PLC與變頻器在電鍍生產(chǎn)線控制系統(tǒng)改造中的應(yīng)用分析論文
電鍍就是利用電解原理在某些金屬表面上鍍上一薄層其它金屬或合金的過程，是利用電解作用使金屬或其它材料制件的表面附著一層金屬膜的工藝從而起到防止金屬氧化(如銹蝕)，提高耐磨性、導(dǎo)電性、反光性、抗腐蝕性(硫酸銅等)及增進(jìn)美觀等作用。不少硬幣的外層亦為電鍍。以下是學(xué)習(xí)啦小編為大家精心準(zhǔn)備的：PLC與變頻器在電鍍生產(chǎn)線控制系統(tǒng)改造中的應(yīng)用分析相關(guān)論文。內(nèi)容僅供參考，歡迎閱讀!
PLC與變頻器在電鍍生產(chǎn)線控制系統(tǒng)改造中的應(yīng)用分析全文如下：
引言
河源某電鍍廠為承接大量ABS塑料電鍍(掛鍍方式)加工，決定新建ABS塑料電鍍自動(dòng)生產(chǎn)線。為充分利用工廠現(xiàn)有資源，盡量減少工廠的投入成本，決定將現(xiàn)有倉庫改造為ABS塑料電鍍自動(dòng)生產(chǎn)車間，改造項(xiàng)目中包括倉庫現(xiàn)有一臺單梁懸掛起重機(jī)(0.5t)。根據(jù)單梁懸掛起重機(jī)的工作特點(diǎn)和ABS塑料電鍍生產(chǎn)工藝流程，經(jīng)筆者反復(fù)思考，在保留點(diǎn)動(dòng)功能的前提下，決定應(yīng)用三菱PLC和變頻器將單梁懸掛起重機(jī)改造成為ABS塑料電鍍專用行車。
1 單梁懸掛起重機(jī)改造前電氣線路分析
1.1 主電路分析
該起重機(jī)共由4臺異步電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，吊鉤升降由一臺電動(dòng)機(jī)M1拖動(dòng)，為防止電動(dòng)機(jī)突然斷電導(dǎo)致重物自行墜落或下放重物時(shí)下降過快而造成事故，電動(dòng)葫蘆具有電磁離合器制動(dòng)裝置和再生發(fā)電制動(dòng)控制功能。電動(dòng)小車移動(dòng)機(jī)構(gòu)由一臺電動(dòng)機(jī)M2拖動(dòng)，大車移動(dòng)由兩臺電動(dòng)機(jī)M3、M4拖動(dòng)。M3、M4兩臺電動(dòng)機(jī)規(guī)格相同，兩臺電動(dòng)機(jī)定子繞組接在同一電源上，但三相電源的相序相反，使兩臺電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向相反，以保證大車的兩側(cè)滾輪驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)方向一致。
1.2 控制電路分析
控制電路的電源由控制變壓器TC輸出36V 電壓供電，吊鉤的上下升降由SB1、SB2控制，電動(dòng)小車運(yùn)行由SB3、SB4控制，大車運(yùn)行由SB5、SB6控制，電動(dòng)小車兩側(cè)限位開關(guān)為SQ12、SQ13，大車兩端限位開關(guān)為SQ15、SQ16及換相聯(lián)鎖線路。
2 ABS塑料電鍍工藝流程
根據(jù)ABS塑料電鍍生產(chǎn)工藝流程，該電鍍生產(chǎn)線有除油槽、親水槽、粗化槽等18個(gè)槽位(槽位代號按順序分別為1號～18號)，全線總長約40m，而倉庫車間長約25m，因此需將電鍍槽按工藝順序分兩邊均勻分布，即分2條電鍍生產(chǎn)線，但必須首尾相連按工藝進(jìn)行電鍍。
在電鍍生產(chǎn)線的左側(cè)上掛點(diǎn)(原位裝貨點(diǎn))，由工人將待電鍍零件裝入掛籃，掛到起重機(jī)吊鉤上，并發(fā)出啟動(dòng)信號，起重機(jī)吊鉤上升并按工藝流程要求在需要停留的槽位停止、下降、停留、上升。如此完成電鍍工藝規(guī)定的每一道工序，直至第2條電鍍生產(chǎn)線的末端下掛點(diǎn)(卸貨點(diǎn))卸下電鍍好的零件，根據(jù)需要自動(dòng)返回原位，重新裝貨發(fā)出啟動(dòng)信號進(jìn)入下一輪電鍍加工循環(huán)。
3 起重機(jī)改造總體思路及硬件改造措施
為實(shí)現(xiàn)ABS塑料電鍍生產(chǎn)工藝，并保留地面點(diǎn)動(dòng)(上、下、左、右、前、后)操作功能，作如下改進(jìn)：
(1)選用可編程控制器(PLC)實(shí)現(xiàn)對起重機(jī)的自動(dòng)運(yùn)行控制。
(2)為實(shí)現(xiàn)快速搬運(yùn)和準(zhǔn)確制動(dòng)停車，減小起重機(jī)停車的沖擊和掛籃的搖晃，采用變頻器對電動(dòng)葫蘆電機(jī)、小車電機(jī)、大車電機(jī)進(jìn)行調(diào)速控制。
(3)為控制起重機(jī)對上、下掛點(diǎn)和18個(gè)槽位進(jìn)行準(zhǔn)確定位，在大車導(dǎo)軌上的對應(yīng)位置加裝定位開關(guān)SQ0、SQ1、SQ2、SQ3、SQ4、SQ5、SQ6、SQ7、SQ8、SQ9;在小車導(dǎo)軌上兩側(cè)對應(yīng)位置加裝定位開關(guān)SQ10、SQ11。考慮起重機(jī)主要工作在自動(dòng)循環(huán)狀態(tài)，其定位開關(guān)的工作頻率高、可靠性及精度要求也較高，因此以上定位開關(guān)均選用LXJ0型接近開關(guān)(直流24V)，由PLC內(nèi)部電源24V提供。
(4)為實(shí)現(xiàn)地面點(diǎn)動(dòng)和電鍍自動(dòng)循環(huán)的切換、急停、停止、啟動(dòng)等功能，在原有懸掛式按鈕盒按鈕的基礎(chǔ)上加裝一塊控制板，其中，SB9為點(diǎn)動(dòng)或自動(dòng)循環(huán)切換按鈕(復(fù)合自鎖按鈕)，SB10為緊急停車按鈕，SB11為起重機(jī)啟動(dòng)按鈕，SB12為停止按鈕。原懸掛式按鈕盒按鈕均隨大、小車移動(dòng)，加裝控制板固定安裝在上掛點(diǎn)附近，以方便工人操作。
(5)電動(dòng)葫蘆下方需要加裝2個(gè)重錘限位器。SQ14控制上升高度，SQ17控制下降高度，下降高度應(yīng)根據(jù)電鍍槽液位高度來確定。
(6)為清楚起重機(jī)工作狀態(tài)，增加了電源、越位報(bào)警、手動(dòng)、自動(dòng)狀態(tài)指示燈。它們分別是HL1、HL2、HL3、HL4。
(7)由于起重機(jī)改造后處于長時(shí)間工作狀態(tài)，在主線路中加裝熱繼電器。
(8)原控制電氣線路主電路中有6個(gè)接觸器，現(xiàn)只保留3個(gè)接觸器。
(9)考慮變頻器和電機(jī)之間的連線比較長，可能導(dǎo)致變頻器過電流跳閘，漏電流增加，電流顯示精度變差等，因此布線時(shí)應(yīng)盡可能讓兩者間不超過50m，確實(shí)超出的，則選用輸出電路濾波器(OFL濾波器);同時(shí)，因PLC輸出端接有感性負(fù)載(接觸器線圈)，將會(huì)影響PLC正常工作，為提高PLC控制系統(tǒng)的抗干擾能力，在負(fù)載兩端并聯(lián)RC吸收電路(交流負(fù)載)。
4 PLC與變頻器控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
4.1 可編程控制器型號選擇
根據(jù)電鍍工藝和硬件改造方案，確定了輸入、輸出端口的數(shù)量，并考慮經(jīng)濟(jì)性，滿足使用要求，決定選用FX0N-60MR型號的日本三菱可編程控制器，其有36個(gè)輸入點(diǎn)和24個(gè)輸出點(diǎn)，滿足了控制電氣線路改造的需求。
4.2 變頻器型號選擇
電動(dòng)葫蘆、小車、大車的運(yùn)行由一個(gè)變頻器實(shí)現(xiàn)控制，由于電動(dòng)葫蘆起重電機(jī)功率最大(0.8kW)，因此所選變頻器只要能滿足電動(dòng)葫蘆電機(jī)，則大車、小車均能滿足。已知起重電機(jī)型號為ZD21-4，額定功率0.8kW，額定電流2.2A。
4.2.1 選用變頻器的功率
變頻器的容量PCN由下式確定：PCN ≥kPM/ηcosφ .其中：k為電流波形的修正系數(shù)，一般取1.05;PM為負(fù)載所要求的電機(jī)軸輸出功率，PM為0.8;cosφ為電機(jī)的功率因數(shù)，約為0.75;η為電機(jī)的效率，約為0.85。將相關(guān)參數(shù)代入上式，計(jì)算得PCN ≥1.31kW .再由公式ICN ≥kIM(ICN為變頻器的額定電流，IM為電機(jī)工頻電源時(shí)的電流，IM為2.2)可知ICN≥2.31A。
4.2.2 變頻器類型的選擇和型號確定
該起重機(jī)是恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，為了實(shí)現(xiàn)恒轉(zhuǎn)矩，適當(dāng)加大容量。由于該變頻器安裝在配電箱內(nèi)，因此選用防護(hù)式，不帶選用件。綜合以上情況，確定選用高性能矢量三菱變頻器，型號為：FR-A740-1.5K-CHT。
4.3 變頻器主要參數(shù)設(shè)定
Pr.79設(shè)為3(外部組合操作模式);Pr.10設(shè)為18Hz(制動(dòng)動(dòng)作頻率);Pr.4設(shè)為90Hz(高速);Pr.5設(shè)為40Hz(中速);Pr.6設(shè)為20Hz(低速)。
4.4 軟件編寫
本程序主要采用步進(jìn)指令、基本指令、特殊軟元件進(jìn)行編程，將自動(dòng)循環(huán)和地面手動(dòng)操縱分為兩條通道，由SB9(X30)為選擇條件，如不作選擇，則程序默認(rèn)為自動(dòng)循環(huán)狀態(tài)，否則進(jìn)入地面手動(dòng)操縱狀態(tài)。現(xiàn)將起重機(jī)進(jìn)入自動(dòng)循環(huán)工作狀態(tài)程序進(jìn)行說明。
(1)自動(dòng)循環(huán)：按下啟動(dòng)按鈕SB11(X32)，此時(shí)不論電動(dòng)小車和大車處于任何位置(空載狀態(tài))，大車先將以90Hz(快速)返回至上掛點(diǎn)(原位)，而后小車也以90Hz(快速)定位到上掛點(diǎn)(原位)，此時(shí)接近開關(guān)SQ0、SQ10發(fā)出信號，大車、小車電機(jī)通過變頻器被先后制動(dòng)停移，吊鉤開始快速下降，下降至設(shè)定高度時(shí)，下降定位開關(guān)SQ17發(fā)出信號，吊鉤停止下降等待掛籃上掛。如上掛完成，工人按啟動(dòng)按鈕SB11，則吊鉤以90Hz(快速)提起掛籃上升運(yùn)行。上升至設(shè)定高度時(shí)，上升開關(guān)SQ14發(fā)出信號，吊鉤停止上升并制動(dòng)，防止掛籃自行墜落。定時(shí)器延時(shí)3s后，PLC向大車2個(gè)電機(jī)發(fā)出信號，大車以90Hz(快速)向除油槽(1號槽)方向移動(dòng)，運(yùn)行6s后以40Hz(中速)運(yùn)行3s，再以20Hz(低速)運(yùn)行2s，待除油槽接近開關(guān)SQ1發(fā)出信號，大車停止右移，準(zhǔn)確定位后，吊鉤快速下降至SQ17，開始6min的除油，除油完畢后吊鉤快速上升至開關(guān)SQ14，吊鉤在除油槽上方停10s，讓鍍件表面鍍液流回到電鍍槽中，定時(shí)時(shí)間一到，大車又快速向親水槽(2號槽)方向移動(dòng)，然后再經(jīng)2次減速后定位到親水槽;
以此類推，直到完成活化槽(9號槽)工序后大車不再向右移動(dòng)，此時(shí)第1條生產(chǎn)線9個(gè)槽電鍍工序完成。接著由小車以90Hz快速向清洗槽(10號槽)橫向移動(dòng)，運(yùn)行15s后以中速運(yùn)行3s，再以低速運(yùn)行2s至SQ11制動(dòng)定位至清洗槽，完成清洗槽工序后，大車往反方向運(yùn)行，直至大車運(yùn)行到第2條生產(chǎn)線的第18個(gè)清洗槽時(shí)，ABS塑料電鍍工序全部完成，大車?yán)^續(xù)快速返回至下掛點(diǎn)，待SQ0發(fā)出信號，大車被制動(dòng)停移，吊鉤快速下降至設(shè)定點(diǎn)，等待工人取下掛籃。取下掛籃后，如果是單次循環(huán)或電鍍?nèi)蝿?wù)完成，則按停止SB12，此時(shí)吊鉤快速上升至SQ14后，小車快速橫向移動(dòng)至SQ10，起重機(jī)停靠在上掛點(diǎn)并停止工作，原位待命。如果是多次循環(huán)，則按啟動(dòng)SB11，此時(shí)吊鉤不再上升，小車直接快速橫向移動(dòng)至SQ10回到上掛點(diǎn)(原位)等待第2批零件掛籃上掛。
(2)停止：在自動(dòng)循環(huán)狀態(tài)時(shí)，在電鍍過程中，如出現(xiàn)一般性質(zhì)異常情況可按停止按鈕SB12，起重機(jī)將停止運(yùn)行，待問題處理完畢后，按啟動(dòng)按鈕SB11將繼續(xù)運(yùn)行。
(3)急停：在自動(dòng)循環(huán)狀態(tài)時(shí)，遇緊急情況時(shí)，按SB10能禁止所有輸出(應(yīng)用M8034)。
(4)六檔點(diǎn)動(dòng)控制功能：按點(diǎn)動(dòng)或自動(dòng)切換按鈕SB9時(shí)，電動(dòng)葫蘆、大車、小車處于行走范圍內(nèi)任何位置均可以實(shí)現(xiàn)點(diǎn)動(dòng)控制功能，此時(shí)手動(dòng)指示燈亮。
(5)來電或恢復(fù)供電指示功能：通電指示由Y04驅(qū)動(dòng)，Y04通過特殊繼電器M8000的常開觸點(diǎn)聯(lián)接，在PLC開機(jī)后，使Y04線圈被驅(qū)動(dòng)，指示燈亮。
(6)越位報(bào)警功能：起重機(jī)運(yùn)行時(shí)，當(dāng)?shù)蹉^上升過程因重錘限位器失效，斷火限位器SQ20將發(fā)揮作用，切斷電動(dòng)葫蘆電機(jī)電源，或者當(dāng)大車、小車移動(dòng)時(shí)，只要碰到限位開關(guān)SQ12、SQ13、SQ15、SQ16，起重機(jī)則停止工作，報(bào)警燈亮。
5 結(jié)束語
該起重機(jī)經(jīng)多次調(diào)試和運(yùn)行，各項(xiàng)功能均滿足生產(chǎn)需求，系統(tǒng)性能穩(wěn)定可靠，操作靈活方便，抗干擾能力強(qiáng)。特別是在運(yùn)行中避免了急剎車所造成的振動(dòng)和吊鉤的晃動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了高效運(yùn)行準(zhǔn)確停車等功能。應(yīng)用PLC、變頻技術(shù)對單梁懸掛起重機(jī)改造成ABS塑料電鍍自動(dòng)生產(chǎn)線專用行車，不僅解決了企業(yè)實(shí)際生產(chǎn)中的困難，為企業(yè)提高生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益，還能為同類技術(shù)升級改造提供借鑒和參考。