PLC在电镀生产线上的应用.docx
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PLC在电镀生产线上的应用
河南工业职业技术学院
HenanPolytechnicInstitute
毕业设计（论文）
题目：
PLC在电镀生产线上的应用
班级：
姓名：
指导教师：
摘要1
前言2
第1章课题简介3
1.1概述3
1.2课题的内容和工艺要求3
第2章方案比较5
2.1继电器、PLC电路图电路分析5
2.2.1继电器的特点6
2.2.2PLC的特点6
2.3PLC的选用8
3.1可编程控制器的等效电路9
3.1.1存储程序控制与可编程序控制器9
3.1.2可编程序控制器的等效电路10
3.2PLC的扫描技术12
3.2.1扫描工作方式12
3.2.2扫描工作过程13
3.2.3扫描周期的计算14
3.3PLC的I/O响应时间14
3.3.1改变信息刷新方式15
3.3.2采用中断技术15
3.3.3调整输入滤波器16
3.4梯形图语言特点16
3.5主要技术性能17
3.6PLC的控制功能17
3.7PLC应用领域20
第4章PLC在电镀生产线上的应用设计22
4.1工艺要求22
4.2控制流程23
4.2.1行车自动工作控制过程如下24
4.3 拖动系统设计 24
4.4PLC的选型25
4.5PLC输入/输出地址对照表26
4.6电镀生产线PLC控制梯形图26
4.6.1电镀生产线PLC控制梯形图程序31
4.6.2梯形图程序34
第5章不足与改进35
第6章小结36
第7章致谢37
参考文献38
摘要
行车是用来在短距离内提升和移动物件的机械，是现代化工厂中用于物料输送的重要设备，电镀行车由于他的高危险性，应用它的场合更是频繁，行车对减轻工人体力劳动，提高劳动生产率起着重要的作用。
本设计中的行车要实现左右，前后及上下的三维运动，并且要准确定位，具有远距离控制，能够按照预定顺序和控制要求，自动完成一序列的工作。
在设计中采用低压电器的控制方式，控制线路的设计方面力图做到布局合理,排列均匀,原理图上有极限位置保护和必要的电气保护措施，重点分析了系统软硬件设计部分，并给出了系统硬件接线图、PLC控制I/O端口分配表以及整体程序流程图等，实现了电镀生产自动化，提高了生产效率，降低了劳动强度。
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：
PLC电镀行车
前言
毕业设计是大学阶段最后一次综合性设计，是大学三年所学知识的综合题现，是应用所学基础理论、专业知识与技能分析和解决生产实际问题的综合性训练。
毕业设计是学生毕业前进行的全面综合训练，是培养学生综合运用所学知识与技能解决实际问题的教学环节，是学生在校获得的最后训练机会，也是对学生在校期间所获得知识的检验。
希望通过最终的毕业设计，能更加巩固、扩大和强化自己所学到的理论知识和技能，提高自己毕业设计制图、编写技术说明书的能力，学会正确使用技术资料，标准手册和工具书。
并在设计中进一步提高自己理论联系实际、严肃、认真的工作作风，为即将走上工作岗位所从事的技术工作打下一个良好的基础。
这次设计的题目是：
PLC在电镀生产线上的应用设计。
并绘制出电镀工艺流程图、自动工作状态流程图、电镀生产线PLC控制梯形图。
在这次设计中，我明确设计目的，并决定好好把握和利用这次踏上工作岗位前的最后一次“演习”机会，通过几个月来的仔细查阅资料，精心设计，努力工作，终于完成了这次设计任务，但由于水平和时间有限，设计中错误难免，希望老师们批评指正，从而能得到不断的进步。
第1章课题简介
1.1概述
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。
电镀生产线按照其工艺要求和规模一般设计有两台行车、三台行车和四台行车工作，每台行车都根据已编制好的各自的程序运行；对于行车的自动控制，早期是采用继电器逻辑电路和顺序控制器，发展至今其控制方式已采用可编程控制器PLC作为核心控制部件，其控制更为安全、可靠、方便、灵活，自动化程度更高。
随着集成电路和计算机技术的迅猛发展，存储控制程序逐步替代接线程序控制，成为工业控制系统的主流发展方向。
所谓程序控制，就是将控制逻辑程序语言的形式存放在存储器中，通过执行存储器中的程序实现系统的控制要求。
这样的系统称为存储程序控制系统。
在存储程序控制系统中，控制程序的修改不需要改变控制器内部的接线，而只需通过通过编程器中的某些程序语言内容。
可编程控制器就是一种存储程序控制器。
其输入设备和输出设备与继电器控制系统相同，但它们直接连接到可编程控制器的输入端子和输出端子。
在可编程控制器构成的控制系统中，实现一个控制任务，同样需要针对具体的控制对象，分析控制系统要求，确定所需用户的输出输入设备，然后运行相应的程序语言便指出相应的程序，利用编程器和其他设备写入可编程控制器的存储器中。
每条程序语言确定一个顺序，运行时CPU一次读取查出其中的程序语句，对它们的内容解释并加以执行；执行结果用以输出设备，两支被控制对象工作。
可编程控制器时通过软件实现控制逻辑的，能够使用不同控制任务的需要，通用性强，使用灵活，可靠性强。
1.2课题的内容和工艺要求
（1）、内容：
电镀生产线上有三个基本的槽位，分别是：
清水槽、回收槽和电镀槽，工件由装有可升降吊钩的行车带动，经过电镀、镀液回收、清洗等工序，完成电镀全过程。
在电镀生产线一侧，工人将代加工的零件装入吊篮，并发出信号，专用行车便提升并自动逐段进行。
按工艺要求在需要停留的槽位停下，并自动下降，停留一定时间（各槽停留时间按事先工艺要求调定）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加工循环。
（2）、设计要求：
工件放入镀槽中，电镀250s后提起，停放25s，让镀液从工件上流回镀槽中，然后放人回收液中浸25s，提起后停20s，接着放入清水槽中清洗20s。
最后提起
停15s后，行车返回原位，一个工件的电镀过程结束。
如果在中途断电，工件将报废无需在进行下面的工序，所以可以通过点动操作返回，取下报废品。
电镀工艺流程图如图1-1。
1-1电镀工艺流程图
第2章方案比较
KM
Y0
2.1继电器、PLC电路图电路分析
（1）、如图（a）为继电器电路图；图中SBT为常开按钮，SBP位常闭按钮，KM为继电器线圈。
当按下启动按钮SBT，继电器KM的线圈通电，其常开触点KM闭合，由于常开触点KM与启动按钮SBT并联，所以即使松开启动按钮SBT，已经闭合的常开触点KM仍然能使继电器KM的线圈通电，这个常开触点称作“自锁”触点。
停止时按下停止按钮SBP，继电器的线圈失电。
（2）、如图（b）为PLC梯形图；图中X0为常开输入触点，X1为常闭输入触点，Y0表示输出，其输出Y0的工作状态受X0、X1信号控制，当按下启动输入继电器按钮X0，输出继电器Y0的线圈通电，其常开触点Y0闭合，由于常开触点Y0与启动输入继电器按钮X0并联，所以即使松开启动输入继电器按钮X0，已经闭合的常开触点Y0仍然能使输出继电器YO的线圈通电。
停止时按下停止按钮X1，输出继电器的线圈Y0失电，常开触点Y0断开。
2.2PLC与继电器的优缺点
如图（a）、（b）对于同一控制电路，继电控制原理和梯形图的输入、输出信号基本相同，控制过程等效。
2.2.1继电器的特点
（1）、功能不易扩展；
（2）、继电器价格相对PLC便宜；
（3）、继电器接线复杂，一个产品的工艺改变，要重新接线，布线不易更新；
（4）、继电控制使用是内部继电器、定时器和计数器靠硬件连接控制电路；
（5）、可靠性不高，查找和排除故障十分困难；
（6）、当产品更新时继电器控制系统的元件和接线都要相应的变化，而且这
种变动工作量很大，工期长费用高。
在传统的继电器控制系统和电子逻辑控制系统中，控制任务的完成时通过电器、电子控制线路来实现的。
这些控制线路间继电器、接触器、电子元件等若干分立器件用导线连接在一起、形成满足控制对象动作要求的控制程序。
这样的控制系统成为接线程序控制系统。
因其程序就固定在接线中，所以又成为接线程序。
在接线控制系统中，若要修改控制程序就必须改变接线。
设计一个接线程序控制系统，首先需要针对具体的控制对象，分析控制要求，确定所需的用户输入输出设备，设计相应的控制线路，再根据需要制作针对该控制装置（如继电器控制柜或控制台）。
对于较复杂的控制过程，控制线路的设计将非常繁琐、困难。
设计的控制线路也很复杂。
由于控制系统器件接线多，使系统的可靠性受到了很大的影响，其平均无故障时间往往较短。
控制系统完成以后，如控制任务发生变化（如生产工艺流程的变化），则必须改变相应接点才能实现；因而容易造成界限程序控制系统的灵活性、通用性较低，故障率高，维修也不方便。
2.2.2PLC的特点
1、可靠性高、抗干扰性强
PLC采用了集成度很高的微电子器件，大量开关动作由无触点的半导体电路来完成，其可靠程度是使用机械触点的继电器所无法比拟的。
为了保证PLC能在恶劣的工业环境下可靠工作，在其设计和制造过程中采取了一系列硬件或软件的刚干扰的设施。
硬件方面的设施有：
（1）隔离~~PLC的输入、输出接口电路一般都采用光点耦合器来传递信号，这种光电隔离设施使外部电路与PLC内部之间完全避免了点的联系，有效地抑制了外部的干扰源对PLC的影响，还可以防止外部强电穿入内部CPU。
（2）滤波~~在PLC电路电源和输入、输出（I/O）电路中设置了多种滤波电路，可有效抑制高频干扰信号。
（3）在PLC内部CPU供点电源采取屏蔽、稳压、保护等设施，防止干扰信号通过供电源进入PLC内部，另外各个输入\输出（I/O）接口电路的电源彼此独立，以避免电源之间的相互干扰；
（4）内部设置连锁、环境检测与诊断等电路，一旦发生故障就报警；
（5）外部采用密封、防尘、抗震的外壳封装机构，以适应工作的恶劣的环境。
在软件方面的设施有：
（1）设置故障检测与诊断程序，每次扫描都对系统状态、用户程序、工作环境和故障进行检测诊断，发现错误后，立即作自动相应的措施，如报警、保护数据和封锁输出等。
（2）定义用户程序及动态数据进行电池后备，以以保证停电后有关状态及信息不会丢失。
2、编程简单易学
PLC采用与继电器控制线路图非常接近的梯形图作为编程语言，它既有继电器电路的清晰直观的特点，又充分考虑到电气工人和技术人员的读图习惯，对使用者来说，几乎不需要专门的计算机知识，因此，易学易懂，程序改变时也容易修改。
3、功能完善、适应性强
目前PLC产品已经标准化，系列化和模块化，不仅具有逻辑运算、计时、
计数、顺序控制功能，还具有A/D、D/A转换、算术运算及数据处理、通信联网和生产过程监控等功能。
它能根据实际需要，方便灵活地组装成大小各异、功能不一的控制系统，即可控制一台单机、一条生产线、又可以控制一个机群、多点生产线。
既可以现场控制，又可以远程控制。
针对不同的工业现场信号，如交流、直流、开关量或模拟量、电流或电压脉冲或电位、强电或弱电等，PLC都有相应I/O接口模块与工业现场控制器件和设备直接连接，用户可以根据需要方便的进行配置，组成使用、紧凑的控制系统。
4、使用简单，调试维修方便
PLC的接线极其方便，只需将生产输入信号的设备（如按钮、开关等）与PLC的输入端子连接，将接收输出型号的被控制设备（接触器、电磁阀等）与PLC的输出端子连接，仅用螺丝刀既可完成全部接线工作。
PLC的用户程序可在实验室模拟调试，输入信号用开关来模拟，输出可以用PLC的发光二极管。
调试后再将PLC早现场安装调试。
调试工作量要比继电器控制系统少得多。
PLC的故障率很低，并且有完善的自诊断功能和运行故障指示装置。
一旦发生故障，可以通过PLC机上各种发光二极管的亮灭状态迅速查明原因，排除故障。
5、体积小、重量轻、功耗低
由于PLC采用了半导体大规模集成电路，因此正规产品机构紧凑、体积小、重量轻、功耗低，所以PLC很容易装入机械设备内部，是实现机电一体化的理想的控制设备
2.3PLC的选用
通过以上对比，我们很容易看出PLC的功能强大和它适用性，更为人性化的操作。
随着21世纪工业生产的迅速发展，市场竞争越来越激烈，PLC技术得到了迅猛的发展，PLC的发展越来越智能化，功能越来越完善化，PLC的优越是继电器无法比拟的。
PLC是一台工业控制的计算机，价格比继电器昂贵，但比继电器简单，易于操作，工艺的变化只需重编写程序，调试比继电器少的多，可以自我诊断运行故障，排除故障。
第3章PLC的原理
PLC英文全称Programmable Logic Controller ,中文全称为可编程逻辑控制器，定义是:
一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。
它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算,顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程.PLC是可编程逻辑电路，也是一种和硬件结合很紧密的语言，在半导体方面有很重要的应用，可以说有半导体的地方就有PLC
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、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。
PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。
国际电工委员会（IEC）在其标准中将PLC定义为:
可编程式逻辑控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。
它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。
可程式逻辑控制器及其有关外部设备，都按易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。
3.1可编程控制器的等效电路
3.1.1存储程序控制与可编程序控制器
随着集成电路和计算机技术的迅猛发展，存储控制程序逐步替代接线程序控制，成为工业控制系统的主流发展方向。
所谓程序控制，就是将控制逻辑程序语言的形式存放在存储器中，通过执行存储器中的程序实现系统的控制要求。
这样的系统称为存储程序控制系统。
在存储程序控制系统中，控制程序的修改不需要改变控制器内部的接线，而只需通过编程器中的某些程序语言内容。
可编程控制器就是一种存储程序控制器。
其输入设备和输出设备与继电器控制系统相同，但它们直接连接到可编程控制器的输入端子和输出端子。
如图3-1所示。
在可编程控制器构成的控制系统中，实现一个控制任务，同样需要针对具体的控制对象，分析控制系统要求，确定所需用户的输出输入设备，然后运行相应的程序语言便指出相应的程序，利用编程器和其他设备写入可编程控制器的存储器中。
每条程序语言确定一个顺序，运行时CPU一次读取查出其中的程序语句，对它们的内容解释并加以执行；执行结果用以输出设备，两支被控制对象工作。
可编程控制器时通过软件实现控制逻辑的，能够使用不同控制人物的需要，通用性强，使用灵活，可靠性强。
3.1.2可编程序控制器的等效电路
控制对象（电动机等）
图3-1PLC构成的存储程序控制系统
由图3-1可知，可编程控制器构成的存储程序控制系统。
由如下三个部分组成。
输入设备：
连接到可编程控制器的输入端，它们直接接收来自操作台命令或来自被控制对象的各种状态信息，产生输入控制信号送入可编程控制器。
常用的输入设备包括控制开关和传感器。
控制开关可以是按钮开关、限位开关、行程
开关。
光电开关、继电器和接触器的接点等。
传感器包括各种数字式模拟式传感器，如光栅位移式传感器、磁尺、热电阻。
热电偶等。
可编程控制器内部控制电路：
采用大规模集成电路制作的微处理和存储器，执行按照被控制对象的实际要求编制并存入程序存储器中的程序，完成控制任务。
输出设备：
与可编程控制器的输出端相连。
它们用来将可编程控制器的输出控制信号转换为驱动被控制对象的工作信号。
常用的输出设备包括电磁开关、电磁阀、电磁继电器、电磁离合器、状态指示部件等。
输入部分采集输入信号，输出部分就是系统的执行部分，这两部分与继电器控制系统相同。
PLC内部控制电路是由编程实现的逻辑电路，用软件编程代替继电器等功能。
对于使用者来说，在编制应用程序时，可以不考虑微处理器和存储器复杂构成及使用的计算机语言，而把PLC看成内部由许多“软继电器”组成的控制器，用近似继电器控制电路图的编程语言进行编程。
这样从功能上讲就可以把PLC的控制部分看做是由许多“软继电器”组成的等效电路，这些“软继电器”的线圈、常开接点、常闭接点一般用图3-2符号表示，PLC的等效电路如图3-3所示。
线圈常开接点常闭接点
图3-2“软继电器”的线圈和接点
下面对PLC等效电路的各组部分作简要分析。
用户输出设备
（接触器、电磁阀等）
输出接点
用户输入设备
输出电路
图3-3PLC等效电路
1.输入回路
这一部分由外部输入电路、PLC输入接线端子和输入继电器组成。
外部输入信号经PLC输入接线端子驱动输入继电器。
一个输入对应一个等效电路中的输入继电器，它可提供任意个常开和而常闭接点，供PLC内部控制接通即表示传送给PLC一个接通的输入信号，因此习惯上经常将两者等价使用。
输入回路的电源可用PLC电源部件提供的直流电压，也可由独立的交流电源供电。
2.内部控制电路
这部分电路是由用户程序形成的。
它的作用是按照规定的逻辑关系，对输入信号和输出信号的状态进行运算、处理和判断，然后得到相应的输出。
用户程序通常采用梯形图编写，梯形图在形式上类似与继电器控制原理图，两者在电路结构及线圈与节点的控制关系上大致相同。
3.输出回路
输出部分由于内部控制电路隔离的输出继电器的外部常开触点、输出接线端子和外部电路组成，用来驱动外部负载。
PLC内部控制电路中有许多输出继电器。
每个输出继电器除了有内部控制电路提供编程用的常开、常闭节点外，还为输出电路提供一个常开节点与输出接线端相连。
驱动外部负载的电源由用户提供。
在PLC的输出端子排上，由接输出电源用的公共端。
需要注意的是，PLC等效电路中的继电器并不是实际的物理继电器，它实际上是存储器针对每一位触发器。
该触发器为“1”态，则相当与继电器接通；该触发器为“0”态，则相当于继电器断开。
在PLC提供的所有继电器中，输入继电器用来反应输入设备的状态，也可以将其他看成是输入信号本身；输出继电器用来直接驱动用户输出设备，而其他几电气与用户设备没有联系，在控制程序中仅起传导中将信号的作用，因此统称为内部继电器，如辅助继电器、页数继电器、计时器、计数器等。
PLC的所有继电器统称PLC的元素。
3.2PLC的扫描技术
3.2.1扫描工作方式
PLC靠执行用户程序来实现控制要求。
为了便于程序执行，在存储器中设置输入映象寄存器区和输出映像寄存器区（或统称I/O映像区），分别存放执行程序之前的个输入状态和执行过程这个结果的状态。
PLC对用户程序的执行是以喜欢扫描方式进行的。
所谓扫描，只不过是一种现象的说法，用户描述CPU对程序顺序、分时操作的过程。
扫描从第0号存储地址所存放的第一条用户程序开始，在无中断或跳转控制的情况下，按存储地址号递增的方向顺序逐条扫描用户程序，也就是顺序执行程序，直到程序结束，即完成一个扫描周期，然后再从头开始执行用户程序，并周而复始的重复。
由于CPU的运算处理速度很高，使得从外观上看，用户程序几乎是同时执行的。
PLC的扫描工作方式同传统的继电器控制系统明显不同。
继电器控制装置采用硬逻辑并行的方式；在执行过程中，如果一个继电器的线圈通电，哪么该机电器的所有常开和常闭触点，无论处在控制线路的什么位置，都会立即动作：
其常开触点闭合，常闭触点打开。
而PLC采用循环扫描控制程序的工作方式；在PLC的工作过程中，如果某个软继电器的线圈接通，该线圈的所有常开和常闭接点，并不一定都会立即动作，只有CPU扫描到该节点时才会动作：
其常开接点闭合，常闭接点打开。
3.2.2扫描工作过程
PLC开始运作时，首先清除I/O映像的内容，然后进行自诊断，自检CPU及I/O组件，确定正常后开始循环扫描。
每个扫描过程分为三个阶段进行，即输入采样、重新执行、输出刷新。
PLC重复执行上述三个阶段，每重复一次的时间就是一个工作周期（或扫描周期），
如图3-4所示：
输入采样
程序执行
输出刷新
图3-4PLC工作周期的三个阶段
1.输入采样阶段
在输入采样阶段，PLC以扫描方式按顺序将所有输入端的输入信号状态（“0”或“1”，表现在接线端上是否承受外加电压）读入输入映像寄存器区。
这个过程成为对输入信号的采样，或称输入刷新，接着转入程序执行阶段。
在输入采样阶段结束后，即时输入信号状态发生改变，输入映像寄存器区中的状态也不会发生改变。
2.程序执行阶段
在程序执行阶段，在PLC对程序按顺序进行扫描，又称程序处理阶段。
如果程序用梯形图表示，则总是按先上后下，先左后右的顺序对由节点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算结果，刷新输出映像寄存器区或系统RAM区对应位的状态。
在程序执行阶段，只有输入映像寄存器区存放的输入采样值不会发生改变，其他各种元素在输出映像寄存器区或系统RAM存储器内的状态和数据都有可能随着程序的执行随时发生改变。
值得注意的是，在程序的执行过程中，排在上面的逻辑行被刷新后的逻辑线圈状态或数据，会对排在下面的凡是用到这些逻辑线圈的接点或数据的逻辑行起作用，而排在下面的逻辑行，其被刷新的逻辑线圈的状态或数据，只有等到下一个扫描周期才可以会对排在上面的逻辑行起作用。
起原因就是因为扫描是从上到下顺序进行的，前面执行的结果可能改变前面的扫描结果，只有到了下一个扫描周期再次扫描前面程序的时候才有可能起作用。
如果程序中两个操作相互用不到对方的操作结果，哪么这两个操作的程序在整个用户程序中的相对位置是无关紧要的。
3.输出刷新阶段
当程序执行后，进入输出刷新阶段。
此时，将输出映像寄存器区中所有输出继电器的状态转存到输出锁存电路，再通过输出端驱动用户输出设备（负载），这就是PLC的实际输出。
3.2.3扫描周期的计算
严格的来说，在PLC的实际工作过程中，每个扫描周期除了前面所讲的输入采样、程序执行、输出刷新三个阶段外，还要进行自诊断、与外设（如编程器、上位计算机）通信等处理。
即一个扫描周期还应包含自诊断及外设通信等时间。
一般来说，同型号的PLC，其自诊断所需的时间相同，如三菱FX2系列机自诊断时间为0.96MS。
通信时间的长度与链接等外设多少有关系，如果没有连接外设，则通信时间为0.输入采样与输出刷新时间取决于其I/O点数，而扫描用户程序所程序所用的时间则
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