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电镀车间专用行车PLC控制系统设计

一、主要内容:
该设备是某厂电镀车间一台能远距离控制的专用半自动起吊设备。起吊物品是待进行电镀及表面处理的各种产品零件,起吊重量在500kg以下。专用行车结构与动作流程如图所示。   
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
工人将待加工的零件装入吊篮,并发出信号,专用行车便提升并自动前进。按工艺要求在需要停留的槽位停止,自动下降,停留预先调定的时间后在自动提升,并前进竟如下道工序。如此完成电镀工艺规定的每一道工序,直至生产线的末端自动返回原位,卸下处理好的零件,重新装料发出信号进入下一加工程序许循环。
工作时,电动机M1控制吊篮的左/右移动,M2控制前/后运动,M3控制升/降运动。M1、M2、M3 均采用三相交流异步电动机Y802-4型0.75kw、2.1A、1390r/min来拖动,并采用以及机械减速。
二、基本要求
1.M1、M2、M3 通过正反转控制实现两个方向的移动。
2.前后与左右运动停止时,采用能耗制动,升降M3采用电磁抱闸制动。
3.制动时间与各槽停留时间根据要求设定并由定时器自动控制。
4.M2、M3为自动控制连续运转,采用热继电器实现过载保护,左右移动为调整运动,短时工作无过载保护。
三、主要技术指标
1.控制装置具有程序预选功能,一旦程序选定,除上、下 装卸零件,整个电镀工艺自动进
行。
2.前后、升降及左右运动之间有连锁作用。
3.采用远距离控制,整机电源及各动作要有相应指示。
4.前后、升降及左右运动要求准定位,并应有极限位置保护和其他必要的电气保护措施。
5.根据控制选择PLC型号,分配I/O端口。
6.设计I/O电路,选择电气元件。
7.绘制梯形图,编制用户程序语句表并进行模拟调试。
8.绘制电气原理图,电器元件布置图与接线图,编制元件目录表。
9.编写设计、使用说明书。
四、应收集的资料及参考文献
[1]《电气控制技术》               韩顺杰          中国林业出版社
[2]《可编程序控制器应用技术》     张万忠          化学工业出版社
[3]《小型可编程序控制实用技术》   王兆义          机械工业出版社
五、进度计划
第 1-2周:收集资料、完成开题报告;                         
第 3-4周:分析、确定方案;                                 
第5-7周:系统软硬件设计;                                 
第8周:中期检查;                                    
第9-14周;论文审核定稿;
第15-16周:答辩。    
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
教研室主任签字 时 间 年    月    日
毕业设计开题报告
题 目 电镀车间专用行车PLC控制系统设计
学生姓名 XXXX 学号 XXXXX 班级 XXXXXX 专业       自动化
一、研究背景
随着金属加工业的发展,电镀行业在我国迅速地发展了起来,目前全国拥有五千多家厂点、二十多万职工,其规模、产量及其产值都进入世界电镀大国行列。电镀的科研成果不断涌现,工程技术不断更新。为我国的重工业的发展带来了长途的进步,为社会主义祖国创造了大量 财富。然而,在电镀车间的生产中依然存在着很大的工艺问题。传统的小型电镀车间生产线较长,设备分散,前后联锁,逻辑关系复杂。采用传统的继电器控制,电气控制设备大量使用机电式有触点电器。触点转换频繁,触点竞争机会和故障可能性大,可靠性低,维护量大。电镀生产现场环境比较恶劣,是一个高温、多尘埃、易着火的一级防火单位,触点因接触不良而产生的火花和高温都是产生火灾苗子的安全隐患。所以对新设备的引入的需求是改良电镀车间的生产状况的必要之举。 
二、国内外研究现状
我国在上世纪六十年代电镀工业基本处于手工制造状态,而可编程控制器是七十年代以来,在工业领域对顺序控制有重大提高的一种技术,其编程简单,抗干扰能力强,因此应用越来越广泛。经过几十年的发展,国内的电镀自动化程度有了极大的提高。改革开放前全国几乎不存在一家专业电镀自动线制造厂,而现在全国已有几十家。目前,我国已发展成为电镀大国,拥有数以千计的电镀自动生产线在为各行各业生产电镀件。现阶段我国的电镀生产线,主要应该考虑行车运行平稳,定位准确,设备耐用,生产效率高,确保电镀质量高,质量好。
美国,日本等国的电镀自动线比我国先进,如日本大友电舍株式会社的电镀车间,各种镀液中的主要成分都是由电脑自动检测和自动控制及补充,操作的各种参数温度、PH值、电流等都由电脑自动测定和自动调节,行车的运行完全无人操作。能到达车间无尘,底面无水,所有槽口上面均无液滴。操作人员以及外来人员进入车间,不允许穿自己的鞋子,必须换上干净的拖鞋,再经过净化设备,用高压净化的空气,吹掉身上的灰尘后才能进入车间。生产时连续不断的用净化空气将车间内的空气压向室外,这样的电镀车间和电镀自动线,在国际上也是比较先进的。
三、主要工作及方法
操作人员在吊篮中装入待进行电镀及表面处理的各种产品零件并按下启动按钮后,吊篮由M3控制升起,升降时采用电磁抱闸制动以确保安全,专用行车由M1控制向左移动,行至1号槽停车,停车时采用能耗制动,以保证准确定位,同时M2控制前后运动使吊篮对准槽口,下降进入槽内对零件进行加工,制动时间与各槽停留时间由定时器自动控制,方向运动均通过电机正反转实现,行车自动逐段前行,按工艺设定在各镀槽前停车,行车至生产线终端后自动返回操作区准备下一次循环。该系统中吊篮的升降,行车的左右以及前后运动由限位开关实现极限位置保护。M1、M2、M3均采用三相交流异步电动机Y802-4型0.75kw、2.1A、1390r/min来拖动,其中M2、M3采用热继电器实现过载保护,当任何一台电动机的过频调速精度高,范围广,适合需要精确控制的行车系统。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,故必须考虑其安全性,应设置必要的电气保护,以保证操作人员以及生产设备的安全,各个动作之间要有联锁、自锁。
绘制梯形图,电气原理图,电器元件布置图与接线图并编制元件目录表和编制用户程序语句表并进行模拟调试。
四、预期达到的结果
对电镀车间专用行车实现自动控制,控制装置具有程序预选功能,一旦程序选定,除上、下装卸零件,整个电镀工艺自动进行,并且前后、升降及左右运动之间有连锁作用。装置采用远距离控制,整机电源及各动作均有相应指示,该设备拥有手动、单周和连续3种工作方式,用户可根据实际需要选择合适的工作方式进行电镀。
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
指导教师签字 时   间 年   月    日
摘 要
本课题主要研究的是可编程控制器(PLC)在工业生产领域的应用。针对小型电镀车间行车电气控制系统故障频繁的弊端,采用国内外处于领先地位的PLC控制系统加以改进。它使得生产线在实现完全自动化的同时,可以灵活地进行手动操作,并能通过报警装置,对生产线出现的故障进行智能报警。这套系统技术先进、操作简单安全、经济效益高。该系统使得生产效率、产品合格率与老式设备相比大为提高。
利用可编程序控制器对行车的左右以及前后运动由限位开关实现极限位置保护,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。
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。
 
 
关键词: 电镀行车 PLC 可编程控制
 
 
 
 
 
 
 
 
Abstract
The main subject of the study is programmable controller (PLC) in the industrial production fields. Driving for small plating shop electrical control system failures frequent drawbacks, the use of domestic and foreign leading PLC control system to be improved. It enables fully automated production line at the same time, the flexibility to be manually operated, and through alarms, failures on the production line for intelligent alarm. The system is technologically advanced, simple and safe operation, high economic efficiency. The system allows production efficiency, product qualification rate greatly improved compared with the old equipment.
    The use of programmable logic controller around and around movement by the limit switch limit position protection, simplifying the control system wiring, to overcome the electromagnetic relay for a long time, contact bounce shortcomings, improve system reliability and flexibility.
    Using PLC to achieve the electroplating production line control system, the system has a strong ability to adapt, you can easily complete the automatic and manual switching between drawing and mutual; entire program using structured design methods, with convenient debugging, maintenance is simple, transplantation and good benefits.
 
 
Keyword: Electroplating driving PLC  Programmable control 
 
目  录
第1章 绪论 2
1.1 课题研究的目的意义 2
1.1.1 电镀行车的意义 2
1.1.2 电镀行业的简介 2
1.1.3 电镀行车的简介 3
1.2 国内外研究现状 4
1.2.1 国内研究现状 4
1.2.2 国外研究现状 5
1.3 论文研究内容 5
第2章 相关技术介绍 6
2.1 变频调速技术的发展及应用 6
2.1.1 我国变频调速技术的发展概况 6
2.1.2 国外变频调速技术的现状 6
2.1.3 变频调速技术未来发展趋势 7
2.2 可编程控制器 7
2.2.1  PLC的发展及应用 7
第3章 控制系统硬件部分设计 9
3.1 电镀行车原理及控制系统的设计要求 9
3.1.1 电镀行车原理 9
3.1.2 电镀行车控制系统框图 9
3.1.3 电镀行车控制系统设计要求 10
3.2 电机及电器元件型号选择 10
3.3 电气主接线图设计 11
3.3.1 电机正反转原理 12
3.3.2 三相异步电机起动 13
3.3.3 电机能耗制动原理 13
3.3.4 变频调速原理 14
3.4 PLC输入输出接线 16
第4章 控制系统软件部分设计 17
4.1 流程图 17
4.2  I/O分配 18
4.3 程序初始化 18
4.4 行车点动控制程序 19
4.5 行车槽位运行程序 19
4.6 行车槽位定时程序 20
4.7 行车制动回路 21
4.8 信号显示程序 21
第5章 结论与展望 22
5.1 结论 22
5.2 展望 22
参考文献 23
致谢 24
附录 25
附录A 外文资料 25
附录B 梯形图 36
附录C 指令表 39
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
第1章 绪 论
1.1 课题研究的目的意义
1.1.1 电镀行车的意义
在现代工业的电镀车间中,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重要的化学污染和腐蚀,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,就很有必要由工程技术人员设计出一种自动控制系统来代替人工操作,从而帮助企业了解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控制该电镀行车系统,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可大大提高。同时可以根据工艺要求迅速灵活的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[1]。
1.1.2 电镀行业的简介
电镀是对机体表面进行装饰、防护以及获得某些特殊性能的一种表面工程技术,是一种电化学过程,也是一种氧化还原反应,是获得金属保护层的有效防范。在这个过程中金属离子获得电子被还原成金属原子,金属原子按一定的规律排列形成晶体镀层。电镀技术又称为电沉积,其基本原理就是直流电场的作用下,在电解质溶液(镀液)中有阳极和阴极构成回路,使溶液中的金属离子沉积到阴极镀件表面上,以形成均、致密、结合力良好的金属的过程。
电镀的目的是在基材上镀上金属层,改变基材表面性质或尺寸,从而提高耐腐蚀性,抗高温氧化性、良好的导电性、高的硬度、高的耐磨性或减摩性、微细加工的均匀性记忆其他某些特殊的屋里、化学特性,体内同时又赋予金属光泽美观。
电镀工业是我国重要的加工行业,至今已有100多年的历史,电镀是重要的表面工程技术,不仅能获得防护——装饰性镀层,还可通过不同工艺得到具有特殊用途的功能薄膜,近代科学技术的发展为他增添了许多新的内容,因而电镀在机械、地址、电子、仪器仪表、轻工、交通运输和国防工业等生产部门的应用日益广泛,与人们的日常生活也密切相关。
我国电镀工业的发展是在新中国成立以后。首先,未解决氰化物污染问题,从20世纪70年代开始无氰电镀的研究工作,陆续使无情镀锌、镀铜、镀镉、镀金等投入生产;大型制件镀硬镉、低浓度铬酸镀铬、低铬酸钝化、无氰镀银及防银变色、三价铬盐镀铬等相继应用于工业生产;并实现了直接从镀液中获得光亮镀层,不仅提高了产品质量,也改善了繁重的抛光劳动;在新工艺与设备的研究方面,出现了双极性电镀、换向电镀、脉冲电镀等;高耐蚀性的双层镍、三层镍、镍铁合金和减摩擦镀层亦用于生产;刷镀、真空镀和离子镀也取得了可喜的成果。
电镀车间所进行的生产工艺可分为三个环节,即镀前表面处理、电镀处理和镀后处理。电镀工艺设备一般是指上述直接对零件进行加工处理的生产设备。其中,电镀处理是整个过程中的主要工艺。根据零件的要求,有针对性的选择某一种或几种单金属或合金电镀工艺对零件进行电镀或浸镀等加工,以达到防蚀、耐磨和美观的目的。电镀处理过程中所用的设备主要有各类固定槽、滚动槽、挂具、行车、吊篮等。
电镀自动线是按一定的电镀工艺过程要求,将有关渡槽、镀件提升运转装置、电气控制、电源设备、过滤设备、检测仪器、加热与冷却装置、滚筒驱动装置、空气搅拌设备及线上污染控制设施等组合为一体的总成。与手工操作的电镀生产线相比,可以大幅度提高产量,稳定产品质量,降低劳动强度,提高劳动生产效率,简化生产管理,缩小占地面积,改善车间环境,减少有害气体,使车间整齐美观,从而创造良好的工作环境[2]。
1.1.3 电镀行车的简介
行车、吊车、天车都是人们对起重机的一个笼统的叫法,行车是用来在短距离内提升和移动物件的机械,是现代化工厂中用于物料输送的重要设备,基本有两类:一类为集中驱动,即用一台电动机带动长传动驱动两边的主动车轮;另一类为分别驱动、即两边的主动车轮各用一台电动机驱动。
电镀车间专用行车是某厂电镀车间为提高功效、促进生产自动化和减轻劳动强度,提出制造的一台专用半自动起吊设备。它采用远距离控制,起吊重物在300kg以下。起吊物品是待进行电镀及表面处理的各种产品零件。
电镀车间有多个电镀槽位,分别标记为1槽、2槽等,实际生产线上渡槽的数量是根据用户综合各种电镀工艺的需要所提出的要求而定。电镀种类越多,槽数越多。
在电镀生产线一侧,工人将待电镀零件装入吊篮,并发出信号,专用行车便提升,到一定高度后自动逐段前进。按工艺要求在需要的停留的槽位停止,然后自动下降,停留一段时间(各槽停留时间预先按工艺调定)后再自动提升,再前进。如此,完成电镀工艺规定的每一道工序,直至生产线的末端,自动返回原位。工人卸下处理好的零件,重新装料发出信号,进入下一个电镀作业循环。
对于不同零件,其镀层要求和工艺过程是不相同的,为了节省场地,适应批量生产和柔性生产的需要,提高设备利用率和发挥最大的经济效益,该设备还要求PLC控制系统能针对不同电镀工艺流程,有程序预选和修改能力。另外设备的机械结构与普通小型行车结构类似,跨度较小,但要求准确稳定,吊篮能准确进入电镀槽内。
本设计中的电镀专用行车是通过行车带动吊钩前后运动及吊钩的升降运动来实现电镀的过程的。行车带动吊钩前进或后退,分别经过各个电镀槽、当分别到每个槽上方时,由限位开关通知PLC发出控制指令使吊钩下降,当下降到槽中时又开始定时电镀。定时结束后,吊钩上升,上升后还需定时停留一段时间让多余的液体流回槽中才能走向下一个槽,当结束行车后返回原位[3]。
1.2 国内外研究现状
1.2.1 国内研究现状
目前,PLC在运动控制中的应用已十分广泛。从控制机构来说,早期直接用开关量I/O模块连接位置传感器和执行机构,现在一般使用专用的运动控制模块。如驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。世界上各主要厂家的产品几乎都有运动控制功能。小型PLC广泛应用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。
现在工业生产中行车的控制大都采用PLC来构成控制系统,这就使得硬件连线变得简单,控制系统实现了自动化控制,不仅提高了工作效率、促进了生产的自动化,而且大大减轻了劳动强度。
我国在上世纪六十年代电镀工业基本处于手工制造状态,经过几十年的发展,国内的电镀自动化程度有了巨大的提高,产业化标准的引进,流水化作业等技术使产品的质量和品质有了很大的提高。近年来,我国已经逐步发展成为国际制造业的中心。作为服务于制造业,也是其一部分的电镀业也迅猛发展,特别是电镀设备制造业更是有了质的飞跃[4]。 
改革开放前全国几乎没有一家专业电镀自动线制造厂,用电镀自动线进行电镀生产的企业也不多。而现在全国则有几十家电镀自动线制造厂,其他与其配套的辅助设备制造厂就更多了。目前,我国已发展成为电镀大国,有数以千计的电镀自动线在为各行各业生产电镀件,仅东南沿海一带就有近百条先进的铝轮毂镀装饰铬的自动线。
但国内与国外自动化系统有一定的差距。在日本和美国的电镀工业,已经可以通过自动化系统控制电镀液浓度控制、源料配给等更高层次的系统。
1.2.2 国外研究现状
日本大友电舍株式会社的电镀车间,各种镀液中的主要成分都是由电脑自动检测和自动控制及补充,操作的各种参数温度、PH值、电流等都由电脑自动测定和自动调节,行车的运行完全无人操作。能到达车间无尘,底面无水,所有槽口上面均无液滴。操作人员以及外来人员进入车间,不允许穿自己的鞋子,必须换上干净的拖鞋,再经过净化设备,用高压净化的空气,吹掉身上的灰尘后才能进入车间。生产时连续不断的用净化空气将车间内的空气压向室外,这样的电镀车间和电镀自动线,在国际上也是比较先进的。电机采用无极变速或配备变频调速后,定位准确,用聚氨酯作行车运行轮,运行时惯性小,噪声低,制动性好。车辆的运行,溶液的温度、PH及添加剂的自动补充,已有用微电脑自动控制。
1.3 论文研究内容
电镀车间专用行车是一台专用半自动起吊设备。采用远距离控制,起吊重量在300kg以下,起吊物品是待进行电镀及表面处理的各种产品零件,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,落后的操作方式会引起很多人为的问题,也会增加成本,质量也没有保障。采用自动化控制系统后,会有很多大的改善:(1)可以降低物量消耗量。(2)减轻工人劳动强度保障工人生命安全。(3)提高镀件质量。(4)有利于环境保护。(5)监控管理简便。由此可见,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,有效地减少废品率,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。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。本设计用PLC控制系统代替原来的人工操纵的半自动控制方式,实现对电镀专用行车的前进、下降、停留、上升等自动运行过程的控制,对于工业实际生产有重大的使用价值和经济效益[5]。
本题目中,在电镀生产线一次侧设有装料位,工人将待加工零件装入吊篮,并发出信号,专用行车便提升自动逐段前进。按工艺要求停留的槽位停止,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。最后返回至生产线始端,工人卸下处理好的零件,等待装料,准备进入下一个工作过程。
第2章 相关技术介绍
2.1 变频调速技术的发展及应用
近十年来,随着电力电子技术、微电子学、计算机技术、自动控制技术的迅速发展,电力传动领域正发生着交流调速取代直流调速和计算机数字控制技术取代模拟控制技术的革命。交流变频调速以其优异的调速和起、制动性能,高效率、高功率因数和节电效果,被国内外公认为最有发展前途的调速方式,成为当今节电、改善工艺流程以及提高产品质量和改善环境、推动技术进步的一种主要手段。
2.1.1 我国变频调速技术的发展概况
在电气传动领域,人们关心的是如何合理地使用电动机以节约电能和有目的地控制机械的运转状态(位置、速度、解速度等),在实现电能-机械能之间的转换过程中达到优质、高产、低能的目的。近几年来交流调速中最活跃、发展最快的就是变频调速技术,是交流调速的基础和主干内容,其根本原因在于变频调速在节能和调速特性等方面优良的特性优于其他调速方式,当然,电力电子器件发展、计算机技术、自动控制技术的迅速发展也为它的实现提供了基础。
我国关于变频器的研究开始于20世纪60年代初期,当时典型的技术是交-交变频器供电的交流变频调速传动;继此之后80年代主体技术为电压或电流型六脉冲逆变器供电的交流变频调速传动;从90年代中期至今,随着电力电子器件、调速技术以及控制技术的发展,BJT(IGBT)PWM逆变器供电的交流变频调速传动空前发展,并得到广泛的应用[6]。
2.1.2 国外变频调速技术的现状
当前国外交流变频调速技术高速发展,主要有以下几个特点:
(1)近几年来不断涌现出SCR,GTO,IGBT,IGCT等高电压、大电流的大功率电力电子器件以及大功率器件的并联、串联技术的发展应用,使得高电压、大功率变频器产品的生产及应用得到很大的发展。
(2)矢量控制、磁链控制、直接转矩控制、模糊控制等新的控制理论为高性能的变频器提供了理论基础;16位、32位高速处理微处理器,数字信号处理器(DSP),精简指令集计算机(RISC)和高级专用集成电路(ASIC)技术的快速发展,使得变频器朝高精度、多功能化方向发展。国外产品已实现控制全数字化、产品系列化、功能多样化,产品已进入很成熟的阶段。
(3)由于相关的基础工业和各种制造业的高速发展,已经使变频调速装置相关配套件的生产社会化、专业化,产品可靠性更高[7]。
2.1.3 变频调速技术未来发展趋势
交流变频调速技术是强、弱电混合,机电一体化的综合性技术。它分为功率级和控制级两大部分。功率级部分是要解决高电压、大电流方面的技术问题和新型电力电子器件的应用技术问题;控制级部分是要解决数字化控制的硬、软件开发问题。鉴于这两方面,未来变频调速技术的发展方向主要有以下几点:
(1)各种控制方法的深入研究与实现,进一步提高变频调速性能。
(2)进一步提高变频器的功率因数,降低网侧和负载侧的谐波,以减少对电网的污染和电动机的转矩脉冲。
(3)进一步增加器件的集成度,缩小变频装置整体的尺寸,更加提高系统的可靠性。
(4)以32位高微处理器为基础的数字控制模版有足够的能力实现各种控制算法,Windows控制系统引入使得自由设计成为可能,图形编程的控制技术也有很大的发展。
(5)电动机模拟器、负荷模拟器 以及各种计算机辅助设计(CAD)软件的引入对变频器的设计和测试提供了强有力的支持[8]。
2.2 可编程控制器
2.2.1  PLC的发展及应用
PLC是一种专门在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器,用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数核和算术运算等操作的指令,并能通过数字或模拟式的输入和输出,控制各种类型的机械生产过程。PLC及其有关的外围设备都应按照易于与工业控制形成一个整体,易于扩展其功能的原则而设计。
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已不在是局限在逻辑上,应该理解成过程控制器,如西门子全集成自动化TIA的概念。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猛。
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),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[9]。     总之为了进一步扩大PLC在工业自动化领域的应用范围,适应大、中、小型企业不同需要,PLC产品大致向以下几方面发展:    (1)向小型化方向发展;    (2)向高速度、大容量和智能化方向发展;    (3)PLC编程工具与编程语言的多样化、高级化、标准化;    (4)向网络化方向发展;    (5)发展容错技术和故障诊断。
 
 
 
 
 
 
 
 
第3章 控制系统硬件部分设计
3.1 电镀行车原理及控制系统的设计要求
3.1.1 电镀行车原理
专用行车结构与动作流程如下图3-1所示:
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
图3-1  电镀行车的工作过程
工人将待加工的零件装入吊篮,并发出信号,专用行车便提升并自动前进。按工艺要求在需要停留的槽位停止,自动下降,停留预先调定的时间后在自动提升,并前进竟如下道工序。如此完成电镀工艺规定的每一道工序,直至生产线的末端自动返回原位,卸下处理好的零件,重新装料发出信号进入下一加工程序许循环。
工作时,电动机M1控制吊篮的左/右移动,M2控制前/后运动,M3控制升/降运动。M1、M2、M3 均采用三相交流异步电动机Y802-4型0.75kw、2.1A、1390r/min来拖动,并采用一级机械减速。
3.1.2 电镀行车控制系统框图
电镀专用行车控制系统的系统框图如图3-2所示,由系统框图可知,在该系统中,PLC是控制系统的核心,各种控制指令通过控制按钮传输给PLC,再由PLC根据预先选定的程序发出控制指令给行车,行车接到指令后,根据指令完成电镀工艺过程。
 
图3-2 系统框图
3.1.3 电镀行车控制系统设计要求
(1)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。M1、M2、M3 通过正反转控制实现两个方向的移动。
(2)前后与左右运动停止时,采用能耗制动,升降M3采用电磁抱闸制动。
(3)制动时间与各槽停留时间根据要求设定并由定时器自动控制。
(4)M2、M3为自动控制连续运转,采用热继电器实现过载保护,左右移动为调整运动,短时工作无过载保护。
(5)控制装置具有程序预选功能,一旦程序选定,除上、下 装卸零件,整个电镀工艺自动进行。
(6)前后、升降及左右运动之间有连锁作用。
(7)采用远距离控制,整机电源及各动作要有相应指示。
(8)前后、升降及左右运动要求准定位,并应有极限位置保护和其他必要的电气保护措施。
3.2 电机及电器元件型号选择
电机按课题要求选用三相交流异步电动机Y802-4型来拖动。
FU1熔体额定电流                    2.5×2.1+2×2.1=9.45A
故选用I=10A,其余熔体额定电流选用3A
能耗制动参数计算: 制动电流    =3×1.5=4.5A
直流电压         =4.5×5=22.5V
整流变压器二次侧交流电流  =4.5/0.9 A=5A
整流变压器二次侧交流电压 =22.5/0.9=25V
整流变压器容量        =5×25=125VA
原理图的元件目录明细表如表3-1所示:
表3-1 元件列表
序号 代号 名称 数量 规格型号 备注
1 M1,M2,M3 电动机 3 Y802-4
2 FR1,FR2 热继电器 2 JR16-20/3
3 YA 三相制动电磁铁 1 JC2-380V
4 FU1~FU4 熔断器 4 RSL1-10 FU1 10A,其余3A
5 VC 整流器 1 QL 5A,100V
6 TC 变压器 1 BK-150
7 QS 电源开关 1 HZ10-10/3
8 SB1~SB7 按钮 7 LA19-11
9 KM1~KM8 接触器 8 CJ10-10 线圈额定电压220V
10 SQ1~SQ5 行程开关 5 LXK2-131
11 SQ6~SQ11 限位开关 6 JLXK1-411 直动滚轮防护式
12 SA1~SA5 转换开关 5 HZ10-10/13
13 HL1~HL13 指示灯 13 KH508-TL DC24V
14 PLC 可编程控制器 1 FX2N-64MR
15 变频器 变频器 1 TD3000 2.2kW
3.3 电气主接线图设计
(1)本设计需要三台电动机拖动,而且每台电动机都要正反转运动。专用型车的左右、前后及上下运动分别由电动机M1、M2、M3拖动,并由接触器KM1、KM2、KM3、KM4及KM5、KM6分别控制电动机M1、M2、M3的正反转。
(2)M2、M3由热继电器FR1、FR2实现过载保护,电动机M1为点动短时工作,所以不设过载保护。
(3)主线路由隔离开关QS作为电源接入控制,由熔断器FU1实现短路保护。
(4)考虑到升降运动有一定的重量,在行车移动中需设置电磁抱闸制动控制,三相电磁铁。YA与M3并联,当M3得电时,YA工作,松开刹车允许升降运动。M3失电时,YA释放,抱闸刹车,使吊篮稳定停留在空中。
(5)为保证停车的准确性,并考虑到前后与升降运动由同一型号的电动机拖动,并且不能同时工作。所以停车时可采用同一个直流电源实现能耗制动,直流电源可采用低压交流电源经单相桥式整流得到。能耗制动回路中设有单独的短路保护,由熔断器FU2、FU4实现短路保护。
电气主接线图如下图3-3所示:
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
图3-3 主接线图
3.3.1 电机正反转原理
本设计中的行车均是由三台电机的正反转来实现控制。主回路采用两个接触器,即正转接触器KM1和反转接触器KM2。电路要求接触器KM1和接触器KM2不能同时接通电源,否则它们的主触头将同时闭合,造成U、W两相电源短路。为此在KM1和KM2线圈各自支路中相互串联对方的一对辅助常闭触头,以保证接触器KM1和KM2不会同时接通电源,KM1和KM2的这两对辅助常闭触头在线路中所起的作用称为联锁或互锁作用,这两对辅助常闭触头就叫联锁或互锁触头。
正转过程:按下起动按钮SB3,接触器KM1线圈通电,与SB3并联的KM1的辅助常开触点闭合,以保证KM1线圈持续通电,串联在电动机回路中的KM1的主触点持续闭合,电动机连续正向运转。     停止过程:按下停止按钮SB2,接触器KM1线圈断电,与SB3并联的KM1的辅助触点断开,以保证KM1线圈持续失电,串联在电动机回路中的KM1的主触点持续断开,切断电动机定子电源,电动机停转。     反转过程:按下起动按钮SB5,接触器KM2线圈通电,与SB5并联的KM2的辅助常开触点闭合,以保证KM2线圈持续通电,串联在电动机回路中的KM2的主触点持续闭合,电动机连续反向运转。
其原理如下图3-4所示:
 
 
图3-4 电机正反转原理图
3.3.2 三相异步电机起动
由于本设计所采用的电机容量较小,三台电机均采用直接起动。直接起动也称为全压起动是最常用的起动方式,它是将电动机的定子绕组直接接入电源,在额定电压下起动,具有起动转矩大、起动时间短的特点,也是最简单、最经济和最可靠的起动方式。直接启动的优点是所需设备少,启动方式简单,成本低。电动机直接启动的电流是正常运行的5倍左右,理论上来说,只要向电动机提供电源的线路和变压器容量大于电动机容量的5倍以上的,都可以直接启动。这一要求对于小容量的电动机容易实现,所以小容量的电动机绝大部分都是直接启动的,不需要降压启动。直接启动可以用胶木开关、铁壳开关、空气开关等实现电动机的近距离操作、点动控制,速度控制、正反转控制等,也可以用限位开关、交流接触器、时间继电器等实现电动机的远距离操作、点动控制、速度控制、正反转控制、自动控制等。
3.3.3 电机能耗制动原理
本设计中的M1和M2采用能耗制动,所谓能耗制动,即在电动机脱离三相交流电源之后,定子绕组上加一个直流电压,即通入直流电流,利用转子感应电流与静止磁场的作用已达到制动的目的。在定子绕组接通直流电源时,直流电流会在定子内产生一个静止的直流磁场,转子因惯性在磁场内旋转,并在转子导体中产生感应电势有感应电流流过,并与恒定磁场相互作用消耗电动机转子惯性能量产生制动力矩,使电动机迅速减速,最后停止转动。能耗制动的不足,是在制动过程中,随着电动机转速的下降,拖动系统动能也在减少,于是电动机的再生能力和制动转矩也在减少,仅适用一般负载的停车,但有较大能量损耗。其原理如下图3-5所示:
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
图3-5 能耗制动原理图
3.3.4 变频调速原理
变频器(Variable-frequency Drive,VFD)是应用变频技术与微电子技术,通过改变电机工作电源频率方式来控制交流电动机的电力控制设备。电动机使用变频器的作用就是为了调速,并降低启动电流。为了产生可变的电压和频率,该设备首先要把电源的交流电变换为直流电,这个过程叫整流。把直流电变换为交流电的装置。一般逆变器是把直流电源逆变为一定的固定频率和一定电压的逆变电源。对于逆变为频率可调、电压可调的逆变器我们称为变频器。变频器输出的波形是模拟正弦波,主要是用在三相异步电动机调速用,又叫变频调速器。
变频调速技术的基本原理是根据电机转速与工作电源输入频率成正比的关系,通过改变电动机工作电源频率达到改变电机转速的目的。变频器就是基于上述原理采用交-直-交电源变换技术,电力电子、微电脑控制等技术于一身的综合性电气产品。
通用变频器由主电路和控制回路组成。给异步电动机提供调压调频电源的电力变换部分,称为主电路。主电路包括整流器、中间直流环节(又称平波回路)、逆变器。变频器结构如图3-6所示:
 
 
 
 
 
 
图3-6 变频器简化结构图
(1)整流器:它的作用是把工频电源变换成直流电源。 (2)平波回路(中间直流环节):由于逆变器的负载为异步电动机,属于感性负载。因此,在中间直流环节和电动机之间总会有无功功率的交换,这种无功能量要靠中间直流环节的储能元件—电容器或电感器来缓冲,中间直流环是中间储能环节。 (3) 逆变器:逆变器是将直流功率变换为所要求频率的交流功率。逆变器的结构形式是利用6个半导体开关器件组成的三相桥式逆变器电路。通过有规律的控制逆变器中主开关的导通和断开,可以得到任意频率的三相交流输出波形。 (4)控制回路:控制回路常由运算电路,检测电路,控制信号的输入、输出电路,驱动电路和制动电路等构成。其主要任务是完成对逆变器的开关控制,对整流器的电压控制,以及完成各种保护功能。控制方式有模拟控制或数字控制。
变频器与电机连接图如下图3-7所示:
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
图3-7 变频器与电机连接图
3.4  PLC输入输出接线
PLC电源采用交流220V供电,直流输入,继电器输出。所有输出端全部采用交流220V驱动。根据控制对象特点和PLC输入/输出继电器地址分配表,绘制控制系统输入输出接线图如下图3-8所示:
 
 
图3-8 PLC输入输出接线图
第4章 控制系统软件部分设计
4.1 流程图
电镀专用行车跨度较小,但要求定位准确,以便吊篮能准确进入电镀槽内。工作时前后的移动与吊篮的上下运动、小车的左右移动,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。系统流程图如图4-1所示:
 
图4-1 系统流程图
4.2  I/O分配
在电镀专用行车PLC控制系统中,共需要PLC有26点的输入,21点的输出。 根据本设计的专用行车的控制要求,选用三菱公司的FX2-64MR型PLC。
PLC的I/O地址分配情况如表4-1所示:
表4-1 I/O分配表
输入元件代号 输入地址 功能定义 输出元件代号 输出地址 功能定义
SB1 X001 左移点动调整按钮 KM1 Y001 左移控制交流接触器
SB2 X002 右移点动调整按钮 KM2 Y002 右移控制交流接触器
SB3 X003 前进点动调整按钮 KM3 Y003 前进控制交流接触器
SB4 X004 后退点动调整按钮 KM4 Y004 后退控制交流接触器
SB5 X005 上升点动调整按钮 KM5 Y005 上升控制交流接触器
SB6 X006 下降点动调整按钮 KM6 Y006 下降控制交流接触器
SB7 X000 紧急停止按钮 KM7 Y007 前进制动交流接触器
FR1 X016 FR1热继电器常闭触点 KM8 Y010 后退制动交流接触器
FR2 X017 FR2热继电器常闭触点 HL1 Y011 停1槽位指示灯
SB10 X010 前进启动按钮 HL2 Y012 停2槽位指示灯
SQ1 X021 第1槽槽位行程开关 HL3 Y013 停3槽位指示灯
SQ2 X022 第2槽槽位行程开关 HL4 Y014 停4槽位指示灯
SQ3 X023 第3槽槽位行程开关 HL5 Y015 停5槽位指示灯
SQ4 X024 第4槽槽位行程开关 HL6 Y016 左移指示灯
SQ5 X025 第5槽槽位行程开关 HL7 Y017 右移指示灯
SQ6 X031 左移限位保护开关 HL8 Y020 前进指示灯
SQ7 X032 右移限位保护开关 HL9 Y021 后退指示灯
SQ8 X033 前进限位保护开关 HL10 Y022 上升指示灯
SQ9 X034 后退限位保护开关 HL11 Y023 下降指示灯
SQ10 X035 上升限位保护开关 HL12 Y024 原位指示灯
SQ11 X036 下降限位保护开关 HL13 Y025 电源指示灯
SA1 X011 第1槽槽位选择开关
SA2 X012 第2槽槽位选择开关
SA3 X013 第3槽槽位选择开关
SA4 X014 第4槽槽位选择开关
SA5 X015 第5槽槽位选择开关
4.3 程序初始化
M8002是三菱PLC中的特殊内部继电器,启动时发出一个周期的脉冲,对数据进行初始化。X000为紧急停止按钮,接通X000紧急停车停车按钮即可以作为正常的停车按钮,又可以作为急停按钮,急停后通过点动操作返回原位。X016和X017为热继电器常闭触点。如图4-2所示:
 
 
 
 
图4-2 初始化
4.4 行车点动控制程序
吊篮的左右移动由Y001和Y002控制M1的正反转实现。M1正转左移,反转右移,采用点动控制。在吊篮进退与升降运动中,不允许左右移动,故串联Y003、Y004、Y005、Y006常闭触点,以实现联锁。吊篮的前进后退由Y003和Y004控制M2正反转实现,上升下降由Y005和Y006控制M3的正反转实现。程序如图4-3所示:
 
 
 
 
 
 
 
图4-3 点动控制
4.5 行车槽位运行程序
电镀专用行车要在每个槽位停留一定时间后吊篮上升,继续下一个动作。原位状态下,按下SB10,KM3吸合,X010接通,行车前进,当运行至需要停留的槽位,压下行程开关SQ1,SQ1常开触点接通使M2停止运转,同时接通前进制动回路,使M2制动,行车准确停在1槽位。在行车停止在1槽位时,要求接通KM6,使M3正转,吊篮下降,至下限保护开关SQ11动作,使KM6失电,三相电磁铁YA释放,抱闸刹车。吊篮在槽位停留时间结束后,马上接通M3反转,吊篮上升,至上限保护开关SQ10动作,使KM5失电,M3失电,三相电磁铁YA释放,行车抱闸刹车。程序如图4-4所示:
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
图4-4 槽位选择
4.6 行车槽位定时程序
本设计采用的定时器均为通电延时型,当时钟脉冲累计数与设定值相同时,其输出触点产生动作。吊篮在第1槽电镀后停留的时间为10秒,在第2槽电镀后停留的时间为20秒,在第3槽电镀后停留的时间为30秒,在第4槽电镀后停留的时间为40秒,在第5槽电镀后停留的时间为50秒。程序如图4-5所示:
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
图4-5 行车定时
4.7 行车制动回路
本设计中前后和左右都是采用能耗制动。行车到达终点后,压下前进限位开关SQ8,制动回路接通,行车开始能耗制动。程序如图4-6所示:
 
 
 
 
 
图4-6 行车制动
4.8 信号显示程序
在生产过程中由指示灯HL1~HL5和HL12显示行车的停留位置,由HL6~HL11显示行车的运行状态,并由HL13显示电源。如图4-7所示:
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
图4-7 信号显示
第5章 结论与展望
5.1 结论
本文采用PLC对电镀专用行车进行自动控制,简化了电气控制系统的硬件和接线,减小了控制器的体积,提高了控制系统的灵活性,同时,PLC有较完善自诊断和自保护能力,可以增强系统的抗干扰能力,提高系统的可靠性,应用表明,可编程控制器在旧电镀行车的自动化改造和新型电镀行车的设计中,有广泛的应用前景。
我认为装饰性和功能性电镀工艺技术将不断发展,我国随着汽车、电子、家用电器、航空、航天工业、建筑工业及相应的装饰工业的发展和人们对美化生活需求的提高,对电镀产品的装饰性和功能性的需求将有明显的增加
5.2 展望
PLC控制系统相对于继电器控制系统的优越性就不言而喻,基于可编程控制器的可靠性高、抗干扰能力强、适应性强、编程直观简单等优点,我们可以预见在将来工业控制装置领域可编程控制器会起到越来越重要的作用。但这并不是说PLC就没有不足之处,由于可编程控制器最初是针对工业顺序控制应用发展而来的,其硬件结构专用性太强,通用性差,许多优秀的危机软件不能直接使用,必须经过二次开发,所以在对要求快速、实时性强、模型复杂、计算工作量大的工业对象的控制时可编程控制器就没有工业控制计算机有优势。这是因为工业控制计算机是由通用微型计算机适应工业生产控制要求发展起来的,硬件结构方面总线标准化程度高、兼容性强、软件资源丰富。由上我们可以得出如果能使提高可编程控制器在计算、模型等方面的性能,那么PLC就可以更好地发挥其编程简单、可靠性高、抗干扰能力强的本事。
 
 
 
 
 
 
 
 
参考文献
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致 谢
    在老师的指导下,经过几个月的努力,我完成了毕业设计设计任务。在毕业设计的实践中,学到很多有用的知识,也积累了不少宝贵的项目开发经验。在进入论文阶段的一学期时间里,老师给予了多方面的支持,从设计方案的确定到实验的实施再到论文的撰写等等。在这一学期中通过与李文娟老师的接触,她那孜孜不倦、治学严谨的工作态度也给了我很大启发,使我终身受益,在论文的写作过程中,指导老师无比耐心、无私无求的给予我持续的帮助,没有老师的指导,论文无法顺利完成。在此请接受的最真诚的感谢。
    衷心感谢自动化教研室的老师的关怀。另外在此次设计中,同班的同学也给了我很大的帮助,在此,我也向他们致以真诚的感谢!
即将结束再次学习的生活,相信等待我的是一片充满机遇、风险与快乐的土地;也相信我和同仁们的事业必将如涅磐之凤、浴火之凰;更加相信,不朽的民族精神终将引领我们创造新的奇迹!“风雨不改凌云志,振衣濯足展襟怀。行方智圆煅内蕴,海阔天空铸宏图。”
谨向在百忙中抽出宝贵时间评审我的论文的各位老师致以真挚的感谢。
老师教诲之恩,当永记今生
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
附 录
附录A 外文资料
PLC technique discussion and future development
Along with the development of the ages, the technique that is nowadays is also gradually perfect, the competition plays more strong, the operation that list depends the artificial has already can’t satisfied with the current manufacturing industry foreground, also can’t guarantee the request of the higher quantity and high new the image business enterprise.
The people see in produce practice, automate brought the tremendous convenience and product quantities for people up of assurance, also eased the personnel’s labor strength, reduce the establishment on the personnel. The target control of the hard realization in many complicate lines, whole and excellent turn, the best decision etc, well-trained operation work, technical personnel or expert, governor but can judge and operate easily, can acquire the satisfied result. The research target of the artificial intelligence makes use of the calculator exactly to catty out, imitate these intelligences behavior, moderating the work through person’s brain calculators, with the mode that person’s machine combine, for resolve the very complicated problem to look for the best path.
We come in sight of the control that s after the electric appliances in various situation, that is already the that time generation past, now of after use in the mold a perhaps simple equipments of grass-roots control that the electric appliances can do for the low level only; And the PLC emergence also became the epoch-making topic, adding the vivid software control through a very and stable hardware, making the automation head for the new high tide.
The PLC biggest characteristics lie in: The electrical engineering teacher already no longer electric hardware up too many calculations of cost, as long as order the importation that the button switch or the importation of the sensors order to the PLC up can solve problem, pass to output to order the conjunction contact machine or control the start equipments of the big power after the electric appliances, but the exportation equipment direct conjunction of the small power can.
PLC internal containment have the CPU of the CPU, and take to have an I/O for expand of exterior to connect a people’s address and saving machine three big pieces to constitute, CPU core is from an or many is tired to add the machine to constitute, mathematics that they have the logic operation ability, and can read the procedure save the contents of the machine to drive the homologous saving machine and I/Os to connect after pass the calculation; The I/O add inner part is tired the input and output system of the machine and exterior , and deposit the related data into the procedure saving machine or data saving machine, and in work adjusting to become tired to add the machine and I/Os to connect, saving machine separately saving machine RAM of the procedure saving machine ROM and data, the ROM can do deposit of the data permanence in the saving machine, but RAM only for the CPU computes the temporary calculation usage of hour of buffer space.
The PLC anti-interference is very and excellent, out root need not concern its service life and the work situation bad, these all problems have already no longer become the topic that we fail, but stay to our is a concern to come to internal resources of make use of the PLC to strengthen the control ability of the equipments for us, make our equipments more gentle.
PLC language is not we imagine of edit collected materials the language or language of Cs to carry on weaving the distance, but the trapezoid diagram that the adoption is original after the electric appliances to control, make the electrical engineering teacher while weaving to write the procedure very easy comprehended the PLC language, and a lot of non-electricity professional also very quickly know and go deep into to the PLC.
Is PLC one of the advantage above and only, this is also one part that the people comprehend more and only, this is also one part that the people comprehend more and easily, in a lot of equipments, the people have already no longer hoped to see too many control buttons, they damage not only and easily and produce the artificial error easiest, small is not a main error perhaps you can still accept; But lead even is a fatal error greatly is what we can’t is tolerant of. New technique always for face on sweep but light, do you understand the HMI? Says the HMI here you basically not clear what it is, also have no interest understanding, change one inside text explains it into the touch to hold or man-machine interface you knew, it combines with PLC to our larger space.
HMI the control not only is reduced the control press button, increase the vivid of the control, more main of it is can sequence of, and at can the change data input to output the feedback with data, control in the temperature curve of imitate but also can keep the manifestation of view to come out. And can write the function help procedure through a plait to provide the help of various what lies in one’s power, the one who make operate reduces the otiose error. Currently the HMI factory is also more and more, the function is also more and more strong, the price is also more and more low, and the noodles of the usage are wide more and more. The HMI foreground can say that think to be good very.
At a lot of situations, the list is a smooth movement that can’t guarantee the equipments by the control of the single machine, but pass the information exchanges of the equipments to attain the result that we want. For example fore pack and the examination of the empress work preface, we will arrive wrapping information feedback to examine the place, and examine the information of the place to also want the feedback to packing. Pass the information share thus make is closer, at each other attain to reflect the result that mutually flick.
The PLC correspondence has already come more body now its value, at the PLC and correspondence between PLC, can pass the communication of the information and the share of the data to guarantee that of the equipments moderates mutually, the result that arrive already to repair with each other. Data conversion the adoption RS232 between PLC connect to come to the transmission data, but the RS232 pick up a people and can guarantee 10 meters only of deliver the distance, if in the distance of 1000meters we can pass the RS485 to carry on the correspondence, the longer distance can pass the MODEL only to carry on deliver.
The PLC data transmission is just to be called a form to it in a piece of and continuous address that the data of the inner part delivers the other party, we, the PLC of the other party passer to read data in the watch to carry on the operation. If the data that data in the watch is a to establish generally, the is just the general data transmission, for example today of oil price rise, I want to deliver the price of the oil price to lose the oil ally on board, that is the share of the data; But take data in the watch for an instruction procedure that controls the PLC, that had the difficulty very much, for example you have to control one pedestal robot to press the action work that you imagine, you will draw up for it the form that a procedure combine with the data sends out to pass by.
The form that information transport contain single work, the half a work and the difference of a work. The meaning of the single work also is to say both, a can send out only, but a can receive only, but a can receive only, for example a spy he can receive the designation of the superior only, but can’t gibe the superior reply; A work of half is also 2 and can send out similar to accept the data, but can’t send out and accept at the same time, for example when you make a phone cal is to can’t answer the phone, the other party also, But whole pair words is both can send out and accept the data, and can send out and accept at the same time. Be like Internet is a typical example.
The process that information transport also has synchronous and different step cent: The data line and click lines are synchronous when synchronous meaning lie in sending out the data, is also the data signal and the clock signals to be carry on by the CPU to send out at the same time, this needs to all want the specialized clock signal each other to carry on the transmission and connect to send, and is constrained, the characteristics of this kind of method lies in its speed very quick, but correspond work time of take up the CPU and also want to be long oppositely, at the same time the technique difficulty also very big. Its request lies in can’t have an error margins in a data deliver, otherwise the whole piece according to compare the occurrence mistake, this on the hardware is a bigger difficulty. Applied more and more extensive in some appropriative equipments, be like the appropriative medical treatment equipments, the numerical signal equipments…etc, in compare the one data deliver, its result is very good.
And the different step is an application the most extensive, this receive benefit in it of technique difficulty is opposite and want to be small, at the same time not need to prepare the specialized clock signal, its characteristics to lie in, its data is partition, the long-lost send out and accept, be the CPU is too busy of time can grind to a stop sex to work, also reduced the difficulty on the hardware, the data throw to lose at the same time opposite want to be little, we can pass the examination of the data to observe whether the data that we send our has the mistake or not, belike strange accidentally the method, tired addition and right efficacies method etc, can use to helps whether the data that we examine to send out have or not the mistake occurrence, pass the feedback to carry on the discriminator.
A line of transmission of the information contains a string of and combines the cont of. The usual PLC is 8macines, certainly also having 16machines. We can be an at the time of sending out the data a send out to the other party, also can be 88 send out the data to the other party, an and 8differentiationses are also the as that we say to send out the data and combine sends out the data .A speed is more and slowly, but as long as 2 or three lines can use the telephone line to carry on the long range control. But combine the ocular transmission speed is very quick of, it is a string of ocular of 25600%, occupy the advantage in the short distance, the in view of the fact TTL electricity is even, being limited by the scope of one meter generally, it combine unwell used for the data transmission of the long pull, thus the cost is too expensive.
Under a lot of circumstances we are total to like to adopt the string to combine the conversion chip to carry on deliver, under this kind of circumstance not need us to carry on to deposited the machine to establish too and complicatedly, but carry on the data exchanges through the data transmission instruction directly, but is not a very viable way in the correspondence, because the PLC of the other party must has been wait for your data exportation at the time of sending out the data, it can’t do other works.
When you are rending the book, you hear someone knock on door, you stop to start up of affair, open the door and combine to continue with the one who knock on door a dialogue, the telephone of this time rang, you signal hint to connect a telephone, after connecting the telephone through, return overdo come together knock on door to have a conversation, after dialogue complete, you continue again to see your book, this kind of circumstance we are called the interruption to it, it has the authority, also having sex of have the initiative, the PLC had such function. Its characteristics lie in us and may meet the urgently abrupt affairs in the operation process of the equipments, we want to stop to start immediately up of work, the whereabouts manages the more important affair, this kind of circumstance is we usually need of, PLC while carry out urgent mission, total will keep the current appearance first, for example the address of the procedure, CPU of tired add the machine data etc., be like to stick down which the book that we see is when we open the door the page or simply make a mark, because we treat and would still need to continue immediately after book of see the behind. The CPU always does the affair that should do according to out will, but your mistake of give it an affair, it also would be same to do, this we must notice.
The interruption is not only a, sometimes existing jointly with the hour several inside break, break off to have the preferred Class, they will carry out the interruption of the higher Class according to person’s request. This kind of breaks off the medium interruption to also became to break off the set. The Class that certainly break off is relevant according to various resources of CPU with internal PLC, also following a heap of capacity size of also relevant fasten.
The contents that break off has a lot of kinds, for example the exterior break off, correspondence in of send out and accept the interruption and settle and the clock that count break off, still have the WDT to reset the interruption etc., they enriched the CPU to respond to the category while handle various business. Speak thus perhaps you can’t comprehend the internal structure and operation orders of the interruption completely also, we do a very small example to explain.
Each equipment always will not forget a button, it also is at we meet the urgent circumstance use of that is nasty to stop the button. When we meet the Hunan body trouble and surprised circumstances we as long as press it, the machine stops all operations immediately, and wait for processing the over surprised empress recover the operation again. Nasty stop the internal I/O of the internal CPU of the button conjunction PLC to connect up, be to press button an exterior to trigger signal for CPU, the CPU carries on to the I/O to examine again, being to confirm to have the exterior to trigger the signal, CPU protection the spot breaks off procedure counts the machine turn the homologous exterior I/O automatically in the procedure to go to also, be exterior interruption procedure processing complete, the procedure counts the machine to return the main procedure to continue to work. Have 1:00 can what to explain is we generally would nasty stop the button of exterior break off to rise to the tallest Class, thus guarantee the safety.
When we are work a work piece, giving the PLC a signal, counting PLC inner part the machine add I to compute us for a day of workload, a count the machine and can solve problem in brief, certainly they also can keep the data under the condition of dropping the electricity, urging the data not to throw to lose, this is also what we hope earnestly.
The PLC still has the function that the high class counts the machine, being us while accept some data of high speed, the high speed that here say is the data of the in all aspects tiny second class, for example the bar code scanner is scanning the data continuously, calculating high-speed signal of the data processor DSP etc., we will adopt the high class to count the machine to help we carry on count. It at the PLC carries out the procedure once discover that the high class counts the machine to should of interruption, will let go of the work on the hand immediately. The trapezoid diagram procedure that passes by to weave the distance again explains the high class for us to carry out procedure to count machine would automatic performance to should of work, thus rise the Class that the high class counts the machine to high one Class.
You heard too many this phrases perhaps: ”crash”, the meaning that is mostly is a workload of CPU to lead greatly, the internal resources shortage etc., the circumstance can’t result in procedure circulate. The PLC also has the similar circumstance, there is a watchdog WDT in the inner part of PLC, we can establish time that a procedure of WDT circulate, being to appear the procedure to jump to turn the mistake in the procedure movement process or the procedure is busy, movement time of the procedure exceeds WDT circulate, being to appear the procedure to jump to turn the mistake in the procedure movement process or the procedure is busy, movement time of the procedure exceeds WDT constitution time, the CPU turn but the WDT reset the appearance. The procedure restarts the movement, but will not carry on the breakage to the interruption.
The PLC development has already entered for network ages of correspondence form the mode of the one, and together other works control the net plank and I/O card planks to carry on the share easily. A state software can pass all se hardwires , more animation picture of keep the view to carries on the control., and cans pass the Internet to carry on the control in the foreign land, the blast-off that is like the absolute being boat No.5 is to adopt this kind of way to make airship go up the sky.
The development of the higher needs out continuous effort to obtain. The PLC emergence has already affected a few persons fully, we also obtained more knowledge and precepts form the top one experience of generation, coming to the continuous development PLC technique, push it toward higher wave tide.
 
 
from:http://www.docin.com/p-218055024.html
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
可编程控制器技术讨论与未来发展
随着时代的发展,当今社会的技术也日趋完善、竞争愈来愈烈;单靠工人的操作已不能满足于目前制造业前景,也无法保证更高质量的要求和高新技术企业的形象。
人们在生产实践中看到,自动化给人们带来的极大的便利和产品质量上的保证,同时也减轻了人员的劳动强度,建好了人员上的编制。在许多复杂的生产过程中难以实现的目标控制、整体优化、最佳决策等,熟练的操作工人、技术人员、或专家、管理者却能容易判断和操作,可以获得满意的效果,人工智能的研究目标正是利用计算机来实现、模拟这些智能行为,通过人脑与计算机协调工作,以人机结合的模式,为解决十分复杂的问题寻找最佳的途径。
我们在各种场合看到了继电器连接的控制,那已经是时代的过去,如今的继电器只能作为低端的基层控制模块或者简单的设备中使用到;而PLC的出现也成为了划时代的主题,通过极其稳定的硬件穿插灵活的软件控制,使得自动化走向了新的高潮。
PLC的最大特点在于:电气工程师已不再电气的硬件上花费太多的心思,只要将按钮开关或者感应器的输入点连接到PLC的输入点上就能解决问题,通过输出点连接到接触器或者继电器来控制大功率设备的启动设备,而小功率的输出设备直接连接就可以。
PLC内部包含了具有中央处理器的CPU,并带有外部I/O扩展的I/O接口地址和存储器三大块组成,CPU的核心是由一个或者多个累加器组成,它们具有逻辑的数学运算能力,并能读取程序存储器的内容通过计算后去驱动相应的存储器和I/O接口;I/O口将内部累加器和外部的输入和输出系统连接起来,并将先关的数据存入程序存储器或者数据存储器中;存储器可以将I/O口输入的数据存入存储器中,并在工作时调转到累加器和I/O接口上,存储器分程序存储器ROM和数据存储器RAM,ROM可以将数据永久的存入存储器中,而RAM只能作为CPU计算时临时计算使用的缓存空间。
PLC的抗干扰是极其优秀的,我们根本不用去关心它的使用寿命和工作场合的恶劣,这些所有的问题已不再是我们失败的主题,而留给我们的是关心如何来利用PLC的内部的资源为我们加强设备的控制能力,使我们的设备更加的柔性。
PLC的语言并不是我们所想象的汇编语言或C语言来进行编程,而是采用原有的继电器控制的梯形图,使得电气工程师在编写程序时很容易就理解了PLC的语言,而且很多的非电气专业人士也对PLC很快认识并深入。
以上仅仅是PLC的优点之一,这也是人们比较容易理解的一部分,在很多的设备中,人们已不再希望能看到太多的控制按钮,它们不但容易损坏而且极易产生认为的失误,小得并不是主要的失误也许你还能接受;但是过大的甚至是致命的失误是我们无法容忍的。新的技术总是为了给我们带来更安全和便捷的操作,使得我们面临的一大堆问题一扫而光,你有了解HMI吗?这里说的HMI你根本不清楚它是什么,也没兴趣了解,换一个中文把它说明为接触屏或者人机界面你就知道了,它和PLC的结合给我们更大的空间。
HMI控制不仅仅是减少了控制按钮,增加控制的灵活性,更主要的它是可顺序性的,而且在能够改变数据输入和数据输出反馈,在温度控制曲线的模拟也能直观的显示出来。并且能够通过编写功能帮助程序来提供各种力所能及的帮助,使得操作者减少了不必要的失误。HMI的厂商目前也很多,而且越来越多,功能也越来越强,价格也越来越低,使用的越来越广。HMI的前景可以说十分的好看。
在很多场合,单靠单机的控制是无法保证设备的顺畅运行,而通过设备与设备的信息交流达到我们想要的效果。比如在前包装和后续工序的检测,我们就要将包装的信息反馈到检测处,而检测处的信息也要反馈到包装来。这样通过信息共享来是的两者之间链接起来,形成一个共体,从而使得两者之间的配合更加的紧密,在彼此间达到相互照应的效果。
PLC的通信已经越来越体现它的价值,在PLC与PLC之间的通信,能够通过信息的沟通和数据的共享来保证设备之间的相互协调,已达到相互补的效果。PLC之间的数据转换采用RS232接口来传达数据,而RS232接口只能保证10米的传输距离,如果在1000米的距离内我们可以通过RS485来进行通信,更长的距离只能通过MODEL来进行传输。
PLC的数据传送只能是将内部的数据传送到对方的一块连续的地址中,我们把它称为一个表,对方的PLC通过读取表中的数据来进行操作。如果表中的数据时一个一般设置的数据的话,那只是一般的数据传送,比如今天的油价上升了,我要把油价的价格传送到所有的输油机上,那就是数据的共享;而当表中的数据时一段控制PLC的指令程序,那就很有难度了。比如你要控制一台机器人来按你的想象的动作工作,你会给它编制一段程序并以数据的形式发过去。
信息输送的形式有单工位,半双工位和全双工位的分别。单工位的意义就是说两者之间,一个只能发送,而一个只能接收,比如一个特务他只能接受上司的指示,而无法给上司回复;半双工位也就是两个都能发送和接受数据,但是不能同时发送和接收,比如你打电话时是不能接电话的,对方也一样;而全双工位是两者之间都能发送和接受数据,并可同时发送和接收。像互联网就是典型的例子。
信息的输送的过程也有同步和异步之分:同步的意义在于发送数据时数据线和时钟线是同步的,也就是数据信号和时钟信号同时由CPU进行发送,这需要彼此都要专门的时钟信号来进行传送和接送,并且是强制性的,这种方法的特点在于它的速度很快、但相应占用CPU的工作时间也相对的要长、同时技术难度也非常的大,它的要求在于在一帧的数据传送中不能有一位的误差,不然的话真个数据将发生错误,这在硬件上是一个比较大的难度。在一些专用的设备中应用的越来越广泛,像专用的医疗设备、数字信号设备等,在比较单一数据的传输中,它的效果非常的好。
而异步是应用范围最广泛的,这得益于它的技术难度相对要小,同时不需要配制专门的时钟信号,它的特点在于,它的数据时间隔性的,离散型的发送和接受,当CPU太忙的时候可以停顿性去工作,在硬件上也减少了难度,同时数据的丢失相对要少,我们可以通过数据的检测来观察我们发送的数据是否有错误,像奇偶法、累加法和八位校验法等,都可以用来帮助我们检测发送的数据是否有错误发生,通过反馈来进行判别。
信息的传送口线有串口和并口之分:通常的PLC是8位机,当然也有16位机,我们在发送数据的时候可以是一位一位的发送给对方,也可以8位8位的将数据发送到对方,一位和8位区别也就是我们所说的串口发送数据和并口发送数据。串口速度比较慢,但是只要两条或者三条口线就能解决问题,并能借用电话线来进行远程控制。而并口的传送速度是极快的,它是串口的256倍,在短距离占有优势,由于是TTL电平,一般限于1米的范围,它并不适用于长距离的数据传送,这样成本太高了。
很多的情况下我们总喜欢采用串并转换芯片来进行传送,这种情况下不需要我们进行过于复杂的寄存器设置了,而直接通过数据传送指令进行数据交换,但在通信中并不是一个十分可行的办法,因为在发送数据的时候对方的PLC必须一直等待着你的数据输出,它不能去做其他的工作。
但你看书的时候,你听到有人敲门,你停下手上的事情、去打开门、并同敲门者对话、这个时候电话响了、你示意接个电话、在接完电话后、回过头来同敲门者继续对话、对话完毕后、你再继续看你的书,这种情况我们把它称作中断,它具有权威性,也具有优先性,PLC具备了这样的功能。它的特点在于我们在设备的操作过程中可能会遇到紧急的突发事件,我们要立刻的停下手上的工作,去处理更重要的事情,这种情况是我们经常遇到的,PLC在去执行紧急的任务时,总会先保存目前的状态,比如程序的地址,CPU的累加器数据等,就像我们去开门时候要记下我们看书在第几页了或者干脆做个记号,因为我们待会还要继续看后面的书。CPU总是按照我们的意愿去做该做的事情,但你错误的给它一件事情,它会同样去做,这一点我们必须注意。
中断并不是只有一个,有时候会同时存在几个中。中断具有优先的级别,它们会根据人的要求去执行更高级别的中断。这种中断的中断也就形成了中断嵌套。当然中断的级别根据各种PLC内部CPU的资源有关,同时也跟堆栈的容量大小也有关系。
中断的内容有很多种,比如外部中断、通信中的发送和接受中断、定时和计时的时钟中断、还有WDT复位中断等,它们丰富了CPU在处理事物时响应种类。这样讲也许你并不能完全理解中断的内部结构和操作顺序,我们做一个小的例子来说明。
每一个设备总是不会忘记有一个按钮,它也是在我们遇到紧急情况时使用的,那就是紧急停按钮,当我们遇到人身事故和意外情况时我们只要按下它,机器立即停止所有的操作,并等待处理完意外后再回复操作。急停按钮连接PLC内部CPU的内部I/O接口上,当按钮给CPU一个外部触发信号时,CPU对I/O进行再次检测,当确认有外部触发信号时,CPU保护现场并将程序计数器自动转到相应的外部I/O中断程序中去,当外部中断程序处理完毕,程序计数器返回到主程序继续工作。有一点可以说明的是我们一般会把急停按钮的外部中断升至最高级别,从而保证安全。
当我们在工作完一个工作时,给PLC一个信号,将PLC的内部计数器加1来计算我们一天的工作数量时,一个简单的计数器能解决问题,当然它们也能够在掉电的情况下保持数据,促使数据不丢失,这也是我们所渴望的。
PLC还具有高级计数器的功能,当我们在接受一些高速的数据时,这里所说的高速是在微秒级的数据,比如条码扫描机在不断的扫描数据,数据处理器DSP计算的高速信号等,我们就要采用到高级计数器来帮助我们进行计数。经过再次编程的梯形图程序说明我们在执行程序时,高级计数器会自动的执行对应的工作,从而将高级计数器的级别升至高一级别。
你也许听过太多的这个词:“死机”,大致的意思就是CPU工作量过大,内部资源不足等情况造成程序无法运行。PLC也有类似的情况,在PLC内部有一个看门狗WDT,我们可以设置WDT一个程序运行的时间,当程序运行过程中出现程序跳转错误时或者程序繁忙时,程序的运行时间超过WDT的设置时间,CPU转而WDT复位状态。程序重新开始运行,但对中断不会进行破坏。
PLC的发展已经从单一的模式进入了通信的网络时代,并同其它的工控网板和I/O卡板轻易的进行共享。组态软件可以将所有的这些硬件链接起来,通过更直观的动画图片来进行控制,并可以通过互联网在异地进行控制,像神州五号的发射就是采用这种办法来使飞船升空的。
更高层次的发展需要我们不断地努力来取得。PLC的出现已经足足影响了几代人,我们也从上一辈的经验中获取了更多的知识和教训,来不断地发展PLC技术,将它推向更高浪潮。
 
 
                                 摘自《可编程控制技术与未来发展讨论》
附录B 梯形图
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
附录C 指令表
 
0 LD M8002
1 OR X000
2 ORI X016
3 ORI X017
4 ZRST S0          S30
9 SET S0
11 STL S0
12 LD X001
13 ANI X000
14 AND X016
15 AND X017
16 ANI X031
17 ANI Y003
18 ANI Y004
19 ANI Y005
20 ANI Y006
21 OUT Y001
22 LD X002
23 ANI X000
24 AND X016
25 AND X017
26 ANI X032
27 ANI Y003
28 ANI Y004
29 ANI Y005
30 ANI Y006
31 OUT Y002
32 LD X003
33 ANI X000
34 AND X016
35 AND X017
36 ANI X033
37 ANI Y004
38 ANI Y005
39 ANI Y006
40 ANI Y007
41 OUT Y003
42 LD X004
43 ANI X000
44 AND X016
45 AND X017
46 ANI X034
47 ANI Y003
48 ANI Y005
49 ANI Y006
50 ANI Y0010
51 OUT Y004
52 LD X005
53 ANI X000
54 AND X016
55 AND X017
56 ANI X035
57 ANI Y003
58 ANI Y004
59 ANI Y006
60 OUT Y005
61 LD X006
62 ANI X000
63 AND X016
64 AND X017
65 ANI X036
66 ANI Y003
67 ANI Y004
68 ANI Y005
69 OUT Y006
70 LD X010
71 SET S20
73 STL S20
74 OUT T0         K30
77 LDI Y004
78 ANI Y005
79 ANI Y006
80 ANI Y007
81 OUT Y003
82 LD X021
83 ANI X011
84 LD X022
85 ANI X012
86 ORB
87 LD X023
88 ANI X013
89 ORB
90 LD X024
91 ANI X014
92 ORB
93 LD X025
94 ANI X015
95 ORB
96 AND T0
97 SET S21
99 LD X033
100 SET S26
102 STL S21
103 OUT T1         K20
106 LDI T1
107 ANI Y003
108 OUT Y007
109 LD T1
110 SET S22
112 STL S22
113 LDI Y005
114 OUT Y006
115 LD X036
116 SET S23
118 STL S23
119 LD X021
120 OUT T2         K100
123 LD X022
124 OUT T3         K200
127 LD X023
128 OUT T4         K300
131 LD X024
132 OUT T5         K400
135 LD X025
136 OUT T6         K500
139 LD T2
140 OR T3
141 OR T4
142 OR T5
143 OR T6
144 SET S24
146 STL S24
147 LDI Y006
148 ANI X035
149 OUT Y005
150 LD X035
151 SET S25
153 STL S25
154 LD X021
155 OUT T7         K100
158 LD X022
159 OUT T8         K200
162 LD X023
163 OUT T9         K300
166 LD X024
167 OUT T10        K400
170 LD X025
171 OUT T11        K500
174 LD T7
175 OR T8
176 OR T9
177 OR T10
178 OR T11
179 SET S20
181 STL S26
182 OUT T12        K30
185 LDI T12
186 ANI Y003
187 OUT Y007
188 LD T12
189 SET S27
191 STL S27
192 LDI Y003
193 ANI Y007
194 ANI Y010
195 OUT Y004
196 LD X034
197 SET S28
199 STL S28
200 OUT T13        K13
203 LDI T13
204 ANI Y004
205 OUT Y010
206 LD T13
207 SET S0
209 RET
210 LD X021
211 OUT Y011
212 LD X022
213 OUT Y012
214 LD X023
215 OUT Y013
216 LD X024
217 OUT Y014
218 LD X025
219 OUT Y015
220 LD Y001
221 OUT Y016
222 LD Y002
223 OUT Y017
224 LD Y003
225 OUT Y020
226 LD Y004
227 OUT Y021
228 LD Y005
229 OUT Y022
230 LD Y006
231 OUT Y023
232 LD X034
233 AND X035
234 OUT Y024
235 LD X000
236 OUT Y025
237 END

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