电镀生产线PLC控制程序设计.docx
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电镀生产线PLC控制程序设计
电镀生产线PLC控制程序设计
摘要：
了解电镀生产线的基本情况，分析基本控制要求，传统的顺序控制器控制电镀生产线，电路复杂，可靠性差。
应用可编程控制器PLC控制电镀生产线，实现电镀生产线的自动控制。
设计出单周期运行，连续运行，步进运行和手动操作四种工作方式。
最后选择元器件安装调试。
关键词：
电镀PLC设计
1概述
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。
从早期的手工作坊式生产发展到今天的半自动化和全自动化，电镀工业的进步是长足的巨大的，电镀产品的种类和电镀工艺的复杂程度也发生了巨大的变化，大到汽车，飞机小到生活用品金银首饰，各式各样的工业产品是离不开电镀技术，电镀技术已发展成为一个重要的工程领域。
随着工业现代化的发展，电镀产业生产控制技术的发展也是突飞猛进的，几十年前，电镀一个工件只需要一个渡槽，用两支电极通上电就完事，渐渐地人们意识到这样的镀法不能适应复杂镀层的要求，于是就开始生产线，引入一两台行车挂上工件，用继电器控制技术控制行车运动，进而实现不同镀覆过程的有序进行。
按照要求在不同的镀槽内时间是不同的，镀覆电流也是有所区别的，电流的大小事先设定，时间的长短由人为控制。
因此这种生产线还是半自动生产线。
随着时间的推移和新技术的发展，人们渐渐地意识到这种生产线难以提高生产效率，因而在控制上开始考虑生产线的全自动化。
控制的手段引入计算机控制，也就是人们所熟知的工业控制计算机系统（PIC），用计算机实现对控制过程的参数预设，参数检测，数学运算等，在电流控制方面，采用晶闸管变流技术，变频器，高频开关电源新技术，使得电流控制能按照生产工艺要求实现精确控制，随着生产工艺要求的进一步提高和生产过程的实际变化，人们觉得这种工控机有则明显的弱势，一方面要求生产工人具有一定的文化知识，要熟悉电脑操作，能是实现电脑维护，另一方面工控机虽然为工业生产而设计的，但其可靠性和抗干扰能力等措施显得有些不够。
随着市场上新的数字技术和数字设备的发展，新的工控装置PLC收到越来越来的青睐，PLC的应用场合从早期的控制到后来的模拟控制。
设备的外部控制模块也有了很大的发展，出现了很多特殊功能模块，这极大的丰富了PLC的功能，也极大了拓展了PLC的应用空间。
PLC技术引入电镀产业以后，电镀产业有了较大的发展。
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。
本文主要针对自动控制这一点进行设计。
在该生产线的控制中，采用了高可靠性，高稳定性，编程简单，易于操的广泛应用于现代工业生产线过程控制中的可编程控制器PLC。
设计中实现了电镀生产线的的单周期运行，连续运行，步进运行和手动控制四种工作方式。
2电镀生产线控制要求
如图2-1所示，在电镀生产线一侧（原位）将待加工的零件装入吊篮，发出信号，专用行车便提升前进，到规定槽位自动下降，并停留一段时间（各槽停留时间预先按工艺设定）后提升，行至下一个电镀槽，完成电镀工艺规定的每一道工序后，自动返回原位，卸下电镀好的工件重新装料。
进入下一个电镀环节。
（1）电镀行车采用两台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。
（2）电镀生产工艺应能实现以下4种操作方式：
单周期：
起动后，完成一次电镀工作回到原位停止，等待。
连续循环：
起动后，完成一次电镀工作回到原位再连续工作。
单步操作：
每按一次按钮，执行一个动作。
手动操作：
用上升、下降、前进、后退四个按钮手动操作电镀生产线的上升、下降、前进和后退。
（3）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。
（4）该装置采用原距离操作台控制行车运动，要求有暂停功能。
（5）行车运行采用正反转的电动机控制，并要求在1#和5#槽位有过限保护。
（6）主电路应有短路和过载保护
行车升降电动机采用单相电磁铁制动，升降电动机和单相电磁铁并相接线，不需要单独控制。
由于每个槽位之间的跨度较小，行车在前后运行停车时要采用能耗制动，以保证能准确停位。
进退电机的制动时间时2秒。
1#到5#槽的停留时间分别是11s、12s、13s、14s、15s，原位装卸时间是为10秒。
（7）对于不同的镀件工艺不同，要求对电镀槽位有选择功能。
（8）用信号灯显示电镀吊篮所在槽位和上下限位。
3电镀生产线电气控制系统设计
3.1主电路设计
电源开关QS为普通闸刀开关，用熔断器FU作短路保护，两台电动机均采用热继电器FR作为过载保护，电机正反转由接触器KM1——KM4控制。
M1控制行车前后移动，M2控制行车上下移动。
进退电机M1的能耗制动电源由控制变压器TC降压后整流，由接触器KM5接到电动机的绕组上。
主电路如图3-1
图3-1主电路
3.2PLC控制系统设计
3.2.1PLC控制的优点和应用
（1）PLC控制的特点
①可靠性高，抗干扰能力强
PLC由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。
例如三菱公司生产的F系列PLC平均无故障时间高达30万小时。
一些使用冗余CPU的PLC的平均无故障工作时间则更长。
②配套齐全，功能完善，适用性强
PLC发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。
可以用于各种规模的工业控制场合。
除了逻辑处理功能以外，现代PLC大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。
③易学易用，深受工程技术人员欢迎
编程语言易于为工程技术人员接受。
梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，只用PLC的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。
④系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造
PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。
更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。
很适合多品种、小批量的生产场合。
（2）PLC的应用
目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、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，使用情况大致可归纳为如下几类。
1开关量的逻辑控制
PLC取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及自动化流水线。
如注塑机、订书机械、印刷机、磨床、组合机床、包装生产线、电镀流水线等。
②运动控制
PLC可以用于直线运动或者圆周运动的控制。
如可驱动步进电机或者伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。
世界上各主要PLC厂家的产品几乎都具有运动控制功能，广泛用于各种机械、机器人、机床、电梯等场合。
③模拟量控制
在工业生产过程当中，有许多连续变化的量，如温度、压力、流量、液位和速度等都是模拟量。
为了使可编程控制器处理模拟量，必须实现模拟量（Analog）和数字量（Digital）之间的A/D转换及D/A转换。
PLC厂家都生产配套的A/D和D/A转换模块，使可编程控制器用于模拟量控制。
④数据处理
数据处理一般用于大型工业控制系统，如无人控制的柔性制造系统；也可以用于过程控制系统，如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。
⑤过程控制
过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。
作为工业控制计算机，PLC能编制各种各样的控制算法程序，完成闭环控制。
过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。
3.2.2PLC的选型及I/O
（1）根据电镀生产线情况确定输入点数和输出点数。
过限保护SQ7，原位SQ0，1#槽位选择S1，1#槽行程开关SQ1，2#槽位选择S2，2#槽行程开关SQ2，3#槽位选择S3，3#槽行程开关SQ3，4#槽位选择S4，4#槽行程开关SQ4，5#槽位选择S5，5#槽行程开关SQ5，过限保护SQ6、SQ7，上限位SQ8，下限位SQ9，手动开关，单步开关，连续开关，单周开关，停止按钮，前进按钮，后退按钮，上升（起动）按钮，下降（暂停）按钮。
1#槽位指示灯，2#槽位指示灯，3#槽位指示灯，4#槽位指示灯，5#槽位指示灯，左右过限保护，M1电机正反转，M2电机正反转，电机能耗制动
输入点共计16，输出点共计13点，所以选用PLC型号选用三菱FX2N-32MR，
（2）PLCI/O地址分配
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。
②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。
③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。
④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。
⑤Y0——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。
Y14用于电机的制动
⑥其地址分配表见表1
表1PLCI/O地址分配表
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
原位指示灯0
Y0
原位SQ0
1#槽位指示灯1
Y1
1#槽位行程开关SQ1
1#槽位行程开关S1
X1
2#槽位指示灯2
Y2
2#槽位行程开关SQ2
2#槽位行程开关S2
X2
3#槽位指示灯3
Y3
3#槽位行程开关SQ3
3#槽位行程开关S3
X3
4#槽位指示灯4
Y4
4#槽位行程开关SQ4
4#槽位行程开关S4
X4
5#槽位指示灯5
Y5
5#槽位行程开关SQ5
5#槽位行程开关S5
X5
过限指示灯6
Y6
过限保护SQ6
过限指示灯7
Y7
上限位SQ8
X6
下限位SQ9
X7
手动
X10
KM1前进
Y10
单步
X11
KM2后退
Y11
连续
X12
KM3上升
Y12
单周
KM4下降
Y13
停止SB0
X13
KM5制动
Y14
前进SB1
X14
后退SB2
X15
上升（起动）SB3
X16
下降（暂停）SB4
X17
（3）PLC系统接线图
根据I/O地址分配表绘制PLC接线图，如图3-2
3.2.3PLC程序设计
（1）单周期、连续控制设计
①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。
状态转移图3-2-3-1
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。
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。
状态转移图如图3-3。
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。
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。
（2）电镀生产线PLC总程序
①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。
②手动控制方式
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。
单步控制方式设计
③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。
④电镀生产线PLC总程序梯形如图3-4
（3）指令表：
根据总程序写出梯形图如图3-5
4电镀生产线元器件选择
（1）刀开关QS的选择
刀开关QS是一种手动电器，广泛用于配电设备作隔离电源用。
刀开关额定电压应大于或等于线路电压，额定电流应等于或大于线路的额定电流。
（2）熔断器FU的选择
熔断器主要由熔体和安装熔体的绝缘管组成。
对于单台电动机:
INF>=（1.5-2.5）INM式中：
INF—熔体额定电流（A），INM—电动机额定电流（A）；对于多台电动机：
INF>=（1.5-2.5）INMmax+∑INM式中：
INMmax—最大一台电动机额定电流（A），∑INM—其余各台电动机额定电流之和（A）。
（3）接触器KM的选择
接触器是用于远距离频繁地接通与断开交直流主电路及大容量控制电路的一种自动切换电器。
额定电压应不小于主电路工作电压，额定电流应不小于被控电路额定电流。
（4）热继电器FR的选择
热继电器利用电流的热效应原理来切断电路的保护电器。
额定电流IN=（0.95-1.05）IMN式中：
IN—热元件额定电流，IMN—电动机的额定电流
电动机型号选用Y2-112M-4（额定电流8.8A，额定电压380V）。
根据电动机的型号合理选用刀开关，熔断器，接触器，热继电器的元器件，各器件规格见表2。
表2元器件明细表
代号
名称
型号规格
数量
M
电动机
Y2-112M-4（额定电流8.8A）
2
QS
刀开关
HD30-1000（额定电流30A）
1
FU
熔断器
RC1A-30（熔体30A）
1
KM1-KM5
接触器
CJ20-10
5
TC
变压器
BK100（380,220/110,36,24,6）
1
SB
按钮
LA10-2H
5
SA
转换开关
JSZ-1-1-412Y（四档位旋转转换开关）
1
行程开关
LX19K（直动式）
9
LX25-411（滚轮式）
2
FR
热继电器
JR20-16（额定电流16A）
2
5操作面板设计图
操作面板图如图5-1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个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。
设计小结：
在写论文之前查了大量有关电镀生产线的资料，根据电镀生产线的要求，设计出电镀生产线的主电路，再确定控制程序的输入设备和输出设备，分配I/O地址，画出PLC系统接线图和状态转移图，认真设计PLC程序，写出指令表。
程序设计基本包括了我们所学的内容，涉及到顺序结构，循环结构，判断结构的综合应用。
设计了4种工作方式：
连续运行，单周运行，单步运行和手动运行。
程序中也应用很多特殊指令。
例如：
PLS微分指令、ALT交替指令、M8034禁止输出指令、M8040禁止状态转移指令等。
根据电动机的功率选择刀开关，熔断器，接触器，热继电器等元器件，最后设计操作面板图。
参考目录：
1机床电气及可编程程序控制器高等教育出版社郁汉琪
2三菱FX2N系列PLC应用技术机械出版社刘建华
3现代电镀手册工业出版社刘仁志
4现代电气控制及PLC应用技术北京航空航天大学出版社王永华
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