電氣控制技術課程設計電鍍車間專用行車PLC控制系統(tǒng)設計(6)

1、電氣控制技術課程設計說明書 電鍍車間專用行車plc控制系統(tǒng)設計系 、 部： 電氣與信息工程系 學生姓名： 指導教師： 職稱 教 授 專 業(yè)： 自 動 化 班 級： 自本0803班 完成時間： 2011-11-11 摘 要通過對可編程邏輯器（plc）進行軟件編程，通過子程序的調用的方法對電鍍行車關于不同的槽位進行選擇性行車。從而實現(xiàn)電鍍程序的預選功能。通過設計電機控制主電路，plc外部接線等一些必要的硬件電路的設計，實現(xiàn)電鍍車間專用行車的專用硬件電路。通過軟件和硬件電路的結合，設計實現(xiàn)了電鍍車間專用行車系統(tǒng)的設計。 關鍵詞 可編程控制器；電鍍行車；硬件設計；軟件設計abstract throug

2、h to the programmable logic controller (plc) software programming, through the subroutine calls the method of driving about different plating slots for selective driving. so as to realize the electroplating process primary function. through the design of main circuit motor control, plc external conn

3、ection and others, some necessary hardware circuit design, realization of electroplating workshop special driving special hardware circuit. through the combination of software and hardware circuit, electroplating workshop designed special driving system design. key words programmable controller; ele

4、ctroplating driving; the hardware design; software design目錄1 緒論101.1 plc 概述101.2 電鍍生產線的系統(tǒng)簡介101.3 可編程序控制器的基本結構及工作原理111.4 plc的技術參數(shù)121.5 電鍍車間行車plc控制的電氣要求121.5.1 拖動系統(tǒng)121.5.2 設計要求121.5.3 設計任務131.6電鍍行車plc控制的優(yōu)勢132 總體方案設計142.1 行車動作設計142.2 總體方案選擇152.2.1 拖動方案選擇152.2.2槽位選擇設計的方案選擇152.2.3信號檢測裝置選擇152.2.4指示顯示方案選擇1

5、52.2.5工作方式方案選擇162.2.6保護方案選擇162.3程序設計163 主電路設計173.1 控制電機主電路174 plc控制系統(tǒng)設計184.1 plc 的選型184.2 plc主機資源分配194.3 plc外部接線圖204.4 控制梯形圖214.5 語句表254.6 測試調試285 參考文獻30致 謝311 緒論1.1 plc 概述 plc是一個以微處理器為核心的數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)裝置，專為在 工業(yè)入、輸出接口，控制各種類型的機械或生產過程。plc是微機技術與傳統(tǒng)的繼電接觸控制技術相結合的產物，它克服了繼電接觸控制系統(tǒng)中的機械觸點的接線復雜、可靠性低、功耗高、通用性和靈活性差的缺

6、點，充分利用了微處理器的優(yōu)點，又照顧到現(xiàn)場電氣操作維修人員的技能與習慣，采用了一套以繼電器梯形圖為基礎的簡單指令形式，使用戶程序編制形象、直觀、方便易學；調試與查錯也都很方便。 plc的特點：可靠性高，抗干擾能力強；套齊全，功能完善，適用性強；易學易用，深受工程技術人員歡迎；系統(tǒng)的設計、建造工作量小，維護方便，容易改造；體積小，重量輕，能耗低； plc的應用領域：目前，plc在國內外已廣泛應用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機械制造、汽車、輕紡、交通運輸、環(huán)保及文化娛樂等各個行業(yè)，使用情況大致可歸納為如下幾類。 plc的國內外狀況：我國可編程控制器的引進、應用、研制、生產是伴隨著改革開放開始的

7、。最初是在引進設備中大量使用了可編程控制器。接下來在各種企業(yè)的生產設備及產品中不斷擴大了plc的應用。目前，我國自己已可以生產中小型可編程控制器，可以預期，隨著我國現(xiàn)代化進程的深入，plc在我國將有更廣闊的應用天地。1.2 電鍍生產線的系統(tǒng)簡介 現(xiàn)有的電鍍生產工藝，生產工藝數(shù)據輸入十分繁瑣，現(xiàn)場操作人員眾多、勞動強度大，極易造成生產工藝參數(shù)、生產數(shù)量、掛具匹配錯誤。為了達到提高電鍍生產線的自動化生產水平，實現(xiàn)對電鍍生產的實時監(jiān)控，提高生產效率、生產的安全性，提高產品的性能，在電鍍生產線中引入rfid技術，即無線射頻技術對整個電鍍生產流程進行監(jiān)控. 目前對于制造業(yè)企業(yè)，特別是對零配件生產能夠大大

8、解決生產問題，市場需求量大1.3 可編程序控制器的基本結構及工作原理 plc種類繁多，但其組成結構和工作原理基本相同。用可編程序控制器實施控制，其實質是按一定算法進行輸入輸出變換，并將這個變換予以物理實現(xiàn)，應用于工業(yè)現(xiàn)場。plc專為工業(yè)現(xiàn)場應用而設計，采用了典型的計算機結構，它主要是由cpu、電源、存儲器和專門設計的輸入輸出接口電路等組成。plc的結構框圖如圖1所示。 圖1 plc單元式結構1.4 plc的技術參數(shù)一般技術參數(shù)主要是指plc產品的工作條件與一般工作環(huán)境的適應程度。plc是專為工業(yè)控制設計的，充分考慮了工業(yè)環(huán)境種種惡劣因數(shù)。其技術指標如表1所示。 表1 plc的一般技術參數(shù)環(huán)境溫

9、度055環(huán)境濕度35%89%rh（不結露）抗振jis c0911標準 1055hz 0.5mm（最大2g）3軸方向各2h抗沖擊jis c0912標準10g 3軸方向各3次抗噪聲干擾用噪聲仿真器產生電壓為1000vp-p, 噪聲脈沖寬度為1s,頻率為30100hz噪聲，在此噪聲干擾下plc正常工作耐壓ac 1500v 1min絕緣電阻5m以上，dc 500v接地第三種接地，不能接地時，亦可浮空使用環(huán)境禁止腐蝕性氣體，嚴禁塵埃1.5 電鍍車間行車plc控制的電氣要求1.5.1 拖動系統(tǒng)專用行車的小車、大車和升降運動均采用三相交流異步電動機（y802-4，0.75kw、2a、1390r/min、38

10、0v）分別拖動，并采用一級機械減速。1.5.2 設計要求 （1）控制裝置具有程序預選功能（按電鍍工藝確定需要停留工位），一旦程序選定，除上、下裝卸零件，整個電鍍工藝應能自動進行。 （2）前后運動和升降運動要求準確停位，前后、左右、升降運動之間有聯(lián)鎖作用。 （3）采用遠距離控制，整機電源及各種動作要有相應指示。 （4）應有極限位置保護和其它必要的電氣保護措施。1.5.3 設計任務 （1）根據控制要求設計程序及必要的硬件系統(tǒng)。 （2）plc選擇及i/o及其它plc元器件分配。 （3）選擇電器元件，編制元件目錄表。 （4）繪制梯形圖。 （5）用計算機繪制主電路圖、plc控制電路圖、電器元件布置圖。6

11、編寫設計說明書及設計小結。1.6電鍍行車plc控制的優(yōu)勢 目前市場上面主流的控制方式包括。plc、單片機、dsp、fpga、rpc等。其中dsp為精密微控制器，工作環(huán)境要求高，在電鍍車間的復雜環(huán)境中有很大的限制，單片機雖然使用的環(huán)境可以適應服裝的環(huán)境，但是由于起本身的資源限制，不能滿足稍微復雜的控制要求。fpga是通過硬件語言設計其控制功能的，因此不容易為其賦予復雜的控制算法，并且也不容易實現(xiàn)一些數(shù)學運算，并且其也是精密的微電子器件，對工作的環(huán)境有很高的要求。prc工業(yè)控制機，只能對特定的控制系統(tǒng)進行控制，并且成本也很高，需要的外部輔助器件太多。 采用plc對電鍍專用行車進行自動控制，簡化了電

12、氣控制系統(tǒng)的硬件和接線，減小了控制器的體積，進步了控制系統(tǒng)的靈活性，同時，plc有較完善自診斷和自保護能力，可以增強系統(tǒng)的抗干擾能力，進步系統(tǒng)的可靠性，應用表明，plc在舊電動行車的自動化改造和新型電動行車的設計中，有廣泛的應用遠景。 可編程控制器是70年代以來，計算機迅速發(fā)展在產業(yè)控制領域對順序控制有著重大意義的一種新興技術，由于它編程直接，方便，抗干擾能力強，產業(yè)控制中幾乎所有的順序控制都可簡單地由它完成，因而其應用愈來愈廣泛。電動行車是現(xiàn)代化生產中用于物料輸送的重要設備，傳統(tǒng)的控制方式下，大都采用人工操縱的半自動控制方式，在很多場合，為了進步工作效率，促進生產自動化和減輕勞動強度，往往需

13、要實現(xiàn)電動行車的自動化控制，實現(xiàn)自動化控制，可以使行車能夠按照預定順序和控制要求，自動完成一系列的工作。2 總體方案設計2.1 行車動作設計 總體方案是通過控制三臺電動機，控制行車的前進后退到達不同的電鍍槽位，上行下行實現(xiàn)電鍍過程，以及必要的時候做左右的調整。選擇功能的實現(xiàn)是通過選擇不同的旋動開關，以使行車在選擇的不同的槽位停止去實行電鍍的動作，以下圖2是設計方案的行車動作流程圖。圖2 行車動作流程圖2.2 總體方案選擇2.2.1拖動方案選擇 由于行車的動作具有很好的可控制性，并且需要迅速頻繁的連續(xù)開關電機。電鍍過程中會電鍍槽有熱量產生，并且電鍍槽里面的電鍍液不能有其他的雜志存在，再有就是由于

14、現(xiàn)在變頻器的迅速發(fā)展，為交流三相電機的無級調速的實現(xiàn)成為可能，因此就不選擇使用液壓馬達做為拖動，而采用三相異步電動機做拖動。 為實現(xiàn)不同的槽位的精準位置停車，設計采用自帶剎車的電機。既可以節(jié)約左右制動用的接觸器等器件也可以節(jié)約能耗制動的能量。而且使用接近開關代替行程開關，以獲得更多的反應時間，然后在程序中使用一定的延時，保證行車的精準位置停車，并且使掛件不會因為運動的慣性，而發(fā)生撞擊的事故或者其他的意外。在平移過程中上下行的電機采用抱閘制動（失電保持型），以防止吊籃因為自重下滑導致事故。 對于防止運行在不同的位置停電或者是其他的原因停車，而不能重新啟動的事情發(fā)生，我采用了上下行和平移的點動操作

15、。2.2.2槽位選擇設計的方案選擇 不同的槽位選擇，在啟動電機以前要通過旋動開關的關閉選擇好，由于設計的行車是上料點和下料點分開，就不用考慮行車在中途就需要返回。只要在不同的槽位前面通過程序的設計就可以實現(xiàn)行車只在選擇的位置停車以及發(fā)生電鍍的要求。于是我設計采用調用子程序的方法來做的槽位選擇。2.2.3 信號檢測裝置選擇 在每一個槽位之前使用接近開關，可以比行程開關做到更加精準的停車，在左右平移的前后上限位置也使用接近開關，給plc更多的反應時間做到前后限位的保護。 每個槽位電鍍都做了上下限的行程開關。方便控制電鍍過程的電機動作。由于上下動作的時候速度很慢，為了節(jié)約輸入點和開關數(shù)量以及成本，就

16、沒有添加上下限保護的開關，因此為了保證上下行后行車在固定的導軌上面。上限位置的行程開關應該裝在適當?shù)奈恢谩?2.2.4指示顯示方案選擇 在不同的槽位前面添加到位提示，給原點和下料點增加光指示，給電機前進運行的時候增加光指示。以保證可以通過光指示可以很好的了解行車的運行狀況。2.2.5 工作方式方案選擇由于使用plc對電鍍行車做控制的初衷就是為了使工作流程自動運行，是實際工作的時候因為一些外在的因素，像震動，人為，以及行車動作的慣性等，許多的時候需要對其做一些手動的調整，因此工作方式，既可以通過plc使其自動運行，也可以通過人工的手動，對其進行手動的調整。2.2.6 保護方案選擇在主電路以及整流

17、濾波電路中裝設熔斷器保護。給指示燈增加限流電阻做保護。給每一臺電動機裝設熱繼電器保護電機以及主電路。2.3程序設計 本題的主要的一個思想，或者說是難點就是選擇不同的開關實現(xiàn)不同的動作。因此我采用了使用調用子程序的方法。給每一個不同的槽位制定一個不同的子程序。因此拓展功能很強大，我可以根據不同的要求通過給子程序賦予不同的值或者改變子程序，就非常容易的給不同的電鍍件，賦予不同的電鍍要求下圖3即為一個子程序調用的流程框圖。圖3 子程序調用流程框圖3 主電路設計3.1 控制電機主電路電機采用3臺三相交流異步電動機（y802-4，0.75kw、2a、1390r/min、380v采用帶剎車的型號），電機驅

18、動行車的前進后退，上升下降動作。以及一臺電機，在萬一需要左右的調整的時候，通過電機的點動做調整。主電路設計包括了，過流過載保護，交流接觸器的觸頭驅動電機電路。通過主電路供給的三相交流電其中的2相，通過整流濾波后產生24v直流電，既可以供給plc的直流24v供電回路的電源，也在有必要的時候給電路增加能耗制動提供24v的直流電源。如下圖4所示。圖4電機控制主電路圖4 plc控制系統(tǒng)設計4.1 plc 的選型fx系列plc由基本單元、擴展單元、擴展模塊及特殊功能單元組成?；締卧╟pu、存儲器、輸入輸出口及電源，是plc的主要部分。擴展單元是用于增加i/o點數(shù)的裝置，內部沒有電源。擴展模塊用語增

19、加i/o點數(shù)及改變i/o比例，內部無電源，由基本單元或擴展單元供電。因擴展單元及擴展模塊無cpu，因此必須與基本單元一起使用。特殊功能單元是一些專門用途的裝置，如位置控制模塊、模擬量控制模塊、計算機通訊模塊等等。plc的選型在plc的應用設計當中非常的重要，目前在國內外生產的plc種類很多，在選用plc時應考慮以下幾點：1. 規(guī)模要適當輸入、輸出點數(shù)以及軟件對plc的功能及指令要求是選擇plc機型規(guī)模大小的重要依據。首先要有足夠的輸入、輸出點數(shù)，并留有一定的裕量（百分之十的備用量）。如果只是為了實現(xiàn)單機自動化，或者機電一體化產品，可選用小型的plc。如果控制系統(tǒng)較大，輸入、輸出點數(shù)較多，被控設

20、備較分散的，可選用中型或大型的plc。2. 功能要相當，結構要合理對于以開關量進行控制的系統(tǒng)，一般的低檔機就能滿足要求。對于以開關量控制為主，帶少量模擬量控制的系統(tǒng)，應選用帶a/d、d/a轉換，加減運算，數(shù)據傳送的低檔機。對于控制比較復雜，控制性能較高的系統(tǒng)，應選用中檔或高檔機。根據以上對plc的選型要求的嚴格分析，再對照我們所設計的電鍍生產線的控制系統(tǒng)的具體分析，我們所選用的控制系統(tǒng)是三菱公司的fx2n-32mr-001，i/o點數(shù)各為16點，便可以滿足其控制要求，且有一定的裕量。根據該專用行車的控制要求，其輸進/輸出及控制信號共有39個，其輸進信號25個，輸出信號14個，實際使用時，系統(tǒng)的

21、輸入輸出都為開關控制量，加上10%15%的余量就可以了，并無其他特殊控制模塊的需要。由于其開關頻率不是很高，外部驅動的只是控制電機的正反轉以及開關。因此采用晶體管輸出的方式。綜上所述，擬采用三菱公司的fx2n-64mr型plc，如果需要增加一些槽位的時候可以再配用適當?shù)耐卣箚卧?，以滿足需要的更多的輸入輸出點。4.2 plc主機資源分配根據選用三菱fx2n-64mr plc主機。輸入輸出各32點。以下表2為io分配表。表2 plc主機io分配表4.3 plc外部接線圖 使用altium designer軟件（繪制電路板的軟件），通過把一些電氣元件的符號，制作成每一個庫文件，通過必要的操作制作成以

22、下的plc主機接線圖，如下圖5所示圖5 plc外部接線圖4.4 控制梯形圖 4.5 語句表 4.6 測試調試由于時間有限，在去實驗室測試一次發(fā)現(xiàn)問題后，就一直沒有去再去測試了，只是使用專用plc仿真模擬軟件對程序進行了基本的模擬。模擬結果如下。 測試結果一：下圖所示為調用子程序的時候的狀態(tài)模擬，當行車到達有預置的槽位一的時候調用子程序p1。執(zhí)行完子程序實現(xiàn)的電鍍過程的模擬過程后，返回到第20步程序，準備到達下一個預置槽位，調用相對應的子程序。操作說明：預置旋動開關x6閉合，并且接近開關x7閉合（既是行車到達了1槽位）。調用相對應的子程序，既是執(zhí)行電鍍過程。 測試結果二：下圖所示，當?shù)谝粋€預置槽

23、位過了以后，到達第二個槽位，自動調用p2子程序。符合題目自動運行的要求。 測試結果三：如下圖所示，為電鍍過程中子程序實現(xiàn)的電鍍模擬過程，原本設計的時候是希望。電鍍過程可以自行設定，但是由于時間有限并且所學的知識有限，于是我設計的時候定時器什么的就固定死了，從而電鍍的過程是通過子程序模擬死了的。沒有制作的非常的智能和人性化。 操作說明：x7接近開關到達，執(zhí)行電機下降，并且制動。當?shù)竭_下限x11的時候停止制動并且啟動電鍍定時器，定時器時間到，電機上行，并且到達上限停，并且電磁抱閘制動防止吊籃因為重力而自動掉下。 5 參考文獻1 史國生.電氣控制與可編程控制器技術.北京：化學工業(yè)出版社.20102 廖常初.plc基礎及應用m.北京：機械工業(yè)出版社.20093 賈德勝.plc應用開發(fā)實用子程序m.北京：人民郵電出版社.20064 鐘