电镀控制设计说明书

设计概况电镀生产应用范围广泛，生产线较长，设备分散，前后联锁关系复杂，控制较难。电镀生产线按照其工艺要求和规模一般设计有两至四台行车工作，每台行车都根据已编制好的各自的程序运行。本设计中以三台行车、五个槽位为例，对电镀生产线的流程以及控制方法进行了介绍。对于行车的自动控制，早期是采用继电-接触器控制电路，但是其电路复杂，接口多，工作可靠性差，维护困难。发展至今其控制方式已采用可编程控制器PLC作为核心控制部件，其控制更为安全、可靠、方便、灵活，自动化程度更高。本设计中，分别用继电-接触器这种传统方法以及采用欧姆龙CPM1A-40CDR小型PLC对电镀生产线的电气控制系统进行了设计。用PLC进行自动控制，具有编程方便、操作灵活、使用安全、工作稳定、性能可靠和抗干扰能力强的特点，是一种很有效的自动控制方式，是电镀生产实现高效、低成本、高质量自动化生产的发展方向。6wWdB关键词：电镀生产线；行车控制；继电-接触器控制；欧姆龙PLC控制AbstractElectroplatingwiderangeofapplications,theproductionlineislonger,equipmentscatteredaroundthecomplexinterlockingrelationships,controlismoredifficult.Electroplatingproductionlineinaccordancewithitsgeneraldesignprocessrequirementsandscaleroadworkhastwotofourunits,eachlanewerepreparedaccordingtotheproceduresruntheirowngood.Inthisdesign,threelane,fiveslots,forexample,electroplatingproductionlineprocessesandcontrolmethodswereintroduced.Forautomaticcontroloftraffic,istheuseofearlyrelay-contactorcontrolcircuit,butthecircuitcomplexity,interfacesandmoreoperationalreliabilitypoormaintenance.DevelopmenthasitscontrolmethodhasbeenadoptedPLCprogrammablecontrollerasthecorecontrolunit,whichcontrolsmoresecure,reliable,convenient,flexible,higherdegreeofautomationlD.iXs。Inthisdesign,respectively,withrelay-contactorthistraditionalapproachandtheuseofOmronCPM1A-40CDR-AsmallelectroplatingproductionlinePLCelectricalcontrolsystemdesign.WithPLCautomaticcontrol,withprogrammingconvenience,flexibleoperation,safe,stable,reliableperformanceandanti-jammingfeatures,isaveryeffectiveautomaticcontrolmode,electroplatingproductiontoachievehighefficiency,lowcost,highqualityautomatedproductiondevelopment.Aw8g0。Keywords：Electroplatingproductionline；Trafficcontrol；Relay-contactorcontrol；OmronPLCcontrolU9060。目录1 弓丨言Odqqlj1.1 电镀生产线简介0jM5wL。2 电镀车间专用行车控制系统OM5jwm。2.1 专用设备基本情况介绍Oqr3Zq。2.2 拖动情况介绍2D9oYj。2.3 设计要求2X75oq。3 继电-接触器控制系统设计3jZfxh。3.1 电镀生产线运行流程38seuc。3.2 总体方案的选择4mWSQ63.3 电气控制原理图设计5iOV4s。3.3.1 主电路设计5qMIe7。3.3.2 控制电路设计6jb4F5。3.3.3 辅助电路设计12ft4u8。3.3.4 选择电器元件13lMwxe。3.4 工艺图设计16yUO4e。3.4.1 电器板元件布置图17V8YzV。4 控制面板元件布置图18RPGCoPLC控制系统设计18mtBa5。4.1 主电路的设计19XGD3h4.2 控制电路的设计19O9WZG4.2.1 PLC的选型19s1SvJ。4.2.2 PLC输入/输出继电器地址分配2OObCVp。4.2.3 外围接线图213BWt4。4.3 工艺图纸的设计22wXZ5G4.4 梯形图程序23hOr9w。5.设计总结26PpUcq。参考文献273imIX。附录1.1 引言电镀生产线简介电镀就是利用电解的方式使金属或合金沉积在工件表面，以形成均匀、致密、结合力良好的金属层的过程。电镀工艺流程中，保证产品的电镀时间是决定电镀产品质量和品质的重要因素。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，有效的减少废品率，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，电镀生产线上对行车的自动控制则是电镀生产线自动化控制的关键。DNMd。电镀生产线按照其工艺要求和规模一般设计有两至四台行车工作，每台行车都根据已编制好的各自的程序运行；对于行车的自动控制，早期是采用继电器逻辑电路和顺序控制器，发展至今其控制方式已采用可编程控制器PLC作为核心控制部件，其控制更为安全、可靠、方便、灵活，自动化程度更高。JqWkQ。1.2 电镀车间专用行车控制系统专用设备基本情况介绍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。根据工艺要求，专用行车的结构与动作流程示意图如图2-1所示。EwbO3姜芯软电缆.下降吊篮图2-1专用行车的结构与动作流程示意图电镀车间有多个电镀（清洗）槽位，分别标记为1槽、2槽等等。实际生产线上镀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，槽数也越多。为简化设计过程，本设计暂定5个电镀槽位。v9HPJ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。按工艺要求在需要停留的槽位停止，然后自动下降，停留一段时间（各槽停留的时间预先按工艺调定）后再自动上升，停留一段时间再前进。如此完成电镀工艺的每一道工序，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。OO8no对于不同零件，其镀层要求和工艺过程是不同的。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经济效益，该设备还要求电气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。例如镀锌使用1、3、4、5槽位，不需要使用2槽位；镀铬使用1、2、4、5槽位，不需要使用3槽位等。各槽位停留的时间由用户根据工艺要求进行整定。2BVy31.3 设备的机械结构与普通小型行车结构类似，跨度较小，但要求准确停稳，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（前进/后退）与吊篮提升/下降运动外，还有调整吊篮位置的小车运动（左移/右移）。QG8kC拖动情况介绍专用行车的小车、打车及升降运动三相交流异步电动机(Y802-4型0.75kW、2.1A、1390r/min)分散拖动。dXQ30。1.4 设计要求本课题要求设计一电镀生产线控制，电镀生产线上采用专用的行车和可升降的吊钩，假定生产线有五个槽位(除油槽，酸洗槽，电镀槽，回收液槽，清水槽)，电镀时将工件依次放入槽中电镀，行车返回后，电镀一个工件结束。NtSVk。控制要求如下：1、电镀生产线上采用专用的行车和可升降的吊钩，行车前退、左右移动和吊钩升降各由一台电机拖动，并有相应的限位开关SQ定位。Ezk4x。2、工件在三个槽位均需停留一段时间，并在槽位上方停留一段时间，让镀液从工件上流回镀槽。(1) 将工件放入除油槽内，除油30s后提起，停放10s；(2) 接着将工件放入酸洗槽内，酸洗40s后提起，停放20s；(3) 然后将工件放入镀槽中，电镀240s后提起，停放30s；(4) 然后再将工件放入回收液槽浸40s，提取后停20s；(5) 最后放入清水槽中清洗30s，最后提起停10s后。之后行车返回原位，电镀一个工件的全过程结束。(原位是指行车在挂件架上方，吊钩下降到最下方，在原位，操作人员把将要电镀的工件放在挂具上，即可开始电镀工作)inqJn。3、整个电镀生产线完成一个工作循环后，可以自动进行下一个工作循环，也可以按下停止按钮，结束工作。当再按下启动按钮，则开始第二个工作循环。cWyZI。4、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)，一旦程序预选，除装卸零件外，整个电镀工艺应能自动进行。zDmMt5、前进、后退，上升、下降运动要求准确定位。前进后退、上升下降及左右移动之间要有连锁作用。6、采用远距离控制，整机电源及各动作要有相应指示。7、应有极限位置保护和其他必要的电气保护措施。2 继电-接触器控制系统设计继电-接触器控制系统一直是电气控制的主流，目前国内仍有不少厂家应用继电接触器控制系统。其中输人单元为按钮开关等主令电器。输出单元包括各种阀门的控制线圈、各类接触器控制线圈及信号指示等执行元件。这种控制系统的特点是：价格便宜、性能价格比低。因此继电接触器控制方案，适用控制逻辑比较简单，所需继电器数量较少，程序固定的场合。DCCD23.1电镀生产线运行流程为了更好地了解电镀生产线的工作过程，本设计在进行总体方案的设计，先绘制出电镀生产线运行详细流程图。如图3-1。woc7y。开始行车前进*系统上电按下启动按钮上升到位?A停留时间到？2槽上方停留3槽到位?Y吊钩上升上升到位?A吊钩下降-水洗时间到?-_5槽上万停留YNY水洗Y芒下降到位？吊钩上升4电镀N吊钩上升嘴吊钩下降YYY5槽到位?吊钩上升.酸洗时间到？二一上升到位?1Yr行车前进4N前进到位？”停留时间到？Y行车前进*行车后退4-1槽到位?Y酸洗NY3槽上万停留升到位?行车前进4后退到位？吊钩下降Y除油吊钩下降斗停留时间到？一/YY吊钩下降+停留时间到？Y4槽上万停留&Y上升到位?卸料行车前进4行车前进+4槽到位?除油时间到?dkNr吊钩上升M装料Y吊钩上升峠吊钩下降Y1槽上万停留h停留时间到?回收时间到?下降到位?产原位停留时间到?回收4一个镀件周期结束Y图3-1电镀生产线运行流程图3.2总体方案的选择1、行车的左右、前后及上下运动分别由电动机MlM2M3拖动，并通过正反转控制实现两个方向的移动。电镀控制设计说明书2、进退与升降运动停止时，采用能耗制动以保证准确定位。平移中，升降电动机M3采用电磁抱闸制动（电磁抱闸制动通常用于起重设备上，制动力强，安全可靠，不会因突然断电而发生事故），以确保安全。d5hyW。3、位置控制指令信号，由固定于轨道侧的限位开关发出，并用调节挡铁的方法，来保证吊篮与镀槽相对位置的准确性。koXIc。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、采用程序预选开关实现电镀槽位工艺自选。6M2M3为自动控制连续运转，采用热继电器实现过载保护，M1电动机的左右移动为调整运动，短时工作无过载保护。cbRLA。7、采用带指示灯控制按钮，以显示设备运动状态。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/后退、提升/下降及左移/右移三方向的极限位置保护。BSYq3。电气控制原理图设计3.3.1主电路设计（1）本设备需要三台电动机拖动，而且每台电动机都要正反转运动。由接触器KM5KM6空制左右移动电动机M1的正反转，KM1KM2及KM3KM4分别控制前进后退移动电动机M2升降运动电动机M3的正反转。yQsm3（2）左行右行电动机M1为点动短时工作，故不设过载保护。前进后退电动机M2升降电动机M3由热继电器FR1、FR2实现过载保护。jxL9o。（3）主线路由隔离开关QF作为电源接入控制，（4）为保证准确停位，并考虑到进退与升降运动由同一型号电动机拖动，且不会同时工作（相互有连锁作用），所以停车时，可采用同一个直流电源实现能耗制动。本设计中，制动过程结束后，采用时间原则来切除制动力矩，即通过时间继电器KT完成切换。直流电源可采用低压交流电源经单相桥式整流得到。MvQ2O。（5）考虑到升降运动有一定的重量，在行车平移中，需设置电磁抱闸制动控制。三相电磁铁YA和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，抱闸制动，使吊篮稳定停留在空中，能安全地前后或左右平移。Vdp9p。（6）能耗制动用时间原则，制动1.5s。根据以上设计原理便可绘制出如图3-2所示的主电路图3-2电镀专用行车控制线路主电路332控制电路设计由电镀生产线运行详细流程图以及对控制电路设计的前期分析，首先列出电电镀控制设计说明书路中所用元件明细表，如表3-1o表3-1元件作用明细表元件元件作用元件元件作用M1控制吊篮左右移动的电机SB12上升启动按钮M2控制行车前进、后退的电机SB13下降启动按钮M3控制吊篮上升、下降的电机SA11号槽选择开关KM1前进接触器SA22号槽选择开关KM2后退接触器SA33号槽选择开关KM3上升接触器SA44号槽选择开关KM4下降接触器SA55号槽选择开关KM5左移接触器SQ11号槽行程开关KM6右移接触器SQ22号槽行程开关KM7前进、后退制动接触器SQ33号槽行程开关KM8上升、下降制动接触器SQ44号槽行程开关QF空气断路器SQ55号槽行程开关FU1保护M1的熔断器SQ6左移限位开关FU2保护M2的熔断器SQ7右移限位开关FU3保护M3的熔断器SQ8前进限位开关FU4保护控制回路的熔断器SQ9后退限位开关FR1保护M2的热继电器SQ10上升限位开关FR2保护M3的热继电器SQ11下降限位开关TC变压器KT1控制1槽停留时间的时间继电器VC整流器KT2控制1槽上方停留时间的时间继电器SB1左移点动按钮KT3控制2槽停留时间的时间继电器SB2右移点动按钮KT4控制2槽上方停留时间的时间继电器SB3前进点动按钮KT5控制3槽停留时间的时间继电器SB4后退点动按钮KT6控制3槽上方停留时间的时间继电器SB5上升点动按钮KT7控制4槽停留时间的时间继电器SB6下降点动按钮KT8控制4槽上方停留时间的时间继电器SB7前进、后退停止按钮KT9控制5槽停留时间的时间继电器SB8上升、下降停止按钮KT10控制5槽上方停留时间的时间继电器SB9总停按钮KT11控制在原位停留时间的时间继电器SB10前进启动按钮KT12控制M2制动时间的时间继电器SB11后退启动按钮KT13控制M3制动时间的时间继电器控制电路设计思路：(1)根据工艺要求，行车前进、后退控制与升降控制既可进行手动控制，又可进行自动控制进退与升降之间，由KA1KA2KA3KA4常闭触头串于对方控制回路，实现联锁。过载保护由FR1、FR2常闭触头串在M2M3各自的控制回路中实现。9xPyk。(3) 根据控制要求，KM什KM4的副触头数量不够，本设计采用并联中间继电器KA1KA4的办法来解决。(4) 因设备调整需要，进退及升降控制应有连续运转控制(即自动控制)，也有点动控制(手动控制)。(5) 由FU4对控制电路实行短路保护。根据以上设计思路，电镀生产线电气控制系统中，三台电机各部分的控制回路设计如下：1、左移、右移控制回路吊篮左右移动，由电动机M1实现。KM5得电，M1正转左移，KM6得电，M1反转右移。左右移动为短时控制，故采用点动控制。在吊篮进退与升降运动中，不允许左右移动，故串联KA1KA4常闭触头，以实现联锁。左右极限保护位，由固定于左右两端的限位开关SQ6SQ7实现。7ivLM根据以上分析，绘制出左移、右移控制回路，如图3-3.KA3KA4SB1T:C?：KM6KM57SBExSQ7KM5.KM67图3-3左移、右移控制回路2、前进、后退控制回路前进运动的手动控制时，按下前进启动按钮SB12KM1得电，KM1及KA1吸合，行车前进。当运行至需要停留的槽位，例如至1槽清洗，由运动挡铁压下固定于轨道一侧的行程开关SQ1SQ1常闭触头串在M2的控制回路中，使KM1KA1失电，M2停止旋转。若根据工艺要求无需在1槽位停留，则可扳动开关SA1,使其常开触点闭合，常闭触点打开，则行车至1槽位不做停留，继续前进。复合按钮SB5为前进启动的点动按钮。M2s3f。前进运动的自动控制时，在控制吊篮上升、下降的电动机M3制动的同时，电镀控制设计说明书当吊篮在所需停留的槽位（例如1号槽，此时SQ1处于断开状态）上方停留时间到后，时间继电器KT2的延时闭合常开触点闭合，KM1与KA1吸合，行车前进。行车离开1号槽位后，SQ1的恢复闭合状态，行车继续前进。HUMtL后退运动的手动控制时，按下后退启动按钮SB13KM2得电，KM2和KA2吸合，行车后退。复合按钮SB6为后退启动的点动按钮。RVPG。后退运动的自动控制时，当行车运行至前进限位开关SQ8后,SQ8闭合，KM2得电，KM2与KA2吸合，行车后退。Q89XH前进、后退整个控制回路中，还需要有自锁、互锁控制。根据以上分析，绘制出前进、后退控制回路，如图3-4。图3-4前进、后退控制回路3、前进、后退制动回路当行车前进至预选槽位（例如1号槽）时，由KA1常闭及SQ1常开触头接通前进制动回路，KM7KT12得电，使M2制动，行车准确停在1槽，制动时间由KT12调定。ceRRJ当行车后退至后退限位开关SQ9压动SQ9使之处于断开状态，KM2矢电，M3进入后退制动状态。根据以上分析，绘制出前进、后退制动回路，如图3-5KT1EKAINTKM7SA1,规SAE:SA3:】SQ3SA4身SQ4扌SD5SQ9/厂庄二KM7KM8KT12E：图3-5前进、后退制动回路需要注意的是，KT12瞬时闭合触点的作用：如果KT12线圈断线或机械卡主故障时，在按下SB7后电动机能迅速制动，两相的定子绕组不致长期接入能耗制动的直流电流。vUmh24、上升、下降控制回路当吊篮处于原位时，按下SB14KM3及KA3吸合，吊篮上升，至上极限位SQ10升降电机M3开始进行能耗制动。ZgjnD。上升运动的手动控制时，按下上升启动按钮SB14,KM3得电，KM3与KA3吸合，吊篮上升。当上升至上限位行程开关SQ10后，KM3矢电，M3进入制动状态。复合按钮SB7为上升启动的点动按钮。KJAKb上升运动的自动控制时，当元件在所需停留的槽位（例如1号槽）停留时间到后，时间继电器KT1的常开触点延时闭合，KM3与KA3得电，吊篮上升。S9yvj。下降运动的手动控制时，按下下降启动按钮SB15KM4与KA4得电，吊篮下降。当上升至上限位行程开关SQ10后,KM3矢电，M3进入制动状态。复合按钮SB8为下降启动的点动按钮。atYpO。下降运动的自动控制时，在M2制动的同时，由KM7常开触点接通KM4与KA4,使M3电机正转，吊篮下降，至下极限位，限位开关SQ11受压，使KM4失电。同时SQ11常开触头接通下降制动回路，KM9得电，而使M3迅速停车。零件在槽内停留的时间由时间继电器KT1自动控制。UN6O8上升、下降整个控制回路中，还需要有自锁、互锁控制。根据以上分析，绘制出前进、后退控制回路，如图3-6KA：SB12H尸SQ1LKM3TCB5N1川3讨KA5KT眇灯5卩灯灯SQ11KM3KM4XSBfimrSB&KA4图3-6上升、下降控制回路5、上升、下降制动回路当吊篮上升至上限位开关SQ10时，SQ10的常开触头接通接通上升制动回路，使KM8和KT13得电而使M3进行能耗制动，迅速停车。m3EYB当吊篮下降至下限位开关SQ11时，SQ11的常开触头接通接通上升制动回路，使KM9和KT14得电而使M3进行能耗制动，迅速停车。ykdhY。零件在槽内停留的时间KT1、KT3KT5KT7、KT9自动控制，在槽上方停留的时间由KT2KT4KT6KT8KT10自动控制。当零件在槽上方停留时间到后，由时间继电器延时闭合触头接通KM1KA1的行车前进控制回路。Jujtw。根据以上分析，绘制出前进、后退制动回路，如图3-7T/!/-yBsA5K_ynu-sA67-3图ilaasM-1s4Ans9Gs-73s1QsSGyCLJ-4IKT-斤一彳if一或忙-IK-1I貯彳好蛋貯揶斗牙3LXt02tODJDL他1咚专挑羽博0。】ic00WTIL?；：t罚0述：|.001Hr闆血罚睛;mi1D9:105：ii戢:082. 前进、后退控制程序0WIH-023. I一前进、后退制动程序由于在梯形图程序中，单纯利用时间继电器的常开、常闭触点，无法实现继电-接触器控制系统中时间继电器瞬动触点的作用，我们常将一个辅助继电器与时间继电器并联，禾U用辅助继电器的触点实现时间继电器瞬动触点的作用。xFEgw以下程序段中，便采用了这种方法。池DOTJliLL口olT2ttSia(E一G腮氛自哋上升、下降控制程序narmtzoomsnomMM1-1H艰上.驾止m二诂兰m牌网匸辙曲not-ktWts(LDi或0311一T；tem-曲匚tnLi:10.D3_S35R1JLILifr-SEIE上和詞T3XCZX(EOEUlfvIMXin4W1J|Ejiqng聊甘niic1mj4. 上升、下降制动程序100那处即辽r逋0J4QM.X0TTf032WL也席胡制血敢!All,|、-疥堪街】瑜妙占E幣I啣电彗上、阳功完整的电镀生产线梯形图程序见附录。5.设计总结此次毕业设计，使我进一步巩固、加深并拓宽了所学的基本理论知识，培养了我进一步分析、解决实际问题的能力。通过本次毕业设计，我了解了PLC对电镀生产中电机的正反转、时间顺序控制、能耗制动等控制。对控制要求的分析和查阅资料，找寻具体的设计方法和步骤，使我既巩固了基础知识又提高了自学能力。自己独立的思考与同学之间的互相探讨使我受益匪浅。同时在李老师指导下，我对很多控制方面的问题有了更深入地理解，思考问题时会更能联系实际。但是，我也感觉到自己还有很多不足之处，需要继续学习来充实自己。UlspY。参考文献1 熊幸明，陈艳等电气控制与PLC北京：机械工业出版社,2011吴晓君，同志学.电气控制课程设计指导北京：中国建材工业出版社，2007李海军，刘宇电气控制技术课程设计指导书内蒙古农业大学，2011张凤池，曹敏荣.现在工厂电气控制北京：机械工业出版社，1999刘铁生.可编程序控制器原理及应用北京：中国电力出版社，2004曹辉.可编程序控制器系统原理及应用北京：电子工业出版社，2003张鹤鸣.工业电气控制技术教程北京：北京理工大学出版社，2010