電鍍生產線自動控制系統的設計與實現

摘 要：本文介紹了電鍍生產線自動控制系統的設計與實現，通過PLC編程的設計，以及電鍍生產線控制系統的設計、調試與分析對電鍍生產線自動控制系統進行論述。

關鍵詞：電鍍生產線；自動控制系統；設計

中圖分類號：TQ150 文獻標識碼：A

1 前言

電鍍是在基材上鍍上金屬鍍層，改變基材表面性質或尺寸。電鍍能增強采用耐腐蝕金屬的抗腐蝕性鍍層、增加硬度、防止磨耗、提高導電性、潤滑性、耐熱性和表面美觀。通過電鍍，可以在機械制品上獲得裝飾保護性和各種功能性的表面層，還可以修復磨損和加工失誤的工件。電鍍工藝實現對其自動化控制，可以減輕工人勞動強度，減少工人職業病發病率，提高了生產效率和生產質量，它主要應用于金屬防腐蝕、防護裝飾、抗磨損、電性能（根據零件工作要求，提供導電或絕緣性能的鍍層）和工藝要求。

2 電鍍技術

電鍍是一門具有悠久歷史的表面處理技術，近幾年來，隨著新的工藝技術方法，尤其是一些新的鍍層材料和復合電鍍技術的出現，極大擴展了這一項表面處理技術的應用。并使其成為現代表面工程技術的重要組成部分。通過對電鍍生產線控制系統的設計不僅能讓我們更多的了解到電鍍這個工藝的發展前景，而且能讓我們重新認識到用PLC來設計控制系統的使用價值。電鍍生產線控制系統的設計基本完成，在設計當中能夠增強操作的方便性，元件的實惠性和工藝的簡單性。PLC的編程是電鍍生產線自動控制系統設計最主要的一部分，在整個電鍍生產自動控制系統中發揮著重要的作用。隨著科學發展，電鍍生產工藝也不斷更新，例如一種電鍍生產的清洗水不排放新工藝，即自然閉路循環工藝。它除設有電鍍槽和清洗槽外，還設有儲液槽。工藝上通過一個周期對清洗槽進行一次翻槽以及用儲液槽中的液體來彌補渡槽鍍液由于蒸發產生的損失量等措施，達到了使電鍍液的蒸發量與清洗水回收量的平衡，從而實現了電鍍生產過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環境的嚴重污染減輕，因此，它有很好的經濟效益及社會效益。電鍍生產線種類也很多，例如：單鍍種環形電鍍線、釣魚式環型自動生產線、垂直升降懸臂式電鍍生產線、龍門式自動控制電鍍生產線、中柱直線式電鍍生產線等。

3 電鍍生產線自動化控制系統的設計與實現

3.1 PLC編程設計

PLC可編程序控制器主要由CPU（中央處理單元）、存儲器（RAM和EPROM）、輸入/輸出模塊（簡稱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，它主要由微機處理器（CPU）和存儲器組成；CPU的作用類似于人類的大腦和心臟，它采用掃描方式工作，每一次掃描要完成：輸入處理、程序執行、輸出處理。存儲器可編程控制器存儲器中配有兩種存儲系統，即用于存放系統程序的系統程序存儲器和存放用戶程序的用戶程序存儲器； 存儲器可分為：只讀存儲器，隨機存儲器。I/O模塊是聯系外部現場和CPU模塊的橋梁；輸入模塊用來接收和采集輸入信號，輸入信號有兩類：一類是從按鈕、選擇開關、數字開關、限位開關、接收開關、壓力繼電器等來的開關量輸入信號；另一類是由電位器、熱電偶、測速發電機、各種變送器提供的連續變化的模擬量輸入信號。可編程序控制器通過輸出模塊控制接觸器、電磁閥、電磁鐵、調節閥、調速裝置等執行器，可編程序控制器控制的另一類外部負載是指示燈、數字顯示裝置和報警裝置等。編程器除了用來輸入和編輯程序外，還可以用來監視可編程序控制器運行時梯形圖中各種編程元件的工作狀態。編程器可以永久地連續在可編程序控制器上，將它取下來后可編程序控制器也可以運行。一般只在程序輸入、調試階段和檢修時使用，一臺編程器可供多臺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，往往還能同時提供24V直流電源，供直流輸入使用。PLC對其外部電源的穩定度要求不高，一般可允許±15%左右。PLC是采用“順序掃描，不斷循環”的方式進行工作的，即在PLC運行時，CPU根據用戶按控制要求編制好并存放于用戶程序存儲器中的程序，按指令步序號做周期性循環掃描，如無跳轉指令，則從第一條指令開始逐條順序執行用戶程序，直至程序結束，然后重新返回第一條指令，開始下一輪新的掃描。在每次掃描過程中，還要完成對輸入信號的采樣和對輸出狀態的刷新等工作。

3.2 電鍍生產線控制系統設計

電鍍生產線如圖1所示

系統中有一個工作方式選擇旋鈕，可選擇手動、單周期、單步和連續工作四種方式；有1個啟動按鈕、1個停止按鈕和4個手動操作按鈕；S1～S6為位置檢測傳感器。手動工作方式是用4個按鈕，分別控制行車吊籃的上升、下降、左行和右行。工作周期是吊籃從原點（初始狀態）開始，將工件從原點按照設計的工序完成相應的工作，最后再返回原點的過程，稱為一個工作周期。單周期工作方式是在原點位置按下起動按鈕（輸入點），生產線按要求完成一個周期工作后，返回并停留在原點。連續工作方式是在原點按下起動按鈕，電鍍生產線完成一個周期的工作后，繼續下一個周期的工作；當按下停止按鈕時，電鍍生產線并不馬上停止工作，而是完成當前周期的工作后，返回原點停止。單步工作方式是從初始步開始，每按一下起動按鈕，程序運行一步即停止；當再次按下起動按鈕，程序又運行一步……，即每按一次起動按鈕，程序只運行一步。

電鍍的工作流程：啟動→吊鉤上升→上限行程開關S5閉合→右行至清洗槽上方→S2行程開關閉合→吊鉤下降進入清洗槽→下限行程S6開關閉合→電鍍延時1分鐘→吊鉤上升→上限行程開關S5閉合→右行至風干槽上方→S3行程開關閉合→吊鉤下降進入風干槽→下限行程開關S6閉合→電鍍延時1分鐘→吊鉤上升→上限行程開關S5閉合→右行至電鍍池上方→S4行程開關閉合→吊鉤下降進入電鍍池→下限行程開關S6閉合→電鍍延時10分鐘→由3號槽內吊鉤上升，繼續右行，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 電鍍生產線自動控制系統調試分析

電鍍生產線自動控制系統的調試分析是以PLC控制程序的設計為基礎的。在PLC控制程序的設計過程中，我們需要考慮各個方面的因素條件，如電鍍物品的質量（負荷大小）、行車移動速度和負荷升降速度等因素。考慮負荷升降速度的原因是，系統的啟動與制動由于受到物體慣性的影響，為了確保制動能夠實現要充分考慮電鍍物品的質量（負荷大小）、行車移動速度和負荷升降速度等因素。將編好的PLC控制程序梯形圖導入S7-200仿真軟件中，打開RUN運行狀態進行仿真調試。通過調節按鈕開關對程序進行驗證，觀察現象來確定程序是否可行。按照I/O分配表的語句說明找到指定的開關按鈕，按照設計流程方案進行調試，通過按動不同的開關按鈕來觀察程序運行情況，并修改，直到達到要求后。通過對各種不同工作狀態的假設仿真來完成各種不同的工作情況，將設計思路中的工作流程完成就說明該次設計成功。將可行的梯形圖程序下載到S7-200實驗箱中運行操作。

結語

用PLC輔以變頻器對電鍍自動生產線行車進行自動控制，具有結構簡單、編程方便、操作靈活、使用安全、工作穩定、性能可靠和抗干擾能力強的特點，是一種很有效的自動控制方式，是電鍍生產實現高效、低成本、高質量自動化生產的發展的主流方向，因此，我們需要從電鍍生產線自動控制系統的設計和實現的實際出發，充分借鑒西方發達國家的管理經驗，促進我國電鍍生產線自動化系統設計的合理性與科學性。

參考文獻

[1]蒲翠萍，任杰，蔣天堂.基于三菱FX系列PLC的電鍍生產線的自動控制方案設計[J].昆明學院學報，2009（03）：23-24.

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