1、 （二 一 五 年 六 月本科毕业设计说明书学校代码： 10128学 号： 201111202013题 目 ： 基 于 PLC 的 电 镀 生 产 线 运 行 控 制学 生 姓 名 ： 李 伟 奇学 院 ： 电 力 学 院系 别 ： 电 力 系专 业 ： 电 气 工 程 及 其 自 动 化班 级 ： 电 气 11 - 2指 导 教 师 ： 白 雪 峰 副 教 授内蒙古工业大学本科毕业设计说明书摘 要本文探讨了如何利用德国西门子PLC S7-200进行自动化电镀生产线控制，在本次设计中，我们从自动控制技术器件在国内的应用前景及电镀生产线生产现场的环境来考虑，以使该生产线真正具备自动生产运行为目的
2、，制定了采用在当前及以后都应用广泛且能适应多种环境的可编程控制器来控制整个工作流程的方案。重点分析了系统软硬件设计部分，并给出了系统硬件接线图、PLC控制I/O端口分配表以及整体程序流程图等，实现了电镀生产自动化，提高了生产效率，降低了劳动强度。为适应现代传统的工业控制系统，我们还采用了基于组态王软件的系统作为上位机，配合下位机PLC完成了该系统的实时监控系统功能，更好的使该自动生产系统融入到现代工业控制领域中。内蒙古工业大学本科毕业设计说明书AbstractThis article discusses how to use Siemens PLC S7-200 automated contr
3、ol the electroplating production line, in this design, we consider the automatic control technology devices in the domestic prospects and electroplating production line environment in the field, so that the production line truly Auto production run for the purpose of developing a variety of environm
4、ental programs programmable controller to control the whole entire workflow using both current and future applications in a wide range and can adapt. It focuses on the hardware and software design part, and gives the system hardware wiring diagram, PLC control I / O port allocation table and the ove
5、rall program flow chart, to achieve a plating production automation, improve production efficiency and reduce labor intensity. To meet the modern tradition of industrial control systems, we also adopted a system based Configuration software as a PC, with the next crew PLC completed the real-time mon
6、itoring system functions of the system, to better enable the automated production system into a modern industrial control field.内蒙古工业大学本科毕业设计说明书目 录引言 1第一章 电镀的工艺和主要流程 21.1 电镀工艺的 21.2 电力系统变压器及母线可能发生的故障 21.3 继电保护装置的配置原则 31.4 电力系统中性点接地方式 3第二章 短路电流计算 52.1 短路电流计算的假设条件 52.2 网络阻抗参数计算 52.3 三相短路电流计算 102.4 两相短
7、路电流计算 132.5 接地短路电流计算 14第三章 保护装置整定计算 163.1 E 站变压器保护装置整定计算 163.1.1 变压器参数计算 163.1.2 差动保护整定 173.1.3 复压闭锁过流保护整定 183.1.4 零序过流保护整定 233.1.5 其它后备保护整定 243.2 E 母线整定计算 253.2.1 差动保护整定 263.2.2 后备保护整定 283.3 其它保护装置整定说明 29第四章 保护装置配置分析与评价 30结论 32参考文献 33谢辞 34内蒙古工业大学本科毕业设计说明书1引 言电镀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
8、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。 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
9、。 用 PLC 辅以变频器对电镀自动生产线行车进行自动控制，具有结构简单、编程方便、操作灵活、使用安全、工作稳定、性能可靠和抗干扰能力强的特点，是一种很有效的自动控制方式，是电镀生产实现高效、低成本、高质量自动化生产的发展的主流方向。 为此，我选定了该题目，简单的实现了电镀生产线的自动工作流程，并进行了简单的软件设计，从画面上达到了该系统的监控目的。内蒙古工业大学本科毕业设计说明书2第一章 PLC及电镀生产线概述现如今，电镀生产线已经得到广泛应用。而利用 PLC 进行电镀控制也越来越广泛。相对于传统的继电器式的生产线控制，PLC 显现出了它独特而强大的优势。1.1 PLC的发展和历史趋势二十世
10、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，PLC 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
11、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
12、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。它把所有的内蒙古工业大学本科毕业设计说明书3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
13、。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
14、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。1.2 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。 1.2.1 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 点之间的为中型 PLC。 4.大型 PLC： I/O 点数为 2048
15、 点以上的为大型 PLC。它具有极强的软件和硬件功能、自诊断功能、通信联网功能，它可以构成三级通信网，实现工厂生产管理自动化。1.2.2 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。有些内蒙古
16、工业大学本科毕业设计说明书4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.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。1.3 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”的作用。 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
17、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：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
18、把内部的数字电路化成一种信号使负载动作或不动作。1.4 PLC的基本工作原理PLC 采用“顺序扫描，不断循环”的工作方式 1.每次扫描过程。集中对输入信号进行采样。集中对输出信号进行刷新。 2.输入刷新过程。当输入端口关闭时，程序在进行执行阶段时，输入端有内蒙古工业大学本科毕业设计说明书5新状态，新状态不能被读入。只有程序进行下一次扫描时，新状态才被读入。 3.一个扫描周期分为输入采样，程序执行，输出刷新。 4.元件映象寄存器的内容是随着程序的执行变化而变化的。5.扫描周期的长短由三条决定。 （1）CPU 执行指令的速度（2）指令本身占有的时间（3）指令条数 6.由于采用集中采样。集中输出的方
19、式。存在输入/输出滞后的现象，即输入/输出响应延迟。1.5 电镀生产线的控制系统概述与选题背景意义1.5.1 生产线的控制系统的概述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，而在我国尚处在发展阶段。中国经济的高速发展，工业化进程的不断深化，为自动化行业的迅猛发展提供了广阔的空间。电镀行业是我国重要的加工行业，据粗略估计，全国现有15000家电镀生产厂，行业职工总数超过50万人，现有5000多条生产线和2.53亿平方米电镀面积生产能力。电镀行业年产值约为100亿元人民币。近十年来，乡镇企业发展迅速电镀行业企业规模普遍较小，年电镀能力超过10000平方米的企业不足50
20、0家。少数合资企业或正规专业化企业拥有国际先进水平的设备和设施，但是大多数中小企业仍在使用许多过时的技术和设备，大量的生产线为半机械化和半自动化控制，一些甚至为手工操作。工业电镀生产线工位多、生产复杂，同时在电镀中，其氧化、酸洗、碱洗、电镀等许多工艺具有严重的化学污染和腐蚀，对人的身心健康十分不利，而且人工操作随机性大，影响产品质量。传统的方法是使用顺序控制器，由于其电路复杂，接口多，受外界干扰大，工作可靠性差，维护也困难。采用PLC有较完善的诊断和自保护能力，可以增强系统的抗干扰能力，提高系统的可靠性。1.5.2 课题的选题背景及意义电镀就是利用电解的方式使金属或合金沉积在工件表面，以形成均
21、匀、致密、结合力良好的金属层的过程。简单的理解，是物理和化学的变化和结合。 随着工业化生产的不断细分，新工艺新材料的不断涌现，在实际产品得到应用的设计效果也日新月异，电镀是我们在设计中经常要涉及到的一种工艺，而内蒙古工业大学本科毕业设计说明书6电镀效果是我们使用时间较长，工艺也较为成熟的一种效果。对于这种工艺的应用在我们的产品上已经非常多，而通过这种的处理我们通常可以得到一些金属色泽的效果，如高光、亚光等，搭配不同的效果构成产品效果的差异性，通过这样的处理为产品的设计增加一个亮点。电镀工艺的应用我们一般作以下用途：a、防腐蚀 b、防护装饰 c、抗磨损d、电性能（根据零件工作要求，提供导电或绝缘
22、性能的镀层）e 、工艺要求。 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。1.6 控制对象的设计要求详述如摘要中所述，电镀的工作流程：启动吊钩上升上限行程开关闭合右行至1号槽上方XK1行程开关闭合吊钩下降进入1号槽下限行程开关闭合电镀延时吊钩上升，由3号槽内吊钩上升，然后左行至左限位，吊钩下降至原位，即原位。 按照要求，我们要实现以下工作方式： 1.原位：表示设备处于初始状态，吊钩在下限位置，行车在左限位置。 2.连续工作：当吊钩回到原点后，延时一段时间（装卸零件） ，自动上升右行，按照工作流程要求不停的循环。 3.单周期工作：设备始于原点，按下启动按钮，设备工作一个周期，然后停于原点，要重复第二个工作周期，必须再按一下启动按钮。内蒙古工业大学本科毕业设计说明书7第二章 短路电流计算
