(此文档为word格式，下载后您可任意编辑修改！)
以下文档格式全部为word格式，下载后您可以任意修改编辑。
扬州市职业大学
毕业设计（论文）设计（论文）题目：PLC 在电镀生产线上的应用
系别：汽车与电气工程系
专业：电气自动化
班级： 09电气一班
姓名：李城
学号：
指导老师：王蕊
摘要
行车是用来在短距离内提升和移动物件的机械，是现代化工厂中用于物料输
送的重要设备，电镀行车由于他的高危险性，应用它的场合更是频繁，行车对减
轻工人体力劳动，提高劳动生产率起着重要的作用。本设计中的行车要实现左右，
前后及上下的三维运动，并且要准确定位，具有远距离控制，能够按照预定顺序
和控制要求，自动完成一序列的工作。在设计中采用低压电器的控制方式，控制
线路的设计方面力图做到布局合理,排列均匀,原理图上有极限位置保护和必要
的电气保护措施，重点分析了系统软硬件设计部分，并给出了系统硬件接线图、
PLC控制IO端口分配表以及整体程序流程图等，实现了电镀生产自动化，提高
了生产效率，降低了劳动强度。在该生产线的控制系统中，采用了高可靠性，高
稳定性，编程简单，易于使用，而且广泛应用于现代工业企业生产线过程控制中
的控制器PLC。详细分析了输送系统设备保护控制电动机原理图、程序框图、PLC
系统外部接线图。分层次详细阐述了整个高度自动化输送系统的目标及功能，使
高度自动化输送系统的结构更加清晰，层次更加分明，具有非常强的实用性。
关键词：PLC 电镀行车
前言
毕业设计是大学阶段最后一次综合性设计，是大学三年所学知识的综合题现，是应用所学基础理论、专业知识与技能分析和解决生产实际问题的综合性训练。毕业设计是学生毕业前进行的全面综合训练，是培养学生综合运用所学知识与技能解决实际问题的教学环节，是学生在校获得的最后训练机会，也是对学生在校期间所获得知识的检验。希望通过最终的毕业设计，能更加巩固、扩大和强化自己所学到的理论知识和技能，提高自己毕业设计制图、编写技术说明书的能力，学会正确使用技术资料，标准手册和工具书。并在设计中进一步提高自己理论联系实际、严肃、认真的工作作风，为即将走上工作岗位所从事的技术工作打下一个良好的基础。这次设计的题目是：PLC在电镀生产线上的应用设计。并绘制出电镀工艺流程图、自动工作状态流程图、电镀生产线PLC控制梯形图。在这次设计中，我明确设计目的，并决定好好把握和利用这次踏上工作岗位前的最后一次“演习”机会，通过几个月来的仔细查阅资料，精心设计，努力工作，终于完成了这次设计任务，但由于水平和时间有限，设计中错误难免，希望老师们批评指正，从而能得到不断的进步
目录
摘要 (1)
前言 (1)
第1章课题简介 (1)
§1.1概述 (1)
§1.2本课题的内容和工艺要求 (1)
第2章方案比较 (3)
§2.1继电器、PLC电路图电路分析 (3)
§2.2 PLC与继电器的优缺点 (3)
§2.2.1 继电器的特点 (3)
§2.2.2 PLC 的特点 (4)
§2.3 PLC的选用 (5)
第3章 PLC的原理 (6)
§3.1 可编程控制器的等效电路 (6)
§3.1.1存储程序控制与可编程序控制器 (6)
§3.1.2可编程序控制器的等效电路 (6)
§3.2 PLC扫描技术 (9)
§3.2.1扫描技术 (9)
§3.2.2扫描工作过程 (9)
§3.2.3扫描周期计算 (10)
§3.3 PLC与IO相应时间 (10)
§3.3.1改变信息刷新方式 (11)
§3.3.2采用集中技术 (11)
§3.3.3 调整输入滤波器 (12)
§3.4梯形图语言特点 (12)
§3.5主要技术性能 (12)
§3.6 PLC的硬件系统 (12)
§3.7 PLC应用领域 (15)
第4章 PLC在电镀生产线上的应用 (17)
§4.1 工艺要求 (17)
§4.2 控制流程图 (18)
§4.2.1行车自动工作控制的过程 (18)
§4.3 拖动系统设计 (19)
§4.4 PLC的选型 (19)
§4.5 PLC输入输出地址对照表 (20)
§4.6 PLC生产线上的梯形图 (21)
§4.6.1 电镀生产线PLC控制梯形图程序 (26)
§4.6.2 梯形图程序 (29)
第5章不足与改进 (30)
第6章小结 (31)
第7章致谢..................................................................................32. 参考文献. (33)
第1章课题简介
§1.1 概述
一件电镀产品的质量除了要有好的成熟的电镀工艺和品质好的镀液
添加剂外，如何保证电镀产品严格按照电镀工艺流程运行和保证产品的电镀时间则是决定电镀产品质量和品质的重要因素。在电镀生产线上采用自动化控制不但可以使电镀产品的质量和品质得到严格的保证，有效的减少废品率，而且还可以提高生产效率和减轻工人的劳动强度，有着非常好的经济效益和社会效益，电镀生产线上对行车的自动控制则是电镀生产线自动化控制的关键。
电镀生产线按照其工艺要求和规模一般设计有两台行车、三台行车和四台行车工作，每台行车都根据已编制好的各自的程序运行；对于行车的自动控制，早期是采用继电器逻辑电路和顺序控制器，发展至今其控制方式已采用可编程控制器PLC作为核心控制部件，其控制更为安全、可靠、方便、灵活，自动化程度更高。
随着集成电路和计算机技术的迅猛发展，存储控制程序逐步替代接线程序控制，成为工业控制系统的主流发展方向。所谓程序控制，就是将控制逻辑程序语言的形式存放在存储器中，通过执行存储器中的程序实现系统的控制要求。这样的系统称为存储程序控制系统。在存储程序控制系统中，控制程序的修改不需要改变控制器内部的接线，而只需通过通过编程器中的某些程序语言内容。
可编程控制器就是一种存储程序控制器。其输入设备和输出设备与继电器控制系统相同，但它们直接连接到可编程控制器的输入端子和输出端子。在可编程控制器构成的控制系统中，实现一个控制任务，同样需要针对具体的控制对象，分析控制系统要求，确定所需用户的输出输入设备，然后运行相应的程序语言便指出相应的程序，利用编程器和其他设备写入可编程控制器的存储器中。每条程序语言确定一个顺序，运行时CPU一次读取查出其中的程序语句，对它们的内容解释并加以执行；执行结果用以输出设备，两支被控制对象工作。可编程控制器时通过软件实现控制逻辑的，能够使用不同控制任务的需要，通用性强，使用灵活，可靠性强。
§1.2、课题的内容和工艺要求
（1）、内容：
电镀生产线上有三个基本的槽位，分别是：清水槽、回收槽和电镀槽，工件由装有可升降吊钩的行车带动，经过电镀、镀液回收、清洗等工序，完成电镀全过程。在电镀生产线一侧，工人将代加工的零件装入吊篮，并发出信号，专用行车便提升并自动逐段进行。按工艺要求在需要停留的槽位停下，并自动下降，停留一定时间（各槽停留时间按事先工艺要求调定）后自动提升，如此完成电镀工艺规定的每一道工序，直至生产线的末端自动返回原位，卸下处理好的零件，重新装料发出信号进入下一加工循环。
（2）、设计要求：
工件放入镀槽中，电镀250s后提起，停放25s，让镀液从工件上流回镀槽中，然后放人回收液中浸25s，提起后停20s，接着放入清水槽中清洗20s。最后提起
停15s后，行车返回原位，一个工件的电镀过程结束。如果在中途断电，工件将报废无需在进行下面的工序，所以可以通过点动操作返回，取下报废品。电镀工艺流程图如图1-1。
第2章方案比较
§2.1、继电器、PLC电路图电路分析
（1）、如图（a）为继电器电路图；图中SBT为常开按钮，SBP位常闭按钮，KM为继电器线圈。当按下启动按钮SBT，继电器KM的线圈通电，其常开触点KM闭合，由于常开触点KM与启动按钮SBT并联，所以即使松开启动按钮SBT，已经闭合的常开触点KM仍然能使继电器KM的线圈通电，这个常开触点称作“自锁”触点。停止时按下停止按钮SBP，继电器的线圈失电。
（2）、如图（b）为PLC梯形图；图中X0为常开输入触点，X1为常闭输入触点，Y0表示输出，其输出Y0的工作状态受X0、X1信号控制，当按下启动输入继电器按钮X0，输出继电器Y0的线圈通电，其常开触点Y0闭合，由于常开触点Y0与启动输入继电器按钮X0并联，所以即使松开启动输入继电器按钮X0，已经闭合的常开触点Y0仍然能使输出继电器YO的线圈通电。停止时按下停止按钮X1，输出继电器的线圈Y0失电，常开触点Y0断开。
§2.2、PLC与继电器的优缺点
如图（a）、（b）对于同一控制电路，继电控制原理和梯形图的输入、输出信号基本相同，控制过程等效。
§2.2.1、继电器的特点
（1）、功能不易扩展；
（2）、继电器价格相对PLC便宜；
（3）、继电器接线复杂，一个产品的工艺改变，要重新接线，布线不易更新；
（4）、继电控制使用是内部继电器、定时器和计数器靠硬件连接控制电路；
（5）、可靠性不高，查找和排除故障十分困难；
（6）、当产品更新时继电器控制系统的元件和接线都要相应的变化，而且这种变动工作量很大，工期长费用高。
在传统的继电器控制系统和电子逻辑控制系统中，控制任务的完成时通过电器、电子控制线路来实现的。这些控制线路间继电器、接触器、电子元件等若干分立器件用导线连接在一起、形成满足控制对象动作要求的控制程序。这样的控制系统成为接线程序控制系统。因其程序就固定在接线中，所以又成为接线程序。在接线控制系统中，若要修改控制程序就必须改变接线。
设计一个接线程序控制系统，首先需要针对具体的控制对象，分析控制要求，确定所需的用户输入输出设备，设计相应的控制线路，再根据需要制作针对该控制装置（如继电器控制柜或控制台）。对于较复杂的控制过程，控制线路的设计将非常繁琐、困难。设计的控制线路也很复杂。由于控制系统器件接线多，使系统的可靠性受到了很大的影响，其平均无故障时间往往较短。控制系统完成以后，如控制任务发生变化（如生产工艺流程的变化），则必须改变相应接点才能实现；因而容易造成界限程序控制系统的灵活性、通用性较低，故障率高，维修也不方便。
§2.2.2、PLC的特点
1、可靠性高、抗干扰性强
PLC采用了集成度很高的微电子器件，大量开关动作由无触点的半导体电路
来完成，其可靠程度是使用机械触点的继电器所无法比拟的。为了保证PLC能在恶劣的工业环境下可靠工作，在其设计和制造过程中采取了一系列硬件或软件的刚干扰的设施。
硬件方面的设施有：
（1）隔离~~PLC的输入、输出接口电路一般都采用光点耦合器来传递信号，这种光电隔离设施使外部电路与PLC内部之间完全避免了点的联系，有效地抑制了外部的干扰源对PLC的影响，还可以防止外部强电穿入内部CPU。
（2）滤波~~在PLC电路电源和输入、输出(IO)电路中设置了多种滤波电路，可有效抑制高频干扰信号。
（3）在PLC内部CPU供点电源采取屏蔽、稳压、保护等设施，防止干扰信号通过供电源进入PLC内部，另外各个输入\输出（IO）接口电路的电源彼此独立，以避免电源之间的相互干扰；
（4）内部设置连锁、环境检测与诊断等电路，一旦发生故障就报警；
（5）外部采用密封、防尘、抗震的外壳封装机构，以适应工作的恶劣的环境。在软件方面的设施有：
（1）设置故障检测与诊断程序，每次扫描都对系统状态、用户程序、工作环境和故障进行检测诊断，发现错误后，立即作自动相应的措施，如报警、保护数据和封锁输出等。
（2）定义用户程序及动态数据进行电池后备，以以保证停电后有关状态及信息不会丢失。
2 、编程简单易学
PLC采用与继电器控制线路图非常接近的梯形图作为编程语言，它既有继电器电路的清晰直观的特点，又充分考虑到电气工人和技术人员的读图习惯，对使用者来说，几乎不需要专门的计算机知识，因此，易学易懂，程序改变时也容易修改。
3、功能完善、适应性强
目前PLC产品已经标准化，系列化和模块化，不仅具有逻辑运算、计时、计数、顺序控制功能，还具有AD、DA转换、算术运算及数据处理、通信联网和生产过程监控等功能。它能根据实际需要，方便灵活地组装成大小各异、功能不一的控制系统，即可控制一台单机、一条生产线、又可以控制一个机群、多点生产线。既可以现场控制，又可以远程控制。
针对不同的工业现场信号，如交流、直流、开关量或模拟量、电流或电压脉冲或电位、强电或弱电等，PLC都有相应IO接口模块与工业现场控制器件和设备直接连接，用户可以根据需要方便的进行配置，组成使用、紧凑的控制系统。
4、使用简单，调试维修方便
PLC的接线极其方便，只需将生产输入信号的设备（如按钮、开关等）与PLC的输入端子连接，将接收输出型号的被控制设备（接触器、电磁阀等）与PLC的输出端子连接，仅用螺丝刀既可完成全部接线工作。
PLC的用户程序可在实验室模拟调试，输入信号用开关来模拟，输出可以用PLC的发光二极管。调试后再将PLC早现场安装调试。调试工作量要比继电器控制系统少得多。
PLC的故障率很低，并且有完善的自诊断功能和运行故障指示装置。一旦发生故障，可以通过PLC机上各种发光二极管的亮灭状态迅速查明原因，排除故障。
5 、体积小、重量轻、功耗低
由于PLC采用了半导体大规模集成电路，因此正规产品机构紧凑、体积小、重量轻、功耗低，所以PLC很容易装入机械设备内部，是实现机电一体化的理想的控制设备
§2.3 PLC的选用
通过以上对比，我们很容易看出PLC的功能强大和它适用性，更为人性化的操作。随着21世纪工业生产的迅速发展，市场竞争越来越激烈，PLC技术得到了迅猛的发展，PLC的发展越来越智能化，功能越来越完善化，PLC的优越是继电器无法比拟的。PLC是一台工业控制的计算机，价格比继电器昂贵，但比继电器简单，易于操作，工艺的变化只需重编写程序，调试比继电器少的多，可以自我诊断运行故障，排除故障。
第3章PLC的原理
PLC英文全称Programmable Logic Controller ,中文全称为可编程逻辑控制器，定义是:一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算,顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入输出控制各种类型的机械或生产过程.PLC是可编程逻辑电路，也是一种和硬件结合很紧密的语言，在半导体方面有很重要的应用，可以说有半导体的地方就有PLC PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。
国际电工委员会(IEC)在其标准中将PLC定义为:可编程式逻辑控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入输出控制各种类型的机械或生产过程。可程式逻辑控制器及其有关外部设备，都按易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。
§3.1 可编程控制器的等效电路
§3.1.1 存储程序控制与可编程序控制器
随着集成电路和计算机技术的迅猛发展，存储控制程序逐步替代接线程序控制，成为工业控制系统的主流发展方向。所谓程序控制，就是将控制逻辑程序语言的形式存放在存储器中，通过执行存储器中的程序实现系统的控制要求。这样的系统称为存储程序控制系统。在存储程序控制系统中，控制程序的修改不需要改变控制器内部的接线，而只需通过编程器中的某些程序语言内容。
可编程控制器就是一种存储程序控制器。其输入设备和输出设备与继电器控制系统相同，但它们直接连接到可编程控制器的输入端子和输出端子。如图3-1所示。在可编程控制器构成的控制系统中，实现一个控制任务，同样需要针对具体的控制对象，分析控制系统要求，确定所需用户的输出输入设备，然后运行相应的程序语言便指出相应的程序，利用编程器和其他设备写入可编程控制器的存储器中。每条程序语言确定一个顺序，运行时CPU一次读取查出其中的程序语句，对它们的内容解释并加以执行；执行结果用以输出设备，两支被控制对
象工作。可编程控制器时通过软件实现控制逻辑的，能够使用不同控制人物的需要，通用性强，使用灵活，可靠性强。
§3.1.2可编程序控制器的等效电路
图3-1 PLC构成的存储程序控制系统
由图3-1可知，可编程控制器构成的存储程序控制系统。由如下三个部分组成。
输入设备：连接到可编程控制器的输入端，它们直接接收来自操作台命令或来自被控制对象的各种状态信息，产生输入控制信号送入可编程控制器。常用的输入设备包括控制开关和传感器。控制开关可以是按钮开关、限位开关、行程开关。光电开关、继电器和接触器的接点等。传感器包括各种数字式模拟式传感器，如光栅位移式传感器、磁尺、热电阻。热电偶等。
可编程控制器内部控制电路：采用大规模集成电路制作的微处理和存储器，执行按照被控制对象的实际要求编制并存入程序存储器中的程序，完成控制任务。
输出设备：与可编程控制器的输出端相连。它们用来将可编程控制器的输出控制信号转换为驱动被控制对象的工作信号。常用的输出设备包括电磁开关、电磁阀、电磁继电器、电磁离合器、状态指示部件等。
输入部分采集输入信号，输出部分就是系统的执行部分，这两部分与继电器控制系统相同。PLC内部控制电路是由编程实现的逻辑电路，用软件编程代替继电器等功能。对于使用者来说，在编制应用程序时，可以不考虑微处理器和存储器复杂构成及使用的计算机语言，而把PLC看成内部由许多“软继电器”组成的控制器，用近似继电器控制电路图的编程语言进行编程。这样从功能上讲就可以把PLC的控制部分看做是由许多“软继电器”组成的等效电路，这些“软继电器”的线圈、常开接点、常闭接点一般用图3-2符号表示，PLC的等效电路如图3-3所示。
线圈常开接点常闭接点
图3-2“软继电器”的线圈和接点
下面对PLC等效电路的各组部分作简要分析。
图3-3 PLC等效电路1.输入回路
这一部分由外部输入电路、PLC输入接线端子和输入继电器组成。外部输入信号经PLC输入接线端子驱动输入继电器。一个输入对应一个等效电路中的输入继电器，它可提供任意个常开和而常闭接点，供PLC内部控制接通即表示传送给PLC一个接通的输入信号，因此习惯上经常将两者等价使用。输入回路的电源可用PLC电源部件提供的直流电压，也可由独立的交流电源供电。
2.内部控制电路
这部分电路是由用户程序形成的。它的作用是按照规定的逻辑关系，对输入信号和输出信号的状态进行运算、处理和判断，然后得到相应的输出。用户程序通常采用梯形图编写，梯形图在形式上类似与继电器控制原理图，两者在电路结构及线圈与节点的控制关系上大致相同。
3.输出回路
输出部分由于内部控制电路隔离的输出继电器的外部常开触点、输出接线端子和外部电路组成，用来驱动外部负载。
PLC内部控制电路中有许多输出继电器。每个输出继电器除了有内部控制
电路提供编程用的常开、常闭节点外，还为输出电路提供一个常开节点与输出接线端相连。驱动外部负载的电源由用户提供。在PLC的输出端子排上，由接输出电源用的公共端。
需要注意的是，PLC等效电路中的继电器并不是实际的物理继电器，它实际上是存储器针对每一位触发器。该触发器为“1”态，则相当与继电器接通；该触发器为“0”态，则相当于继电器断开。在PLC提供的所有继电器中，输入继电器用来反应输入设备的状态，也可以将其他看成是输入信号本身；输出继电器用来直接驱动用户输出设备，而其他几电气与用户设备没有联系，在控制程序中仅起传导中将信号的作用，因此统称为内部继电器，如辅助继电器、页数继电器、计时器、计数器等。PLC的所有继电器统称PLC的元素。
§3.2 PLC的扫描技术
§3.2.1扫描工作方式
PLC靠执行用户程序来实现控制要求。为了便于程序执行，在存储器中设置输入映象寄存器区和输出映像寄存器区（或统称IO映像区），分别存放执行程序之前的个输入状态和执行过程这个结果的状态。PLC对用户程序的执行是以喜欢扫描方式进行的。所谓扫描，只不过是一种现象的说法，用户描述CPU对程序顺序、分时操作的过程。扫描从第0号存储地址所存放的第一条用户程序开始，在无中断或跳转控制的情况下，按存储地址号递增的方向顺序逐条扫描用户程序，也就是顺序执行程序，直到程序结束，即完成一个扫描周期，然后再从头开始执行用户程序，并周而复始的重复。由于CPU的运算处理速度很高，使得从外观上看，用户程序几乎是同时执行的。
PLC的扫描工作方式同传统的继电器控制系统明显不同。继电器控制装置采用硬逻辑并行的方式；在执行过程中，如果一个继电器的线圈通电，哪么该机电器的所有常开和常闭触点，无论处在控制线路的什么位置，都会立即动作：其常开触点闭合，常闭触点打开。而PLC采用循环扫描控制程序的工作方式；在PLC的工作过程中，如果某个软继电器的线圈接通，该线圈的所有常开和常闭接点，并不一定都会立即动作，只有CPU扫描到该节点时才会动作：其常开接点闭合，常闭接点打开。
§3.2.2 扫描工作过程
PLC开始运作时，首先清除IO映像的内容，然后进行自诊断，自检CPU及IO组件，确定正常后开始循环扫描。每个扫描过程分为三个阶段进行，即输入采样、重新执行、输出刷新。PLC重复执行上述三个阶段，每重复一次的时间就是一个工作周期（或扫描周期），
如图3-4所示：
图3-4 PLC工作周期的三个阶段
1.输入采样阶段
在输入采样阶段，PLC以扫描方式按顺序将所有输入端的输入信号状态（“0”或“1”，表现在接线端上是否承受外加电压）读入输入映像寄存器区。这个过程成为对输入信号的采样，或称输入刷新，接着转入程序执行阶段。在输入采样阶段结束后，即时输入信号状态发生改变，输入映像寄存器区中的状态也不会发生改变。
2.程序执行阶段
在程序执行阶段，在PLC对程序按顺序进行扫描，又称程序处理阶段。如
果程序用梯形图表示，则总是按先上后下，先左后右的顺序对由节点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算结果，刷新输出映像寄存器区或系统RAM 区对应位的状态。在程序执行阶段，只有输入映像寄存器区存放的输入采样值不会发生改变，其他各种元素在输出映像寄存器区或系统RAM存储器内的状态和数据都有可能随着程序的执行随时发生改变。值得注意的是，在程序的执行过程中，排在上面的逻辑行被刷新后的逻辑线圈状态或数据，会对排在下面的凡是用到这些逻辑线圈的接点或数据的逻辑行起作用，而排在下面的逻辑行，其被刷新的逻辑线圈的状态或数据，只有等到下一个扫描周期才可以会对排在上面的逻辑行起作用。起原因就是因为扫描是从上到下顺序进行的，前面执行的结果可能改变前面的扫描结果，只有到了下一个扫描周期再次扫描前面程序的时候才有可能起作用。如果程序中两个操作相互用不到对方的操作结果，哪么这两个操作的程序在整个用户程序中的相对位置是无关紧要的。
3.输出刷新阶段
当程序执行后，进入输出刷新阶段。此时，将输出映像寄存器区中所有输出继电器的状态转存到输出锁存电路，再通过输出端驱动用户输出设备（负载），这就是PLC的实际输出。
§3.2.3扫描周期的计算
严格的来说，在PLC的实际工作过程中，每个扫描周期除了前面所讲的输入采样、程序执行、输出刷新三个阶段外，还要进行自诊断、与外设（如编程器、上位计算机）通信等处理。即一个扫描周期还应包含自诊断及外设通信等时间。一般来说，同型号的PLC，其自诊断所需的时间相同，如三菱FX2系列机自诊断时间为0.96MS。通信时间的长度与链接等外设多少有关系，如果没有连接外设，则通信时间为0.输入采样与输出刷新时间取决于其IO点数，而扫描用户程序所程序所用的时间则与扫描速度及用户程序长短有关。对于基本逻辑指令组成用户程序，二者的乘积即为扫描时间。如果程序中包含用户特殊指令，则还必须根据用户手册查表计算执行这些特殊功能指令的时间。
§3.3 PLC的IO响应时间
扫描操作是最基本的PLC操作，也是PLC区别与其他控制系统的典型的特征之一。它提供固定的逻辑判定顺序，按指令的次序求解逻辑运算，而且每个运算的结果，颗粒机用于后面的逻辑运算，消除了复杂电路的内部竞争，使用户在编辑的时候，看不考虑继电器动作延时，也用不着考虑这些继电器的触点数量。但PLC采用集中IO刷新方式，在程序执行阶段和输出刷新阶段，即使输入信号发生变化，输入映像寄存器的内容也不会改变，不会映像本次扫描的结果；导致输出信号变化滞后与输入信号变化，这就产生了PLC的输入输出响应滞后现象；最大滞后时间为2-3个扫描周期。
产生输入输出响应滞后现象的原因除了PLC的扫描工作方式外，还与输入滤波器的滞后作用有关。为了提高PLC的抗干扰能力，在每个开关量的输入端都采用光电隔离和R-C滤波电路等技术，其中，R-C滤波电路的滤波常数一般为10-20ms。若PLC采用继电器输出方式，输出电路中的继电器触点的机械滞后作用，也是引起输入输出响应滞后现象的一个原因。
PLC的这种滞后响应，在一般的工业控制系统是完全允许的，但不能适应要求IO响应速度快的实时控制场合。为此，近期的大、中、小型PLC除了加快扫描速度，还在软硬件上采取一些措施，以提高IO的响应速度。在硬件方面，可选用快速响应模块、高速计数模块等。
§3.3.1 改变信息刷新方式
1、IO立即刷新
一般来说，在输入采样阶段进行输入刷新，在输除刷新阶段刷新输出锁存电路；在程序执行节端，既不刷新输入，又不刷新输出。这种处理方式是导致输入输出滞后响应的主要原因。20世纪80年代中期以来，几乎所有的PLC都增加一种新的刷新方式：IO立即刷新。这种新的刷新方式是通过在程序中增加IO立即刷新指令完成的。用户可在程序的不同位置插入IO立即刷新指令。这样，在PLC投入运行后，除了在输入采样和输出刷新阶段集中进行IO立即刷新外，还在扫描到IO时立即刷新新指令位置，对指令规定的输入输出范围，立即进行一次刷新：将指令规定的输入状态读入输入映像寄存器区，将指令规定的输出按输出映像寄存器区中的状态刷新输出锁存电路。
2、IO直接刷新方式
为进一步提高IO响应速度，有些PLC采用一种特殊的工作方式---IO直接刷新方式（DIRECT MODE）与一般PLC不同，采用IO直接刷新方式输入和刷新输出。由于不进行集中IO刷新，其IO响应时间缩短。
§3.3.2 采用中断技术
通过在用户程序中多处插入IO立即刷新指令，使PLC可以读取脉冲宽度小于一个扫描周期的输入信号；输入信号脉冲宽度越窄，要求IO立即刷新指令的间隔越小，这给用户编辑带来了方便。处理窄脉冲输入信号更有效、简便的方法是采用诊中断技术。
近期的PLC都有中断功能。PLC的中断系统包括多个中断请求源（简称中断源）和相关的中断指令。中断操作流程图如图：
中断操作流程图
§3.3.3 调整输入滤波器
无论采用IO立即刷新指令，还是采用中断技术，R-C滤波时间常数大都是影响IO响应速度提高的主要因素。设滤波常数为10ms，为使x10-x17共8个输入状态的变化及时用立即刷新指令REF读入，则在扫描到该程序之前，变化后的输入状态至需要持续10ms，才能被读入IO映像区。为了进一步提高PLC的IO响应速度，某些近期的PLC提供带有可调滤波器的高速开关量输入端。这些输入端采用常数很小的R-C滤波器和可用指令修改的数字式滤波器。如FX2系列PLC就提供X7共8个这样的高速输入端，其R-C滤波器时间常数仅为50us，另外再加上指令修改的数字式滤波器。
§3.4梯形图语言特点
（1）每个梯形图由多个梯级组成。
（2）梯形图中左右两边的竖线表示假想的逻辑电源。当某一梯级的逻辑运算结果为“1”时，有假想的电流通过。
（3）继电器线圈只能出现一次，而它的常开、常闭触点可以出现无数次。
（4）每一梯级的运算结果，立即被后面的梯级所利用。
（5）输入继电器受外部信号控制。只出现触点，不出现线圈。
§3.5主要技术性能
用户程序存储容量：是衡量可存储用户应用程序多少的指标。通常以字或K
字为单位。16位二进制数为一个字，每1024个字为1K字。PLC以字为单位存储指令和数据。一般的逻辑操作指令每条占1个字。定时计数，移位指令占2个字。数据操作指令占2～4个字。
§3.6 PLC的控制功能
PLC是一种一位处理器为核心的工业通用自动控制装置，其实质是一种工业控制用的专用计算机。因此它的组成以一般的微型计算机基本相同，也是有硬件系统和软件系统两大部分组成。
PLC的硬件系统由基本单元、IO扩展单元及外部设备组成，如下图为PLC的硬件系统的机构框架图3.2：
（PLC的硬件系统结构框图）
1、微处理器（CPU）
与通用计算机一样，CPU是PLC的核心部件，在PLC控制系统中的控制系统中的作用类似于人体的神经中枢，整个PLC工作过程都是在CPU的统一指挥下进行的。它的主要功能有以下几点：
（1）接受从编程器输入的用户程序和数据，送入存储器存储；
（2）用扫描方式接受输入设备的状态信号，并存入相应的数据区（输入映像寄存器）；
（3）监测和诊断电源，PLC内部电路工作状态和用户程序编程过程中的语法错误；
（4）执行用户程序，完成各种数据的运算、传递和存储等功能；
（5）根据数据处理的结果，刷新有关标志位的状态和输出状态寄存器表的内容，以实现输出控制、制表打印或数据通信等功能。
2、存储器
PLC配有两种存储器：系统存储器和用户存储器。系统存储器存放系统程序，用户存储器用来存放用户编织出来控制程序。
系统程序用来管理PLC系统，不能由用户直接存取，所以，PLC产品样本或说明书中所列的存储器类型及其容量，系指用户程序存储器而言。如FX2-24M 的存储器容量为4K步，即指用用户程序存储器的容量。
PLC所配的用户存储器的容量大小差别很大，通常中小型PLC的用户存储容量在8K步以下，大型PLC的存储了容量可达到或超过256K步。
3、输入\输出(IO)部件
如上图1-1所示中的输入部件和输出部件也成为输入输出单元或输入输出模块。实际生产过程中产生的输入信号多种多样信号电平各不相同，而PLC所能处理的信号只能是标准电平，因此必须通过输入模块将这些信号转换成CPU能够接受和处理的标准电平信号。同样外部执行元件如电磁阀、接触器、继电器等所需要的控制信号电平也千差万别，亦必须通过输出模块将CPU输出的标准电平信号转换成这些执行元件所能接收的控制的信号。所以，输入输出模块实际上是CPU与现场输入输出设备之间的连接部件，起着PLC与被控制对象间传递输入输出信号的作用。
PLC输入输出模块的电路框图1-2所示。
（a）输入接口
(b)输出接口
为提高抗干扰能力，一般的输入输出模块都有光电隔离装置。在数字量IO 模块中广泛采用由发光二接管和光电三接管组成的光电耦合器，在模拟量IO模块中通常采用隔离放大器。
来自工业生产现场的输入信号经输入模块进入PLC。这些信号有的是数字量，有的是模拟量；有的是直流信号，有的是交流信号。使用时要根据输入信号的类型选择何时得输入模块。
由PLC产生的输出控制信号经过输出模块去驱动负载，如电镀上的升降电动机的起停和正反转、阀门的开闭、设比的移动、升降等。和输入模块相同，与输出模块相接的负载所需的控制信号有的是属质量，有的模拟量；有的交流，有的是直流。因此，同样需要根据负载性质选择合适的输出模块。PLC具有多种模块，常见的有属质量IO模块和模拟量IO模块，以及快速响应模块、高速计数模块、通信接口模块、温度控制模块、中断控制模块、PID控制模块和位置控制模块等多种。IO模块的类型、品种与规格越多，PLC系统的灵活性越好；IO模块的IO容量越大，PLC系统的适应性越强。
4、电源部件
PLC配有开关式稳定电源的电源模块，用来将外部供电电源转换成PLC内部的CPU、存储器和IO接口等电路工作所需要的直流电源。PLC的电源部件有很好哦的稳压设施，因此对外部电源的稳定性要求不高，一般允许外部电源电压的额定值在+10%~-15%范围内波动。小型PLC的电源往往和CPU单元合为一体，大中型PLC都有专用电源部件。为了防止在外部电源发生故障的情况下，PLC内部程序和数据等重要信息的丢失，PLC还带有锂电池作为后备电源。
§3.7 PLC应用领域
目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，使用情况大致可归纳为如下几类。
（1）开关量的逻辑控制
这是PLC最基本、最广泛的应用领域，它取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及自动化流水线。如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。
（2）模拟量控制
在工业生产过程当中，有许多连续变化的量，如温度、压力、流量、液位和速度等都是模拟量。为了使可编程控制器处理模拟量，必须实现模拟量（Analog）和数字量（Digital）之间的AD转换及DA转换。PLC厂家都生产配套的AD和DA转换模块，使可编程控制器用于模拟量控制。
（3）运动控制
PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制。从控制机构配置来说，早期直接用于开关量IO 模块连接位置传感器和执行机构，现在一般使用专用的运动控制模块。如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。世界上各主要PLC厂家的产品几乎都有运动控制功能，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。
（4）过程控制
过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。作为工业控制计算机，PLC能编制各种各样的控制算法程序，完成闭环控制。PID调节是一般闭环控制系统中用得较多的调节方法。大中型PLC都有PID模块，目前许多小型PLC也具有此功能模块。PID处理一般是运行专用的PID子程序。过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛
的应用。
（6）数据处理
现代PLC具有数学运算（含矩阵运算、函数运算、逻辑运算）、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。这些数据可以与存储在存储器中的参考值比较，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能传送到别的智能装置，或将它们打印制表。数据处理一般用于大型控制系统，如无人控制的柔性制造系统；也可用于过程控制系统，如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。
（7）通信及互联网
PLC通信含PLC间的通信及PLC与其它智能设备间的通信。随着计算机控制的发展，工厂自动化网络发展得很快，各PLC厂商都十分重视PLC的通信功能，纷纷推出各自的网络系统。新近生产的PLC都具有通信接口，通信非常方便。
第4章PLC在电镀生产线上的应用设计
一件电镀产品的质量除了要有好的成熟的电镀工艺和品质好的镀液添加剂外，如何保证电镀产品严格按照电镀工艺流程运行和保证产品的电镀时间则是决定电镀产品质量和品质的重要因素。在电镀生产线上采用自动化控制不但可以使电镀产品的质量和品质得到严格的保证，有效的减少废品率，而且还可以提高生产效率和减轻工人的劳动强度，有着非常好的经济效益和社会效益，电镀生产线上对行车的自动控制则是电镀生产线自动化控制的关键。
电镀生产线按照其工艺要求和规模一般设计有两台行车、三台行车和四台行车工作，每台行车都根据已编制好的各自的程序运行；对于行车的自动控制，早期是采用继电器逻辑电路和顺序控制器，发展至今其控制方式已采用可编程控制器PLC作为核心控制部件，其控制更为安全、可靠、方便、灵活，自动化程度更高。
§4.1工艺要求
电镀生产有三个槽（实际应用还会多些），工件由装有可升降吊钩的行车带动，经过电镀、镀液回收、清洗等工序，完成工件的电镀全过程。工艺要求为：工件放入电镀槽中，电镀250s后提起，停放25s，让镀液从工件上流回镀槽，然后放入回收液槽中浸25s，提起后停20s，接着放入清水槽中清洗20s，最后提起停15s后，行车返回原位，一个工件的电镀过程结束。电镀生产线的工艺流程如图所示。
电镀工艺流程图
§4.2控制流程
电镀生产线除装卸工件外，要求整个生产过程能自动进行，这主要体现在行车控制上，同时还要求行车和吊钩的正反向运动均能实现电动控制，以便对设备进行调整和检修。电镀生产线的自动工作状态流程图如下：
§4.2.1行车自动工作控制过程如下
行车在原位，吊钩下降到最下方，限位开关SQ4、SQ6被压下，操作人员将要电镀的工件放在挂具上，即可开始电镀工作。
（1）吊钩上升按下启动按钮SB1，吊钩上升，当碰到上限开关SQ5后，吊钩上升停止。
（2）行车前进在吊钩停止的同时，M2接通，行车前进。
（3）吊钩下降行车前进至压下限位开关SQ1，行车停止前进；同时M3接
通，吊钩下降。
（4）定时电镀吊钩下降至下线开关SQ6时，掉过停止下降。同时T0开始计时，定时电镀250s。
（5）吊钩上升T0定时到，使M5接通，吊钩上升。
（6）定时滴液吊钩上升至压下SQ5时，吊钩停止上升，同时T1开始计时，工件停留25s滴液。
（7）行车后退T1定时到，使M7接通，行车后退。转入下道工序。
后面各工序的动作过程，以此类推。最后行车退到原为上方，吊钩下放，机构回到原位。如果再按下启动按钮SB1，则开始下一个工作循环。
§4.3 拖动系统设计
专用行车的前后和升降运动由三相交流异步电动机拖动，根据电镀行车的起吊重量，选用两台电动机进行拖动。主电路拖动控制
系统如图所示，其中，行车的前进和后退，吊钩的上T升和下降控制分别通过两台电动机M1、M2的正、反转来控制。
本图没有给三相异步电动机加热继电保护器，是因为三相异步电动机工作时间是以秒计算的，工作时间较短；根本不会造成三相异步电动机发热而损坏。所以本图可以不用热继电保护器。
§4.4 PLC的选型
由于PLC组成的控制系统输入信号14个，均为开关量。其中按钮开关6个，行程开关6个，选择开关1个。
该系统中有输出信号5个，其中2个用于吊钩升降电动机正反馈至接触器KM1和KM2，2个用于行车前进后退电动机正反转控制接触器KM3和KM4，1个用于原位指示。
控制系统确定选用FX2N-32MR，输入输出点数均为16点，满足控制要求，而且还有一定的余量。
§4.5 PLC输入输出地址对照表
将输入信号14个，输出信号5个按各自功能分类，安排输入输出端地址。列出外部输入输出信号与PLC输入输出地址编号对照表。如下表。电镀生产线控制系统的
PLC输入接口功能表
电镀生产线控制系统的PLC输出接口功能表
§4.6 电镀生产线PLC控制梯形图
§4.6.1电镀生产线PLC控制梯形图程序
步序指令
1 LDI X006
2 CJ P0
6 LD X015
7 MPS
8 AND X004
9 ANI X011
10 ANI Y004
11 OUT Y003
12 MPP
13 AND X005
14 ANI X014
15 ANI Y003
16 OUT Y004
17 LD X002
18 ANI X015
19 ANI Y002
20 OUT Y001
21 LD X003
22 ANI X016
23 ANI Y001
24 OUT Y002
25 P0
26 LDI X007
27 CJ P1
31 LD M8002
32 OR M19
33 OR X001
34 MOV(P)
K0
K5M0
40 LD X016
41 AND X014
42 OUT M80
43 LD X000
44 AND M80
45 LD X015
46 AND M1
47 ORB
步序指令
48 LD X011
49 AND M2
50 ORB
51 LD X016
52 AND M3
53 ORB
54 LD T0
55 AND M4
56 ORB
57 LD X015
58 AND M5
59 ORB
60 LD T1
61 AND M6
62 ORB
63 LD X012
64 AND M7
65 ORB
66 LD X016
67 AND M8
68 ORB
69 LD T2
70 AND M9
71 ORB
72 LD X015
73 AND M10
74 ORB
75 LD T3
76 AND M11
77 ORB
78 LD X013
79 AND M12
80 ORB
81 LD X016
82 AND M13
83 ORB
84 LD T2
85 AND M14
86 ORB
87 LD X015
88 AND M15
89 ORB
90 LD T3 步序指令
91 AND M16
92 ORB
93 LD X014
94 AND M17
95 ORB
96 LD X016
97 AND M18
98 ORB
99 SFL(P)
M80
M0
K20
K1 108 LD M0 109 OUT Y000 110 LD M1 111 OR M5 112 OR M10 113 OR M15
114 OUT Y001 115 LD M2 116 OUT Y003 117 LD M3 118 OR M8 119 OR M13 120 OR M18 121 OUT Y002 122 LD M4 123 OR M60 124 ANI T0 125 OUT M60 126 LD M60 127 OUT T0
K280 128 LD M63 129 OUT T3
K15 130 LD M6 131 OR M61 132 ANI T1 133 OUT M61 134 LD M61 135 OUT T1 步序指令
K28 136 LD M7 137 OR M12 138 OR M17 139 OUT Y004 140 LD M9 141 OR M14 142 OR M62 143 ANI T2 144 OUT M62 145 LD M62 146 OUT T2
K30 147 LD M11 148 OR M16 149 OR M63 150 ANI T3 151 OUT M63 152 P1
153 END
§4.6.2梯形图程序
电镀生产线的PLC控制程序，包括点动操作和自动控制部分。
（1）点动控制设有行车的前进和后退操作，吊钩的上升和下降操作。如图所示，图中从程序开始到标号P0逻辑行间程序段为点动控制梯形图。
（2）自动控制通过状态流程图，可以看到生产线是典型的顺序控制，主要由单序列构成，采用移位指令来实现控制要求会更方便。由于急停或急停后，可通过点动操作完成剩下的工序或者返回原位因此辅助继电器采用了无断电保持的通用辅助继电器，定时器也采用了常规定时器。电镀生产线的PLC控制梯形图，如图所示，图中标号P0到标号P1程序结束段为自动控制程序。
通过梯形图可以看到，停止按钮即可作为正常的停车按钮，又可以作为及停按钮，当然急停后必须通过点动操作返回原位。本例中，当行车从原位前进至SQ1的过程中，虽然压过SQ3和SQ2，但行车并不停止，这是由于移位条件采用输入信号和相关辅助继电器接点串联的缘故，所以只有行车后退压下SQ2或SQ3，并且相应的辅助继电器为导通状态时才会停。
第5章不足与改进
近几年来，虽然我国的电镀工业有不错的发展，但是，与发达国家相比还是存在很大的差异，必须奋起直追，才能赶上世界先进水平，以满足工业生产的要求，我国的电镀工业正在不断发展，并且朝着节能、环保的方向发展。对电镀质量的要求也朝着高耐腐蚀性和高装饰性的方向发展。
本课题我们主要研究的是PLC在电镀行业的应用，我们可以去研究减少企业成本、提高企业生产效率及产品质量为目标，根据控制系统设计的原则，对镀锌工艺和控制要求进行了分析，并对其控制系统进行了设计，同时为了对电镀控制时间优化，提高产量，对行车运行的速度控制进行理论研究，建立传递函数，然后进行对比，优化，违为新的生产线设计提供了背景
我们还可以对行车运行的路径进行研究，因为固定周期流程和即时姓行车运行各自仍有很大的缺陷，若能建立，一兼顾固定行车运形规则的生产效率及即时的生产效率及即时控制的弹性的行车运行方式，将有助于增进电镀产品的生产效率与新产品的开发
还有我们在良好的速度控制时，如何能减低行车之间出现碰撞的现象和堆飞巴的
现象
第6章小结
电镀是一门具有悠久历史的表面处理技术，近几年来，随着新的工艺技术方法，尤其是一些新的镀层材料和复合电镀技术的出现，极大扩展了这一项表面处理技术的应用。并使其成为现代表面工程技术的重要组成部分。那么，通过我们这次对电镀生产线控制系统的设计不仅让我们更多的了解到了电镀这个工艺的发展前景，而且让我们重新认识了用PLC来设计控制系统的使用价值，整个设计对我们即将走入社会的毕业生来讲是一次很大的锻炼，是我们对专业知识有了进一步的提高