1.電鍍生產線工藝要求

　　電鍍生產線上對行車的自動化控制是電鍍生產線自動化控制的關鍵。電鍍生產線按照其工藝要求由4臺行車完成,每臺行車都根據已編制好的各自的程序運行。本生產線由32工位組成,7號、15號、22號工位槽為行車的交換工位槽,每臺行車包含的工位槽及該行車工藝流程。每臺行車由兩個掛鉤構成,分別為A鉤和B鉤,A鉤上是待鍍工件,B鉤是用來實現(xiàn)工件的交換。行車交換工位,由B鉤先將槽中空鉤提起,然后再將A鉤中掛件放入槽中,這樣很容易實現(xiàn)將工件送到下一臺行車,完成下面的工藝流程。在行車1工藝流程中有化學脫脂這一環(huán)節(jié),由于化學脫脂時間長,則有A,B槽切換功能。行車1第一次將工件放入A槽進行脫脂,完成一個循環(huán)后,行車第二次將工件放入B槽,然后提起A槽中的工件進入下一道工藝。這樣可以節(jié)省工作時間,提高工作效率。化學脫脂、電解脫脂、預鍍銀、鍍銀、防變色、活化、鍍錫、中和以及上下料的時間由觸摸屏隨意調整。另外,這些工位需要進行溫度控制,由溫控器實現(xiàn),需要調整的電壓和電流參數(shù)由觸摸屏設置,并將實時數(shù)據顯示在觸摸屏上。電解脫脂需要的電流密度為10A/dm2,預鍍銀的電流密度為0.1~0.3A/dm2,鍍銀的電流密度為0.5~1.0A/dm2,鍍錫的電流密度為1.0~1.2A/dm2。這些工位中除霧以及冷淋須由輔機控制完成。

2.電鍍生產線控制系統(tǒng)硬件配置

　　根據工藝要求及其控制要求,選擇三菱Q01型CPU。該CPU的RS-232接口能與使用MC通訊協(xié)議的外部設備進行通訊。此功能使CPU不再需要串行通訊模塊,降低了成本。由于具有自動CC-Link啟動功能,可以在沒有設定參數(shù)的情況下啟動CC-Link,刷新數(shù)據,減少了人工設定參數(shù)的時間。PLC編程更簡單,特殊功能模塊有專門的設定軟件,基本模式版本支持浮點運算、8路PID,標準RAM增加到128K,支持ST,SFC,FB編程。根據現(xiàn)場傳感器以及輸入和輸出信號的點數(shù)選擇PLC的輸入和輸出模塊。由于電解、鍍銀、鍍錫過程中需要采集整流器的電壓和電流參數(shù),模擬量輸入信號為10路,并通過模擬量輸出模塊控制電壓和電流參數(shù)。電壓和電流的控制通過觸摸屏上按鈕進行切換控制。工位槽中液體需要加熱則有溫控器和電磁閥來實現(xiàn)。

　　本生產線中需要進行行車的控制、電壓和電流的控制、工位槽中液體溫度的控制及輔機的控制,其中,行車的控制是難點。

　　生產線有4臺行車,每臺行車上有4臺交流異步電機和2臺行走電機同步運動,2臺提升電機負責A,B鉤的上下運動,4臺電機有電磁抱閘機構。行車的行走和A,B鉤的上下運動不同時進行,A鉤和B鉤的提升、下降也不是同時進行的。行車在運行過程中要保證工作效率,所以要快速運行,但是要能實現(xiàn)定位功能,定位時速度要慢,故采用變頻器進行調速控制。采用減速制動以及電磁制動相結合,每臺行車上安裝1臺變頻器驅動的交流異步電動機負責行車前進、后退,A鉤、B鉤的上下,這樣節(jié)省成本。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從掛具上掉下。因此,行車的速度用變頻器控制,使之根據電鍍生產線的實際情況可調。行車設計有快速、中速和慢速3種運行方式。作自動運行時,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,其動作狀態(tài)顯示在觸摸屏上。

　　每臺行車上安裝有一定數(shù)量的傳感器,選用電感式接近開關。其主要作用是負責行車上、下工件定位、鍍槽定位、鍍槽中有無物料以及行車運行過程向PLC發(fā)出變速信號等。行車控制信號是通過外部的開關控制,有手動操作和自動運行模式選擇、單周期和循環(huán)運行模式選擇、緊急暫停。自動控制設計有運行、停止和復位操作按鈕,可以使4臺行車自動、同步、循環(huán)運行。

3.電鍍生產線PLC程序結構化設計

　　4臺行車的軟件控制采用結構化的程序設計方法,程序分為主程序main和功能流程圖程序SFC。由于4臺行車的自動運行為步進式運行方式,而且要求具有在自動運行時隨時進行手動干預功能,所以在主程序中有4臺行車的手動點動、手動長動尋位、自動控制程序。另外,主程序中還包括了初始化和啟動、位置控制、輔機的控制、系統(tǒng)的復位、故障處理、模擬量處理等程序。行車的自動工藝流程則由SFC程序完成。

　　3.1系統(tǒng)初始化和自動啟動程序

　　系統(tǒng)初始化是每一次PLC上電或對PLC強制復位,主要是對在程序中使用到的PLC中各種計數(shù)器、定時器、寄存器等進行復位和設置,同時保留上次運行需要記憶的各種數(shù)據,完成運行前的各項準備工作。

　　當4臺行車全部返回原點并處在自動方式時,按下啟動按鈕,進入自動運行狀態(tài),自動燈指示,啟動自動程序。其余行車自動控制程序中各子塊的設計原理是相同的。

1.電鍍生產線工藝要求

　　電鍍生產線上對行車的自動化控制是電鍍生產線自動化控制的關鍵。電鍍生產線按照其工藝要求由4臺行車完成,每臺行車都根據已編制好的各自的程序運行。本生產線由32工位組成,7號、15號、22號工位槽為行車的交換工位槽,每臺行車包含的工位槽及該行車工藝流程。每臺行車由兩個掛鉤構成,分別為A鉤和B鉤,A鉤上是待鍍工件,B鉤是用來實現(xiàn)工件的交換。行車交換工位,由B鉤先將槽中空鉤提起,然后再將A鉤中掛件放入槽中,這樣很容易實現(xiàn)將工件送到下一臺行車,完成下面的工藝流程。在行車1工藝流程中有化學脫脂這一環(huán)節(jié),由于化學脫脂時間長,則有A,B槽切換功能。行車1第一次將工件放入A槽進行脫脂,完成一個循環(huán)后,行車第二次將工件放入B槽,然后提起A槽中的工件進入下一道工藝。這樣可以節(jié)省工作時間,提高工作效率?；瘜W脫脂、電解脫脂、預鍍銀、鍍銀、防變色、活化、鍍錫、中和以及上下料的時間由觸摸屏隨意調整。另外,這些工位需要進行溫度控制,由溫控器實現(xiàn),需要調整的電壓和電流參數(shù)由觸摸屏設置,并將實時數(shù)據顯示在觸摸屏上。電解脫脂需要的電流密度為10A/dm2,預鍍銀的電流密度為0.1~0.3A/dm2,鍍銀的電流密度為0.5~1.0A/dm2,鍍錫的電流密度為1.0~1.2A/dm2。這些工位中除霧以及冷淋須由輔機控制完成。

2.電鍍生產線控制系統(tǒng)硬件配置

　　根據工藝要求及其控制要求,選擇三菱Q01型CPU。該CPU的RS-232接口能與使用MC通訊協(xié)議的外部設備進行通訊。此功能使CPU不再需要串行通訊模塊,降低了成本。由于具有自動CC-Link啟動功能,可以在沒有設定參數(shù)的情況下啟動CC-Link,刷新數(shù)據,減少了人工設定參數(shù)的時間。PLC編程更簡單,特殊功能模塊有專門的設定軟件,基本模式版本支持浮點運算、8路PID,標準RAM增加到128K,支持ST,SFC,FB編程。根據現(xiàn)場傳感器以及輸入和輸出信號的點數(shù)選擇PLC的輸入和輸出模塊。由于電解、鍍銀、鍍錫過程中需要采集整流器的電壓和電流參數(shù),模擬量輸入信號為10路,并通過模擬量輸出模塊控制電壓和電流參數(shù)。電壓和電流的控制通過觸摸屏上按鈕進行切換控制。工位槽中液體需要加熱則有溫控器和電磁閥來實現(xiàn)。

　　本生產線中需要進行行車的控制、電壓和電流的控制、工位槽中液體溫度的控制及輔機的控制,其中,行車的控制是難點。

　　生產線有4臺行車,每臺行車上有4臺交流異步電機和2臺行走電機同步運動,2臺提升電機負責A,B鉤的上下運動,4臺電機有電磁抱閘機構。行車的行走和A,B鉤的上下運動不同時進行,A鉤和B鉤的提升、下降也不是同時進行的。行車在運行過程中要保證工作效率,所以要快速運行,但是要能實現(xiàn)定位功能,定位時速度要慢,故采用變頻器進行調速控制。采用減速制動以及電磁制動相結合,每臺行車上安裝1臺變頻器驅動的交流異步電動機負責行車前進、后退,A鉤、B鉤的上下,這樣節(jié)省成本。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從掛具上掉下。因此,行車的速度用變頻器控制,使之根據電鍍生產線的實際情況可調。行車設計有快速、中速和慢速3種運行方式。作自動運行時,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,其動作狀態(tài)顯示在觸摸屏上。

　　每臺行車上安裝有一定數(shù)量的傳感器,選用電感式接近開關。其主要作用是負責行車上、下工件定位、鍍槽定位、鍍槽中有無物料以及行車運行過程向PLC發(fā)出變速信號等。行車控制信號是通過外部的開關控制,有手動操作和自動運行模式選擇、單周期和循環(huán)運行模式選擇、緊急暫停。自動控制設計有運行、停止和復位操作按鈕,可以使4臺行車自動、同步、循環(huán)運行。

3.電鍍生產線PLC程序結構化設計

　　4臺行車的軟件控制采用結構化的程序設計方法,程序分為主程序main和功能流程圖程序SFC。由于4臺行車的自動運行為步進式運行方式,而且要求具有在自動運行時隨時進行手動干預功能,所以在主程序中有4臺行車的手動點動、手動長動尋位、自動控制程序。另外,主程序中還包括了初始化和啟動、位置控制、輔機的控制、系統(tǒng)的復位、故障處理、模擬量處理等程序。行車的自動工藝流程則由SFC程序完成。

　　3.1系統(tǒng)初始化和自動啟動程序

　　系統(tǒng)初始化是每一次PLC上電或對PLC強制復位,主要是對在程序中使用到的PLC中各種計數(shù)器、定時器、寄存器等進行復位和設置,同時保留上次運行需要記憶的各種數(shù)據,完成運行前的各項準備工作。

　　當4臺行車全部返回原點并處在自動方式時,按下啟動按鈕,進入自動運行狀態(tài),自動燈指示,啟動自動程序。其余行車自動控制程序中各子塊的設計原理是相同的。

　　3.2工藝流程SFC程序

　　由于該電鍍自動生產線設計有兩種電鍍工藝,分別是鍍銀、鍍錫工藝,每種工藝的工藝流程各不相同,在實際使用時可以通過觸摸屏上的工藝選擇開關加以選擇。由于兩種工藝的編程方式基本相同,文中以鍍銀生產線行車1為例闡述結構化的設計方法。

　　行車1鍍銀SFC程序,如圖所示。按照圖1中的工藝流程,即:行車行走的工位和在相應工位槽中停留的時間,編制SFC程序,兩種工藝程序步數(shù)不相同,鍍銀程序步數(shù)是70步。由于行車在走自動程序時是步進運行,不同的步是由不同的電機工作,而且變頻器在運行時必須先將電動機側的接觸器先接通,然后變頻器的正反轉信號和速度信號才能輸出,這也要求行車必須為步進運行,屬于較為復雜的步進控制。編制各個不同電機的動作相應的SFC子塊,子塊中包括電機控制電鍍工件在鍍槽的提升、放下和停留的時間、行車走多少個鍍槽以及運行速度等。在走自動程序時只需調用相應的子塊即可很方便地完成步進控制,邏輯關系思路清晰,各電機的動作可靠。這樣從0步開始運行,并依次執(zhí)行到最后一步結束或循環(huán)執(zhí)行。在運行過程中可隨意進行手動干預,然后從暫停處往下按順序執(zhí)行下去,直到70步結束或循環(huán)執(zhí)行。

　　3.3手動、自動、手動尋位程序

　　行車1運行時,其行走電機、A鉤和B鉤電機的控制均需要手動和自動控制,行走電機還需要進行尋位控制,即每次走一個工位。以行車1的行走電機控制為例,說明手動、自動、尋位控制的結構化設計方法。

　　手動方式時,點動開關接通,行車1的行走電機繼電器接通,同時A鉤和B鉤電機接觸器不能接通,這樣控制行車電機繼電器通電;然后行車1的行走電機制動繼電器得電松開,變頻器無故障而且電機不過載,其正轉信號接通,同時點動速度信號接通,行車行走。

　　自動運行時,行車1自動/手動信號接通,其行走電機繼電器(自動)信號接通;手動尋位時,行車1行走電機繼電器(長動)信號接通。這兩種情況下A鉤和B鉤電機接觸器不能接通,這樣控制行車1行走電機繼電器通電,變頻器無故障而且電機不過載,其正轉信號接通,同時高速運行信號接通,行車高速行走。到達減速開關,低速運行信號接通,低速運行并定位。行車1的反向行走,就是控制變頻器反轉信號得電,原理相同。

　　A鉤和B鉤電機的控制原理和行走電機的控制原理相似。

　　3.4復位和暫停處理

　　由于行車在工作過程中有時會有突發(fā)事件或行車需要暫停處理其他的工作,因此在系統(tǒng)中設計了復位和手動干預暫停兩項功能,針對行車不同的情況和需要使用。在任何情況下按下復位按鈕,程序都將轉入復位子程序塊,停止所有動作輸出的同時,計數(shù)器、定時器、輔助繼電器和寄存器等全部清零,可進入手動操作,回原點,為下次自動程序做準備。在自動運行時,將手/自動開關撥到手動狀態(tài),即暫停SFC程序中的子程序塊。在暫停的狀態(tài)下,可以進行手動干預操作行車,干預結束后,將手/自動開關撥到自動狀態(tài),從SFC程序中暫停的步繼續(xù)運行。

4.結語

　　該控制系統(tǒng)程序采用結構化設計后,極大地增強了系統(tǒng)的通用性,只需根據生產廠家的具體情況和不同的工藝流程要求進行硬、軟件模塊功能組合,即可構成合適的控制裝置,無需重復研制,縮短了開發(fā)周期,節(jié)省了開發(fā)費用,同時可以提高產品質量并降低能耗。采用上述思路設計的新型電鍍生產線具有綜合性強、自動化程度高、節(jié)能、環(huán)保等特點,符合清潔生產的發(fā)展方向,目前生產線已投入運行,取得了很好的效果。