1、西南科技大学毕业设计基于 PLC 的电镀行车自动生产线的设计系 部 自动控制工程系 专 业 名 称 机电一体化 班 级 机电 1092 班 姓 名 黄 明 学 号 200912180 指 导 教 师 覃 智 广 2011 年 03 月 05 日摘要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，而在我国尚处于发展阶段。本课题以行业现状为出发点，结合其他行业自动控制技术的应用情况，提出了基于 PLC 的电镀行车自动生产线的设计，并通过应用机械、可编程序控制器(PLC)等多项专门技术开发的自动生产系统。本文首先分析和制定了该生产线的整体设计思想和方案，确保了该生产线系统具备
2、真正的自动化生产能力且结构简单。在该生产线的控制系统中，采用了高可靠性，高稳定性，编程简单，易于使用，而且广泛应用于现代工业企业生产线过程控制中的控制器 PLC。详细分析了输送系统设备保护控制电动机原理图、程序框图、PLC 系统外部接线图。分层次详细阐述了整个高度自动化输送系统的目标及功能，使高度自动化输送系统的结构更加清晰，层次更加分明，具有非常强的实用性。关键词：自动电镀生产线，自动控制技术，可编程控制器（PLC） ，机械手I目 录1 绪论 .11.1 控制系统在电镀行车中的作用与地位 .11.2 电镀行车控制系统的发展与现状 .11.3 题目选择的背景及意义 .22 系统总体方案论证 .
3、12.1 可编程控制系统 .12.2 PLC 编程语言简介 .22.3 电镀行车系统的总框图 .52.4 电镀行车系统的工艺流程 .62.5 电镀行车系统的设计要求 .82.6 设计方案的论证 .82.6.1 硬件设计方案 .82.6.2 软件设计方案 .93 系统的硬件设计 .103.1 PLC 控制系统的优点 .103.2 PLC 机型选择 .113.2.1 电机及电器元件型号选择 .123.2.2 电气原理图设计 .183.2.3 辅助电路的设计 .193.3 I/O 点数的分配 .193.4 I/O 接线图 .194.1 自动程序的设计 .214.2 系统编程的设计 .215 软件的调
4、试 .245.1 电镀行车系统的启动和循环仿真 .24II5.2 电镀行车的左、右行仿真 .245.3 电镀行车的上、下行仿真 .256 结论 .26参考文献 .27致谢 .28附 录 .29附录 A 自动程序的梯形图 .29附录 B S7-200 CPU 226 参数表 .38附录 C 主电路 图 .40附录 D I/O 分配表 .41西南科技大学应用型自学考试毕业设计（论文）11 绪论1.1 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
5、就处于瘫痪的地步，这样将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。控制系统在电镀行车中的地位是非常重要的，它直接关系着企业生产的能否进行。1.2 电镀行车控制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
6、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。比如西门子 S7-200 功能强大， 1000 多块一个，原来是不能想象的。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迅速。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应用。如今大、中型、甚至小型 PLC 都配有 A/D、D/A 转换及算术
7、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）西南科技大学应用型自学考试毕业设计（论文）2，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。1.3 题目选择的背景及意义在
8、现代工业化的电镀中，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，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工人的身体健康,就很有必要设计出一种自动控制系统来替代人工操作，从而帮助企业解决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 控制系统控制该电镀行车，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
9、改变生产流程和对系统进行扩充。而且系统维护简单,使用方便,提高了生产效率、降低了工人的劳动强度。西南科技大学应用型自学考试毕业设计（论文）12 系统总体方案论证2.1 可编程控制系统2.1.1 控制组件PLC 作为工业控制的专用电子计算机，其硬件结构与微机相似，主要包括CPU，RAM，ROM 和 I/O 接口电路等，其内部是采用总线结构，进行数据和指令的传输，外部的各个输入信号经 PLC 的输入电路输入，经过 PLC 根据控制程序进行运算处理后，送到输出电路输出，以实现各种控制功能。由此可见，PLC 作为一个自动控制的装置，其核心就是取代了继电器-接触器系统中的逻辑控制电路中的“控制组件”部分
10、。PLC 的控制组件由 CPU 和存储器组成，以下就是对这两个部分的介绍：（1）将输入信号传送到存储器中存储起来（2）按存放的先后顺序驱除用户指令进行编译（3）完成用户指令规定的各种操作（4）将操作结果送出输出端（5）响应各种外围设备的请求目前 PLC 的 CPU 多为单片机，采用 16 位或 32 位 CPU 处理，小型的 PLC 的 CPU 系统来简化系统软件的设计和进一步提高其工作速度，CPU 的结构形式决定了该 PLC 的基本性能，那么在我们的电镀生产线控制系统中所使用的 CPU 是单 CPU 系统。PLC 的存储器分为系统程序存储器和用户程序存储器：（1）系统存储器 由 ROM 和
11、EPROM 组成，用以固化系统管理和监控程序，对用户程序作编辑处理。系统程序已由厂家固定，用户不能更改。（2）用户程序存储器 通常采用低功耗的 COMS-RAM，由备用的电池在断开电源后仍然能够保存。用户程序存储器又可以分为两部分：一是用以存放用户编制的控制程序，用户可输入或者修改程序，PLC 的产品说明书给出的“内容容量”或者“程序容量”就指这一部分的存储容量；第二部分是数据存储器，按输入，输出和内部寄存器，定时器，计数器，数据寄存器等单元的定义序号存储数据或状态，不同厂家出品的 PLC 有不同的定义序号。2.1.2 输入输出接口电路西南科技大学应用型自学考试毕业设计（论文）2PLC 通过
12、I/O 接口电路，实现与外围设备的连接，外围设备输入 PLC 的各种控制信号，如各种主令器，检测元件输出的开关量，或模拟量，通过输入接口电路转换成 PLC的控制组件能够接受和处理数字信号， ，而控制组件输出的控制信号又通过输出接口电路转换成现场设备所需要的控制信号，一般可直接驱动执行元件（继电器，接触器，电磁波微电机，指示灯等等） 。由此可见，I/O 接口电路在 PLC 控制系统中起着十分重要的作用。PLC 的接口电路具有以下特点：（1）输入/输出接口电路均采用光电耦合电路，这可以有效的防止现场的电磁干扰，保证 PLC 能在恶劣的环境下可靠的工作。（2）输出接口电路有继电器，晶体管，晶闸管输出
13、三种类型，以适合不同类型负载的控制要求，其中继电器输出方式，一般适用于低速，大功率（交，直）流负载；晶体管和晶闸管输出型均为无触点输出，晶体管输出一般适用于高效，小功率直流负载，晶闸管输出一般适用于高速，大功率交流负载，在本次电镀生产线的控制系统设计当中，我们的输出接口电路是选用的继电器输出方式。除此之外，PLC 还备有与各种外围设备配接的接口，均用插座引出到外壳上，可通过电缆的方式方便的配接如手编器，PC 机，打印机，EPROM 写入器，录音机及各种智能单元，链接单元等。2.2 PLC 编程语言简介在电镀生产线的控制系统设计当中，所用的编程语言是梯形图编程语言，为了能更好的了解到 PLC 的
14、编程语言在 PLC 的设计当中的应用，集中在 PLC 的设计当中常用的几中编程语言。在 PLC 中有多种程序设计语言,它们是梯形图语言、布尔助记符语言、功能表图语言、功能模块图语言及结构化语句描述语言等。梯形图语言和布尔助记符语言是基本程序设计语言，它通常由一系列指令组成，用这些指令可以完成大多数简单的控制功能，例如，代替继电器、计数器、计时器完成顺序控制和逻辑控制等，通过扩展或增强指令集，它们也能执行其它的基本操作。功能表图语言和语句描述语言是高级的程序设计语言，它可根据需要去执行更有效的操作，例如，模拟量的控制，数据的操纵，报表的打印和其他基本程序设计语言无法完成的功能。功能模块图语言采用
15、功能模块西南科技大学应用型自学考试毕业设计（论文）3图的形式，通过软连接的方式完成所要求的控制功能，它不仅在 PLC 中得到了广泛的应用，在集散控制系统的编程和组态时也常常被采用，由于它具有连接方便、操作简单、易于掌握等特点，为广大工程设计和应用人员所喜爱。2.2.1 梯形图编程语言简介程序设计语言梯形图程序设计语言是用梯形图的图形符号来描述程序的一种程序设计语言。采用梯形图程序设计语言，程序采用梯形图的形式描述。这种程序设计语言采用因果关系来描述事件发生的条件和结果。每个梯级是一个因果关系。在梯级中，描述事件发生的条件表示在左面，事件发生的结果表示在后面。梯形图程序设计语言是最常用的一种程序
16、设计语言。它来源于继电器逻辑控制系统的描述。在工业过程控制领域，电气技术人员对继电器逻辑控制技术较为熟悉，因此，由这种逻辑控制技术发展而来的梯形图受到了欢迎，并得到了广泛的应用。梯形图程序设计语言的特点是：（1）与电气操作原理图相对应，具有直观性和对应性；（2）与原有继电器逻辑控制技术相一致，对电气技术人员来说，易于撑握和学习；（3）与原有的继电器逻辑控制技术的不同点是，梯形图中的能流（Power FLow）不是实际意义的电流，内部的继电器也不是实际存在的继电器，因此，应用时，需与原有继电器逻辑控制技术的有关概念区别对待；（4）与布尔助记符程序设计语言有一一对应关系，便于相互的转换和程序的检查
17、。2.2.2 布尔助记符编程语言程序设计语言布尔助记符程序设计语言是用布尔助记符来描述程序的一种程序设计语言。布尔助记符程序设计语言与计算机中的汇编语言非常相似，采用布尔助记符来表示操作功能。布尔助记符程序设计语言具有下列特点：（1）采用助记符来表示操作功能，具有容易记忆，便于撑握的特点；（2）在编程器的键盘上采用助记符表示，具有便于操作的特点，可在无计算机的场合进行编程设计；（3）与梯形图有一一对应关系。其特点与梯形图语言基本类同。继电器-接触器控制系统由输入，输出电路和逻辑电路组成，其中逻辑控制电路一西南科技大学应用型自学考试毕业设计（论文）4般由若干个继电器及相关电器的触点组成，其中逻辑
18、关系已经固化在硬接线的线路中，不能灵活变更。相应地，PLC 控制系统也是由这几部分组成，所不同的是由微处理器和存储器取代了继电器的逻辑控制电路，从而实现了“软接线” ，因而控制程序可通过编程而灵活变更，相当于改变了继电器控制电路的接线。PLC 控制系统与电气控制系统相比，有许多相似之处，也有许多不同，不同之处主要有以下几个方面：(1)从控制方法上看，电气控制系统控制逻辑采用硬件接线，利用继电器机械触点的串联或并联等组合成控制逻辑，其连接多且复杂、体积大、功耗大、系统构成后，想再改变或增加功能较为困难。另外，继电器的触点数量有限。所以电气控制系统的灵活性和扩展性受到很大的限制。而 PLC 采用了
19、计算机技术，其控制逻辑是以程序的方式存放在存储器中，要改变控制逻辑只需改变程序，因而很容易改变或增加系统功能。系统连线少、体积小、功能小，而且 PLC 所谓“软继电器”实质上是存储器单元的状态，所以“软继电器”的触点数量是无限的，PLC 控制系统的灵活性和可扩展性好。(2)从工作方式上看，在继电器控制电路中，当电源接通时，电路中所有继电器处于受制约状态，即该吸合的继电器都同时吸合，不该吸合的继电器受某种条件限制而不能吸合，这种工作方式称为并行工作方式。而 PLC 的用户程序是按一定顺序循环执行，所以各软继电器都处于周期性循环扫描接通中，受同一条件制约的各个继电器的动作次序决定于程序扫描顺序，这
20、种工作方式称为串行工作方式。（3）从控制速度上看，继电器控制系统依靠机械触点的动作以实现控制，工作效率低，机械触点还会出现抖动问题。而 PLC 通过程序指令控制半导体电路来实现控制的，速度快，程序指令执行时间在微妙级，且不会出现触点抖动问题。（4）从定时和计数控制上看，电气控制系统采用时间继电器的延时动作进行时间控制，时间继电器的延时时间易受环境温度和温度变化的影响，定时精度不高。而 PLC采用半导体集成电路作定时器，时钟脉冲由晶体振荡器产生，精度高，定时范围宽，用户可以根据需要在程序中设定定时值，修改方便，不受环境的影响，且 PLC 具有计数功能，而电气控制系统一般不具备计数功能。(5)从可靠性和可维护性上看，由于电气控制系统使用了大量的机械触点，其存在
