全自動(dòng)電鍍生產(chǎn)線的研發(fā)

全自動(dòng)電鍍生產(chǎn)線；PLC；自動(dòng)控制系統(tǒng)；變頻器；工控機(jī)
1．系統(tǒng)綜述
ZDX—30全自動(dòng)電鍍生產(chǎn)線是按照一定的工藝要求，將有關(guān)的各種電鍍處理槽、行車、機(jī)架、電氣系統(tǒng)、電源設(shè)備、抽風(fēng)系統(tǒng)、循環(huán)過濾系統(tǒng)、溫控加熱系統(tǒng)、空氣攪拌系統(tǒng)、液位控制系統(tǒng)、陰極移動(dòng)裝置等構(gòu)成一個(gè)完整的多功能自動(dòng)控制系統(tǒng)。該生產(chǎn)線適用于滾、掛鍍兩用。
2．工作過程
ZDX—30電鍍生產(chǎn)線采用了直線懸臂式行車，行車架上有可升降的吊鉤。行車和吊鉤各由一臺(tái)電機(jī)帶動(dòng)，由變頻器控制電機(jī)的速度。在行車的適當(dāng)位置裝有接近開關(guān)的SQ和感應(yīng)片，在定位軌上依照工位安裝感應(yīng)片，行車的平移和吊鉤的上下均由SQ接近感應(yīng)片來定位。為了簡單的說明行車在該電鍍生產(chǎn)線中工作過程，現(xiàn)將30個(gè)工位的流程簡化為5個(gè)工位：上料工位、前處理工位、鍍槽工位、后處理工位、下料工位。工作過程如圖1所示。簡單說明如下
上、下料工位是行車運(yùn)行的始末位置。在上料處人工掛好鍍件，行車即可按照工藝要求運(yùn)行，在下料處放下鍍件，就返回上料工位繼續(xù)掛鍍件，循環(huán)電鍍工作。
掛好鍍件吊鉤上升，SQ接近到上限感應(yīng)片時(shí)停止，轉(zhuǎn)到下一步工序；
行車右移，直至SQ接近2號(hào)感應(yīng)片時(shí)才停止，吊鉤正好在前處理工位上方；
吊鉤下降，直至SQ接近下限感應(yīng)片時(shí)才停止，鍍件放入前處理槽里，按具體工藝要求定時(shí)一段時(shí)間處理好鍍件；
定時(shí)時(shí)間一到，吊鉤上升提起鍍件，直至SQ接近上限感應(yīng)片時(shí)才停止，繼續(xù)轉(zhuǎn)到下一步工序；
行車?yán)^續(xù)右移，直至SQ接近3號(hào)感應(yīng)片停止，鍍件恰好在鍍槽工位的正上方
吊鉤下降，直至SQ接近下限感應(yīng)片時(shí)才停止，鍍件放入鍍槽里，按具體工藝要求定時(shí)一段時(shí)間電鍍好鍍件；
電鍍完畢，吊鉤上升直至SQ接近上限感應(yīng)片停止，鍍件恰好在后處理槽工位的正上方；
行車?yán)^續(xù)右移，直至SQ接近4號(hào)感應(yīng)片才停止，鍍件恰好在后處理槽工位的正上方；
吊鉤下降，直至SQ接近下限感應(yīng)片時(shí)才停止，鍍件放入后處理槽里，進(jìn)行回收鍍液，并且水洗干凈；
吊鉤上升到位后，行車?yán)^續(xù)右移到達(dá)下料工位放下鍍好的工件，并且返回上料工位重復(fù)前述工序。
3．機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)部分
由于生產(chǎn)車間的條件限制，ZDX—30全自動(dòng)電鍍生產(chǎn)線采用了直線懸臂式結(jié)構(gòu)。機(jī)械結(jié)構(gòu)主要包括機(jī)架、兩臺(tái)行車及各種鍍槽組成。
3．1機(jī)架
考慮到電鍍生產(chǎn)的環(huán)境酸堿腐蝕性較大，我們?cè)跈C(jī)架整體部分采用了優(yōu)質(zhì)不銹鋼型材，提高設(shè)備的耐蝕性，并且達(dá)到了設(shè)備要求的強(qiáng)度和剛度。同時(shí)，為了安裝調(diào)試方便，機(jī)架各部件間均采用螺絲聯(lián)接，便于整個(gè)機(jī)械結(jié)構(gòu)的拆裝，維護(hù)簡便，結(jié)構(gòu)緊湊美觀。
3．2行車
為了充分發(fā)揮設(shè)備的性能，提高生產(chǎn)效率，選擇了2臺(tái)行車，單臂起吊。除了人工上下料以外，整個(gè)過程全自動(dòng)運(yùn)行?？紤]到生產(chǎn)中行車提升的實(shí)際重量較小，在生車升降系統(tǒng)除采用變頻器調(diào)速外，行車采用尼龍基膠帶拖動(dòng)，單臂起吊，能夠使吊起工件時(shí)實(shí)現(xiàn)先慢后快，下降時(shí)先快后慢的軟著陸狀態(tài)。行車的運(yùn)行是依靠行走輪沿鍍槽一側(cè)的機(jī)架上的主副導(dǎo)軌行走，而提升臂則沿行車架上的導(dǎo)軌滑行，以滾動(dòng)滑動(dòng)方式替代直接提升或拖動(dòng)，減少了負(fù)荷
3．3陰極移動(dòng)
由于在電鍍時(shí)陰極上有氣泡產(chǎn)生，如果這些氣體粘附在陰極表面，就會(huì)阻止金屬離子的繼續(xù)沉積，結(jié)果造成鍍層表面麻點(diǎn)、小孔的出現(xiàn)，影響產(chǎn)品的質(zhì)量。為了消除這種現(xiàn)象，我們采用了陰極移動(dòng)裝置。該機(jī)構(gòu)選用水平移動(dòng)方法，移動(dòng)次數(shù)15—20次/min，移動(dòng)行程60mm，以370W的單相直流電機(jī)來完成驅(qū)動(dòng)。并且在陰極移動(dòng)的一側(cè)裝有位置傳感器，使行車與陰極移動(dòng)相配合，防止出現(xiàn)誤運(yùn)作，影響流程的正常運(yùn)行。
4．電氣設(shè)計(jì)部分
由于該電鍍生產(chǎn)線運(yùn)行動(dòng)作復(fù)雜，循環(huán)運(yùn)動(dòng)、附屬設(shè)備、各種定位位置檢測(cè)、信號(hào)的拾取種類繁多，而且要據(jù)不同的工藝要求，需要完成不同的任務(wù)也有不同，這就要求能夠隨時(shí)修改工藝流程和運(yùn)行參數(shù)，使整個(gè)控制系統(tǒng)具有較強(qiáng)的自適應(yīng)能力和可調(diào)性，同時(shí)要求系統(tǒng)安全、可靠、準(zhǔn)確、性能穩(wěn)定。為此選用了工程控制常用的可編程控制器PLC、工控機(jī)IPC、變頻器、觸摸屏組成主要控制系統(tǒng)。
4．1可編程控制器PLC
PLC選用西門子公司生產(chǎn)的CPU224、226兩塊，椐所需I/O的實(shí)際點(diǎn)數(shù)選擇適合的擴(kuò)展模塊。由CPU224控制鍍槽中草藥液位傳感器來控制鍍液的液面高度；在和上位通迅的前提下，由CPU224控制行車的運(yùn)行、陰極移動(dòng)、噴淋系統(tǒng)、空氣攪拌系統(tǒng)。
4．2工控機(jī)（上位機(jī)）
上位機(jī)和PLC通過RS-485串行通訊來完成對(duì)生產(chǎn)過程實(shí)時(shí)監(jiān)控顯示，同時(shí)軟件的編制及操作使用均在WINDOWS98環(huán)境下進(jìn)行，在界面上有組態(tài)王軟件編制的各功能模塊。系統(tǒng)具有掉電保護(hù)功能，能及時(shí)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)和狀態(tài)進(jìn)行保護(hù)，確保系統(tǒng)能繼續(xù)安全運(yùn)行。
當(dāng)啟動(dòng)計(jì)算機(jī)時(shí)，會(huì)出現(xiàn)控制軟件歡迎界面，點(diǎn)擊進(jìn)入按鈕，即進(jìn)入工藝管理畫面。在此畫面顯示選擇工藝、編制新工藝、存儲(chǔ)工藝、刪除工藝、電源管理、陰術(shù)移動(dòng)開/關(guān)以及退出畫面。在調(diào)入工藝管理畫面后，可以修改工藝參數(shù)。
在電源管理畫面中功能模塊：電源控制的模式分為遠(yuǎn)端模式和本地模式，通過這兩種模式調(diào)節(jié)電鍍電流、電壓值
4．3觸摸屏（Pt100）
由于上位機(jī)工藝參數(shù)設(shè)置后讀入PLC，但不能立即生效。為了解決這個(gè)難點(diǎn)我們選用觸摸屏，液晶顯示各種參數(shù)及其操作工功能。生效條件為：觸摸屏上按下初始化按鈕，并順利完成初始化。觸摸屏上的工藝參數(shù)設(shè)定后即刻生效，直到上位機(jī)參數(shù)生效條件滿足后被其取代。操作者可根據(jù)此特點(diǎn)來靈活使用設(shè)備。在待機(jī)狀態(tài)下，若沒有報(bào)警發(fā)生，觸摸屏初始畫面有如下功能模塊見圖3：
觸摸屏的初始畫面
1）自動(dòng)和手動(dòng)模式。在自動(dòng)模式下行車按照工藝流程所設(shè)定的參數(shù)自動(dòng)運(yùn)行；手動(dòng)模式下，通過行車上的手操盒人工操作控制行車運(yùn)動(dòng)，并可用急停按鈕緊急剎車停止任何運(yùn)動(dòng)。這兩種工作模式可以相互切換，便于故障維護(hù)、操作，為整機(jī)的安全運(yùn)行提供了必要手段。
2）初始化模塊：它是行車正常運(yùn)行的前提，只有初始化才能保證讀入PLC的工藝參數(shù)得以生效，兩臺(tái)行車順利返回上、下料工位，等待啟動(dòng)。
3）滾鍍和掛鍍：兩種方法用戶可以根據(jù)自己產(chǎn)品的情況相互切換，選擇合適的鍍種。
4）啟動(dòng)模塊：初始化完畢即可按下此按鈕啟動(dòng)運(yùn)行程序，行車按照工藝流程正常運(yùn)行。
5）工藝參數(shù)模塊：按下此模塊即可切換到工藝參數(shù)設(shè)置來面便于用戶和上位機(jī)的工藝參數(shù)進(jìn)行核對(duì)，修改工藝時(shí)間。
6）行車參數(shù)模塊：在此模塊中，可以設(shè)定行車的加減速時(shí)間、水洗槽工位、噴淋時(shí)間、帶電入槽時(shí)間以及陰極移動(dòng)停止延遲時(shí)間。
另外，若有報(bào)警發(fā)生，觸摸屏顯示報(bào)警畫面，并且顯示報(bào)警原因。在排除故障后按下解除按鈕方可顯示初始畫面，恢復(fù)正常狀態(tài)。
4．4變頻器
為了使小車能準(zhǔn)確定位，就需要對(duì)行車的速度進(jìn)行控制。富士變頻器的低噪音、高性能價(jià)格比適用于全自動(dòng)控制系統(tǒng)。為此我們選用2臺(tái)富士變頻器分別控制2臺(tái)行車的平移、升降進(jìn)行無級(jí)變頻調(diào)速，避免了抱閘所產(chǎn)生的麻煩。
當(dāng)變頻器有正向輸出時(shí)，電機(jī)正轉(zhuǎn)，行車左平移、吊鉤上升；當(dāng)變頻器有反向輸出時(shí)，電機(jī)反轉(zhuǎn)，行車右平移、吊鉤下降。為了防止行車運(yùn)行出現(xiàn)鍍件晃動(dòng)和不能到達(dá)目的工位，我們就要求：行車平移時(shí)，先快速，當(dāng)接近工位時(shí)轉(zhuǎn)為慢速，以減小制動(dòng)力矩，提高定位的準(zhǔn)確性，減少對(duì)導(dǎo)軌的磨損；行車上行時(shí)先慢后快，下行時(shí)先快后慢，防止鍍件的晃動(dòng)脫落。

5．關(guān)鍵附屬設(shè)備
5．1噴淋設(shè)備
為使工件清洗徹底干凈，在各鍍槽后的水洗槽上配有噴淋設(shè)備。當(dāng)行車按工藝要求到達(dá)水洗槽后水洗完畢，工件被提起時(shí)，由sPLC控制的電磁閥立即被打開，定時(shí)沖洗工件后自動(dòng)關(guān)閉電磁閥。
5．2電鍍電源
從電鍍?cè)砜芍?，電鍍電源必須是直流電源或脈沖電源。各類鍍槽對(duì)電源的要求也不盡相同，電鍍時(shí)電流、電壓應(yīng)控制在一定的誤差范圍內(nèi)。故選用高頻開關(guān)電源，具有恒壓、恒流、恒電流密度控制功能，采用IGBT模塊和獨(dú)特的驅(qū)動(dòng)保護(hù)方式。由PLC實(shí)現(xiàn)對(duì)其進(jìn)行本地控制和遠(yuǎn)端控制機(jī)及其轉(zhuǎn)換，為實(shí)際生產(chǎn)帶來了便利。
5．3溫控系統(tǒng)
由于電解除油和電鍍槽對(duì)溫度的要求比較高，它直接影響了鍍件產(chǎn)品的質(zhì)量，為此我們選用了溫度控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)由溫控儀、溫度傳感器、加熱<

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