电镀生产线自动控制系统

电镀生产线自动控制系统
1 简介
电镀生产线对行车的自动控制是电镀生产线自动化控制的关键，而电镀生产线按照其工艺要求和规模一般由两台以上的行车各自进行运动控制，每台行车都依据用户编好的程序进行自动控制；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以发生显著改变，主要已采用PLC 作为自动控制的核心部分，通过一系列的外接设备的输入信号以及输出信号对外接设备进行的相对应的编程控制，从而使整个控制系统更加的安全、可靠、灵活、其自动化程度高。

2 电镀生产线控制系统的总体方案设计
2.1 控制方案选择
可编程控制继电器接触器控制的优点：可靠性高，性能强大的功能；一个小型PLC有数百个可编程元素的用户，具有很强的逻辑编程功能，可实现各种复杂的控制功能。

与具有相同控制功能的继电器-接触器控制系统相比较，其具有相当大的优点，同时PLC通过上位机与通信网路的连接可实现集中管理，分散控制以及远程操作。

可编程控制器的安装方便，一般连接外部接线端子。

PLC的负载能力很强，能直接驱动电磁阀和普通交流接触器。

可靠性高，抗干扰能力强；中间继电器，时间继电器被广泛的使用在传统的继电器控制系统。

继电器由于接触不良，容易出现故障，而PLC的使用可以大大的减少中间继电器和时间继电器的使用，因此整个PLC控制系统中可以减少中间继电器控制系统的1 / 10——1／100接线，因此大大降低接触故障。

PLC同时自身也采取了一系列硬件和软件抗干扰措施，具有很强的抗干扰能力，平均故障间隔时间可达几万小时，在应用于工业生产总具有很强的抗干扰性，PLC已被用户公认为最可靠的工业控制设备和系统设计方案；PLC控制系统中，取代了大量的时间继电器，计数器装置，仅通过它自身的软件功能来代替，从而使设计，控制柜安装，布线工作量大大减少。

PLC梯形图程序通常采用顺序控制设计法。

这种编程方法比较有规律，易于掌握。

梯形图的复杂控制系统的设计，所需的时间要大大的少于一个时间继电器电路的设计。

PLC的用户程序可以进行模拟调试，用一个小开关模拟一个模拟信
号，通过发光二极管PLC可观察状态的输出信号。

完成安装和布线系统，在问题领域的调整过程中发现，可以通过修改程序解决，系统的调试时间比继电器系统少得多，编程方法简单；梯形图是最常用的PLC编程语言，相对于电路符号和继电器电路原理图表达，梯形图语言形象直观，容易理解，便于用户编写。

体积小，能耗低；对于复杂的控制系统，采用PLC，可以减少中间继电器和时间继电器，大，小型PLC体积相当于几个继电器的大小，能是整个控制柜的体积缩小到原来的1／2-1／10。

PLC接线接线相对于继电器控制系统要少的多，所以它可以节省大量的布线和配件，工作时间大大减少，可以减少很多成本。

通过上面的比较可知继电接触器控制系统或PLC控制系统都可满足系统的控制要求。

继电接触器控制系统成本低廉，但控制柜的体积大、硬件线路繁琐、检修复杂；PLC控制系统线路简单、程序编写方便、控制柜体积小、所需设备较少，在不改变硬件设备的情况下也可完成多种电镀工艺要求，灵活性较高，维修方便。

人机界面（Human Machine Interaction，简称HMI），也被称为用户界面，是人与计算机之间传递、交换信息媒介的接口，同时实现对话，是计算机系统的重要组成部分。

是系统和用户之间进行对话和信息交换的媒介，它实现信息的内部形式与人类可以接受形式之间的转换。

人机界面大量运用在工业与商业上，简单的区分为“输入”（Input）与“输出”（Output）两种，输入指的是由人来进行机械或设备的操作，如把手、开关、门、指令（命令）的下达或保养维护等，而输出指的是由机械或设备发出来的通知，如故障、警告、操作说明提示等，好的人机接口会帮助可以帮助用户更简单，更准确，更迅速，也可以使机器效率最大化和延长使用寿命。

通过人机界面就可对工艺的参数进行设置，不需要再重写编写PLC程序，这样就进一步的减少了工艺的复杂性，而且通过人机界面与PLC的结合应用使得电镀工艺更加的完善。

变频器通过它自身的变频调速功能，对电气传动能够提供精确的速度控制，因此在电镀工业中，能够对行车等机械传动上进行变速控制；变频器的应用大大提高了工艺的节能性以及高效性。

通过以上所有的分析和介绍，本设计拟用PLC与触摸屏以及变频器结合的设计方式来实现电镀生产线的自动控制。

2.2 电镀生产线自动控制的基本组成结构
本设计中的电镀行车机械部分分别由取件处、吊钩、行车和电镀槽、传送带等机械部分组成，如图2.1所示。

行车和吊钩分别由电动机M1～M2拖动，前后移动由电动机M3进行拖动。

其中，行车和吊钩在电动机的拖动下分别作左右、上下运动，M3由变频器进行控制实现正反转，行车的起吊重量在600kg以下，起吊物品是待进行电镀和表面处理的各种产品零件。

用来进行电镀和表面处理的容器分别为1～3号槽，每个槽内从左到右都有3个位置依次称为1号位、2号位、3号位。

1～3号槽内依次装有电镀液、回收液、清水，可分别用来对产品零件进行电镀、电镀液回收、清洗等处理，M3电机进行电镀方案的选择。

图2.1电镀生产线组成结构
2.3 电镀生产线的控制要求
（1）电镀生产线的左右移动及上下及前后运动分别由电动机M1、M2、M3拖动，并通过电机的正反转控制实现两个方向的移动。

（2）行车M1左右移动停止时，采用电磁抱闸制动，以保证准确定位。

升降电动机M2采用电磁抱闸制动，以确保吊钩安全制动停止。

（3）M1、M2为自动控制连续转动，由于使用频繁故采用热继电器实现过载保护（4）M3变频点动动控制，由于使用不是很频繁所以无需热继电器进行过载保护
（5）采用带指示灯控制按钮，以便显示设备运动状态。

（6）主电路及控制电路采用熔断器实现短路保护。

由限位开关实现提升/下降及左移/右移和极限位置保护。

（7）通过PLC内部的辅助继电器实现电镀生产线的时间控制。

由于电镀生产线需实现自动手动控制，可通过特殊的IST指令控制使程序的编写更加简单。

（8）设计触摸屏画面与PLC结合使用，是控制柜的设计更加简洁。

（9）实现手动与自动的完美切换。

2.4 电镀工艺简介
电镀生产线采用PLC来实现电镀自动控制，完成零件的电镀，行车架上装有可升降的吊钩，吊钩上装有夹具，该夹具执行夹取、释放工件的动作。

行车和吊钩各由一台电动机控制，由PLC及控制板进行控制。

生产线有电镀槽、回收液槽、清水槽三槽位，分别完成工件电镀、电镀液回收，工件清洗。

2.5 电镀工艺流程
从取工件处夹取需加工工件→工件放入电镀槽电镀280分钟→工件提起到上极限并在电镀槽上方停留28秒→放入回收液槽浸泡30分钟→将工件提起上极限并在回收槽上方停留15秒→放入清水槽清洗30秒钟→将工件提起并在清水槽上方停留15秒→将工件放入传送带。

2.6 电镀生产线3种运行模式
（1）手动操作：选择手动操作模式（X10=On），然后选择触摸屏上的手动操作模式界面按下触摸屏上的虚拟点动按钮接通和切断相应的负载。

（2）原点回归：选择原点回归模式(X11=On),然后选择触摸屏上的原点回归模式界面按下原点回归启动按钮，自动复归到原点。

（3）自动运行：(单步运行/一次循环/连续运行) 注：必须先进行原地回归
1. 单步运行：选择单步运行模式(X12=On)，选择触摸屏上自动操作模式进入画面然后每次按自动启动按钮，前进一个工序。

2. 一次循环：选择一次循环运行模式(X13=On)，选择触摸屏上的自动操作模式
在原点位置按下自动启动按钮，进行一次循环后在原点停止。

中途按自动停止按钮，其动作停止，若再按启动按钮，在此位置继续动作到原点停止。

3. 连续运行：选择连续运行模式(X14=On)，选择触摸屏上的自动操作模式在原点位置按自动启动按钮，开始连续运行。

按下停止按钮，则运转到原点位置后停止。

3 电镀生产线自动控制系统的硬件设计
3.1 主电路及控制回路设计
主电路的设计原理为：
（1）本设计共需三台电机拖动，而且每台电动机进行正反转运动。

由接触器KM0、KM1控制上升下降电机M1的正反转动，KM2、KM3控制左移右移电动机M2正反转，M3由变频器控制其正反转。

（2）M1、M2由热继电器FR1、FR2作为过载保护。

（3）主线路由隔离开关QF作为电源接入控制。

（4）由于小车左右移动频繁，启动和制动频繁故使用电磁抱闸动从而保证左/右移动时能够准确停位，故可以对M2实行电磁制动，电磁制动如下说明。

（5）考虑到升降运动有一定的重量，在行车平移中，需设置电磁抱闸制动控制。

三相电磁铁YA和M2并联，当M2得电时，YA工作，松开刹车允许升降运动；M2失电时，YA释放，抱闸刹车，使的吊钩稳定停留在空中，能安全地左右平移。

（6）由于前后移动通过变频器启动速度不快且运行不频繁，而且变频器本身就有制动功能以及保护功能，所以对M3不需进行热继保护以及抱闸。

（7）前后变频启动通过一个启动按钮来控制。

（8）系统中有一个紧急停止按钮来实现系统的紧急停止，该按钮是通过电气控制来实现的，无需通过程序来控制。

（9）控制回路通过对相对应的电机正反转继电器的得失电来控制相对应的接触器的线圈的得失电从而保证接触的主触点的闭合，从而控制电机的正反转。