电镀车间专用行车PLC控制系统毕业设计

2 电镀生产线专用行车的技术要求

2.1电镀生产线的工艺要求

本课题研究的电镀生产线属于小型生产企业的电镀生产线。电镀小型专业行车，其运动形式主要有三种：即大车拖动的行车前后运动和提升机构的重物的升降运动以及小车在镀槽方向上的左右运动。

电镀专用行车设备是采用远距离控制，起吊重量是500kg以下（含电镀装具和电镀件），生产效率高，劳动强度低的专用自动化起吊设备。电镀专用行车的结构与工艺流程图1所示：

图1 电镀专用行车示意图

电镀专用行车在生产线上的工作顺序是：操作人员在操作区域将待加工的零件装入吊篮，并发出开车指令，专用行车的小车便自动提升吊篮至吊梁顶部，大车同时自动前行。前行至电镀生产现场时大车停止运行，小车牵引吊篮以及生产工件自动逐段前行，按工艺设定的要求在各镀槽前停车，吊篮自动下降至电镀槽内，停留一定的时间（在各槽停留的时间预先按工艺要求设定）后自动提升吊篮，如此完成电镀工艺规定的每一道工序，直至生产线的终端，大车自动后行返回操作区域，小车自动右行自动返回原位，卸下吊篮内处理好的零件，重新装料待出发指令后进入下一次加工循环。

在电镀生产工艺中，不同的零件对镀层的要求不同，而且还要满足批量生产的需求。因此，电气控制系统针对不同的工艺流程（如镀锌、镀铬、镀镍等），硬件应具有预选功能，控制程序应具有参数可修正功能。

电镀专用行车与通用的小型行车结构类似，跨度较小，但要求定位准确，以便吊篮能准确进入电镀槽内，所以设计中在工序的各个动作中的转化时利用传感器的传感信号作为动作转化的开关。工作时大车的移动（前/后）与吊篮的上/下运动、小车移动（左/右）,除了应该具有自动控制功能以外，还要能够执行人工手动控制。

由于电镀生产线属于中型的工业生产系统，生产的设备的造价较高，生产的时候设备的功率较大，耗电量较大，故而其安全性必须得到考虑，以保证操作人员以及生产设备的安全，降低危险系数，所以无论是自动运行时还是手动运行时，系统都必须有相应的保护措施，各个动作之间要有联锁、自锁。故障出现时要能够及时的报警，生产线无条件的停止运行，故障消除后，才可以继续恢复运行。

行车电气系统的框图如图2所示：

图2 电镀专用行车电气系统控制框图

3.2电气控制系统的设计

3.2.1主电路的设计

（1）主电路采用的是380V三相交流电源为电路供电。

（2）在主回路中交流接触器KM1、KM2，KM3、KM4，KM5、KM6，KM7、KM8分别控制电动机M1（起吊），M2（横行），M3（走行），M4（自检）的正反转功能。

（3）由于电动机M1、M2、M3、M4工作时间较长电流量较大，功率的消耗较大所以需要进行过载保护，分别由热继电器FR1、FR2、FR3、FR4实现过载保护。

（4）选择自动开关QF为总电源的开关，既可以完成主回路的短路保护，又起到隔离三相交流电源的作用，使用和维护维修更便捷。

（5）由FU1、FU2、FU3、FU4分别实现各个负载回路的短路保护电路作用。FU5、FU6、分别完成交流控制回路和PLC控制回路的短路保护。

（6）电动机的控制设计中，拖动电机由主回路设计，电动机的控制及报警电路由PLC 回路设计完成。

根据上述设计原则[17]，电气控制主电路图如图3所示

（5）本系统的4台电动机（M1、M2、M3、M4）的过载保护部分是由四只热继电器（FR1、FR2、FR3、FR4）组成，将其常开触点并联后与中间继电器KA1连接构成过载保护回路，中间继电器KA1还起到电压转换的作用，将220V交流信号转换成直流24V信号送入PLC完成过载保护的控制功能。

（6）在电镀槽安装位置的末端，安装有一小型电机（M4），作为电镀时行程开关检测电路的拖动设备。

交流控制电路如图4所示：

图4 电镀车间专用行车控制系统交流控制电路

3.3系统设备元件的选用方案和参数的计算

3.3.1动力设备的设计和选择[8]

电镀车间专用行车的特点是跨度小，定位准确，并且要满足批量生产的需求。

根据实际生产情况的使用要求，额定起升重量为500kg(含电镀装具和电镀件)，为保证工件平稳的启动以及起升后运动的稳定，从安全性以及工艺需求分析，起升的速度设定为

V1＝3m/min，横行速度设定为V2＝20m/min，走行的速度设定为V3＝30m/min，横行小车的全重设为200kg，桥重5t，横行的阻力系数设为C1＝10 N/KN，走行的阻力系数为C2 =12 N/KN，机械的传动效率设为0.75。

（1）各机构所需功率计算

设安全系数为1.5，则启动重量按照1.5×500＝750kg＝0.75t；

设P1 、P2 、P3分别为各个机构工作时所需的功率；

设GΣ为各个机构的重量之合；

故由机械设计公式[9]可得：

（2）各机构工作类型以及FC％对应值

根据起重机工作类型和电动机FC％值对应的关系，（轻型FC＝15％，中型FC＝25％，重型FC＝40％，特重型FC＝60％）。

（3）电动机功率的选择

考察三组主拖动设备的电动机以及检测装置的驱动电机，确定减速比后查Y系列三相异步交流电机产品目录可以确定：

A. 三组主拖动设备的电机选用：Y802－4型，额定功率为0.75kw；

B. 检测行程开关用小车的驱动电机与主拖动设备相比其功率和动力都较小，故选用的电机为：Ys45－2型，额定功率0.016kw。

3.3.2 主要参数计算及元器件选择[10]

（1）自动开关QF脱扣电流的选定：

该自动开关设计为供电系统的电源开关，在主回路中的控制对象为交流电动机（电感性负载）。自动开关过电流脱扣值的整定，针对电动机负载而言，可按电机额定电流的1.7

倍选定

本系统一共有四台电动机，三台额定功率0.75kw，一台额定功率0.016kw，故0.75kw 的电机启动电流较大，容量较大，故其自动开关QF脱扣值按此电机计算如下：

0.75kw电机的额定电流I NE＝2 A

I QF ＝ 1.7 I NE ＝1.7×2＝ 3.4 A

故应选用I QF ＝4A的自动开关

我们选择开启式负荷开关，开关型号为HK2－4/3，级数3，额定电流4A。

（2）保护电机用熔断器FU的选择：

熔断器主要是用于电机的热保护，控制电动机的电流，以防电流过大烧坏电动机引起危险，当电机过热时熔断器自动切断，从方便安装和修理的角度考虑，我们选择插入式熔断器。

本设计电动机采用的是单台电机轻载启动，熔断器电流计算的方法为：

I FU ＝ I S /(2.5~3)

I QF －熔体额定电流；I S －电机的启动电流

对于Y802－4型号电机，其额定电流I N ＝ 2 A，

启动电流I S＝6.5×2＝13A，熔体额定电流

I FU ＝ I S /(2.5~3)＝4.3～5.2（A），

故选择熔断器类型为：RC1A－10，熔丝的额定电流6A；

干路熔断器电流为支路电流之和，故干路熔断器额定电流计算为：