[畢業(yè)設計精品]電鍍生產(chǎn)線控制系統(tǒng)的設計

1、電氣控制與plc原理及應用課程設計說明書電鍍生產(chǎn)線控制系統(tǒng)的設計學 生 姓 名： 學 號： 學 院： 機 電 工 程 學 院 專 業(yè)： 電 氣 自 動 化 技 術 班 級： 09 電 氣 2 班 題 目： 電鍍生產(chǎn)線控制系統(tǒng)的設計 指 導 教 師： 2011年 6月 21日電氣控制與plc原理及應用課程設計報告書電鍍生產(chǎn)線控制系統(tǒng)的設計 目錄一. 課題選題背景及意義1.1 基于plc電鍍生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)的概述1.2 課題的選題背景及意義二. 設計說明2.1 設計要求2.2 設計思路三.系統(tǒng)的硬件設計3.1 plc機型選擇3.2 i/o分配表及其端子接線圖3.3 主電路的設計3.4 電鍍生產(chǎn)線的

2、工作流程圖四.系統(tǒng)的軟件設計 五.調試及分析六.總結參考文獻 一. 課題選題背景及意義1.1 基于plc電鍍生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)的概述電鍍行車生產(chǎn)線自動化的程度在德國、意大利、美國等國家的發(fā)展水平已經(jīng)較高，而在我國尚處在發(fā)展階段。中國經(jīng)濟的高速發(fā)展，工業(yè)化進程的不斷深化，為自動化行業(yè)的迅猛發(fā)展提供了廣闊的空間。電鍍行業(yè)是我國重要的加工行業(yè)，據(jù)粗略估計，全國現(xiàn)有15000家電鍍生產(chǎn)廠，行業(yè)職工總數(shù)超過50萬人，現(xiàn)有5000多條生產(chǎn)線和2.53億平方米電鍍面積生產(chǎn)能力。電鍍行業(yè)年產(chǎn)值約為100億元人民幣。近十年來，鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)發(fā)展迅速電鍍行業(yè)企業(yè)規(guī)模普遍較小，年電鍍能力超過10000平方米的企業(yè)不足500

3、家。少數(shù)合資企業(yè)或正規(guī)專業(yè)化企業(yè)擁有國際先進水平的設備和設施，但是大多數(shù)中小企業(yè)仍在使用許多過時的技術和設備，大量的生產(chǎn)線為半機械化和半自動化控制，一些甚至為手工操作。工業(yè)電鍍生產(chǎn)線工位多、生產(chǎn)復雜，同時在電鍍中，其氧化、酸洗、堿洗、電鍍等許多工藝具有嚴重的化學污染和腐蝕，對人的身心健康十分不利，而且人工操作隨機性大，影響產(chǎn)品質量。傳統(tǒng)的方法是使用順序控制器，由于其電路復雜，接口多，受外界干擾大，工作可靠性差，維護也困難。采用plc有較完善的診斷和自保護能力，可以增強系統(tǒng)的抗干擾能力，提高系統(tǒng)的可靠性。1.2 課題的選題背景及意義電鍍就是利用電解的方式使金屬或合金沉積在工件表面，以形成均勻、致

4、密、結合力良好的金屬層的過程。簡單的理解，是物理和化學的變化和結合。隨著工業(yè)化生產(chǎn)的不斷細分，新工藝新材料的不斷涌現(xiàn)，在實際產(chǎn)品得到應用的設計效果也日新月異，電鍍是我們在設計中經(jīng)常要涉及到的一種工藝，而電鍍效果是我們使用時間較長，工藝也較為成熟的一種效果。對于這種工藝的應用在我們的產(chǎn)品上已經(jīng)非常多，而通過這種的處理我們通常可以得到一些金屬色澤的效果，如高光、亞光等，搭配不同的效果構成產(chǎn)品效果的差異性，通過這樣的處理為產(chǎn)品的設計增加一個亮點。電鍍工藝的應用我們一般作以下用途：a:防腐蝕b:防護裝飾c:抗磨損d:電性能（根據(jù)零件工作要求，提供導電或絕緣性能的鍍層）e:工藝要求。一件電鍍產(chǎn)品的質量除

5、了要有好的成熟的電鍍工藝和品質好的鍍液添加劑外，如何保證電鍍產(chǎn)品嚴格按照電鍍工藝流程運行和保證產(chǎn)品的電鍍時間則是決定電鍍產(chǎn)品質量和品質的重要因素。在電鍍生產(chǎn)線上采用自動化控制不但可以使電鍍產(chǎn)品的質量和品質得到嚴格的保證，有效的減少廢品率，而且還可以提高生產(chǎn)效率和減輕工人的勞動強度，有著非常好的經(jīng)濟效益和社會效益，電鍍生產(chǎn)線上對行車的自動控制則是電鍍生產(chǎn)線自動化控制的關鍵。電鍍生產(chǎn)線按照其工藝要求和規(guī)模一般設計有兩臺行車、三臺行車和四臺行車工作，每臺行車都根據(jù)已編制好的各自的程序運行；對于行車的自動控制，早期是采用繼電器邏輯電路和順序控制器，發(fā)展至今其控制方式已采用可編程控制器plc作為核心控制

6、部件，其控制更為安全、可靠、方便、靈活，自動化程度更高。用plc輔以變頻器對電鍍自動生產(chǎn)線行車進行自動控制，具有結構簡單、編程方便、操作靈活、使用安全、工作穩(wěn)定、性能可靠和抗干擾能力強的特點，是一種很有效的自動控制方式，是電鍍生產(chǎn)實現(xiàn)高效、低成本、高質量自動化生產(chǎn)的發(fā)展方向。二. 設計說明2.1 設計要求 根據(jù)電鍍生產(chǎn)線的工藝要求和控制流程，理清輸入/輸出信號的關系和狀態(tài)，列出i/o分配表，繪制plc硬件接線圖和順序功能圖，設計控制梯形圖程序或語句表。2.2 設計思路電鍍的工作流程如圖2.1：啟動吊鉤上升上限行程開關閉合右行至1號槽上方xk1行程開關閉合吊鉤下降進入1號槽下限行程開關閉合電鍍延

7、時吊鉤上升，由3號槽內吊鉤上升，然后左行至左限位，吊鉤下降至原位，即原位。按照要求，我們要實現(xiàn)以下工作方式：1、原位：表示設備處于初始狀態(tài)，吊鉤在下限位置，行車在左限位置。2、連續(xù)工作：當?shù)蹉^回到原點后，延時一段時間（裝卸零件），自動上升右行，按照工作流程要求不停的循環(huán)。3、 單周期工作：設備始于原點，按下啟動按鈕，設備工作一個周期，然后停于原點，要重復第二個工作周期，必須再按一下啟動按鈕。圖2.1電鍍的工作流程三.系統(tǒng)的硬件設計3.1plc機型選擇根據(jù)自動化電鍍生產(chǎn)線的控制要求，我們采用了德國西門子plc s7-200 cpu226型號，此類型plc無論獨立運行，還是聯(lián)接網(wǎng)絡都能完成各種控制

8、任務。它的使用范圍可以覆蓋從替代繼電器的簡單控制到復雜的自動控制。其應用領域包括各種機床、紡織機械、塑料機械、電梯等行業(yè)。s7-200 cpu226通訊功能完善，具有極高的性能價格比是很突出的特點，也是我們采用它的主要原因。 plc為此系統(tǒng)的控制核心，此系統(tǒng)的輸入信號有兩部分，一部分是原點、單周期、連續(xù)等面板控制按鈕，另一部分是多種行程開關，這些面板按鈕信號和傳感器信號作為plc的輸入變量，經(jīng)過plc的輸入接口輸入到內部數(shù)據(jù)寄存器， 然后在plc內部進行邏輯運算或數(shù)據(jù)處理后，以輸出變量的形式送到輸出接口，從而驅動電機來控制行車的運行和吊鉤的升降3.2 i/o分配表及其端子接線圖在本次系統(tǒng)設計中

9、，我們定義的i/o分配表如表3.1所示。將13個輸入信號和5個輸入信號按各自的功能類型分好，并與plc的i/o點一一對應，編排地址如下表。數(shù)字量擴展模塊的地址分配是從最靠近cpu模塊的數(shù)字量模塊開始，在本機數(shù)字量地址的基礎上從左到右按字節(jié)連續(xù)遞增，本模塊高位實際位數(shù)未滿8位的，未用位不能分配給i/o鏈的后續(xù)模塊，模擬量擴展模塊的地址是從最靠近cpu模塊的模擬量模塊開始，在本機模擬量地址的基礎上從左到右按字遞增。我們定義的i/o端子接線圖如圖3.2所示。由圖表可以看出,plc控制系統(tǒng)的輸入信號有13個，均為開關量。其中單操作按鈕開關2個，行程開關3個，限位開關5個，選擇工作方式開關3個。plc控

10、制系統(tǒng)的輸出信號有5個，其中2個用于驅動吊鉤電機正反轉接觸器km1、km2,2個用于驅動行車電機正反轉接觸器km3、km4，1個用于原位指示。表3.1 i/o分配表序號輸 入序號輸 出1i0.0上限位14q0.0上升2i0.1下限位15q0.1下降3i0.2左限位16q0.2右行4i0.3xk1行程開關17q0.3左行5i0.4xk2行程開關18q0.4原位6i0.5xk3行程開關19q0.5定時7i0.6原點開關8i0.7連續(xù)工作開關9i1.0啟動按鈕10i1.1停止按鈕12i1.3單周期按鈕13i1.4右限位圖3.2 i/o端子接線圖3.3主電路的設計圖3.3 電鍍生產(chǎn)線主電路圖電氣原理圖

11、是根據(jù)電氣控制系統(tǒng)的工作原理，采用電器元件展開的形式，利用圖形符號和項目符號表示電路各電器元件中導電部件和接線端子連接關系的電路圖。電氣原理圖并不按電器元件實際布置來繪制，而是根據(jù)它在電路中所起的作用畫在不同的部位上。電氣原理圖具有結構簡單、層次分明的特點，適合研究和分析電路工作原理，在設計研發(fā)和生產(chǎn)現(xiàn)場等方面得到廣泛應用。電氣原理圖一般分為主電路和輔助電路兩部分，在本次設計中我們著重分析了主電路圖。在本設計中，根據(jù)電鍍生產(chǎn)線的工藝要求，只需用兩臺電機分別控制吊鉤的上升、下降和行車的左行、右行。主電路如圖2-2。圖3.3中，接觸器km1，km2控制電動機m1的正、反轉，實現(xiàn)吊鉤的上升和下降，接

12、觸器km3，km4控制電動機m2的正、反轉，實現(xiàn)行車的前進和后退。3.4 電鍍生產(chǎn)線的工作流程圖我們根據(jù)設計要求繪制了整個系統(tǒng)的工作流程圖，以便可以更清楚的認識該生產(chǎn)線的生產(chǎn)全過程，整個系統(tǒng)的工作流程圖，如圖3-4所示。行車動作無非就是上下左右受控移動，按照指定的順序(即動作表)完成一系列的動作。要求有幾套動作表可以選擇，動作可以靜態(tài)修改，也可以在運行時由上位機動態(tài)修改。在這里，我們把行車的一個動作定義為：“到幾號工位上升，再到幾號工位下降”，或者是“延時幾秒”，每個動作表由若干個動作字組成，放在plc 的數(shù)據(jù)寄存器里，動作表由plc程序初始化，也可以在運行時通過串行通訊由上位機讀取和修改，p

13、lc程序在運行時只是不斷地解釋和執(zhí)行動作表。圖3.4 電鍍生產(chǎn)線工作流程圖四.系統(tǒng)的軟件設計控制梯形圖程序設計圖4.1 梯形圖五.調試及分析將編好的plc控制程序梯形圖導入s7-200仿真軟件中，打開run運行狀態(tài)進行仿真調試。通過調節(jié)按鈕開關對程序進行驗證，觀察現(xiàn)象來確定程序是否可行。按照i/o分配表的語句說明找到指定的開關按鈕，按照設計流程方案進行調試，通過按動不同的開關按鈕來觀察程序運行情況，并修改，直到達到要求后。通過對各種不同工作狀態(tài)的假設仿真來完成各種不同的工作情況，將設計思路中的工作流程完成就說明該次設計成功。將可行的梯形圖程序下載到s7-200實驗箱中運行操作。六.總結電鍍是一

14、門具有悠久歷史的表面處理技術，近幾年來，隨著新的工藝技術方法，尤其是一些新的鍍層材料和復合電鍍技術的出現(xiàn)，極大擴展了這一項表面處理技術的應用。并使其成為現(xiàn)代表面工程技術的重要組成部分。那么，通過我們這次對電鍍生產(chǎn)線控制系統(tǒng)的設計不僅讓我們更多的了解到了電鍍這個工藝的發(fā)展前景，而且讓我們重新認識了用plc來設計控制系統(tǒng)的使用價值，整個設計對我們來講是一次很大的鍛煉，使我們對專業(yè)知識有了進一步的提高。 在該組成員的極力配合下，該電鍍生產(chǎn)線控制系統(tǒng)的設計基本完成，在設計當中我們充分考慮到了操作的方便性，元件的實惠性和工藝的簡單性。在設計當中我們的基本參考資料是基于教科書，再通過各種途徑獲取更詳細的資料設計該控制系統(tǒng)的。 plc的編程是我們整個設計最主要的一部分，我們的編程是采用梯形圖編程語言，所有的編寫步驟和編寫要點是嚴格按照課本要求和教科老師的指導來編寫的，所以整個編寫的過程是相當嚴謹?shù)?。而且我們編寫程序之前對電鍍生產(chǎn)線的工作流程做了詳細的分析，每個步驟考慮都很嚴密，所以總的來說，這個系統(tǒng)的設計是比較好的。 但是在編寫的過程中我們還是遇到了很多問題，這樣的系統(tǒng)如果能夠實際驗證的話會很到程度上提高我們的動手能力。而且在編寫過程中有一些小的細節(jié)我們也沒有考慮到，如果說能夠有足夠的條件