电气控制说明书

《电气控制技术》课程设计说明书

电镀车间专用行车PLC控制系统设计

学 院：电气与信息工程学院 学生姓名：梁海韵 指导教师：罗雪莲职称/学位教授

专 业：电气工程及其自动化

班 级：电气本1301

学 号： 1330140142

完成时间：2016年6月

摘 要

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，电镀行车由于他的高危险性，应用它的场合更是频繁，行车对减轻工人体力劳动，提高劳动生产率起着重要的作用。本设计中的行车要实现左右，前后及上下的三维运动，并且要准确定位，具有远距离控制，能够按照预定顺序和控制要求，自动完成一序列的工作。在设计中采用低压电器的控制方式，控制线路的设计方面力图做到布局合理,排列均匀,原理图上有极限位置保护和必要的电气保护措施，重点分析了系统软硬件设计部分，并给出了系统硬件接线图、PLC控制I/O端口分配表以及整体程序流程图等，实现了电镀生产自动化，提高了生产效率，降低了劳动强度。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：电镀车间；PLC控制；梯形图

目 录

1 概 述........................................................... 1

1.1 电镀生产线简介及存在问题................................... 1

1.2 电镀车间行车专用PLC控制系统设计内容....................... 1

1.2.1 设备基本情况......................................... 1

1.2.2 拖动系统............................................. 2

1.3 电镀车间行车专用PLC控制系统设计要求....................... 2

2 总体方案设计..................................................... 3

2.1 控制方式选择............................................... 3

2.1.1 方案一............................................... 3

2.1.2 方案二............................................... 3

2.1.3 方案比较与选择....................................... 3

2.2 拖动方案选择............................................... 3

2.3 信号检测装置选择........................................... 3

2.4 指示方式选择............................................... 3

2.5 抗电源干扰措施............................................. 3

3 主电路设计....................................................... 5

3.1 电镀车间专用行车PLC控制系统主电路......................... 5

3.2 电路图..................................................... 5

4 PLC控制系统设计 ................................................. 6

4.1控制系统动作流程框图 ........................................ 6

4.2 PLC选型 .................................................... 6

4.3 低压电器选用............................................... 7

4.4 I/O点分配 ................................................. 7

4.5 梯形图..................................................... 9

4.6 调试过程.................................................. 12

参考文献........................................................... 13

致谢............................................................... 14

附录A 电路图 ................................................. 15

1概述

1.1电镀生产线简介及存在问题

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。

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。

然而在电镀车间的生产中依然存在较大问题。电镀车间的生产环境比较恶劣，触电因接触不良而产生火花和高温都是火灾的隐患。

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

在电镀生产线一侧，工人将待加工零件装入吊篮，并发出信号，专用行车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(各槽停留时间预先按工艺调定)后自动提升，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，适应批量生产需要，提高设备利用率和发挥最大经济效益，该设备还要求电气控制系统能针对不同工艺流程(例如镀锌、镀铬、镀镍镉等)有程序预选和修改能力。

设备机械结构与普通小型行车结构类似，跨度较小，但要求准确停位，以便吊篮能准确进入电镀槽内。工作时，除具有自动控制的大车移动(前／后)与吊物上／下运动外，还有调整吊篮位置的小车运动(左／右)。

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、控制装置除上、下装卸零件，整个电镀工艺应能自动进行。

2、前后运动升降运动要求准确定位。前后、升降及左右运动之间有联锁作用。

3、采用远距离控制，整机电源及各动作要有相应指示。

4、电路应有如极限位置保护、短路保护、过载保护、正反转互锁等常规电气保护措施。

5、专用行车的小车、大车及升降运动均采用三相交流异步电动机分散拖动。

2 总体方案设计

2.1 控制方式选择

2.1.1 方案一

要达到设计要求可采用PLC作为核心控制器件，利用市电给其供电。PLC基本模块中有RS422接口为下载接口，考虑一般台式机计算机还保留RS422接口，故选用台式计算机为PLC程序下载与调试。

2.1.2 方案二

除了用PLC实现，采用单片机也是可行的。只需使用普通51系列的单片机在满足最小系统工作的前提下外加相应的外围驱动电路，也能实现电镀车间的专用行车的设计。

2.1.3 方案比较与选择

以上两个方案均能完成设计任务，采用PLC和单片机各有优缺点，其中单片机优点是成本小，缺点是要增加驱动电路、安全可靠性较差。 PLC的优点是 抗干扰能力强、输出电压大，可以不用加驱动电路。缺点是成本较高。综合以上两种方案考虑，选择用PLC作为电镀车间的专用行车的控制器。

2.2 拖动方案选择

电镀车间的专用行车的拖动设备采用三相交流异步电动机分散拖动，并采用一级机械减速，以达到行车平稳，定位准确的目的。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。

2.3 信号检测装置选择

进行电镀的镀槽定位的信号是由装在电镀现场的行程开关录入的，所以形程开关的工作状况，即行程开关在工作时的好坏对生产都有着巨大的影响。而行程开关一般为无源电电器元件，其动作为重复性地机械动作，磨损和受压次数都比较多。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。

2.4 指示方式选择

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。

2.5 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。

3 主电路设计

3.1 电镀车间专用行车PLC控制系统主电路

如图3，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）。取U-V两相电流，经过整流及滤波，产生36V的直流电，为能耗制动提供电能。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。KM1、KM2分别控制M1正转和反转，从而实现前进和后退。KM3、KM4分别控制M2正转和反转，从而实现上升和下降。KM5、KM6分别控制M3正转和反转，从而实现控制向左和向右。隔离开关QS作为电源控制开关，由熔断器FU实现短路保护，由热继电器FR1、FR2、FR3实现过载保护。系统主电路如图2所示。

图2 电镀车间专用行车PLC控制系统主电路

3.2 电路图

电路图见附录A

4 PLC控制系统设计

4.1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。流程框图如图3所示。

图3 控制系统动作流程框图

4.2 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-32MR-001 主机，交流电源，16点输入，16点继电器输出。FX2N系列可编程器的总体性能如表1所示。

表1 FX2N系列可编程器的总体性能

根据实际情况，使用了26个输入输出控制信号，其中输入信号20个，输出信号6个。在实际的选型过程中，还应该考虑10%—15%的余量。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。

4.3低压电器选用

（2）自动开关QF的选择：自动开关过电流脱扣值的整定，针对电动机负载而言，可以按照电机额定电流的1.7倍进行整定。根据公式（1）

IQF=1.7INE=1.7⨯2=3.4 （1）

故选择IQF=4A的自动开关。开关型号为HK2—4/3，级数3，额定电流为4A。

（2）熔断器FU的选择：熔断器主要用于电机的热保护，控制电动机的电流，防止电流过大烧坏电动机引起危险，当电动机过热时熔断器自动断开。为了方便，选择插入式熔断器。根据公式（2） IFU=IS(2.5-3) （2）

可选择熔断器类型为RC1A—15，熔丝额定电流为15A。

（3）行程开关的选择：电镀车间的专用行车中，行程开关是主导电镀工艺是否成功的关键元件。要用于小车的电镀槽精确定位。考虑生产实际需要，选择LX19系列的行程开关。LX19系列的行程开关采用双断点的瞬时结构。安装在金属外壳内构成防护式。可工作在-25度至120度环境之间，适用于电镀车间的高温环境。

（4）热继电器的选择：热继电器主要用于电动机的过载、断相及三相不平衡的保护及电动设备的发热状态控制。由于支路总电流≤10A，故可以选用JR20-10/3-1型热继电器，带断相保护。

（5）KM接触器的选择：根据公式（3）

Ije=Ihke=3Ide=3⨯1.5=4.5A （3）

可以选择CJ10-10/3型接触器。

4.4I/O点分配

选用三菱FX2N-64MC型PLC，输入输出各32点。使用输入点20个，输出点6个。

电机上行线圈设为KM1，电机下行线圈设为KM2，电机前进线圈设为KM3，电机后退线圈设为KM4，电机右行线圈设为KM5，电机左行线圈设为KM6。

启动按钮设为SB1，左点动按钮设为SB2，右点动按钮设为SB3。原点上限开关设为SQ0。一槽下限开关设为SQ1，一槽上限开关设为SQ2，二槽下限开关设为SQ3，二槽上限开关设为SQ4，三槽下限开关设为SQ5，三槽上限开关设为

SQ6，四槽下限开关设为SQ7，四槽上限开关设为SQ10，五槽下限开关设为SQ11，五槽上限开关设为SQ12。

原点位置开关设为SQ15，五槽位置开关设为SQ16，一槽位置开关为SQ17,二槽位置开关为SQ18，三槽位置开关为SQ19，四槽位置开关为SQ20。

硬件接线图如图4所示。

图4 硬件接线图

各输出端的负载一侧并联接入220V交流电。将外接元件与PLC的I/O点一一对应，编排地址。输入I/O分配表和输出I/O分配表分别如表2、表3所示。

表2输入I/O分配表

名称 SB1 SQ0 SQ1 SQ2 SQ3 SQ4 SQ5 SQ6

功能 启动按钮 原点上限开关 一槽下限开关 一槽上限开关 二槽下限开关 二槽上限开关 三槽下限开关 三槽上限开关

I/O编号 X000 X001 X002 X003 X004 X005 X006 X007

续表2

SQ7 SQ10 SQ11 SQ12 SB2 SB3 SQ15 SQ16 SQ17 SQ18 SQ19 SQ20

四槽下限开关 四槽上限开关 五槽下限开关 五槽上限开关 左移调整点动按钮 右移调整点动按钮 原点位置开关 五槽位置开关 一槽位置开关 二槽位置开关 三槽位置开关 四槽位置开关

表3输出I/O分配表

X010 X011 X016 X017 X020 X021 X022 X023 X015 X014 X013 X012

名称 KM1 KM2 KM3 KM4 KM5 KM6

功能 电机上行线圈 电机下行线圈 电机前进线圈 电机后退线圈 电机左移线圈 电机右移线圈

I/O编号 Y000 Y001 Y002 Y003 Y005 Y006

4.5梯形图

程序梯形图如图6所示

图5 梯形图

4.6调试过程

开下开启按钮x000，整个系统开始工作，上升线圈闭合，电机转动使吊篮

上升，到达原点上限时停止，前进线圈闭合，电机转动使行车前进，每当到达预

定的槽位上端时停止，下降线圈闭合，电机转动使吊篮下降，等待一定时间后，完成电镀后使吊篮上升。依次从一槽到五槽。当五槽完成电镀后，回到原点上限时下降，工件完成电镀，返回原点。

参考文献

[1] 方承远.工厂电气控制技术. 机械工业出版社，2003

[2] 史国生.电气控制与可编程控制器技术.化学工业出版社，2005.4 [3] 廖常初.PLC编程及应用.机械工程出版社，2002.9

[4] 钟肇新,范建东.可编程控制器原理及应用.华南理工大学出版社，2003.5 [5] 丁伟. 可编程控制器在工业控制中的应用. 化学工业出版社，2004.7 [6] 魏璇,陆波.PLC和变频调速器在GRC轻型隔墙板生产线上的应用.天津：机械电子出版社,1999（2）

[7] 赵明.工厂电气控制设备.北京：机械工业出版社，1994 [8] 田瑞庭.可编程序控制器应用技术.北京：机械工业出版社，1994

[9] 李景学,紧矿业.可编程控制器应用系统设计方法.北京：电子工业出版社，1995 [10]胡学林.可编程控制器教程.北京:电子工业出版社，2004

致 谢

本次的课程设计题目是电镀车间专用行车PLC控制系统设计，在指导老师的悉心指导下，在本组成员的齐心的努力下,设计终于较好完成了。

通过这次课程设计，我巩固了书本上的理论知识，为以后的学习打下了基础；并且将理论与实践相结合，设计出了一套能够提高生产效率、减轻工人的劳动强

度的电镀生产线控制系统；另外也锻炼了自己的探索研究能力，查找和收集资料的能力。

实际生产过程往往复杂，而设计过程中缺少必要的条件和数据，因此本设计不可避免存在一些设计缺陷，希望您批评指正。

附录A

录

附 电路图