基于PLC的自動化電鍍生產線設計

溫金龍

(江西新能源科技職業(yè)學院，江西 新余 338000)

0 引言

電鍍是現代工業(yè)生產中的重要加工環(huán)節(jié)，它基于電解作用原理，在一定化學反應環(huán)境下使金屬或其他材質的工件表面附著一層金屬膜，以起到提升工件耐磨性、機械硬度、導電性、反光性以及增強工件的抗氧化特性的作用。目前，絕大多數企業(yè)的電鍍生產線仍采用半自動化作業(yè)模式，即：采用常規(guī)的繼電器、接觸器和機械機構流水線，對電鍍作業(yè)過程進行啟停控制，這種控制模式相較于傳統(tǒng)的手工模式而言效率更高，但也存在作業(yè)流程難以監(jiān)控、操控過程自動化水平低、可編程控制性能較差等劣勢，不利于提升電鍍加工作業(yè)的先進性。基于此，本系統(tǒng)重點引入PLC可編程控制、MCGS組態(tài)觸摸屏監(jiān)控等技術對常規(guī)電鍍作業(yè)生產線進行了改進升級，以提升電鍍作業(yè)的自動化水平、監(jiān)控操作和可編程作業(yè)性能。

1 系統(tǒng)工藝流程

金屬工件電鍍作業(yè)通常需要經過電鍍、滴液、清潔、入庫存儲等工藝流程，基于PLC設計的自動化電鍍生產線將這些工藝流程進行集成，引入可編程控制、觸摸屏監(jiān)控、設備機械構建改造等技術元素，實現電鍍作業(yè)的全自動化。整套系統(tǒng)的主要機械構件由電鍍槽、回收槽和清水槽組成。

全套工藝流程(見圖1)為：第一步，金屬工件由吊鉤電機抓取經過固定通道運送至電鍍槽，并在電鍍槽中進行300 s電鍍作業(yè)，之后停放30 s作簡單滴液處理；第二步，由吊鉤電機運送工件至回收槽30 s，作浸漬處理；第三步，由吊鉤電機將工件從回收槽中提起，并靜置15 s作二次滴液處理，之后運送至清水槽清洗30 s，再由吊鉤電機提起后行車運送入庫存儲。以下為自動化電鍍生產線工藝流程示意圖，CG1～CG6為限位傳感器。

圖1 系統(tǒng)工藝流程示意圖

2 系統(tǒng)硬件設計

2.1 硬件控制要求

本系統(tǒng)的硬件部分由PLC控制模塊、吊鉤電機、限位傳感器、輔助繼電器、電鍍作業(yè)機械機構(電鍍槽，回收槽，清水槽)、組態(tài)觸摸屏等組成。要求按下啟動開關SB1后，整個電鍍作業(yè)過程能夠自動進行，控制流程為：啟動后行車在原位，吊鉤電機下降至最低限位時，行車左限位傳感器CG4、吊鉤下限位傳感器CG6被置位，操作人員將待電鍍工件放在掛具上，之后自動運行“電鍍—滴液—浸漬—清潔—存儲”等系列化作業(yè)流程。具體的硬件控制要求如下。

1)吊鉤抓取工件上升。按下啟動開關SB1后，PLC內部寄存器M0.1置位，吊鉤電機帶動工件從原位上升，當電機運動至上限位傳感器CG5時，停止上升。

2)行車電機運送工件。當CG5傳感器置位后，PLC內部寄存器M0.2置位，行車電機正轉運行，帶動工件向前運行，當行車電機運動至CG1傳感器位后，停止前進動作，PLC內部寄存器M0.3置位，吊鉤電機帶動工件下降至電鍍槽中。

3)執(zhí)行電鍍工藝。當吊鉤電機下降至下限位傳感器CG6位置時停止，同時PLC內部寄存器M0.4置位，定時器T0開始定時300 s，工件在電鍍槽中執(zhí)行電鍍工藝。

4)工件定時滴液。T0定時結束后，PLC內部寄存器M0.5置位，吊鉤電機帶動工件上升至上限位傳感器CG5處后停止，PLC內部寄存器M0.6置位，同時定時器T1開始定時30 s，工件進行定時滴液。

5)工件定時浸漬。當T1定時器結束計時后，PLC內部寄存器M0.7置位，行車電機帶動工件反轉運行至回收槽上方，行車電機停止，吊鉤電機再帶動工件向下運行至回收槽，定時器T2開始計時30 s，執(zhí)行工件定時浸漬。

6)工件定時清潔。工件定時浸漬結束后，行車電機和吊鉤電機按照5)流程將工件運送至清水槽進行定時清潔。

7)工件入庫存儲。當工件清潔結束后，行車電機和吊鉤電機按秩序運動，執(zhí)行工件入庫存儲。

此外，在工件進行電鍍作業(yè)的過程中，倘若發(fā)生意外事故需要急停，操作員可按下停止按鈕SB2，當工件電鍍作業(yè)結束后，操作員重新按下SB1按鈕，可執(zhí)行下一工件的自動化電鍍作業(yè)。

2.2 硬件地址分配

該系統(tǒng)采用西門子S7-200型PLC作為控制核心器件，外接指示燈、接觸器、按鈕開關、電機、傳感器、繼電器等部件，構成電鍍自動化作業(yè)生產線系統(tǒng)。具體的硬件地址分配如下。

1)輸入地址。占用PLC的I0端口，I0.0-行車右限位傳感器CG1，I0.1-行車回收槽定位傳感器CG2，I0.2-行車清水槽定位傳感器CG3，I0.3-行車左限位傳感器CG4，I0.4-吊鉤電機上限位傳感器CG5，I0.5-吊鉤電機下限位傳感器CG6，I0.6-啟動開關SB1，I0.7-停止開關SB2。

2)輸出地址。Q0.0-運行指示燈L1，Q0.1-吊鉤電機正轉KM，Q0.2-吊鉤電機反轉KM，Q0.3-行車電機正轉KM，Q0.4-行車電機反轉KM，Q0.5-電鍍執(zhí)行傳感線圈，Q0.6-滴液執(zhí)行傳感線圈，Q0.7-清潔執(zhí)行傳感線圈。

3 系統(tǒng)軟件設計

3.1 梯形圖程序設計

系統(tǒng)梯形圖程序編譯思路如圖2所示，采用步進順序控制編程思想，其中，啟動至執(zhí)行電鍍工藝階段程序編譯，需要運用M0.1～M0.3寄存器，電鍍工藝至滴液工藝階段程序編譯，需要運用M0.4～M0.6寄存器，滴液工藝至清潔工藝階段，需要運用M0.7寄存器。各工藝階段內程序編譯所占用的外部寄存器地址根據硬件地址分配選用。

圖2 系統(tǒng)梯形圖設計思路

3.2 組態(tài)監(jiān)控界面設計

本系統(tǒng)運用MCGS組態(tài)軟件編譯監(jiān)控界面，并應用昆侖通泰TPC7062K為硬件觸摸控制屏。具體的監(jiān)控界面如圖3所示，主要應用到指示燈3、標準按鈕、標簽3種控件，電鍍執(zhí)行指示燈L1、滴液執(zhí)行指示燈L2、清潔執(zhí)行指示燈L3分別與PLC的Q0.5、Q0.6和Q0.7地址位關聯，啟動開關SB1和停止開關SB2分別與PLC的I0.6和I0.7地址位關聯。實際工作時，操作人員可在觸摸屏上按下SB1啟動系統(tǒng)，并根據L1、L2和L3指示燈的狀態(tài)確定系統(tǒng)執(zhí)行的工藝流程，按下SB2虛擬按鈕后，系統(tǒng)停止運行。通過組態(tài)監(jiān)控界面能夠實現對整套系統(tǒng)的遠程自動化操控。

圖3 自動化電鍍生產線組態(tài)監(jiān)控界面

4 結語

系統(tǒng)設計完成后，運用于電鍍企業(yè)進行現場調試，結果顯示：系統(tǒng)實現了對工件電鍍作業(yè)的全程自動化操控，系統(tǒng)響應時間、作業(yè)誤差率和運行效率均滿足預期設計要求，說明所設計的生產線系統(tǒng)具有一定的可靠性和應用價值。在后期的設計中，可增設電鍍作業(yè)報警傳感指示、手動自動模式切換等功能，使系統(tǒng)的應用性得到進一步優(yōu)化。