毕业设计(论文)基于PLC电镀行车自动控制系统的设计与改造.doc
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1、目录第1章 绪论51.1 国内外PLC的最新发展趋势51.2 基于PLC的电镀行车的控制系统的概述61.3 课题的选题背景及意义6第2章系统总体方案论证62.1 控制对象的设计要求62.2 设计思路62.2.1软件62.2.2硬件72.2.3 电气元件的明细表72.2.4 元件简介7第3章系统的硬件设计123.1 PLC机型选择123.1.1 确定I/O123.1.2 PLC容量选择123.1.3 确定PLC123.2 主电路控制电动机的设计123.3 辅助电路的设计133.3.1 PLC负载电路设计133.3.2其它电路13第4章 系统的软件设计134.1自动程序的设计134.1.1 控制部
2、分134.1.2 输出部分164.2 故障程序设计174.3 其它设计174.3.1手动程序的设计17第5章 软件调试18结束语22致 谢23参考文献24附录A自动程序的梯形图25附录B S7-200CPU 226 CN参数表37附录C 输入分布及路40附录D 主接线图41附录E PLC外部接线42摘 要:电镀行车生产线自动化的程度在德国、意大利、美国等国家的发展水平已经较高,而在我国尚处于发展阶段。本课题以行业现状为出发点,结合其他行业自动控制技术的应用情况,提出了基于PLC的电镀行车自动生产线的设计,并通过应用机械、可编程序控制器(PLC)等多项专门技术开发的自动生产系统。本文首先分析和制
3、定了该生产线的整体设计思想和方案,确保了该生产线系统具备真正的自动化生产能力且结构简单。在该生产线的控制系统中,采用了高可靠性,高稳定性,编程简单,易于使用,而且广泛应用于现代工业企业生产线过程控制中的控制器PLC。详细分析了输送系统设备保护控制电动机原理图、程序框图、PLC系统外部接线图。分层次详细阐述了整个高度自动化输送系统的目标及功能,使高度自动化输送系统的结构更加清晰,层次更加分明,具有非常强的实用性。关键词:自动电镀生产线;自动控制技术;可编程控制器(PLC);机械手Though the automation degree for lube-filled product line h
4、as made full development in Germany, Italian, America; It is still at the developing in our country. Based on the self-industry and the application of the other trade on auto-control technique. This paper advances the frame of the control, automatic technology is its kernel technology. It was develo
5、ped by special technology such as mechanism, PLC etc. the paper first analyzed and established a whole set of ideas which ensured that the producing system has real producing ability as well as simplest structure. On the product line control system, the PLC has been used with. Owing to its high reli
6、ability, high stability, and easiness in programming and using, has been extensively used in the process control system of production line in the modern industry enterprises. Some levels have explained in detail and the goal and function of the whole automated conveyer system. The structure of the c
7、onveyer system is clearer, and the level of the conveyer system is demarcated more clear, The whole automated conveyer system has very strong practicability.Keywords: Product line; auto-control technique; PLC( Programmable logic Controller)第1章 绪论1.1 国内外PLC的最新发展趋势长期以来,PLC始终处于工业自动化控制领域的主战场,为各种各样的自动化控制
8、设备提供了非常可靠的控制应用。其主要原因,在于它能够为自动化控制应用提供安全可靠和比较完善的解决方案,适合于当前工业企业对自动化的需要。另一方面,PLC还必须依靠其他新技术来面对市场份额逐渐缩小所带来的冲击,尤其是工业PC所带来的冲击。PLC需要解决的问题依然是新技术的采用、系统开放性和价格。PLC技术展的最终趋势仍然是人们所争论的焦点之一。大多数人认为,PLC将会继续失去市场份额;更有甚者认为,在工业PC面前,PLC将会一步一步走向死亡;但也有一部分人相信,一些特殊工业应用领域仍将为PLC提供一定的市场份额。在全球工业计算机控制领域,围绕开放与再开放过程控制系统、开放式过程控制软件、开放性数
9、据通信协议,已经发生巨大变革,几乎到处都有PLC,但这种趋势也许不会继续发展下去。随着软PLC(SoftPLC)控制组态软件技术的诞生与进一步完善和发展,安装有SoftPLC组态软件和基于工业PC控制系统的市场份额正在逐步得到增长,这些事实使传统PLC供应商在思想上已经发生了戏剧性的变化,他们必须面对现实,在传统PLC的技术发展与提高方面作出更加开放的高姿态。对于控制软件来讲,这是PLC控制器的核心,PLC供应商正在向工业用户提供开放式的编程组态工具软件,而且对于工业用户表现得非常积极。此外,开放式通信网络技术也得到了突破,其结果是将PLC融入更加开放的工业控制行业。PLC制造商已经开始注视基
10、于工业PC控制技术所带来的强大冲击。有专家甚至认为,新商务活动所带来的新技术和开放技术规范将会埋葬传统PLC。PLC制造商认为,虽然在工业现场安装有大量的PLC控制设备,但他们仍然需要联合工控软件公司,以便开发他们自己的基于工业PC的过程控制软件。1.2 基于PLC的电镀行车的控制系统的概述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
11、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不错的选择。1.3 课题的选题背景及意义电镀的目的是在基材上镀上金属镀层,改变基材表面性质或尺寸.电镀能增强金属的抗腐蚀性(镀层金属多采用耐腐蚀的金属)、增加硬度、防止磨耗、提高导电性、润滑性、耐热性和表面美观。通过电镀,可以在机械制品上获得装
12、饰保护性和各种功能性的表面层,还可以修复磨损和加工失误的工件。随着社会的发展,人们的审美观也有了一定的改变。各种各样的装饰用品也大量出现在人们的生活和工作中,其中也有不少的金属制品,为了使这些金属装品既美观又耐用电镀就很有必要了。第2章系统总体方案论证 2.1 控制对象的设计要求 上下物品都由机械手来完成,行车上的待镀物品分别要到镀前处理池、电镀池、镀后处理池三个池子且在每个池子里都要停留一定的时间,在出现故障或要短时运行时可用手动操作。2.2 设计思路2.2.1 电镀专用行车结构示意图在电镀生产线一侧,工人将待加工零件装入吊篮,并发出信号,专用行车便提升并按工艺要求在需要停留的槽位停止,自动
13、下降,停留一定时间(各槽停留时间预先按工艺要求设定)后自动提升,如此完成电镀工艺规定的每一道工序,直至生产线的末端自动返回原位,卸下处理好的零件,重新装料发出信号进入下一个加工循环。为了适应批量生产需要,电镀车间专用行车的电气控制系统要针对不同的工艺流程(例如镀金、镀银、镀锌)有程序预选和修改能力。设备机械结构与普通小型行车结构类似,跨度较小,要求准确停位,以便吊篮能准确进入电镀槽内。工作是除具有自动控制的大车前后移动与吊物上下移动外,还有调整吊篮位置的小车左右移动。生产线上镀槽的数量,由用户综合各种电镀工艺的需要提出要求,电镀种类越多,则槽数也越多,为简化设计过程,本设计暂定5个电镀槽,停留
14、时间由用户根据工艺要求进行调整。我于20009年12月至2010年3月在张家港伊萨焊接器材有限公司实习过,我所从事的工种就是使用行车对各种钢材进行搬运加工,下面是公司行车的实物图:电镀行车实物图电镀专用行车的结构和流程图根据设计要求本设计需用顺序控制来设计本系统程序。顺序控制:指按照预定的受控执行机构动作顺序及相应的转步条件,一步一步进行的自动控制,为了使顺序控制系统工作可靠,通常采用步进式顺序控制电路结构。前一步的得电并所谓步进式顺序控制,是指控制系统的任一程序步(以下简称步)的得电必须以且本步的转步主令信号已发出为条件。对生产机械而言,受控设备任一步的机械动作是否执行,取决于控制系统前一步
15、是否已有输出信号及其受控机械动作是否已完成。若前一步的动作未完成,则后一步的动作无法执行。这种控制系统的互锁严密,即便转步主令信号元件失灵或出现误操作,亦不会导致动作顺序错乱。2.2.2硬件主控电路是用电机的正反转来实现机械手、行车的上下左右移动。三相电机正反转:通过改变按入电机电源相序来改变电机的转向来实现,通常只耍将其中任意两相对换就可以了,通常使用接触器来实现。2.2.3 电气元件的明细表 表3.3.3-1名称符号作用数量S7-200CPU 226 CN控制器1三相异步电机M大的控制行车,小的控制机械手2大4小交流接触电器KM控制电机正反转12行程开关SQ行程控制18按钮SB启动、停止和
16、手动控制7导线、熔断器、热继电器、空气开关FU、FR连结各部件和保护电器若干2.2.4 元件简介三相异步电机定义:三相异步电机(Triple-phase asynchronous motor)是靠同时接入380V三相交流电源(相位差120度)供电的一类电动机,由于三相异步电机的转子与定子旋转磁场以相同的方向、不同的转速成旋转,存在转差率,所以叫三相异步电机。工作原理:用适当的导磁和导电材料构成互相进行电磁感应的磁路和电路,以产生电磁功率,达到能量转换的目的。三相异步电机是感应电机,定子通入电流以后,部分磁通穿过短路环,并在其中产生感应电流。短路环中的电流阻碍磁通的变化,致使有短路环部分和没有短
17、路环部分产生的磁通有了相位差,从而形成旋转磁场。通电启动后,转子绕组因与磁场间存在着相对运动而感生电动势和电流,即旋转磁场与转子存在相对转速,并与磁场相互作用产生电磁转矩,使转子转起来,实现能量变换。特点:优点:与单相异步电动机相比,三相异步电机结构简单,制造方便,运行性能好,并可节省各种材料,价格便宜。缺点:功率因数滞后,轻载功率因数低,调速性能稍差。交流接触器接触器是一种自动化的控制电器。接触器主要用于频繁接通或分断交、直流电路,具有控制容量大, 可远距离操作,配合继电器可以实现定时操作,联锁控制,各种定量控制和失压及欠压保护,广泛应用于自动控制电路,其主要控制对象是电动机,也可用于控制其
18、 它电力负载,如电热器、照明、电焊机、电容器组等。接触器按被控电流的种类可分为交流接触器和直流接触器。这里主要介绍常用的交流接触器。交流接触器又可分为电磁式和真空式两种。结构:接触器主要由电磁系统、触点系统、灭弧系统及其它部分组成。电磁系统:电磁系统包括电磁线圈和铁心,是接触器的重要组成部分,依靠它带动触点的闭合与断开。触点系统:触点是接触器的执行部分,包括主触点和辅助触点。主触点的作用是接通和分断主回路,控制较大的电流,而辅助触点是在控制回路中,以满足各种控制方式的要求。灭弧系统:灭弧装置用来保证触点断开电路时,产生的电弧可靠的熄灭,减少电弧对触点的损伤。为了迅速熄灭断开时的电弧,通常接触器
19、都装有灭弧装置,一般采用半封式纵缝陶土灭弧罩,并配有强磁吹弧回路。其它部分:有绝缘外壳、弹簧、短路环、传动机构等。工作原理:当接触器电磁线圈不通电时,弹簧的反作用力和衔铁芯的自重使主触点保持断开位置。当电磁线圈通过控制回路接通控制电压(一般为额定电压)时,电磁力克服弹簧的反作用力将衔铁吸向静铁心,带动主触点闭合,接通电路,辅助接点随之动作。行程开关行程开关就是一种由物体的位移来决定电路通断的开关,行程开关又称限位开关,可以安装在相对静止的物体(如固定架、门框等,简称静物)上或者运动的物体(如行车、门等,简称动物)上。当动物接近静物时,开关的连杆驱动开关的接点引起闭合的接点分断或者断开的接点闭合
20、。由开关接点开、合状态的改变去控制电路和机构的动作。热继电器热继电器是由流入热元件的电流产生热量,使有不同膨胀系数的双金属片发生形变,当形变达到一定距离时,就推动连杆动作,使控制电路断开,从而使接触器失 电,主电路断开,实现电动机的过载保护。继电器作为电动机的过载保护元件,以其体积小,结构简单、成本低等优点在生产中得到了广泛应用。热继电器的主要技术参数额定电压:热继电器能够正常工作的最高的电压值,一般为交流220V,380V,600V。额定电流:热继电器的额定电流主要是指通过热继电器的电流额定频率:一般而言,其额定频率按照4562HZ设计。整定电流范围:整定电流的范围有本身的特性来决定。它描述
21、的是在一定的电流条件下热继电器的动作时间和电流的平方成正比。如何选用热继电器热继电器主要用于保护电动机的过载,因此选用时必须了解电动机的情况,如工作环境、启动电流、负载性质、工作制、允许过载能力等。1、原则上应使热继电器的安秒特性尽可能接近甚至重合电动机的过载特性,或者在电动机的过载特性之下,同时在电动机短时过载和启动的瞬间,热继电器应不受影响(不动作)。2、当热继电器用于保护长期工作制或间断长期工作制的电动机时,一般按电动机的额定电流来选用。例如,热继电器的整定值可等于0.951.05倍的电动机的额定电流,或者取热继电器整定电流的中值等于电动机的额定电流,然后进行调整。3、当热继电器用于保护
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