电镀车间专用行车PLC控制系统毕业设计

2 电镀生产线专用行车的技术要求2.1电镀生产线的工艺要求本课题研究的电镀生产线属于小型生产企业的电镀生产线。

电镀小型专业行车，其运动形式主要有三种：即大车拖动的行车前后运动和提升机构的重物的升降运动以及小车在镀槽方向上的左右运动。

电镀专用行车设备是采用远距离控制，起吊重量是500kg以下（含电镀装具和电镀件），生产效率高，劳动强度低的专用自动化起吊设备。

电镀专用行车的结构与工艺流程图1所示：图1 电镀专用行车示意图电镀专用行车在生产线上的工作顺序是：操作人员在操作区域将待加工的零件装入吊篮，并发出开车指令，专用行车的小车便自动提升吊篮至吊梁顶部，大车同时自动前行。

前行至电镀生产现场时大车停止运行，小车牵引吊篮以及生产工件自动逐段前行，按工艺设定的要求在各镀槽前停车，吊篮自动下降至电镀槽内，停留一定的时间（在各槽停留的时间预先按工艺要求设定）后自动提升吊篮，如此完成电镀工艺规定的每一道工序，直至生产线的终端，大车自动后行返回操作区域，小车自动右行自动返回原位，卸下吊篮内处理好的零件，重新装料待出发指令后进入下一次加工循环。

在电镀生产工艺中，不同的零件对镀层的要求不同，而且还要满足批量生产的需求。

因此，电气控制系统针对不同的工艺流程（如镀锌、镀铬、镀镍等），硬件应具有预选功能，控制程序应具有参数可修正功能。

电镀专用行车与通用的小型行车结构类似，跨度较小，但要求定位准确，以便吊篮能准确进入电镀槽内，所以设计中在工序的各个动作中的转化时利用传感器的传感信号作为动作转化的开关。

工作时大车的移动（前/后）与吊篮的上/下运动、小车移动（左/右）,除了应该具有自动控制功能以外，还要能够执行人工手动控制。

由于电镀生产线属于中型的工业生产系统，生产的设备的造价较高，生产的时候设备的功率较大，耗电量较大，故而其安全性必须得到考虑，以保证操作人员以及生产设备的安全，降低危险系数，所以无论是自动运行时还是手动运行时，系统都必须有相应的保护措施，各个动作之间要有联锁、自锁。

故障出现时要能够及时的报警，生产线无条件的停止运行，故障消除后，才可以继续恢复运行。

行车电气系统的框图如图2所示：图2 电镀专用行车电气系统控制框图3.2电气控制系统的设计3.2.1主电路的设计（1）主电路采用的是380V三相交流电源为电路供电。

（2）在主回路中交流接触器KM1、KM2，KM3、KM4，KM5、KM6，KM7、KM8分别控制电动机M1（起吊），M2（横行），M3（走行），M4（自检）的正反转功能。

（3）由于电动机M1、M2、M3、M4工作时间较长电流量较大，功率的消耗较大所以需要进行过载保护，分别由热继电器FR1、FR2、FR3、FR4实现过载保护。

（4）选择自动开关QF为总电源的开关，既可以完成主回路的短路保护，又起到隔离三相交流电源的作用，使用和维护维修更便捷。

（5）由FU1、FU2、FU3、FU4分别实现各个负载回路的短路保护电路作用。

FU5、FU6、分别完成交流控制回路和PLC控制回路的短路保护。

（6）电动机的控制设计中，拖动电机由主回路设计，电动机的控制及报警电路由PLC 回路设计完成。

根据上述设计原则[17]，电气控制主电路图如图3所示（5）本系统的4台电动机（M1、M2、M3、M4）的过载保护部分是由四只热继电器（FR1、FR2、FR3、FR4）组成，将其常开触点并联后与中间继电器KA1连接构成过载保护回路，中间继电器KA1还起到电压转换的作用，将220V交流信号转换成直流24V信号送入PLC完成过载保护的控制功能。

（6）在电镀槽安装位置的末端，安装有一小型电机（M4），作为电镀时行程开关检测电路的拖动设备。

交流控制电路如图4所示：图4 电镀车间专用行车控制系统交流控制电路3.3系统设备元件的选用方案和参数的计算3.3.1动力设备的设计和选择[8]电镀车间专用行车的特点是跨度小，定位准确，并且要满足批量生产的需求。

根据实际生产情况的使用要求，额定起升重量为500kg(含电镀装具和电镀件)，为保证工件平稳的启动以及起升后运动的稳定，从安全性以及工艺需求分析，起升的速度设定为V1＝3m/min，横行速度设定为V2＝20m/min，走行的速度设定为V3＝30m/min，横行小车的全重设为200kg，桥重5t，横行的阻力系数设为C1＝10 N/KN，走行的阻力系数为C2 =12 N/KN，机械的传动效率设为0.75。

（1）各机构所需功率计算设安全系数为1.5，则启动重量按照1.5×500＝750kg＝0.75t；设P1 、P2 、P3分别为各个机构工作时所需的功率；设GΣ为各个机构的重量之合；故由机械设计公式[9]可得：（2）各机构工作类型以及FC％对应值根据起重机工作类型和电动机FC％值对应的关系，（轻型FC＝15％，中型FC＝25％，重型FC＝40％，特重型FC＝60％）。

（3）电动机功率的选择考察三组主拖动设备的电动机以及检测装置的驱动电机，确定减速比后查Y系列三相异步交流电机产品目录可以确定：A. 三组主拖动设备的电机选用：Y802－4型，额定功率为0.75kw；B. 检测行程开关用小车的驱动电机与主拖动设备相比其功率和动力都较小，故选用的电机为：Ys45－2型，额定功率0.016kw。

3.3.2 主要参数计算及元器件选择[10]（1）自动开关QF脱扣电流的选定：该自动开关设计为供电系统的电源开关，在主回路中的控制对象为交流电动机（电感性负载）。

自动开关过电流脱扣值的整定，针对电动机负载而言，可按电机额定电流的1.7倍选定本系统一共有四台电动机，三台额定功率0.75kw，一台额定功率0.016kw，故0.75kw 的电机启动电流较大，容量较大，故其自动开关QF脱扣值按此电机计算如下：0.75kw电机的额定电流I NE＝2 AI QF ＝ 1.7 I NE ＝1.7×2＝ 3.4 A故应选用I QF ＝4A的自动开关我们选择开启式负荷开关，开关型号为HK2－4/3，级数3，额定电流4A。

（2）保护电机用熔断器FU的选择：熔断器主要是用于电机的热保护，控制电动机的电流，以防电流过大烧坏电动机引起危险，当电机过热时熔断器自动切断，从方便安装和修理的角度考虑，我们选择插入式熔断器。

本设计电动机采用的是单台电机轻载启动，熔断器电流计算的方法为：I FU ＝ I S /(2.5~3)I QF －熔体额定电流；I S －电机的启动电流对于Y802－4型号电机，其额定电流I N ＝ 2 A，启动电流I S＝6.5×2＝13A，熔体额定电流I FU ＝ I S /(2.5~3)＝4.3～5.2（A），故选择熔断器类型为：RC1A－10，熔丝的额定电流6A；干路熔断器电流为支路电流之和，故干路熔断器额定电流计算为：I FU ＝3×(4.3~5.2) ＝12.9～15.6（A），故干路熔断器的类型为：RC1A～15，熔丝额定电流15A。

（3）接触器的选择[13]：对于Y802～4型号的电机，额定的功率P MN＝ 0.75kw，三相电源的相电压U MN ＝ 380V，功率因数 cosf＝0.87，电机效率h＝75％，则控制回路的接触器的选择可以按下式计算选择：查阅手册可以确定接触器选用CJ10－5/3－380V型号。

（4）热继电器的选择热继电器主要用于电动机的过载、断相及三相不平衡的保护及电动设备的发热状态控制。

由于支路总电流≤10A，故可选用JR20－10/3－1型热继电器，额定电压10A，带断相保护。

（5）行程开关的选择电镀车间专用行车用行程开关是主导电镀工艺是否成功的关键元件，要用于小车在电镀槽位置的精确定位。

考虑生产实际情况，初步选择LX19系列的行程开关。

LX19系列行程开关适用于交流50HZ或60HZ，电压至380V，直流电压至220V的控制电路，将机械信号转换成电信号，作为控制运动机构行程和变换运动方向或速度用。

LX19系列开关采用双断点瞬时结构，安装在金属外壳内构成防护式。

在外壳上配有各种方式的机械部件，组成单轮，双轮转动及无轮直线移动等形式的行程开关。

工作环境－25～120℃，适用于电镀车间的高温环境。

最终选择行程开关型号LX19－111（B），额定发热电流5A，触头接触时间0.04s。

此开关的性能完全可以满足精确定位以及高温工作环境。

（6）接近开关的选择接近开关主要用于控制大车的前后运动的限位和电镀小车电镀左右动作的限位，同样要求定位准确，耐使用性、耐高温性好。

根据生产的实际情况，初步选定LXJ16系列的接近开关。

LXJ16系列的接近开关适用于交流50Hz或60Hz，额定工作电压100～250V的线路中，作为自动线定位或检测信号的使用，当运动的金属体靠近接近开关并达到动作的距离之内的时候，接近开关无接触、无压力发出检测信号，供驱动小容量的接触器或中间继电器以及控制程序开关使用，该系列的开关调整方便，具有防振、防潮性，外壳采用增强性尼龙材料，安全可靠。

根据需要最终选择LXJ6－4/8型号的接近开关，其工作环境－5～120℃，其主要参数如表1所示：表1 LXJ6－4/8型接近开关主要技术参数（7）故障报警器选择电镀行车生产线虽然经过严密的检测和设计，也难免出现意想不到的故障，发生故障时需要及时地报警，以提醒操作人员故障的发生。

由于电镀车间生产环境复杂，机械运动部件的声音嘈杂，又是采用远距离自动操作，所以报警装置要有足够的功率以达到警铃的目的。

考虑以上因素，选用BJ－2型报警器，这是一种高响亮度报警器，接上电源即可发出声级大于120dB的报警声。

其主要参数如表2所示：表2 BJ－2型报警器主要技术参数（8）旋转开关的选择旋转开关主要用于操作程序中手动、自动两种操作方式的选，通过旋转开关每次只选择一种状态，就能够达到手动、自动两种方式每次运行时只能选择其一，而不会同时选通，以造成误操作。

选择开关选型为：KX03，额定电压DC350V，额定电流0.05A，接触电阻≤0.01Ω，绝缘电阻1000MΩ，耐压AC1050V，寿命10000次。

（9）功能预选开关选择功能预选开关主要用于预选通行程开关，以实现选通电镀小车停车的槽位的功能。

此开关如果不接通则行程开关处于无效状态，小车通过行程开关时不会产生输入信号。

如果选通开关接通，应有响应的指示灯点亮以于指示。

为了不增加硬件（PLC）的输出端口的使用，简化控制程序，采用本身带有指示装置的开关。

同时此开关也可以应用于PLC的RUN/OFF开关。

查阅相关手册，KCD系列带灯船形开关可以满足这种技术需要，其主要技术参数为：额定电压DC200V，额定电流KCD1型15A，KCD2型15A，KCD3型3A，KCD4型6A，KCD5型15A，KCD6型20A。