基于PLC的自动电镀槽控制系统.doc
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基于PLC的自动电镀槽控制系统.doc
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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
Graduationdesigntopic:
Electroplatingbathtankcontrol
Specialized:
Electricalautomation
Juniorcollegestudent:
(signature)
Supervisingteacher:
(signature)
Abstract
Thisarticledescribestheuseofprogrammablelogiccontrollertocontrolthetrafficofanelectroplatingprocessapproachsimplifiestheconnectionofthecontrolsystem,overcometheactionofelectromagneticrelayforalong,contactdisadvantagesofjitter,improvedsystemreliabilityandflexibility.Focusonanalysisofthecharacteristicsofitswork,andprovidessystemcontrolwiringdiagram.ElectroplatingproductionlinebyusingPLCcontrolsystem,thesystemhasastrongabilitytoadapt,tofacilitatecompleteautomatic,manualdrawingandswitchbetweeneachother;theentireprogramusesastructureddesignmethod,witheasytodebug,easymaintenance,benefitsoftransplantationisgood.Achievedelectroplatingproductionautomation,improveproductivity,reducelaborintensity.
Keywords:
GalvanizestheproductionlineautomaticallyPLCcontrolProgrammablecontroller
目录
摘要 I
目录 III
第1章绪论 1
第2章PLC的发展及分类 2
2.1PLC的发展和历史趋势 2
2.2PLC的分类 3
2.2.1按I/O点数分类 3
2.2.2按功能分类 3
2.3PLC系统组成及各部分的功能 3
第3章PLC的原理 5
3.1可编程控制器的等效电路 5
3.1.1存储程序控制与可编程序控制器 5
3.1.2可编程序控制器的等效电路 6
3.2PLC的扫描技术 8
3.2.1扫描工作方式 8
3.2.2扫描工作过程 9
3.2.3扫描周期的计算 10
3.3PLC的I/O响应时间 10
3.3.1改变信息刷新方式 11
3.3.2采用中断技术 11
3.3.3调整输入滤波器 12
3.4PLC的硬件系统 12
第4章设计简介 16
4.1电镀行车控制系统的种类 16
4.1.1继电接触器控制系统 16
4.1.2可编程序控制器控制系统 16
4.2电镀行车控制系统的发展与现状 17
4.3课题的内容和工艺要求 17
4.4工作过程分析 18
第5章电镀行车控制系统的总体方案 20
5.1电镀行车概述 20
5.1.1电镀行车的用途 20
5.1.2电镀行车的基本组成结构 20
5.1.3电镀行车的工作原理 20
5.2对电镀行车控制系统的设计要求 20
5.2.1对工作方式的设计要求 20
5.2.2对全机控制的设计要求 21
5.2.3对控制系统保护的要求 21
5.2.4对信号显示和故障报警的设计要求 21
5.3方案比较 22
5.3.1继电器、PLC电路图电路分析 22
5.3.2PLC与继电器的优缺点 22
5.3.3PLC的选用 25
第6章PLC在电镀生产线上的应用设计 26
6.1工艺要求 26
6.2控制流程 26
6.2.1行车自动工作控制过程如下 27
6.3 拖动系统设计 28
6.4PLC的选型 29
6.5PLC输入/输出地址对照表 30
6.6电镀生产线PLC控制梯形图 30
6.6.1电镀生产线PLC控制梯形图程序 35
6.6.2梯形图程序 38
结论 40
致谢 41
参考文献 42
42
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
2.1PLC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(ProgrammableLogicController,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。
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。
2.2PLC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512~2048点之间的为中型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)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。
2.3PLC系统组成及各部分的功能
1CPU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:
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3-1PLC构成的存储程序控制系统
3.1.2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3-3PLC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。
3.2PLC的扫描技术
3.2.1扫描工作方式
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3-4PLC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,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。
3.3PLC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
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