基于PLC的自动电镀槽控制系统

《基于PLC的自动电镀槽控制系统》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于PLC的自动电镀槽控制系统（46页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、 电镀槽控制毕业设计 毕业设计题目：电镀槽控制专业：电气自动化专科生： （签名）指导教师： （签名）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。重点分析了其工作特性，并给出了系统控制的接线图。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。实现了电镀生产自动化，提高了生产效率，降低了劳动强度。关键词：自动电镀生产线 PLC控制 可编程控制器Gradu

2、ation design topic: Electroplating bath tank control Specialized: Electrical automation Junior college student： (signature) Supervising teacher： (signature) AbstractThis article describes the use of programmable logic controller to control the traffic of an electroplating process approach simplifies

3、 the connection of the control system, overcome the action of electromagnetic relay for a long, contact disadvantages of jitter, improved system reliability and flexibility. Focus on analysis of the characteristics of its work, and provides system control wiring diagram. Electroplating production li

4、ne by using PLC control system, the system has a strong ability to adapt, to facilitate complete automatic, manual drawing and switch between each other; the entire program uses a structured design method, with easy to debug, easy maintenance, benefits of transplantation is good. Achieved electropla

5、ting production automation, improve productivity, reduce labor intensity. Keywords: Galvanizes the production line automatically PLC control Programmable controller目录摘要I目录III第1章 绪论1第2章 PLC的发展及分类22.1 PLC的发展和历史趋势22.2 PLC的分类32.2.1 按I/O点数分类32.2.2 按功能分类32.3 PLC系统组成及各部分的功能3第3章 PLC的原理53.1 可编程控制器的等效电路53.1.1

6、 存储程序控制与可编程序控制器53.1.2 可编程序控制器的等效电路63.2 PLC的扫描技术83.2.1 扫描工作方式83.2.2 扫描工作过程93.2.3 扫描周期的计算103.3 PLC的I/O响应时间103.3.1 改变信息刷新方式113.3.2 采用中断技术113.3.3 调整输入滤波器123.4 PLC的硬件系统12第4章 设计简介164.1 电镀行车控制系统的种类164.1.1 继电接触器控制系统164.1.2 可编程序控制器控制系统164.2 电镀行车控制系统的发展与现状174.3 课题的内容和工艺要求174.4 工作过程分析18第5章 电镀行车控制系统的总体方案205.1 电

7、镀行车概述205.1.1 电镀行车的用途205.1.2 电镀行车的基本组成结构205.1.3 电镀行车的工作原理205.2 对电镀行车控制系统的设计要求205.2.1 对工作方式的设计要求205.2.2 对全机控制的设计要求215.2.3 对控制系统保护的要求215.2.4 对信号显示和故障报警的设计要求215.3 方案比较225.3.1 继电器、PLC电路图电路分析225.3.2 PLC与继电器的优缺点225.3.3 PLC的选用25第6章 PLC在电镀生产线上的应用设计266.1 工艺要求266.2 控制流程266.2.1 行车自动工作控制过程如下276.3 拖动系统设计286.4 PLC

8、的选型296.5 PLC输入/输出地址对照表306.6 电镀生产线PLC控制梯形图306.6.1 电镀生产线PLC控制梯形图程序356.6.2 梯形图程序38结论40致谢41参考文献4242第1章 绪论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。电镀

9、生产线按照其工艺要求和规模一般设计有两台行车、三台行车和四台行车工作，每台行车都根据已编制好的各自的程序运行；对于行车的自动控制，早期是采用继电器逻辑电路和顺序控制器，发展至今其控制方式已采用可编程控制器PLC作为核心控制部件，其控制更为安全、可靠、方便、灵活，自动化程度更高。可编程控制器是70年代以来，计算机迅速发展在工业控制领域对顺序控制有着重大意义的一种新兴技术，由于它编程直接，方便，抗干扰能力强，工业控制中几乎所有的顺序控制都可简单地由它完成，因而其应用愈来愈广泛。电动行车是现代化生产中用于物料输送的重要设备，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，为了提高工作

10、效率，促进生产自动化和减轻劳动强度，往往需要实现电动行车的自动化控制，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。本文介绍了电镀车间的电镀专用行车，利用PLC构成一套自动控制系统，实现对电镀专用行车的自动控制过程。第2章 PLC的发展及分类2.1 PLC的发展和历史趋势二十世纪六十年代美国推出可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller，PLC）取代传统继电器控制装置以来，PLC得到了快速发展，在世界各地得到了广泛应用。同时，PLC的功能也不断完善。随着计算机技术、信号处理技术、控制技术网络技术的不断发展和用户需求的不断提高，PL

11、C在开关量处理的基础上增加了模拟量处理和运动控制等功能。今天的PLC不再局限于逻辑控制，在运动控制、过程控制等领域也发挥着十分重要的作用。 作为离散控的制的首选产品，PLC在二十世纪八十年代至九十年代得到了迅速发展，世界范围内的PLC年增长率保持为20%30%。随着工厂自动化程度的不断提高和PLC市场容量基数的不断扩大，近年来PLC在工业发达国家的增长速度放缓。但是，在中国等发展中国家PLC的增长十分迅速。综合相关资料，2004年全球PLC的销售收入为100亿美元左右，在自动化领域占据着十分重要的位置。 PLC是由摸仿原继电器控制原理发展起来的，二十世纪七十年代的PLC只有开关量逻辑控制，首先

12、应用的是汽车制造行业。它以存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和运算等操作的指令；并通过数字输入和输出操作，来控制各类机械或生产过程。用户编制的控制程序表达了生产过程的工艺要求，并事先存入PLC的用户程序存储器中。运行时按存储程序的内容逐条执行，以完成工艺流程要求的操作。PLC的CPU内有指示程序步存储地址的程序计数器，在程序运行过程中，每执行一步该计数器自动加1，程序从起始步（步序号为零）起依次执行到最终步（通常为END指令），然后再返回起始步循环运算。PLC每完成一次循环操作所需的时间称为一个扫描周期。不同型号的PLC，循环扫描周期在1微秒到几十微秒之间。PLC用梯形图编程，在解算逻辑方

13、面，表现出快速的优点，在微秒量级，解算1K逻辑程序不到1毫秒。它把所有的输入都当成开关量来处理，16位（也有32位的）为一个模拟量。大型PLC使用另外一个CPU来完成模拟量的运算。把计算结果送给PLC的控制器。相同I/O点数的系统，用PLC比用DCS，其成本要低一些（大约能省40%左右）。PLC没有专用操作站，它用的软件和硬件都是通用的，所以维护成本比DCS要低很多。一个PLC的控制器，可以接收几千个I/O点（最多可达8000多个I/O）。如果被控对象主要是设备连锁、回路很少，采用PLC较为合适。PLC由于采用通用软件，在设计企业的管理信息系统方面，要容易一些。 近10年来，随着PLC价格的不

14、断降低和用户需求的不断扩大，越来越多的中小设备开始采用PLC进行控制，PLC在我国的应用增长十分迅速。随着中国经济的高速发展和基础自动化水平的不断提高，今后一段时期内PLC在我国仍将保持高速增长势头。2.2 PLC的分类PLC产品种类繁多，其规格和性能也各不相同。对PLC的分类可以根据结构、功能的差异等进行大致分类。2.2.1 按I/O点数分类PLC按其I/O点数多少一般可分为以下4类：（1）微型PLC：I/O点数小于64点的PLC为超小型或微型PLC。（2）小型PLC：I/O点数为256点以下，用户程序存储容量小于8KB的为小型PLC。（3）中型PLC：I/O点数在5122048点之间的为中

15、型PLC。（4）大型PLC：I/O点数在2048点以上的为大型PLC。2.2.2 按功能分类根据PLC所具有的功能不同可将PLC分为低档、中档、高档3类。（1）高档PLC：除具有中档PLC的功能外，还增加了带符号算术运算、矩阵运算、函数、表格、CRT可编程控制器原理与应用显示、打印和更强的通信联网功能，可用于大规模过程控制或构成分布式网络控制系统,实现工厂自动化。（2）中档PLC：除具有低档PLC的功能外，还具有较强的模拟量I/O、算术运算、数据传送和比较、数制转换、远程 I/O、子程序、通信联网等功能。有些还可增设中断控制、PID(比例、积分、微分控制)控制等功能，以适用于复杂控制系统。（3

16、）低档PLC：具有逻辑运算、定时、计数、移位以及自诊断、监控等基本功能，还可有少量的模拟量I/O、算术运算、数据传送和比较、通信等功能。2.3 PLC系统组成及各部分的功能1 CPU运算和控制中心它在整个系统中起“心脏”作用。 2 存储器 具有记忆功能的半导体电路，分为系统程序存储器和用户存储器。 系统程序存储器用以存放系统程序，包括管理程序，监控程序以及对用户程序做编译处理的解释编译程序。由只读存储器、ROM组成。厂家使用的，内容不可更改，断电不消失。 用户存储器：分为用户程序存储区和工作数据存储区。由随机存取存储器（RAM）组成。3 输入/输出接口(1) 输入接口： 输入接口电路工作过程：

17、当开关合上，二极管发光，然后三极管在光的照射下导通，向内部电路输入信号。当开关断开，二极管不发光，三极管不导通。向内部电路输入信号。也就是通过输入接口电路把外部的开关信号转化成PLC内部所能接受的数字信号。(2) 输出接口 输出接口工作过程：当内部电路输出数字信号1，有电流流过，继电器线圈有电流，然后常开触点闭合，提供负载导通的电流和电压。当内部电路输出数字信号0，则没有电流流过，继电器线圈没有电流，然后常开触点断开，断开负载的电流或电压。也就是通过输出接口电路把内部的数字电路化成一种信号使负载动作或不动作。第3章 PLC的原理可编程控制器都是以微处理器为核心的结构，其功能的实现不仅基于硬件的

18、作用，更要靠软件的支持。实际上可编程控制器就是一种新型的工业控制计算机。3.1 可编程控制器的等效电路3.1.1 存储程序控制与可编程序控制器 随着集成电路和计算机技术的迅猛发展，存储控制程序逐步替代接线程序控制，成为工业控制系统的主流发展方向。所谓程序控制，就是将控制逻辑程序语言的形式存放在存储器中，通过执行存储器中的程序实现系统的控制要求。这样的系统称为存储程序控制系统。在存储程序控制系统中，控制程序的修改不需要改变控制器内部的接线，而只需通过编程器中的某些程序语言内容。 可编程控制器就是一种存储程序控制器。其输入设备和输出设备与继电器控制系统相同，但它们直接连接到可编程控制器的输入端子和

19、输出端子。如图3-1所示。在可编程控制器构成的控制系统中，实现一个控制任务，同样需要针对具体的控制对象，分析控制系统要求，确定所需用户的输出输入设备，然后运行相应的程序语言便指出相应的程序，利用编程器和其他设备写入可编程控制器的存储器中。每条程序语言确定一个顺序，运行时CPU一次读取查出其中的程序语句，对它们的内容解释并加以执行；执行结果用以输出设备，两支被控制对象工作。可编程控制器时通过软件实现控制逻辑的，能够使用不同控制人物的需要，通用性强，使用灵活，可靠性强。输入设备（开关、传感器）输出设备（接触器、电磁阀）PLC内部控制电路控制对象（电动机等）图3-1 PLC构成的存储程序控制系统3.

20、1.2 可编程序控制器的等效电路由图3-1可知，可编程控制器构成的存储程序控制系统。由如下三个部分组成。 输入设备：连接到可编程控制器的输入端，它们直接接收来自操作台命令或来自被控制对象的各种状态信息，产生输入控制信号送入可编程控制器。常用的输入设备包括控制开关和传感器。控制开关可以是按钮开关、限位开关、行程开关。光电开关、继电器和接触器的接点等。传感器包括各种数字式模拟式传感器，如光栅位移式传感器、磁尺、热电阻。热电偶等。 可编程控制器内部控制电路：采用大规模集成电路制作的微处理和存储器，执行按照被控制对象的实际要求编制并存入程序存储器中的程序，完成控制任务。 输出设备：与可编程控制器的输出

21、端相连。它们用来将可编程控制器的输出控制信号转换为驱动被控制对象的工作信号。常用的输出设备包括电磁开关、电磁阀、电磁继电器、电磁离合器、状态指示部件等。 输入部分采集输入信号，输出部分就是系统的执行部分，这两部分与继电器控制系统相同。PLC内部控制电路是由编程实现的逻辑电路，用软件编程代替继电器等功能。对于使用者来说，在编制应用程序时，可以不考虑微处理器和存储器复杂构成及使用的计算机语言，而把PLC看成内部由许多“软继电器”组成的控制器，用近似继电器控制电路图的编程语言进行编程。这样从功能上讲就可以把PLC的控制部分看做是由许多“软继电器”组成的等效电路，这些“软继电器”的线圈、常开接点、常闭

22、接点一般用图3-2符号表示，PLC的等效电路如图3-3所示。 线圈 常开接点 常闭接点图3-2软继电器的线圈和接点下面对PLC等效电路的各组部分作简要分析。用户输入设备输出接点负载电源输出公共端内部“软接线”输入公共端限位开关COM输入继电器线圈继电器接点继电器线圈输入端按钮输入回路内部控制电路输出电路图3-3 PLC等效电路1 输入回路这一部分由外部输入电路、PLC输入接线端子和输入继电器组成。外部输入信号经PLC输入接线端子驱动输入继电器。一个输入对应一个等效电路中的输入继电器，它可提供任意个常开和而常闭接点，供PLC内部控制接通即表示传送给PLC一个接通的输入信号，因此习惯上经常将两者等

23、价使用。输入回路的电源可用PLC电源部件提供的直流电压，也可由独立的交流电源供电。2 内部控制电路这部分电路是由用户程序形成的。它的作用是按照规定的逻辑关系，对输入信号和输出信号的状态进行运算、处理和判断，然后得到相应的输出。用户程序通常采用梯形图编写，梯形图在形式上类似与继电器控制原理图，两者在电路结构及线圈与节点的控制关系上大致相同。3 输出回路 输出部分由于内部控制电路隔离的输出继电器的外部常开触点、输出接线端子和外部电路组成，用来驱动外部负载。 PLC内部控制电路中有许多输出继电器。每个输出继电器除了有内部控制电路提供编程用的常开、常闭节点外，还为输出电路提供一个常开节点与输出接线端相

24、连。驱动外部负载的电源由用户提供。在PLC的输出端子排上，由接输出电源用的公共端。 需要注意的是，PLC等效电路中的继电器并不是实际的物理继电器，它实际上是存储器针对每一位触发器。该触发器为“1”态，则相当与继电器接通；该触发器为“0”态，则相当于继电器断开。在PLC提供的所有继电器中，输入继电器用来反应输入设备的状态，也可以将其他看成是输入信号本身；输出继电器用来直接驱动用户输出设备，而其他几电气与用户设备没有联系，在控制程序中仅起传导中将信号的作用，因此统称为内部继电器，如辅助继电器、页数继电器、计时器、计数器等。PLC的所有继电器统称PLC的元素。3.2 PLC的扫描技术3.2.1 扫描

25、工作方式PLC靠执行用户程序来实现控制要求。为了便于程序执行，在存储器中设置输入映象寄存器区和输出映像寄存器区（或统称I/O映像区），分别存放执行程序之前的个输入状态和执行过程这个结果的状态。PLC对用户程序的执行是以喜欢扫描方式进行的。所谓扫描，只不过是一种现象的说法，用户描述CPU对程序顺序、分时操作的过程。扫描从第0号存储地址所存放的第一条用户程序开始，在无中断或跳转控制的情况下，按存储地址号递增的方向顺序逐条扫描用户程序，也就是顺序执行程序，直到程序结束，即完成一个扫描周期，然后再从头开始执行用户程序，并周而复始的重复。由于CPU的运算处理速度很高，使得从外观上看，用户程序几乎是同时执

26、行的。 PLC的扫描工作方式同传统的继电器控制系统明显不同。继电器控制装置采用硬逻辑并行的方式；在执行过程中，如果一个继电器的线圈通电，哪么该机电器的所有常开和常闭触点，无论处在控制线路的什么位置，都会立即动作：其常开触点闭合，常闭触点打开。而PLC采用循环扫描控制程序的工作方式；在PLC的工作过程中，如果某个软继电器的线圈接通，该线圈的所有常开和常闭接点，并不一定都会立即动作，只有CPU扫描到该节点时才会动作：其常开接点闭合，常闭接点打开。3.2.2 扫描工作过程PLC开始运作时，首先清除I/O映像的内容，然后进行自诊断，自检CPU及I/O组件，确定正常后开始循环扫描。每个扫描过程分为三个阶

27、段进行，即输入采样、重新执行、输出刷新。PLC重复执行上述三个阶段，每重复一次的时间就是一个工作周期（或扫描周期），如图3-4所示：输入采样程序执行输出刷新 图3-4 PLC工作周期的三个阶段1 输入采样阶段在输入采样阶段，PLC以扫描方式按顺序将所有输入端的输入信号状态（“0”或“1”，表现在接线端上是否承受外加电压）读入输入映像寄存器区。这个过程成为对输入信号的采样，或称输入刷新，接着转入程序执行阶段。在输入采样阶段结束后，即时输入信号状态发生改变，输入映像寄存器区中的状态也不会发生改变。2 程序执行阶段在程序执行阶段，在PLC对程序按顺序进行扫描，又称程序处理阶段。如果程序用梯形图表示，

28、则总是按先上后下，先左后右的顺序对由节点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算结果，刷新输出映像寄存器区或系统RAM区对应位的状态。在程序执行阶段，只有输入映像寄存器区存放的输入采样值不会发生改变，其他各种元素在输出映像寄存器区或系统RAM存储器内的状态和数据都有可能随着程序的执行随时发生改变。值得注意的是，在程序的执行过程中，排在上面的逻辑行被刷新后的逻辑线圈状态或数据，会对排在下面的凡是用到这些逻辑线圈的接点或数据的逻辑行起作用，而排在下面的逻辑行，其被刷新的逻辑线圈的状态或数据，只有等到下一个扫描周期才可以会对排在上面的逻辑行起作用。起原因就是因为扫描是从上到下顺序进行的，前面执行

29、的结果可能改变前面的扫描结果，只有到了下一个扫描周期再次扫描前面程序的时候才有可能起作用。如果程序中两个操作相互用不到对方的操作结果，哪么这两个操作的程序在整个用户程序中的相对位置是无关紧要的。3 输出刷新阶段当程序执行后，进入输出刷新阶段。此时，将输出映像寄存器区中所有输出继电器的状态转存到输出锁存电路，再通过输出端驱动用户输出设备（负载），这就是PLC的实际输出。3.2.3 扫描周期的计算 严格的来说，在PLC的实际工作过程中，每个扫描周期除了前面所讲的输入采样、程序执行、输出刷新三个阶段外，还要进行自诊断、与外设（如编程器、上位计算机）通信等处理。即一个扫描周期还应包含自诊断及外设通信等

30、时间。一般来说，同型号的PLC，其自诊断所需的时间相同，如三菱FX2系列机自诊断时间为0.96MS。通信时间的长度与链接等外设多少有关系，如果没有连接外设，则通信时间为0.输入采样与输出刷新时间取决于其I/O点数，而扫描用户程序所程序所用的时间则与扫描速度及用户程序长短有关。对于基本逻辑指令组成用户程序，二者的乘积即为扫描时间。如果程序中包含用户特殊指令，则还必须根据用户手册查表计算执行这些特殊功能指令的时间。3.3 PLC的I/O响应时间扫描操作是最基本的PLC操作，也是PLC区别与其他控制系统的典型的特征之一。它提供固定的逻辑判定顺序，按指令的次序求解逻辑运算，而且每个运算的结果，颗粒机用

31、于后面的逻辑运算，消除了复杂电路的内部竞争，使用户在编辑的时候，看不考虑继电器动作延时，也用不着考虑这些继电器的触点数量。但PLC采用集中I/O刷新方式，在程序执行阶段和输出刷新阶段，即使输入信号发生变化，输入映像寄存器的内容也不会改变，不会映像本次扫描的结果；导致输出信号变化滞后与输入信号变化，这就产生了PLC的输入输出响应滞后现象；最大滞后时间为2-3个扫描周期。产生输入输出响应滞后现象的原因除了PLC的扫描工作方式外，还与输入滤波器的滞后作用有关。为了提高PLC的抗干扰能力，在每个开关量的输入端都采用光电隔离和R-C滤波电路等技术，其中，R-C滤波电路的滤波常数一般为10-20ms。若P

32、LC采用继电器输出方式，输出电路中的继电器触点的机械滞后作用，也是引起输入输出响应滞后现象的一个原因。 PLC的这种滞后响应，在一般的工业控制系统是完全允许的，但不能适应要求I/O响应速度快的实时控制场合。为此，近期的大、中、小型PLC除了加快扫描速度，还在软硬件上采取一些措施，以提高I/O的响应速度。在硬件方面，可选用快速响应模块、高速计数模块等。3.3.1 改变信息刷新方式1 I/O立即刷新 一般来说，在输入采样阶段进行输入刷新，在输除刷新阶段刷新输出锁存电路；在程序执行节端，既不刷新输入，又不刷新输出。这种处理方式是导致输入输出滞后响应的主要原因。20世纪80年代中期以来，几乎所有的PL

33、C都增加一种新的刷新方式：I/O立即刷新。这种新的刷新方式是通过在程序中增加I/O立即刷新指令完成的。用户可在程序的不同位置插入I/O立即刷新指令。这样，在PLC投入运行后，除了在输入采样和输出刷新阶段集中进行I/O立即刷新外，还在扫描到I/O时立即刷新新指令位置，对指令规定的输入输出范围，立即进行一次刷新：将指令规定的输入状态读入输入映像寄存器区，将指令规定的输出按输出映像寄存器区中的状态刷新输出锁存电路。2 I/O直接刷新方式为进一步提高I/O响应速度，有些PLC采用一种特殊的工作方式-I/O直接刷新方式（DIRECT MODE）与一般PLC不同，采用I/O直接刷新方式输入和刷新输出。由于

34、不进行集中I/O刷新，其I/O响应时间缩短。3.3.2 采用中断技术通过在用户程序中多处插入I/O立即刷新指令，使PLC可以读取脉冲宽度小于一个扫描周期的输入信号；输入信号脉冲宽度越窄，要求I/O立即刷新指令的间隔越小，这给用户编辑带来了方便。处理窄脉冲输入信号更有效、简便的方法是采用诊中断技术。 近期的PLC都有中断功能。PLC的中断系统包括多个中断请求源（简称中断源）和相关的中断指令。中断操作流程图如图3-5所示：中断服务子程序执行主程序继续执行主程序图3-5 中断操作流程图3.3.3 调整输入滤波器无论采用I/O立即刷新指令，还是采用中断技术，R-C滤波时间常数大都是影响I/O响应速度提

35、高的主要因素。设滤波常数为10ms，为使x10-x17共8个输入状态的变化及时用立即刷新指令REF读入，则在扫描到该程序之前，变化后的输入状态至需要持续10ms，才能被读入I/O映像区。为了进一步提高PLC的I/O响应速度，某些近期的PLC提供带有可调滤波器的高速开关量输入端。这些输入端采用常数很小的R-C滤波器和可用指令修改的数字式滤波器。如FX2系列PLC就提供X7共8个这样的高速输入端，其R-C滤波器时间常数仅为50us，另外再加上指令修改的数字式滤波器。3.4 PLC的硬件系统 PLC的硬件系统由基本单元、I/O扩展单元及外部设备完成，如下图3-6为PLC的硬件系统的机构框架图:输 入

36、 部 件外 部 I/O 接 口存储器RAM（用户程序）EPROM(系统程序)控制器运算器电源 微处理器(CPU)输 出 部 件接 受 现 场 信 号驱 动 受 控 元 件I/O扩 展 接 口I/O扩 展 单 元 编程器 盒式磁带机 打印机EPROM-写入器 PLC 基本单元图3-6 PLC的硬件系统结构框图1 微处理器（CPU）与通用计算机一样，CPU是PLC的核心部件，在PLC控制系统中的控制系统中的作用类似于人体的神经中枢，整个PLC工作过程都是在CPU的统一指挥下进行的。它的主要功能有以下几点：（1）接受从编程器输入的用户程序和数据，送入存储器存储；（2）用扫描方式接受输入设备的状态信号

37、，并存入相应的数据区（输入映像寄存器）；（3）监测和诊断电源，PLC内部电路工作状态和用户程序编程过程中的语法错误；（4）执行用户程序，完成各种数据的运算、传递和存储等功能；（5）根据数据处理的结果，刷新有关标志位的状态和输出状态寄存器表的内容，以实现输出控制、制表打印或数据通信等功能。2 存储器 PLC配有两种存储器：系统存储器和用户存储器。系统存储器存放系统程序，用户存储器用来存放用户编织出来控制程序。 系统程序用来管理PLC系统，不能由用户直接存取，所以，PLC产品样本或说明书中所列的存储器类型及其容量，系指用户程序存储器而言。如FX2-24M的存储器容量为4K步，即指用用户程序存储器的

38、容量。 PLC所配的用户存储器的容量 大小差别很大，通常中小型PLC的用户存储容量在8K步以下，大型PLC的存储了容量可达到或超过256K步。3 输入/输出(I/O)部件实际生产过程中产生的输入信号多种多样信号电平各不相同，而PLC所能处理的信号只能是标准电平，因此必须通过输入模块将这些信号转换成CPU能够接受和处理的标准电平信号。同样外部执行元件如电磁阀、接触器、继电器等所需要的控制信号电平也千差万别，亦必须通过输出模块将CPU输出的标准电平信号转换成这些执行元件所能接收的控制的信号。所以，输入/输出模块实际上是CPU与现场输入输出设备之间的连接部件，起着PLC与被控制对象间传递输入输出信号

39、的作用。PLC输入/输出模块的电路框图如图3-7图3-8所示。隔离器外 部 输 入 信 号滤波器输 入 状 态 寄 存 器滤波器信 号 接 收 回 路滤波器隔离器隔离器图3-7 输入接口外 部 设 备输 出 状 态 寄 存 器信 号 发 送 回 路隔离器保存器功率放大器隔离器保存器功率放大器隔离器保存器功率放大器图3-8 输出接口为提高抗干扰能力，一般的输入/输出模块都有光电隔离装置。在数字量I/O模块中广泛采用由发光二接管和光电三接管组成的光电耦合器，在模拟量I/O模块中通常采用隔离放大器。来自工业生产现场的输入信号经输入模块进入PLC。这些信号有的是数字量，有的是模拟量；有的是直流信号，有

40、的是交流信号。使用时要根据输入信号的类型选择何时得输入模块。由PLC产生的输出控制信号经过输出模块去驱动负载，如电镀上的升降电动机的起停和正反转、阀门的开闭、设比的移动、升降等。和输入模块相同，与输出模块相接的负载所需的控制信号有的是属质量，有的模拟量；有的交流，有的是直流。因此，同样需要根据负载性质选择合适的输出模块。PLC具有多种模块，常见的有属质量I/O模块和模拟量I/O模块，以及快速响应模块、高速计数模块、通信接口模块、温度控制模块、中断控制模块、PID控制模块和位置控制模块等多种。I/O模块的类型、品种与规格越多，PLC系统的灵活性越好；I/O模块的I/O容量越大，PLC系统的适应性

41、越强。4 电源部件PLC配有开关式稳定电源的电源模块，用来将外部供电电源转换成PLC内部的CPU、存储器和I/O接口等电路工作所需要的直流电源。PLC的电源部件有很好哦的稳压设施，因此对外部电源的稳定性要求不高，一般允许外部电源电压的额定值在+10%-15%范围内波动。小型PLC的电源往往和CPU单元合为一体，大中型PLC都有专用电源部件。为了防止在外部电源发生故障的情况下，PLC内部程序和数据等重要信息的丢失，PLC还带有锂电池作为后备电源。第4章 设计简介4.1 电镀行车控制系统的种类4.1.1 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

42、系统。其中输人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触点通过导线连接，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是：价格便宜、性能价格比低。由于存在继电器抖动、打弧、吸合不良等现象，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间的连线，故技改难度大，同时体积大，耗能高。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。4.1.2

43、可编程序控制器控制系统1 可编程序控制器的特点（1）可靠性高，抗干扰能力强；（2）适应性强，应用灵活；（3）编程方便，易于使用；（4）功能强，扩展能力强； （5）PLC控制系统设计、安装、调试方便；（6）维修方便，维修工作量少；（7）PLC体积小，重量轻，易于实现机电一体化。2 可编程序控制器的应用领域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。概括起来主要应用在以下几个方面：（1）顺序控制；（2）运动控制；（3）闭环过程控制；（4）数据处理；（5）通信和联网。4.2 电镀行车控制

44、系统的发展与现状在工业控制的各个领域里，小到一个简单的机电一体化设备、大到整个生产线，以及大型的工程领域里，都存在PLC控制系统的技术存在。PLC已不在是局限在逻辑上，应该理解成过程控制器，在整个自动化领域，PLC和传动是组成自动控制的两个非常重要的部分。在主流PLC往大型化、集成化、多功能化、网络化发展的同时，还有很多分支在并列发展。我们还有很多单体化、一体化的设备，现在越来越微型化离散的控制也在同步进行。为满足自动控制领域各层面的不同要求，微型机、小型机的发展势头也很猛。现在，PLC不仅能进行逻辑控制，在模拟量的闭环控制、数字量的智能控制、数据采集、监控、通信联网及集散控制方面都得到广泛的

45、应用。如今大、中型、甚至小型PLC都配有A/D、D/A转换及算术运算功能，有的还具有PID功能。这些功能使PLC应用于模拟量的闭环控制、运动控制、速度控制等具有了硬件基础；PLC具有输出和接收高速脉冲的功能，配合相应的传感器及伺服装置，PLC可以实现数字量的智能控制；PLC配合可编程终端设备（如触摸屏），可以实时显示采集到的现场数据及分析结果，为分析、研究系统提供依据；利用PLC的自检信号可实现系统监控；PLC具有较强的通信功能，可与计算机或其他智能装置进行通信和联网，从而能方便地实现集散控制。功能完备的PLC不仅能满足控制的要求，还能满足现代化大生产管理的需要。总之为了进一步扩大PLC在工业

46、自动化领域的应用范围，适应大、中、小型企业扩印不同需要，PLC产品大致向以下几方面发展：（1）向小型化方向发展；（2）向高速度、大容量和智能化方向发展；（3）PLC编程工具与编程语言的多样化、高级化、标准化；（4）向网络化方向发展；（5）发展容错技术和故障诊断。4.3 课题的内容和工艺要求1 内容：电镀生产线上有三个槽，工件由装有可升降吊钩的行车带动，经过电镀、镀液回收、清洗等工序，完成电镀全过程。在电镀生产线一侧，工人将代加工的零件装入吊篮，并发出信号，专用行车便提升并自动逐段进行。按工艺要求在需要停留的槽位停下，并自动下降，停留一定时间（各槽停留时间按事先工艺要求调定）后自动提升，如此完成

47、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加工循环。2 设计要求：工件放入镀槽中，电镀280s后提起，停放28s，让镀液从工件上流回镀槽中，然后放人回收液中浸30s，提起后停15s，接着放入清水槽中清洗30s。最后提起停15s后，行车返回原位，一个工件的电镀过程结束。如果在中途断电，工件将报废无需在进行下面的工序，所以可以通过点动操作返回，取下报废品。电镀工艺流程图如图4-1：280s清水槽回收液槽镀槽15s15s28s30s30s原位SQ6SQ5SQ4SQ3SQ2SQ1图4-1电镀工艺流程图4.4 工作过程分析镀专用行车采用远距离控制，

48、起吊重量500kg以下，起重物品是有待进行电镀或表面处理的各种产品零件。根据电镀加工工艺的要求，电镀专用行车的结构和动作流程如图4-1所示，其中1 槽为电镀槽，槽中装有电镀液，2槽为回收槽，3槽为清水槽，实际生产中电镀槽的数量由电镀工艺要求决定，电镀的种类越多，槽的数量越多。电镀专用行车的工作过程如下：（1）在电镀生产一侧，工人将待加工的零件装入吊篮，发出控制信号，行车自动上升，并逐段前进，根据工艺要求在需要停留的槽位停止。（2）行车停留在某个槽位上面后，自动下降，停留一定的时间（各槽停留的时间根据工艺要求预先设定），再自动上升并继续前行。（3）如此完成电镀工艺规定的各道工序，直至生产的末端。

49、然后，自动返回原位，由工人卸下处理好的零件。至此，一次循环加工完成，可见，电镀专用行车加工过程的控制是顺序控制，由吊篮前进、下降、延时停留、上升、后退等工序组成。第5章 电镀行车控制系统的总体方案5.1 电镀行车概述5.1.1 电镀行车的用途本电镀行车是某企业电镀车间为了提高工作效率，促进生产自动化和减轻劳动强度而制造的一台起吊设备。该设备采用远距离控制，起吊物品是有待进行电镀或表面处理的各种产品零件。另外，本电镀行车拥有手动、单周和连续3种工作方式，用户可根据实际需要选择其中工作方式进行电镀产品零件，这样就大大增加了对电镀行车操作的灵活性。5.1.2 电镀行车的基本组成结构电镀生产线采用专用

50、行车，行车架上装有可升降的吊钩，行车和吊钩各有一台电动机拖动。行车的前进、后退和吊钩的上升、下降均由相应的行程开关发出信号。该电镀生产线只有三个基本的槽位，分别是：清水槽、回收槽和电镀槽。编程时要求半自动和全自动控制。电镀生产线工艺流程如图3-1所示。5.1.3 电镀行车的工作原理（1）行车、吊钩的行程控制:采用计数固定的脉冲数来控制各种转速下工作台的行程；（2）电动机转速的测量和显示:通过编码器产生的高速脉冲，在利用PLC高速计数器在单位时间内计数，（3）电动机正反转的实现:由PLC输出端Y0、Y1分别控制继电器KM1、KM2去改变加给三相异步电动机的直流电源的极性，从而实现对三相异步电机转

51、向(行车前进后退、吊钩上升下降)的控制。5.2 对电镀行车控制系统的设计要求5.2.1 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。5.2.2 对全机控制的设计要求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：（1） 行车大车在初始位置；（2） 行车小车在初始位置；（3） 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

52、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。5.2.3 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）失压保护；（4）吊钩紧急制动。5.2.4 对信号显示和故障报警的设计要求（1）在任何工作方式下，信号显示系统都能显示电镀行车及其传送带运行的全过程。（2）信号显示系统应能显示控制系统的电源的工作状态，电动机的工

53、作状态，控制系统的工作方式。（3）当任何一台电动机的过载保护动作时，信号显示系统应能显示发生过载故障电动机，故障报警系统应能发出音响故障信号。5.3 方案比较SBTKMSBPKM图5-1 继电器电路图SBTKMSBPKMX0Y0X1Y0图5-2 PLC梯形图X0Y0X1Y05.3.1 继电器、PLC电路图电路分析（1） 如图5-1为继电器电路图；图中SBT为常开按钮，SBP位常闭按钮，KM为继电器线圈。当按下启动按钮SBT，继电器KM的线圈通电，其常开触点KM闭合，由于常开触点KM与启动按钮SBT并联，所以即使松开启动按钮SBT，已经闭合的常开触点KM仍然能使继电器KM的线圈通电，这个常开触点

54、称作“自锁”触点。停止时按下停止按钮SBP，继电器的线圈失电。（2） 如图5-2为PLC梯形图；图中X0为常开输入触点，X1为常闭输入触点，Y0表示输出，其输出Y0的工作状态受X0、X1信号控制，当按下启动输入继电器按钮X0，输出继电器Y0的线圈通电，其常开触点Y0闭合，由于常开触点Y0与启动输入继电器按钮X0并联，所以即使松开启动输入继电器按钮X0，已经闭合的常开触点Y0仍然能使输出继电器YO的线圈通电。停止时按下停止按钮X1，输出继电器的线圈Y0失电，常开触点Y0断开。5.3.2 PLC与继电器的优缺点如图5-1、5-2对于同一控制电路，继电控制原理和梯形图的输入、输出信号基本相同，控制过

55、程等效。继电器的特点： （1）功能不易扩展；（2）继电器价格相对PLC便宜；（3）继电器接线复杂，一个产品的工艺改变，要重新接线，布线不易更新；（4）继电控制使用是内部继电器、定时器和计数器靠硬件连接控制电路；（5）可靠性不高，查找和排除故障十分困难；（6）当产品更新时继电器控制系统的元件和接线都要相应的变化，而且这种变动工作量很大，工期长费用高。在传统的继电器控制系统和电子逻辑控制系统中，控制任务的完成时通过电器、电子控制线路来实现的。这些控制线路间继电器、接触器、电子元件等若干分立器件用导线连接在一起、形成满足控制对象动作要求的控制程序。这样的控制系统成为接线程序控制系统。因其程序就固定在

56、接线中，所以又成为接线程序。在接线控制系统中，若要修改控制程序就必须改变接线。设计一个接线程序控制系统，首先需要针对具体的控制对象，分析控制要求，确定所需的用户输入输出设备，设计相应的控制线路，再根据需要制作针对该控制装置（如继电器控制柜或控制台）。对于较复杂的控制过程，控制线路的设计将非常繁琐、困难。设计的控制线路也很复杂。由于控制系统器件接线多，使系统的可靠性受到了很大的影响，其平均无故障时间往往较短。控制系统完成以后，如控制任务发生变化（如生产工艺流程的变化），则必须改变相应接点才能实现；因而容易造成界限程序控制系统的灵活性、通用性较低，故障率高，维修也不方便。 PLC的特点1 可靠性高

57、、抗干扰性强PLC采用了集成度很高的微电子器件，大量开关动作由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或软件的刚干扰的设施。硬件方面的设施有：（1）隔离PLC的输入、输出接口电路一般都采用光点耦合器来传递信号，这种光电隔离设施使外部电路与PLC内部之间完全避免了点的联系，有效地抑制了外部的干扰源对PLC的影响，还可以防止外部强电穿入内部CPU。（2）滤波PLC电路电源和输入、输出(I/O)电路中设置了多种滤波电路，可有效抑制高频干扰信号。（3）在PLC内部CPU供点电源采取屏蔽、稳压

58、、保护等设施，防止干扰信号通过供电源进入PLC内部，另外各个输入输出（I/O）接口电路的电源彼此独立，以避免电源之间的相互干扰；（4）内部设置连锁、环境检测与诊断等电路，一旦发生故障就报警；（5）外部采用密封、防尘、抗震的外壳封装机构，以适应工作的恶劣的环境。在软件方面的设施有：（1）设置故障检测与诊断程序，每次扫描都对系统状态、用户程序、工作环境和故障进行检测诊断，发现错误后，立即作自动相应的措施，如报警、保护数据和封锁输出等。（2）定义用户程序及动态数据进行电池后备，以以保证停电后有关状态及信息不会丢失。2 编程简单易学PLC采用与继电器控制线路图非常接近的梯形图作为编程语言，它既有继电器

59、电路的清晰直观的特点，又充分考虑到电气工人和技术人员的读图习惯，对使用者来说，几乎不需要专门的计算机知识，因此，易学易懂，程序改变时也容易修改。3 功能完善、适应性强目前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、顺序控制功能，还具有A/D、D/A转换、算术运算及数据处理、通信联网和生产过程监控等功能。它能根据实际需要，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、多点生产线。既可以现场控制，又可以远程控制。 针对不同的工业现场信号，如交流、直流、开关量或模拟量、电流或电压脉冲或电位、强电或弱电等，PLC都有相应I/O接

60、口模块与工业现场控制器件和设备直接连接，用户可以根据需要方便的进行配置，组成使用、紧凑的控制系统。4 使用简单，调试维修方便PLC的接线极其方便，只需将生产输入信号的设备（如按钮、开关等）与PLC的输入端子连接，将接收输出型号的被控制设备（接触器、电磁阀等）与PLC的输出端子连接，仅用螺丝刀既可完成全部接线工作。PLC的用户程序可在实验室模拟调试，输入信号用开关来模拟，输出可以用PLC的发光二极管。调试后再将PLC早现场安装调试。调试工作量要比继电器控制系统少得多。PLC的故障率很低，并且有完善的自诊断功能和运行故障指示装置。一旦发生故障，可以通过PLC机上各种发光二极管的亮灭状态迅速查明原因

61、，排除故障。5体积小、重量轻、功耗低 由于PLC采用了半导体大规模集成电路，因此正规产品机构紧凑、体积小、重量轻、功耗低，所以PLC很容易装入机械设备内部，是实现机电一体化的理想的控制设备5.3.3 PLC的选用通过以上对比，我们很容易看出PLC的功能强大和它适用性，更为人性化的操作。随着21世纪工业生产的迅速发展，市场竞争越来越激烈，PLC技术得到了迅猛的发展，PLC的发展越来越智能化，功能越来越完善化，PLC的优越是继电器无法比拟的。PLC是一台工业控制的计算机，价格比继电器昂贵，但比继电器简单，易于操作，工艺的变化只需重编写程序，调试比继电器少的多，可以自我诊断运行故障，排除故障。第6章 PLC在电镀生产线上的应用设计6.1 工艺要求电镀生产有三个槽（实际应用还会多些），工件由装有可升降吊钩的行车带动，经过电镀、镀液回收、清洗等工序，完成工件的电镀全过程。工艺要求为：工件放入电镀槽中，电镀280s后提起，停放28s，让镀液从工件上流回镀槽，然后放入回收液槽中浸30s，提起后停15s，接着放入清水槽中清洗30s，最后提起停15s后，行车返回原位，一个工件的电镀过程结束。