電鍍生產(chǎn)線(xiàn)自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

摘 要：本文介紹了電鍍生產(chǎn)線(xiàn)自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，通過(guò)PLC編程的設(shè)計(jì)，以及電鍍生產(chǎn)線(xiàn)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、調(diào)試與分析對(duì)電鍍生產(chǎn)線(xiàn)自動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行論述。

關(guān)鍵詞：電鍍生產(chǎn)線(xiàn)；自動(dòng)控制系統(tǒng)；設(shè)計(jì)

中圖分類(lèi)號(hào)：TQ150 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1 前言

電鍍是在基材上鍍上金屬鍍層，改變基材表面性質(zhì)或尺寸。電鍍能增強(qiáng)采用耐腐蝕金屬的抗腐蝕性鍍層、增加硬度、防止磨耗、提高導(dǎo)電性、潤(rùn)滑性、耐熱性和表面美觀。通過(guò)電鍍，可以在機(jī)械制品上獲得裝飾保護(hù)性和各種功能性的表面層，還可以修復(fù)磨損和加工失誤的工件。電鍍工藝實(shí)現(xiàn)對(duì)其自動(dòng)化控制，可以減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度，減少工人職業(yè)病發(fā)病率，提高了生產(chǎn)效率和生產(chǎn)質(zhì)量，它主要應(yīng)用于金屬防腐蝕、防護(hù)裝飾、抗磨損、電性能（根據(jù)零件工作要求，提供導(dǎo)電或絕緣性能的鍍層）和工藝要求。

2 電鍍技術(shù)

電鍍是一門(mén)具有悠久歷史的表面處理技術(shù)，近幾年來(lái)，隨著新的工藝技術(shù)方法，尤其是一些新的鍍層材料和復(fù)合電鍍技術(shù)的出現(xiàn)，極大擴(kuò)展了這一項(xiàng)表面處理技術(shù)的應(yīng)用。并使其成為現(xiàn)代表面工程技術(shù)的重要組成部分。通過(guò)對(duì)電鍍生產(chǎn)線(xiàn)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)不僅能讓我們更多的了解到電鍍這個(gè)工藝的發(fā)展前景，而且能讓我們重新認(rèn)識(shí)到用PLC來(lái)設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的使用價(jià)值。電鍍生產(chǎn)線(xiàn)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)基本完成，在設(shè)計(jì)當(dāng)中能夠增強(qiáng)操作的方便性，元件的實(shí)惠性和工藝的簡(jiǎn)單性。PLC的編程是電鍍生產(chǎn)線(xiàn)自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)最主要的一部分，在整個(gè)電鍍生產(chǎn)自動(dòng)控制系統(tǒng)中發(fā)揮著重要的作用。隨著科學(xué)發(fā)展，電鍍生產(chǎn)工藝也不斷更新，例如一種電鍍生產(chǎn)的清洗水不排放新工藝，即自然閉路循環(huán)工藝。它除設(shè)有電鍍槽和清洗槽外，還設(shè)有儲(chǔ)液槽。工藝上通過(guò)一個(gè)周期對(duì)清洗槽進(jìn)行一次翻槽以及用儲(chǔ)液槽中的液體來(lái)彌補(bǔ)渡槽鍍液由于蒸發(fā)產(chǎn)生的損失量等措施，達(dá)到了使電鍍液的蒸發(fā)量與清洗水回收量的平衡，從而實(shí)現(xiàn)了電鍍生產(chǎn)過(guò)程不排放任何清洗水的工藝。不僅大大減少了用水量，還使清洗液中的電鍍液對(duì)環(huán)境的嚴(yán)重污染減輕，因此，它有很好的經(jīng)濟(jì)效益及社會(huì)效益。電鍍生產(chǎn)線(xiàn)種類(lèi)也很多，例如：?jiǎn)五兎N環(huán)形電鍍線(xiàn)、釣魚(yú)式環(huán)型自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)、垂直升降懸臂式電鍍生產(chǎn)線(xiàn)、龍門(mén)式自動(dòng)控制電鍍生產(chǎn)線(xiàn)、中柱直線(xiàn)式電鍍生產(chǎn)線(xiàn)等。

3 電鍍生產(chǎn)線(xiàn)自動(dòng)化控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

3.1 PLC編程設(shè)計(jì)

PLC可編程序控制器主要由CPU（中央處理單元）、存儲(chǔ)器（RAM和EPROM）、輸入/輸出模塊（簡(jiǎn)稱(chēng)I/O模塊）、編程器和電源五大部分組成。CPU模塊又叫中央處理單元或控制器，它主要由微機(jī)處理器（CPU）和存儲(chǔ)器組成；CPU的作用類(lèi)似于人類(lèi)的大腦和心臟，它采用掃描方式工作，每一次掃描要完成：輸入處理、程序執(zhí)行、輸出處理。存儲(chǔ)器可編程控制器存儲(chǔ)器中配有兩種存儲(chǔ)系統(tǒng)，即用于存放系統(tǒng)程序的系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器和存放用戶(hù)程序的用戶(hù)程序存儲(chǔ)器； 存儲(chǔ)器可分為：只讀存儲(chǔ)器，隨機(jī)存儲(chǔ)器。I/O模塊是聯(lián)系外部現(xiàn)場(chǎng)和CPU模塊的橋梁；輸入模塊用來(lái)接收和采集輸入信號(hào)，輸入信號(hào)有兩類(lèi)：一類(lèi)是從按鈕、選擇開(kāi)關(guān)、數(shù)字開(kāi)關(guān)、限位開(kāi)關(guān)、接收開(kāi)關(guān)、壓力繼電器等來(lái)的開(kāi)關(guān)量輸入信號(hào)；另一類(lèi)是由電位器、熱電偶、測(cè)速發(fā)電機(jī)、各種變送器提供的連續(xù)變化的模擬量輸入信號(hào)。可編程序控制器通過(guò)輸出模塊控制接觸器、電磁閥、電磁鐵、調(diào)節(jié)閥、調(diào)速裝置等執(zhí)行器，可編程序控制器控制的另一類(lèi)外部負(fù)載是指示燈、數(shù)字顯示裝置和報(bào)警裝置等。編程器除了用來(lái)輸入和編輯程序外，還可以用來(lái)監(jiān)視可編程序控制器運(yùn)行時(shí)梯形圖中各種編程元件的工作狀態(tài)。編程器可以永久地連續(xù)在可編程序控制器上，將它取下來(lái)后可編程序控制器也可以運(yùn)行。一般只在程序輸入、調(diào)試階段和檢修時(shí)使用，一臺(tái)編程器可供多臺(tái)可編程序控制器公用。PLC的外部工作電源一般為單相85～260V 50/60Hz交流電源，也有采用24～26V直流電源的。使用單相交流電源的PLC，往往還能同時(shí)提供24V直流電源，供直流輸入使用。PLC對(duì)其外部電源的穩(wěn)定度要求不高，一般可允許±15%左右。PLC是采用“順序掃描，不斷循環(huán)”的方式進(jìn)行工作的，即在PLC運(yùn)行時(shí)，CPU根據(jù)用戶(hù)按控制要求編制好并存放于用戶(hù)程序存儲(chǔ)器中的程序，按指令步序號(hào)做周期性循環(huán)掃描，如無(wú)跳轉(zhuǎn)指令，則從第一條指令開(kāi)始逐條順序執(zhí)行用戶(hù)程序，直至程序結(jié)束，然后重新返回第一條指令，開(kāi)始下一輪新的掃描。在每次掃描過(guò)程中，還要完成對(duì)輸入信號(hào)的采樣和對(duì)輸出狀態(tài)的刷新等工作。

3.2 電鍍生產(chǎn)線(xiàn)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

電鍍生產(chǎn)線(xiàn)如圖1所示

系統(tǒng)中有一個(gè)工作方式選擇旋鈕，可選擇手動(dòng)、單周期、單步和連續(xù)工作四種方式；有1個(gè)啟動(dòng)按鈕、1個(gè)停止按鈕和4個(gè)手動(dòng)操作按鈕；S1～S6為位置檢測(cè)傳感器。手動(dòng)工作方式是用4個(gè)按鈕，分別控制行車(chē)吊籃的上升、下降、左行和右行。工作周期是吊籃從原點(diǎn)（初始狀態(tài)）開(kāi)始，將工件從原點(diǎn)按照設(shè)計(jì)的工序完成相應(yīng)的工作，最后再返回原點(diǎn)的過(guò)程，稱(chēng)為一個(gè)工作周期。單周期工作方式是在原點(diǎn)位置按下起動(dòng)按鈕（輸入點(diǎn)），生產(chǎn)線(xiàn)按要求完成一個(gè)周期工作后，返回并停留在原點(diǎn)。連續(xù)工作方式是在原點(diǎn)按下起動(dòng)按鈕，電鍍生產(chǎn)線(xiàn)完成一個(gè)周期的工作后，繼續(xù)下一個(gè)周期的工作；當(dāng)按下停止按鈕時(shí)，電鍍生產(chǎn)線(xiàn)并不馬上停止工作，而是完成當(dāng)前周期的工作后，返回原點(diǎn)停止。單步工作方式是從初始步開(kāi)始，每按一下起動(dòng)按鈕，程序運(yùn)行一步即停止；當(dāng)再次按下起動(dòng)按鈕，程序又運(yùn)行一步……，即每按一次起動(dòng)按鈕，程序只運(yùn)行一步。

電鍍的工作流程：?jiǎn)?dòng)→吊鉤上升→上限行程開(kāi)關(guān)S5閉合→右行至清洗槽上方→S2行程開(kāi)關(guān)閉合→吊鉤下降進(jìn)入清洗槽→下限行程S6開(kāi)關(guān)閉合→電鍍延時(shí)1分鐘→吊鉤上升→上限行程開(kāi)關(guān)S5閉合→右行至風(fēng)干槽上方→S3行程開(kāi)關(guān)閉合→吊鉤下降進(jìn)入風(fēng)干槽→下限行程開(kāi)關(guān)S6閉合→電鍍延時(shí)1分鐘→吊鉤上升→上限行程開(kāi)關(guān)S5閉合→右行至電鍍池上方→S4行程開(kāi)關(guān)閉合→吊鉤下降進(jìn)入電鍍池→下限行程開(kāi)關(guān)S6閉合→電鍍延時(shí)10分鐘→由3號(hào)槽內(nèi)吊鉤上升，繼續(xù)右行，碰到右限位S7，然后左行至左限位S1，吊鉤下降至下限位S6，即原位。

3.3 電鍍生產(chǎn)線(xiàn)自動(dòng)控制系統(tǒng)調(diào)試分析

電鍍生產(chǎn)線(xiàn)自動(dòng)控制系統(tǒng)的調(diào)試分析是以PLC控制程序的設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)的。在PLC控制程序的設(shè)計(jì)過(guò)程中，我們需要考慮各個(gè)方面的因素條件，如電鍍物品的質(zhì)量（負(fù)荷大小）、行車(chē)移動(dòng)速度和負(fù)荷升降速度等因素。考慮負(fù)荷升降速度的原因是，系統(tǒng)的啟動(dòng)與制動(dòng)由于受到物體慣性的影響，為了確保制動(dòng)能夠?qū)崿F(xiàn)要充分考慮電鍍物品的質(zhì)量（負(fù)荷大小）、行車(chē)移動(dòng)速度和負(fù)荷升降速度等因素。將編好的PLC控制程序梯形圖導(dǎo)入S7-200仿真軟件中，打開(kāi)RUN運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行仿真調(diào)試。通過(guò)調(diào)節(jié)按鈕開(kāi)關(guān)對(duì)程序進(jìn)行驗(yàn)證，觀察現(xiàn)象來(lái)確定程序是否可行。按照I/O分配表的語(yǔ)句說(shuō)明找到指定的開(kāi)關(guān)按鈕，按照設(shè)計(jì)流程方案進(jìn)行調(diào)試，通過(guò)按動(dòng)不同的開(kāi)關(guān)按鈕來(lái)觀察程序運(yùn)行情況，并修改，直到達(dá)到要求后。通過(guò)對(duì)各種不同工作狀態(tài)的假設(shè)仿真來(lái)完成各種不同的工作情況，將設(shè)計(jì)思路中的工作流程完成就說(shuō)明該次設(shè)計(jì)成功。將可行的梯形圖程序下載到S7-200實(shí)驗(yàn)箱中運(yùn)行操作。

結(jié)語(yǔ)

用PLC輔以變頻器對(duì)電鍍自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)行車(chē)進(jìn)行自動(dòng)控制，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、編程方便、操作靈活、使用安全、工作穩(wěn)定、性能可靠和抗干擾能力強(qiáng)的特點(diǎn)，是一種很有效的自動(dòng)控制方式，是電鍍生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)高效、低成本、高質(zhì)量自動(dòng)化生產(chǎn)的發(fā)展的主流方向，因此，我們需要從電鍍生產(chǎn)線(xiàn)自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)的實(shí)際出發(fā)，充分借鑒西方發(fā)達(dá)國(guó)家的管理經(jīng)驗(yàn)，促進(jìn)我國(guó)電鍍生產(chǎn)線(xiàn)自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)的合理性與科學(xué)性。

參考文獻(xiàn)

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