PLC應(yīng)用于電鍍生產(chǎn)線行車
一、概述
一件電鍍產(chǎn)品的質(zhì)量除了要有好的成熟的電鍍工藝和品質(zhì)好的鍍液添加劑外，如何保證電鍍產(chǎn)品嚴(yán)格按照電鍍工藝流程運(yùn)行和保證產(chǎn)品的電鍍時間則是決定電鍍產(chǎn)品質(zhì)量和品質(zhì)的重要因素。在電鍍生產(chǎn)線上采用自動化控制不但可以使電鍍產(chǎn)品的質(zhì)量和品質(zhì)得到嚴(yán)格的保證，有效的減少廢品率，而且還可以提高生產(chǎn)效率和減輕工人的勞動強(qiáng)度，有著非常好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，電鍍生產(chǎn)線上對行車的自動控制則是電鍍生產(chǎn)線自動化控制的關(guān)鍵。
電鍍生產(chǎn)線按照其工藝要求和規(guī)模一般設(shè)計(jì)有兩臺行車、三臺行車和四臺行車工作，每臺行車都根據(jù)已編制好的各自的程序運(yùn)行;對于行車的自動控制，早期是采用繼電器邏輯電路和順序控制器，發(fā)展至今其控制方式已采用可編程控制器PLC作為核心控制部件，其控制更為安全、可靠、方便、靈活，自動化程度更高。本文介紹在一條電鍍自動生產(chǎn)線上用PLC結(jié)合變頻器控制三臺行車的自動控制系統(tǒng)，該自動控制系統(tǒng)在廣東省中山市的一家外資風(fēng)扇廠得到很好的應(yīng)用。
二、硬件結(jié)構(gòu)
在一條電鍍自動生產(chǎn)線上有三臺行車既各自獨(dú)立工作，又互相通過信號聯(lián)系，每臺行車上安裝一臺由交流接觸器驅(qū)動的錐形電動機(jī)負(fù)責(zé)工件上、下，由一臺變頻器驅(qū)動的普通電動機(jī)負(fù)責(zé)行車前進(jìn)、后退。系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖1。
系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖
圖1系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖
由于電鍍自動生產(chǎn)線上有三臺行車同時自動工作，所以系統(tǒng)采用了三臺PLC和三臺變頻器，一臺PLC和一臺變頻器控制一臺行車;PLC選用的是三菱公司FX2n-48MR系列可編程控制器，變頻器選用的是三墾公司ES-0.75K。行車在工作時通常都懸掛著電鍍工件，如果行車在起動和停止的過程中速度太快或不夠平穩(wěn)，則懸掛的工件就容易掉下掛具，因此行車的速度用變頻器控制使之可調(diào)，根據(jù)電鍍生產(chǎn)線的實(shí)際情況，行車設(shè)計(jì)有快速、中速和慢速三種運(yùn)行速度，頻率分別設(shè)定為80Hz,40Hz和13Hz，行車作自動運(yùn)行時，PLC通過檢測安裝在行車上的傳感器的各種信號，向變頻器發(fā)出指令，行車以慢速起動，運(yùn)行平穩(wěn)后就轉(zhuǎn)人中速然后快速運(yùn)行，在停止前，行車由快速轉(zhuǎn)人中速，然后以慢速運(yùn)行直至行車準(zhǔn)確停在目標(biāo)鍍槽位置上;行車由慢速轉(zhuǎn)中速轉(zhuǎn)快速，再由快速轉(zhuǎn)中速最后轉(zhuǎn)慢速，可以通過調(diào)整變頻器的加、減速時間曲線平穩(wěn)過渡。
行車動作步數(shù)顯示主要是用于顯示電鍍工藝的執(zhí)行過程，由PLC的輸出口通過七段譯碼電路4511連接LED數(shù)碼管顯示，根據(jù)不同的電鍍工藝要求，每臺行車的動作步數(shù)從0步開始至幾十步上百步不等，具體由PLC程序軟件編制。
每臺行車上安裝有五個傳感器，選用的是OMRON公司的電感式接近開關(guān)，其主要作用是負(fù)責(zé)行車上、下工件定位、鍍槽定位以及行車運(yùn)行過程向PLC發(fā)出變速信號等。
行車控制信號是通過外部的開關(guān)、按鈕、按鍵等與PLC的輸入端口連接，包括三臺行車的聯(lián)動控制和單臺行車控制;單臺行車控制只能控制本臺的行車，不能控制另外的兩臺行車，單臺行車控制設(shè)計(jì)有手動操作和自動運(yùn)行模式選擇、單周期和循環(huán)運(yùn)行模式選擇、緊急暫停以及行車程序動作步數(shù)的任意設(shè)定;聯(lián)動控制設(shè)計(jì)有運(yùn)行和復(fù)位操作按鈕以及工藝選擇，可以使三臺行車自動、同步、循環(huán)不斷地工作，可以選擇不同的電鍍工藝以鍍出不同的工藝品種。
三、軟件設(shè)計(jì)
系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)程序流程框圖如圖2所示。
三臺行車的主程序和調(diào)用的各個功能子程序都是一樣的，但調(diào)用的工藝子程序就各不相同，每臺行車根據(jù)自己在生產(chǎn)線上不同的工作區(qū)域執(zhí)行的工藝編制不同的工藝子程序，本文給出一些主要的程序框圖和就一部份主要的程序進(jìn)行闡述。
1.系統(tǒng)初始化
初始化對于每一套系統(tǒng)程序都是必需的，每一次PLC上電或?qū)LC強(qiáng)制復(fù)位都要初始化，主要是對在程序中使用到的PLC各種計(jì)數(shù)器、定時器、寄存器等進(jìn)行復(fù)位和設(shè)置，同時保留上次運(yùn)行需要記憶的各種數(shù)據(jù)，完成運(yùn)行前的各項(xiàng)準(zhǔn)備工作。
2.復(fù)位和暫停子程序
由于行車在工作過程中有時會有突發(fā)事件或行車需要暫時停一下處理其它的工作，因此在系統(tǒng)中設(shè)計(jì)了復(fù)位和暫停兩個功能，針對行車不同的情況和需要使用，為使行車在運(yùn)行過程中可以隨時對系統(tǒng)進(jìn)行復(fù)位或暫停行車工作，實(shí)現(xiàn)這兩個功能的程序都采用中斷子程序。
在任何情況下按下復(fù)位按鈕，程序都將轉(zhuǎn)人復(fù)位中斷子程序，停止所有動作輸出并清零，動作步數(shù)顯示清零，計(jì)數(shù)器、定時器、輔助繼電器和寄存器等全部清零，所有記憶數(shù)據(jù)清除，同時程序轉(zhuǎn)人初始化主程序，重復(fù)PLC上電工作過程，不同的是所有的運(yùn)行記憶數(shù)據(jù)都清除了。
同樣，在任何情況下按下暫停按鈕，程序?qū)⑦M(jìn)入暫停中斷子程序，暫時停止PLC的輸出，在暫停的狀態(tài)下，可以進(jìn)行手動操作行車，可以重新設(shè)置程序步，在恢復(fù)運(yùn)行時使程序從所設(shè)置的程序步開始運(yùn)行，當(dāng)解除暫停時，如果沒有重新設(shè)置程序步，暫停中斷子程序就會恢復(fù)PLC原來的運(yùn)行狀態(tài)和原來的步數(shù)顯示，繼續(xù)暫停前的工作并從中斷子程序返回。
3.工藝子程序
為了不浪費(fèi)資源和提高生產(chǎn)效率，一條電鍍自動生產(chǎn)線設(shè)計(jì)有三種電鍍工藝，分別是鍍仿金工藝、鍍古銅工藝和鍍鎳工藝，每種工藝的工作流程各不相同，在實(shí)際使用時可以通過控制面板上的工藝選擇開關(guān)加以選擇，由于三個工藝子程序的軟件編程方式基本相同，在本文中只用鍍仿金工藝為例對工藝子程序進(jìn)行闡述。
根據(jù)電鍍自動生產(chǎn)線電鍍工藝都是周期自動循環(huán)工作的特點(diǎn)，按照電鍍工件在每一個不同的鍍液槽中停留的時間，首先編寫工藝流程曲線圖，然后再由曲線圖采用步進(jìn)梯形圖指令的形式來編制程序，每個工藝子程序的程序步各不相同，這里闡述的仿金工藝子程序的程序步是69步，屬于較為復(fù)雜的步進(jìn)控制。由于電鍍自動生產(chǎn)線控制系統(tǒng)要求每種電鍍工藝不但要能從0步(起點(diǎn))開始運(yùn)行，還要能從任意步開始運(yùn)行，強(qiáng)調(diào)的是在實(shí)際使用過程中的方便和靈活。在進(jìn)人仿金子程序時，程序首先調(diào)用置步情況檢查，如果預(yù)先有置步(在操作面板上有動作步數(shù)顯示)，則表示本次工藝運(yùn)行不是從0步(起點(diǎn))開始執(zhí)行，而是從所置的步數(shù)開始執(zhí)行，如果沒有預(yù)先置步，則表示本次工藝從0步開始由始點(diǎn)順序執(zhí)行，不論是從0步或是從所置的N步開始，程序都會順序執(zhí)行下去直到69步結(jié)束返回主程序。仿金子程序在運(yùn)行當(dāng)中可以隨時通過暫停來設(shè)置重新開始的步數(shù)。每一個程序步里面都有行車的動作，包括電鍍工件在鍍槽里的提升和放下、行車走多少個鍍槽、以那種速度運(yùn)行、停留的時間等等。
4.單周期運(yùn)行
在工藝子程序每一周期運(yùn)行完畢返回主程序時，都要詢問是單周期運(yùn)行還是循環(huán)運(yùn)行，如果是單周期，則程序運(yùn)行完一個周期返回主程序初始化后的程序入口等待，當(dāng)按壓運(yùn)行按鈕時，程序又運(yùn)行一個周期在同樣的位置等待。設(shè)置單周期運(yùn)行的功能主要是為了調(diào)試修改電鍍工藝和程序。單周期運(yùn)行在電鍍自動生產(chǎn)線上是一個非常實(shí)用的功能。
四、結(jié)束語
用PLC輔以變頻器對電鍍自動生產(chǎn)線行車進(jìn)行自動控制，具有結(jié)構(gòu)簡單、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)量自動化生產(chǎn)的發(fā)展方向。控制系統(tǒng)
