PLC在电镀生产线的应用.docx

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1、 2019届本科生毕业设计 分类号：TP391.7 题 目：基于PLC校园照明智能控制系统设计 作 者 姓 名： 许跟柱 学 号： 2015084249 学 院： 机械与电子工程学院 专 业： 电气工程及其自动化 指导教师姓名： 李娜 陈盛云 指导教师职称： 讲师 副教授 2019年 5月宿州学院本科生毕业设计 PLC在电镀生产线的应用目 录1 绪论11.1电镀流水线控制系统的现状及发展方向11.2流水生产的含义11.3 镀金生产线的特殊要求21.4 本文的主要工作22.电镀金生产工艺介绍42.1生产工艺过程的步骤42.2电镀金的电化学基本原理52.3 电镀金镀液的选择53.控制系统的硬件选型

2、63.1主要器件功能介绍63.1.1直流伺服电机简介63.1.2 PWM简介73.1.3传感器选择73.2电路组成84.系统硬件设计114.1系统I/O地址分配114.2系统硬件接线115.生产线下位控制器控制程序设计145.1控制器面向对象的编程方法145.2程序设计步骤145.3组态画面设计155.4调试过程及结果176.总结与展望18参考文献191 绪论1.1电镀流水线控制系统的现状及发展方向我国的一些生产商的电镀流水线控制系统在二十世纪初期的时候开始使用PLC控制系统以及变频器来进行控制，在不断的发展之后，目前我们国内的控制水平已经非常的接近国外，但是电镀生产线的一些核心的工艺配方以及

3、进行机械加工的方面还远远的不及国外。不仅如此，其实电镀行业从始至终都被归类于高度污染的行业，因为在进行电镀生产的过程中会产生非常多的污染气体以及还有很多重金属的废水，对于污染问题，我国的环境保护协会一直在不停地对其管理的标准进行修改，对于废水和废弃的处理问题也不断提出了很多合理的解决方法。1.2流水生产的含义所谓流水生产就是说把生产的零件一个一个的排整齐，然后按照顺序去依次的进行操作和排序，然后在同一个机器上面按照一定的顺序来完成生产的过程，流水线的这个机器是按照一定专业上规定好了的顺序进行拼接完成的，而且虽然说这是拼接完成的，但是它的稳定性还是很好的，既保证了稳定性，而且还方便折叠运送。1.

4、2.1流水生产的由来流水线生产的起源是在20世纪初的时候，有美国人发现的，他们发现这样的分工会速度比较快，而且效率也很高，这样既可以减少人力物力上面的付出还不会降低效率。现在批量生产的话就一般都会采用这种流水线的方式，因为很简单和方便，流水生产线包括基本的设备，还有工作的场地和运送的机械等组成的，现在他已经解决了大部分的生产效率问题。1.2.2流水生产的发展过程为了得到更高的效率和降低生产的成本，所以在这种情况下就发明了流水线生产的方法，这样就可以把单独的零件按照一定的规定把这些零件组合在一起，然后发挥着更大的作用,流水线生产被创造出来，大大的提高了传送速度。1.3 镀金生产线的特殊要求通过对

5、具体电镀流水线的了解，在具体进行生产的过程中要知道下面这些特殊要求：能自动识别故障，并在故障时自动将每个板的电流供应切断。在调整设备的时候，通过配方管理,能够做到快速简洁的调整。能够将所有用到的生产参数进行时时地调节、监控、记录及统计，直到将再生产所需的条件生产出来并能够不断的改进所有的影响因素。通过运用电解电阻段而去藕的,供电隔离式的涂槽,为了更精确的调节电流量和电流密度，要对每一个涂槽单独配置快速可调节的开关电源。能够在某一个涂槽出现问题是自动分配液体流动的方向以及速度。要能够时时监测溶液中离子浓度以及涂槽里的电导率，识别太少的阳极物量或短路。也要能够及时的监测并调整电流的密度、电压和每一

6、个涂槽中离子的浓度。可以通过计算机和网络进行远程的故障检测、故障诊断以及设备维护等问题。1.4 本文的主要工作本篇论文的研究对象是板的电镀金生产线,按照生产方所给的要求，首先对之前所使用的控制系统进行了一定的了解和研究，在此之上再对该系统进行改进和优化，在整个的实践过程中主要进行了以下这些个方面的工作：1.深入研究样板行业在进行生产时的特点，结合国内和国外电镀生产线的一些特点，重点的讨论了电镀流水线的具体的生产步骤，生产的特点以及生产的一些参数和算法。2.依照旧的控制系统的大体的网络框架以及生产的具体要求选择好整个控制系统所需要的硬件部分。3.首先进行上位机工厂软件的选择，在完成选择之后，进行

7、工程软件平台的二次开发，以实现上位机监视控制子系统的画面显示和控制。4.深入研究生产过程用到的一些算法，并将这些算法以及通讯协议引入到上位机监控系统当中。做这一步的目的就是使整个电镀生产线的核心仪器（整流器）可以对不同的要求作出对应的改变。5.对旧的监控系统的下位机系统也进行深入研究，并在这个基础上作出相应的优化。2.电镀金生产工艺介绍在本文的上一章中有提到，本生产中心最重要也是最核心的一部分就是电镀金生产线，对此，我调查了一些生产厂家对电镀金所提出的要求，具体有以下几种：1.镀金的厚度以及一定要均匀的分布在所生产板上。2.在水箱冷变形的时候必须能够将板表面的金镀层给保留下来。3.由于金相位的

8、怀变形性会引起板的表面有瑕疵，要保证板的扭转性能不会受到影响。2.1生产工艺过程的步骤图2-1 电镀生产示意图现以 3 个槽为例讲述电镀生产线的自动控制，电镀生产工艺图如图 2-1 所示。电镀生产过程主要由除油、电解除、清洗、电镀、酸浸、烘干等工艺组成，整个电镀生产包括前处理、电镀槽和后处理 3 个环节。电镀生产线采用自动模式控制，待吊篮中装好工件，吊钩和行车均处于原位时，按下起动按钮，自动进行如下流程。 (1) 吊钩上升（样本1由410mm升高至310mm，样板2从410mm升高至350mm），上升至上限位时，吊钩停止动作; 行车右行至镀槽，行车停止运行，吊钩下降; 下降至下限位，电镀 2

9、min 后，吊钩上升，停放 30 s。 (2) 行车继续右行至回收槽，吊钩下降至下限位，让工件在回收槽中浸泡 30 s 后，吊钩上升，停放 15 s。 (3) 行车继续右行至清水槽，清洗 30 s后，吊钩上升，并停放 15 s。 (4) 行车向左运行至左限位，吊钩下降至原位。至 此， 完成一个工件的电镀生产全过程。2.2电镀金的电化学基本原理首先电镀是指通过借助外界的直流电，将溶液进行电解，从而使导电体的表面像金属的表面一样形成一层金属或者是合金。进行金的电镀是一个电沉积的过程，这个过程在发生的时候是严格服从法拉第电解第一定律以及第二定律的，所以只要可以精确的设置电流，就能够获得目标量的金，并

10、由此来进行镀层的厚度。2.3 电镀金镀液的选择 根据电化学理论，电镀加工工件阴极表面是通过电镀液中的预沉积金属离子，在电场的作用下，在阴极表面发生电化学反应，从而沉积成膜。与此同时，通过对镀液的搅拌循环，将电镀加工过程中产生的热量带走，从而维持阴阳极间电镀加工区内镀液温度的稳定。镀液的循环还可以有助于电镀加工区内金属离子浓度的平衡，因此，电镀液是一个成功电镀加工的必要条件。现阶段，工业电镀金工艺，采用较多的是氰化物电镀金溶液。因为氰化物电镀金历史悠久，工艺成熟。此外，氰化物电镀金溶液的稳定性、导电性、极化性能和分散能力都较好，电结晶晶粒细致，分布均匀，镀层具有良好的纯度、光亮度、导电性、焊接性

11、能、与基体结合力等物理性能和抗氧化性、抗腐蚀性等化学性能。随着科学技术的发展，许多研究人员提出无氰电镀金配方，使用较多的是含硫化合物（亚硫酸盐、硫代硫酸盐）作为镀液中金离子的配位体。亚硫酸盐电镀金或硫代硫酸盐电镀金，镀液导电性、极化性能和分散能力较好，且具有较高的镀速和良好的深镀能力，镀金层色泽光亮，各种物理性能和化学性能也非常好。但是，不管是亚硫酸盐电镀金或硫代硫酸盐电镀金的镀液，稳定性较差，在使用过程易分解，有金单质和硫单质（镀层中含硫的原因）析出，不能长时间使用。此外镀液镀速较高，电结晶成核速度较慢，致使电结晶晶粒粗大。 铜基表面电镀金加工对于电镀液选取，有着明确的原则：镀液稳定，可长期

12、使用而不会变质；镀液对操作人员的安全危害较低，可在常规工况下进行电镀。因此，在综合比较含氰化合物电镀金和含硫化合物电镀金的优缺点，铜基表面电镀金试验决定采用柠檬酸金钾作为电镀金溶液配方的镀金主盐。 3.控制系统的硬件选型在上面一章中已经对电镀金流水线的一些生产过程以及对自动控制系统提出的要求作出了介绍，依照所提的要求，我先将控制系统进行了区分，以及对硬件部分也进行了选择。3.1主要器件功能介绍3.1.1直流伺服电机简介伺服电机也叫做执行电机，这种电机有一种控制信号，可以控制机器的运转，当信号还没有来到的时候转子是不动的信号来了之后，转子才会动。这种功能就被称为了伺服，在现在所有的控制系统里面伺

13、服电机有好多优点，比如说他的控制性比较好，稳定性也比较高，而且它的适应能力也非常强，伺服电机的调整功能特别强，反应力也快。直流的伺服电机和一般普通的那种电机相比较：基本的原理都是一样的，但是直流伺服电机里面不同的磁通和磁道就使伺服电机有自转的现象和优点3.1.2 PWM简介PWM控制这个控制器是可以调整脉冲的宽度的，然后通过对脉冲的调整，然后就可以获得我们想要得到的波形，P w m还有一个优点那就是它可以把信号数字化，这样就不用再通过一个模数转换器，将模拟信号转换成数字信号了，使用起来就更加方便，效率就更加的高，很受人欢迎，所以它现在已经是控制电路里面最基本的控制器了。3.1.3传感器选择传感

14、器方面，我们在电镀流水线系统里选用的是霍尔器件，霍尔器件有以下几个性能，一是通过霍尔线性的器件，然后输出需要的模拟量，二是通过或开关的器件，然后输出需要的数字量。这些数据可以在磁场的检测方面得到很好的运用，本身这个器件也有很多的优点，比如说它的重量很小，而且体积也很小，可使用时间也很长，然后不需要定期的更换，它在安装方面也很简单快捷，而且他不怕污渍，不怕灰等，各种优点。还有就是他的额，工作范围也很广，不管在什么温度下，它都可以进行工作。最常用的方式有两种，一种就是电磁式位置传感器，直接把它贴在某一个元器件的表面，然后运行在一个磁场里面，然后通过它电磁式位置，传感器本身的导体性质来传说信号和位置

15、。还有一种就是霍尔元件式位置传感器就是通过它本身的一种半导体的性质，通过信号的有无来进行传感信息。 3.2电路组成3.2.1晶振电路图3-1晶振电路图，用俩电容和一个晶振构成的，然后晶振的频率是12MHZ。图3-1晶振电路图3.2.2复位电路图3-2为复位电路图，用直流电源，电容和电阻构成，这个的主要的性能就是是对单片机进行复位功能。图3-2 复位电路图3.2.3单相桥式整流电路图3-3是单相桥式整流电路图，用四个场效应管IGBT和二极管构成，这个的性能就是把交流电转变成直流电。这个的负载是伺服直流电机,通过控制信号的改变能够调整电机的旋转速度和旋转方向。图3-3 单相桥式整流电路图3.2.4

16、调制电路图3-4是调制电路图，用俩与门和一个非门构成的，这个电路最重要的性能是产生PIW脉冲来控制IGBT.图3-4 调制电路图4.系统硬件设计由电镀行车的控制要求和生产过程得知:输入输出变量均为数字量，需要输入点位15个，输出点位4个。为了降低生产设备成本，选用一个控制模块CPU222和一个数字量扩展模块EM221。4.1系统I/O地址分配根据系统的控制要求，将输入、输出变量与PLC之间地址如表4-1、表4-2所示分配。表4-1 输入变量地址分配输入I/O地址功能SAI0.0手动自动切换SBII0.1起动按钮SB2I0.2停止按钮SB3I0.3右行按钮SB4I0.4左行按钮SBSI0.5上升

17、按钮SB6I0.6下降按钮FRI0.7热维电器过载保护SQ1I1.0下限位开关SQ2I1.1上限位开关SQ3I1.2原点限位开关SQ4I1.31号限位开关SQ5I1.42号限位开关SQ6I1.53号限位开关表4-2 输出变量地址分配输出I/0地址功能KM1Q0.1接触器KM2Q0.2接触器KM3Q0.3接触器KM4Q0.4接触器4.2系统硬件接线系统硬件连接图如图4-1所示。I0.0-I0.7和I1.0-I1.5端口为系统的输入变量，Q0.0-Q0.3为输出变量，SA为手动自动切换开关，SB1-SB6为手动按钮，FR为热继电器，SQ1-SQ6为限位开关，KM1-KM4为接触器。图4-1 系统硬

18、件接线图5.生产线下位控制器控制程序设计5.1控制器面向对象的编程方法1.PLC编程介绍在本次设计中所用到的s7-300/400系列的PLC的编程语言是STEP7,STEP7在语言结构化程序设计方面的优点继承了STEP5。在管理用户编写的程序和程序在运行时所需要的数据的时候用的是文件块的形式，当这些文件就是子程序的时候就能通过调用语句的形式来把他们组成结构化的用户程序，用这种方法所编写的PLC的程序就十分的清洗，而且在后期如果要进行修改也很方便。一般用户程序都是由组织块、数据块、功能块所组成的,在这些组成部分中组织块能够根据操作系统的调用条件再划分为优先级不同的几种类型，其中优先级较高的组织块

19、可以中断优先级较低的组织块。数据块是用于控制程序运行的一种系统操作程序跟用户应用程序在各种状态的接口界面。5.2程序设计步骤在本次设计中共用到了一台s7-400控制站以及四个远程I/O站,因为本次设计的重点是对旧的系统的改进和优化，所以对原下位机是不进行改动的，只在程序方面进行一点简单的优化。1.创建功能说明书这一步是要先将自动化过程进行分解，然后对分解后的各个部分进行单独的分析，并将每一部分所必须要有的功能和实现方法、输入输出结果等等过程用文字描述出。在每一部分的功能说明书都完成之后就能将系统提出的总体的技术要求进行统计、归纳和整理。所以说创建功能说明书是包括系统设备的选型、硬件的配置、程序

20、的设计、程序的调试等等重要技术的基础，同时也是整个系统的技术文档的极为重要的组成部分。2.分过程功能说明书完成一份内容详细准确的功能说明说对于一个控制系统来说是不可或缺的，而且这也是完成整个控制过程的关键的一步。在描述整个过程中的一个分过程的功能描述的时候必须要包括下面这些动作：点数及其电气特性、逻辑状态与物理状态、电气或机械状态的对应关系与处理过程、设备的其他部分的连接互锁等相互依赖的逻辑关系、与操作员站的接口关系。3.总体功能说明书在完成上一步的各个分过程的描述之后，根据具体的功能要求，归纳出整个系统提出的功能要求。4.编制程序程序设计分为主程序和子程序。主程序如图5-1所示，其主要功能是

21、完成系统的起动和初始化程序，以及调用子程序。主程序由4个网络组成:设置每个工艺的时间常数、手动控制、自动控制、手自动切换及过载保护部分。在主程序中，在设置时间常数中用到了MOV-W移动指令，SM0.1为特殊寄存器，VW0-VW10是变量寄存器，M0.0、M0.7均为中间继电器，(S)和()为置位复位指令，SB-0和SB-1为系统调用的子程序。由于子程序过于复杂，所以仅给出子程序顺序控制图，如图5-2所示。图中，S0.1-S2.2是PLC中的顺序控制继电器，T1-T6为定时器。5.3组态画面设计组态画面是上位机的重要组成部分。本系统的组态画面采用组态王655软件制作完成。组态画面可以实时显示电镀

22、生产线上设备运行状态及每一步的运行时间等信息。工人也可以通过监控画面对现场设备状况及工艺时间进行实时调整，并且可以完成手动自动切换的操作，既方便，又省时省力，提升了工厂的自动化水平。5-3为系统监控画面。要想让监控画面动态实时显示，必须保证变量设置的正确性，确保设置变量与PLC编写程序中的I/O地址和类型一致。在组态王与PLC通信时需要在组态王软件中添加西门子S7200PLC，并且选择串口COM1，地址设为0。双击COM1，确保对串口的通信参数设置与PLC设置完全一致，这样才能保证通信顺畅。图5-3为系统监控画面图5-1 PLC主程序 图5-1 PLC子程序控制图5.4调试过程及结果在进行系统

23、的调试时，要先将各个子系统的控制器单独进行调试，调试的时候先把硬件组态下载到PLC里。等到所有的硬件组态和硬件的连接都确认无误之后再将具体的程序下载到控制器中，确认所有的硬件组态、硬件连接无误后,再将程序下载至控制器,在调用子程序之前，要先逐个调用子程序完成各个回路各个功能的单独测试，并且要确保无误。方便在后面发现错误时进行及时改正。等到调试完毕所有子系统的控制器程序之后，在进行子系统的通讯测试和数据传输测试。在进行子系统的控制器的调试时，只需要修改一些数据块和把一些上位机的数据处理放到控制器中来执行就行了。6.总结与展望在本次论文中我通过对电镀流水线的生产过程、使用的控制方法和未来的发展预测

24、等多个方面进行分析，设计出了一整套电镀流水线的控制系统。本次电镀流水线控制系统的设计在经过前期的调查准备、对系统原来的系统的分析之后，做出了对系统的硬件和软件进行替换的方案，在之后进行了控制系统的设计阶段，因为本次设计的重点是对原有系统的优化和整改，所以一些工作就是在原有的控制系统的基础之上作出更加深入的研究讨论。在本次论文的书写过程中，深入的分析了单机控制和网络控制两种形式的控制，并讨论了关于实现远程监视及控制的可能性，但是因为知识以及时间的限制，在很多系统的具体操作等部分没有进行详细的描述，而且一些电镀行业的特殊要求也没点出来，这些方面应该在以后进行加强。参考文献1李雅妮,肖鹏.基于PLC

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