PLC在电镀生产线上的应用毕业设计.docx

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PLC在电镀生产线上的应用毕业设计

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。

重点分析了系统软硬件设计部分，并给出了系统主电路图、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。

为适应现代传统的工业控制系统，我们还采用了基于组态王软件的系统作为上位机，配合下位机PLC完成了该系统的实时监控系统功能，更好的使该自动生产系统融入到现代工业控制领域中。

关键词：

PLC、电镀生产线、控制系统、组态王

Abstract

PlatingproductionlinedrivingthedegreeofautomationinGermany,Italy,theUnitedStatesandothercountrieshavehigherlevelsofdevelopment,whileinChinaisstillindevelopmentstage.Thetopicstotheindustrystatusquoasthestartingpoint,combinedwithotherindustryapplicationofautomaticcontroltechnologyproposedPLC-basedautomaticelectroplatingproductionlinedesignlane,andthroughtheapplicationofmechanical,programmablelogiccontroller（PLC）andmanyotherspecializedtechnologydevelopmentautomatedproductionsystems.Firstly,analysisanddevelopmentoftheproductionline'soveralldesignconceptandprogramstoensurethattheproductionlineautomationsystemwithrealabilityandasimplestructure.Intheproductionlinecontrolsystem,usingahighreliability,highstability,simpleprogrammingandeasytouse,andiswidelyusedinmodernindustrialprocesscontrolofproductionlinecontrollerPLC.

Keypartsofthesystemhardwareandsoftwaredesign,andthesystemhardware,wiringdiagram,PLCcontrolI/Oportallocationtableandtheoverallprogramflow,etc.,toachieveaplatingproductionautomation,improveproductivityandreducelaborintensity.Inordertoadaptthemoderntraditionindustrycontrolsystem,wealsousedbasedontheconfigurationkingsoftwaresystemhadtakenonthepositionmachine,coordinatelowerpositionmachinePLChascompletedthissystemreal-timemonitoringsystemfunction,bettercausedthisautomaticproductionsystemtointegratetothemodernindustrycontroldomainin.

Keywords:

PLC,Electroplatingproductionline,ControlSystem,ConfigurationKing

摘要Ⅰ

Abstract（英文摘要）Ⅱ

目录III

前言1

参考文献34

致谢及声明35

前言

我们设计的工作过程是这样的：

电镀生产线的一侧，工人将待加工零件装入吊篮，并发出信号，行车的左行和右行，前进与后退以及上升与下降的运动分别由电动机M1,M2,M3拖动通过电动机的正反转实现两个方向的运动，按工艺要求在需要停留的槽位停止，这由位置控制指令信号既固定于轨道一侧的限位开关发出来控制吊篮与槽位的对位。

通过程序指令，由延时继电器控制在各个槽位的停留时间，停留一定时间后自动提升。

如此完成电镀工艺规定的每一道工艺，直至生产线的末端自动返回原位，卸下处理器件，并进行计数，重新装料发出信号进入下一加工循环。

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。

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。

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。

第一章绪论

1.1PLC的发展和历史趋势

PLC发展至今已有近40年的历史，随着半导体技术、计算机技术和通信技术的发展，工业控制领域已有翻天覆地的变化，PLC亦再不断的发展，正朝着新的技术发展。

一是PLC网络化技术的发展，其中有两个趋势：

一方面，PLC网络系统已经不再是自成体系的封闭系统，而是迅速向开放式系统发展，各大品牌PLC除外形成自己各具特色的PLC网络系统，完成设备控制任务之外，还可以与上位计算机管理系统联网，实现信息交流，成为整个信息管理系统的一部分；另一方面，现场总线技术得到广泛的采用，PLC与其他安装在现场的智能化设备，比如智能仪表、传感器、智能型电磁阀、智能型驱动执行机构等，通过一根传输介质（比如双绞线、同轴电缆、光缆）链接起来，并按照同一通信规约互相传输信息，由此构成一个现场工业控制网络，这种网络与单纯的PLC远程网络相比，配置更灵活，扩展更方便，造价更低，性能价格比更好，也更具开放意义。

二是PLC向高性能小型化方向发展，PLC的功能正越来越丰富，而体积则越来越小。

比如三菱的FX-IS系列PLC，最小的机种，体积仅为60×90×75mm，相当于一个继电器，但却具有高速计数、斜坡、交替输出及16位四则运算等能力，还具有可调电位器时间设定功能。

PLC已不再是早期那种只能进行开关量逻辑运算的产品了，而是具有越来越强的模拟量处理能力，以及其他过去只有在计算机上才能具有的高级处理能力，如浮点数运算、PID调节、温度控制、精确定位、步进驱动、报表统计等。

从这种意义上说，PLC系统与DCS（集散控制系统）的差别越来越小了，用PLC同样可以构成一个过程控制系统。

三是PLC操作向简易化方向发展。

目前PLC推广的难度之一就是复杂的编程使得用户望而却步，而且不同厂商PLC所有编程的语言也不尽相同，用户往往需要掌握更多种编程语言，难度较大。

PID控制、网络通信、高速计数器、位置控制、数据记录、配方和文本显示器等编程和应用也是PLC程序设计中的难点，用普通的方法对它们编程时，需要熟悉有关的特殊存储器的意义，在编程时对它们赋值，运行时通过访问它们来实现对应的功能。

这些程序往往还与中断有关，编程的过程既繁琐又容易出错，阻碍了PLC的进一步推广应用。

PLC的发展必然朝着操作简化对复杂任务的编程，在这一点上西门子就充当了先行者，西门子S7-200的编程软件设计了大量的编程向导，只需要在对话框中输入一些参数，就可以自动生成包括中断程序在内的用户程序，大大方便了用户的使用。

近10年来，随着PLC价格的不断降低和用户需求的不断扩大，越来越多的中小设备开始采用PLC进行控制，PLC在我国的应用增长十分迅速。

随着中国经济的高速发展和基础自动化水平的不断提高，今后一段时期内PLC在我国仍将保持高速增长势头。

1.2PLC的分类

世界上PLC产品可按地域分成三大流派：

一个流派是美国产品，一个流派是欧洲产品，一个流派是日本产品。

美国和欧洲的PLC技术是在相互隔离情况下独立研究开发的，因此美国和欧洲的PLC产品有明显的差异性。

而日本的PLC技术是由美国引进的，对美国的PLC产品有一定的继承性，但日本的主推产品定位在小型PLC上。

美国和欧洲以大中型PLC而闻名，而日本则以小型PLC著称。

美国PLC产品

美国是PLC生产大国，有100多家PLC厂商，著名的有A-B公司、通用电气（GE）公司、莫迪康（MODICON）公司、德州仪器（TI）公司、西屋公司等。

其中A-B公司是美国最大的PLC制造商，其产品约占美国PLC市场的一半。

A-B公司产品规格齐全、种类丰富，其主推的大、中型PLC产品是PLC-5系列。

该系列为模块式结构，CPU模块为PLC-5/10、PLC-5/12、PLC-5/15、PLC-5/25时，属于中型PLC，I/O点配置范围为256～1024点；当CPU模块为PLC-5/11、PLC-5/20、PLC-5/30、PLC-5/40、PLC-5/60、PLC-5/40L、PLC-5/60L时，属于大型PLC，I/O点最多可配置到3072点。

该系列中PLC-5/250功能最强，最多可配置到4096个I/O点，具有强大的控制和信息管理功能。

大型机PLC-3最多可配置到8096个I/O点。

A-B公司的小型PLC产品有SLC500系列等。

GE公司的代表产品是：

小型机GE-1、GE-1/J、GE-1/P等，除GE-1/J外，均采用模块结构。

GE－l用于开关量控制系统，最多可配置到112个I/O点。

GE-1/J是更小型化的产品，其I/O点最多可配置到96点。

GE-1/P是GE-1的增强型产品，增加了部分功能指令（数据操作指令）、功能模块（A/D、D/A等）、远程I/O功能等，其I/O点最多可配置到168点。

中型机GE-Ⅲ，它比GE-1/P增加了中断、故障诊断等功能，最多可配置到400个I/O点。

大型机GE-Ⅴ，它比GE-Ⅲ增加了部分数据处理、表格处理、子程序控制等功能，并具有较强的通信功能，最多可配置到2048个I/O点。

GE-Ⅵ/P最多可配置到4000个I/O点。

德州仪器（TI）公司的小型PLC新产品有510、520和TI100等，中型PLC新产品有TI300、5TI等，大型PLC产品有PM550、530、560、565等系列。

除TI100和TI300无联网功能外，其它PLC都可实现通信，构成分布式控制系统。

莫迪康（MODICON）公司有M84系列PLC。

其中M84是小型机，具有模拟量控制、与上位机通信功能，最多I/O点为112点。

M484是中型机，其运算功能较强，可与上位机通信，也可与多台联网，最多可扩展I/O点为512点。

M584是大型机，其容量大、数据处理和网络能力强，最多可扩展I/O点为8192。

M884增强型中型机，它具有小型机的结构、大型机的控制功能，主机模块配置2个RS-232C接口，可方便地进行组网通信。

欧州的PLC产品

德国的西门子（SIEMENS）公司、AEG公司、法国的TE公司是欧洲著名的PLC制造商。

德国的西门子的电子产品以性能精良而久负盛名。

在中、大型PLC产品领域与美国的A-B公司齐名。

西门子PLC主要产品是S5、S7系列。

在S5系列中，S5-90U、S-95U属于微型整体式PLC；S5-100U是小型模块式PLC，最多可配置到256个I/O点；S5-115U是中型PLC，最多可配置到1024个I/O点；S5-115UH是中型机，它是由两台SS－115U组成的双机冗余系统；S5-155U为大型机，最多可配置到4096个I/O点，模拟量可达300多路；SS－155H是大型机，它是由两台S5-155U组成的双机冗余系统。

而S7系列是西门子公司在S5系列PLC基础上近年推出的新产品，其性能价格比高，其中S7-200系列属于微型PLC、S7-300系列属于于中小型PLC、S7-400系列属于于中高性能的大型PLC。

本的PLC产品

日本的小型PLC最具特色，在小型机领域中颇具盛名，某些用欧美的中型机或大型机才能实现的控制，日本的小型机就可以解决。

在开发较复杂的控制系统方面明显优于欧美的小型机，所以格外受用户欢迎。

日本有许多PLC制造商，如三菱、欧姆龙、松下、富士、日立、东芝等，在世界小型PLC市场上，日本产品约占有70％的份额。

欧姆龙（OMRON）公司的PLC产品，大、中、小、微型规格齐全。

微型机以SP系列为代表，其体积极小，速度极快。

小型机有P型、H型、CPM1A系列、CPM2A系列、CPM2C、CQM1等。

P型机现已被性价比更高的CPM1A系列所取代，CPM2A/2C、CQM1系列内置RS-232C接口和实时时钟，并具有软PID功能，CQM1H是CQM1的升级产品。

中型机有C200H、C200HS、C200HX、C200HG、C200HE、CS1系列。

C200H是前些年畅销的高性能中型机，配置齐全的I/O模块和高功能模块，具有较强的通信和网络功能。

C200HS是C200H的升级产品，指令系统更丰富、网络功能更强。

C200HX/HG/HE是C200HS的升级产品，有1148个I/O点，其容量是C200HS的2倍，速度是C200HS的3．75倍，有品种齐全的通信模块，是适应信息化的PLC产品。

CS1系列具有中型机的规模、大型机的功能，是一种极具推广价值的新机型。

大型机有C1000H、C2000H、CV（CV500／CV1000／CV2000／CVM1）等。

C1000H、C2000H可单机或双机热备运行，安装带电插拔模块，C2000H可在线更换I/O模块；CV系列中除CVM1外，均可采用结构化编程，易读、易调试，并具有更强大的通信功能。

松下公司的PLC产品中，FPO为微型机，FP1为整体式小型机，FP3为中型机，FP5/FP10、FP10S（FP10的改进型）、FP20为大型机，其中FP20是最新产品。

松下公司近几年PLC产品的主要特点是：

指令系统功能强；有的机型还提供可以用FP-BASIC语言编程的CPU及多种智能模块，为复杂系统的开发提供了软件手段；FP系列各种PLC都配置通信机制，由于它们使用的应用层通信协议具有一致性，这给构成多级PLC网络和开发PLC网络应用程序带来方便

三菱公司的PLC是较早进入中国市场的产品。

其小型机F1/F2系列是F系列的升级产品，早期在我国的销量也不小。

F1/F2系列加强了指令系统，增加了特殊功能单元和通信功能，比F系列有了更强的控制能力。

继F1/F2系列之后，20世纪80年代末三菱公司又推出FX系列，在容量、速度、特殊功能、网络功能等方面都有了全面的加强。

FX2系列是在90年代开发的整体式高功能小型机，它配有各种通信适配器和特殊功能单元。

FX2N几年推出的高功能整体式小型机，它是FX2的换代产品，各种功能都有了全面的提升。

近年来还不断推出满足不同要求的微型PLC，如FXOS、FX1S、FX0N、FX1N及α系列等产品。

三菱公司的大中型机有A系列、QnA系列、Q系列，具有丰富的网络功能，I/O点数可达8192点。

其中Q系列具有超小的体积、丰富的机型、灵活的安装方式、双CPU协同处理、多存储器、远程口令等特点，是三菱公司现有PLC中最高性能的PLC。

1.3PLC系统组成及各部分的功能

1、CPU运算和控制中心

它在整个系统中起“心脏”作用。

2、存储器

具有记忆功能的半导体电路，分为系统程序存储器和用户存储器。

系统程序存储器用以存放系统程序，包括管理程序，监控程序以及对用户程序做编译处理的解释编译程序。

由只读存储器、ROM组成。

厂家使用的，内容不可更改，断电不消失。

用户存储器：

分为用户程序存储区和工作数据存储区。

由随机存取存储器（RAM）组成。

3、输入/输出接口

（1）输入接口：

输入接口电路工作过程：

当开关合上，二极管发光，然后三极管在光的照射下导通，向内部电路输入信号。

当开关断开，二极管不发光，三极管不导通。

向内部电路输入信号。

也就是通过输入接口电路把外部的开关信号转化成PLC内部所能接受的数字信号。

（2）输出接口

输出接口工作过程：

当内部电路输出数字信号1，有电流流过，继电器线圈有电流，然后常开触点闭合，提供负载导通的电流和电压。

当内部电路输出数字信号0，则没有电流流过，继电器线圈没有电流，然后常开触点断开，断开负载的电流或电压。

也就是通过输出接口电路把内部的数字电路化成一种信号使负载动作或不动作。

1.4PLC的基本工作原理

PLC采用“顺序扫描，不断循环”的工作方式

1、每次扫描过程。

集中对输入信号进行采样。

集中对输出信号进行刷新。

2、输入刷新过程。

当输入端口关闭时，程序在进行执行阶段时，输入端有新状态，新状态不能被读入。

只有程序进行下一次扫描时，新状态才被读入。

3、一个扫描周期分为输入采样，程序执行，输出刷新。

4、元件映象寄存器的内容是随着程序的执行变化而变化的。

5、扫描周期的长短由三条决定。

（1）CPU执行指令的速度

（2）指令本身占有的时间（3）指令条数

6、由于采用集中采样。

集中输出的方式。

存在输入/输出滞后的现象，即输入/输出响应延迟。

1.5电镀生产线的控制系统概述与选题背景意义

1.5.1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。

因此用PLC来设计整个控制系统是不错的选择。

1.5.2课题的选题背景及意义

电镀就是利用电解的方式使金属或合金沉积在工件表面，以形成均匀、致密、结合力良好的金属层的过程。

简单的理解，是物理和化学的变化和结合。

随着工业化生产的不断细分，新工艺新材料的不断涌现，在实际产品得到应用的设计效果也日新月异，电镀是我们在设计中经常要涉及到的一种工艺，而电镀效果是我们使用时间较长，工艺也较为成熟的一种效果。

对于这种工艺的应用在我们的产品上已经非常多，而通过这种的处理我们通常可以得到一些金属色泽的效果，如高光、亚光等，搭配不同的效果构成产品效果的差异性，通过这样的处理为产品的设计增加一个亮点。

电镀工艺的应用我们一般作以下用途：

防腐蚀b:

防护装饰c:

抗磨损d:

电性能（根据零件工作要求，提供导电或绝缘性能的镀层）e:

工艺要求。

用PLC辅以变频器对电镀自动生产线行车进行自动控制，具有结构简单、编程方便、操作灵活、使用安全、工作稳定、性能可靠和抗干扰能力强的特点，是一种很有效的自动控制方式，是电镀生产实现高效、低成本、高质量自动化生产的发展方向。

1.6控制对象的设计要求详述

电镀生产线除装卸工件外，要求整个生产过程能自动进行，这主要体现在行车的控制上，同时还要求行车和吊钩的正反向运行均能实现点动控制，以便对设备进行调整和检修。

行车自动工作控制过程如下。

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放在挂具上，即可开始电镀工作。

（1）吊钩上升按下启动按钮SB1，吊钩上升，当碰到上限位开关SQ5后，吊钩上升停止。

（2）行车前进在吊钩停止的同时，M2接通，行车前进。

（3）吊钩下降行车前进至压下限位开关SQ1，行车停止前进；同时M1接通，吊钩下降。

（4）定时电镀吊钩下降至下限开关SQ6时，吊钩停止T0开始计时，定时电镀280s。

（5）吊钩上升T0定时到，使M1接通，吊钩上升。

（6）定时滴液吊钩上升至压下SQ5时，吊钩停止上升，同时T1开始计时，工作停留28s滴液。

（7）行车后退T1定时到，使M2

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