电子毕业设计-电镀PLC设计论文

PLC在电镀生产线控制系统中的应用 QQ 64134703 QQ 64134703 摘 要： 利用三菱 FX2N 系列可编程序控制器来控制电镀自动生产线。在上料时，采用 PLC 控制机械手自动上料，电镀过程用 PLC 控制行车来进行电镀，行车在前后运行 及停车时采用能耗制动，以保证准确定位，并且行车在每个槽位停留的时间由定时 器控制，可根据工艺需要由外部设定。机械手与行车有多种操作方式，便于实际生 产的需要，主要有：自动循环、单周期、单步操作、手动操作，这四种操作方式。 采用 PLC对专用行车的工作过程进行控制的方法，简化了控制系统的接线，提高了 系统的可靠性和灵活性，在实际生产中减少了劳动力，提高了工作效率。 关键词： 三菱 FX2N系列；机械手；行车；操作方式 QQ 64134703 QQ 64134703 Electroplate the automatic production line PLC to control Abstract: Utilizing Mitsubishi FX2N series to programme,the controller control and electroplate the automatic production line,In material loa ding,adopt PLC to control the automatic material loading of the manipul ator,electroplate the course and control and drive a vehicle to electro plate with PLC,it drive a vehicle in before and after operate and not w hen not parking,and the time to drive a vehicle and stay in each trough location is controlled by the timer,can be established by the outside according to the needs of craft.The manipulator benefits the need that is produced actually with having many kinds of operation modes to drive a vehicle,as follows,mainly Automatic circulation,single cycle,single step operate,manual operation,these four kinds of operation modes.Adopt ing PLC will carry on the method to control to the special-purpose work ing course that drives a vehicle,has simplified the wiring of the contr ol system,have improve systematic dependability and flexibility,has red uced the workforce in actual production,have improved working efficienc y. Key words: Mitsubishi FX2N series;Manipulator;drives a vehicle;Operati on mode QQ 64134703 QQ 64134703 目 录 摘 要： ................................................................................................................................................2 关键词 ....................................................................................................................................................2 1 概 述 ........................................................................................................................................1 1.1 可编程序控制器（PC） ...................................................................................................1 1.1.1 PC的定义...............................................................................................................1 1.1.2 PC的性能指标及特点...........................................................................................2 1.2 PLC的特点 ........................................................................................................................2 1.2.1 软件简单易行 ........................................................................................................2 1.2.2 使用和维护方便 ....................................................................................................2 1.2.3 抗干扰能力强，工作稳定可靠 ............................................................................3 1.3 PLC的发展及国内市场概况 ............................................................................................3 1.3.1 PLC的编程语言 ....................................................................................................4 2 电镀自动生产线 PLC控制设计 ...................................................................................................5 2.1 FX2N系列 PLC的内部资源 ............................................................................................5 2.1.1 输入触点 X ............................................................................................................5 2.1.2 输出继电器 Y ........................................................................................................5 2.1.3 内部继电器 ............................................................................................................6 2.1.4 状态寄存器 S .........................................................................................................6 2.1.5 定时器 T.................................................................................................................6 2.1.6 计数器 C.................................................................................................................7 2.1.7 数据寄存器 D、V、Z ...........................................................................................7 2.2 指令的基本编程法及指令说明 ........................................................................................8 2.2.1 基本器件编程方法 ................................................................................................8 2.2.2 基本指令用法说明 ................................................................................................9 2.2.3 相关程序控制功能指令说明 ..............................................................................11 2.3 控制要求 ..........................................................................................................................12 2.4 控制方案 ..........................................................................................................................12 2.4.1 控制原理分析 ......................................................................................................12 2.4.2 手动操作 ..............................................................................................................13 2.4.3 自动操作 ..............................................................................................................14 2.4.4 程序调试及模拟运行 ..........................................................................................15 3 电镀 PLC自动控制设计 .............................................................................................................16 3.1 控制要求 ..........................................................................................................................17 3.2 控制方案 ..........................................................................................................................17 3.3 控制原理分析 ..................................................................................................................17 3.4 硬件设计 ..........................................................................................................................18 4 PLC程序设计 ..............................................................................................................................18 5 程序调试及实验验证 ..................................................................................................................22 6 结束语 ..........................................................................................................................................23 7 参考文献 ......................................................................................................................................24 8 致 谢 ......................................................................................................................................25 9 附 录 ......................................................................................................................................26 QQ 64134703 QQ 64134703 9.1 附录 1 PLC控制 I/O接线图...........................................................................................26 9.2 附录 2 PLC控制总梯形图 ..............................................................................................28 9.3 附录 3 程序指令清单 .....................................................................................................29 QQ 64134703 QQ 64134703 1 1 概 述 可编程序控制器(Programmable Logic Con-troller) 简称 PLC，是将自动化技术，计算机 技术，通信技术融为一体的新型工业自动控制装置。由于它具有通用性好；可靠性高；环 境适应性好；抗干扰能力强；功能强；接线简单；编程容易；使用方便；体积小；量重轻； 功耗低等突出优点。是实现机电一体化的理想控制装置，我尝试将 PLC用于在生产线上。 根据电镀的工艺要求，组成 PLC控制的自动电镀生产，以达到提高产品质量，提高生产效 率和节能的目的。本 PLC控制行车是电镀车间起吊待电镀及 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 面处理的产品零件的自动电 镀设备。该系统能够实现灵活改变生产线的工艺选择，实现电镀工艺的变工序控制。利用 可编程序控制器，设计了一套自动控制系统，对该电镀专用行车实现多种控制方式，有手 动﹑自动﹑单周及单步操作，实现电镀的多种工艺的需要，各槽位有限位开关，保证行车 的准确停位。电镀行车采用两台三相异步电动机分别控制行车的升降和进退，采用机械减 速装置。在上料部分，采用了 PLC 控制的机械手自动上料，其也具有多种操作方式，机械 手可节省部分劳动力，采用自动控制，停位准确。 1.1 可编程序控制器（PC） 可编程序控制器，简称 PC或 PLC。它是 20世纪 70年代以来，在集成电路﹑计算机技 术基础上发展起来的一种新型工业控制设备。由于它具有功能强﹑可靠性高﹑配置灵活﹑ 使用方便以及体积小﹑重量轻等优点，国外已广泛运用于自动化控制的各个领域，并成为 实现工业生产自动化的支柱产品。近年来，国内在 PC技术与产品开发应用方面的发展也很 快，除许多从国外引进的设备﹑自动化生产线外，国产的机床设备已越来越快地采用 PC控 制系统取代传统的继电接触控制系统。国产化的小型 PC性能也基本达到国外同类产品的技 术指标。 1.1.1PC的定义 1987年 2月，国际电工委员会（IEC）颁布了可编程序控制器标准草案第三 稿。该草案中对可编程序控制器的定义是：“可编程序控制器是一种数字运算操 作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计，它采用了可编程序的，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，并通过数字式和模拟式的输入和输出，控制各种类型机械的生产过程。可编 程序控制器及其有关外围设备，都按易于与工业系统联成一个整体，易于扩充其 功能的原则设计。” 定义强调了可编程序控制器应直接应用于工业环境，它必须具有很强的抗干扰能力， 广泛的适应能力和使用范围，是区别于一般微机控制系统的一个重要特征。 QQ 64134703 QQ 64134703 2 1.1.2 PC的性能指标及特点 PC的性能指标 PC的技术性能指标有很多，主要有以下几项指标： a)输入/输出点数（I/O 点数） I/O 点数是指可编程序控制器外部输入﹑输 出端子数的总和。它标志着可以接多少个开关﹑按钮和可以控制多少个负载。 b)存储容量 存储容量是指可编程序控制器内部用于存放用户程序的存储 器容量，一般以步为单位，二进制 16位即一个字为一步。 c)扫描速度 一般以执行 1000步指令所需时间来衡量，单位为 ms/k步，也 有以执行一步指令所需时间来计算的。 d)功能扩展能力 可编程控制器除了主模块之外，通常都可配置几种可扩展 模块，以适应各种特殊应用的需要，如 A/D模块﹑D/A模块﹑位置控制模块等。 e)指令系统 指令系统是指一台可编程控制器指令的总和，它是衡量可编程控制器功能 强弱的主要指标。 1.2 PLC的特点 PLC的主要特点为： 1.2.1 软件简单易行 PLC的最大特点之一，就是采用易懂的梯形图语言，它是计算机软件技术构 成人们惯用的继电器模型，形成一套独具风格的以继电器梯形图为基础的形象编 程语言。梯形图符号和定义与常规继电器展开图安全一致，电气操作人员使用起 来得心应手，不存在计算机技术和传统电气控制技术之间的专业“鸿沟”。在了 解 PLC简要工作原理和它的编程技术之后，就可结合实际需要进行应用设计。 1.2.2 使用和维护方便 a)硬件配置方便 PLC的硬件都是生产厂家按一定标准和规格生产的，硬件 可按实际需要来配置，十分方便。 b)安装方便 因 PLC 是用程序来实现控制功能的，与继电器-接触器控制系 统相比较，大大减少了电器的安装和接线工作。 c)使用方便 PLC能提供许多内部继电器供用户编程使用，而且其触点的数 量和使用次数均不受限制，给用户带来很大方便。用户在选用 PLC 时主要考虑 I/O点数，可选择不同型号和各种功能模块的配置来达到需求数。 QQ 64134703 QQ 64134703 3 d)维护方便 PLC配备有许多监控提示信号，能检查出自身的故障，并随时 显示给操作者，并且能够动态地监视控制程序的执行情况，为现场的调试和维护 提供了方便。 1.2.3 抗干扰能力强，工作稳定可靠 因为 PLC是专为工业控制而设计的，所以设计者采用了各种措施来提高抗干 扰能力和工作可靠性，主要措施有： a)输入﹑ 输出均采用光电隔离，提高了抗干扰能力。 b)主机的输入电源和输出电源可相互独立，减少了电源间干扰。 c)采用循环扫描工作方式，提高了抗干扰能力。 d)内部采用“监视器”电路，以保证 CPU可靠地工作。 e)采用密封防尘抗震的外壳封装及内部结构，可使用恶劣环境。 1.2.2.4 设计施工周期短 使用 PLC完成一项控制工程，在系统设计完成以后，现场施工和 PLC程序设 计可以同时进行，周期短，可进行在线修改，柔性好。 由于具有如此多优点，PLC受到广泛欢迎，应用日益普及。 1.3 PLC的发展及国内市场概况 PLC 从诞生至今，其发展大体经历了三个阶段：从 20 世纪 70 年代至 80 年 代中期，以单机为主发展硬件技术，为取代传统的继电器-接触器控制系统而设 计了各种 PLC的基本型号。到 80年代末期，为适应柔性制造系统（FMS）的发展， 在提高单机功能的同时，加强软件的开发，提高通讯能力。90 年代以来，为适 应计算机集成制造系统（CIMS）的发展，采用多 CPU的 PLC系统，不断提高运算 速度和数据处理能力；通讯能力进一步提高，“网络就是计算机”这一观点已渗 透到 PLC领域，强大的网络通讯能更使 PLC如虎添翼，随着各种功能模块﹑应用 软件的开发，加速了 PLC向连续控制﹑过程控制领域的发展。PLC的发展过程表 明，它事实上以改变了当初单纯作为继电器﹑接触器的替代物用作开关量控制的 初衷，而发展成为一种新型的工业控制的基础控制设备。 今后，PLC的发展将会朝以下几个方向进行： a)方便灵活和小型化 近来，为了满足工业生产的不同需要，小型机功能不断增加，例如数值运 算﹑模拟量处理﹑与上位计算机联网通讯﹑CRT编程器等功能。在结构上，有些 小型机也采用了框架式，用户可根据需要选择 I/O接口﹑内存容量以及其他功能 模块，可以更加方便灵活地构成自己使用的控制系统。 b)大容量和高功能化 大容量 PLC输入输出点数在 1024点以上，甚至有的达到 5000—10000点， QQ 64134703 QQ 64134703 4 这类产品可以满足钢铁工业﹑化学工业等大型企业的生产过程自动控制需要。这 类产品大部分采用有高速运算能力的片位式微处理器或高功能的 16位﹑32位微 处理器，而且常常采用多 CPU结构，用不同的 CPU分别处理不同的控制任务以提 高整机处理速度和增加各种功能。 大型 PLC一般具有较强的科学计算﹑数据处理能力和数据通讯及联网能力， 有很高的运行速度，并且有大量不同功能的智能模块供选用，能方便与计算机及 别的控制器连成控制﹑管理网络。在总体上，PLC功能正在向通用计算机靠近。 c)机电一体化 可编程序控制器在机械行业得到了广泛应用，开发大量机电技术相结合的产 品和设备，PLC发展的重要方向。 机电一体化技术是机械、电子、信息技术的融合，它的产品通常由机械本体、 微电子装置、传感器、执行机构等组成。机械本体和微电子装置是机电一体化的 基本构成要素。 为了适应机电一体化产品的需要，PLC应该增强功能，增大存储容量和加快 处理速度，并且进一步缩小体积，加强坚固性和密封性，进一步提高可靠性及易 维护性。 d)通讯和网络标准化 随着生产技术的发展，必然会使 PLC从单机自动化向全厂生产自动化过度。 这就要求各个 PLC之间以及 PLC与计算机或其他控制设备之间能迅速、准确、及 时地互通信息，以便可以进行一致地控制和管理。 1.3.1 PLC的编程语言 PLC的编程语言有梯形图语言、助记符语言、顺序功能图语言等。其中前两 种语言用的比较多，顺序功能图语言也在许多场合被使用。 下面简单介绍一下梯形图语言： a)梯形图从上至下编写，每一行从左至右顺序编写。PLC程序执行顺序与梯 形图的编写顺序一致。 b)图左、右边垂直线称为起始母线、终止母线。每一逻辑行必须以起始母线 开始画起，终止母线可以省略。 c)梯形图中的触头有两种，即常开触头和常闭触头。这些触头可以是PLC的 输入触头或内部继电器触头，也可以是内部继电器、定时器/计数器的状态。 与传统的继电器控制图一样，每一触头都有自己的特殊标记，以示区别。因每一 触头的状态存入PLC内的存储单元中，可以反复读写，所以同一标记的触头可以 反复使用，次数不限。 d)梯形图的最右侧必须连接输出元素。 e)梯形图中的触头可以任意串、并联，而输出线圈只能并联，不能串联。 QQ 64134703 QQ 64134703 5 2 电镀自动生产线 PLC控制设计 本设计包括两个部分：上料装置机械手控制设计及电镀装置吊篮行车控制设 计。 其工艺流程为：有 5 个电镀槽，每个槽中装有不用的镀液(在实际生产中电 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)。本设计以 5个槽为例。电镀专用行车的加工过程：在电镀生产线一侧，用 PLC控制的机械 手将待加工的零件装人吊篮，发出信号，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，然后自动下降，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进。如此完成电镀工艺 规定 关于下班后关闭电源的规定党章中关于入党时间的规定公务员考核规定下载规定办法文件下载宁波关于闷顶的规定 的各道 工序，直至生产线的末端再自动返回原位，再由机械手卸下处理好的零件，完成 一次循环。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。 另外，该行车控制系统中，行车的前后和升降运动要求准确停位，且两者之 间应有电气联锁。 设计中所选用的可编程控制器为三菱的FX2N系列。 其I/O点数的确定： 根据输入设备(按钮、操作开关、传感器等)及输出设备(继电器、接触器、 信号灯等执行元件)，以及输出设备所驱动的控制对象如电动机等，可估算其I/O 点数。 以下是关于与本设计有关的FX2N系列的各功能的概述。 2.1 FX2N系列 PLC的内部资源 各种不同型号和档次的PLC具有不同数量和功能的内部资源，但构成PLC基本 特征的内部软元件是类似的。现以FX2N系列小型PLC为例，介绍其内部资源。 2.1.1 输入触点 X FX2N是基本单元中的输入点按照X000—X007，X010—X017，这样的八进制格式进行 编号；扩展单元的输入点则接着基本单元的输入点顺序进行编写。来自现场设备的外部输 入信号与硬件上的输入点一一对应，被PLC扫描读入后，存入输入映象寄存器，表现为程序 可多次调用的输入触点状态。输入触点X的基本功能是可以读取外部输入信号的状态。 2.1.2 输出继电器 Y FX2N的基本单元中的输出点按照Y000—Y007，X010—X017，这样的八进制格 式进行编号；扩展单元的输出点也接着基本单元的输出点顺序进行编号。PLC运 QQ 64134703 QQ 64134703 6 行时，要接受各路X的输入状态、运行控制程序，然后将运行结果传送至输出继 电器Y进行输出。因此，所有输出继电器都对应一个硬件上的输出信号，用来驱 动PLC的各路负载。输出继电器Y的基本功能是可以在用户程序的控制下改变负载 的状态。 2.1.3 内部继电器 在可编程控制器内部可多次使用，但不能输出的继电器叫做内部继电器或辅 助继电器。内部继电器与输出继电器的不同点是它只在程序中使用，既不能直接 读取外部输入状态，也不能直接驱动外部负载。内部继电器M在程序中的作用相 当与继电器控制系统中的中间继电器，其功能是在程序中用于中间状态暂存、移 位、辅助运算或赋予特别用途。PLC的内部继电器分普通型、掉电保持型和赋予 特殊用途型三类。 a)普通型 普通型继电器在断电或停止运行时线圈将失电，机内不记忆停电 瞬间的状态，再来电时从失电状态开始执行程序。FX2N系列PLC中普通型内部继 电器按十进制编号，从M0—M499共500个。 b)掉电保持型 掉电保持型继电器在断电或停止运行时机内记忆停电瞬间 的状态，再来电时恢复停电瞬间的状态，从此时状态开始执行程序。FX2N系列PLC 中掉电保持型内部继电器按十进制编号，从M500—M1023共524个。 c)赋予特殊用途型 赋予特殊用途的内部继电器有两大类，第一类信号由 PLC的系统程序自身产生，用户编程时可调用其触点，如特殊继电器M8000的功能 是在程序RUN时保持ON状态；M8002的功能是在程序RUN的第一个周期产生一个脉 冲宽度为一个扫描周期的脉冲输出，供用户初始化使用；M8011—M8014的功能是 为提供10ms、100ms、1s、1min的周期性脉冲输出。第二类信号由PLC的用户程序 驱动，用户编程时可置位其线圈，如程序置位M8033，则程序停止运行时输出会 保持，如程序置位M8034，则PLC输出全被禁止。 2.1.4 状态寄存器 S 状态寄存器是用于步进顺序控制时表达工序号的继电器。FX2N系列PLC中状 态寄存器S按十进制编号，从S0—S999共1000点，其中S0—S9供初始状态使用； S10—S19供返回原点使用；S20—S499为普通型；S500—S899为断电保护型； S900—S999供报警使用。状态寄存器不做工序号使用时，可作为内部继电器使用。 2.1.5 定时器 T 定时器是将可编程控制器内的1ms、10ms、100ms等时钟脉冲进行加法计数， 当它达到规定的设定值时，其输出点就工作。定时器利用内部时钟脉冲的可测量 QQ 64134703 QQ 64134703