电镀行车的自动化控制毕业设计论文.doc

存档日期： 存档编号： 安 徽 师 范 大 学本科生毕业论文（设计）论 文 题 目： 电镀行车的自动化控制 姓 名： 李相旭 院 系： 专业、年级、班组： 指 导 教 师： 安徽师范大学科文学院印制 安徽师范大学毕业设计（论文）任务书 院（系） 机械设计制造及自动化专业 班 学生 一、设计题目：电镀行车的自动化控制二、设计任务要求及原始资料：本电镀行车是电镀车间的自动送料和起吊设备,它由传送带和行车这两个基本部分组成，而行车又由大车、小车和吊钩等部分组成。其中，传送带、大车、小车和吊钩由电动机拖动,作前后、左右、上下运动。用来进行电镀和表面处理的容器是15号槽，依次盛有酸液、清水、锌液、铬液、镍镉液，可分别用来对产品零件进行除锈、清洗、镀锌、镀铬和镀镍镉等处理。 1 齐占庆,王振臣. 机床电气控制 M.北京：机械工业出版社，20072 周军. 电气控制及PLC M.北京：机械工业出版社，20013 吴惕华.机械制造自动化M.北京：机械工业出版社, 2006三、设计时间： 2012 年 3 月 20 日至 2012 年 5 月 30日指导老师： （签名） 教学院长： （签名）目 录摘 要 前 言 绪 论1第1章 电镀行车控制系统的总体方案论证31.1 电镀行车概述31.1.1电镀行车的基本结构31.1.2 电镀行车的工作原理41.2 对电镀行车控制系统的设计要求6第2章 硬件设计82.1 行车梁的强度刚度计算82.1.1 强度的校核82.1.2 刚度的校核112.2 电动机电气控制设计122.2.1 电机型号选择122.2.2 电气元件选择132.2.3 电气原理图设计182.2.4 辅助电路的设计192.3 PLC硬件部分的选择20 第3章 控制系统软件设计及实现263.1 PLC总体方案设计263.1.1 PLC程序的组成及各部分程序的作用263.1.2 PLC梯形图程序的总体结构283.2 公用程序设计293.3单周/连续程序设计30结 论31后 记32附 录 A基于PLC的电镀行车控制系统的设计图纸33附 录 B电气控制系统PLC指令表42参考文献49摘 要 本文介绍了利用可编程序控制器对某电镀行车的工作过程进行控制的方法，简化了控制系统的接线，克服了电磁继电器动作时间长、触点抖动的缺点，提高了系统的可靠性和灵活性。利用PLC实现对电镀生产线的系统控制，使系统具有很强的适应能力，可方便完成自动，手动拉制和相互之间的切换;整个程序采用结构化的设计方法，具有调试方便，维护简单，移植性好的优点。关键词: PLC, 电镀行车, 可编程控制器Abstract This paper presents a controlling system which controls the special traveling crane for electroplating. With a PIE. This system really helps improve the reliability and laity of the controlling system. And this paper introduces the application of Rockwell PLC in the plating product line.The system can achieve auto-control and manual-control, and be switched flexibly between the two methods. Modularization is the fundamental aspect of the programming designs. Advantages of this method includes convenience for debugging, simplicity for maintenance and good transplantation.Keywords: PLC, special traveling crane for electroplating，programmable controller control， subprograms前言PLC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，它具有可靠性高，抗干扰能力强；配套齐全，功能完善，适用性强；易学易用，深受工程技术人员欢迎；系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造；体积小，重量轻，能耗低等特点。一件电镀产品的质量除了要有好的成熟的电镀工艺和品质好的镀液添加剂外，如何保证电镀产品严格按照电镀工艺流程运行和保证产品的电镀时间则是决定电镀产品质量和品质的重要因素。在电镀生产线上采用自动化控制不但可以使电镀产品的质量和品质得到严格的保证，有效的减少废品率，而且还可以提高生产效率和减轻工人的劳动强度，有着非常好的经济效益和社会效益，电镀生产线上对行车的自动控制则是电镀生产线自动化控制的关键。因此用PLC来设计整个控制系统是理想的选择。绪论在现代的电镀行车中，一个优质、稳定的控制系统是整个电镀行车正常运行的最基本的保障，控制系统在电镀行车中的作用就好比是起着总指挥的作用。若是控制系统出现了故障，电镀行车也就处于瘫痪的地步，这样将直接影响生产的进行，无疑会给企业造成重大的损失，这对于任何一个企业来说都是不能接受的.同时，控制系统的性能的好坏也关系到电镀行车的正常运行，若是控制系统不稳定，或者经常出故障，或是不能够正常的运行，同样都会给企业的生产造成困难。另外，企业生产的工作效率也和控制系统关系密切，性能好的控制系统对效率的提高起着非常大的作用。因此，我们可以得知控制系统在电镀行车中的地位是非常重要的，它直接关系着企业生产的正常进行。所以对电镀行车控制系统的设计和制作工作要引起足够的重视。目前市场上存在的控制系统包括继电器控制系统、单片机控制系统、可编程控制器（PLC）控制系统，可编程控制器依靠其越来越明显的优势已经成为控制系统发展的主流。可编程序控制器可靠性高，抗干扰能力强；编程方便，易于使用；设计安装调试、维修方便维修工作量少体积小重量轻，易于实现机电一体化等优势。随着微电子技术的快速发展，PLC的制造成本不断下降，而功能却大大加强。目前，在先进工业国家中PLC已成为工业控制的标准设备，应用的领域已覆盖了所有的工业企业。在工业化的电镀车间中，工业电镀生产线工位多、生产复杂，在电镀中，其氧化、酸洗、碱洗、电镀等许多工艺具有严重的化学污染和腐蚀，如果采用人工操作电镀行车，那么将会对现场工人的身体健康十分不利，并使工人长期处于精神高度紧张的状态。为了提高工作效率，促进生产自动化和减轻劳动强度以及保障工人的身体健康,就很有必要由工程技术人员设计出一种自动控制系统来替代人工操作，从而帮助企业解决许多人力不能为的事情，结束工人在恶劣环境下直接参与控制生产的局面，保证了人身安全。采用PLC控制系统控制该电镀行车，其突出特点表现在：电镀行车控制系统抗干扰能力大为提高，其工作的可靠性和稳定性度大大提高。同时可以根据工艺要求迅速灵活的改变生产流程和对系统进行扩充。而且系统维护简单,使用方便,提高了生产效率、降低了工人的劳动强度。第1章 电镀行车控制系统的总体方案论证1.1 电镀行车概述1.1.1 电镀行车的基本结构本电镀行车机械部分由传送带A、传送带B、行车和电镀槽等4部分组成，而行车又由大车、小车和吊钩等部分组成，如图1.1所示。传送带A、传送带B、大车、小车和吊钩分别由电动机M1M5拖动。其中，大车、小车和吊钩在电动机的拖动下可分别作前后、左右、上下运动，行车的起吊重量在500kg以下，起吊物品是待进行电镀和表面处理的各种产品零件。用来进行电镀和表面处理的容器是15号槽，每个槽内从左到右都有5个位置依次称为1号位、2号位5号位，每个位置都可以放置一个吊篮，因此，每个槽内共可以放置5个吊蓝。15号槽内依次装有酸液、清水、锌液、铬液、镍镉液，可分别用来对产品零件进行除锈、清洗、镀锌、镀铬和镀镍镉等处理(但在同一时间内，只需对产品零件进行镀锌或镀铬或镀镍镉处理) 。完成对产品零件的除锈、清洗、镀锌、镀铬和镀镍镉处理所需的时间分别为5分钟、2分钟、10分钟、15分钟、20分钟。图1.1 电镀车间平面示意图1.1.2 电镀行车的工作原理要求本电镀行车对产品零件的传送过程如下：(1) 将吊篮从传送带A送到1号槽，以对产品零件进行除锈处理。在电镀行车启动前的初始状态下，吊钩在大车和小车的拖动下处于传送带A的1号位的上方。 当按下启动按钮后，传送带A向前，将装满待电镀和表面处理的产品零件的吊篮送到15号位。传送到位后，吊钩下降。 下降到位后，小车向右一小段距离，以使吊钩钩住吊篮。 钩住吊篮后，吊钩上升。 吊钩将吊篮提升到位后，大车向前(小车不动)，将吊篮送到1号槽的1号位的上方。 将吊篮送到位后，吊钩下降，将吊篮送到1号槽中的1号位，以对产品零件进行除锈处理。 吊钩下降到位后，小车向左一小段距离，以使吊钩脱离吊篮。 吊钩脱离吊篮后，吊钩上升。 上升到位后，大车向后，小车向左，拖动吊钩到传送带A的2号位的上方。 吊钩到达传送带A的2号位的上方后，吊钩下降。 以后重复上述过程，依次将各吊篮从传送带A的25号位送到1号槽的25号位。当行车将第5个吊蓝送到1号槽的5号位后，重复上述第(7)、(8)步过程，使吊钩脱离吊篮并上升。上升到位后，大车不动，小车向左，拖动吊钩回到1号槽的1号位的上方。等待下一步传送工作的进行。(2) 将吊篮从1号槽送到2号槽，以对产品零件进行清洗。当1号槽1号位的吊篮中的产品零件经酸液进行了5分钟的除锈处理后，重复类似于上述过程，依次将各吊篮从1号槽中的15号位送到2号槽的15号位，以对产品零件进行清洗。将各吊篮送到位后，应使吊钩回到2号槽的1号位的上方。等待下一步传送工作的进行。(3) 将吊篮从2号槽送到3号槽，以对产品零件进行镀锌处理。当2号槽1号位的吊篮中的产品零件经清水进行了2分钟的清洗后，若需对产品零件进行镀锌处理，则应重复类似于上述(1)(13)步的过程，依次将各吊篮从2号槽中的15号位送到3号槽的15号位，以对产品零件进行镀锌处理。将各吊篮送到位后，应使吊钩回到3号槽的1号位的上方。等待下一步传送工作的进行。(4) 将吊篮从2号槽送到4号槽，以对产品零件进行镀铬处理。当2号槽1号位的吊篮中的产品零件经清水进行了2分钟的清洗后，若需对产品零件进行镀铬处理，则应重复类似于上述(1)(13)步的过程，依次将各吊篮从2号槽中的15号位送到4号槽的15号位，以对产品零件进行镀铬处理。将各吊篮送到位后，应使吊钩回到4号槽的1号位的上方。等待下一步传送工作的进行。(5) 将吊篮从2号槽送到5号槽，对产品零件进行镀镍镉处理。当2号槽1号位的吊篮中的产品零件经清水进行了2分钟的清洗后，若需对产品零件进行镀镍镉处理，则应重复类似于上述(1)(13)步的过程，依次将各吊篮从2号槽中的15号位送到5号槽的15号位，以对产品零件进行镀镍镉处理。将各吊篮送到位后，应使吊钩回到5号槽的1号位的上方。等待下一步传送工作的进行。(6) 将吊篮从3或4、5号槽送到传送带B，以将经镀锌或镀铬、镀镍镉处理过的产品零件运走。当3或4、5号槽的1号位的吊篮中的产品零件经过了10或15、20分钟的镀锌或镀铬、镀镍镉处理后，重复类似于上述(1)(13)步的过程，依次将各吊篮从3或4、5号槽中的15号位送到传送带B的15号位，以将经镀锌或镀铬、镀镍镉处理过的产品零件运走。将各吊篮送到传送带B后，应使吊钩回到传送带A的1号位的上方。等待下一个循环的传送工作的进行。1.2 对电镀行车控制系统的设计要求对工作方式的设计要求(1) 为了适应电镀行车控制系统的调试、检查和操作方便的需要，应使电镀行车控制系统具备手动、单周和连续三种工作方式。(2) 应具有对上述三种工作方式的自由选择功能。(3) 为了避免程序混乱，应能避免在同一时间内电镀行车按两种或两种以上的工作方式运行。手动控制的设计在电镀产品零件的过程中，要求能按下某一步就运行某一步，即当遇到电镀特殊工艺要求时能实现人工单步操作。自动控制的设计(1) 在单周和连续工作方式下，当下述初始条件中的任何一个不具备时，应避免电镀行车启动运行： 行车大车在初始位置； 行车小车在初始位置； 吊钩在初始位置。(2) 在单周和连续工作方式下，应能使电镀行车按照预先规定的工艺流程运行。(3) 在电镀产品零件的过程中，如遇到任何一步不能正常完成，应能使电镀行车立即自动停车。(4) 在连续工作方式下，应能对电镀行车工作循环次数和一个循环完成时间进行累计，具备计数和计时功能。(5) 应能保证操作人员随时都能使电镀行车紧急停车。对控制系统保护的要求为了能够保障电镀行车及其控制系统的安全，应使控制系统具备以下保护功能：(1) 短路保护(2) 过载保护(3) 欠压保护(4) 吊钩紧急制动控制系统操作面板设计要求对于电镀行车控制系统操作面板的工艺设计。操作面板由各按钮开关、转换开关组成。详见附图A.8操作面板工艺图（操作面板元件布置图）、附图A.9操作面板工艺图(操作面板元件接线图)。同时,应标注到板子为铝铁板,厚度2MM,操作板上的字体一律用宋体字,字号为2号,字色为黑色。元器件形状框图用黑色勾画。同时需注意尺寸的标注。第2章 硬件设计2.1 行车梁的强度刚度计算2.1.1强度的校核根据行车实际尺寸跨度L=5m，大车自重4t，起重量3.5t,电葫芦自身重量0.5t，吊车大梁由22a号工字钢制成，材料许用应力。根据主梁支撑力受力模型（a图），行车的大梁可以简化为两端铰支的简支梁在起吊重量(集中力F)及大梁自身重量(均布载荷q)的作用下,大梁将发生弯曲变形。首先作出大梁受自重均布载荷下的剪力图、弯矩图：根据已知条件，求出均布载荷q为：行车自重均布载荷下梁最大弯矩M为：查型钢表得知22a号工字钢的抗弯截面系数为：Wz=309cm3=3.09x10-4m3根据强度计算公式：作出简支梁在集中载荷下的弯矩图和剪力图：FsX根据剪力图、弯矩图，说明移动载荷作用在简支梁的中点时，使梁受力最不利，危险断面在梁的中心位置，根据已知条件求出梁在承担起重量集中载荷跨中弯矩为：查手册得知22a号工字钢的抗弯截面系数为：Wz=309cm3=3.09x10-4m3根据强度计算公式：梁的材料应该能承受均布载荷与集中载荷共同作用下的应力，根据叠加原理强度符合要求。2.1.2刚度的校核行车梁的最大弯曲变形一般是由载重物位于梁中点的集中载荷引起的，在集中力F的作用下主梁跨度中点的挠度为：许用挠度w为：经计算使用22a工字钢符合梁的刚度要求。2.2 电动机电气控制线路的设计2.2.1 电机型号选择2.2.1.1 传送带电机选择根据工厂生产实际要求：电镀行车传送带A和传送带B最大载重为Mmax=2500Kg，其传送带摩擦系数u=0.2，传送带速度要求为v=15m/min，由电机功率计算公式 (2.1) (2.2)得出P=1250W, 由此查电动机选型与应用可选型号为Y100L1-4的电动机2台分别作为传送带A、B的拖动电机，其额定功率为2.2KW，额定电压为交流380V，额定电流为5A，功率因数为0.81，额定转速1430r/min。2.2.1.2 大车电机选择根据电镀行车大车实际情况：电镀行车大车最大载重为Mmax=3500Kg，其大车与导轨间的摩擦系数u=0.15，大车的速度要求为v=30m/min，由电机功率计算公式(2.1)(2.2)可得出P=3750W，由此查电动机选型与应用可选型号为Y112M-6的电动机1台作为大车的拖动电机，其额定功率为6KW，额定电压为交流380V，额定电流为9.8A，额定转速为1500r/min。2.2.1.3 小车电机选择根据电镀行车小车实际情况：电镀行车小车最大载重为Mmax=1500Kg，小车与导轨间的摩擦系数u=0.1，小车的速度要求为v=15m/min，由电机功率计算公式(2.1)(2.2)可得出P=375W，由此查电动机选型与应用可选型号为Y100L1-4的电动机1台作为小车的拖动电机，其额定功率为2.2KW，额定电压为交流380V，额定电流为5A，功率因数为0.81，额定转速1430r/min。2.2.1.4 吊钩电机选择根据电镀行车吊钩实际情况：电镀行车吊钩最大载重为Mmax=500Kg，吊钩的速度要求为v=15m/min，由电机功率计算公式(2.1)(2.2)可得出P=3750W，由此查电动机选型与应用可选定吊钩拖动电机型号为YZR160M2-6，数量为1台，其额定功率为7.5KW，额定电压为交流380V，额定电流为19.7A，额定转速为1470r/min。2.2.2电气元件选择2.2.2.1电源指示灯选择根据实际情况，查低压电器维修手册可选型号为XD7信号灯1只作电源指示灯HLD, 其主要技术参数如为：额定电压为220V，颜色为绿色，变压器式结构。2.2.2.2 刀开关选择根据前面所选定的电镀行车各电机额定电流,可知配电支路的总工作电流为45A，查工厂常用电气设备手册，选用规格最小的HD-11-100/18型单投刀开关作为自动线控制系统配电支路的电源开关,数量为1只。其额定电压为380V，额定电流100A。2.2.2.3自动开关选择(1) 用于电镀行车主电路电源端的自动开关QF1的选择由于此自动开关是用作电镀行车主电路电源端配电开关，作为该电路的短路保护电器，该电路负荷不大,所以可采用结构较为紧凑的塑料外壳式自动开关，并需在其内配备过电流电磁脱扣器。根据前面所选定的各种电机额定电流可知该主电路的总工作电流为45A，工作电压为380/220V，查低压电器维修手册，可将该塑料外壳式自动开关QF1的型号选为DZ10-100。其额定电压为交流500V，额定电流为100A，极限短路通断电流（峰值）为9000A，机械寿命为10000次，电寿命为5000次；过电流电磁脱扣器额定电流为50A，瞬时整定电流为10In=500A。(2) 用于PLC和稳压电源配电支路电源端的自动开关QF2的选择由于PLC、变压器和稳压电源配电支路的工作电压为交流220V，工作电流较小，不超过6A，查低压电器维修手册，可选用规格最小的塑料外壳式自动开关作为用于PLC、照明变压器和稳压电源配电支路电源端的自动开关QF2，其型号为DZ5-10，其额定电压为交流220V，额定电流为10A，极限短路通断电流（有效值）为1000A，电寿命为2000次；过电流电磁脱扣器额定电流为10A，其脱扣器延时特性如表2.2所示：表2.1 DZ5-10型自动开关的脱扣器延时特性试验电流1.2IN1.75IN3.5IN56IN动作时间>1h<20min0.240s<0.2s2.2.2.4 接触器选择(1) 传送带电机接触器KM1KM4的选择根据传送带电机额定功率为2.2KW、额定电流为5A，查低压电器维修手册，选择其接触器KM1KM4型号为CJ10-20，数量为4台，其额定电压为交流380V，额定电流为20A，可控制电动机最大功率为5.5KW，1.05倍额定电压时通断能力为200A，操作频率为600次/h，电寿命为60万次，机械寿命为300万次。线圈参数：线圈电压220V，线圈匝数3260±16，线圈导线直径0.21，吸引线圈视在功率起动时140VA、吸持时22VA，工作功率9W，动作时间：起动时16ms，释放时18ms。(2) 大车电机接触器KM5和KM6的选择根据大车电机额定功率为6KW、额定电流为9.8A，查低压电器维修手册，选择接触器KM5和KM6型号为CJ10-30，数量为2台，其额定电压为交流380V，额定电流为30A，可控制电动机最大功率为8.5KW，吸引线圈视在功率起动时210VA、吸持时32VA。(3) 小车电机接触器KM7和KM8的选择根据小车电机额定功率=2.2KW、额定电流=5 A，可选择其接触器与传送带电机选择接触器型号相同。数量为2台，具体参数参考传送带电机接触器。(4) 吊钩电机接触器KM9和KM10的选择根据吊钩电机额定功率为7.5KW、额定电流为19.7A，查低压电器维修手册，选择其接触器KM9和KM10型号为CJ24-100，数量为2台，其额定电压为交流380V，额定电流为100A，操作频率为600次/h，电寿命为180万次，机械寿命为600万次。(5) PLC电源及PLC负载电源接触器KM选择从附图A.2可以看出，接触器KM的线圈及其两对主触头均接于220V交流线路中，这对触头用来控制PLC电源的通断，接触器KM的另外一对主触头分别接于直流稳压电源GD的24V直流输出端，用来控制PLC负载电源的通断，因此接触器KM的额定电压(即触头的额定电压)及其线圈的额定电压均应按交流220V来选，而其额定电流(即触头的额定电流)应按直流电流来选。据此，选规格最小的3TB40型接触器1只作PLC电源及PLC负载电源的控制接触器KM，并选择其线圈的额定电压为AC220V，主触头为三对常开，辅助触头为两对常开和两对常闭。其中两对主触头用来控制PLC的AV220V负载电路的通/断，另一对主触头用来控制PLC的DC24V负载电路的通/断，一对辅助常开触头作为接触器KM线圈控制回路的自保触头。该接触器的额定电压为交流380V，额定电流为9A，可控制电动机最大功率为5.5KW，1.05倍额定电压时通断能力为200A，操作频率为1200次/h，电寿命为12万次，机械寿命为800万次。(6) 吊钩电机串电阻起动接触器KM11KM13选择因为吊钩电机串电阻起动接触器的主触头接于电机转子电路中，故这些接触器的型号选择与前述控制吊钩电机的接触器KM9和KM10的选择一样，也为CJ24-100型，数量为3台。 2.2.2.5 热继电器选择(1) 传送带A、B拖动电机的热继电器FR1和FR2的选择根据传送带电机额定功率为2.2KW、额定电流为5A，查电器控制，可选用规格最小的热继电器作为传送带电机热继电器FR1和FR2，其型号为JR0-20/3D，数量为2只，极数为3，有断相保护和温度补偿功能，触头数量：1个常闭，1个常开。其额定电压为交流500V，额定电流为20A，热元件额定电流为7.2A，额定电流调节范围为4.57.2A。考虑到传送带A、B的拖动电机额定电流为5A，故热继电器的动作电流整定为5A，这样能保证热继电器在上述两台电动机过载时可靠动作。 (2) 大车拖动电机的热继电器FR3的选择根据大车电机额定电流为9.8A，查电器控制，可选用规格最小的热继电器作为大车拖动电机的热继电器FR3，其型号为JR0-20/3D，数量为1只，极数为3，有断相保护和温度补偿功能，触头数量：1个常闭，1个常开。其额定电压为交流500V，额定电流为20A，热元件额定电流为11A，额定电流调节范围为6.811A。考虑到大车拖动电机额定电流为9.8A，故热继电器的动作电流整定为9.8A，这样能保证热继电器在电动机过载时可靠动作。(3) 小车拖动电机的热继电器FR4的选择根据小车电机额定电流为5A，可选与传送带A、B拖动电机同样型号规格的热继电器JR0-20/3D作为小车拖动电机的过载保护电器。(4) 吊钩拖动电机的热继电器FR5的选择根据吊钩电机额定电流为19.7A，查电器控制，选择热继电器型号为JR0-60/3D，数量为1只，极数为3，有断相保护和温度补偿功能，触头数量：1个常闭，1个常开。其额定电压为交流500V，额定电流为60A，热继电器热元件额定电流为22A，调节范围1422A，故热继电器的动作电流整定为19.7A，这样能保证热继电器在电动机过载时可靠动作。2.2.2.6 电流继电器选择本电镀行车吊钩电机采用转子串电阻起动，起动电阻的接入和切除用电流继电器KI1KI3分别控制接触器KM11KM13来实现，查中低压电控使用技术，可选型号为LL-63的电流继电器3只，其触点数为一动合、一断开，最大整定电流值为20A，电流整定范围520A，动作时间1 .1倍整定值时小于20ms，触头断开容量AC250V，电寿命10万次。2.2.2.7 中间继电器选择为了防止电动机开始起动时，起动电流由零增大到最大值的一段时间内，电流继电器还未动作，而接触器线圈通电吸合将电阻短接，使电动机变为直接起动。故在电路中设置了中间继电器，在起动时由中间继电器的常开触头来切断接触器KM11KM13的线圈回路，这样就可保证起动时转子回路接入全部电阻。查低压电器维修手册，可选型号为DZ-650的中间继电器1只，其额定电流为DC24V，动作时间小于40mm，触点容量为AV250V。2.2.2.8 制动电磁铁型号的选择电动机的机械抱闸制动器的有关技术参数由机械方面的工程技术人员提供，这里只需向机械方面的工程技术人员提供选择制动电磁铁的要求即可，即要求对大车和小车拖动电机采用通电抱闸制动方式；为了防止突然停电时吊钩上的重物自由落下，应对吊钩拖动电机采用断电抱闸制动方式。同时所有制动电磁铁的额定电压值均与前面所选定的接触器线圈的额定电压相同，即均为交流220V，这样可减少PLC负载电源的种类和电压等级的数量，便于控制机系统的设计、安装和接线。2.2.2.9熔断器选择熔断器FU1接于直流稳压电源GD的输入电路中，它所保护的对象为直流稳压电源GD，该直流稳压电源GD向PLC的负荷供电，其负荷中没有冲击性负荷，因此，该直流稳压电源GD的输入电路中没有冲击性电流。据此，查电器控制可选型号选为RL1-15的螺旋式熔断器1只作直流稳压电源GD电路的短路保护熔断器FU1，其主要技术参数如下：URD.N=380V，IRD.N=15A，IRT.N=10A，Idl=2KA2.2.3 电气原理图设计本自动线中的电动机控制线路，采用交流380/220V电源供电，电源开关采用刀开关与自动开关串联的组合形式，其中刀开关起隔离电源、安全检修的作用，自动开关起短路保护作用。电动机控制线路中各电机主电路接于380V电源，控制电路接于220V电源。各电机主电路采用接触器控制，并采用热继电器作过载保护，其中大车电机、小车电机和吊钩电机采用电磁抱闸制动。因实际需要，吊钩电机采用转子串电阻起动。因此，电镀行车电动机的主电路、局部照明电路、向PLC负载供电的直流稳压电源如附录A中的图A.1所示。在附图A.1所示主电路中，根据前面所确定的控制方案，各主轴电机的接触器KM1KM10的线圈由PLC控制。因此，在该图中不需再给出这些接触器的线圈控制回路。信号和故障显示采用DC24V发光二极管，因此，电路中配备了一台AC220V/DC24V变压器向该二极管电路提供24V直流电源。该电源及其整流变压器由协作单位供货。在附图A.1的自动开关QF2作为稳压电源和PLC及其负载的短路保护，接触器KM作为PLC及其负载的电源控制电器。2.2.4 辅助电路的设计2.2.4.1 PLC负载电源电路设计PLC的负载包括接触器线圈、电磁换向阀线圈、信号指示灯、电铃和蜂鸣器等五种。为了减少指示灯占用的信号显示屏的安装面积，需要选用体积较小的信号指示灯。目前在各类信号指示灯中，只有发光二极管的体积较小，因此，只能选用发光二极管作该控制系统的过程显示指示灯。由于发光二极管属直流元件，其电压等级较高的也只有24V，因此就需要为PLC负载配置一台输出电压为24V的直流稳压电源GD。此外，需要在该稳压电源的输入回路配置一只熔断器FU1作其短路保护。根据以上配置情况，可将PLC负载电源电路的电气原理图设计成如附图A.1所示的形式。但直流稳压电源GD以及向该电源供电的变压器TC由协作单位供货,作者只负责向协作单位提供这两个部分的设计原始数据。2.2.4.2 PLC及其负载的电源控制电路设计在电镀行车正常工作下，通常PLC及其负载的电源应一直处于供电状态，因此，可采用由按钮和接触器组成的启、保、停电路对它们的电源进行通/断控制。为此，需为PLC及其负载配置一只接触器KM作为其电源的通/断控制电器，并需为接触器KM的线圈控制回路配置一只接通按钮SB14和一只紧急停止按钮SB15，以对PLC及其负载的电源进行通断操作。据此，可将PLC及其负载的电源控制电路的电气原理图设计成如附图A.2所示的形式。2.2.4.3 控制系统电源指示电路设计为了让操作人员和维修人员能够及时、方便地了解基于PLC的电镀行车控制系统电源的状态，以便为进一步的操作、维修以及对故障的分析判断提供依据。因此，应为控制系统配置一只电源指示灯HLD，并应将该指示灯直接跨接到电动机主电路的相线与零线之间，如图附图A.1所示。在电源指示电路中不应串入任何开关或保护电器，以免因开关或保护电器方面的原因，造成电源指示灯不能正确地指示出电源工作状态的后果。2.3 PLC控制系统硬件部分的设计2.3.1 PLC I/O元件选型2.3.1.1 PLC运行控制开关SA1 可选规格最小的XB2-BD25型具有1对常开触点的二位置旋钮作PLC运行停止控制开关SA1。其主要技术参数如下：UN=220V，IN=5A，手柄操作位置2个，常开触点1对，没有常闭触点。2.3.1.2 工作方式选择开关型号的选择为了满足控制要求，本电镀行车控制系统设置了手动、单周和连续三种工作方式；且电镀种类也分为镀锌、镀铬和镀镍镉三种。在任何时刻，控制系统都只能选中其中的一种工作方式，绝对不能有两种或两种以上的工作方式被选中，否则将产生严重后果。由于与PLC输入点相连的一般都是电器元件的常开触点，也就是说，在任何时刻，工作方式选择开关都只能有一对常开触点闭合。例如，当工作方式选择开关打到手动工作方式这一档位时，此时只能有这一档位的触点闭合，而其余档位的触点都必须处于断开状态。通过工作方式选择开关中手动这一档位的触点闭合，其余档位的触点断开的这一状态，使与之相连接的输入继电器X的状态分别为“1”和“0”态，使得系统只执行手动工作方式的程序，其余工作方式的程序将被越过而不执行。同理，当工作方式选择开关打到单周和连续这两种工作方式中的任何一档位时，此时也只能有被选中的工作方式的档位的触点闭合，而其余档位的触点处于断开位置。由于在任何时刻都只能选中一种工作方式，所以工作方式选择开关必须有三个操作位置来对应三种工作方式。除此外，工作方式选择开关还应有一个零位。当工作方式选择开关手柄置于零位时，工作方式选择开关的所有触点都应处于断开状态。PLC 输入点的电压为直流24V，电流小于100mA。根据以上的要求，查工厂常用电气设备手册，选用LW5-15GF1781/4型万能转换开关作为工作方式选择开关和电镀种类选择开关，数量为2个，手柄操作位置4个，常开触点3对，没有常闭触点，任何时刻都只能有一对常开触点闭合。2.3.1.3 按钮型号的选择对电镀行车控制系统中所有按钮的要求是，只需一对常开触点即可。根据国家对按钮帽颜色的规定：红色代表停止，而绿色代表起动。所以在选取按钮时应根据按钮所起作用来选取按钮帽的颜色。PLC 输入点的电压为直流24V，电流小于100mA。根据以上要求，查低压电器维修手册，选用型号为LA19-11D的按钮14个。手动工作方式按钮、启动按钮、预开按钮和PLC负载电源接通按钮选绿色，共13个；紧急停止按钮和预停按钮为红色，共2个。2.3.1.4 光电开关的选择电镀行车传送带上光电开关主要用来检测吊篮，因吊篮为金属物品，所以查工厂常用电气设备手册，选用型号为LJ2-15的光电开关3只，其额定电压为DC24V，元件检测距离为100mm，最高工作频率为20次/秒，回环宽度3mm，重复定位精度0.1mm。2.3.1.5 行程开关型号的选择电镀行车中各电机的运行速度比较缓慢，使得各行程开关闭合和断开的速度也同样较为缓慢，这样使得处于电路中的行程开关的触头在闭合和断开时都将产生较长时间的电弧，而且电弧存在的时间越长，就越容易烧坏行程开关的触头。为了避免行程开关在闭合和断开时产生的电弧烧坏其触头，所以本课题不能采用直动式的行程开关，而应选择滚轮式行程开关。对个行程开关的选择要求是：只需1对常开触点即可。PLC 输入点的电压为直流24V，电流小于100mA。根据以上要求，查工厂常用电气设备手册，选取型号为LX31-4的行程开关18个。2.3.1.6 指示灯型号的选择为减少PLC负载电源的种类和电压等级的级数，便于控制机系统的设计、安装和接线，指示灯的额定电压也应选为直流24V。根据国家对指示灯颜色的规定：表示工作方式、运行过程等的指示灯的颜色应为绿色，表示故障的指示灯应为红色。根据以上要求，查工厂常用电气设备手册，选取型号为AD1-22/11的指示灯，其中绿色10个，红色5个。2.3.1.7 电铃和蜂鸣器型号的选择为减少PLC负载电源的种类和电压等级的级数，便于控制机系统的设计、安装和接线，电铃和蜂鸣器的额定电压也应选为直流24V。根据以上要求，查工厂常用电气设