電鍍生產(chǎn)線(xiàn)課程設(shè)計(jì)

1、淮 海 工 學(xué) 院課程設(shè)計(jì)報(bào)告書(shū)課程名稱(chēng)： 電氣控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì) 題 目： 電鍍生產(chǎn)線(xiàn)電氣控制設(shè)計(jì) 系（ 院）： 電子工程學(xué)院 學(xué) 期： 2010-2011-2 專(zhuān)業(yè)班級(jí)： D電氣081 姓 名： 侯智勇 學(xué) 號(hào)： 510823142 評(píng)語(yǔ)：成績(jī)： 簽名：日期：目錄1 緒論 31.1 國(guó)內(nèi)外PLC的最新發(fā)展趨勢(shì) 31.2 基于PLC的電鍍行車(chē)的控制系統(tǒng)的概述 41.3 課題的選題背景及意義 42設(shè)計(jì)任務(wù)與要求 52.1 工作過(guò)程說(shuō)明 52.2 設(shè)計(jì)思路 52.2.1 電鍍專(zhuān)用行車(chē)結(jié)構(gòu)示意圖 52.2.2硬件 62.2.3 電氣元件的明細(xì)表 63系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 73.1 PLC機(jī)型選擇 73.1

2、.1 確定I/O 73.1.2 PLC容量選擇 73.1.3 確定PLC 8S7-200CPU 226 CN參數(shù)表 93.2主電路的設(shè)計(jì) 93.2 I/O分配表及其端子接線(xiàn)圖 104系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 124.1梯形圖設(shè)計(jì) 124.2 程序圖仿真 145 心得體會(huì) 166 參考文獻(xiàn) 17摘 要:電鍍行車(chē)生產(chǎn)線(xiàn)自動(dòng)化的程度在德國(guó)、意大利、美國(guó)等國(guó)家的發(fā)展水平已經(jīng)較高，而在我國(guó)尚處于發(fā)展階段。本課題以行業(yè)現(xiàn)狀為出發(fā)點(diǎn)，結(jié)合其他行業(yè)自動(dòng)控制技術(shù)的應(yīng)用情況，提出了基于PLC的電鍍行車(chē)自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)的設(shè)計(jì)，并通過(guò)應(yīng)用機(jī)械、可編程序控制器(PLC等多項(xiàng)專(zhuān)門(mén)技術(shù)開(kāi)發(fā)的自動(dòng)生產(chǎn)系統(tǒng)。本文首先分析和制定了該生產(chǎn)線(xiàn)的整體

3、設(shè)計(jì)思想和方案，確保了該生產(chǎn)線(xiàn)系統(tǒng)具備真正的自動(dòng)化生產(chǎn)能力且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。在該生產(chǎn)線(xiàn)的控制系統(tǒng)中，采用了高可靠性，高穩(wěn)定性，編程簡(jiǎn)單，易于使用，而且廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)線(xiàn)過(guò)程控制中的控制器PLC。詳細(xì)分析了輸送系統(tǒng)設(shè)備保護(hù)控制電動(dòng)機(jī)原理圖、程序框圖、PLC系統(tǒng)外部接線(xiàn)圖。分層次詳細(xì)闡述了整個(gè)高度自動(dòng)化輸送系統(tǒng)的目標(biāo)及功能，使高度自動(dòng)化輸送系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)更加清晰，層次更加分明，具有非常強(qiáng)的實(shí)用性。關(guān)鍵詞：自動(dòng)電鍍生產(chǎn)線(xiàn)；自動(dòng)控制技術(shù)；可編程控制器（PLC）；機(jī)械手1緒論1.1 國(guó)內(nèi)外PLC的最新發(fā)展趨勢(shì)長(zhǎng)期以來(lái)，PLC始終處于工業(yè)自動(dòng)化控制領(lǐng)域的主戰(zhàn)場(chǎng)，為各種各樣的自動(dòng)化控制設(shè)制應(yīng)用。其主要原因，

4、在于它能夠?yàn)樽詣?dòng)化控制應(yīng)用提供安全可靠和比較完善的解決方案，適合于當(dāng)前工業(yè)企業(yè)對(duì)自動(dòng)化的需要。另一方面，PLC還必須依靠其他新技術(shù)來(lái)面對(duì)市場(chǎng)份額逐漸縮小所帶來(lái)的沖擊，尤其是工業(yè)PC所帶來(lái)的沖擊。PLC需要解決的問(wèn)題依然是新技術(shù)的采用、系統(tǒng)開(kāi)放性和價(jià)格。PLC技術(shù)展的最終趨勢(shì)仍然是人們所爭(zhēng)論的焦點(diǎn)之一。大多數(shù)人認(rèn)為，PLC將會(huì)繼續(xù)失去市場(chǎng)份額；更有甚者認(rèn)為，在工業(yè)PC面前，PLC將會(huì)一步一步走向死亡；但也有一部分人相信，一些特殊工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域仍將為PLC提供一定的市場(chǎng)份額。在全球工業(yè)計(jì)算機(jī)控制領(lǐng)域，圍繞開(kāi)放與再開(kāi)放過(guò)程控制系統(tǒng)、開(kāi)放式過(guò)程控制軟件、開(kāi)放性數(shù)據(jù)通信協(xié)議，已經(jīng)發(fā)生巨大變革，幾乎到處都有

5、PLC，但這種趨勢(shì)也許不會(huì)繼續(xù)發(fā)展下去。隨著軟PLC(SoftPLC控制組態(tài)軟件技術(shù)的誕生與進(jìn)一步完善和發(fā)展，安裝有SoftPLC組態(tài)軟件和基于工業(yè)PC控制系統(tǒng)的市場(chǎng)份額正在逐步得到增長(zhǎng)，這些事實(shí)使傳統(tǒng)PLC供應(yīng)商在思想上已經(jīng)發(fā)生了戲劇性的變化，他們必須面對(duì)現(xiàn)實(shí)，在傳統(tǒng)PLC的技術(shù)發(fā)展與提高方面作出更加開(kāi)放的高姿態(tài)。對(duì)于控制軟件來(lái)講，這是PLC控制器的核心，PLC供應(yīng)商正在向工業(yè)用戶(hù)提供開(kāi)放式的編程組態(tài)工具軟件，而且對(duì)于工業(yè)用戶(hù)表現(xiàn)得非常積極。此外，開(kāi)放式通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)也得到了突破，其結(jié)果是將PLC融入更加開(kāi)放的工業(yè)控制行業(yè)。PLC制造商已經(jīng)開(kāi)始注視基于工業(yè)PC控制技術(shù)所帶來(lái)的強(qiáng)大沖擊。有專(zhuān)家甚

6、至認(rèn)為，新商務(wù)活動(dòng)所帶來(lái)的新技術(shù)和開(kāi)放技術(shù)規(guī)范將會(huì)埋葬傳統(tǒng)PLC。PLC制造商認(rèn)為，雖然在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)安裝有大量的PLC控制設(shè)備，但他們?nèi)匀恍枰?lián)合工控軟件公司，以便開(kāi)發(fā)他們自己的基于工業(yè)PC的過(guò)程控制軟件。1.2 基于PLC的電鍍行車(chē)的控制系統(tǒng)的概述PLC是一種專(zhuān)門(mén)為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置，它具有可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)；配套齊全，功能完善，適用性強(qiáng)；易學(xué)易用，深受工程技術(shù)人員歡迎；系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、建造工作量小，維護(hù)方便，容易改造；體積小，重量輕，能耗低等特點(diǎn)。一件電鍍產(chǎn)品的質(zhì)量除了要有好的成熟的電鍍工藝和品質(zhì)好的鍍液添加劑外，如何保證電鍍產(chǎn)品嚴(yán)格按照電鍍工藝流程運(yùn)行和保證產(chǎn)品

7、的電鍍時(shí)間則是決定電鍍產(chǎn)品質(zhì)量和品質(zhì)的重要因素。在電鍍生產(chǎn)線(xiàn)上采用自動(dòng)化控制不但可以使電鍍產(chǎn)品的質(zhì)量和品質(zhì)得到嚴(yán)格的保證，有效的減少?gòu)U品率，而且還可以提高生產(chǎn)效率和減輕 工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，有著非常好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，電鍍生產(chǎn)線(xiàn)上對(duì)行車(chē)的自動(dòng)控制則是電鍍生產(chǎn)線(xiàn)自動(dòng)化控制的關(guān)鍵。 因此用PLC來(lái)設(shè)計(jì)整個(gè)控制系統(tǒng)是不錯(cuò)的選擇。1.3 課題的選題背景及意義電鍍的目的是在基材上鍍上金屬鍍層，改變基材表面性質(zhì)或尺寸.電鍍能增強(qiáng)金屬的抗腐蝕性(鍍層金屬多采用耐腐蝕的金屬、增加硬度、防止磨耗、提高導(dǎo)電性、潤(rùn)滑性、耐熱性和表面美觀。通過(guò)電鍍，可以在機(jī)械制品上獲得裝飾保護(hù)性和各種功能性的表面層，還可以修復(fù)磨損和

8、加工失誤的工件。隨著社會(huì)的發(fā)展，人們的審美觀也有了一定的改變。各種各樣的裝飾用品也大量出現(xiàn)在人們的生活和工作中，其中也有不少的金屬制品，為了使這些金屬裝品既美觀又耐用電鍍就很有必要了。2設(shè)計(jì)任務(wù)與要求2.1 工作過(guò)程說(shuō)明圖2-1 電鍍生產(chǎn)線(xiàn)控制的工作過(guò)程在電鍍生產(chǎn)線(xiàn)左側(cè)、工人將零件裝入行車(chē)的吊籃并發(fā)出自動(dòng)啟動(dòng)信號(hào)，行車(chē)提升吊籃并自動(dòng)前進(jìn)。按工藝要求在需要停留的槽位停止，并自動(dòng)下降。在停留一段時(shí)間后自動(dòng)上升，如此完成工藝規(guī)定的每一道工序直至生產(chǎn)線(xiàn)末端，行車(chē)便自動(dòng)返回原始位置，并由工人裝卸零件。 原位：表示設(shè)備處于初始狀態(tài)，吊鉤在下限位置，行車(chē)在左限位置。 自動(dòng)工作過(guò)程：?jiǎn)?dòng)吊鉤上升上限行程開(kāi)關(guān)閉

9、合右行至1號(hào)槽 xk1行程開(kāi)關(guān)閉合吊鉤下降進(jìn)入1號(hào)槽內(nèi)下限行程開(kāi)關(guān)閉合電鍍延時(shí)吊鉤上升。由3號(hào)槽內(nèi)吊鉤上升，左行至右限位，吊鉤下降至下限位（即原位）。 連續(xù)工作：當(dāng)?shù)蹉^回到原點(diǎn)后，延時(shí)一段時(shí)間（裝卸零件），自動(dòng)上升右行。按照工作流程要求不停地循環(huán)。當(dāng)按動(dòng)“停止”按鈕，設(shè)備并不立即停車(chē)，而是返回原點(diǎn)后停車(chē)。 單周期操作：設(shè)備始于原點(diǎn)，按下啟動(dòng)按鈕，設(shè)備工作一個(gè)周期，然后停于原點(diǎn)。要重復(fù)第二個(gè)工作周期，必須再按一下啟動(dòng)按鈕。當(dāng)按動(dòng)“停止”按鈕，設(shè)備立即停車(chē)，按動(dòng)“啟動(dòng)”按鈕后，設(shè)備繼續(xù)運(yùn)行。 步進(jìn)操作：每按下啟動(dòng)按鈕、設(shè)備只向前運(yùn)行一步。2.2 設(shè)計(jì)思路2.2.1 電鍍專(zhuān)用行車(chē)結(jié)構(gòu)示意圖在電鍍生產(chǎn)

10、線(xiàn)一側(cè)，工人將待加工零件裝入吊籃，并發(fā)出信號(hào)，專(zhuān)用行車(chē)便提升并按工藝要求在需要停留的槽位停止，自動(dòng)下降，停留一定時(shí)間(各槽停留時(shí)間預(yù)先按工藝要求設(shè)定后自動(dòng)提升，如此完成電鍍工藝規(guī)定的每一道工序，直至生產(chǎn)線(xiàn)的末端自動(dòng)返回原位，卸下處理好的零件，重新裝料發(fā)出信號(hào)進(jìn)入下一個(gè)加工循環(huán)。為了適應(yīng)批量生產(chǎn)需要，電鍍車(chē)間專(zhuān)用行車(chē)的電氣控制系統(tǒng)要針對(duì)不同的工藝流程(例如鍍金、鍍銀、鍍鋅有程序預(yù)選和修改能力。設(shè)備機(jī)械結(jié)構(gòu)與普通小型行車(chē)結(jié)構(gòu)類(lèi)似，跨度較小，要求準(zhǔn)確停位，以便吊籃能準(zhǔn)確進(jìn)入電鍍槽內(nèi)。工作是除具有自動(dòng)控制的大車(chē)前后移動(dòng)與吊物上下移動(dòng)外，還有調(diào)整吊籃位置的小車(chē)左右移動(dòng)。生產(chǎn)線(xiàn)上鍍槽的數(shù)量，由用戶(hù)綜合各種

11、電鍍工藝的需要提出要求，電鍍種類(lèi)越多，則槽數(shù)也越多。圖2-2電鍍行車(chē)實(shí)物圖2.2.2硬件主控電路是用電機(jī)的正反轉(zhuǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)械手、行車(chē)的上下左右移動(dòng)。三相電機(jī)正反轉(zhuǎn)：通過(guò)改變按入電機(jī)電源相序來(lái)改變電機(jī)的轉(zhuǎn)向來(lái)實(shí)現(xiàn)，通常只耍將其中任意兩相對(duì)換就可以了，通常使用接觸器來(lái)實(shí)現(xiàn)。2.2.3 電氣元件的明細(xì)表 名稱(chēng)符號(hào)作用數(shù)量S7-200CPU 226 CN控制器1三相異步電機(jī)M大的控制行車(chē)，小的控制機(jī)械手2大4小交流接觸電器KM控制電機(jī)正反轉(zhuǎn)12行程開(kāi)關(guān)SQ行程控制18按鈕SB啟動(dòng)、停止和手動(dòng)控制7導(dǎo)線(xiàn)、熔斷器、熱繼電器、空氣開(kāi)關(guān)FU、FR連結(jié)各部件和保護(hù)電器若干表2-13系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 3.1 PLC機(jī)

12、型選擇 3.1.1 確定I/O通常IO點(diǎn)數(shù)是根據(jù)被控對(duì)象的輸入、輸出信號(hào)的實(shí)際需要，再加上1015的裕量來(lái)確定。I：20+20*15%=23O：14+14*15%=163.1.2 PLC容量選擇 存儲(chǔ)容量的選擇 ：用戶(hù)程序所需的存儲(chǔ)容量大小不僅與PLC系統(tǒng)的功能有關(guān)，而且還與功能實(shí)現(xiàn)的方法、程序編寫(xiě)水平有關(guān)。一個(gè)有經(jīng)驗(yàn)的程序員和一個(gè)初學(xué)者，在完成同一復(fù)雜功能時(shí)，其程序量可能相差25之多，所以對(duì)于初學(xué)者應(yīng)該在存儲(chǔ)容量估算時(shí)多留裕量。 PLC的IO點(diǎn)數(shù)的多少，在很大程序上反映了PLC系統(tǒng)的功能要求，因此可在IO點(diǎn)數(shù)確定的基礎(chǔ)上，按下式估算存儲(chǔ)容量后，再加2030的裕量。 存儲(chǔ)容量（字節(jié)）開(kāi)關(guān)量IO

13、點(diǎn)數(shù)×10 模擬量IO通道數(shù)×100 另外，在存儲(chǔ)容量選擇的同時(shí)，注意對(duì)存儲(chǔ)器的類(lèi)型的選擇。 3.1.3 確定PLC綜合3.1.1和3.1.2我選用西門(mén)子S7-200CPU 226 CNIO最大點(diǎn)數(shù)X256尺寸(W×H×D196×80×62 mm功耗DC/DC/DC時(shí)：11W，AC/DC/繼電器時(shí)：17W容量6KB 64KB 程序存儲(chǔ)器在線(xiàn)程序編輯時(shí)：16384bytes；非在線(xiàn)程序編輯時(shí)：24576bytes數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器10240bytes本機(jī)數(shù)字量輸入/輸出24輸入，16輸出數(shù)字I/O映象區(qū)256(128輸入/128輸出模擬I/O映

14、象區(qū)64(32輸入/32輸出允許最大的智能模塊7個(gè)模塊脈沖捕捉輸入24高速計(jì)數(shù)器總數(shù)6個(gè)脈沖輸出2個(gè)20kHz(僅限于DC輸出定時(shí)器總數(shù)256個(gè)（1ms：4個(gè)，10ms：16個(gè)，100ms：236個(gè)）接口2個(gè)RS-485接口PPI,DP/T波特率9.6，19.2和187.5kbaud自由口波特率1.2kbaud115.2kbaud每段最大電纜長(zhǎng)度使用隔離的中繼器：187.5kbaud可達(dá)1000米，38.4kbaud可達(dá)1200米；未使用隔離中繼器：50米最大站點(diǎn)數(shù)每段32個(gè)站，每個(gè)網(wǎng)絡(luò)126個(gè)站最大主站數(shù)32MPI連接共4個(gè)，2個(gè)保留(1個(gè)給PG，1個(gè)給OP輸入電壓DC/DC/DC時(shí)：20.

15、428.8VDC，AC/DC/繼電器時(shí)：85264VAC(4763Hz輸入電流DC/DC/DC時(shí)：150mA(僅CPU，24VDC，1050mA(最大負(fù)載，24VDC；AC/DC/繼電器時(shí)：80/40mA(僅CPU，120/240VAC，320/160mA(最大負(fù)載，120/240VAC沖擊電流DC/DC/DC時(shí)：12A（28.8VDC時(shí)）；AC/DC/繼電器時(shí)：20A（264VAC時(shí)）保險(xiǎn)(不可替換DC/DC/DC時(shí)：3A，250V時(shí)慢速熔斷；AC/DC/繼電器時(shí)：2A，250V時(shí)慢速熔斷電流限定1.5A峰值，終端限定非破壞性輸入隔離(現(xiàn)場(chǎng)與邏輯光電隔離：是；隔離組：500VAC，1分鐘輸入

16、電纜長(zhǎng)度最大屏蔽：500米(標(biāo)準(zhǔn)輸入；非屏蔽：50米(高速計(jì)數(shù)器輸入，300米(標(biāo)準(zhǔn)輸入輸出類(lèi)型DC/DC/DC時(shí)：固態(tài)-MOSFET(源型，AC/DC/繼電器時(shí)：干觸點(diǎn)輸出額定電壓DC/DC/DC時(shí)：24VDC；AC/DC/繼電器時(shí)：24VDC或250VAC輸出電壓范圍DC/DC/DC時(shí)：20.428.8VDC；AC/DC/繼電器時(shí)：530VDC或5250VAC輸出浪涌電流(最大DC/DC/DC時(shí)：8A，100ms；AC/DC/繼電器時(shí)：5A，4s(10%工作率時(shí)每點(diǎn)額定輸出電流(最大DC/DC/DC時(shí)：0.75A；AC/DC/繼電器時(shí)：2.0A每個(gè)公共端的額定輸出電流(最大DC/DC/DC

17、時(shí)：6A；AC/DC/繼電器時(shí)：10A輸出漏電流(最大DC/DC/DC時(shí)：10A；AC/DC/繼電器時(shí)：-輸出燈負(fù)載(最大DC/DC/DC時(shí)：5W；AC/DC/繼電器時(shí)：30W DC，200W AC接通電阻(接點(diǎn)DC/DC/DC時(shí)：0.3典型值(0.6最大值；AC/DC/繼電器時(shí)：0.2(新的時(shí)候最大值輸出電阻(邏輯到接點(diǎn)DC/DC/DC時(shí)：-，AC/DC/繼電器時(shí)：100M機(jī)械壽命周期DC/DC/DC時(shí)：-；AC/DC/繼電器時(shí)：10,000,000(無(wú)負(fù)載觸點(diǎn)壽命DC/DC/DC時(shí)：-；AC/DC/繼電器時(shí)：100,000(額定負(fù)載同時(shí)接通的輸出55時(shí)，所有的輸出(水平安裝，45時(shí)，所有的

18、輸出(垂直安裝輸出電纜長(zhǎng)度(最大屏蔽：500米；非屏蔽：150米表3-1 S7-200CPU 226 CN參數(shù)表3.2主電路的設(shè)計(jì)電氣原理圖是根據(jù)電氣控制系統(tǒng)的工作原理，采用電器元件展開(kāi)的形式，利用圖形符號(hào)和項(xiàng)目符號(hào)表示電路各電器元件中導(dǎo)電部件和接線(xiàn)端子連接關(guān)系的電路圖。電氣原理圖并不按電器元件實(shí)際布置來(lái)繪制，而是根據(jù)它在電路中所起的作用畫(huà)在不同的部位上。電氣原理圖具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、層次分明的特點(diǎn)，適合研究和分析電路工作原理，在設(shè)計(jì)研發(fā)和生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)等方面得到廣泛應(yīng)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(shè)計(jì)中我們著重分析了主電路圖。在本設(shè)計(jì)中，根據(jù)電鍍生產(chǎn)線(xiàn)的工藝要求，只需用兩臺(tái)電機(jī)分別

19、控制吊鉤的上升、下降和行車(chē)的左行、右行。主電路如圖2-1。圖2-1中，接觸器KM1，KM2控制電動(dòng)機(jī)M1的正、反轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)吊鉤的上升和下降，接觸器KM3，KM4控制電動(dòng)機(jī)M2的正、反轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)行車(chē)的前進(jìn)和后退。圖3-1 主電路圖3.2 I/O分配表及其端子接線(xiàn)圖在本次系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，我們定義的I/O分配表如表2-1所示。將13個(gè)輸入信號(hào)和5個(gè)輸入信號(hào)按各自的功能類(lèi)型分好，并與PLC的I/O點(diǎn)一一對(duì)應(yīng)，編排地址如下表。數(shù)字量擴(kuò)展模塊的地址分配是從最靠近CPU模塊的數(shù)字量模塊開(kāi)始，在本機(jī)數(shù)字量地址的基礎(chǔ)上從左到右按字節(jié)連續(xù)遞增，本模塊高位實(shí)際位數(shù)未滿(mǎn)8位的，未用位不能分配給I/O鏈的后續(xù)模塊，模擬量擴(kuò)展模塊的地址是從最靠近CPU模塊的模擬量模塊開(kāi)始，在本機(jī)模擬量地址的基礎(chǔ)上從左到右按字遞增。我們定義的I/O端子接線(xiàn)圖如圖2-2所示。由圖表可以看出,PLC控制系統(tǒng)的輸入信號(hào)有13個(gè)，均為開(kāi)關(guān)量。其中單操作按鈕開(kāi)關(guān)2個(gè)，行程開(kāi)關(guān)3個(gè)，限位開(kāi)關(guān)5個(gè)，選擇工作方式開(kāi)關(guān)3個(gè)。PLC控制系統(tǒng)的輸出信號(hào)有5個(gè)，其中2個(gè)用于驅(qū)