基于PLC的电镀行车控制系统的设计.doc

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1、西南科技大学西南科技大学 毕业设计 基于 PLC 的电镀行车自动生产线的设计 系 部 自动控制工程系 专 业 名 称 机电一体化 班 级 机电 1092 班 姓 名 黄 明 学 号 200912180 指 导 教 师 覃 智 广 2011 年 03 月 05 日 摘要摘要 电镀行车生产线自动化的程度在德国、意大利、美国等国家的发展水平已经较高， 而在我国尚处于发展阶段。本课题以行业现状为出发点，结合其他行业自动控制技术 的应用情况，提出了基于 PLC 的电镀行车自动生产线的设计，并通过应用机械、可编 程序控制器(PLC)等多项专门技术开发的自动生产系统。本文首先分析和制定了该生产 线的整体设计

2、思想和方案，确保了该生产线系统具备真正的自动化生产能力且结构简 单。在该生产线的控制系统中，采用了高可靠性，高稳定性，编程简单，易于使用， 而且广泛应用于现代工业企业生产线过程控制中的控制器 PLC。详细分析了输送系统 设备保护控制电动机原理图、程序框图、PLC 系统外部接线图。分层次详细阐述了整 个高度自动化输送系统的目标及功能，使高度自动化输送系统的结构更加清晰，层次 更加分明，具有非常强的实用性。 关键词：自动电镀生产线，自动控制技术，可编程控制器（PLC） ，机械手 I 目目 录录 1 绪论.1 1.1 控制系统在电镀行车中的作用与地位.1 1.2 电镀行车控制系统的发展与现状.1 1

3、.3 题目选择的背景及意义 2 2 系统总体方案论证.1 2.1 可编程控制系统 1 2.2 PLC 编程语言简介2 2.3 电镀行车系统的总框图 5 2.4 电镀行车系统的工艺流程 6 2.5 电镀行车系统的设计要求 8 2.6 设计方案的论证 8 2.6.1 硬件设计方案.8 2.6.2 软件设计方案.9 3 系统的硬件设计.10 3.1 PLC 控制系统的优点 .10 3.2 PLC 机型选择11 3.2.1 电机及电器元件型号选择.12 3.2.2 电气原理图设计.18 3.2.3 辅助电路的设计.19 3.3 I/O 点数的分配.19 3.4 I/O 接线图 19 4.1 自动程序的

4、设计 21 4.2 系统编程的设计 21 5 软件的调试.24 5.1 电镀行车系统的启动和循环仿真.24 II 5.2 电镀行车的左、右行仿真 24 5.3 电镀行车的上、下行仿真 25 6 结论.26 参考文献.27 致谢.28 附 录.29 附录 A 自动程序的梯形图29 附录 B S7-200 CPU 226 参数表.38 附录 C 主电路图40 附录 D I/O 分配表.41 西南科技大学应用型自学考试毕业设计（论文） 1 1 绪论绪论 1.1 控制系统在电镀行车中的作用与地位控制系统在电镀行车中的作用与地位 在现代的电镀行车中，一个优质、稳定的控制系统是整个电镀行车正常运 行的最基

5、本的保障，控制系统在电镀行车中的作用就好比是起着总指挥的作用。 若是控制系统出现了故障，电镀行车也就处于瘫痪的地步，这样将直接影响生 产的进行，无疑会给企业造成重大的损失，这对于任何一个企业来说都是不能 接受的。 同时，控制系统的性能的好坏也关系到电镀行车的正常运行，若是控制系 统不稳定，或者经常出故障，或是不能够正常的运行，同样都会给企业的生产 造成困难。另外，企业生产的工作效率也和控制系统关系密切，性能好的控制 系统对效率的提高起着非常大的作用。控制系统在电镀行车中的地位是非常重 要的，它直接关系着企业生产的能否进行。 1.2 电镀行车控制系统的发展与现状电镀行车控制系统的发展与现状 在工

6、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，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 展势头也很迅速。 现在，PLC 不仅能进行逻辑控制，

7、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） 西南科技大学应用型自学考试毕业设计（论文） 2 ，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

8、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。 1.3 题目选择的背景及意义题目选择的背景及意义 在现代工业化的电镀中，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严重的化学污染和腐蚀，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,就很有必要设计出一种自动控制系统来替代人 工操作，从而帮助企业解决许多人力不能为的事情，结

9、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 控制系统控制该电镀行车， 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 和稳定性度可大大提高。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。 西南科技大学应用型自学考试毕业设计（论文） 1 2 系统总体方案论证系统总体方案论证 2.1 可编程控制系统可编程控制系统 2.1.1 控制组件 PLC 作为工业控制的专用电子计算机，其硬件结构与微机相似，主要包括 CPU，RAM，ROM 和 I/O 接口电路等，其内部是采用

10、总线结构，进行数据和指令的传输， 外部的各个输入信号经 PLC 的输入电路输入，经过 PLC 根据控制程序进行运算处理后， 送到输出电路输出，以实现各种控制功能。由此可见，PLC 作为一个自动控制的装置， 其核心就是取代了继电器-接触器系统中的逻辑控制电路中的“控制组件”部分。 PLC 的控制组件由 CPU 和存储器组成，以下就是对这两个部分的介绍： （1）将输入信号传送到存储器中存储起来 （2）按存放的先后顺序驱除用户指令进行编译 （3）完成用户指令规定的各种操作 （4）将操作结果送出输出端 （5）响应各种外围设备的请求 目前 PLC 的 CPU 多为单片机，采用 16 位或 32 位 CP

11、U 处理，小型的 PLC 的 CPU 系 统来简化系统软件的设计和进一步提高其工作速度，CPU 的结构形式决定了该 PLC 的基 本性能，那么在我们的电镀生产线控制系统中所使用的 CPU 是单 CPU 系统。 PLC 的存储器分为系统程序存储器和用户程序存储器： （1）系统存储器 由 ROM 和 EPROM 组成，用以固化系统管理和监控程序，对用户程 序作编辑处理。系统程序已由厂家固定，用户不能更改。 （2）用户程序存储器 通常采用低功耗的 COMS-RAM，由备用的电池在断开电源后仍 然能够保存。用户程序存储器又可以分为两部分：一是用以存放用户编制的控制程序， 用户可输入或者修改程序，PLC

12、 的产品说明书给出的“内容容量”或者“程序容量”就 指这一部分的存储容量；第二部分是数据存储器，按输入，输出和内部寄存器，定时 器，计数器，数据寄存器等单元的定义序号存储数据或状态，不同厂家出品的 PLC 有 不同的定义序号。 2.1.2 输入输出接口电路 西南科技大学应用型自学考试毕业设计（论文） 2 PLC 通过 I/O 接口电路，实现与外围设备的连接，外围设备输入 PLC 的各种控制信 号，如各种主令器，检测元件输出的开关量，或模拟量，通过输入接口电路转换成 PLC 的控制组件能够接受和处理数字信号， ，而控制组件输出的控制信号又通过输出接口电 路转换成现场设备所需要的控制信号，一般可直

13、接驱动执行元件（继电器，接触器， 电磁波微电机，指示灯等等） 。由此可见，I/O 接口电路在 PLC 控制系统中起着十分重 要的作用。 PLC 的接口电路具有以下特点： （1）输入/输出接口电路均采用光电耦合电路，这可以有效的防止现场的电磁干扰， 保证 PLC 能在恶劣的环境下可靠的工作。 （2）输出接口电路有继电器，晶体管，晶闸管输出三种类型，以适合不同类型负 载的控制要求，其中继电器输出方式，一般适用于低速，大功率（交，直）流负载； 晶体管和晶闸管输出型均为无触点输出，晶体管输出一般适用于高效，小功率直流负 载，晶闸管输出一般适用于高速，大功率交流负载，在本次电镀生产线的控制系统设 计当中

14、，我们的输出接口电路是选用的继电器输出方式。 除此之外，PLC 还备有与各种外围设备配接的接口，均用插座引出到外壳上，可通 过电缆的方式方便的配接如手编器，PC 机，打印机，EPROM 写入器，录音机及各种智 能单元，链接单元等。 2.2 PLC 编程语言简介编程语言简介 在电镀生产线的控制系统设计当中，所用的编程语言是梯形图编程语言，为了能 更好的了解到 PLC 的编程语言在 PLC 的设计当中的应用，集中在 PLC 的设计当中常用 的几中编程语言。 在 PLC 中有多种程序设计语言,它们是梯形图语言、布尔助记符语言、功能表图语 言、功能模块图语言及结构化语句描述语言等。梯形图语言和布尔助记

15、符语言是基本 程序设计语言，它通常由一系列指令组成，用这些指令可以完成大多数简单的控制功 能，例如，代替继电器、计数器、计时器完成顺序控制和逻辑控制等，通过扩展或增 强指令集，它们也能执行其它的基本操作。功能表图语言和语句描述语言是高级的程 序设计语言，它可根据需要去执行更有效的操作，例如，模拟量的控制，数据的操纵， 报表的打印和其他基本程序设计语言无法完成的功能。功能模块图语言采用功能模块 西南科技大学应用型自学考试毕业设计（论文） 3 图的形式，通过软连接的方式完成所要求的控制功能，它不仅在 PLC 中得到了广泛的 应用，在集散控制系统的编程和组态时也常常被采用，由于它具有连接方便、操作简

16、 单、易于掌握等特点，为广大工程设计和应用人员所喜爱。 2.2.1 梯形图编程语言简介 程序设计语言梯形图程序设计语言是用梯形图的图形符号来描述程序的一种程序 设计语言。采用梯形图程序设计语言，程序采用梯形图的形式描述。这种程序设计语 言采用因果关系来描述事件发生的条件和结果。每个梯级是一个因果关系。在梯级中， 描述事件发生的条件表示在左面，事件发生的结果表示在后面。梯形图程序设计语言 是最常用的一种程序设计语言。它来源于继电器逻辑控制系统的描述。 在工业过程控制领域，电气技术人员对继电器逻辑控制技术较为熟悉，因此，由 这种逻辑控制技术发展而来的梯形图受到了欢迎，并得到了广泛的应用。梯形图程序

17、 设计语言的特点是： （1）与电气操作原理图相对应，具有直观性和对应性； （2）与原有继电器逻辑控制技术相一致，对电气技术人员来说，易于撑握和学习； （3）与原有的继电器逻辑控制技术的不同点是，梯形图中的能流（Power FLow）不 是实际意义的电流，内部的继电器也不是实际存在的继电器，因此，应用时，需与原 有继电器逻辑控制技术的有关概念区别对待； （4）与布尔助记符程序设计语言有一一对应关系，便于相互的转换和程序的检查。 2.2.2 布尔助记符编程语言 程序设计语言布尔助记符程序设计语言是用布尔助记符来描述程序的一种程序设 计语言。布尔助记符程序设计语言与计算机中的汇编语言非常相似，采用布

18、尔助记符 来表示操作功能。布尔助记符程序设计语言具有下列特点： （1）采用助记符来表示操作功能，具有容易记忆，便于撑握的特点； （2）在编程器的键盘上采用助记符表示，具有便于操作的特点，可在无计算机的 场合进行编程设计； （3）与梯形图有一一对应关系。其特点与梯形图语言基本类同。 继电器-接触器控制系统由输入，输出电路和逻辑电路组成，其中逻辑控制电路一 西南科技大学应用型自学考试毕业设计（论文） 4 般由若干个继电器及相关电器的触点组成，其中逻辑关系已经固化在硬接线的线路中， 不能灵活变更。相应地，PLC 控制系统也是由这几部分组成，所不同的是由微处理器和 存储器取代了继电器的逻辑控制电路，从

19、而实现了“软接线” ，因而控制程序可通过编 程而灵活变更，相当于改变了继电器控制电路的接线。 PLC 控制系统与电气控制系统相比，有许多相似之处，也有许多不同，不同之处主 要有以下几个方面： (1)从控制方法上看，电气控制系统控制逻辑采用硬件接线，利用继电器机械触点 的串联或并联等组合成控制逻辑，其连接多且复杂、体积大、功耗大、系统构成后， 想再改变或增加功能较为困难。另外，继电器的触点数量有限。所以电气控制系统的 灵活性和扩展性受到很大的限制。而 PLC 采用了计算机技术，其控制逻辑是以程序的 方式存放在存储器中，要改变控制逻辑只需改变程序，因而很容易改变或增加系统功 能。系统连线少、体积小

20、、功能小，而且 PLC 所谓“软继电器”实质上是存储器单元 的状态，所以“软继电器”的触点数量是无限的，PLC 控制系统的灵活性和可扩展性好。 (2)从工作方式上看，在继电器控制电路中，当电源接通时，电路中所有继电器处 于受制约状态，即该吸合的继电器都同时吸合，不该吸合的继电器受某种条件限制而 不能吸合，这种工作方式称为并行工作方式。而 PLC 的用户程序是按一定顺序循环执 行，所以各软继电器都处于周期性循环扫描接通中，受同一条件制约的各个继电器的 动作次序决定于程序扫描顺序，这种工作方式称为串行工作方式。 （3）从控制速度上看，继电器控制系统依靠机械触点的动作以实现控制，工作效 率低，机械触

21、点还会出现抖动问题。而 PLC 通过程序指令控制半导体电路来实现控制 的，速度快，程序指令执行时间在微妙级，且不会出现触点抖动问题。 （4）从定时和计数控制上看，电气控制系统采用时间继电器的延时动作进行时间 控制，时间继电器的延时时间易受环境温度和温度变化的影响，定时精度不高。而 PLC 采用半导体集成电路作定时器，时钟脉冲由晶体振荡器产生，精度高，定时范围宽， 用户可以根据需要在程序中设定定时值，修改方便，不受环境的影响，且 PLC 具有计 数功能，而电气控制系统一般不具备计数功能。 (5)从可靠性和可维护性上看，由于电气控制系统使用了大量的机械触点，其存在 西南科技大学应用型自学考试毕业设

22、计（论文） 5 机械磨损、电弧烧伤等，寿命短，系统的联系多，所以可靠性和可维护性较差。而 PLC 大量的开关动作由无触点的半导体电路来完成，其寿命长、可靠性高,PLC 还具有自诊 断功能，能查出自身故障，随时显示给操作人员，并能动态地监视控制程序的执行情 况，为现场调试和维护提供方便。 2.3 电镀行车系统的总框图电镀行车系统的总框图 本设计的电镀行车控制系统的系统框图如图 2-1 所示，电镀行车系统主要由机械 部分和控制部分组成。电镀行车的主要动作采用三相交流异步电动机进行动作，电镀 行车的运行主要由 PLC 来控制。用 PLC 组成的控制系统，节省了接口电路制作，系统 结构简单、紧凑、可靠

23、性高。 图 2-1 电镀行车控制系统的系统框图 本设计的电镀行车自动控制系统的物品由机械手完成，行车上的待镀物品分别要 到镀前处理槽（1 号槽）、电镀槽（2 号槽）、镀后处理槽（3 号槽）三个槽进行电镀 工作，并且在每个槽里都要停留一定的时间，电镀行车自动控制系统的实景图如图 2- 2 所示。 西南科技大学应用型自学考试毕业设计（论文） 6 图 2-2 电镀行车自动控制系统的实景图 本设计的电镀行车自动控制系统主要由 PLC 控制和电气控制。采用直线式自动线， 是一列成直线排列的电镀槽，槽的上方安装有 PLC 控制的行车，行车根据工艺流程设 计，自动运载零件通过各个工艺槽，完成电镀过程。实现电

24、镀零件的搬运，升降，自 动完成电镀和清洗。由于电镀自动线占地面积小，生产效率高，电镀质量好，工人劳 动强度小等优点，在电镀生产上得到广泛的应用。 2.4 电镀行车系统的工艺流程电镀行车系统的工艺流程 （1）假定行车提升或下放是否到位由上、下限位开关确定；前后移动的位置由相 应限位开关确定；左移、右移是否到位由左、右确定。 （2）在自动操作下，第一次按启动按钮后，行车从装料位置开始按图 2-3 电镀行 车模拟实物图所示的流程继续运行，直到返回装料位置后停止，等待下一轮启动。 图 2-3 电镀行车模拟实物图 根据电镀生产流程图我们来分析它的整个电镀流程，行车自动运行的控制过程如 下：行车在原位，吊

25、钩下降在最下方时，行车左限位开关 SQ4，吊钩下限开关 SQ6 被压 下动作，操作人员把电镀工件放在挂具上，即准备开始进行电镀。以下为整个电镀过 程的工作流程： （1）吊钩上升 按下启动按钮 SB1，使辅助继电器 M1 接通，吊钩提升电机正转， 吊钩上升，当碰撞到上限位开关 SQ5 时，吊钩上升停止。 （2）行车前进 在吊钩上升停止的同时，辅助继电器 M2 接通，行车电机正转前进。 西南科技大学应用型自学考试毕业设计（论文） 7 （3）吊钩下降 行车前进碰撞到右限开关 SQ1，行车停止前进，同时辅助继电器 M3 接通，吊钩电机反转，吊钩下降。 （4）定时电镀 吊钩下降碰撞到下限位开关 SQ6

26、动作时，同时辅助继电器 M4 接通， 使定时器 T0 定时 280S，开始电镀。 （5）吊钩上升 定时器 T0 定时时间一到，辅助继电器 M5 接通，吊钩电机正转， 吊钩上升。 （6）定时滴液 吊钩上升碰撞到上限位开关 SQ5 时，吊钩停止上升，同时辅助继 电器 M6 接通，定炻器 TI 定时 28S 开始，工件滴液。 （7）行车后退 T1 定时时间到，辅助继电器 M7 接通，行车电机反转，行车后退， 转入下道镀液回收工序。 （8）吊钩下降 行车后退，碰撞到第一个左限位开关 SQ2，行车后退停止，吊钩 电机反转，同时辅助继电器 M8 接通，吊钩下降。 （9）浸收回液 吊钩下降碰撞到下限位开关

27、SQ6 时吊钩停止下降，同时辅助继电 器 M9 接通，使定时器 T2 定时 30S 开始，工件浸收回液。 （10）吊钩上升 定时器 T2 定时时间到，辅助继电器 M10 接通，吊钩电机正转， 吊钩上升。 （11）工件滴液 吊钩上升碰撞到上限位开关 SQ5 时，吊钩停止上升，辅助继电器 M11 接通，定时器 T3 定时 15S 开始，工件滴液。 （12）行车后退 定时器 T3 定时时间到，辅助继电器 M12 接通，行车后退，转入 下道工序清水槽清洗。 （13）吊钩下降 行车后退碰撞到第二个左限位开关 SQ3，行车停止后退，辅助继 电器 M13 接通，吊钩电机反转，吊钩下降。 （14）清水槽清洗

28、吊钩下降碰撞到下限位开关 SQ6，吊钩停止下降，辅助继电器 M14 接通，定时器 T2 开始定时 30S，工件于清水槽中清洗开始。 （15）吊钩上升 T2 定时时间到，辅助继电器 M15 接通，吊钩电机正转，吊钩上升。 （16）工件滴液 吊钩上升碰撞到上限位开关 SQ5，吊钩停止上升，辅助继电器 M16 接通，定时器 T3 定时 15S 开始，工件滴液。 西南科技大学应用型自学考试毕业设计（论文） 8 （17）行车后退 定时器 T3 定时时间到，辅助继电器 M17 接通，行车后退。 （18）吊钩下降 当行车后退碰撞到左限位开关 SQ4 时，行车停止后退，辅助继电 器 M18 接通，吊钩电机反转

29、，吊钩下降。 （19）复位 吊钩下降碰撞到下限位开关 SQ6，吊钩停止下降，辅助器 M19 接通， 行车复位，按下 SB2，行车停止，工作人员此时可以取下工件，整个电镀过程结束。 若再次按下 SB1，则开始下一个工作循环工作过程。 2.5 电镀行车系统的设计要求电镀行车系统的设计要求 （1）控制装置有程序功能，整个工作自动进行。 （2）前进、后退，上升、下降，左右移动有连锁。 （3）采用远距离两地控制。 （4）设有极限位置保护和其他必要的电气保护。 （5）绘制主电路图。 （6）设计控制程序。 2.6 设计设计方案的论证方案的论证 2.6.1 硬件设计方案 电镀行车控制系统的主控电路是用电机的正

30、反转来实现机械手、行车的上下左右 移动。从电镀行车系统的工作流程看，对于电镀行车系统的每一个工作阶段的运动都 需要设置一个控制回路对其进行控制，每一个控制回路都需设置一个继电器。电动机 仍采用继电器控制方案来控制的话，则需采用大量的继电器，这势必会大大增加控制 系统的安装、接线工作量，降低控制系统的工作可靠性，增大故障率和查找故障的难 度。此外，电镀产品零件的工艺流程一旦发生变动而要求修改其控制程序时，则需花 费大量的时间和精力来更改硬件线路中各元件的连接关系，这就给控制系统日后的技 术改造工作埋下了很大的隐患。而采用单片机控制方案或 PLC 控制方案来控制的话， 则不需采用一个硬件继电器，可

31、以克服由采用继电器控制方案带来的上述所有缺点。 于是电镀行车各电动机拖动的控制方案选择就缩小到单片机控制和 PLC 控制这两种方 案的范围了。 虽然单片机控制方案的成本比 PLC 控制方案较低，但将它应用于电镀行车控制系 统时，需要为它设计和制作大量的输入和输出接口电路、放大电路和印刷电路板。而 西南科技大学应用型自学考试毕业设计（论文） 9 PLC 本身就是一个独立的控制设备，如采用 PLC 控制方案，则不需要为 PLC 设计和制 作输入和输出接口电路、放大电路和印刷电路板，相对于 PLC 控制方案而言，单片机 控制方案所需的电路设计、制作工作量较大，设计、制作周期较长，此外，单片机控 制系

32、统的抗扰能力没有 PLC 控制系统的强，工作的可靠性也没有 PLC 控制系统的高， 其编程方法也不如 PLC 控制系统的简单，而它对工作环境的要求却比 PLC 控制系统的 高。本设计对电镀行车控制系统的电动机系统采用 PLC 控制方案控制。 2.6.2 软件设计方案 由于电镀行车控制系统各个阶段数量很多、控制关系较复杂，在各种工作方式的 控制程序、信号显示的设计中，各程序间必然会相互“牵连” ，从而使设计和修改程序 的难度成倍增大。为此在 PLC 控制的电镀行车的设计中，采用模块化设计方案，即将 不同功能的程序放在不同的模块中设计。这样可以省去各部分程序之间复杂的连锁关 系，使得每一部分的程序

33、都可以单独设计和修改，不必担心会对另一部分程序造成影 响。基于 PLC 的电镀行车控制系统的程序中各回路间的关系不相同，且没有规律可循， 因此，对程序只能采用经验法设计。根据工艺流程和设计要求制定控制系统： （1）装料位置和卸料位置的机械手、行车的左右、前后及上下运动分别由电动机 M1、M2、M3、M4、M5、M6 拖动，并通过正反转控制实现两个方向的移动。 （2）进退与升降运动停止时，采用能耗制动，以保证准确定位。 （3）位置控制指令信号，由固定于轨道侧位的限位开关发出，来保证行车与镀槽 相对位置的准确性。 （4）制动时间与各槽停留时间可根据工艺要求设定，并由定时器自动控制。 （5）采用程序

34、预选开关实现电镀槽位工艺自选。 （6）采用热继电器实现过载保护，短时工作无过载保护。 （7）采用控制按钮，以确保设备的运动状态。 （8）主电路及控制电路采用熔断器实现短路保护。由限位开关实现前进和后退、 提升和下降、左移和右移的极限位置保护。主电路图见附录 C。 西南科技大学应用型自学考试毕业设计（论文） 10 3 系统的硬件设计系统的硬件设计 3.1 PLC 控制系统的优点控制系统的优点 PLC在当今社会当中，特别是在工业生产上应用越来越广泛，这说明它在设计和 使用当中有很多的优点。 (1) 低成本 利用电力线上网，最大的优点就是成本低。由于利用电力线上网，直接使用现有 电力网就可以实现通信

35、，而不需要另外铺设电话线、光电缆等，大大地减少了在基础 网络上的投资。用户能自由选择在家中任何有电插座的角落上网，无需通过电话线， 不用担心相对昂贵的电话费了，也不用花钱铺设更多电话线，从而能够享受到价格低 廉的互联网接入服务。 (2) 范围广 无所不在的电力线网络也是这种技术的优势。电力线是最基础的网络，它的规模 之大，是其他任何网络无法比拟的。因为家家都有电力线，由此，运营商就可以轻松 地把这种网络接入服务渗透到每一个家庭.因此，这一技术一旦进入商业化阶段，将会 促进电信市场的变革，并给互联网普及带来极大的发展空间。 (3)高速 利用电力线上网能够提供高速传输。德国最大的电力设备生产商RW

36、E承诺，运用 他们的电力线上网技术，其速度要比ISDN拔号上网快30多倍, 比ADSL更快！足以支持 现有网络上的各种应用。更高速率的PLC产品正在研制之中。 (4)便捷 不管在家里的哪个角落,只要连接到房间内的任何电源插座上，就可立即拥有PLC 带来的高速网络享受! (5)永远在线 PLC属于“即插即用“，不用烦琐的拨号过程，接入电源就等于接入网络！ 西南科技大学应用型自学考试毕业设计（论文） 11 (6)结构灵活 通过PLC技术实现Internet接入，可以灵活扩展接入端口数量，使资源保持较高的利 用率。目前还未有效解决电力线信号通过变压器的技术，因此，电力线通信设备都是 集中在220V线

37、路变压器的用户端。一个民用220V变压器只覆盖一定范围内的用户，所 以在同一条电力线上的资源不会因为用户太多而降低效率。在用户较少的情况下，可 以把几个变压器线路区域内的用户联在一起，提高服务器的利用率；如果用户增多， 不同变压器区域内的用户又可分开，使用本区域的主服务器。这样可使资源的利用率 始终保持在较高的水准。 (7)家庭数字化 PLC技术能够通过电力线将整个家庭的电器与网络联为一体，在室内的设备之间 构筑起可自由交换信息的局域网，使人们能够通过网络来控制自己家里的电器设备。 今后，随着能上网的电视机和冰箱等数字家电的普及，需要大幅度地增加接入端口， 而利用家庭和办公室中已有的万能插接板

38、，通过电力线路高速接入互联网就能解决这 个问题。从某种意义上讲，电力线上网技术的推广应用，也推动着家庭电器数字化的 普及。 3.2 PLC 机型选择机型选择 可编程序控制器，英文称 Programmable Controller，简称 PC。但由于 PC 容易和个 人计算机（Personal Computer）混淆，故人们仍习惯地用 PLC 作为可编程序控制器的 缩写。它是一个以微处理器为核心的数字运算操作的电子系统装置，专为在工业现场 应用而设计，它采用可编程序的储存器，用以在其内部储存执行逻辑运算、顺序控制、 定时/计数和算术运算等操作指令，并通过数字式或模拟式的输入、输出接口，控制各 种

39、类型的机械或生产过程。PLC 是微型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、功耗性高、通用性 和灵活性差的缺点，充分利用了微处理器的优点，又照顾到现场电气操作维修人员的 技能与习惯，特别是 PLC 的程序编制，不需要专门的计算机编程语言知识，而是采用 了一套以继电器梯形图为基础的简单指令形式，使用用户程序编制形象、直观、方便 易学，调试与查错也很方便。 西南科技大学应用型自学考试毕业设计（论文） 12 随着 PLC 技术的发展，PLC 产品的种类也越来越多，而且功能也日趋完善。近年 来，从德国、日本、美国等引进的 PLC 产品和国内

40、厂家组装自行开发的产品，已有几 十个、上百种型号。PLC 的品种繁多，其结构形式、性能、容量、指令系系统、编程 方式、价格等各有不同，适用的场合也各有侧重。合理选择 PLC，对于提高 PLC 控制 系统技术经济指标有着重要意义。 西门子 S7-200 系列可编程序控制器是德国西门子(Siemens)公司生产的具有高性能 价格比的微型可编程序控制器。由于它具有结构小巧，运行速度高，价格低廉及多功 能多用途等特点，在工业企业中得到了广泛的应用。 PLC 种类繁多，但其组成结构和工作原理基本相同。用 PLC 实施控制，其实质是 按一定算法进行输入、输出变换，并将这个变换给以物理实现，应用于工业现场。

41、 PLC 专为工业现场应用而设计，采用了典型的计算机结构，它主要由 CPU、电源、存 储器和专门设计的输入/输出接口电路等组成。PLC 结构框图如图 3-1 所示。 图 3-1 PLC 的结构框图 根据自动化电镀行车控制系统的控制要求，我采用了德国西门子 S7-200 CPU 226 型号，其参数详见附录 B。此类型 PLC 无论独立运行，还是联接网络都能完成各种控 制任务。S7-200 CPU 226 通讯功能完善，具有极高的性能价格比是很突出的特点，也 是我采用它的主要原因。PLC 为此系统的控制核心，经过 PLC 的输入接口输入到内部 数据寄存器，然后在 PLC 内部进行逻辑运算或数据处

42、理后，以输出变量的形式送到输 出接口，从而驱动电机来控制行车和机械手的运行。 西南科技大学应用型自学考试毕业设计（论文） 13 3.2.1 电机及电器元件型号选择 (1)传送带电机选择 根据工厂生产实际要求：电镀行车传送带 A 和传送带 B 最大载重为 Mmax=2500Kg，其传送带摩擦系数 u=0.2，传送带速度要求为 v=15m/min，由电机功率 计算公式 (3-1)ugMf (3-2)vfP 得出 P=1250W, 由此查电动机选型与应用可选型号为 Y100L1-4 的电动机 2 台 分别作为传送带 A、B 的拖动电机，其额定功率为 2.2KW，额定电压为交流 380V，额 定电流为

43、 5A，功率因数为 0.81，额定转速 1430r/min。 (2)大车电机选择 根据电镀行车大车实际情况：电镀行车大车最大载重为 Mmax=5000Kg，其大车与 导轨间的摩擦系数 u=0.15，大车的速度要求为 v=30m/min，由电机功率计算公式 (3.1)(3.2)可得出 P=3750W，由此查电动机选型与应用可选型号为 Y112M-6 的电 动机 1 台作为大车的拖动电机，其额定功率为 6KW，额定电压为交流 380V，额定电 流为 9.8A，额定转速为 1500r/min。 (3)小车电机选择 根据电镀行车小车实际情况：电镀行车小车最大载重为 Mmax=1500Kg，小车与导 轨

44、间的摩擦系数 u=0.1，小车的速度要求为 v=15m/min，由电机功率计算公式 (3.1)(3.2)可得出 P=375W，由此查电动机选型与应用可选型号为 Y100L1-4 的电 动机 1 台作为小车的拖动电机，其额定功率为 2.2KW，额定电压为交流 380V，额定电 流为 5A，功率因数为 0.81，额定转速 1430r/min。 (4)吊钩电机选择 根据电镀行车吊钩实际情况：电镀行车吊钩最大载重为 Mmax=500Kg，吊钩的速度 要求为 v=15m/min，由电机功率计算公式(3.1)(3.2)可得出 P=3750W，由此查电动 机选型与应用可选定吊钩拖动电机型号为 YZR160M

45、2-6，数量为 1 台，其额定功率 为 7.5KW，额定电压为交流 380V，额定电流为 19.7A，额定转速为 1470r/min。 西南科技大学应用型自学考试毕业设计（论文） 14 表 3-1 DZ5-10 型自动开关的脱扣器延时特性 (5)电源指示灯选择 根据实际情况，查低压电器维修手册可选型号为 XD7 信号灯 1 只作电源指示 灯 HLD, 其主要技术参数如为：额定电压为 220V，颜色为绿色，变压器式结构。 (6)刀开关选择 根据前面所选定的电镀行车各电机额定电流,可知配电支路的总工作电流为 45A， 查工厂常用电气设备手册 ，选用规格最小的 HD-11-100/18 型单投刀开关

46、作为自动 线控制系统配电支路的电源开关,数量为 1 只。其额定电压为 380V，额定电流 100A。 (7)自动开关选择 用于电镀行车主电路电源端的自动开关 QF1 的选择 由于此自动开关是用作电镀行车主电路电源端配电开关，作为该电路的短路保护 电器，该电路负荷不大,所以可采用结构较为紧凑的塑料外壳式自动开关，并需在其内 配备过电流电磁脱扣器。根据前面所选定的各种电机额定电流可知该主电路的总工作 电流为 45A，工作电压为 380/220V，查低压电器维修手册 ，可将该塑料外壳式自动 开关 QF1 的型号选为 DZ10-100。其额定电压为交流 500V，额定电流为 100A，极限短 路通断电

47、流（峰值）为 9000A，机械寿命为 10000 次，电寿命为 5000 次；过电流电磁 脱扣器额定电流为 50A，瞬时整定电流为 10In=500A。 (8)用于 PLC 和稳压电源配电支路电源端的自动开关 QF2 的选择 由于 PLC、变压器和稳压电源配电支路的工作电压为交流 220V，工作电流较小， 不超过 6A，查低压电器维修手册 ，可选用规格最小的塑料外壳式自动开关作为用 于 PLC、照明变压器和稳压电源配电支路电源端的自动开关 QF2，其型号为 DZ5-10， 其额定电压为交流 220V，额定电流为 10A，极限短路通断电流（有效值）为 1000A， 电寿命为 2000 次；过电流

48、电磁脱扣器额定电流为 10A，其脱扣器延时特性如表 3.2 所 示： 试验电流1.2I1.75I3.5I56I 西南科技大学应用型自学考试毕业设计（论文） 15 (9) 接触器选择 传送带电机接触器 KM1KM4 的选择 根据传送带电机额定功率为 2.2KW、额定电流为 5A，查低压电器维修手册 ， 选择其接触器 KM1KM4 型号为 CJ10-20，数量为 4 台，其额定电压为交流 380V， 额定电流为 20A，可控制电动机最大功率为 5.5KW，1.05 倍额定电压时通断能力为 200A，操作频率为 600 次/h，电寿命为 60 万次，机械寿命为 300 万次。线圈参数：线 圈电压 2

49、20V，线圈匝数 326016，线圈导线直径 0.21，吸引线圈视在功率起动时 140VA、吸持时 22VA，工作功率 9W，动作时间：起动时 16ms，释放时 18ms。 (10)大车电机接触器 KM5 和 KM6 的选择 根据大车电机额定功率为 6KW、额定电流为 9.8A，查低压电器维修手册 ，选 择接触器 KM5 和 KM6 型号为 CJ10-30，数量为 2 台，其额定电压为交流 380V，额定 电流为 30A，可控制电动机最大功率为 8.5KW，吸引线圈视在功率起动时 210VA、吸 持时 32VA。 (11)小车电机接触器 KM7 和 KM8 的选择 根据小车电机额定功率=2.2KW、额定电流=5 A，可选择其接触器与传送带电机选 择接触器型号相同。数量为 2 台，具体参数参考传送带电机接触器。 (12)吊钩电机接触器 KM9 和 KM10 的选择 根据吊钩电机额定功率为 7.5KW、额定电流为 19.7A，查低压电器维修手册 ， 选择其接触器 KM9 和 KM10 型号为 CJ24-100，数量为 2 台，其额定电压为交流 380V，额定电流为 100A，操作频率为 600 次/h，电寿命为 180