汽车涂装生产线.docx

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汽车涂装生产线

汽车涂装生产线上件工位及脱脂工位的设计

汽车涂装是汽车车身制造的三大工程之一,主要作用是保护和装饰车身。

如果在车身表面涂上涂料，干结成涂膜，就能将钢板表面与空气、水分、日光及外界腐蚀物质隔开，起到“屏蔽”作用。

100多年的汽车历史中，早先汽车涂装多采用手工除锈，刷涂，逐步才发展为工业化涂装生产线，这其中经历了多次质的变革。

尤其近20多年，计算机等高科技的应用，使汽车涂装成为高度自动化和现代化的工艺。

1969年，美国数字设备公司（DEC）研制出第一台可编程控制器，早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器（ProgrammableLogicController），简称PLC，主要用来代替继电器实现逻辑控制。

随着技术的发展，这种装置的功能大大超过了逻辑控制的X围。

因此，今天这种装置称作可编程控制器，简称PC。

但为了避免与个人计算机（Personalputer）的简称PC混淆,仍将可编程控制器简称为PLC。

PLC自问世以来，利用不断发展的新技术、新器件，逐步形成一门较为独立的新型技术和具有特色的各种产品，广泛应用于工业生产过程和装置的自动控制中。

在应用领域，PLC已经成为解决自动控制问题的最便捷、最有效的工具。

1生产线概述

设计一条汽车涂装前处理生产线，包括：

上件，脱脂，水洗，纯水洗，下件，过渡，道岔，维修，积放等工艺段。

全部工艺由PLC编程控制，除上件下件外，都需要有手动及自动两种控制方式，上件下件只能由手动完成。

远离现场的控制室中的显示屏将显示控制过程以及时发现并改正错误。

现场各工位附近都有按钮盒来就近控制各部分操作。

控制室旁另有开关柜可控制全过程，并用来安放各种器件及设备。

整个生产线是闭环结构，由电机组成的执行机构在其中循环工作。

先到上件工位，作用是将需处理的工件安装于生产线上。

上件工位由手动完成，发出占位信号----进入每个工位时都有个确认信号。

执行机构向前运行，在工件正上方，机构下降，手动将工件卡紧，升起。

到达一定高度，停止升起，带工件向前运行，上件工位完成。

其后进入下一工位---脱脂工位。

脱脂工位作用是将工件用碱液浸渍，除去工件上的油脂，提高涂层对底材的附着力和耐腐蚀性。

它需将工件浸入装有碱液的槽中，浸渍若干时间后再升起。

要XX现从工件进入工位，到离开工位的全程自动化控制；同时也能将自动控制随时切换成手动，此后余下的控制要由手动完成。

工件进入此工位，占位确认，行走至脱脂槽正上方，将工件下降至脱脂槽中脱脂，待脱脂完毕，将工件升起，继续向前运行，进入下一工序。

作者主要设计的是上件及脱脂工位，下文就此展开论述。

其余工位情况如有必要将稍做提及，但不会作过多论述。

2主电路设计

需用三部电动机实现行走及升降动作。

行走电机M1，带动工件在生产线上行走。

升降电机M2、M3，分别负责前端、后端的升降。

将M1、M2、M3看作一个整体，连接固定在一起，成为整个生产线的执行机构。

M1带动M2、M3行走，M2、M3只做升降运动。

行走电机的功率要达到0.75KW。

两部升降电机由于要纵向做功，根据负载的重量在一吨以下则功率要达到1.0KW。

我们设计两组滑道供三部电机使用，主滑道供M1使用，副滑道供M2、M3使用。

滑道间由断口隔开，滑道是不带电的，每个断口间滑道的电由所在电机电源提供。

在进入每个工位的断口上放置继电器线圈，机构运行至此则产生占位信号，这样可避免电机间的碰撞。

以上件工位为例，由按钮控制，发出占位信号，机构在滑道上开始运行，在工件正上方，机构下降，手动将工件卡紧，升起，停住不动，继续向前运行，进入下一工序。

升降要适当，到某一位置后就不能再动作，所以配备限位开关LS1、LS2接在M2、M3上，用以限制电机升到限位，不再上升。

根据分析，画出主电路图2.1。

如图2.1：

将断口分段表示成mHn--k形式。

m为工位顺序数，上件工位中m应为1；k为每个工位被断口所分的不同段，主滑道每个工位只有一段，所以k始终为1，而副滑道每个工位被分成三段，给M2供电的一段标为1，给M3供电的一段标为2，连接限位开关的一段标为3，则在副滑道上k为（1，2，3）。

主滑道上n对应于U,V,W相分别应为1、2、3；副滑道上n对应于V、W相分别应为4、5。

以上件工位为例：

从母线经滑块将电导通至电机M1；再引出两相作为M2、M3的V、W相。

引M1的U相供电给M2、M3；保证在M1带电正常工作情况下M2、M3才可工作。

再从M2、M3的U相上引出导线分别接在1H4-3、1H5-3上，中间串入LS1、LS2常开触点。

当电机M2、M3碰到两触点时，使1H4-3,1H5-3段带电，这两段上接有M2、M3供电线路上的线圈2KM2、3KM2，使此接触器断开，从而使M2、M3断电停转，可达到限位目的。

由此画出上件工位主电路图2.2。

图2.2中，电源母线上接有闸刀开关。

机构供电方式如上所述。

导线上接空气断路器---自动切断电路故障用的保护器。

上件工位中，M1供电线路中的断路器为1QM；M2、M3供电线路中的断路器为2QM、3QM。

将V、W相串入接触器常开触点KM。

M1所串触点为1KM，M2、M3分别有两组触点反相并联，可使电机正反转，实现升降动作。

他们分别为：

前升正转2KM1,前降反转2KM2；后升正转3KM1,后降反转3KM2。

接热继电器，分别为1FR、2FR、3FR。

最后将引出的各相通过滑块与滑道接触，每个滑块对应的各个滑道段在图2.2中标出。

其它工位的主电路图与上件工位基本相似，只是接触器，熔断器等的编号不同。

根据上件工位的编号规律，推出脱脂工位的三个断路器应为:

4QM（行走电机）,5QM（前升降电机），6QM（后升降电机）。

三个接触器应为：

4KM（行走电机），5KM1、5KM2（前升降电机），6KM1、6KM2（后升降电机）。

三个熔断器为4FR（行走电机）,5FR（前升降电机）,6FR（后升降电机）。

由此画出脱脂工位主电路图2.3。

3控制电路设计

控制电路有控制和显示的双重功能。

包括开关柜控制、显示；按钮盒控制、显示及控制室中显示屏的显示。

控制电路的设备是电子设备，抗干扰能力较差，而且控制与显示需要远离现场。

所以，首先要用隔离变压器TC将CPU电源等与其它电器隔离，以免电子设备受干扰。

如图3.1所示，电源接相电压220V,用一单相隔离变压器1TC将CPU及相应控制电路与其它用电器隔离。

然后接单相断路器1QF，它的作用与2.2图中的QM相同。

再接钥匙锁钮（3～4位置，可选），然后再给控制室照明和控制柜供电（5～6位置），给CPU电源供电。

最后经接触器KM，接PLC的输入输出设备（9～10位置）。

用变压器2TC将220V的电压降至6.3V（可选择），接熔断器FU给显示屏供电。

从图3.1的5～6处接出导线接开关柜与按钮盒。

按下开关柜中的运行按钮，电路接通，显示屏上的运行显示灯亮起，同时各个按钮盒上的运行指示灯也亮起，显示此时生产线正常运行。

如果发现生产线中存在问题，需立即停止运行，则就近按下开关柜或任意一个按钮盒上的急停按钮。

此时运行电路断开，生产线停止运行，控制室的显示屏及各个按钮盒的急停显示灯亮起，同时全部运行指示灯熄灭，表明此时生产线出现故障，不再运行。

由此可画出开关柜及按钮盒的显示和控制电路图3.2。

图3.2所示，先是一个自锁环节。

按下SB后，电路接通，接触器KM线圈得电，常开触点闭合，形成自锁。

即使松开SB，与其并联的触点KM是闭合的，系统仍正常运行，运行显示灯得电亮起。

其中，显示灯HL0在显示屏上,HL1、HL2为按钮盒上的显示灯。

急停电路中，要实现按任意一个按钮就可以全线急停，需要用联锁控制。

在此控制电路中，全线急停按钮SB0要与按钮盒按钮SB1、SB2并联；全线急停灯HL10与按钮盒上的急停显示灯HL11、HL12并联。

如果按下急停按钮SB0至SB2中的任意一个，KA线圈得电，常开触点吸合，电路接通，HL10至HL12全部得电亮起。

KA的常闭触点串联在运行电路中，KA线圈得电后，其常闭触点断开，KM线圈失电，运行时吸合的常开触点断开，运行电路断开，显示灯熄灭。

这样保证了运行与急停的联锁控制，达到设计要求。

控制室起显示作用不参与控制。

显示屏的显示分三部分：

行走电机所处工位的显示；前后升降电机工作状态的显示；各个工位前后升降电机上升到位的显示。

行走电机工位显示，如图3.3所示：

从图3.1的11～12位置开始，将上件工位的占位继电器线圈的常开触点1KA与1HL显示灯串联，将脱脂占位继电器线圈常开触点2KA与2HL显示灯串联，再将这两组并联到11～12上。

升降电机工作状态显示电路，图3.4所示：

将图2.2中控制前升的2KM1的常开触点串联26HL灯，用以显示上件前升；2KM2的常开触点串联27HL灯，显示上件前降。

按此规律，3KM1、3KM2直到6KM1、6KM2，分别串28HL…33HL，显示升降电机的状态，最后都与图3.1中的11～12两端并联组成电路。

升降电机上升到位显示电路，图3.5所示：

将上件工位前后升降电机的上升到位继电器线圈的常开触点12KA、13KA与14HL、15HL显示灯分别串联，用以显示上件工位；同理，14KA、15KA与16HL、17HL串联，显示脱脂工位。

最后将这些串联环节分别与图3.1中11-12两端并联。

而12KA…15KA继电器线圈一端接在1H4-3、1H5-3、2H4-3、2H5-3断口段上，而另一端接地，如图3.6所示。

这样一旦图2.1中的限位开关闭合，则这四个断口段中哪个带电，都会使相应的线圈动作，使常开触点闭合，显示灯进行显示。

4可编程控制器硬件设计

PLC是基于计算机技术和自动控制理论而发展起来的一种工业控制装置。

PLC要完成控制任务是在其硬件的支持下，通过执行反映控制要求的用户程序来完成的。

PLC的CPU采用顺序逐条扫描用户程序的运行方式，即如果一个输出线圈或逻辑线圈接通或断开，该线圈的所有触点不会立即动作，必须等扫描到该触点时才会动作。

plc的构成框图和计算机是一样的，都由中央处理器（CPU），存储器和输入/输出接口等构成。

图4.1是其硬件系统的简化框图。

cpu是PLC的控制中枢，主要功能是接收并存储从编程器键入的用户程序和数据；检查电源，存储器，I/O以及警戒定时器的状态，并诊断用户程序的语法错误。

存储器主要用于存放系统程序，用户程序以及工作数据。

输入/输出模块是PLC与现场I/O设备或其他外设之间的连接部件.

其它可选部件包括编程器，外存储器，模拟I/O盘，通信接口，扩展接口以及测试设备等，在PLC正常运行期间这些部件并不起作用，他们主要用于系统的开发，安装，调试和维护。

PLC的输入输出

输入设备----用以产生输入控制信号，应包括：

手控按钮，占位显示继电器，转换开关，三相断路器和热继电器等。

输出设备----由PLC的输出信号驱动的执行元件。

应包括：

交流接触器，热继电器，信号灯等。

根据输入输出设备及系统中上件和脱脂的工艺要求，画出PLC的I/O连接图4.2、4.3、4.4。

由图知，上件及脱脂部分，共需25点输入，12点输出。

需7个计时器，15个计数器。

根据本次设计还有其他四个与上件、脱脂动作近似的工位，将上件和脱脂所需容量乘以3倍，则可得此系统设计所需的容量。

本系统输入输出均为开关量则：

25×10×3＝750字

12×8×3＝288字

将输入输出和定时／计数器数量相加得所需容量约为1038字。

根据系统现场输入信号都是按钮、行程开关等，且传输距离不太远，选24V的电压输入模块.

合理选择PLC，对于提高PLC控制系统的技术经济指标起着重要作用。

机型选择的基本原则是在功能满足要求的前提下，保证可靠、维护使用方便以及最佳的功能价格比。

比较了国内覆盖率较广的几种型号的产品，从中选择了日本OMRON公司的C200H型PLC。

OMRON公司是日本生产plc的主要厂家之一。

其PLC产品广泛地应用于我国工业生产的各领域。

C200H型PLC在相同的尺寸中具有最高的I/O密度。

指令系统丰富，编程也很简单。

它虽属于小型PLC，但提供了较快的处理速度和大型PLC的功能。

C200H的处理速度、存储容量、I/O点数等各项指标都符合此系统的要求。

而且在同档次的PLC中价格较低，性价比好，所以选用C200H作为此系统的控制器。

5可编程控制器的软件设计

PLC主要由广大电气工程技术人员使用。

吸取了他们最为熟悉的继电器线路图的特点，形成特有的编程语言——梯形图。

各厂家的PLC各不相同，使用的编程语言也不完全相同，但梯形图的形式与编程方法基本上XX小异。

上件工位的软件设计

占位后，手动按钮开断,控制行走电机，试运行。

行走电机停运后，前、后升降电机下降，手动将工件吊在执行机构上，然后，前、后升降电机升至限位。

若下一个工位（脱脂工位）无占位，则在60S内进入下工位，否则报警。

上件工位段的设计要求：

行走电机运行，则前后升降电机均不动，且升至限位；前后升降电机运行，则行走电机停运；若下一个工位占位，则该工位行走电机不运行；若在60S内，行走电机未进入下一工位，报警。

根据设计要求设计出上件工位PLC梯型图，如图5.1。

梯形图注释：

◆1SA手动及5SB按钮，20、21KA闭合，前后电机上升到位，无脱脂占位及报警信号后输出00500信号自锁---行走。

◆1SB（前升）闭合，无行走、前降、报警信号，输出00501前升信号---前升

◆2SB（前降）闭合，无行走、前升、报警信号，输出00502前降信号---前降

◆后升同前升

◆后降同前降

◆重复行走，此时无脱脂占位，60s后进入下一工位。

注：

60秒行走是根据电机转速和路程计算的。

脱脂工位的软件设计

占位后，手动按钮开断控制行走电机，试运行。

行走电机停运后，前、后升降电机携零件下降到脱脂槽中，在脱脂槽中进行脱脂，然后，前、后升降电机升至限位。

若下一工位无占位，则在60S内进入下工位，否则报警。

脱脂工位段的设计要求：

脱脂工位要实现自动控制和手动控制，自动控制可以切换成手动控制；行走电机运行，则前后升降电机均不动，且升至限位；前后升降电机运行，行走电机停运；若下一个工位占位，则该工位行走电机不运行；若在60S内，行走电机进入下工位，则报警。

设计脱脂工位自动控制时序图，如图5.2。

由时序图设计脱脂工位PLC梯形图，如图5.3。

梯形图注释：

◆行走电机从上件工位进入脱脂工位，占位2秒。

◆首先给手动和自动两个起车信号，03000、HR0002。

若手动操作，则时间由人来控制，若是自动信号，则由PLC计时器设定时间值来控制。

◆前后升降电机均降，将吊件放入脱脂槽中。

下降过程中，前后端下降的总时间为33秒。

后端不间断下降至脱脂槽底，前端先下降5秒，然后停2秒，

使车身倾斜，2秒后，再与后端一起下降至槽底。

（前停2秒根据电机下降速度及前后电机距离算出）。

◆降到底部需停60秒（工艺要求），60秒后将前端降2秒，将吊件摆平。

摆平后，再在脱脂槽中停120秒（工艺要求）。

◆120秒后若无行车及手动信号，则输出开升信号。

◆前后端总升起时间为33秒。

让后端先上升2秒，然后停60秒。

再将前端升4秒，然后前后两端同时上升16秒。

前后上升停止，此时处于中间位置。

48秒后，后端升2秒，将吊件摆平。

然后停12秒后，前后一起升，直到上升到位。

放车到下一工位。

结论

本次设计，基本完成了设计的目的和要求。

汽车涂装前处理自动控制生产线的设计，解放了人力，提高了涂装质量和工作效率，提高了涂装的安全性和可靠性，收到更多的经济效益和社会效益。

本设计利用PLC对生产线进行控制,充分体现了PLC在工业自动化控制领域中的重要地位。

希望可以通过这次设计让读者在了解PLC原理的基础上，更有效、合理地使用PLC。

但由于设计者的知识水平有限和实践经验的不足，难免会有谬误之处，敬请各位给予批评和指正