毕业设计（论文）基于plc的电镀车间专用行车自动控制系统设计

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1、河南理工大学毕业设计（论文）说明书 摘要电镀行车是现代化工厂中用于物料输送的重要设备，实现自动化控制，可以使行车能够按照预定的顺序和控制要求，自动完成一系列的动作。PLC作为一种数字运算操作的电子装置，专为工业环境下应用而设计，能控制各种类型的工业设备及生产过程。电镀行车的传统控制是继电-接触控制系统，这种应用在实际工程中非常多，但随着现代工业和技术的发展及现代市场竞争日趋激烈，企业迫切需要提高生产效率和产品质量，所以如何调高电镀生产线的自动控制性能具有重要的意义，基于此本设计采用PLC控制系统替代原来的继电-接触控制系统来实现对电镀行车的控制。本文以镀镍电镀自动生产线控制系统设计为研究对象，

2、以其电镀专用行车为控制对象，对其电镀的工艺要求和控制要求进行了分析，采用理论研究的方法，设计了一套基于PLC的电镀车间专用行车自动控制系统。本系统选用三菱FX型号的PLC来进行控制，通过PLC输出信号使接触器的触点动作，来控制两台异步电动机的运行，从而实现对行车的水平运动和吊钩的垂直运动的控制。考虑到在除锈、电镀、上升、下降等运动时行车和吊钩需要准确停位，因此在每一个需要限定的位置要装设限位开关，通过限位开关触点动作作为PLC的输入信号来控制其输出信号，就可以使行车和吊钩准确停位。在程序设计时为了便于对设备进行调整和检修，设计了手动程序以实现对行车和吊钩运动的点动控制，对于自动控制程序的设计，

3、其工作过程是典型的顺序控制，采用步进指令能很好的实现对其控制。通过GX Developer软件的仿真结果可以看出所设计的控制系统很好的实现了电镀的工艺要求和控制要求，可方便完成自动和手动之间的切换，体现出PLC控制系统具有调试方便、适应性强的优点。关键词：电镀行车； PLC； 控制系统；GX DeveloperAbstractPlating lane is an important equipment for material transfering in modern factory,realizing automation can make lane finish series of ac

4、tion -automatically according to scheduled order and controled requirements.PLC,as a electronic device for number crunching operation, is designed for industrial environmet application,it can control all types of industrial equipment and production process.Traditional control of plating lane is rela

5、y-contact control system,the application is very much in actual project,but with the development of modern industry and technology,widely used of plating in mechanical, instrumentation and defense industry and other productive sectors ,and the increasing competitive in market,enterprises urgently ne

6、ed to improve production efficiency and product quality,so how to promote automatic control performance electroplating production line has important significance.My design uses a PLC control system to replace the original relay-contact control system to control traffic on the plating.In this paper,n

7、ickel plating automatic production line contol system design is used for the study object, dedicated plating lane for the control object,analyzing plating process requirements and control requirements,using theoretical research methods , designing automatic control system of electroplating workshop

8、dedicated lane based on PLC.The system selects the Mitsubishi FX PLC to be controlled model，PLC output signals control the operation of two induction motors through the contacts of the contact action in order to achieve the level of traffic movement and control of the vertical movement of the hook.T

9、aking that the rust, plating, up, down and other movement requires accurate driving and stop bits hook into account ,so installing limit swithes in each location which is needed is necessary,using limit swithes contact action as PLC input signal to control output signal,then control the motor stops,

10、 so you can make accurate driving and stop-bit hook.In order to facilitate adjustment and maintenance of equipment in the program design,manual process is designed to achieve the movement of traffic and the hook to move the control.From the process of automatic contol,the work process is a typical s

11、equence control,we can contol it by step instructons. GX Developer software simulation results show that control system achieve a good plating process requirements and control requirements and can be easily done to switch between automatic and manual.The program which uses structured design reflects

12、 the PLC with easy commissioning, simple maintenance , good portability advantages.Keyword：Electroplating driving； PLC；Control system；GX Developer目录1引言1电镀行业及专用行车的简介1电镀行业的简介1行车的简介2国内外可编程控制器的发展趋势3可编程控制器概述3可编程控制器与其他工控系统的比较7本课题的设计背景意义与主要设计内容11本课题的设计背景意义11本课题的主要设计内容122电镀行车控制系统总体方案论证13电镀行车控制系统的种类13控制系统在电镀

13、行车中的作用与地位13继电接触器控制系统13单片机控制系统14可编程控制器控制系统14控制系统的总体方案15对电动机自动控制方案的论证15对PLC用户程序设计方案的论证163控制系统硬件部分设计17电镀行车原理及控制系统的设计要求17电镀行车原理17电镀行车控制系统设计要求19电机及电器元件型号选择20电气主接线图设计21控制系统电路设计22型号选择22控制系统电路图24的状态转移图254控制系统程序部分设计27手动操作27自动控制285仿真31仿真软件GX Developer简介31程序检查及仿真前的准备工作32仿真过程326结果分析407结论与展望41致谢42参考文献43附录44451引言

14、电镀行业的简介电镀是对机体表面进行装饰、防护以及获得某些特殊性能的一种表面工程技术，是一种电化学过程，也是一种氧化还原反应，是获得金属保护层的有效防范。在这个过程中金属离子获得电子被还原成金属原子，金属原子按一定的规律排列形成晶体镀层。电镀技术又称为电沉积，其基本原理就是直流电场得作用下，在电解质溶液（镀液）中有阳极和阴极构成回路，使溶液中的金属离子沉积到阴极镀件表面上，以形成均、致密、结合力良好的金属的过程。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，从而提高耐腐蚀性，抗高温氧化性、良好的导电性、高的硬度、高的耐磨性或减摩性、微细加工的均匀性以及其他某些特殊的物理、化学特性，体

15、内、同时又赋予金属光泽美观。电镀工业是我国重要的加工行业，至今已有100多年的历史，电镀是重要的表面工程技术，不仅能获得防护装饰性镀层，还可通过不同工艺得到具有特殊用途的功能薄膜，近代科学技术的发展为他增添了许多新的内容，因而电镀在机械、地质、电子、仪器仪表、轻工、交通运输、和国防工业等生产部门的应用日益广泛，与人们的日常生活也密切相关。我国电镀工业的发展是在新中国成立以后。首先，为解决氰化物污染问题，丛20世纪70年代开始无氰电镀的研究工作，陆续使无氰镀锌、镀铜、镀镉、镀金等投入生产；大型制件镀硬镉、低浓度铬酸镀铬、低铬酸钝化、无氰镀银及防银变色、三价铬盐镀铬等相继应用于工业生产；并实现了直

16、接从镀液中获得光亮镀层，不仅提高了产品质量，也改善了繁重的抛光劳动；在新工艺与设备的研究方面，出现了双极性电镀、换向电镀、脉冲电镀等；高耐蚀性的双层镍、三层镍、镍铁合金和减摩擦镀层亦用于生产；刷镀、真空镀和离子镀也取得了可喜的成果。电镀车间所进行的生产工艺可分为三个环节，即镀前表面处理、电镀处理和镀后处理。电镀工艺设备一般是指上述直接对零件进行加工处理的生产设备。其中，电镀处理是整个过程中的主要工艺。根据零件的要求，有针对性的选择某一种或几种单金属或合金电镀工艺对零件进行电镀或浸镀等加工，以达到防蚀、耐磨和美观的目的。电镀处理过程中所用的设备主要有各类固定槽、滚动槽、挂具、行车、吊篮等。电镀自

17、动线是按一定的电镀工艺过程要求，将有关渡槽、镀件提升运转装置、电气控制、电源设备、过滤设备、检测仪器、加热与冷却装置、滚筒驱动装置、空气搅拌设备及线上污染控制设施等组合为一体的总称。与手工操作的电镀生产线相比，可以大幅度提高产量，稳定产品质量，降低劳动强度，提高劳动生产效率，简化生产管理，缩小占地面积，改善车间环境，减少有害气体，使车间整齐美观，从而创造良好的工作环境。行车的简介行（hang）车、吊车、天车都是人们对起重机的一个笼统的叫法，行车是用来在短距离内提升和移动物件的机械，是现代化工厂中用于物料输送的重要设备，基本有两类：一类为集中驱动，即用一台电动机带动长传动轴驱动两边的主动车轮；另

18、一类为分别驱动、即两边的主动车轮各用一台电动机驱动电镀车间专用行车是某厂电镀车间为提高功效、促进生产自动化和减轻劳动强度，提出制造的一台专用半自动起吊设备。它采用远距离控制，起吊重物在300kg一下。起吊物品是待进行电镀及表面处理的各种产品零件。电镀车间有多个电镀（清洗）槽位，分别标记为1槽、2槽实际生产线上镀槽的数量是根据用户综合各种电镀工艺的需要所提出的要求而定。电镀种类越多，槽数越多。本设计暂定3个电镀槽位。在电镀生产线一侧，工人将带电镀零件装入吊篮，并发出信号，专用行车便提升，到一定高度后自动逐段前进。按工艺要求在需要的停留的槽位停止，然后自动下降，停留一段时间（各槽停留时间预先按工艺

19、调定）后再自动提升，在前进。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。工人卸下处理好的零件，重新装料发出信号，进入下一个电镀作业循环1。对于不同零件，其镀层要求和工艺过程是不相同的，为了节省场地，适应批量生产和柔性生产的需要，提高设备利用率和发挥最大经济效益，该设备还要求电气控制系统能针对不同电镀工艺流程，有程序预选和修改能力。例如镀锌使用1、3槽位，不需要使用2槽位：镀铬使用1、2镀槽，不需要使用3槽位等。每个槽位停留时间由用户根据工艺要求进行正定1。设备的机械结构与普通小型行车结构类似，跨度较小，但要求准确挺稳，一边吊篮能准确进入电镀槽内。本设计中的电镀专用行车是

20、通过行车带动吊钩前后运动及吊钩的升降运动来实现电镀的过程的。行车带动吊钩前进/后退分别经过各个电镀槽、当分别到每个槽上方时，由限位开关通知PLC发出控制指令使吊钩下降，当下降到槽中时又开始定时电镀。定时结束后，吊钩上升，上升后还需定时停留一段时间让多余的液体流回槽中才能走向下一个槽，当结束后行车返回原位2。可编程控制器概述国际电工委员会（IEC）在1987年2月颁布的可编程控制器标准草案的第三稿中将其进定义为：“可编程控制是一种数字运算操作的电子装置，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式、模拟

21、式的输入和输出控制各种类型的机械或生产过程3。定义中有以下三点值得注意。（1） 可编程控制器是“数字运算操作的电子装置”，它其中带有“可以编制程序的存储器”可以进行“逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算”工作，可见可编程控制器具有计算机的基本特征4。（2） 可编程控制器是“为工业环境下应用”而设计的计算机。工业环境和一般的办公环境有较大的区别，PLC具有特殊的构造。是它能在高粉尘、高噪声、强电磁干扰和温度变化剧烈的环境下正常工作。为了能控制“机械或生产过程”。他又要能“易于与工业控制系统形成一个整体”，这些都是个人计算机不可能做到的5。（3） 可编程控制器能控制“各种类型”的工业设备及生产

22、过程。它“易于扩展其功能”，也就是说，它的程序并不是不变的，而是能根据控制对象不同，让使用者“可以编制程序”的。可编程控制器较以前的工业控制计算机，具有更大的灵活性，它可以方便地应用在各种场合，是一种通用的工业控制计算机6。可编程控制器的特点（1）可靠性高、抗干扰能力强现代PLC采用了集成度很高的微电子器件，大量的开关的动作又无触点的半导体电路来完成，其可靠程度是使用机械触点的继电器所无法比拟的。为了保证PLC能在恶劣的工业环境下可靠工作，在其设计和制造过程中采取了一系列硬件和软件的抗干扰措施7。(2)功能完善、适适应性强可编程控制器是通过程序实现控制的。当控制要求发生改变时，只需要改程序即可

23、。目前PLC产品已经标准化、系列化和模块化，不仅具有逻辑运算、计时、计数、顺序控制等功能，还就有模/数、数/模转换、算术运算及数据处理通信联网和生产过程控制等功能根据实际需要，方便灵活地组装成大小各异、功能不一的控制系统：即可控制一台单机、一条生产线、又可以控制一个机群、多条生产线；既可以现场控制，又可以远程控制8。（3）编程直观、简单 可编程控制器是面向用户和现场的控制装置，考虑到大多数电气技术人员熟悉电气控制线路的特点，他没有采用微机控制中常用的汇编语言，而是采用了一种面向控制过程的梯形图语言。梯形图语言与继电器原理图相类似，形象直观，易学易懂，世界上许多国家的公司生产的可编程控制器把梯形

24、图语言作为第一用户语言9。电气工程师和具有一定知识电工、工艺人员都可以在短时间内学会，使用起来得心应手，使得计算机技术和传统的继电器控制技术之间的隔阂在可编程控制器上完全不存在。（4）安装简单，维护方便PLC不需要专门的机房，可以在各种工业环境下直接运行。使用时只需将现场的各种设备与PLC相应的I/O端相连，即可投入运行。各种模块上均有运行和故障指示装置，便于用户了解运行情况和查找故障。由于采用模块化结构，因此一旦模块发生故障，用户可以通过更换模块的方法使系统迅速恢复运行。（5）体积小、重量轻、能耗低由于PLC是专门为工业控制而设计的专用计算机，其结构紧密、紧固、小巧、抗干扰能力强10。PLC

25、的基本结构PLC实质是一种专用于工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同，基本构成为：（1）电源 PLC的电源在整个系统中起着十分重要的作用。如果没有一个良好的、可靠的电源系统是无法正常工作的，因此PLC的制造商对电源的设计和制造也十分重视。一般交流电压波动在+10%(+15%)范围内，可以不采取其它措施而将PLC直接连接到交流电网上去。（2）中央处理单元(CPU)中央处理单元(CPU)是PLC的控制中枢。它按照PLC系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据；检查电源、存储器、I/O以及警戒定时器的状态，并能诊断用户程序中的语法错误。当PLC投入运行时，首先它以扫描的

26、方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分别存入I/O映象区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入I/O映象区或数据寄存器内。等所有的用户程序执行完毕之后，最后将I/O映象区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行，直到停止运行。为了进一步提高PLC的可靠性，近年来对大型PLC还采用双CPU构成冗余系统，或采用三CPU的表决式系统。这样，即使某个CPU出现故障，整个系统仍能正常运行。(3)存储器 存放系统软件的存储器称为系统程序存储器。存放应用软件的存储器称为用户程序存储器。（4）输入输出接口电路现场输入接口电路

27、由光耦合电路和微机的输入接口电路，作用是PLC与现场控制的接口界面的输入通道。现场输出接口电路由输出数据寄存器、选通电路和中断请求电路集成，作用PLC通过现场输出接口电路向现场的执行部件输出相应的控制信号。（5）功能模块如计数、定位等功能模块。（6）通信模块如以太网、RS485、Profibus-DP通讯模块等PLC的工作原理扫描技术当PLC投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间，PLC的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。输入采样阶段 在输入采样阶段，PLC以扫描方式依次地读入所有输入状态和

28、数据，并将它们存入I/O映象区中的相应得单元内。输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化，I/O映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。因此，如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。用户程序执行阶段 在用户程序执行阶段，PLC总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序(梯形图)。在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统RAM存储区中对应位的状态；或者刷

29、新该输出线圈在I/O映象区中对应位的状态；或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。即在用户程序执行过程中，只有输入点在I/O映象区内的状态和数据不会发生变化，而其他输出点和软设备在I/O映象区或系统RAM存储区内的状态和数据都有可能发生变化，而且排在上面的梯形图，其程序执行结果会对排在下面的凡是用到这些线圈或数据的梯形图起作用；相反，排在下面的梯形图，其被刷新的逻辑线圈的状态或数据只能到下一个扫描周期才能对排在其上面的程序起作用。在程序执行的过程中如果使用立即I/O指令则可以直接存取I/O点。即使用I/O指令的话，输入过程影像寄存器的值不会被更新，程序直接从I/O模块取值，输出过程影像

30、寄存器会被立即更新，这跟立即输入有些区别11。 输出刷新阶段当扫描用户程序结束后，PLC就进入输出刷新阶段。在此期间，CPU按照I/O映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。这时，才是PLC的真正输出。可编程控制器的发展随着PLC应用领域不断扩大，PLC的品种、型号。数量也以异乎寻常的速度发展，表现功能越来越强，性能越来越可靠，集成度越来越高，使用越来越方便，具体表现在以下五个方面12。在系统构成规模上，向大、向小两个方向发展开发各种智能模块，不断增强过程控制能力通信与联网功能的发展编程语言与编程工具向标准化和高级化发展发展容错技术可编程控制器与其他工控系统

31、的比较可编程控制器与继电控制系统的比较继电气控制系统是针对一定的生产机械和固定的生产工艺设计的，采用硬接线方式装配而成，它需要使用大量的硬件控制电路，主要完成既定的逻辑控制、定时、计数等功能，一旦生产工艺过程改变，则控制柜必须重新设计，重新配线，工作量相当大，有时甚至相当于重新设计一台新装置。而PLC由于采用了微电子技术和计算机技术，各种控制功能都是通过软件来实现的，软件本身具有可修改性，如果需要改变生产工艺过程，只需要改变程序及极少的连接线即可适应生产工艺过的改变。同时，由于简化了硬件电路，也提高了PLC的可靠性。据不完全统计，PLC平均故障的间隔大于5，而平均修复时间则小于10min13。

32、此外，PLC能处理工业现场的强电信号如交流220v、直流24v，并可直接驱动功率部件，可长期在严酷的工业环境中工作。从适应性、可靠性、安装维护等各方面比较，PLC都有显著的优势，因此PLC控制系统取代继电气控制系统是现代控制系统的必然趋势。PLC控制系统与继电气控制系统的详细比较见表113表11 PLC控制系统与继电气控制系统的比较比较项目继电气控制系统PLC控制系统控制功能的实现 由许多继电器采用接线的方式来完成控制功能各种控制功能是通过编制的程序来实现的对生产工艺过程变更的适应性适应性差，需要更新设计，改变继电器和接线适应性强，只需对程序进行修改控制速度低，靠机械动作实现极快，靠微处理器进

33、行处理计数及其他特殊功能一般没有有安装、施工连线多，施工繁安装容易，施工方便可靠性差，触点多，故障多高，因元器件采取了筛选和抗老化等可靠性措施寿命短长可扩展性困难容易维护工作量大，故障不易查找有自诊能力，工作量小可编程控制器与计算机控制系统的比较工业控制领域的计算机控制系统，其主机一般采用能够在伪劣工业环境下可靠运行的工业控制计算机。工业控制计算是由通用微型计算机适应工业生产控制要求发展起来的一种控制设备，硬件结构方面总线标准化程度高、兼容性强，而软件资源丰富，特别是有实时操作系统的支持，故对要求快速、实时性强、模型复杂、计算工作量大的工业对象的控制具有优势。但是，使用工控机控制生产工艺过程，

34、要求开发人员具有较高的计算机专业知识和微机软件编程的能力3。PLC最初是针对工业顺序控制用而发展来的，硬件结构专用性强，通用相差。很多优秀的微机软件不能直接使用。必须经过二次开发，但是，PLC使用了工厂技术人员熟悉的梯形图语言编程，易学易懂，便于推广应用。从可靠性方面看，PLC是专为工业现场应用而设计的，结构上采用整体密封或插件组合型，并采取了一系列抗干扰措施，具有很高的可靠性。而工控机虽然也能够在恶劣的工业环境下可靠运行，但毕竟是有通用机发展而来的，在整体结构上要完全适应现场生产环境，还要做很多工作。另外PLC用户程序是在PLC监控程序的基础上运行的，软件方面的抗干扰措施在监控程序里已经考虑

35、的很周全。而工控机的用户程序必须考虑抗干扰问题，一般的编程人员很难考虑周全，这也是工控机应用系统比PLC应用系统可靠性低的原因。尽管PLC在模拟量信号处理、数值运算、实时控制等方面有了很大提高但在模型复杂、计算量大且计算较难实现、实时性要求比较高的环境中，工业控制计算机则更能发挥其专长。PLC控制系统与通用计算机控制系统的比较图见表123表12 PLC控制系统与通用计算机控制系统的比较比较项目通用计算机系统PLC控制系统工作目的科学计算，数据管理工业自动控制工作环境对工作环境的要求高对环境的要求低，可在恶劣的工业现场工作工作方式中断处理方式循环扫描方式系统软件需配备功能较强的系统软件一般只需简

36、单的监控程序采用的特殊措施掉电保护等一般性措施采用多种抗干扰措施：自诊断、断电保护、可在线维修编程语言汇编语言、高级语言梯形图、助记符语言、SFC标准化语言对操作人员的要求需专门培训，并具有一定的计算机基础一般技术人员稍加培训即可操作使用对内存的要求容量大容量小价格价格高价格较低其他若用于控制，一般需要自行设计机种多，模块种类多。易于集成系统长期以来，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，尤其是工业PLC所带来的冲击，PLC需要解决的

37、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，跟尤其者认为，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人将为PLC提供一定的市场份额。在全球工业计算机控制领域，围绕开放与在开放过程控制系统、开放式过程控制软件，开放性数据通信协议，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控制组态软件技术的诞生于进一步完善和发展，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

38、发生了戏剧性的变化，对于控制软件来讲，这是PLC控制器的核心，PLC供应商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的非常积极。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于工业PC控制技术所到来的强大冲击，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，虽然在工业场所安装有大量的PLC控制设备，但他们仍然需要联合工控软件公司，以使开发他们自己的基于工业PC的过程控制软件。本课题的设计背景意义 在现代工业的电镀车间中，工业电镀生产线工位多、生产复杂，同时在电镀中，其氧

39、化、酸洗、碱洗、电镀等许多工艺具有严重要的化学污染和腐蚀，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公认的身体健康，就很有必要由工程技术人员设计出一种自动控制系统来代替人工操作，从而帮助企业了解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可大大提高。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扩充，而且系统维护简单，使用方便，提

40、高了生产效率、降低了工人的劳动强度。作为一名即将毕业的大学生，仅仅会一些理论知识运不足以使我们立足社会，我们还需要更多的社会实践来提高自身的能力。为此，在我们即将毕业时，学校给我们安排了毕业设计，毕业设计是我们在修完教学计划规定的全部课程后所必须进行的一种学习、实践、探索和创新相结合的综合性实践教学环节，是对我没综合运用所学知识解决本专业实际问题能力的考核，也是学习深化与升华的重要过程，旨在培养我们综合运用所学专业知识和基本技能（设计、绘图、计算机应用、翻译、查阅文献等）独立分析和解决问题，开展实验研究、技术经济分析、撰写科技论文和技术报告等方面的能力。它对我们综合素质与工程能力的培养具有重要

41、和深远的意义。本课题的主要设计内容电镀车间专用行车是一台专用半自动起吊设备。采用远距离控制，起吊重量在300 kg以下，起吊物品是待进行电镀及表面处理的各种产品零件，传统的控制方式下，大都采用人工操纵的半自动控制方式，在许多场合，落后的操作方式会引起很多人为的问题，也会增加成本，质量也没有保障。采用自动化控制系统后，会有很多大的改善：（1）可以降低物量消耗量（2）减轻工人劳动强度保障工人生命安全。（3）提高镀件质量。（4）有利于环境保护。（5）监控管理简便。由此可见，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，有效地减少废品率，而且还可以提高生效率和减轻工人的劳动

42、强度，有着非常好的经济效益和社会效益。实现自动化控制，可以使行车能够按照预定顺序和控制要求，自动完成一系列的工作。本设计用PLC控制系统代替原来的人工操纵的半自动控制方式，实现对电镀专用行车的前进、下降、停留、上升等自动运行过程的控制，对于工业实际生产有重大的使用价值和经济效益。本题目假定有三个镀槽，在电镀生产线一次设有装料位，工人将待加工零件装入吊篮，并发出信号，专用行车便提升自动逐段前进。按工艺要求停留的槽位停止，并自动下降，停留一定时间后自动提升，如此完成电镀工艺规定的每一道工序。最后返回至生产线始端，工人卸下处理好的零件，等待装料，准备进入下一个工作过程14。2电镀行车控制系统总体方案

43、论证 控制系统在电镀行车中的作用与地位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，这样就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过程造成困难。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

44、非常重要的，它直接关系着企业生产的能否进行。所以对电镀行车控制系统的设计和控制工作要引起足够的重视。继电接触器控制系统继电器问世以来，一直是电气控制的主流，目前国内仍有不少厂家应用继电接触器控制系统，其中输入单元为按钮开关等主令电器、逻辑单元是支配控制系统的“程序”。它是由各种继电器的出点通过导线连接，并具有一定的逻辑功能的控制线路。输出单元包括各种阀门的控制线圈、各类接触器控制线圈及信号指示等执行元件。这种控制系统的特点：价格便宜、性能价格比低。由于存在继电器抖动、打弧、吸合不良的现象，因此控制系统寿命短，可靠性差。因为它的自动控制功能是靠继电器的辅助触点动作来实现。而触点动作一次需要几十毫

45、秒，所以控制速度慢，由于需要改变控制逻辑就要改变各触点的连线，故技改难度大，同时体积大，能耗高。因此继电接触器控制方案，适用控制逻辑比较简单，所需继电器数量较少，程序固定的场合15。单片机控制系统用单片机可以构成各种工业控制系统。有不少控制系统是利用通用PC单片机或通用计算机。大部分都可以用单片机系统或单片机加通用系统来代替计算机系统，特别是较大型的工业测控系统。单片机的控制逻辑由软件组成，同时软件的编写和修改方便，设计安装接线工作量相对较少，设计周期较短，其适应性较强。但其缺点是对工作环境条件要求较高，抗干扰能力不强，它适用于工作环境条件比价好的各种控制领域。如机械、纺织、国防、民用等。除通

46、用外设（如打印机、硬盘、磁盘等）外，还有许多外部通信、采集，多路分配管理、驱动控制等接口，而这些外设与接口完全由主机进行管理，必然造成主机负担过重，因而出现了新的控制手段，即可编程控制器。可编程控制器控制系统PLC控制系统与其他控制系统相比较，具有简单，可靠、已修改、控制能力强等特点，因而应用越来越广泛。PLC控制系统与继电接触器控制系统有许多相同之处，如主电路，控制电路、辅助电路的设计，元器件的选择、工艺图纸文件编制等，二者基本相同，但也有这些独特之处。PLC控制系统有4类型，即单机控制系统、集中控制系统、远程I/O控制系统和分布式控制系统。四种类型分别用于复杂程度不同的控制系统，及时对于同

47、一项目、统一工艺、同一要求，不同的设计者有着不同的设计方案，有时差异可能很大19。2.2控制系统的总体方案2.2.1对电动机自动控制方案的论证电镀行车控制系统控制对象的运动都是由电动机拖动，在电镀行车控制系统手动、自动工作方式，这些电动机的运动都有一定的顺序，电动机运动的先后顺序就构成了电镀行车工作的各个阶段。从工艺流程来看，对于电镀行车每一阶段的运动都需要设置一个控制回路来对其进行控制，每一控制回路都需要设置一个继电器。在这种情况下，如果对拖动这些部件的电动机仍采用继电气控制方案来控制的话，则需要采用大量的继电器，这势必会大大增加控制系统的安装、接线工作量，降低控制系统的工作可靠性，增大故障

48、率和查找故障的难度。此外，电镀产品零件的工艺流程一旦发生变动而要求修改其控制程序时，则需要花大量的时间和精力来更改硬件线路中各元件的连接关系，这就给控制系统日后的技术改造工作埋下了很大的隐患。而采用单片机控制系统或PLC控制方案的话，则不需要采用一个硬件继电器，因此，可以克服由采用继电气控制方案带来的上述所有缺点。于是电镀行车各电动机拖动方案就缩小到单片机控制和PLC控制这两种方案的范围了。虽然单片机控制方案的成本比PLC控制方案较低，但将它应用于电镀行车控制系统时，需要为他设计和制作大量的输入输出接口电路、放大电路和印刷电路板，因此，相对于PLC控制方而言，单片机控制方案所需要的电路设计、制

49、作工作量较大，设计、制作周期较长，此外，单片机控制系统的抗干扰能力没有PLC控制系统的强，工作的可靠性也没有PLC控制系统的高，其编程方法也不如PLC控制系统的简单，而它对工作环境的要求却比PLC控制系统的高。综上所述，决定对电镀行车控制系统的电动机系统采用PLC控制方案控制。2.2.2对PLC用户程序设计方案的论证由于电镀行车控制系统各个阶段数量很多、控制关系较复杂，因此，如果将公用程序、各种工作方式的控制程序、信号显示和故障报警程序“混合”在一起设计，则各程序见必然会相互“牵连”，从而设计和修改程序的难度成本增大，且出现故障时故障点难以查找。为此决定在PLC用户程序程序设计中，采用模块化设

50、计方案，即将不同功能的程序放在不同的模块中设计。这样，可以省区各部分程序之间复杂的连锁关系，使得每一部分的程序都可以单独设计和修改，也就是说设计和修改某一部分程序时，不必担心会对另一部分程序造成影响。基于PLC的电镀行车控制系统的公用程序、手动程序不存在步的转换问题，程序中各回路的关系不相同，且没有规律可循，因此，对这几部分程序只能采用经验法设计。而自动工作的过程是一步一步按顺序进行的，所以，对这几种工作方式的程序决定采用顺序控制的方法设计，这样做不但可以是这几种工作方式的程序设计工作变得思路清晰和简单，而且设计出来的程序非常规范，便于阅读理解。程序中各回路的联锁关系也变得十分简单，便于程序的

51、修改。 3控制系统硬件部分设计3.1电镀行车原理及控制系统的设计要求电镀行车原理本电镀行车机械部分由行车、吊钩和电镀槽等3部分组成1， 电镀专用行车的示意图如下图31所示：图31 电镀专用行车示意图行车的设计要求（1）行车和吊钩分别由电动机M1M2拖动。其中行车和吊钩在电动机的拖动下可分别作前后、上下运动。行车的起吊重量在300kg一下，起吊物品是待进行电镀和表面处理的产品零件，用来进行电镀和表面处理的容器是13号槽，13号槽内依次装有清水、镍液、酸液，分别用来对产品零件进行清洗、镀镍、除锈等处理18，完成对零件的清洗、镀镍、除锈处理需要的分别为30s、280s、200s。（2）控制装置具有程

52、序预选功能（按电镀工艺确定需要停留工位），一旦程序选定，除装卸零件，整个电镀工艺应能自动进行。（3）前进后退、上升下降运动要求准确定位。前进后退、上升下降要有联锁作用。（4）应有极限位置保护和其他必要的电气保护措施。电镀工艺要求电镀生产线有三个槽，工件由可升降吊钩的吊车移动，经过除锈、电镀、清洗工序来实现对工件的电镀。工艺要求是：工件放入除锈槽中，除锈200S，提起后停放15S，让酸液从工件上流回除锈槽，然后放入电镀槽中浸280S后提起，停放28S，让镀液从工件上流回电镀槽，提起后停放28S，让镀液从工件上流回电镀槽，再放入清水槽中清洗30S，最后提起停15S，行车返回原位，电镀一个工件的全过

53、程结束。其工艺流程如图32所示。图32电镀工艺流程图 本设计电镀行车的主要技术参数根据工厂生产的实际情况可得：电镀行车最大载重为，其行车与导轨的摩擦系数u=0.25，大车的速度要求为v=30m/min。电镀行车吊钩最大负重为，其吊绳的摩擦系数可忽略不计，吊钩上升与下降的速度要求为V=10m/min。3.1.2电镀行车控制系统设计要求电镀生产线出装卸工件外，要求整个工作过程能自动进行。同时行车和吊钩的正反向运动均能实现点动控制，以便对设备进行调整和检修17。行车自动运行的控制过程是：行车在原位，吊钩下降到最下方时，行车左限位开关SQ4、吊钩下限为开关被压下动作，操作人员将电镀件放在挂具上，即准备

54、开始进行电镀。其电镀生产线的自动工作状态流程见附录1。要求本电镀行车对产品零件的传送过车如下：吊钩上升按下启动按钮SB1，使辅助继电器M1接通，吊钩提升电机正传，吊钩上升。当碰到上升限位开关SQ5，吊钩上升停止。行车前进在吊钩上升停止的同时，辅助继电器M2接通行车电机正传前进。吊钩下降 行车前进碰到除锈定位开关SQ2时，行车前进停止，同时辅助继电器M3接通，吊钩电机反转，吊钩下降。定时除锈 吊钩下降碰到下限开关SQ6时，吊钩下降停止，辅助继电器M4动作，定时器T0定时200S。吊钩上升 T0定时时间到，辅助继电器M5接通，吊钩电机正传，吊钩上升。定时滴夜吊钩上升，当碰到上升开关SQ5后，吊钩上

55、升停止，停放15S进行滴夜，让酸液从工件流回除锈槽。后面各工序的顺序工作过程依次类推，最后行车退回到原位上方，吊钩下方到原位。若在启动按钮SB1，则开始下一个工作循环。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。3.2电机及电器元件型号选择行车电机的选择根据电镀行车实际情况：电镀行车最大载重为其行车与导轨之间的摩擦系数U=0.25，行车的速度要求为V=30m/min，由电机功率计算公式 f=Mgu （31） P=fv （32）可得出P=375w由此查电力设备选型手册可选型号为Y802-4（Y代表异步电动机，4极数）的电动机作为行车的拖动电

56、机，其额定功率为0.75KW，额定电压为交流380V额定电流为，额定转速为1390r/min16。吊钩电机的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吊钩的速度要求为V=10m/min,由电机功率计算公式可得出P=300W，由此查电力设备选型手册可选定吊钩拖动电机型号也可为Y802-4。原理图的元件目录明细表如表31所示。 表31 元器件目录表序号代号名称数量规格型号1M1、M2电动机2Y802-43KM1、KM2接触器2CJ10-304KM3、KM4接触器2CJ24-1005FR1、FR2热继电器2JR16B20/3,1.56FU1、FU2、FU3熔断器3RL1157FU4熔断器1

57、BHC型8SB1启动按钮1LA19-11D9SB2停止按钮1LA19-11D10SA手动/自动按钮1LA19-11D11SB3SB5点动按钮4LA19-11D12SQ1SQ6限位开关6JLXK1-41113HL0指示灯1XD114YA三相制动电磁阀1JC2，380v15QF电源开关1HZ1010/33.3电气主接线图设计（1）本设计需要两台电动机拖动，而且每台电动机都要正反转运动。由接触器KM1、KM2控制升降移动的电机M1正反转，KM3、KM4控制前后运动的电动机M2的正反转。（2）前进后退电动机M2、升降运动电动机M3由热继电器FR1、FR2实现过载保护。（3）主线路由隔离开关QF作为电源

58、接入控制。（4）考虑到升降运动有一定的重量，在行车移动中需设置电磁抱闸制动控制。三相电磁铁YA和M2并联，当M2得电时，YA工作，松开刹车允许升降运动；M2失电时，YA释放，抱闸刹车，使吊篮稳定停留在空中，能安全地前后平移。根据以上设计原理，便可绘制出如图33所示的主电路图。图33 电镀专用行车主电路控制系统电路设计3.PLC型号选择根据电镀自动生产线的工作状态流程图，PLC控制系统的输入信号有13个，均为开关量。其中各种单操作按钮开关6个，自动/手动选择开关1个，行程开关6个。PLC控制系统的输出信号有5个，其中2个用于吊钩驱动电机正反转接触器KM1、KM2，2个用于驱动行车电机正反转接触器

59、KM3、KM4，一个用于原位显示。对PLC输入模块的类型及电源电压的要求开关量输入模块的输入电压一般有DC24V和AC24V两种。直流输入电路的延迟时间较短，可以直接与接近开关、光电开关等电子输入装置连接。交流输入方式的触点接触可靠，适合于有油雾、粉尘的恶劣环境下使用。由于本电镀行车控制系统的工作环境并不恶劣，且对控制系统操作人员来说DC24V电压较AC24V电压安全些。因此，本电镀行车控制系统的PLC输入模块输入电压选用DC24V电压。对PLC输出模块的类型要求PLC输出模块有继电器型、晶体管型和和晶闸管型三种。继电器输出模块的触点工作电压范围广，导通电压降小，承受瞬间过电压和过电流的能力较

60、强，每一点的输出容量较大（可达2A），在同一时间内对导通的输出点个数没有限制，但动作速度较慢，寿命（动作次数）有一定的限制。晶体管型与晶闸管型输出模块分别用于直流负载和交流负载，它们的可靠性高反应速度快、寿命长，但是过载能力稍差，每一点的输出容量只有，4点同时输出的总容量不得超过2A19。本电镀行车对PLC输出点的动作速度要求不高，继电器型输出模块的动作速度完全能够满足要求，且每一点的输出容量较大，在同一时间内对导通的输出个数没有限制，这将给设计工作带来很大的方便。所以，本设计选用继电器输出模块。综上所述本设计控制系统的PLC选用，DC24V，输入、输出点数各位16点，可以满足工艺要求，且留有

61、一定的余量。电镀车间专用行车控制系统PLC输入/输出继电器地址分配如表32所示。表32 输入/输出继电器分配表类型名称编号功能 输 入X000SB1启动按钮X001SB2停止按钮X002SB3上升按钮X003SB4下降按钮X004SB5前进按钮X005SB6后退按钮X006SA手动/自动按钮X011SQ1右限位开关X012SQ2电镀定位开关X013SQ3清洗定位开关X014SQ4左限位开关X015SQ5升限位开关X016SQ6降限位开关 输 出Y000HL0原位指示Y001KM1吊钩上升接触器Y002KM2吊钩下降接触器Y003KM3行车前进接触器Y004KM4行车后退接触器3.控制系统电路图

62、PLC电源采用交流220V供电，直流输入，继电器输出。所有输出端全部采用交流220V驱动20。根据控制对象特点和PLC输入/输出继电器地址分配表，绘制控制系统I/O接线图如图34所示图34 PLC的控制线路I/O接线图由主电路图和控制电路图我们可以得到电镀镍自动线电路原理图见附录23.PLC的状态转移图电镀生产线的PLC控制程序包括点动操作和自动操作两部分，整个PLC的自动控制部分状态转移图SFC如图35所示图35 自动控制部分状态转移图SFC4控制系统程序部分设计4.1手动操作由于电镀生产线除装卸工件外，要求整个工作过程能自动进行。为了便于对设备进行调整和检修以及对突发情况的处理，所以行车和吊钩的正反向运动必须能够实现手动操作。手动操作有行车的前进、后退操作，吊钩的升、降操作，点动操作程序如表41的起始处至标号P0处16。表41 手动程序指令表LD