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电镀生产线

电镀生产线即属于中柱直线式,电镀生产线上有专用行车架,行车架上装有可升降的吊钩。行车和吊钩各由一台电动机拖动行车的进退和吊钩的升降均有相应的限位开关SQ定位。该生产线上现有三个槽位,也可以根据生产需要和工艺要求方便的扩展,整个系统利用plc控制,用组态王监控整个电镀生产的过程。

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。

近10年来,随着PLC价格的不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。

二章

根据自动化电镀生产线的控制要求,我们采用了德国西门子PLC S7-200 CPU226型号,此类型PLC无论独立运行,还是联接网络都能完成各种控制任务。它的使用范围可以覆盖从替代继电器的简单控制到复杂的自动控制。其应用领域包括各种机床、纺织机械、塑料机械、电梯等行业。S7-200 CPU226通讯功能完善,具有极高的性能价格比是很突出的特点,也是我们采用它的主要原因。PLC为此系统的控制核心,此系统的输入信号有两部分,一部分是原点、单周期、连续等面板控制按钮,另一部分是多种行程开关,这些面板按钮信号和传感器信号作为PLC的输入变量,经过PLC的输入接口输入到内部数据寄存器,然后在PLC内部进行逻辑运算或数据处理后,以输出变量的形式送到输出接口,从而驱动电机来控制行车的运行和吊钩的升降

PLC的特点

PLC作为一种专用于工业环境的、具有特殊结构的计算机,有其显著的特点。

(1) 可靠性高,抗干扰能力强

传统的继电器控制系统中使用了大量的中间继电器、时间继电器。由于触点接触不良,容易出现故障。PLC用软件代替大量的中间继电器和时间继电器,仅剩下与输入和输出有关的少量硬件,接线可减少到继电器控制系统的

1/10~1/100,因触点接触不良造成的故障大为减少。

高可靠性是电气控制设备的关键性能。PLC由于采用现代大规模集成电路技术,采用严格的生产工艺制造,内部电路采取了先进的抗干扰技术,具有很高的可靠性。例如三菱公司生产的F系列PLC平均无故障时间高达30万小时。一些使用冗余CPU的PLC的平均无故障工作时间则更长。从PLC的机外电路来说,使用PLC构成控制系统,和同等规模的继电接触器系统相比,电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一,故障也就大大降低。此外,PLC带有硬件故障自我检测功能,出现故障时可及时发出警报信息。在应用软件中,应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序,使系统中除PLC以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。这样,整个系统具有极高的可靠性也就不奇怪了。

(2) 硬件配套齐全,功能完善,适用性强

PLC发展到今天,已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品,并且已经标准化、系列化、模块化,配备有品种齐全的各种硬件装置供用户选用,用户能灵活方便地进行系统配置,组成不同功能、不同规模的系统。PLC的安装接线也很方便,一般用接线端子连接外部接线。PLC有较强的带负载能力,可直接驱动一般的电磁阀和交流接触器,可以用于各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外,现代PLC大多具有完善的数据运算能力,可用于各种数字控制领域。近年来PLC的功能单元大量涌现,使PLC渗透到了位置控制、温度控制、CNC 等各种工业控制中。加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展,使用PLC 组成各种控制系统变得非常容易。

(3) 易学易用,深受工程技术人员欢迎

PLC作为通用工业控制计算机,是面向工矿企业的工控设备。它接口容易,编程语言易于为工程技术人员接受。梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近,只用PLC的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。

(4) 安装方便,扩展灵活

PLC采用标准的整体式和模块式硬件结构,现场安装简便,接线简单,工作量相对较小;而且能根据应用的要求扩展输入—输出模块或插件,系统集成方便灵活。各种控制功能通过软件编程完成,因而能适应各种复杂情况下的控制系统,也便于控制系统的改进和修正,特别适应各种工艺流程变更较多的场合。

(5) 系统的设计、安装、调试工作量小,维护方便,容易改造

PLC的梯形图程序一般采用顺序控制设计法。这种编程方法很有规律,很容易掌握。对于复杂的控制系统,梯形图的设计时间比设计继电器系统电路图的时间要少得多。

PLC用存储逻辑代替接线逻辑,大大减少了控制设备外部的接线,使控制系统设计及建造的周期大为缩短,同时维护也变得容易起来。更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。这很适合多品种、小批量的生产场合。

(6) 体积小,重量轻,能耗低

以超小型PLC为例,新近出产的品种底部尺寸小于100mm,仅相当于几个继电器的大小,因此可将开关柜的体积缩小到原来的1/2~1/10。它的重量小于150g,功耗仅数瓦。由于体积小很容易装入机械内部,是实现机电一体化的理想控制设备。

PLC机型选择

根据自动化电镀生产线的控制要求,我们采用了德国西门子PLC S7-200 CPU226型号,此类型PLC无论独立运行,还是联接网络都能完成各种控制任务。

它的使用范围可以覆盖从替代继电器的简单控制到复杂的自动控制。其应用领域包括各种机床、纺织机械、塑料机械、电梯等行业。S7-200 CPU226通讯功能完善,具有极高的性能价格比是很突出的特点,也是我们采用它的主要原因。PLC 为此系统的控制核心,此系统的输入信号有两部分,一部分是原点、单周期、连续等面板控制按钮,另一部分是多种行程开关,这些面板按钮信号和传感器信号作为PLC的输入变量,经过PLC的输入接口输入到内部数据寄存器,然后在PLC内部进行逻辑运算或数据处理后,以输出变量的形式送到输出接口,从而驱动电机来控制行车的运行和吊钩的升降

2.5 I/O分配表及其端子接线图

在本次系统设计中,我们定义的I/O分配表如表2-1所示。将13个输入信号和5个输入信号按各自的功能类型分好,并与PLC的I/O点一一对应,编排地址如下表。数字量扩展模块的地址分配是从最靠近CPU模块的数字量模块开始,在本机数字量地址的基础上从左到右按字节连续递增,本模块高位实际位数未满8位的,未用位不能分配给I/O链的后续模块,模拟量扩展模块的地址是从最靠近CPU模块的模拟量模块开始,在本机模拟量地址的基础上从左到右按字递增。

我们定义的I/O端子接线图如图2-1所示。由图表可以看出,PLC控制系统的输入信号有13个,均为开关量。其中单操作按钮开关2个,行程开关3个,限位开关5个,选择工作方式开关3个。PLC控制系统的输出信号有5个,其中2个用于驱动吊钩电机正反转接触器KM1、KM2,2个用于驱动行车电机正反转接触器KM3、KM4,1个用于原位指示。

电镀生产线

电镀生产线

主电路L1

电镀生产线

L3

元件选择

3 系统的软件设计

3.1PLC内部资源

内部根据软元件的功能不同,分成了许多区域,如输入/输出继电器区、定

时器区、计数器区、特殊继电器区等。下面分别介绍下。

1、定时器:电气自动控制的大部分领域都需要用定时器进行时间控制,灵活地使用定时器可以编制出复杂动作的控制程序。它是PLC中重要的编程元件,是累计时间增量的内部器件。

定时器的工作过程与继电-接触器控制系统的时间继电器基本相同,但它没有瞬动触点。使用时要提前输入时间预设值。当定时器的输入条件满足时开始计时,当前值从0开始按一定的时间单位增加;当定时器的当前值达到预设值时,定时器触点动作。利用定时器的触点就可以得到控制所需的延时时间。

2、计数器:计数器可用来累计输入脉冲的个数,经常用于对产品进行计数或者进行特定功能的编程。使用时要提前输入它的特定植。当输入触发条件满足时,计数器开始累计它的输入端脉冲电位上升延的次数,当计数器计数达到预定的设定值时,其常开触点闭合,常闭触点断开。

3、输入继电器:输入继电器一般都有一个PLC的输入端子与之对应,它用于接受外部的开关信号。当外部的开关信号为闭合时,输入继电器的线圈得电,在程序中常开触点闭合,常闭触点断开。

4、输出继电器:输出继电器一般都有一个PLC上的输出端子与之对应。当通过程序使得输出继电器线圈得电时,PLC上的输出端开关闭合,它可以作为控制外部负载的开关信号。同时在程序中其常开触点闭合,常闭触点断开。

5、内部位存储器:内部位存储器的作用和继电-接触器控制系统中的中间继电器相同,它在PLC中没有输入/输出端与之对应,因此它的触点不能驱动外部负载,这是与输出继电器的主要区别。它主要起逻辑控制作用。

以上几个是我们在本次系统设计的过程中可能需要用到的PLC软元件,另外PLC还有很多其它的软元件。

3.2 PLC编程语言

PLC是通过运行编写的用户程序实现控制任务的。PLC中的程序由系统程序和用户程序两部分组成,系统程序由PLC生产厂家提供,它支持用户程序的运行;

用户程序是用户为完成特定的控制任务而编写的应用程序。S7-200系列PLC的编程语言非常丰富,有梯形图、语句表、功能块图和顺序功能图等,用户可以选择一种编程语言,如果需要,也可混合使用几种语言编程。这些编程语言都是面向用户的,它使控制程序的开发、输入、调试和修改工作大大简化。我们在本次设计中选择梯形图编程。以下我们详细介绍下梯形图的概念。

梯形图左边有一条垂直的线称作左母线,右边一条虚线称为右母线。母线之间是触点的逻辑连接和线圈的输出。

PLC梯形图具有以下一些特点:

1、PLC的梯形图是“从上到下”按行绘制的,两侧的竖线类似电气控制图的电源线,通常称做母线(Bus Bar),大部分梯形图只保留左母线;梯形图的每一行是“从左到右”绘制,左侧总是输入接点,最右侧为输出元素,触点代表逻辑“输入”条件,如开关、按纽、内部条件等;线圈通常代表逻辑“输出”结果,如指示灯、接触器、中间继电器、电磁阀等。对S7-200系列的PLC来说,还有一种输出“盒”(功能框),它代表附加的指令,如定时器、计数器或数学运算等功能指令。

2、电气控制电路左右母线为电源线,中间各支路都加有电压,当支路接通时,有电流流过支路上的触点与线圈。梯形图中的假想电流在图中只能作单方向的流动,即只能从左向右流动。层次改变(接通的顺序)也只能先上后下,与程序编写时的步序号是一致的。

3、梯形图中的输入接点如I1.0、I0.1等,输出线圈Q0.0、Q0.1等不是物理接点和线圈,而是输入、输出存储器中输入、输出点的状态,并不是接线时现场开关的实际状态;输出线圈只对应输出映像区的相应位,该位的状态必须通过I/O模块上对应的输出单元才能驱动现场执行机构。

4、梯形图中使用的各种PLC内部器件,如辅助继电器、定时器、计数器等,也不是真的电器元件,但具有相应的功能,因此通常按电气控制系统中相应器件的名称称呼它们。梯形图中每个继电器和触点均为PLC存储器中的一位,相应位

为“1”,表示继电器线圈通电、常开接点闭合或常闭接点断开;相应位为“0”,表示继电器线圈断电、常开接点断开或常闭接点闭合。

5、梯形图中的继电器触点既可常开,又可常闭,其常开、常闭触点的数目理论上是无穷多个(受存储容量限制),也不会磨损,因此,梯形图设计中,可不考虑触点数量,这给设计者带来很大方便。对于外部输入信号,只要接入一个信号到PLC即可。

6、电气控制电路中各支路是同时加上电压并行工作的,而PLC是采用循环扫描方式工作,梯形图中各元件是按扫描顺序依次执行的,是一种串行处理方式。由于扫描时间很短(一般不过几十毫秒),所以控制效果同电气控制电路是基本相同的。但在设计梯形图时,对这种并行处理与串行处理的差别有时候应予注意,特别是那些在程序执行阶段还要随时对输入、输出状态存储器进行刷新操作的PLC,不要因为对串行处理这一特点考虑不够而引起偶然的误操作。

流程图

电镀生产线

梯形图

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指令表

程序调试分析调试实现

我们在设计的最后阶段把软件和硬件结合起来,成功实现了电镀生产线系统的监控功能。我们编辑好画面图,根据各个部件之间的相互联系和控制关系,按照上一章所述的操作步骤进行设备连接,最后终于在运行环境里实现了系统在监控状态下的自动运行。

编辑好的画面如图4.1所示,上面的各种图形界面所代表中的实物都一一标出。

电镀生产线

图4.1 初始状态

按动“连续运行”按钮,再按“启动按钮”,系统向上运行,如图4.2所示:

电镀生产线

按动上限开关,系统向右运行,如图4.3所示:

电镀生产线

按动形成开关中的任何一个,系统下行,如图4.4所示:

电镀生产线

当右行到右限位时,碰到右限开关时,系统向左运行,如图4.5所示:

电镀生产线

自此,所有的运行过程到此运行完毕。

第四章结论总想

参考文献