基于PLC的电镀车间专用行车自动控制系统

摘要
本文以电镀自动生产线控制系统设计为研究对象，以其电镀专用行车为控制
对象，对其电镀的工艺要求和控制要求进行了分析，采用理论研究的方法，设计
了一套基于PLC的电镀车间专用行车自动控制系统。

本系统选用三菱
FX2N-64MR-001型号的PLC来进行控制，通过PLC输出信号接触器的触点动作，来控制三台异步电动机的运行，从而实现对行车的水平运动和吊钩的垂直运
动的控制，考虑到电镀、上升、下降等运动时行车和吊钩需要准确停位。

在程序
设计时为了便于对设备进行调整和检修，设计了手动程序以实现对行车和吊钩的
点动控制，对于自动控制程序的设计，其工作过程是典型的顺序控制，采用步进
指令能很好的实现对其控制。

通过软件仿真可以看出所设计的控制系统很好的实
现了电镀的工艺要求和控制要求，可以方便完成自动和手动之间的切换，体现出PLC控制系统具有调试方便、适应性强的优点。

关键字：电镀行车；可编程控制器；梯形图
目录
1 绪论 (2)
1.1 电镀生产线简介 (2)
1.2 电镀车间行车专用PLC控制系统设计内容 (2)
1.2.1 设备基本情况 (2)
1.2.2 拖动系统 (3)
1.3 电镀车间行车专用PLC控制系统设计要求 (3)
1.4 可编程控制器简述 (3)
2 控制系统总体方案及系统硬件设计 (41)
2.1 电镀车间专用行车PLC控制系统方案选择 (4)
2.1.1 拖动方案 (4)
2.1.2 槽位选择方案 (4)
2.1.3 信号检测装置选择 (4)
2.1.4 指示显示方案 (4)
2.2 电镀车间专用行车PLC控制系统主电路 (4)
2.3 保护方案选择 (5)
2.4 抗电源干扰措施 (5)
2.5 控制系统的接地设计 (5)
3 控制系统软件设计 (6)
3.1 控制系统动作流程框图 (6)
3.2 系统控制流程图 (6)
3.3 PLC选型 (7)
3.4 I/O点分配 (8)
4 测试调试 (11)
5 参考文献 (13)
1 绪论
1.1 电镀生产线简介
随着我国国民经济的迅速发展，电镀与精饰的新技术，新工艺不断涌现。

电镀生产线实现的是一个复杂的工艺生产过程，需要控制电镀时间，电镀电流，电压，溶液浓度，温度，相关的周边设备控制及生产过程自动化。

电动行车是现代化工厂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效率，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。

1.2电镀车间行车专用PLC控制系统设计内容
1.2.1设备基本情况
该电镀自动线是某厂电镀车间为提高工效、促进生产自动化和减轻劳动强度而提出制造的一台专用半自动起吊设备。

采用远距离控制，起吊重量在500千克
以下，起吊物品是待进行电镀及表面处理的各种产品零件。

其结构及工艺流程如图1所示。

图1 电镀自动线示意图
电镀自动线机械结构与普通小型行车结构类似，由小车、大车和吊物提升机构组成。

工作时，除具有自动控制的大车移动（前/后）与小车（提升吊物用）上/下运动外，还有调整吊篮位置的小车左右运动。

其工作过程为：在电镀自动线的一侧，工人将待加工零件装入吊篮，并发出信号，提升机构便提升并自动逐段前进，按工艺要求在需要停留的槽位停止，并自动下降，停留一定时间后自动提升，如此完成电镀工艺规定的每一道工序，直至自动线的末端自动返回原位，卸下处理好的零件，重新发出信号进入下一加工循环。

对于不同零件，其镀层要求和工艺过程是不相同的，则自动线上镀槽的数量也不相同，该控制系统能对不同工艺过程（如镀锌、镀铬、镀镍镉）有程序预选和修改能力。

该自动线有5个电镀槽，各槽停留时间由用户根据工艺要求进行整定。

1.2.2 拖动系统
专用行车的小车、大车和升降运动均采用三相交流异步电动机（Y802-4，
0.75kW、2A、1390r/min、380V）分别拖动，并采用一级机械减速。

1.3电镀车间行车专用PLC控制系统设计要求
（1）控制装置具有程序预选功能（按电镀工艺确定需要停留工位），一旦程序选定，除上、下装卸零件，整个电镀工艺应能自动进行。

（2）前后运动和升降运动要求准确停位，前后、左右、升降运动之间有联锁作用。

（3）采用远距离控制，整机电源及各种动作要有相应指示。

（4）应有极限位置保护和其它必要的电气保护措施。

1.4 可编程控制器简述
PLC是微机技术与传统的继电接触控制技术相结合的产物，它克服了继电接触控制系统中的机械触点的接线复杂、可靠性低、功耗高、灵活性差的缺点，充分利用了微处理器的优点，它采用了一套以继电器梯形图为基础的简单指令形式，使用户程序编制形象、直观、方便易学。

用可编程序控制器实施控制，其实质是按一定算法进行输入输出变换，并将这个变换予以物理实现，应用于工业现场。

它具有可靠性高，抗干扰能力强，功能完善，适用性强，易学易用，系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造；体积小，重量轻，能耗低等特。

2 控制系统总体方案及系统硬件设计
2.1 电镀车间专用行车PLC控制系统方案选择
2.1.1 拖动方案
为实现不同的槽位的精准位置停车，设计采用自带刹车的电机。

这既节省了左右制动接触器，也减少了能耗制动的能量，使用接近开关代替行程开关，以获得更多的反应时间，然后在程序中使用一定的延时，保证行车的精准位置停车，并且使挂件不会因为运动的惯性，出现撞击事故。

在平移过程中上下行的电机采用抱闸制动（失电保持型），以防止吊篮因为自重下滑导致事故。

2.1.2 槽位选择方案
在启动电机以前要通过旋动开关选择不同的槽位，因设计的行车是上料点和下料点分开，故不需考虑行车在中途返回。

通过程序的设计就可以实现行车在不同的槽位上停车并进行电镀的设计要求。

2.1.3 信号检测装置选择
在每一个槽位之前设置接近开关，相对行程开关能使停车更精准，在左右平移上限位置也设置接近开关，给行车充分的反应时间实现前后限位保护。

每个槽位电镀都做了上下限的行程开关，方便控制电镀过程的电机动作。

由于上下动作的速度较慢，为了减少输入点和开关数量以及成本，没有添加上下限保护开关。

2.1.4 指示显示方案
在不同的槽位前面设置到位提示，在原点和下料点处、及电机前进运行时设置指示灯，以保证控制人员通过指示灯清晰了解行车的运行状况。

2.2 电镀车间专用行车PLC控制系统主电路
如图2，控制系统采用3台三相交流异步电动机（Y802-4，0.75kW、2A、
1390r/min、380V），M1用于驱动行车的前进后退，M2用于控制上升下降， M3用于点动调整行车左右位置，并由接触器 KM1 KM2 KM3 KM4 KM5 KM6分别控制其正反转。

隔离开关 QS作为电源控制, 由熔断器FU1实现短路保护，由热继电器FR1、FR2、FR3实现过载保护。

取U、W两相电流，经整流滤波后产生36V直流电，为能耗制动提供直流电源。

图2 电镀车间专用行车PLC控制系统主电路
2.3 保护方案选择
如图2，在主电路以及整流滤波电路中装设熔断器保护，并给每一台电动机装设热继电器，防止电机过载过热。

2.4 抗电源干扰措施
(1)可以使用隔离变压器来抑制电网中的干扰信号，为了改善隔离变压器的抗干扰效果，应注意两点：第一，屏蔽层要良好接地；第二，次级连接线应用双绞线，以减少电源线间干扰。

(2)滤波器有较好的抗电网干扰的作用，但是要选择好滤波器的频率范围常常是困难的,为此，常的方法是既使用滤波器，同时也使用隔离变压器。

2.5 控制系统的接地设计
良好的接地可以有效地防止干扰引起的误动作，控制系统的接地一般有
图3所示的3种方法。

图3 控制系统的接地方法
其中图3（a）为控制器和其他设备分别接地方式，这种接地方式最好。

一般不能使用图3（c）所示的共通接地方法。

在设计接地时，还需注意以下两点：第一，采用共通接地方式，接地电阻应小于100Ω；第二，接地线应尽量粗，一般用大于2mm平方的接地线
3 控制系统软件设计
3.1 控制系统动作流程框图
为实现设计要求，拟用三台电动机分别控制行车前进后退到达不同的电镀槽位，上行下行实现电镀过程，以及必要时做左右调整。

通过选择不同的旋动开关实现功能选择，以使行车在不同的槽位停止完成电镀的动作。

图4为实现这些动作的流程框图，也是程序运行的主要流程。

图4控制系统动作流程框图
3.2 系统控制流程图
通过调用子程序这种方法，可以实现选择不同的开关完成不同的动作。

给这种程序设计思想具有较强的功能拓展性，可根据不同的要求对子程序赋予不同的值，实现程序预选功能。

图5为子程序调用流程框图。

图5 子程序调用流程框图
3.3 PLC 选型
FX 系列PLC 由基本单元、扩展单元、扩展模块及特殊功能单元组成。

本控制系统选用FX2N-64MR-001，此型号名称体系形式如图6所示。

图6 FX2N-64MR-001名称体系形式
这些参数的编号分为两部分，第一部分用一个字母代表功能，如输入继电器用“X ”表示，输出继电器用“Y ”表示，第二部分用数字表示该软组件的序号，输入输出继电器的序号为八进制，其余软组件为十进制。

下表所列为FX2N 系列可编程器的总体性能。

表1 FX2N系列可编程器的总体性能
根据该专用行车的控制要求，其输进/输出及控制信号共有32个，其输入信号20个，输出信号17个，实际使用时，系统的输入输出都为开关控制量，加上10%－15%的余量，并无其他特殊控制模块的需要，拟采用三菱公司的FX2N-64MR型PLC，如果需要增加一些槽位的时候可以再配用F系列的拓展单元，以满足需要的更多的输入输出点。

3.4 I/O点分配
选用三菱FX2N-64MC型PLC，输入输出各32点。

如图7，将20个输入信号、17个输出信号按各自的功能类型分好。

下料点指示灯设为HL1，下料点声音指示设为HL2，一槽位指示灯设为HL3，二槽位指示灯设为HL4，三槽位指示灯设为HL5，四槽位指示灯设为HL6，五槽位指示灯设为HL7，原点指示灯设为HL8，运行指示灯设为HL9。

电机前进线圈设为KM1，电机后退线圈设为KM2，电机上行线圈设为KM3，电机下行线圈设为KM4，电机左调整线圈设为KM5，电机右调整线圈设为KM6，电机上下行后抱闸制动线圈设为KM7，电机左右平移能耗制动线圈设为KM8。

启动按钮设为SB1，前限指示接近开关设为SQ1，原点行程开关设为SQ2，下料点指示行程开关设为SQ3，后限保护接近开关设为SQ4，停止按钮设为SB2，一槽选择开关设为SA1，一槽接近开关设为SQ5，一槽上限开关设为SQ6，一槽下限开关设为SQ7，二槽选择开关设为SA2，二槽接近开关设为SQ8，二槽上限开关设为SQ9，二槽下限开关设为SQ10，三槽选择开关设为SA3，三槽接近开关设为SQ11，三槽上限开关设为SQ12，槽下限开关设为SQ13，左右调整点动按钮设为SB3，上下调整点动按钮设为SB4。

各输出端的负载一侧并联接入220V交流电。

图7 PLC接线图
将外接元件与PLC的I/O点一一对应，编排地址。

表2是外部I/O信号与PLC的I/O接点地址编号对照表。

表2 外部信号与PLC的I/O接点地址编号对照表
4 测试调试
调试步骤一：图8为调用子程序时的状态模拟，当行车到达有预置的槽位一的时候调用子程序P1。

执行完子程序实现的电镀过程的模拟过程后，返回到第20步程序，准备到达下一个预置槽位，调用相对应的子程序。

预置旋动开关X6闭合，并且接近开关X7闭合，既是行车到达了1槽位。

调用相对应的子程序，既执行电镀过程。

图8 调试步骤一
调试步骤二：如图9所示，离开第一个预置槽位，到达第二个槽位，自动调
用P2子程序，实现自动运行的要求。

图9 调试步骤二
调试步骤三：如图10所示，为电镀过程中子程序实现的电镀模拟过程。

X7
接近开关到达，执行电机下降，并且制动。

当到达下限X11的时候停止制动并
且启动电镀定时器，定时器时间到，电机上行，到达上限停止，电磁抱闸制动防
止吊篮因为重力而自动掉下。

图10 调试步骤三
5 参考文献
[1] 方承远.工厂电气控制技术. 机械工业出版社，2003
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