毕业设计论文基于PLC的电镀车间专用行车自动控制系统设计Word文件下载.docx
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Controlsystem；
1引言
1.1电镀行业及专用行车的简介
1.1.1电镀行业的简介
电镀是对机体表面进行装饰、防护以及获得某些特殊性能的一种表面工程技术，是一种电化学过程，也是一种氧化还原反应，是获得金属保护层的有效防范。
在这个过程中金属离子获得电子被还原成金属原子，金属原子按一定的规律排列形成晶体镀层。
电镀技术又称为电沉积，其基本原理就是直流电场得作用下，在电解质溶液（镀液）中有阳极和阴极构成回路，使溶液中的金属离子沉积到阴极镀件表面上，以形成均、致密、结合力良好的金属的过程。
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，从而提高耐腐蚀性，抗高温氧化性、良好的导电性、高的硬度、高的耐磨性或减摩性、微细加工的均匀性以及其他某些特殊的物理、化学特性，体内、同时又赋予金属光泽美观。
电镀工业是我国重要的加工行业，至今已有100多年的历史，电镀是重要的表面工程技术，不仅能获得防护——装饰性镀层，还可通过不同工艺得到具有特殊用途的功能薄膜，近代科学技术的发展为他增添了许多新的内容，因而电镀在机械、地质、电子、仪器仪表、轻工、交通运输、和国防工业等生产部门的应用日益广泛，与人们的日常生活也密切相关。
我国电镀工业的发展是在新中国成立以后。
首先，为解决氰化物污染问题，丛20世纪70年代开始无氰电镀的研究工作，陆续使无氰镀锌、镀铜、镀镉、镀金等投入生产；
大型制件镀硬镉、低浓度铬酸镀铬、低铬酸钝化、无氰镀银及防银变色、三价铬盐镀铬等相继应用于工业生产；
并实现了直接从镀液中获得光亮镀层，不仅提高了产品质量，也改善了繁重的抛光劳动；
在新工艺与设备的研究方面，出现了双极性电镀、换向电镀、脉冲电镀等；
高耐蚀性的双层镍、三层镍、镍铁合金和减摩擦镀层亦用于生产；
刷镀、真空镀和离子镀也取得了可喜的成果。
电镀车间所进行的生产工艺可分为三个环节，即镀前表面处理、电镀处理和镀后处理。
电镀工艺设备一般是指上述直接对零件进行加工处理的生产设备。
其中，电镀处理是整个过程中的主要工艺。
根据零件的要求，有针对性的选择某一种或几种单金属或合金电镀工艺对零件进行电镀或浸镀等加工，以达到防蚀、耐磨和美观的目的。
电镀处理过程中所用的设备主要有各类固定槽、滚动槽、挂具、行车、吊篮等。
电镀自动线是按一定的电镀工艺过程要求，将有关渡槽、镀件提升运转装置、电气控制、电源设备、过滤设备、检测仪器、加热与冷却装置、滚筒驱动装置、空气搅拌设备及线上污染控制设施等组合为一体的总称。
与手工操作的电镀生产线相比，可以大幅度提高产量，稳定产品质量，降低劳动强度，提高劳动生产效率，简化生产管理，缩小占地面积，改善车间环境，减少有害气体，使车间整齐美观，从而创造良好的工作环境。
1.1.2行车的简介
行（hang）车、吊车、天车都是人们对起重机的一个笼统的叫法，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，基本有两类：
一类为集中驱动，即用一台电动机带动长传动轴驱动两边的主动车轮；
另一类为分别驱动、即两边的主动车轮各用一台电动机驱动
电镀车间专用行车是某厂电镀车间为提高功效、促进生产自动化和减轻劳动强度，提出制造的一台专用半自动起吊设备。
它采用远距离控制，起吊重物在300kg一下。
起吊物品是待进行电镀及表面处理的各种产品零件。
电镀车间有多个电镀（清洗）槽位，分别标记为1槽、2槽……实际生产线上镀槽的数量是根据用户综合各种电镀工艺的需要所提出的要求而定。
电镀种类越多，槽数越多。
本设计暂定3个电镀槽位。
在电镀生产线一侧，工人将带电镀零件装入吊篮，并发出信号，专用行车便提升，到一定高度后自动逐段前进。
按工艺要求在需要的停留的槽位停止，然后自动下降，停留一段时间（各槽停留时间预先按工艺调定）后再自动提升，在前进。
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。
工人卸下处理好的零件，重新装料发出信号，进入下一个电镀作业循环[1]。
对于不同零件，其镀层要求和工艺过程是不相同的，为了节省场地，适应批量生产和柔性生产的需要，提高设备利用率和发挥最大经济效益，该设备还要求电气控制系统能针对不同电镀工艺流程，有程序预选和修改能力。
例如镀锌使用1、3槽位，不需要使用2槽位：
镀铬使用1、2镀槽，不需要使用3槽位等。
每个槽位停留时间由用户根据工艺要求进行正定[1]。
设备的机械结构与普通小型行车结构类似，跨度较小，但要求准确挺稳，一边吊篮能准确进入电镀槽内。
本设计中的电镀专用行车是通过行车带动吊钩前后运动及吊钩的升降运动来实现电镀的过程的。
行车带动吊钩前进/后退分别经过各个电镀槽、当分别到每个槽上方时，由限位开关通知PLC发出控制指令使吊钩下降，当下降到槽中时又开始定时电镀。
定时结束后，吊钩上升，上升后还需定时停留一段时间让多余的液体流回槽中才能走向下一个槽，当结束后行车返回原位[2]。
1.2国内外可编程控制器的发展趋势
1.2.1可编程控制器概述
国际电工委员会（IEC）在1987年2月颁布的可编程控制器标准草案的第三稿中将其进定义为：
“可编程控制是一种数字运算操作的电子装置，专为在工业环境下应用而设计。
它采用可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式、模拟式的输入和输出控制各种类型的机械或生产过程[3]。
定义中有以下三点值得注意。
（1）可编程控制器是“数字运算操作的电子装置”，它其中带有“可以编制程序的存储器”可以进行“逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算”工作，可见可编程控制器具有计算机的基本特征[4]。
（2）可编程控制器是“为工业环境下应用”而设计的计算机。
工业环境和一般的办公环境有较大的区别，PLC具有特殊的构造。
是它能在高粉尘、高噪声、强电磁干扰和温度变化剧烈的环境下正常工作。
为了能控制“机械或生产过程”。
他又要能“易于与工业控制系统形成一个整体”，这些都是个人计算机不可能做到的[5]。
（3）可编程控制器能控制“各种类型”的工业设备及生产过程。
它“易于扩展其功能”，也就是说，它的程序并不是不变的，而是能根据控制对象不同，让使用者“可以编制程序”的。
可编程控制器较以前的工业控制计算机，具有更大的灵活性，它可以方便地应用在各种场合，是一种通用的工业控制计算机[6]。
可编程控制器的特点
（1）可靠性高、抗干扰能力强
现代PLC采用了集成度很高的微电子器件，大量的开关的动作又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和软件的抗干扰措施[7]。
（2）功能完善、适适应性强
可编程控制器是通过程序实现控制的。
当控制要求发生改变时，只需要改程序即可。
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、顺序控制等功能，还就有模/数、数/模转换、算术运算及数据处理通信联网和生产过程控制等功能根据实际需要，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、多条生产线；
既可以现场控制，又可以远程控制[8]。
（3）编程直观、简单
可编程控制器是面向用户和现场的控制装置，考虑到大多数电气技术人员熟悉电气控制线路的特点，他没有采用微机控制中常用的汇编语言，而是采用了一种面向控制过程的梯形图语言。
梯形图语言与继电器原理图相类似，形象直观，易学易懂，世界上许多国家的公司生产的可编程控制器把梯形图语言作为第一用户语言[9]。
电气工程师和具有一定知识电工、工艺人员都可以在短时间内学会，使用起来得心应手，使得计算机技术和传统的继电器控制技术之间的隔阂在可编程控制器上完全不存在。
（4）安装简单，维护方便
PLC不需要专门的机房，可以在各种工业环境下直接运行。
使用时只需将现场的各种设备与PLC相应的I/O端相连，即可投入运行。
各种模块上均有运行和故障指示装置，便于用户了解运行情况和查找故障。
由于采用模块化结构，因此一旦模块发生故障，用户可以通过更换模块的方法使系统迅速恢复运行。
（5）体积小、重量轻、能耗低
由于PLC是专门为工业控制而设计的专用计算机，其结构紧密、紧固、小巧、抗干扰能力强[10]。
PLC的基本结构
PLC实质是一种专用于工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同，基本构成为：
（1）电源PLC的电源在整个系统中起着十分重要的作用。
如果没有一个良好的、可靠的电源系统是无法正常工作的，因此PLC的制造商对电源的设计和制造也十分重视。
一般交流电压波动在+10%（+15%）范围内，可以不采取其它措施而将PLC直接连接到交流电网上去。
（2）中央处理单元（CPU） 中央处理单元（CPU）是PLC的控制中枢。
它按照PLC系统程序赋予的功能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，并能诊断用户程序中的语法错误。
当PLC投入运行时，首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分别存入I/O映象区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入I/O映象区或数据寄存器内。
等所有的用户程序执行完毕之后，最后将I/O映象区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行，直到停止运行。
为了进一步提高PLC的可靠性，近年来对大型PLC还采用双CPU构成冗余系统，或采用三CPU的表决式系统。
这样，即使某个CPU出现故障，整个系统仍能正常运行。
（3）存储器存放系统软件的存储器称为系统程序存储器。
存放应用软件的存储器称为用户程序存储器。
（4）输入输出接口电路
现场输入接口电路由光耦合电路和微机的输入接口电路，作用是PLC与现场控制的接口界面的输入通道。
现场输出接口电路由输出数据寄存器、选通电路和中断请求电路集成，作用PLC通过现场输出接口电路向现场的执行部件输出相应的控制信号。
（5）功能模块 如计数、定位等功能模块。
（6）通信模块 如以太网、RS485、Profibus-DP通讯模块等
PLC的工作原理
扫描技术 当PLC投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。
完成上述三个阶段称作一个扫描周期。
在整个运行期间，PLC的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。
输入采样阶段在输入采样阶段，PLC以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入I/O映象区中的相应得单元内。
输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。
在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化，I/O映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。
因此，如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。
用户程序执行阶段在用户程序执行阶段，PLC总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序（梯形图）。
在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统RAM存储区中对应位的状态；
或者刷新该输出线圈在I/O映象区中对应位的状态；
或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。
即在用户程序执行过程中，只有输入点在I/O映象区内的状态和数据不会发生变化，而其他输出点和软设备在I/O映象区或系统RAM存储区内的状态和数据都有可能发生变化，而且排在上面的梯形图，其程序执行结果会对排在下面的凡是用到这些线圈或数据的梯形图起作用；
相反，排在下面的梯形图，其被刷新的逻辑线圈的状态或数据只能到下一个扫描周期才能对排在其上面的程序起作用。
在程序执行的过程中如果使用立即I/O指令则可以直接存取I/O点。
即使用I/O指令的话，输入过程影像寄存器的值不会被更新，程序直接从I/O模块取值，输出过程影像寄存器会被立即更新，这跟立即输入有些区别[11]。
输出刷新阶段 当扫描用户程序结束后，PLC就进入输出刷新阶段。
在此期间，CPU按照I/O映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。
这时，才是PLC的真正输出。
可编程控制器的发展
随着PLC应用领域不断扩大，PLC的品种、型号。
数量也以异乎寻常的速度发展，表现功能越来越强，性能越来越可靠，集成度越来越高，使用越来越方便，具体表现在以下五个方面[12]。
在系统构成规模上，向大、向小两个方向发展
开发各种智能模块，不断增强过程控制能力
通信与联网功能的发展
编程语言与编程工具向标准化和高级化发展
发展容错技术
1.2.2可编程控制器与其他工控系统的比较
可编程控制器与继电控制系统的比较
继电气控制系统是针对一定的生产机械和固定的生产工艺设计的，采用硬接线方式装配而成，它需要使用大量的硬件控制电路，主要完成既定的逻辑控制、定时、计数等功能，一旦生产工艺过程改变，则控制柜必须重新设计，重新配线，工作量相当大，有时甚至相当于重新设计一台新装置。
而PLC由于采用了微电子技术和计算机技术，各种控制功能都是通过软件来实现的，软件本身具有可修改性，如果需要改变生产工艺过程，只需要改变程序及极少的连接线即可适应生产工艺过的改变。
同时，由于简化了硬件电路，也提高了PLC的可靠性。
据不完全统计，PLC平均故障的间隔大于5
，而平均修复时间则小于10min[13]。
此外，PLC能处理工业现场的强电信号如交流220v、直流24v，并可直接驱动功率部件，可长期在严酷的工业环境中工作。
从适应性、可靠性、安装维护等各方面比较，PLC都有显著的优势，因此PLC控制系统取代继电气控制系统是现代控制系统的必然趋势。
PLC控制系统与继电气控制系统的详细比较见表1—1[3]
表1—1PLC控制系统与继电气控制系统的比较
比较项目
继电气控制系统
PLC控制系统
控制功能的实现
由许多继电器采用接线的方式来完成控制功能
各种控制功能是通过编制的程序来实现的
对生产工艺过程变更的适应性
适应性差，需要更新设计，改变继电器和接线
适应性强，只需对程序进行修改
控制速度
低，靠机械动作实现
极快，靠微处理器进行处理
计数及其他特殊功能
一般没有
有
安装、施工
连线多，施工繁
安装容易，施工方便
可靠性
差，触点多，故障多
高，因元器件采取了筛选和抗老化等可靠性措施
寿命
短
长
可扩展性
困难
容易
维护
工作量大，故障不易查找
有自诊能力，工作量小
可编程控制器与计算机控制系统的比较
工业控制领域的计算机控制系统，其主机一般采用能够在伪劣工业环境下可靠运行的工业控制计算机。
工业控制计算是由通用微型计算机适应工业生产控制要求发展起来的一种控制设备，硬件结构方面总线标准化程度高、兼容性强，而软件资源丰富，特别是有实时操作系统的支持，故对要求快速、实时性强、模型复杂、计算工作量大的工业对象的控制具有优势。
但是，使用工控机控制生产工艺过程，要求开发人员具有较高的计算机专业知识和微机软件编程的能力[3]。
PLC最初是针对工业顺序控制用而发展来的，硬件结构专用性强，通用相差。
很多优秀的微机软件不能直接使用。
必须经过二次开发，但是，PLC使用了工厂技术人员熟悉的梯形图语言编程，易学易懂，便于推广应用。
从可靠性方面看，PLC是专为工业现场应用而设计的，结构上采用整体密封或插件组合型，并采取了一系列抗干扰措施，具有很高的可靠性。
而工控机虽然也能够在恶劣
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