PLC与变频器在电镀生产线控制系统改造中的应用.pdf

第 3期 总第 1 9 0期 2 0 1 5年 O 6月 机 械 工 程 与自 动 化 ME CHANI CAI E NG1 NEE RI NG ＆ AUTOMAT1 0N No．3 J u n ． 文章编号 1 6 7 2 - 6 4 1 3 2 0 1 5 0 3 0 1 7 9 0 3 P L C与变频器在 电镀 生产线控制系统改造 中的应用 文 0 远 娟 广 东省河源技 师学院，广 东 河源 5 1 7 0 0 0 摘要 根据 单梁悬挂起重机 O ． 5 t 的电气原理和 工作 需要 ，设 计 了一套 P L C、变频器 控 制系统 ，它不仅 具备 了传 统继电器对单梁悬挂起 重机 的控制功 能，而且还具 有 自动循环 、信号提 示、高效运行准确停 车、热 过载保 护等一系列新 的功 能，实现 了电镀 自动化控 制。主要 介绍 了三菱公 司 P L C和 变频器 在单梁 悬挂起 重 机 改造 中的应用。 关键词 P L C；变频器 ；电镀 生产 线；改造 中图分 类号 TP 2 7 3 文献标 识码 A 0 引言 河 源 某 电镀 厂为 承接 大 量 AB S塑料 电镀 挂镀 方 式 加 工 ， 决定 新 建 AB S塑 料 电镀 自动 生 产 线 。 为充 分利用工厂现有资源， 尽量减少工厂的投入成本 ， 决定 将现有仓库改造为 AB S塑料电镀 自动生产车间， 改造 项 目中包 括仓库 现有一 台单 梁悬挂 起重机 0 ． 5 t 。 根据 单 梁 悬 挂 起 重 机 的工 作 特 点 和 AB S塑 料 电镀 生 产工 艺流 程 ， 经 笔者 反 复思考 ， 在 保 留点 动功 能 的前 提 下 ， 决定应用三菱 P L C和变频器将单梁悬挂起重机改 造成 为 AB S塑料 电镀 专用 行 车 。 1 单梁悬挂起重机改造前电气线路分析 1 ． 1主 电路 分析 该起重机共 由 4台异步电动机拖动， 吊钩升降 由 一 台 电动机 M1 拖 动 ， 为 防 止 电 动 机 突 然 断 电 导 致 重 物 自行坠落或下放重物时下降过快而造成事故 ， 电动 葫芦 具 有 电磁 离合 器 制动装 置 和再 生发 电制动 控制 功 能 。电动小 车 移动 机 构 由一 台 电动 机 M2拖 动 ， 大 车 移 动 由两 台 电动 机 M3 、 M4拖 动 。M3 、 M4两 台 电动 机规格相同， 两 台电动机定子绕组接在同一 电源上 ， 但 三相电源的相序相反 ， 使两台电动机的转向相反 ， 以保 证 大车 的 两侧 滚轮 驱 动运 动方 向一 致 。 1 ． 2 控 制 电路 分 析 控 制 电路 的 电源 由控 制 变压 器 TC输 出 3 6 V 电 压供电， 吊钩的上下升降 由 S B1 、 S B 2控制 ， 电动小车 运行由 S B 3 、 S B 4控制 ， 大车运行 由 S B 5 、 S B 6控制 ， 电 动小车两侧 限位开关为 S Q1 2 、 S Q1 3 ， 大车两端限位开 关 为 S Q1 5 、 S Q1 6及 换相 联 锁线 路 。 2 AB S塑 料 电镀 工艺流 程 根据 AB S塑料 电镀 生 产工 艺流 程 ， 该 电镀 生 产 线 有除油槽 、 亲水槽 、 粗化槽等 1 8个槽位 槽位代号按顺 序分别为 1 号～1 8号 ， 全线总长约 4 0 m， 而仓库车间 长约 2 5 m， 因此需将电镀槽按工艺顺序分两边均匀分 布 ， 即分 2条 电镀生 产线 ， 但 必须 首尾 相连 按工 艺进 行 电镀 。AB S塑 料 电镀 生 产 工 艺 流 程 及 电镀 槽 分 布 情 况 如 图 1所 示 。 在 电镀生产线的左侧上挂点 原位装货点 ， 由工 人将待 电镀零件装入挂篮 ， 挂到起重机吊钩上 ， 并发出 启动信号 ， 起重机吊钩上升并按工艺流程要求在需要 停 留的槽位停止、 下降 、 停 留、 上升 。如此完成 电镀工 艺规定 的每一道工序 ， 直至第 2条 电镀生产线 的末端 下挂点 卸货点 卸下 电镀好的零 件， 根据需要 自动返 回原位， 重新装货发出启动信号进入下一轮电镀加工 循 环 。 3 起 重 机 改造 总体 思路及 硬 件改 造措 施 为实 现 AB S塑 料 电镀生 产工 艺 ， 并保 留地 面 点 动 上 、 下、 左 、 右、 前 、 后 操作功能， 作如下改进 1 选用可编程控制器 P L C 实现对起重机的 自 动运行控制 。 2 为实现 快 速 搬 运 和 准 确 制 动 停 车 ， 减 小 起 重 机停车的冲击和挂篮 的摇晃 ， 采用变频器对 电动葫芦 电机 、 小车电机 、 大车 电机进行调速控制 。 3 为控制起重机对上 、 下挂点和 1 8个槽位进行 准确定 位 ， 在大车 导轨上 的对应位 置加装 定位 开关 S Q0 l S Q1 S Q2 S Q3 S Q4 S Q5 S Q6 、S Q7 、S Q8 、 收稿 日期 2 0 1 4 0 8 1 9 ；修订 日期 2 0 1 5 0 1 - 1 3 作者简介 刘 远娟 1 9 8 2 一 ，女 ，广东河源人 ，讲师 ，高级技师 ，本科 ，研究领域 机械设计制造及其 自动化 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 8 O 机 械 工 程 与自 动 化 2 O l 5年第 3 期 S Q9 ； 在 小 车 导 轨 上 两 侧 对 应 位 置 加 装 定 位 开 关 S Q1 0 、 s Ql 1 。考虑起重机主要工作在 自动循环状态， 其定位开关的工作频率高 、 可靠性及精度要求也较高， 因此 以上 定 位开关 均 选 用 L X J O型接 近 开 关 直 流 2 4 V ， 由 P L C内部 电源 2 4 V 提供 。 4 为实现地 面点动和电镀 自动循环的切换、 急 停 、 停止 、 启动等功能 ， 在原有悬挂式按钮盒按钮 的基 础上加装一块控制板 ， 其中， S B 9为点动或 自动循环切 换按钮 复合 自锁按钮 ，S B 1 0为紧急停车按钮 ， S B l l 为起重机启动按钮， S B 1 2为停止按钮。原悬挂式按钮 盒按钮均随大、 小车移动 ， 加装控制板 固定安装在上挂 点 附近 ， 以方 便工 人操 作 。 5 电动葫芦 下方 需要 加装 2个 重锤 限位 器。 S Q1 4控制上升高度 ， s Q1 7控制下 降高度 ， 下 降高度 应 根据 电镀槽 液位 高 度来确 定 。 6 为清楚起重机工作状态 ， 增加 了电源 、 越位报 警 、 手 动 、 自动 状 态 指 示 灯 。它 们 分 别 是 HL 1 、 HL 2 、 H L3、 H L4。 7 由于 起重 机 改 造 后 处 于 长 时 间工 作 状 态 ， 在 主线路中加装热继电器。 8 原控 制 电气 线 路 主 电路 中有 6个 接 触 器 ， 现 只保留 3 个接触器。 9 考 虑 变频 器 和 电机 之 间 的连 线 比较 长 ， 可 能 导致变频器过电流跳闸， 漏 电流增加 ， 电流显示精度变 差等 ， 因此布线时应尽可能让两者间不超过 5 0 m， 确 实超出的， 则选用输 出电路滤波器 OF L滤波器 ； 同 时， 因 P L C输出端接有感性 负载 接触器线 圈 ， 将会 影响 P L C正常工作 ， 为提高 P L C控制系统的抗干扰 能力 ， 在 负 载两端 并联 R C吸收 电路 交 流 负载 。 大车纵向移动 上 挂 ￡ 回l 除油槽 亲水槽 粗化槽 回收槽 中和槽 清洗槽 浸酸槽 预敏槽 活化槽 I移 位0 1 0 s 3 0 s 2 0 s 3 0 s 2 5 s 3 0 s 1 5 s 2 0 s 5 s l ⋯ ， ， 下挂 点 西 硅 器 清洗槽 镀铬槽 亮镍槽 半亮镍 酸铜槽 预镀铜 化学镍 解胶槽 清洗槽 大车纵 向移 动 图 1 AB S塑料 电镀 工艺流 程示意图 4 P L C与变频 器控 制 系统设计 4 ． 1 可编 程控 制 器型 号选择 根 据 电镀工 艺 和硬件 改造 方案 ， 确定 了输 入 、 输 出 端 口的数量 ， 并考虑经济性， 满足使用要求 ， 决定选用 F X O N 一 6 0 MR型号 的 日本三菱可编程控制器 ， 其有 3 6 个输入点和 2 4个输出点 ， 满足 了控制电气线路改造的 需 求 。 4 ． 2 变频 器 型号 选择 电动葫 芦 、 小车 、 大 车 的运 行 由一个 变频 器实 现控 制 ， 由于 电动葫 芦 起 重 电 机功 率 最 大 0 ． 8 k w ， 因此 所选变频器只要能满足电动葫芦电机， 则大车、 小车均 能满 足 。已知 起重 电机 型号 为 Z D2 1 4 ， 额定 功率 0 ． 8 k W ， 额定 电 流 2 ． 2 A。 4 ． 2 ． 1 选 用变 频器 的功 率 变频器 的容量 Pc N 由下式确定 Pc N ≥ k PM／ T／ c o s q ． 其 中 k为电流波形 的修正系数， 一般取 1 ． 0 5 ； P M为负 载所要求的电机轴输 出功率， P M为 0 ． 8 ； c o s cp 为电机的 功率因数 ， 约为 0 ． 7 5 ； 刁 为电机的效率 ， 约为 0 ． 8 5 。 将相 关参 数代 入上 式 ， 计 算得 P ≥ 1 ． 3 1 k W． 再由公式 ≥忌 为变频器的额定 电流， 为 电机 工频 电源 时的电流 ， 为 2 ． 2 可知 ≥2 ． 3 1 A。 4 ． 2 ． 2 变频 器类 型 的选择 和型 号确定 该起 重机 是恒 转矩 负载 ， 为 了实现 恒转 矩 ， 适 当加 大容量 。由于该变频器安装在配电箱内， 因此选 用防 护式 ， 不带选用件。综合以上情况 ， 确定选用高性能矢 量三菱 变 频器 ， 型号 为 F R A7 4 0 1 ． 5 K CHT。 4 ． 3 变频 器主要 参数设 定 P r ． 7 9 设为 3 外部组合操作模式 ； P r ． 1 0设为 1 8 Hz 制动动作频率 ； P r ． 4设 为 9 0 Hz 高速 ； P r ． 5设 为 4 0 Hz 中速 ； P r ． 6 设 为 2 0 Hz 低速 。 4 ． 4软 件 编 写 本程 序 主要采 用步进 指 令 、 基 本 指令 、 特殊 软元 件 进行 编程 ， 将 自动循 环 和地 面手动 操纵 分 为两 条通道 ， 由 S B 9 X 3 0 为选择条件 ， 如不作选择 ， 则程序默认为 自动 循环 状态 ， 否 则 进 入地 面手 动 操 纵 状 态 。现 将 起 重机 进入 自动 循环 工作 状态 程序 进行 说 明 。 1 自动循 环 按 下启 动按 钮 S B 1 1 X 3 2 ， 此 时 不 论电动小车和大车处于任何位置 空载状态 ， 大车先 将以 9 0 Hz 快速 返回至上挂点 原位 ， 而后小车也 以 9 0 Hz 快速 定位 到上挂点 原位 ， 此时接近开关 S Q0 、 S Q1 0发出信号， 大车 、 小车电机通过变频器被先 后制动停移 ， 吊钩开始快速下 降， 下降至设定高度时 ， 下降定位开关 s Q1 7发 出信号 ， 吊钩停止下 降等待挂 篮上挂。如上挂完成 ， 工人按启动按钮 S B 1 1 ， 则 吊钩 以 9 0 Hz 快速 提 起挂 篮 上升运 行 。上 升 至设 定 高度 时， 上升开关 s Q1 4发 出信号， 吊钩停止上升并制动 ， 防止挂 篮 自行 坠落 。定 时器 延时 3 S 后 ， P L C向大车 2 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 5年 第 3 期 刘远娟 P L C与 变频 器在 电镀生产线控制 系统改遗 中的应用 1 8 1 个 电机发 出信号 ， 大车以 9 0 Hz 快速 向除油槽 1号 槽 方 向移 动 ， 运 行 6 S 后 以 4 O Hz 中速 运 行 3 S ， 再 以 2 0 Hz 低 速 运行 2 S ， 待 除 油槽 接 近开关 S Q1 发 出 信号， 大车停 止右 移， 准确定 位后 ， 吊钩 快 速下 降至 S Q1 7 ， 开始 6 rai n的除油 ， 除油完毕后 吊钩快 速上升 至 开关 S Q1 4 ， 吊钩 在 除 油槽 上 方 停 1 0 S ， 让 镀 件 表 面 镀液流 回到电镀槽 中， 定时时间一到 ， 大车又快速向亲 水槽 2号槽 方 向 移 动 ， 然 后 再 经 2次 减 速 后 定 位 到 亲水槽 ， 以此类推 ， 直到完成活化槽 9号槽 工序后 大 车不再 向右移动 ， 此时第 1条生产线 9个槽 电镀工序 完成 。接 着 由小 车 以 9 0 Hz快 速 向清 洗 槽 1 0号 槽 横 向移动 ， 运 行 1 5 S 后 以中速 运 行 3 S ， 再 以低 速 运行 2 S至 s Ql 1 制动定位至清洗槽 ， 完成清洗槽工序后 ， 大车往反方 向运行 ， 直至大车运行 到第 2条生产线的 第 1 8个清洗槽时， AB S塑料电镀工序全部完成 ， 大车 继续快速返 回至下挂点 ， 待 S Q0发 出信号 ， 大车被制 动停移 ， 吊钩快速下 降至设定点 ， 等待工人取下挂篮 。 取下挂篮后 ， 如果是单次循环或 电镀任务完成， 则按停 止 S B 1 2 ， 此 时 吊钩 快 速 上 升 至 S Q1 4后 ， 小 车快 速 横 向移动至 S Q1 O ， 起重机停靠在上挂点并停 止工作 ， 原 位 待命 。如 果 是 多 次循 环 ， 则 按 启 动 S B 1 1 ， 此 时 吊钩 不 再上 升 ， 小 车 直 接 快 速 横 向移 动 至 S Q1 0回到 上 挂 点 原位 等待 第 2批零 件 挂篮 上挂 。 2 停止 在 自动循环状态时 ， 在电镀 过程中， 如 出现一般性质异常情况可按停止按钮 S B 1 2 ， 起重机将 停止运行 ， 待问题处理完毕后 ， 按启动按钮 S B I 1将继 续 运行 。 3 急停 在 自动循环状态时 ， 遇紧急情 况时， 按 S B 1 0能 禁 止所 有输 出 应用 M8 0 3 4 。 4 六档点动控制功 能 按点动或 自动切换按钮 S B 9时 ， 电动葫芦、 大车 、 小车处于行走范 围内任何位 置 均 可 以实 现点 动控 制 功能 ， 此 时手 动指 示灯 亮 。 5 来 电或恢 复供 电指示功能 通 电指示 由 Y0 4 驱动 ， Y0 4通 过 特 殊 继 电器 M8 0 0 0的 常 开 触 点 联 接 ， 在 P L C开机后 ， 使 Y0 4线圈被驱动， 指示灯亮 。 6 越位报警功能 起重机运行时， 当吊钩上升过 程 因重锤 限位器失效 ， 断火限位器 S Q2 0将发挥作用 ， 切 断 电动葫 芦 电机 电源 ， 或 者 当大 车 、 小 车移 动 时 ， 只 要碰到限位开关 S Q1 2 、 S Q1 3 、 S Q1 5 、 S Q1 6 ， 起 重机则 停 止 工作 ， 报 警灯 亮 。 P L C与变频器电气控制设计线路如图 2所示 。 0 嘎 1 0 0 ． 10 一 - ． [ ] 一 一 勺V F il 1 ． X I 高 B Y 0 一 r 蹦 总 电 源 与 瑚 l 电 动 毒 C 0 Y 2M 2 二 与 婴 -眈 小 车 口 X 4 X 5 】 【6 盯 X 0 煳 急停 换 ． Y 3X 3 1 与 K 盼 大 车 X 3 2 启动 C O U 3 I 3 停止 Y 4 S Q 0 薹 l 罄 Y 7 D C O M 4 R T 1 ； } 2 - ’ r叶 I ； i ； D C O M 5 S D 勘 Y 1 4 甩 低速 S Q l i }凇i 滢 耋 { i D 变 频 器 S Q 2 {坞14A34 ,15享 嚣 Xl b、l4 开 S ff ／ i i ； i霪 关 s Q 8 搏 S Q 9 { j S Q I O S Q l 1 U V 1 r 1 2 上升匿位 l l I l_ 1 3 下降限位 l I l l I I l l I l S 口 l 2 l_ 麓 {醢 散 { I 试 8Ql3 ． ．_一 SQl5 一 SQl6 一 户一 ～220 V 电源二 可绾程序控制器 PLc - 2 4 V 嘴 出一 F X O N - 6 O M R 图 2 P LC与 变 频 器 控 制接 线 图 5 结束 语 该起重机经多次调试和运行 ， 各项功能均满足生 产需求 ， 系统性能稳定可靠 ， 操作灵活方便 ， 抗干扰能 力强 。特 别 是在 运行 中避 免 了急刹 车所 造成 的振 动 和 吊钩 的晃动 ， 实现了高效运行准确停 车等功能 。应用 P L C、 变 频 技术对 单 梁悬 挂起 重机 改 造成 AB S塑 料 电 镀 自动生产线专用行 车， 不仅解决 了企业实际生产 中 的困难 ， 为企业提高生产效率和经济效益 ， 还能为同类 技术升级改造提供借鉴和参考 。 参考文献 E l ,l 李敬梅． 电力拖 动控制 线路 与技 能训 练[ M] ． 北 京 中国 劳动社会保 障出版社 ， 2 0 0 1 ． [ 2 ] 姚锡 禄． 变频 器技 术 应用 [ M 1 ． 北 京 电子工 业 出版 社 ， 2 0 09． E 3 ,l 宋峰青 ， 陈立香． 变频技术 [ M] ． 北京 中国劳动社 会保 障 出 版 社 ， 2 0 0 4 ． App l i c a t i o n o f PLC a nd Fr e qu e nc y Co n v e r t e r i n El e c t r 0 p l a t i ng Pr o d u c t i o n Li ne Co n t r o l S y s t e m Tr a n s f o r m a t i o n LI U Y u a 叫 u a n H e yu a n Te c h n i c ia n I n s t i t u t e i n Gu a n g d o n g Pr o v i n c e，He y u a n 51 7 0 0 0，Ch i na Ab s t r a c t Ac c o r d i n g t O t h e e l e c t r i c a l p r i n c i p l e o f s i n g l e b e a m s u s p e n s i o n c r a n e O ． 5 t a n d wo r k n e e d s ，a s e t o f c o n t r o l s y s t e m b a s e d o n P LC a n d f r e q u e n c y c o n v e r t e r i s d e s i g n e d，wh i c h n o t o n l y h a s t h e f u n c t i o n o f t r a d i t i o n a l r e l a y c o n t r o l o f t h e s i n g l e b e a m s u s p e n s i o n c r a n e ，b u t a l s o h a s t h e a u t o ma t i c c y c l e ，s i g n a l h i n t ，s mo o t h o p e r a t i o n，a c c u r a t e e f f i c i e n t p a r k i n g，t h e r ma l o v e r l o a d p r o t e c t i o n a n d a s e r i e s o f n e w f e a t u r e s ，ma k i n g t h e e l e c t r o p l a t i n g a u t o ma t i o n c o n t r o l c o me t r u e ．Th i s a r t i c l e ma i n l y i n t r o d u c e s t h e a p p l i c a t i o n o f M i t s ub i s h i PLC a nd f r e q ue nc y c o nv e r t e r i n t h e s i ngl e be a m s us pe ns i o n c r a ne r e c o ns t r u c t i o n． Ke y wo r d sPLC；f r e q ue nc y c onv e r t e r ；e l e c t r opl a t i n g pr od uc t i on l i ne；t r a ns f or mat i o n 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m