电镀生产线课程设计.docx
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电镀生产线课程设计
淮海工学院
课程设计报告书
课程名称：
电气控制系统课程设计
题目：
电镀生产线电气控制设计
系（院）：
电子工程学院
学期：
2010-2011-2
专业班级：
D电气081
姓名：
侯智勇
学号：
510823142
评语：
成绩：
签名：
日期：
目录
1绪论3
1.1国内外PLC的最新发展趋势3
1.2基于PLC的电镀行车的控制系统的概述4
1.3课题的选题背景及意义4
2设计任务与要求5
2.1工作过程说明5
2.2设计思路5
2.2.1电镀专用行车结构示意图5
2.2.2硬件6
2.2.3电气元件的明细表6
3系统的硬件设计7
3.1PLC机型选择7
3.1.1确定I/O7
3.1.2PLC容量选择7
3.1.3确定PLC8
S7-200CPU226CN参数表9
3.2主电路的设计9
3.2I/O分配表及其端子接线图10
4系统的软件设计12
4.1梯形图设计12
4.2程序图仿真14
5心得体会16
6参考文献17
摘要:
电镀行车生产线自动化的程度在德国、意大利、美国等国家的发展水平已经较高，而在我国尚处于发展阶段。
本课题以行业现状为出发点，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。
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）；机械手
1绪论
1.1国内外PLC的最新发展趋势
长期以来，PLC始终处于工业自动化控制领域的主战场，为各种各样的自动化控制设制应用。
其主要原因，在于它能够为自动化控制应用提供安全可靠和比较完善的解决方案，适合于当前工业企业对自动化的需要。
另一方面，PLC还必须依靠其他新技术来面对市场份额逐渐缩小所带来的冲击，尤其是工业PC所带来的冲击。
PLC需要解决的问题依然是新技术的采用、系统开放性和价格。
PLC技术展的最终趋势仍然是人们所争论的焦点之一。
大多数人认为，PLC将会继续失去市场份额；更有甚者认为，在工业PC面前，PLC将会一步一步走向死亡；但也有一部分人相信，一些特殊工业应用领域仍将为PLC提供一定的市场份额。
在全球工业计算机控制领域，围绕开放与再开放过程控制系统、开放式过程控制软件、开放性数据通信协议，已经发生巨大变革，几乎到处都有PLC，但这种趋势也许不会继续发展下去。
随着软PLC（SoftPLC）控制组态软件技术的诞生与进一步完善和发展，安装有SoftPLC组态软件和基于工业PC控制系统的市场份额正在逐步得到增长，这些事实使传统PLC供应商在思想上已经发生了戏剧性的变化，他们必须面对现实，在传统PLC的技术发展与提高方面作出更加开放的高姿态。
对于控制软件来讲，这是PLC控制器的核心，PLC供应商正在向工业用户提供开放式的编程组态工具软件，而且对于工业用户表现得非常积极。
此外，开放式通信网络技术也得到了突破，其结果是将PLC融入更加开放的工业控制行业。
PLC制造商已经开始注视基于工业PC控制技术所带来的强大冲击。
有专家甚至认为，新商务活动所带来的新技术和开放技术规范将会埋葬传统PLC。
PLC制造商认为，虽然在工业现场安装有大量的PLC控制设备，但他们仍然需要联合工控软件公司，以便开发他们自己的基于工业PC的过程控制软件。
1.2基于PLC的电镀行车的控制系统的概述
PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置，它具有可靠性高，抗干扰能力强；配套齐全，功能完善，适用性强；易学易用，深受工程技术人员欢迎；系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造；体积小，重量轻，能耗低等特点。
一件电镀产品的质量除了要有好的成熟的电镀工艺和品质好的镀液添加剂外，如何保证电镀产品严格按照电镀工艺流程运行和保证产品的电镀时间则是决定电镀产品质量和品质的重要因素。
在电镀生产线上采用自动化控制不但可以使电镀产品的质量和品质得到严格的保证，有效的减少废品率，而且还可以提高生产效率和减轻工人的劳动强度，有着非常好的经济效益和社会效益，电镀生产线上对行车的自动控制则是电镀生产线自动化控制的关键。
因此用PLC来设计整个控制系统是不错的选择。
1.3课题的选题背景及意义
电镀的目的是在基材上镀上金属镀层，改变基材表面性质或尺寸.电镀能增强金属的抗腐蚀性（镀层金属多采用耐腐蚀的金属）、增加硬度、防止磨耗、提高导电性、润滑性、耐热性和表面美观。
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。
随着社会的发展，人们的审美观也有了一定的改变。
各种各样的装饰用品也大量出现在人们的生活和工作中，其中也有不少的金属制品，为了使这些金属装品既美观又耐用电镀就很有必要了。
2设计任务与要求
2.1工作过程说明
图2-1电镀生产线控制的工作过程
在电镀生产线左侧、工人将零件装入行车的吊篮并发出自动启动信号，行车提升吊篮并自动前进。
按工艺要求在需要停留的槽位停止，并自动下降。
在停留一段时间后自动上升，如此完成工艺规定的每一道工序直至生产线末端，行车便自动返回原始位置，并由工人装卸零件。
原位：
表示设备处于初始状态，吊钩在下限位置，行车在左限位置。
自动工作过程：
启动→吊钩上升→上限行程开关闭合→右行至1号槽→xk1行程开关闭合→吊钩下降进入1号槽内→下限行程开关闭合→电镀延时→吊钩上升……。
由3号槽内吊钩上升，左行至右限位，吊钩下降至下限位（即原位）。
连续工作：
当吊钩回到原点后，延时一段时间（装卸零件），自动上升右行。
按照工作流程要求不停地循环。
当按动“停止”按钮，设备并不立即停车，而是返回原点后停车。
单周期操作：
设备始于原点，按下启动按钮，设备工作一个周期，然后停于原点。
要重复第二个工作周期，必须再按一下启动按钮。
当按动“停止”按钮，设备立即停车，按动“启动”按钮后，设备继续运行。
步进操作：
每按下启动按钮、设备只向前运行一步。
2.2设计思路
2.2.1电镀专用行车结构示意图
在电镀生产线一侧，工人将待加工零件装入吊篮，并发出信号，专用行车便提升并按工艺要求在需要停留的槽位停止，自动下降，停留一定时间（各槽停留时间预先按工艺要求设定）后自动提升，如此完成电镀工艺规定的每一道工序，直至生产线的末端自动返回原位，卸下处理好的零件，重新装料发出信号进入下一个加工循环。
为了适应批量生产需要，电镀车间专用行车的电气控制系统要针对不同的工艺流程（例如镀金、镀银、镀锌）有程序预选和修改能力。
设备机械结构与普通小型行车结构类似，跨度较小，要求准确停位，以便吊篮能准确进入电镀槽内。
工作是除具有自动控制的大车前后移动与吊物上下移动外，还有调整吊篮位置的小车左右移动。
生产线上镀槽的数量，由用户综合各种电镀工艺的需要提出要求，电镀种类越多，则槽数也越多。
图2-2电镀行车实物图
2.2.2硬件
主控电路是用电机的正反转来实现机械手、行车的上下左右移动。
三相电机正反转：
通过改变按入电机电源相序来改变电机的转向来实现，通常只耍将其中任意两相对换就可以了，通常使用接触器来实现。
2.2.3电气元件的明细表
名称
符号
作用
数量
S7-200CPU226CN
控制器
1
三相异步电机
M
大的控制行车，小的控制机械手
2大4小
交流接触电器
KM
控制电机正反转
12
行程开关
SQ
行程控制
18
按钮
SB
启动、停止和手动控制
7
导线、熔断器、热继电器、空气开关
FU、FR
连结各部件和保护电器
若干
表2-1
3系统的硬件设计
3.1PLC机型选择
3.1.1确定I/O
通常I／O点数是根据被控对象的输入、输出信号的实际需要，再加上10％~15％的裕量来确定。
I：
20+20*15%=23
O：
14+14*15%=16
3.1.2PLC容量选择
存储容量的选择：
用户程序所需的存储容量大小不仅与PLC系统的功能有关，而且还与功能实现的方法、程序编写水平有关。
一个有经验的程序员和一个初学者，在完成同一复杂功能时，其程序量可能相差25％之多，所以对于初学者应该在存储容量估算时多留裕量。
PLC的I／O点数的多少，在很大程序上反映了PLC系统的功能要求，因此可在I／O点数确定的基础上，按下式估算存储容量后，再加20％~30％的裕量。
存储容量（字节）＝开关量I／O点数×10＋模拟量I／O通道数×100
另外，在存储容量选择的同时，注意对存储器的类型的选择。
3.1.3确定PLC
综合3.1.1和3.1.2我选用西门子S7-200CPU226CN
IO最大点数
X≤256
尺寸（W×H×D）
196×80×62mm
功耗
DC/DC/DC时：
11W，AC/DC/继电器时：
17W
容量
6KB程序存储器
在线程序编辑时：
16384bytes；非在线程序编辑时：
24576bytes
数据存储器
10240bytes
本机数字量输入/输出
24输入，16输出
数字I/O映象区
256（128输入/128输出）
模拟I/O映象区
64（32输入/32输出）
允许最大的智能模块
7个模块
脉冲捕捉输入
24
高速计数器总数
6个
脉冲输出
2个20kHz（仅限于DC输出）
定时器总数
256个（1ms：
4个，10ms：
16个，100ms：
236个）
接口
2个RS-485接口
PPI,DP/T波特率
9.6，19.2和187.5kbaud
自由口波特率
1.2kbaud～115.2kbaud
每段最大电缆长度
使用隔离的中继器：
187.5kbaud可达1000米，38.4kbaud可达1200米；未使用隔离中继器：
50米
最大站点数
每段32个站，每个网络126个站
最大主站数
32
MPI连接
共4个，2个保留（1个给PG，1个给OP）
输入电压
DC/DC/DC时：
20.4～28.8VDC，AC/DC/继电器时：
85～264VAC（47～63Hz）
输入电流
DC/DC/DC时：
150mA（仅CPU，24VDC），1050mA（最大负载，24VDC）；AC/DC/继电器时：
80/40mA（仅CPU，120/240VAC），320/160mA（最大负载，120/240VAC）
冲击电流
DC/DC/DC时：
12A（28.8VDC时）；AC/DC/继电器时：
20A（264VAC时）
保险（不可替换）
DC/DC/DC时：
3A，250V时慢速熔断；AC/DC/继电器时：
2A，250V时慢速熔断
电流限定
1.5A峰值，终端限定非破坏性
输入隔离（现场与逻辑）
光电隔离：
是；隔离组：
500VAC，1分钟
输入电缆长度最大
屏蔽：
500米（标准输入）；非屏蔽：
50米（高速计数器输入），300米（标准输入）
输出类型
DC/DC/DC时：
固态-MOSFET（源型），AC/DC/继电器时：
干触点
输出额定电压
DC/DC/DC时：
24VDC；AC/DC/继电器时：
24VDC或250VAC
输出电压范围
DC/DC/DC时：
20.4～28.8VDC；AC/DC/继电器时：
5～30VDC或5～250VAC
输出浪涌电流（最大）
DC/DC/DC时：
8A，100ms；AC/DC/继电器时：
5A，4s（10%工作率时）
每点额定输出电流（最大）
DC/DC/DC时：
0.75A；AC/DC/继电器时：
2.0A
每个公共端的额定输出电流（最大）
DC/DC/DC时：
6A；AC/DC/继电器时：
10A
输出漏电流（最大）
DC/DC/DC时：
10μA；AC/DC/继电器时：
--
输出灯负载（最大）
DC/DC/DC时：
5W；AC/DC/继电器时：
30WDC，200WAC
接通电阻（接点）
DC/DC/DC时：
0.3Ω典型值（0.6Ω最大值）；AC/DC/继电器时：
0.2Ω（新的时候最大值）
输出电阻（逻辑到接点）
DC/DC/DC时：
--，AC/DC/继电器时：
100MΩ
机械寿命周期
DC/DC/DC时：
--；AC/DC/继电器时：
10,000,000（无负载）
触点寿命
DC/DC/DC时：
--；AC/DC/继电器时：
100,000（额定负载）
同时接通的输出
55℃时，所有的输出（水平安装），45℃时，所有的输出（垂直安装）
输出电缆长度（最大）
屏蔽：
500米；非屏蔽：
150米
表3-1S7-200CPU226CN参数表
3.2主电路的设计
电气原理图是根据电气控制系统的工作原理，采用电器元件展开的形式，利用图形符号和项目符号表示电路各电器元件中导电部件和接线端子连接关系的电路图。
电气原理图并不按电器元件实际布置来绘制，而是根据它在电路中所起的作用画在不同的部位上。
电气原理图具有结构简单、层次分明的特点，适合研究和分析电路工作原理，在设计研发和生产现场等方面得到广泛应用。
电气原理图一般分为主电路和辅助电路两部分，在本次设计中我们着重分析了主电路图。
在本设计中，根据电镀生产线的工艺要求，只需用两台电机分别控制吊钩的上升、下降和行车的左行、右行。
主电路如图2-1。
图2-1中，接触器KM1，KM2控制电动机M1的正、反转，实现吊钩的上升和下降，接触器KM3，KM4控制电动机M2的正、反转，实现行车的前进和后退。
图3-1主电路图
3.2I/O分配表及其端子接线图
在本次系统设计中，我们定义的I/O分配表如表2-1所示。
将13个输入信号和5个输入信号按各自的功能类型分好，并与PLC的I/O点一一对应，编排地址如下表。
数字量扩展模块的地址分配是从最靠近CPU模块的数字量模块开始，在本机数字量地址的基础上从左到右按字节连续递增，本模块高位实际位数未满8位的，未用位不能分配给I/O链的后续模块，模拟量扩展模块的地址是从最靠近CPU模块的模拟量模块开始，在本机模拟量地址的基础上从左到右按字递增。
我们定义的I/O端子接线图如图2-2所示。
由图表可以看出,PLC控制系统的输入信号有13个，均为开关量。
其中单操作按钮开关2个，行程开关3个，限位开关5个，选择工作方式开关3个。
PLC控制系统的输出信号有5个，其中2个用于驱动吊钩电机正反转接触器KM1、KM2,2个用于驱动行车电机正反转接触器KM3、KM4，1个用于原位指示
图3-2I/O端子接线图
表3-2电镀生产线控制的I/O分配表
4系统的软件设计
4.1梯形图设计
4.2程序图仿真
5心得体会
本设计采用PLC对电镀专用行车进行自动控制，简化了电气控制系统的硬件和接线，减小了控制器的体积，提高了控制系统的灵活性，同时，PLC有较完善自诊断和自保护能力，可以增强系统的抗干扰能力，提高系统的可靠性，应用表明，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。
这次实践是对自己大学三年所学的一次大检阅，使我明白自己知识还很浅薄，虽然马上要毕业了，但是自己的求学之路还很长，以后更应该在工作中学习，使自己在各个方面的知识有一定的掌握。
本设计最终在老师和同学的帮助下完成了。
有不足之处还请老师指出，以便能将设计更完整化、完美化。
6参考文献
［1］廖常初.S7-200Plc编程及应用［M］.北京：
机械工业出版社，2007.
［2］廖常初.PLC基础及应用[M］.2版.北京：
机械工业出版社，2007.
［3］廖常初.大中型PLC应用教程［M］北京：
机械工业出版社，2005.
［4］黄芳清，舒永忠.实用电工技术.
［5］廖常初.PLC技术问答［M］.北京：
机械工业出版社，2006.
［6］廖常初.S7-200PL基础教程［M］.北京：
机械工业出版社，2006.
［7］江文，许慧中主编.供配电技术.北京：
机械工业出版社，2005.
［8］关大陆，张小娟主编.工厂供电.北京：
清华大学出版社，2006
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