccircuitandcontrolelectriccircuits,thesoftwareincludestrapezoiddiagramandinstructionforms.
Keywords:
PLC;Aappropriationcarforelectroplate;Exerciseinfrontandback;Exerciseinascendanddescend
第一章绪论
1.1PLC的发展及其应用
PLC是一种专门在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。
它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数核和算术运算等操作的指令，并能通过数字或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械生产过程。
PLC及其有关的外围设备都应按照易于与工业控制形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。
相对一般意义上的计算机，可编程控制器并不仅仅具有计算机的内核，它还配置了许多使其适用于工业控制的器件。
它实质上是经过一次开发的工业控制用计算机。
它在很大程度上使得工业自动化设计从专业设计院走进了工厂和矿山，变成了普通工程技术人员力所能及的工作。
再加上它体积小、可靠性高、抗干扰能力强等优点，PLC已在工业控制中获得了广泛的应用。
比较以前的继电接触器或普通计算机，PLC具有它的很多优点，如：
可靠性高，抗干扰能力强，体积小，重量轻，能耗低，功能完善，易学易用，系统设计、施工、调试周期短等。
目前PLC已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业。
PLC诞生不久即显示了其在工业控制中的重要地位，如日本、德国、法国等国家相继研制成各自的PLC。
PLC技术随着计算机和微电子技术的发展而迅速发展，由最初的1位机迅速发展为8位机。
随着微处理器CPU和微型计算机技术在PLC中的应用，形成了现代意义上的PLC。
现在的PLC产品已使用了16位、32位高性能微处理器，而且实现了多处理器的多通道处理，通信技术PLC的应用得到进一步发展。
权威人士预计，21世纪，可编程控制器会有更大的发展，从技术上来看，计算机技术的新成果会更多的应用于可编程控制器的设计及制造上，会有运算速度更快、存储容量更大、智能更强的品种出现。
从产品规模上看，会进一步向超小型及超大型方向发展。
从产品的配套性上看，产品的品种会更丰富、规格更齐备。
完美的人机界面、完备通讯设备会更好地适应各种工业控制场合的需求。
从市场上看，各国各自生产多品种产品的情况会随着国际竞争的加剧而打破，会出现少数几个品牌垄断国际市场的局面，会出现国际通用的编程语言。
这是有利于可编程技术的发展及可编程产品普及的。
从网络的发展情况来看，可编程控制器和其它工业控制计算机组网构成大型的控制系统是可编程控制器技术的发展方向。
目前的计算机集散控制系统（DistributedControlSystem）中已有大量的可编程控制器应用。
伴随着计算机网络的发展，可编程控制器作为自动化控制网络或国际通用网络的重要组成部分，将在工业及工业以外的众多领域发挥越来越大的作用。
目前，PLC在运动控制中的应用已十分广泛。
从控制机构来说，早期直接用开关量I/O模块连接位置传感器和执行机构，现在一般使用专用的运动控制模块。
如驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。
世界上各主要厂家的产品几乎都有运动控制功能。
小型PLC广泛应用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。
现在工业生产中行车的控制大都采用PLC来构成控制系统，这就使得硬件连线变得简单，控制系统实现了自动化控制，不仅提高了工作效率、促进了生产的自动化，而且大大减轻了劳动强度。
1.2本课题研究的意义
行车是现代工厂中用于物料输送的重要设备，传统的控制方式大都是采用人工操纵的半自动化控制方式，然而在工业发达的今天，这种半自动化控制方式早已显示出了它的缺点和不足。
所以，为了提高工作效率、促进生产自动化和减轻劳动强度，就需要实现电动行车的全自动控制。
实现了自动化控制，可以使行车能够按照预定的程序和控制要求自动完成一系列的工作。
本设计是利用PLC构成一套电镀专用行车的自动控制系统，不仅用简单的软件编辑替代了复杂的硬件连线，而且可以使电镀专用行车能够自动地按照预先选定的程序自动地完成电镀工作。
1.3本文的结构
本文共分六章，第一章是绪论部分，对PLC的发展及在运动控制中的应用作了简单介绍。
第二章是电镀专用行车工艺要求及控制流程的介绍。
第三章介绍了PLC控制系统的组成元件及系统设计步骤。
第四章是电镀专用行车的硬件设计，第五章为控制系统的软件设计部分。
最后第六章对电镀专用行车的设计作了概括总结。
第2章电镀专用行车控制系统简介
2.1使用背景
行车是在生产中用于输送物料的重要设备。
过去的传统控制方式大都是采用人工操纵的半自动控制方式。
然而在许多生产场合，这种半自动控制方式早已显示出了它的缺点及很多的不足。
所以，为了提高工作效率，促进生产自动化和减轻劳动强度，现在已经需要实现行车的自动化控制。
实现了自动化控制，行车就能够按照预先设定好的顺序和控制要求，自动完成所要求的工作。
该电镀专用行车，采用PLC构成一套自动控制系统，从而实现了电镀过程的自动化控制，既提高了工作效率，又减轻了劳动强度。
2.2控制系统方案论证
将由人工操纵的半自动化电动行车改造为自动化控制，可以大大提高生产效率。
选用PLC作为电动行车自动运行的控制器，不仅可以方便地实现各种控制功能，而且可以适应行车所处的恶劣的工作环境，无需在硬件上采取过多的措施。
本设计中采用FX2-32MR型PLC对电镀专用行车进行控制，简化了电气控制的硬件和接线，减小了控制器的体积，提高了控制的灵活性。
同时，PLC有较完善的自诊断合资保护能力，可以增强系统的抗干扰能力，提高系统的可靠性。
通过设计可以看出，PLC在旧电动行车的自动化改造和新型电动行车的设计中，有广泛的应用前景。
2.3工艺流程分析
2.3.1工艺要求
该电镀专用行车采用远距离控制，起吊物品为有待于进行表面电镀锌的铁工件，其重量大约为25Kg。
该电镀生产过程设计有三个槽，工件由装有可升降吊钩的行车带动，经过电镀、镀液回收及清洗三道工序，实现对工件的电镀。
工艺要求为：
工件放入镀槽中电镀280s后提起，停放28s，让多余的镀液从工件上流回镀槽；然后放入回收液槽中浸30s，提起后停15s，接着放入清水槽中清洗30s，最后提起停15s后，行车返回原位，电镀一个工件的全过程结束。
电镀工艺流程图如图2.1所示。
2.3.2控制流程
该电镀专用行车控制系统要求有程序预选功能，即根据工艺要求确定要停留的位置，一旦程序选定，除装卸工件外，整个生产过程能自动进行。
同时，行车
和吊钩的正反向运动要求准确停位，且均能实现点动控制，以便对设备进行调整和检修，而且，行车的前后运动和吊钩的升降运动之间应连锁。
图2.2是电镀生产线的自动工作状态流程图。
电镀专用行车自动工作控制过程如下：
（1）初始状态行车在原位，吊钩下降到最下方，限位开关SQ4、SQ6被压下，操作人员将要电镀的工件装在吊钩上，即可开始电镀工作。
（2）吊钩上升按下启动按钮SB1，吊钩上升。
（3）行车前进当吊钩上升碰到上限开关SQ5后停止上升，同时接通M2，行车开始前进。
（4）吊钩下降行车前进至压下限位开关SQ1，行车停止前进，同时接通M3，吊钩下降。
（5）定时电镀吊钩下降至下限开关SQ6时，吊钩停止下降，定时电镀开始，T0开始计时280s。
（6）吊钩上升T0定时到，使M5接通，吊钩上升。
（7）定时滴液吊钩上升至压下SQ5时，停止上升，同时T1开始计时，工件停留滴液28s。
（8）行车后退T1定时到，使M7接通，行车后退。
后面各道工序的动作过程依此类推。
最后行车推到原位上方，吊钩下放，回到原位。
如果要开始下一个工作循环，则再按下启动按钮SB1。
2.4PLC的选型及地址编号
2.4.1PLC的选型
该电镀专用行车PLC控制系统有输入信号14个，均为开关量。
其中6个按钮开关，6个行程开关，1个选择开关（占2个输入口）。
同时，该系统有输出信号5个，其中1个为原位显示，2个用于吊钩提升电动机正反转控制接触器，2个用于行车电动机正反转控制接触器。
综上所述，该控制系统可以采用三菱公司的FX2-32MR型PLC，其I/O点数均为16点，满足控制要求，而且还有一定的余量。
FX2系列PLC是三菱公司的高性能小型机的代表作。
系统最大I/O点数为128点，配置扩展单元后可达256点。
FX2系列及执行基本指令的速度0.48us/步，用户程序存储器的容量可扩展至8K步。
它有与F1兼容的20条基本指令和2条步进指令，另外还有功能很强的95种功能指令。
它有6个和普通输入口兼容的高速计数器输入点，最高计数频率为10KHz。
FX2系列PLC在我国应用比较广泛。
FX2-32MR型PLC是继电器输出型PLC，其基本单元包括CPU、存储器、输入输出口及电源，是PLC的主要部分。
扩展单元是用于增加I/O口点数的装置，内部设有电源。
扩展模块用于增加I/O点数及改变I/O比例，内部无电源，用电由基本单元或扩展单元供给。
因扩展单元及扩展模块无CPU，必须与基本单元一起使用。
特殊功能单元是一些专门用途的装置。
2.4.2PLC的地址编号
将14个输入信号及5个输出信号按各自的功能类型分好，并与PLC的I/O端一一对应，编排好地址。
其I/O端子分配表如表2.1所示。
表2.1I/O端子对照表
输入信号
输入信号
元件名称
功能
地址编号
元件名称
功能
地址编号
SB1
启动
X0
SQ4
行车限位（后退）
X14
SB2
停止
X1
SQ5
吊钩限位（提升）
X15
SB3
吊钩提升
X2
SQ6
吊钩限位（下降）
X16
SB4
吊钩下降
X3
SB5
行车前进
X4
输出信号
SB6
行车后退
X5
元件名称
功能
地址编号
SA
选择开关（点动）
X6
HL
原位指示灯
Y0
SA
选择开关（自动）
X7
KM1
吊钩电机正转接触器
Y1
SQ1
行车限位（前进）
X11
KM2
吊钩电机反转接触器
Y2
SQ2
行车限位（后退）
X12
KM3
行车电机正转接触器
Y3
SQ3
行车限位（后退）
X13
KM4
行车电机反转接触器
Y4
2.5电机的选型
2.5.1电动机的分类
三相异步电动机因其结构简单，工作可靠，且维修方便，价格便已。
因此，广泛地应用于各行各业。
异步电动机在结构上分鼠笼式和绕线式。
其中鼠笼式异步电动机又可分为单鼠笼、双鼠笼和深槽式；异步电动机按定额工作方式又可分为连续定额、短时定额和继续定额工作的电动机；按尺寸范围可分为大、中、小型电动机；按防护类型分为开启式、防护式、封闭式和防爆式。
2.5.2电动机的选型
1．电动机容量的选择
在为某一生产机械选配电动机时，首先需要考虑电动机的容量，如容量选大了，会造成电力浪费；而容量选小了，则不能保证电动机和生产机械正常运行，并可能使电动机因过载而损坏。
电动机的容量应根据发热情况来选择。
在容许温升内电机绝缘材料的寿命约为15～20年。
如果超过容许温升，使用期就要缩短。
一般来说，超过额定温度8℃，点击使用年限即缩短一半。
电动机的发热情况，与所带负载的大小及运行时间长短有关。
所以应根据不同的运行方式去选择电动机的容量。
（1）长期运行电动机容量的选择：
在额定负载下长期运行的电动机容量应等于生产机械所需的功率/效率。
在变化对负载下长期运行的电动机，采用等效负载法选择容量，面积假设一个恒定负载来代替实际的变动负载，恒定负载的发热情况与实际负载相同，然后按额定负载情况选择电动机容量，其所选容量应等于或稍大于等效负载。
（2）短时运行电动机容量选择：
电动机在短时运行时，在不超过温升限值下，可以容许过载，工作时间越短，允许过载量越大，但过载量必须小于电动机的最大转矩，选择电动机容量可根据过载系数λ（最大转矩/额定转矩）来考虑。
电动机的额定功率≥生产机械所要求的功率/λ。
2．电动机种类的选择
选择电动机的种类可从机械特性、调速与起动性能，维护及价格等诸方面因素来考虑。
（1）某些要求起动性能较好，在较小范围内平滑调速的设备，如起重机、卷扬机等，可选用绕线式电动机。
（2）要求机械特性较硬而无特殊调速要求的一般生产机械，如功率不大的水泵、通风机和小型机床等，应优先考虑选用鼠笼式电动机。
（3）为了提高电网的功率因素，功率较大而又不需要调速的生产机械，如大功率水泵和空气压缩机等，可选用同步电动机。
3．电动机转速的选择
电动机的额定转速通常根据生产机械的要求而选定。
但是，当功率一定时，电动机的转速越低，则电机尺寸越大，价格越高，且效率也较低。
因此，如无特殊要求时，可考虑选用高速电动机，在另配减速器。
通常多采用四级的电动机。
4．电动机结构类型的选择
正确地选择电动机类型可保证电动机在不同的环境中安全可靠地运行，应参照下列原则选择：
（1）灰尘少，无腐蚀性气体的场合选用防护式。
（2）灰尘多、潮湿或含有腐蚀性气体的场合选用封闭式。
（3）由爆炸性气体的场合选用防爆式。
根据该电镀工艺要求，在本控制系统中选用两台JO2-12-4型电动机来控制专用行车的前后和升降。
该电动机是防护式、鼠笼式电动机。
该电机的主要技术参数为：
额定功率为0.8kW，满载时定子电流为2.1A，转速为1380r/min，功率因数为0.77，堵转电流为7A，每槽线数为96，槽数
，转动惯量为0.00206。
第3章PLC控制系统的组成及设计步骤
3.1PLC控制系统的组成
PLC控制系统主要的核心是可编程控制器（PLC），根据工作要求可以连接相应的输入设备和输出设备，如继电器、接触器、开关电器及按钮等。
本章对这些设备进行简单的介绍。
3.1.1可编程控制器PLC
和普通计算机一样，可变程控制器由硬件和软件构成。
硬件方面，可编程控制器和普通计算机的主要差别在于PLC的输入输出口是为方便与工业控制机系统接口专门设计的。
软件方面和普通计算机的主要差别为PLC的应用软件是由使用者编制，用梯形图或指令表表达的专用软件。
可编程控制器工作是采用应用软件的逐行扫描执行方式，这和普通计算机等待命令工作方式也有所不同。
从时序是来说，可编程控制器指令的串行工作方式和继电器系统逻辑判断的并行工作方式也是不同的。
1．可编程控制器的硬件及其结构
PLC的种类繁多，但作为工业控制计算机，其组成结构和工作原理基本相同。
用PLC控制其实质是按一定的算法进行输入/输出变换，并将这个变换给以物理实现，应用于工业现场。
PLC和专为工业现场而设计，采用了典型计算机结构，主要有中央处理器（CPU）、存储器（RAM、ROM）、输入输出器件（I/O接口）、电源及编程设备几大部分构成。
PLC的硬件结构框图如图3.1所示。
（1）中央处理器（CPU）
中央处理器是可编程控制器的核心，它在系统程序的控制下，完成逻辑运算、数学运算、协调系统内部各部分工作等任务。
可编程控制器中采用的CPU一般有三大类，一类为通用处理器，如80286、80386等，以类为单片机芯片，如8031、8096等，另外还有位处理器，如AMD2900、AMD2903等。
一般说来，可编程控制器的档次越高，CPU的为数也越多，运算速度也越快，指令功能也越强。
现在常见的可编程控制器机型一般多为8位或者16位机。
为了提高PLC的性能，也有一台PLC采用多个CPU的。
（2）存储器
存储器是可编程控制器存放系统程序、用户程序及运算数据的单元。
和一般计算机一样，可编程控制器的存储器有只读存储器（ROM）和随机读写存储器（RAM）两大类，只读存储器使用来保存那些需永久保存，即使机器掉电后也需保存的程序的存储器，一般为掩模只读存储器和可编程电改写只读存储器。
只读存储器用来存放系统程序。
随机读写存储器的特点是写入与擦除都很容易，但是在掉电情况下存储的数据就会丢失，一般用来存放用户程序及系统运行中产生的临时数据，为了能使用户程序及某些运算数据在可编程控制器脱离外界电源后也能保持，在实际使用中都为一些重要的随机读写存储器配备电池或电容等掉电保持装置。
可编程控制器的存储区域按用途不同，又可以分为程序区及数据区。
程序区为用来存放用户程序的区域，一般有数千个字节。
用来存放用户数据的区域一般要小些。
在数据区中，各类数据存放的位置都有严格的划分。
由于可编程控制器是为熟悉继电器系统的工程技术人员使用的，可编程控制器的数据单元都叫做继电器，如输入继电器、时间继电器、计数器等。
不同用途的继电器在存储区中有不同的区域，每个存储单元有不同的地址编号。
（3）输入输出接口
输入输出接口是可编程控制器和工业控制现场各类信号连接的部分。
输入口是接受生产过程的各种参数。
输出口是用来送出可编程控制器运算后得出的控制信息，并通过机外的执行机构完成工业现场的各类控制。
由于可编程控制器在工业生产中工作，对输入输出接口有二个要求，一是接口有良好的抗干扰能力，二是接口能满足工业现场各类信号的匹配要求。
因而可编程控制器为不同的接口需求设计了不同的接口单元。
主要有以下几种：
开关量输入接口、开关量输出接口、模拟量输入接口、模拟量输出接口及智能输入输出接口。
（4）电源
可编程控制器的电源包括为可编程控制器各工作单元供电的开关电源及为掉电保护电路供电的后备电源，后者一般为电池。
2．可编程控制器的软件
PLC的软件包括系统软件及应用软件二大部分。
系统软件包括系统的管理程序，用户指令的解释程序，另外还包括一些供系统调用的专用标准程序块等。
系统管理程序用以完成机内运行相关时间分配、存储空间分配管理及系统自检等工作。
用户指令的解释程序用以完成用户指令变换为机器码的工作。
系统软件在用户使用可编程控制器之前就已经装入机内，并永久保存，在各种控制工作中并不需要做什么调整。
应用软件也叫用户软件。
是用户为达到某种目
升级会员 