浅谈PLC在电镀车间专用行车自动控制中的应用

摘要:本文主要阐述了如何使用plc对电镀车间的专用行车实现自动控制及其应用情况,在介绍完电镀生产线的组成及工艺流程后,给出该生产工艺的控制原理图及PLC的I/O接线图与软件梯形图,最后分析了软件梯形图程序的工作原理并给出结论。

关键词:可编程控制器 电镀 梯形图

前言:在众多生产领域中,工业电镀生产线工位多、生产复杂,电镀产品的质量除了要有好的电镀工艺和镀液添加剂外,如何保证电镀产品严格按照电镀工艺流程运行和保证产品的电镀时间则是决定电镀产品质量和品质的重要因素。电动行车是电镀生产线上用于物料输送的重要设备,对行车的控制则是保证电镀产品质量的关键,在传统的控制方式下,大都采用人工操纵的继电器接触控制的半自动控制方式,使用硬连接电器多,可靠性差,自动化程度不高,维护也困难,目前已有许多企业采用先进控制器对传统接触控制进行改造,以提高控制系统的可靠性和自控程度,本文提出在电镀生产车间用PLC对专用行车进行自动化控制,不但可以提高系统的可靠性,使电镀产品的质量和品质得到严格的保证,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。核心部分是用PLC实现自动控制程序的实现。

一、系统及工艺简介

电镀车间专用行车是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。采用的是远距离控制,起吊重量在500KG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如图所示。

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(根据各槽停留时间预先按工艺要求设定)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个加工循环。

为了节约场地,适应批量生产需要,提高设备利用率和发挥最大经济效益,对于不同零件,其镀层要求和工艺过程是不相同的。所以电镀车间专用行车的电气控制系统要针对不同的工艺流程(例如镀金、镀银、镀锌)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。工作是除具有自动控制的大车前\后移动与吊物上\下移动外,还有调整吊篮位置的小车左\右移动。生产线上镀槽的数量,由用户综合各种电镀工艺的需要提出要求,电镀种类越多,则槽数也越多,为简化设计过程,本设计暂定5个电镀槽,停留时间有用户根据工艺要求进行调整。

二、控制系统设计

1、主电路设计

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(JO2-12-4型0.8kW、1.99A、1410r/min、380V)分散拖动,并采用一级机械减速。(如图所示)。

专用行车的左右、前后及上下运动分别由电动机M1、M2、M3拖动,并由接触器KM1、KM 2、KM3、KM4及KM5、KM6分别控制电动机M1、M2、M3的正反转。

电动机M2、M3为自动控制连续运转,由热继电器FR1、FR2实现过载保护。电动机M1为点动短时工作,所以不设过载保护。

隔离开关QS作为电源控制,由熔断器FU1实现短路保护。为保证准确停车,并考虑到前后与升降运动由同一型号的电动机拖动,并且不能同时工作。所以停车时,可采用同一个直流电源实现能耗制动。直流电源可采用低压交流电源经单相桥式整流得到。能耗制动回路中设有单独的短路保护,由熔断器FU2、FU4实现短路保护。

考虑到升降运动吊有一定的重量,在行车平移中,需设置电磁铁抱闸制动控制。三相电磁铁YA与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,抱闸刹车,使吊篮稳定停留在空中,能安全地前后平移。

2、PLC型号选择及地址分配

根据本设计的专用行车的控制要求,选用三菱公司的FX2N-64MR型PLC,其基本I/O点数为:输入32点,输出32点。

在电镀专用行车PLC控制系统中,PLC的I/O点数随电镀槽的数目不同而不同。5个电镀槽时,共需要PLC有26点的输入,21点的输出;每增加一个槽,会增加2点的输入、1点的输出,其中2点的输入一个用于槽位控制行程开关,另一个用于槽位选择开关;1点的输出为槽位指示灯。如果电镀槽的数量较多,可根据需要再配用FX2N系列的扩展单元。

3、PLC控制程序设计

根据系统的工作过程、控制要求和PLC的外部接线图,设计的梯形图如图所示。说明如下:

①吊篮的左右移动,由Y001和Y002控制M1的正反转实现。M1的正转左移,反转右移,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Y003、Y004、Y005、Y006常闭,以实现联锁。

②根据电镀工艺要求,行车前进运动与升降运动为自动控制,其控制过程是:在原位状态下,按下SB10,KM3吸合,行车前进,当运行至需要停留的槽位,例如至1槽,由运动挡铁压下固定于道轨一侧的行程开关SQ1,SQ1常开触点接通使M2停止运转,同时接通前进制动回路,使M2制动,行车准确停在1槽位。在行车停止在1槽位时,要求接通KM6,使M3正转,吊篮下降,至下限保护开关SQ11动作,使KM6失电,M3失电,三相电磁铁YA释放,抱闸刹车,根据工艺要求不同,吊篮在每个电镀槽停留的时间不同,由用户根据工艺要求进行设定。为简化设计过程,本设计暂定吊篮在第1槽停留的时间为10秒,在第2槽停留的时间为20秒,在第3槽停留的时间为30秒,在第4槽停留的时间为40秒,在第5槽停留的时间为50秒。吊篮在槽位停留的时间结束后,应该马上接通M3反转,吊篮上升,至上限保护开关SQ10动作,使KM5失电,M3失电,三相电磁铁YA释放,抱闸刹车,根据工艺要求不同,吊篮在电镀槽电镀后要停留的时间不同,由用户根据工艺要求进行设定。为简化设计过程,本设计暂定吊篮在第1槽电镀后停留的时间为10秒,在第2槽电镀后停留的时间为20秒,在第3槽电镀后停留的时间为30秒,在第4槽电镀后停留的时间为40秒,在第5槽电镀后停留的时间为50秒。吊篮在电镀后停留的时间结束,又马上接通KM3,行车再次前进,如此循环,直至按工艺要求完成零件的电镀过程,行车到达终点,压下SQ8前进限位开关,接通前进制动回路后,接通KM4,使行车自动回到原位。若工艺要求2槽无需要电镀加工,则可扳动SA2,则行车会继续前进,直接到3槽加工。

③在生产过程中由指示灯HL1~HL5和HL12显示行车的停留位置,由HL6~HL11显示行车的运行状态,并由HL13显示电源

4、主要参数计算

①FU1熔体额定电流

IRN ≥ 7IN/2.5 = 7*1.99/2.5A = 5.6A

故选用IRN=6A,其余熔体额定电流选用2A.

②能耗制动参数计算

制动电流 ID = 1.5IN = 3A

直流电压 UD = IDR = 30V (R为定子两相电阻,可查电工手册得知)

整流变压器二次侧交流电流I2 = 3/0.9A = 3.33A

整流变压器二次侧交流电压U2 =30/0.9V = 33.3V

整流变压器容量S = I2 U2 =100VA

5. 选择电器元件

序 代号 名称 数量 规格型号 备注

1 M1～M3 电动机 3 JO2-12-4

2 FR1、FR2 热继电器 2 JR10-20/3 整定值2A

3 YA 三相制动电磁铁 1 JC2～380V

4 FU1～FU3 熔断器 3 RL1-15 FU1熔体额定电流6A,其余2A

5 VC 整流器 1 QL5A,100V

6 TC 变压器 1 BK-100

7 QS 电源开关 1 HZ10-10/3

8 SB1～SB7 按钮 7 LA19-11

9 KM1～KM8 接触器 8 CJ10-10 10A/380 线圈额定电压为220V

10 SQ1～SQ5 行程开关 5 LXK2-131

11 SQ6～SQ11 限位开关 6 JLXK1-411

12 SA1～SA5 转换开关 5 HZ10-10/13

13 HL1～HL13 指示灯 13 KH508-TL DC 24V

14 PLC 可编程控制器 1 FX2-64MR

三、结束语

将由人工操纵的半自动化电动行车改造为自动化控制,可以大大提高生产效率。选用PLC作为电动行车自动运行的控制器,不仅可以方便地实现各种控制功能,而且可以适应行车所处的恶劣的工作环境,无需在硬件上采取过多的措施。简化了电气控制系统的硬件和接线,减少了控制器的体积,提高了控制系统的灵活性,提高系统的可靠性。应用表明,PLC在旧电动行车的自动化改造和新型电动行车的设计中,有广泛的应用前景。

参考文献:

[1]《技师论文撰写与答辩》 广东经济出版社 广东省职业技能鉴定指导中心编 2001.10(2008.1重印)

[2]《PLC的原理与编程实例分析》 程子华 编著 国防工业出版社

[3]聂春泉.自动电镀生产线控制系统[J].工业控制技术,2005(4):95-97

[4]三菱公司FX2系列可编程序控制器使用手册[Z].2001.