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基于S 7 3 0 0 P L C 和E T 2 0 0 S 的电镀 生产线 自动控制系统设计 Desi gn o f el ec t r opl at i ng pr oduct i on - i ne aut om at i c cont r ol s ys t em“ bas ed on 7- 300 PLC and ET20 0S 李秀忠 L I Xi u z h o n g 佛山职业技术学院，佛山 5 2 8 1 3 7 摘要针对目前一些中小型电镀企业的生产工艺自动化水平不高，大多采用人工作业的不足之处，文 章开发设计了一种基于s 7 3 0 0 P L C 和E T 2 0 0 S 的电镀生产线自动控制系统。 7 - 3 0 0 P L C 作 控制器，通过两个分布式I／ O系统E T 2 0 0 S 控制两台行车按规定的生产工艺运行， 7 -3 0 0 PL C 通过P R O F I N E T 工业以太网与分布式i／ o E T 2 0 0 S 、变频器G 1 2 0 和触摸屏K T P 6 0 0 进行通讯。本 系统具有自动和手动两种工作模式， 操作维护方便 ，行车运行平稳，定位精确。 关键词电镀生产线；s 7 3 0 0 P L C；分布式I ／ 0 系统E T 2 0 0 S；P R O F I N E T；自动控制系统 一 中图分类号T P 2 7 3 ； T Q 1 5 3 文献标识码A 文章编号1 0 0 9 - 0 1 3 4 2 0 1 5 0 7 下 - o i 3 4 - 0 4 D o i 1 0 ． 3 9 6 9 ／ J ． i s s n ． 1 0 0 9 - 0 1 3 4 ． 2 0 1 5 ． 0 7 下 ． 4 2 0 引言 电镀是指在含有欲镀金属的盐类溶液中，以被镀基 体金属为阴极，通过电解作用，使镀液 中欲镀金属 的阳 离子在基体金属表面沉积 出来，形成镀层的一种表面加 工方法 。根据镀层 的功能分为防护性镀层，装饰性镀层 及其它功能性镀层 电镀工艺广泛应用在国民生产的各 个领域 ，如灯饰、锁具、眼镜 、打火机、洁具、汽车、 摩托车配件 、装饰五金 、电器组件 的电镀等 我 国的电 镀加工基地主要集 中在广东的珠江三角洲地区和浙江 的 温州地区。 目前中小电镀企业特别多，其 电镀生产线 自 动化水平不高，手工操作的生产线 占大多数，生产环境 恶劣、工人劳动强度 大[ 1 ，针对这一情况，本文根据 某一小型 电镀企业 的需求 ，设计一种基于S 7 ． 3 0 0 P L C 和 E T 2 0 0 S 的电镀生产线 ，实现电镀过程 的 自动化控制， 降低了工人劳动强度，改善了工人劳动环境 。 1 生产工艺设计 根据某企业主要进行装饰 五金 电镀 ，电镀工艺 为 行车1 除油 、水洗 、酸洗 、水洗 、电镀 、水洗 ，共有2 6 个工 作槽两台行车，行车 l 工作范围为l 2 个槽，主要进行除 油、水洗 、酸洗、水洗 ，行车2 2 1Z 作范 围为1 6 个槽 ，主 要进行 电镀、水洗 ，整条生产 线约4 0 m，其 中水洗1 和 交换1 槽 为两 台行车共 同的工作范围。行车采用单钩龙 门起重机 ，工作槽规格为长1 ． 5 mX宽1 ． 5 mX高1 ． 2 m，提 升重量按3 0 0 k g 设计，挂具提升高度2 m，行车行走速度 O 3 0 m ／ m i n ，升降速度0 ～1 0 m ／ m i n ，行走电机1 ． 5 k W采 用变频调速，升降电机3 K W采用双速 电机 。设计完成的 生产工艺流程 图如图l 所示。 1 ． 1行车 1 工艺流程设计 行车 1 主要进行 电镀工件 的除 油、水洗 、酸洗 、 水洗，其 中除油槽6 个 ，水洗槽2 个 ，酸洗槽3 个 ，交换 槽 1 个 ，行车 1 从上料 处提 取工件 挂具分别送至除油槽 6 ～1 ，除油时间到分别从除油槽6 ～1 提取工件挂具依次 进行水洗 、3 次酸洗 、再水洗，接着再分别从上料处提 取工件挂具至除油槽6 --1 ，从交换 1 处取回空挂 具回上 除 油 1 荽 j喜 l蒌 I善 l荽 l I I鬟 I鬟 l攀 I摹 l攀 I攀 I攀 I攀 I攀m Il葶m I琴m ll攀m I攀m ll m Il羹 I I摹 水 洗 2 图 1 生产工艺 流程 图 行车2 收稿日期2 0 1 5 -0 5 - 3 1 基金项目佛山市科技创新专项资金资助项 目 2 0 1 4 AG1 0 0 t 5 作者简介李秀忠 1 9 7 0一，男，N J l l 达州人，副教授，硕士，研究方向为自动控制技术。 【 1 3 4 l 第3 7 卷第7 期2 0 1 5 - 0 7 下 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 料处 ，行车1 工艺流程设计如下 工步1 从上料处提料至除油6 ；一工步2 从上料 处提料至除油5 ；⋯⋯；一工步6 从上料处提料至除油 1 ；一工步7 除油6 时间到提料依次通过水洗、酸洗 、 至水洗 1 ；一工步8 从上料处提料至除油6 ；一工步9 从交换1 提取空挂具至上料处；一工步1 0 “除油5 时间到 提料依次通过水洗 、酸洗 、至水洗1 ；一工步1 1 从上 料处提料至 除油5 ；一工步 1 2 从 交换1 提取空挂具至 上料处；⋯⋯；一工步2 2 除油1 时间到提料依次通过水 洗、酸洗、至水洗1 ；一工步2 3 从上料处提料至除油1 ； 一工步2 4 从交换1 提取空挂具至上料处如此循环。 1 ． 2 行车2 工艺流程设计 行车2 主要进行 电镀、水洗 ，其中 电镀槽 1 2 个 ，水 洗槽1 个，交换槽 1 个 。从水洗 1 处提取工件挂具分别至 电镀槽 l 2 ～1 处， 电镀时间到分别从 电镀槽l 2 ～1 处提取 工件挂具至水洗2 处，水洗完成后进行卸料 。 工步 l 从水洗1 提料至镀槽 1 2 ．一工步2 从水洗 1 提料至镀槽1 1 ；⋯⋯；一工步 1 2 从水洗1 提料至镀槽 1 ；一工步1 3 镀槽1 2 时间到提料至水洗2 ；一工步 1 4 从水洗1 提料至镀槽1 2 ；一工步1 5 从交换2 提取空挂具 至交换1 ；一工步1 6 镀槽1 1 时间到提料至水洗2 ；一工 步1 7 从水洗1 提料至镀槽1 1 ；一工步 1 8 从交换2 提取 空挂具至交换1 ；⋯⋯；一工步4 6 镀槽1 时间到提料至 水洗2 ；一工步4 7 从水洗 1 提料至镀槽 1 ；一工步4 8 从交换2 提取空挂具至交换 1 ；如此循环 。 2 控制系统设计 2 ． 1 控制要求 生产线完成工件除油、水洗 、酸洗 、电镀等工艺 ， 具有 自动和手动控制方式 ，行车行走和升降起动、停止 平稳 ，停靠到位精确，能对除油、电镀等工序时间进行 设置 ，具有故障报警、行车行走超程报警和保护、行车 行走防撞报警和保护、行车升降超程报警和保护 ，能实 现多种产品电镀工艺。 2 ． 2 控制系统结构设计 生产线 由S 7 ． 3 0 0 P LC C P U3 1 4 C． 2 P N／ DP 做主控制 器 ，每 台行 车 由一个E T 2 0 0 S 远程I ／ O模块控制 ，配置 I M1 5 1 ． 3 P N接 口模块1 个和多个I ／ 0 模块。行车行走电机 由西 门子G1 2 0 CU2 4 0 E ． 2 P N变频器驱动，升 降电机由 E T 2 0 0 S 的I ， 模块控制，西门子K T P 6 0 0 B a s i c c o l o r P N 触 摸屏用于 电镀工艺参数设置、运行监控和报警显示1 3 】 。 E T 2 0 0 S 的I ／ 0 模块接 收现场各种开关信号，通过接 口模 块I M 1 5 1 ． 3 P N传送给CP U3 1 4 C． 2 P N／ DP ，经控制 程序 处理后P L C 输出通过E T 2 0 0 S 的接 口模块和I ／ 0 模块控制 行车按规定 的电镀工艺运行 。C P u3 1 4 C． 2 P N／ DP通过 P R O F I N E T 接口与各台行车的E T 2 0 0 S 模块 、G1 2 0 变频器 和K T P 6 0 0 触摸屏的P R O F I N E T 接 口相连，进行工业 以太 网通信控制 ，设计完成的控制系统结构图如图2 所示 。 2 ． 3 系统l ， O 设计 1 输入设计 在行车导轨一侧每个工作槽中心线对应位置处安装 1 个到位接近开关，用于行车行走定位控制 。每台行车 升降机 构上安装4 个接近开关，用于行车升降减速和到 位控制，安装2 个行程开关 ，用 于行车升降机构上下 限 位控制 。每 台行车上分别安装1 个防撞行程开关和1 个行 走 限位 开关 ，安装 1 个启动按钮 、1 个停止按钮和1 个 急 停按钮 。上料、水洗1 、交换1 、水洗2 、交换2 处各安装 1 个行程开关用于检测有无挂具。每台行走电机安装1 个 热继电器、升降双速电机安装2 个热继 电器 。 2 输出设计 每 台行车行走 电机变频器 电源控制输 出点1 个 ，每 台行车升降双速电机正反转控制输出点2 个 ，高低速控 制输 出点2 个，每台行车声光报警输出点1 个。 2 ．4 主控单元设计 主控单元采用S 7 ． 3 0 0 P L C CP U3 1 4 C． 2 P N／ DP[ 4 1 ， 集成有 1 个MP I ／ D P 接 口、1 个P R O F I N E T 接 口、D I 2 4 ／ D O 1 6 和A I 5 ／ A O 2 。触摸屏采用K T P 6 0 0 B a s i c c o l o r P N， 5 ． 7 ”T F T显示屏、3 2 0 2 4 0 像素、2 5 6 色 、6 个功能键 、 IO“ P 6 0 0 E T2 0 0 S M1 51 - 3 蠢 j 匿 图2 电镀生产线 自动控制 系统结构 第3 7 卷第7 期2 0 1 5 0 7 下 【 1 3 5 1 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 报警保护，电机过热检测及报警保护 ，急停检测及报警 保护等 ，调用行车 l 运行程序和行车2 运行程序 。行 车1 运行程序流程图如图6 所示，对行车1 运行区间段的设备 进行控制 ，主要完成除油 、两次水洗 、3 次酸洗工艺。 行车2 运行程序流程 图如 图7 所示，对行车2 运行区间段 的设备进行控制 ，主要完成电镀、水洗工艺。在本系统 中上料和卸料由手动操作上料和卸料机完成 。行车行走 电机 的启动 、停止和转速 由P L C 通过P R O F I N E T 总线向 变频 器写入相应 的控制字来 实现 ，此时需对变频器 的 P 0 7 0 0 和P 1 0 0 0 等参数进行设置 ，其中命令源选择 参数 P 0 7 0 0 设置为6 为现场 总线 ，频率设 定值来源选择 参数 P 1 0 0 0 设置为6 为现场总线，变频器控制字4 7 F 、C 7 F 、 4 7 E 分别送Q W2 5 6 和Q W2 6 8 控制 两台行车 行走 电机 正 转 、反转和停止，频率数据送Q W2 5 8 和Q W2 7 0 控 制两 台行车行走电机的转速。 上料至除油槽 顺序为6 ～1 ； 一 ； 、 、 1 ．． L ．． ． ． ．． ． ． ．． ． ．． 一 爹 Y 上 提取挂具经水洗 3 次酸洗至水洗1 处 审 上料至空除油槽 一 从交换1 处取回 空挂具至上料处 图6 行车1 运行程序流程 图 ＼ 提取挂具至镀槽 顺序为1 2 ～1 一 ； ’ Y 上 提取挂具至水洗2 处 提取挂具至空镀槽 一 I从 交 换 2 处 取 回 I 空挂具至交换1 处 图7 行车2 运行程 序流程 图 4 结束语 本系统以S 7 ． 3 0 0 P L C CP U3 1 4 C ． 2 P N／ DP 做主控制 器 ，用2 个分布式I ／ 0 E T2 0 0 S 分别对两 台行车运行进 行控制，行车行走 电机 由S 7 3 0 0 P L C 通过P R O F I N E T 工业 以太 网进行变频调速控制 ，行车升降双速 电机 由 E T 2 0 0 S 进行控制，用K T P 6 0 0 触摸屏进行系统参数设置 和运行监控 ，S 7 ． 3 0 0 P L C 通过P R O F I N E T 工业 以太网与 分布式I ／ O E T 2 0 0 S 、变频器G1 2 0 和触摸屏K T P 6 0 0 进行 通讯。采用P R O F I N E T 工业 以太 网和分布式I ／ O 系统，对 电镀生产线各分散设备进行集 中控制 ，提高了电镀生产 线 自动化水平 、降低了电镀工件的次品率、提高了产品 质量、减少了企业用工数量、降低 了企业生产成本、减 轻了工人劳动强度、改善了工人劳动环境、操作维护方便。 第3 7 卷第7 期2 0 1 5 - 0 7 下 [ 1 3 7 1 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 参考文献 【 l 】 宫言坤， 万红平． 基于可编程 逻辑控制器 的电镀 生产线控制系统 设计 【 J 1 ． 电镀与环保， 2 0 1 5 ， 3 5 1 2 2 - 2 4 ． f 2 】 段 春霞， 张恰军． 电镀生产 线监控 系统设计 [ J 】 ． 自动化技术 与应 用， 2 0 0 8 ， 2 7 3 1 2 1 1 2 3 ． 【 3 ]陈永利， 任艳艳． 基于P L C 和触摸屏的电镀生产线控制系统设计 【 J 1 _ 伟 0 造业 自动化， 2 0 1 1 , 3 3 1 2 1 4 9 1 5 1 ． f 4 】 彭 双生 ． 基于 西 门子 S 7 ． 3 0 0 P L C的 中央空 调系统 [ J 】 _ 自动化 应 用 ,2 0 1 4 1 2 2 7 2 8 ． 【 5 】 陈海霞， 于海龙， 辛永 贞． S 7 3 0 0 P L C和E T 2 0 0 I ／ O分站 在步烧 控制 系 统中的应用[ J 】 ． 自动化应用， 2 0 1 1 6 3 7 ． 3 8 ． 【 6 】杨应凯， 周恩， 张碧琰， 等． 应用E T 2 0 0 S 对脉冲式火焰炉控制系统 的改进 [ J 】 ． 工业炉， 2 0 1 3 ， 3 5 3 6 1 6 4 ． 【 7 】 张震， 高娇， 侯曼曼． 基 于S 7 ． 3 O O P L ‘ 的煤矿井下输送 带集中控制 系统[ J 】 ． 煤矿机械， 2 0 1 5 ， 3 6 1 2 2 3 2 2 5 ． 【 8 】彭杰， 应启戛． P R O F I N E T 3 J k 太网技术分析【 J 】 ． 南昌大学学报 工科版 ， 2 0 1 0 ， 3 2 2 1 8 8 1 9 1 ． 矗‘ j蠡‘ 蠡● 蠢● 矗‘ 蠢● 蠢● {童● 蠡‘ {国● 岛‘ {国‘ 童● 矗● ●重● ． ． 蠡‘ j蠡‘ 鼻● 矗● 盘● 岛‘ 童● 鼻‘ 【 上接第1 3 0 页】 表2扩展单元I ／ O 功能分配表 地址分配 控 制功能说明 Q Q Q Q ．O 继 电器K M] 闭合 ， ．1 继电器K M2 断开 ． ．2 继 电器K M3 闭合 ， _3 继电器K M4 断开 ， 电磁 跌DI 得 电上 层 “ 凹”型 挡板伸 电磁铁D1 失电上层 “凹”型挡板缩 电磁铁D2 得电下层 “凹”型挡板伸 电磁铁D2 失电下层 “凹”型挡板缩 2 ． 3 软件控制系统的结构设计 上药机械手的软件控制系统采用模块化设计，由通 信模块 、运行监测模块和发药模块三部分组成 。如图4 所示 。 图4软 件 控 制 系 统 结 构 图 通信模块主要 用来实现机械手上位机与下位机 之 间的通信 ，保证机械手按照指令快速 、准确的作业 。运 行检测模块主要实现机械手控制系统的初始化和开机测 试 ，并对机械手整个工作过程进行实时检测，以保证机 械手安全有效的工作。发药模块则严格按照程序控制机 械手上药。三个模块相互配合，实现机械手有条不紊的 运行 。程序流程如图5 所示 。 3 结论 设计的上药机械手，机械结构简单可靠 ，提高了机 械手 的耐用性和应用广泛性 ，为其长期重复周期性工作 提供 了基础保障。基于P L C的机电控制系统和模块化设 计的软件控制系统相结合，保证 了上药机械手高效 的进 行作业。上药机械手能够解决 自动化储药设备 自动上药 的问题，具有一定的实际应用价值。 参考文献 【 1 】 龚从扬， 臧铁钢， 袁 金虎． 药房 快速 自动 发药机单元 的研发 [ J ] ． 中 国制造业信息化， 2 0 1 2 ， 0 5 6 4 ． 6 6 ， 7 0 ． 【 1 3 8 】 第3 7 卷第7 期2 0 1 5 - 0 7 下 蓍 i l电磁铁 圆 圆 ‘、、＼上 ＼ l电机M ] ． { 电磁铁 l机械 ／ 继 ＼ Y 图5 软件控制 系统流程图 【 2 】 张沈生． 直线导轨的原理及其应用【 J 】 ． 洪都科技, 2 0 0 4 ， 0 2 4 4 4 9 ． [ 3 】 李陆俊， 吕新民． 联合收割机割刀行星齿轮传动机构设计[ J 】 ． 农 机化研究，2 0 1 1 ， 0 4 6 7 7 0 ． 【 4 】姚正武． 基于AT 8 9 S 5 1 的双红外激光对射开关实现智能照 明控制[ A 】 ． 中国照明学会 C h i n a I l l u mi n a t i n g E n g i n e e r i n g S o c i e t y ． 2 O1 4 年 中国照 明论坛 L ED照 明产 品设计 、应 用与创 新论坛 论文集 【 C】 ． 中 国照 明学会 Ch i n a I l l u mi n a t i n g Eng i n e er i n g S o c i e t y， 2 01 4 9 【 5 】 谢剑， 金永乔， 白江， 王宇晗． 高档数控系统中的R S 4 8 5 串行总线 接 口研 究与 开发【 J 】 ． 组合 机床与 自动化加 工技 术， 2 01 0 ， 0 5 2 2 2 5． 3 O ． [ 6 】闰娓， 陈忠提， 赵安． P L C 触摸屏直接控制伺服电机程序设计【 J 】 ． 机床 电器， 2 0 o 9 0 4 3 7 3 8 ， 4 1 ． 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m
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