汽车涂装线PLC控制自动化行车设计.docx
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汽车涂装线PLC控制自动化行车设计
本科毕业设计
题目：
汽车涂装线PLC控制自动化行车设计
摘要
本文对汽车厂重型载货汽车车架涂装生产线的设计做出了一个系统的论述，指出了本课题需要对涂装电控方案的设计研究，前处理电泳漆线生产方式的设计、输送行车方案的设计是摆在本课题项目组面前的关键技术难题。
通过对产品结构、产能、投资、质量要求、工艺平面布置、工艺方案对比等方面的分析研究，应用电动机行车输送系统确定了前处理电泳漆线采用PLC控制方式控制系统流程从而解决了多种的喷涂难题。
在导师的指导下本人和电气控制总负责人承担了项目可行性报告的编写、项目立项报告的编写、确认工艺平面方案及工艺布置图和设备布置总图、负责制定电气总体布置及总体控制方案、负责项目进度协调及推进工作、负责电气设计的审定、设计、调试的指挥，并指导项目组完成了项目的调研、试验、设计、制作、安装、调试工作。
课题项目实施后取得了理想成果:
利用PLC控制汽车涂装车间，比起前的人工控制节省了时间提高了工作效率，产品产量得到极大提高，而且利用自动控制设备完成的喷涂工作喷涂质量好，延长了使用寿命。
关键词：
电泳，PLC控制，涂装。
ABSTRACT
Inthispaper,heavy-dutytruckchassiscarfactorycoatingproductionlinedesignandmakeasystematicexposition,pointedouttheneedtopaintthisissueinthedesignofelectroniccontrol,pre-treatmentelectrophoresispaintlineproductiondesign,deliverydrivingprogramisdesignedtobeplacedinfrontofthisissuetheprojectteamthekeytechnicalproblems.Bythetheproductmix,productivity,investment,qualityrequirements,processlayout,processplanandcontrastaspectsofanalysisandresearchonapplicationofelectricmotorsdrivingconveyorsystemtodeterminethepre-treatmentelectrophoresispaintlinecontrolsystemusingPLCcontrolsolvesallkindsofsprayproblemes.
UndertheguidanceofinstructorsandelectricalcontrolIassumedoverallresponsibilityforthepreparationoffeasibilityreports,projectreportspreparedbyproject,programandprocesstoconfirmprocessgraphiclayoutandequipment,generallayoutplan,isresponsiblefortheoveralllayoutofelectricalandoverallcontrolschemeresponsibleforcoordinatingandpromotingtheprogressoftheproject,responsibleforelectricaldesignvalidation,design,debugcommand,andguidetheprojectteamcompletedtheprojectresearch,testing,design,production,installationandcommissioning.
Aftertheimplementationofresearchprojectyieldedthedesiredresults:
ThePLCcontrolcarpaintingworkshop,themanualcontrolthanbeforetosavemoretimeandimproveefficientily,productyieldshavebeengreatlyimproved,andautomaticcontrolequipmentusedtocompletethespraycoatingofgoodqualityworktoextendtheservicelife.
Keywords:
coating,PLCcontrol,automobileframe
目录
目录0
1绪论1
1.1汽车涂装在生产的重要应用1
1.2汽车涂装线的发展1
1.3目前涂装线存在的问题1
1.4研究的目的和意义2
1.5本文的主要研究内容和工作2
2汽车涂装线的组成3
2.1电泳技术3
2.2汽车涂装技术要求4
2.3涂装线基本组成部分的作用4
2.4对涂装线自动控制系统的要求4
3涂装线自动化行车6
3.1自动化行车基本运行情况6
3.2自动化行车的设计要求7
3.3继电接触控制自动化行车7
4PLC控制自动化行车8
4.1可编程控制器技术8
４.１.1可编程序控制器的工作原理和分类8
４.１.2可编程序控制器的特点9
4.2PLC控制自动化行车10
4.3PLC控制设计10
4.3.1生产工艺流程10
4.3.2电气原理图11
4.3.3程序编写13
5结束15
5.1结论与展望15
5.2PLC的工业自动化15
1绪论
1.1汽车涂装在生产的重要应用
涂装对于汽车制造来说有两个重要作用：
1、增强汽车的防腐蚀能力。
2、增加汽车的外观美。
据资料表明，国内外每年因金属锈蚀造成的损失相当惊人。
由世界银行提供资料表明，1996年美国国民总产值为74335亿美元，因金属腐蚀损失约为2000亿美元，约占国民生产总值的2.7%。
而汽车是以钢材金属为主的工业制品，若不能很好解决金属腐蚀问题，将严重影响汽车的使用寿命和外观，因此汽车自问世，就与涂装结下了不解之缘。
1.2汽车涂装线的发展
国内汽车涂装业主要经历了以下几个阶段：
1、五十年代到六十年代中期，国内只有长春第一汽车厂一个专业制造汽车的厂家，汽车涂装主要是引进前苏联的汽车车身涂装生产线，操作方式均为手工操作，喷漆室为简易的侧抽风水幕式，输送方式采用普通悬挂链，涂装工艺水平不高。
2、六十年代中期到八十年代中期，随着国外汽车的发展以及国内二汽和上汽的建成投产，汽车涂装技术有了一个大的提高，开发并采用了阳极电泳涂装以及湿碰湿面漆涂装工艺，表面活性剂清洗、辐射烘干和静电喷涂等涂装技术。
3、八十年代中期到九十年代中期，随着轿车生产线的引进，国内汽车涂装技术也进入了前处理磷化处理、阴极电泳涂装和面漆自行静电喷涂等先进涂装技术。
4、九十年代中期到现在，随着欧美日不同系统的轿车车型的不断引进，我国轿车进入规模化、现代化的生产阶段，汽车涂装技术水平也跨入了世界较先进行列，机器人自动静电喷涂技术、全浸式磷化处理、阴极电泳涂装技术、滑撬输送系统、集中送排风的大型上送风下抽风喷漆室、带废气处理的燃烧炉（TAR）烘干炉系统、中央控制技术等国际先进的汽车涂装技术和装备在轿车涂装行业得到了广泛的应用和发展。
由于国内重型载货汽车行业都是国内厂家自主研制的产品，生产设备要求不高，自动化程度不高，没有采用机器人自动静电喷涂，没有在前处理电泳底漆线采用双工位生产方式，多品种柔性化生产情况，重型载货汽车涂装线技术还处在一个比较低的技术水平。
1.3目前涂装线存在的问题
目前涂装线系统主要采用由继电器接点控制系统，其缺点：
由于采用固定接线形式没有灵活性和通用性，在工艺要求提出后才能实现系统化生产，并且采用触点开关动作，动作有延时并伴有电弧产生，造成触点损坏，以致动作不可靠维护不方便。
而且浪费了大量的劳动力资源，不利于工业自动化的发展。
1.4研究的目的和意义
工业自动化是现在和未来工业发展的必然之路。
对于涂装线生产,涂装设备的发展很快,不断有新技术现,不可能大量更新装备,旧的装备还需要在一段时间内发挥其潜力,这就需要在旧装备上进行一定的改造。
在电泳涂装生产线中引入PLC工业控制技术,使原有设备可靠性、稳定性得到改善,降低了工人的劳动强度,提高了生产效率,为今后电泳涂装生产线的改造提供了参考。
1.5本文的主要研究内容和工作
本文主要通过对目前汽车行业涂装线存在的一些不方便进行改进设计，引入现在常用的PLC来控制涂装过程，比起以前的人工控制节省了时间提高了工作效率，产品产量得到极大提高，而且利用自动控制设备完成的喷涂工作喷涂质量好，延长了使用寿命。
第一章主要介绍了汽车涂装在汽车生产中的重要性，以及目前汽车行业涂装线的组成及其存在的一些缺点。
第二章系统介绍汽车涂装线的组成，包括技术要求、参数设定和一些基本概念，是引进PLC控制的前提。
第三章着重阐述涂装线中自动化行车的运行原理和工作职能，并且在目前涂装线中引入自动化行车的现实意义，是本文的重要部分。
第四章重点介绍使用PLC控制自动化行车，其中有PLC的设计编程、控制布线、工艺设计等，是整篇文章的重中之重。
第五章主要对PLC在以后的自动化控制中做一个瞻望，以及对本设计的一个总结。
2汽车涂装线的组成
汽车涂装车间的控制系统主要分为三个层次：
监控层，控制层和设备层。
每个层次使用不同的网络结构及相应的软硬件配置，以实现不同的功能。
（本文只讨论控制层的设计，不涉及其他层的开发研究。
）控制层主要采用PLC控制单元以及现场总线接受来的现场数据（数字信号或模拟信号），经过PLC内的存储的控制程序的运算和处理后，发出相应的指令（输出信号）对现场设备进行控制。
涂装线主要由以下部分组成。
（1）前处理—电泳线：
包括前处理、电泳、电泳后冲洗、电泳烘干室及强冷室等。
（2）PVC线：
包括粗细密封照明工位、PVC喷胶室、PVC烘干室及强冷室等。
（3）中涂线：
包括底漆打磨室、中涂擦净喷漆室、晾干间、中涂烘干室等。
（4）面漆线：
包括钣金修理、中涂打磨间、面漆擦净喷漆室、晾干间、面漆干室及强冷等。
（5）修饰喷蜡点修补线：
包括面漆修饰工位、喷蜡间、点修补。
涂装流程如图2.1所示。
图2.1涂装流程
2.1电泳技术
电泳就是溶液中带电粒子（离子）在电场中移动的现象。
利用带电粒子在电场中移动速度不同而达到分离的技术称为电泳技术。
1937年瑞典学者A.W.K.蒂塞利乌斯设计制造了移动界面电泳仪，分离了马血清白蛋白的3种球蛋白，创建了电泳技术。
在确定的条件下，带电粒子在单位电场强度作用下，单位时间内移动的距离（即迁移率）为常数，是该带电粒子的物化特征性常数。
不同带电粒子因所带电荷不同，或虽所带电荷相同但荷质比不同，在同一电场中电泳，经一定时间后，由于移动距离不同而相互分离。
分开的距离与外加电场的电压与电泳时间成正比。
按分离原理的不同，电泳分为4类：
移动界面电泳、区带电泳、等电聚焦电泳和等速电泳。
本文所研究的涂装生产就是利用电泳技术完成对工件的涂装。
2.2汽车涂装技术要求
生产方式：
空中积放链
工件类型：
车身
电泳方式：
阴极电泳
工序：
如表2.1所示。
表2.1生产工序
序号
工序名称
处理方式
处理时间（min）
温度
（℃）
1
电泳前处理
常温
2
电泳前喷湿
喷
常温
3
阴极电泳
浸
3
28—32
4
电泳出槽喷淋
喷
5
UF1喷洗
喷
0.6
常温
6
UF2浸洗
浸
浸入即出
常温
7
纯水浸洗
浸
浸入即出
常温
8
新鲜纯水喷淋
喷
9
后处理
2.3涂装线基本组成部分的作用
（1）前处理：
车件用铸钢制造而成，由于在制造过程中的现场工艺，以及钢铁本身的特点极易造成车件生锈沾染油污，电泳前必须做除锈、除油、除酸、脱脂等处理。
（2）电泳：
将前处理后的车件放入电泳液中电泳，使车件完成涂漆工作。
（3）烘干：
将电泳完的车件送入烘干炉做烘干处理。
（4）滑橇：
传动设备，作用于前处理、电泳和烘干的整个过程，与各个过程配合完成整个车件涂装工作。
2.4对涂装线自动控制系统的要求
（1）电泳槽液的温度控制。
按照设定值进行温度自动控制，保证槽液温度范围在29～31℃之间。
（2）出槽喷淋。
在纯水洗、电泳、UF1水洗、UF2水洗工位，当工件出槽时，根据工艺要求自动识别工位，进行相应的新鲜纯水或超滤水槽上喷淋，提高和改善涂膜表面质量，减轻二次流痕。
（3）电泳。
按照定长时间分两段通不同的电压值，使槽液中的成膜物质泳涂到工件表面上。
（4）极液电导率控制。
按照设定值850μs/cm自动控制。
（5）槽液液位控制。
通过液位计、电磁阀实现PLC对电泳槽、极液槽的液位控制。
（6）各电动机的手动、自动起动和停机。
（7）实施监测并显示各设备的运行情况，可实现对生产线几个故障信息的自动声光报警。
3涂装线自动化行车
自动化行车具有自动化程度高、承载大、运行可靠、输送工件体积大、工件垂直升降、节省空间、适用多种工况等诸多优点，在许多自动化生产线得到推广和应用，如大型客车的车身、汽车的车架前处理自动化生产线，大规格型材表面处理自动化生产线、大型工件表面处理自动化生产线等，完全实现生产自动化，彻底解决了在这些恶劣生产线环境下工作时，存在的生产效率低、劳动强度高、对操作人员产生身体伤害等问题。
自动化程控行车由机械作业系统和自动化控制两部分组成。
其中机械作业系统包含有垂直升降机构、运行机构、安全装置、结构件等部分；自动化控制部分包含有上位监控机、PLC、变频器、检测元件等硬件部分以及管理程序、控制程序、故障检测程序等软件部分。
3.1自动化行车基本运行情况
电镀车间自动化行车是涂装车间专门为提高生产效率、促进生产自动化和减少劳动强度，提出制造的一种专用自动起吊设备。
它采用远距离控制，起吊重量可根据实际情况选择合适的电动机。
起吊物品是待进行电镀及表面处理的各种工件。
其具体流程图如图3.1所示。
图3.1自动化行车流程示意图
电镀车间有多个电镀槽，其作用各部相同，本系统只考虑五个电泳槽作用，分别为脱脂、酸洗、电泳、水洗。
实际情况是根据生产方需要具体设定。
本文设计五个电泳槽，分别标记为1槽、2槽…5槽。
在电镀生产线一侧，工人将待电镀零件装入吊篮，并发出信号，自动化行车便提升，到一定高度后自动逐段前进。
按工艺要求在需要停留的的槽位停止，然后自动下降，停留一段时间后再自动提升，再前进。
如此反复，完成电镀工艺规定的每一个工序，直到生产线末端，自动返回原位。
设备的机械结构与普通小型车身结构相似，跨度较小，但要求准确停稳，以便吊篮能准确进入电镀槽。
工作时，自动化行车除了能前进/后退与吊篮提升/下降运动外，还能调整吊篮小车的左右移动。
3.2自动化行车的设计要求
本系统由三台电动机控制完成，而且每台电动机都能实现正反转功能，分别由KM1、KM2控制电动机M1的正反转，由KM3、KM4和KM5、KM6分别控制前进后退电动机M2和升降电动机M3的正反转。
左右行电动机M1为短时点动工作，故不需要设过载保护，而M2、M3则有相应的热继电器保护
主电路有隔离开关QF控制。
为保证准确停位，M2与M3不会同时工作，有互锁作用，并且可以用同一直流电源实现能耗制动。
考虑到升降运动有一定的重量，在行车平移中需设置电磁阀抱闸制动。
3.3继电接触控制自动化行车
继电接触控制可以较好地完成设计工艺要求，而且成本比较低、易操作，在一些要求不高的生产线中得到了广泛的应用。
常用的继电接触电器主要有接触器、继电器、熔断器、断路器和隔离器等等。
由于继电器顺序逻辑控制系统有大量的活动触点和元器件，只要其中任一部件或触点故障，将造成系统的故障。
另外，它的体积和重量较大，维修的工作量也较大。
因此在某些自动化程度较高的生产系统中继电接触控制就不再满足要求，PLC控制就随之而产生。
4PLC控制自动化行车
4.1可编程控制器技术
可编程序控制器（PLC，Programmable Logic Controller）是由早期继电器控制系统与微型计算机技术相结合而产生的，它是以微处理器为主的一种工业控制仪表，它融计算机技术、控制技术和通信技术于一体，集顺序控制、过程控制和数据处理于一身，可靠性高、功能强大、控制灵活、操作维护简单。
为了使其生产和发展标准化，美国国际电工委员会于1952年颁布了可编程序控制器标准草案，1985年提交了第二版，1987年的第三版对可编程序控制器作了如下的定义：
“可编程序控制器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。
可编程序控制器及其有关的外围设备都应该按照易于与控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。
”总之，可编程控制器也是一台计算机，它是专为工业环境应用而设计制造的计算机。
它具有丰富的输入/输出接口，并且具有较强的驱动能力。
但可编程控制器产品并不针对某一具体工业应用，在实际应用时，其硬件需根据实际需要进行选用配置，其软件需根据控制要求进行设计编制。
随着微电子技术、大规模集成电路技术、计算机技术和通信技术等的发展，PLC在技术和功能上发生了飞跃。
在初期逻辑运算的基础上，增加了模拟量和PID调节等功能模块，形成了数值运算、闭环调节。
尤其是PLC把专用的数据高速公路（HIGHWAY）改成通用的网络，并逐步对各PLC生产厂家之间的通信规约规范化，使得PLC有条件和其它各种计算机系统和设备实现集成，以组成大型的控制系统，也使PLC系统具备了DCS的形态，使得PLC的应用拓展到连续过程控制领域，基于PLC的DCS系统目前在国内外都得到了广泛的应用。
４.１.1可编程序控制器的工作原理和分类
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。
（1）输入采样——检查各输入的开关状态，将这些状态数据存储起来为下一阶段使用。
（2）执行程序——然后PLC按用户程序中的指令逐条执行，但是把执行结果暂时存储起来。
（3）刷新输出——按第一阶段的输入状态，在第二阶段执行程序，在本阶段将确定的结果输出予以刷新。
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。
PLC对信号的输入、数据的处理和控制信号的输出分别在一个扫描周期的不同时间进行的方式有助于排除系统受到的干扰。
可编程控制器的设计思想是尽可能地利用当前先进的计算机技术去满足用户的需要，PLC与继电器接触器控制电路的一个本质区别就是除了必要的与外部物理世界的接口（即I/0点）外，其它的逻辑功能均在其内部实现。
这些逻辑功能不仅可以取代，而且远远超过诸如中间继电器、时间继电器等硬件逻辑所能达到的功能，从而为PLC在可靠性和便利性上形成特色奠定了基础。
根据PLC的功能可分类如下:
（l）逻辑控制。
（2）定时控制。
（3）计数控制。
（4）步进（顺序）控制。
（5）PID控制。
（6）数据控制:
PLC具有数据处理能力。
（7）通信和联网。
（8）其它:
PLC还有许多特殊功能模块，适用于各种特殊控制的要求，如：
定位控制模块，CRT模块。
４.１.2可编程序控制器的特点
PLC的主要特点可概括如下:
1、高可靠性
（1）所有的I/O接口电路均采用光电隔离，使工业现场的外电路与PLC内部电路之间电气上隔离。
（2）各输入端均采用滤波器，其滤波时间常数一般为10~20ms。
（3）各模块均采用屏蔽措施，以防止辐射干扰。
（4）采用性能优良的开关电源。
（5）对采用的器件进行严格的筛选。
（6）良好的自诊断功能，一旦电源或其他软、硬件生异常情况，CPU立即采取有效措施，以防止故障造成的损失扩大。
（7）大型PLC还可以采用由双CPU构成冗余系统或者三个CPU构成表决系统，使可靠性更进一步提高。
2、采用模块化结构
为了适应各种工业控制需要，除了单元式的小型PLC以外，绝大多数PLＣ均采用模块化结构。
PLC的各个部件，包括CPU、电源、I/O等均采用模块化设计，由机架及电缆将各模块连接起来，系统的规模和功能可根据用户的需要自行组合。
3、丰富的I/O接口模块
PLC针对不同的工业现场信号，如开关量或模拟量、交流或直流、电压或电流、脉冲或电位、强电或弱电等，都有相应的I/O模块与工业现场的器件或设备等直接连接，如按钮、行程开关、接近开关、传感器及变送器、电磁线圈、控制阀等。
另外，为了提高操作性能，它还有多种人—机对话的接口模块；为了组成工业局部网络，它还有多种通讯联网的接口模块，等等。
4、编程简单易学
PLC的编程大多采用类似于继电器控制线路的梯形图形式，对使用者来说，不需要具备计算机的专门知识，因此很容易被一般工程技术人员所理解和掌握。
5、安装简单，维修方便
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端相连接即可。
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。
由于采用了模块化结构，一旦系统中某模块发生故障，用户可以通过更换模块的方法，使系统迅速恢复运行。
4.2PLC控制自动化行车
PLC要完成自动化行车控制系统的功能
（1）开关量输入：
如电动机手动/自动控制信号、电动机过载信号、工件到位信号
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