全自动电镀线（精选4篇）
全自动电镀线 篇1
1 系统概述
某生产线主要用于汽车小型配件的镍铬镀层为直线式挂镀自动线, 共64个槽位、6部龙门。由于产品种类多样、镀层要求不同, 生产线包括普通镀镍、精细镀镍、普通镍铬、精细镍铬等近20种工艺为了适应不同质量要求、不同的镀层厚度, 要求采用可调节的镀槽停留时间 (电流调节范围因电镀工艺变化较多而被限制) , 导致同一电镀工艺工作周期的不同。
控制系统由三菱FX_3U PLC和FR-A700系列变频器、MCGS 12″HMI、上位机、OMRON E5EZ型温控仪表、雄鹰12V/1200-3000A整流器等部件组成。PLC除接收现场信号、对变频器和继电器等进行输出控制外, 还通过485 BD模块与16台整流器控制仪表进行RS-485通信, 实现对整流参数的读写控制。HMI与PLC通信, 主要实现过程参数修改、状态监控、控制方式选择、报警指示、数据归档等功能。上位机与现场的16个温控仪表通过RS-485/232通信, 且与HMI交互, 实现状态监控及数据存储、查询、输出打印等功能。系统的拓扑结构如图1所示。
整个控制系统由龙门运动控制、整流控制、温度控制、喷淋控制、阴极垂直移动装置、过滤机、镀件后处理等部分组成。
2 龙门运动控制
龙门运动控制系统是整个电镀线的核心, 控制待镀工件按所选工艺和指定节拍, 完成上架、表面清理、镀前清洗 (喷淋) 、电镀、镀后回收、下架等一系列动作。生产线全长约50m, 有预镀铜、焦磷铜、酸铜、半光镍、全光镍、镍封、沙镍、三价铬、酸电解、六价铬等镀种共64槽位, 由6部龙门完成移槽、升降、前后交接、空把返回等任务。由于龙门的行走与升降时序分隔, 所需功率相同 (均为1.5k W) , 为提高利用率, 每部龙门采用一台变频器完成行走和升降控制, 即“一拖二”方式。
2.1 程序设计
为了提高程序对多种工艺要求的适应能力、缩短调试周期, 系统采用万能型程序结构。龙门的动作可分解为上前下、上退下、前、退4种, 龙门的每一步动作即可由是/否上下、进/退、高速/低速、多余步决定, 将此4个条件以二进制编码的方式预存。另外, 各步目标槽位及各步的停顿时间, 也事先存入D存储区。各龙门的每一步采取相同的程序结构, 运行时根据需要调用相应的工艺配方数据, 即可完成工艺的选择。程序结构见图2。
在公共程序中实现各龙门的行走和升降的协调动作、定位、速度控制、限位、防撞、越位、手/自动切换、手动控制和通信初始化等功能。6部龙门各对应一个SFC子程序, 由公共程序进行协调, 各动作步的动作节奏、动作方向、动作速度选择以及相应的停留时间由软元件存储器进行预定义, 并在公共程序中按配方组、通过触摸屏进行动态选择。整流通信程序完成16台整流器的通信控制功能, 根据所选工艺及龙门的动作状态, 通过触摸屏选择电流/电压控制方式、电流/电压值、软启时间等参数, 对整流器的开停、电流/电压软启过程进行实时调节。
2.2 速度控制
根据1:20传动比的机械结构及实际运动效果的测试, 确定采用变频器4段速度控制, 并设置15%的转矩提升, 以满足龙门的实际运动要求。4段速对应的频率分别为5Hz、20Hz、35Hz、50Hz, 实际应用见图3。为了提高龙门运动时的平稳性, 注意选择适当的加减速时间与上述频率相匹配, 保证变频器的频率切换与龙门的动作节奏相吻合, 避免“跳频”现象 (比如上升结束时的频率未降到5Hz) 的出现。高速是为了保证运行周期尽量缩短, 以提高生产效率。
为了实现运行节奏的可调节性, 龙门各频率段的实际运行时间设计成可调的, 可通过程序传送指令或触摸屏给一D区赋值来实现。龙门每一次动作切换开始时采用一固定周期的脉冲计数, 结束时清零, 再通过比较指令实现对速度的选择。速度控制方式如图4所示。
2.3 定位方法
龙门的定位关系到整个生产线能否正常地完成移槽和飞把交接, 一旦出现定位不准, 轻者则飞把振动导致工件脱落, 重则动作错误导致龙门相撞。电镀线的龙门定位一般采用接近开关、编码器或条形码等方式实现, 可根据系统的定位精度要求来选择。
该系统的行走定位采用接近开关与编码器配合的方式实现, 实践证明是可行的、精确的, 可实现毫米级的定位精度。每部龙门上各装一个欧姆龙接近开关, 每一槽的左右各装设一个定位片与之配合, 通过加减计数的方式实现槽号的定位, 从定位片开始到燕尾槽中心的定位通过编码器脉冲计数实现。之所以采取尾段编码脉冲计数定位而不是全程方式, 主要是为了防止可能的累积误差造成定位不准的情况出现。为了防止跳动而重复计数等干扰信号导致计数失准, 在程序中进行了信号封锁, 即产生计数信号后, 在设定的时间内如果再出现此信号则不予计数, 封锁时间 (T11/T17) 可根据龙门运行速度与定位片的间距进行合理选择。定位程序如图5所示。
由于龙门启停过程中不可避免地有振动, 编码器必须采用双相加减计数方式, 以减少十指脉冲的影响, 但需要更多的计数器资源。该系统有6部龙门、12路脉冲信号, 需要专用的高速计数模块, 配合使用HSC/HSCR指令即可实现高速计数后置复位功能, 精确控制行走电机的动作。
而升降则采用接近开关定位方式, 并采用机械式限位开关实现极限位置的保护。
2.4 上下架选择
为了给上、下架人员充足的操作时间, 保证生产效率, 在生产线前后端分别设计了两个工位, 以供龙门交替上架与下架。龙门工作时需要将空把返回, 故工件虽单向朝前, 但飞把双向动作, 当第一部龙门退回目标为上架位 (D1600<=3) 时, 必然是完成空把返回或工件上架动作, 空把返回位与上架位彼此交替。
上架位选择程序如图6所示, D1600是目标槽定位值, M801是本步的进/退标志, 0是退回上架, M94是2个上架的选择标志。到S10步M94先被赋值为1, 只要是退回上架位的动作, 第1次执行退回D1600=0位置的动作, 执行后对M94取反, 下一次再有退回上架位的动作, 由于M94已被取值为0, 则执行退回D1600=2位置的动作, 执行后对M94再取反, 如此实现两个上架位的交替动作。
3 整流控制
整流装置的工作与龙门动作的协调是电镀线产品质量的基本保障。15套整流装置的通信控制程序以步进方式编程, 采用轮询方式 (300ms左右, 太短可能导致读写数据未完成) 对控制仪表依次进行读写操作。读来的参数用于显示或作为反馈值, 参数写用于控制整流器的启停、恒压/恒流、设定值大小等。
整流控制的实现思路:工件进入某槽时, 根据设计的电压 (电流) 初始值、目标值及软启时间, 通过RAMP指令实现软启动, 将软启的参数值通过通信控制程序写入相应的控制仪表;当工件出槽时, 利用RAMP指令进行软停车控制, 将电压或电流值逐渐减小。软启软停可以避免参数的突然变化而保证镀层质量, 不过需注意:
(1) 采用RS-485无协议方式通信, 其终端数量不宜过多, 否则既会影响读写的实时性, 又会引起通信混乱。
(2) 由于是单路并联结构, 应在两端 (特别是远端) 并联300Ω左右的电阻, 以避免信号反射导致的部分或全部终端读写失败。
(3) 两条RS读写指令之间要设置10ms级的时间间隔。
(4) 当通信距离超过50m时, 应采用屏蔽双绞线。
4 温度控制
为了保证通信的可靠性, 温度采集与控制不进入PLC, 而是通过RS-485在上位机 (通用MCGS) 进行采集, 蒸汽阀的开关由温控仪表实现。由于温度控制要求不高, 此结构完全满足用户要求。
5 调试中出现的问题及对策
(1) 系统设计的“一拖二”结构, 由于行走与升降工况不同, 统一的参数匹配困难。调试过程中曾出现变频器保护动作、行走与升降动作切换中的“他向” (非设计动作方向) 游动现象等。可采取设置部分转矩提升功能、采用多个速度增加适应性、反复调整加减速时间、接触器线圈并联RC吸收装置、动作行走与升降动作之间增加延时间隔等方法解决此问题。如果行走与升降的参数不能匹配, 建议变频器与PLC采用通讯方式, 对行走与升降采用不同的变频器参数, 并进行适时切换。
(2) 各龙门的一系列动作所需时间不同, 必需将每个周期各龙门的动作进行同步, 否则将有龙门相撞的可能。按照设计的初始位置将各龙门的相关定位条件 (如槽号、下定位) 串联起来, 构成龙门已复位的条件, 满足此条件则龙门统一开始动作。但实际中会出现龙门在运行过程中满足条件但并没有完成周期动作的情况, 此时将出现误动作导致龙门相撞。采取的对策是, 满足条件经过一定的延时 (1~3s) 后才确认锁定同步完成标志并统一开始动作, 再经过一定延时 (1~2s) 后解除同步完成标志。
(3) 为了在更短的时间内完成周期性协调动作, 各龙门对不同的工艺可设置不同的起始位置, 当工艺变更时, 龙门复位动作比较繁琐且容易出错。采取的对策是, 在自动运行前先执行自动复位程序, 以满足同步条件。每套工艺的参数包括各龙门的初始位置已随配方在HMI上一次选择确认, 当各龙门均到达指定位置后, 自动停止复位。
摘要：介绍汽车配件用全自动电镀生产线控制系统的设计, 阐述龙门运动控制、整流通讯控制及温度控制等方法, 分析系统调试过程中出现的主要问题并提出解决措施。
关键词：全自动电镀线,系统设计,调试
参考文献
[1]三菱电机公司.FX 3U编程手册[Z].2012
[2]肖汉光.电镀线行车的自动控制[J].计算机与自动控制, 2004, (3)
[3]时璇, 胡子卿.高速自动电镀线的电气设计[J].电子工业专用设备, 2012, (8)
[4]宋建新.电镀线用户程序开发系统最新进展[J].印制电路信息, 2001, (7)
全自动电镀线 篇2
随着电子工业的快速发展, 对集成电路封装产品的需求也与日俱增。小到手机数码产品, 大到家电办公用品以及各种工业用品, 市场需求越来越大, 全球大型网上市场交易及资讯中心之一的环球资源, 近日在香港公布一项报告显示, 中国内地对集成电路的需求预计在2014年至2020年期间保持15%~23%的年增长率, 而2013年底内地电子产品制造厂商对集成电路的消耗量将达到1200亿块。而随着集成电路封装原材料成本的上浮和电子产品成品价格的逐年下滑, 对集成电路封装过程中的质量及成品率的要求就越来越高。在集成电路和分立器件产品的封装过程中有一个环节是对封装后的集成电路和分立器件引线框架进行电镀或清洗, 由于电镀槽里是高腐蚀性的化学药品, 因此一旦产品掉入镀槽时间过长而没有被及时发现, 产品就会完全报废, 在此类电镀设备中安装可靠而有效的掉料报警装置, 可大大减少集成电路封装在电镀这个环节的报费率, 提高成品率, 从而减少封装成本, 提高经济效益。
2 系统组成及工作原理
钢带 (或链条) 夹持式环形电镀线或清洗线防掉料报警系统的基本组成及工作原理是: (如图1) 由旋转编码器跟随钢带 (或链条) 带动产生编码脉冲, 脉冲被送入控制器进行处理;电容式接近传感器A1检测钢带上夹持产品的有无状态, 电容式接近传感器A2同样检测产器的有无, 并同时利用编码器信号对比A1记忆的信号, 通过可编程控制器程序判断在区间A1~A2之间有无掉料。以此为例同样可以判断A2~A3之间有无掉料。如有掉料可通过声光报警器及时告知操作人员, 对掉落产品进行处理。
3 系统硬件的设计
3.1 接近传感器的选择
本系统中, 由于特殊环境的要求, 接近传感器的选择必须具有较高的防护等级 (防水、防酸、防碱、耐高温) 。本设计采用Schneider (施耐德) XS4P30NA340接近传感器, 其防护护等级为IP68 (1) , 满足防护等级的要求。
3.2 旋转编码器
旋转式编码器, 是将旋转的机械位移量转换为电气信号, 对该信号进行处理后检测位置、速度等的传感器。检测直线机械位移量的传感器称为线性编码器。为了信号处理方便, 本设计中采用Omron (欧姆龙) 的E6B2-CW500增量型旋转编码器。其分辨率为500PR, 即轴旋转1次时输出的增量信号脉冲数或绝对值的绝对位置数是500。本设计中, 旋转编码器是利用特制的传动装置, 固定在机架上, 在设备钢带的带动下带动轴和钢带同步旋转, 以产生相应的计数脉冲。
3.3 可编程控制器 (PLC)
控制器是系统的核心器件, 可选用单片机、PLC或是工控机作为控制器。
单片机系统就是采用目前市场上的单片机CPU及其它外围芯片, 根据不同系统设计电路板, 最终设计成一台简易的计算机系统, 并在此基础上设计程序以达到所要求的控制功能。这种形式在80年代国内很流行, 但由于受到本身可靠性及其它方面的限制, 目前除了仪表上仍然采用外, 在工业现场的应用已逐步被PLC所代替。其是特点:不可靠, 价格便宜。
工控机系统就是采用目前市场上的所谓工业控制计算机系统, 在此基础上设计程序以达到所设计的功能。其特点:价格居中, 可靠性改善不多。
PLC系统就是采用目前市场上各大工业控制厂家生产的可编程控制器, 根据要求选用不同的模块, 在此基础上设计程序以达到所设计的功能。这种形式目前在工业现场应用最为广泛。PLC的可靠性:进口PLC采用的CPU都是生产厂家专门设计的工业级专用处理器, 其余各
元件也是直接向生产厂家购买的, 经过严格挑选的工业级元件, 另外它的电源模块也是集各大公司工业控制的经验而特别设计的, 抗干扰性特别是抗电源干扰能力有很大提高, 即使在电源很差和变频调速的干扰下仍能正常工作。
PLC的可扩展性:要增加一个功能只要增加相应的模块和修正对应的程序, 而PLC的编程相对比较简单, 这样对于开发周期会缩短。
PLC的可维护性:PLC本身有很强的自诊断功能, 一旦系统出现故障, 根据自诊断很容易诊断出故障元件, 即使非专业人员也能维修, 如果故障由于程序设计不合理引起, 由于它提供完善的调试工具, 要找出故障也较为简单。其特点:价格与前二种控制器相比略贵, 可靠性好, 操作简单。
鉴于以上所述, 本设计选用Omron (欧姆龙) 公司的CJ2M-CPU22可编程控制器, 高速计数单元也选用Omron公司CJ1W-CTO21高速计数单元, 即保证了控制的可靠性, 又经济实用, 是止前过内工业领域内使用较多的PLC品牌之一。
4 软件实现
如图2所示, 编码器在钢带的带动下产生等距离的脉冲, 本设计中设定为5mm产生一个脉冲。这个脉冲用于将传感器B1在该位置检测到的产品有无状态转化为电信号, 即电位状态 (“1”或“0”) , 用一个移位指令在控制器PLC指定的内存区里逐位左移。当A1在5mm的移动距离, 即一个编码脉冲内检测到有产品时, PLC内存字St的第1位置为“1”, 否则置为“0”。假设A1检测到第一个产品信号时, A1位置一直有产品经过, 侧会有如图2所示的脉冲序列产生。
这个位状态被PLC的内记存忆下来, 当下一个脉冲发生时, A1又检测到一个位状态, 前一个位向左移一位, 下一个位状态又被记忆下来。以此类推, 把A1检测到的位状态逐位左移。由于A1、A2是固定的, 所以A1、A2间的距离也就是固定不变的, 从A1到A2之间编码器产生的脉冲数也是一定的。假如A1到A2间有500个肪冲的距离 (即500×5mm=2.5m) , 那么第一个脉冲产生时A1检测到的位状态 (假如是有产品状态, 位为“1”) 会在第500个脉冲发生时移到A2的相对位置, 这时A2可以检测这个相对位置有无产品, 如果这个位置没有产品, 即A2检测到当前位置的位状态是“0”, 而第500个脉冲时, 按照理论计算, 移到这个相对位置的位状态应该是“1”, 说明这个位置的产品有掉落, 相反A2检测到当前位置的位状态是“1”, 说明产品没有掉落。由于考虑到会有信号干扰等现象, 在实际应用中根据产品的长度, 会比较5~10个连续脉冲来确认掉料情况。
PLC梯形图程序如图3, 在PLC程序中主要应用了欧姆龙PLC中的位左移指令SFT, 计数器指令CNTR, 和位传送指令MOVB等来实现对料条掉落的判断处理。
5 结论
本设计简单易行, 在电镀线及清洗线的应用中, 能有效而可靠地检测出了生产过程中产品掉落情况, 最大可能地减少了因此面带来的经济损, 值的推广到各个应用领域。
参考文献
[1]汪小平.PLC可编程控制器系统开发实例导航[M].北京:人民邮电出版社, 2004, 1, 9.
[2]胡寿松.自动控制原理[M].北京:科学出版社, 2001.
[3]钟肇新, 范建东.可编程控制器原理及应用[M].广州:华南理工大学出版社, 2003, 5.
专利:自动控制电镀废水处理工艺 篇3
公开 (公告) 号:CN101337747
公开 (公告) 日:2009-01-07
申请日:2008-08-07
申请 (专利权) 人:常卫平
自动化电镀生产线控制问题初探 篇4
关键词：自动化,PLC,电镀生产线,自动控制
1 概述
自动化电镀生产线在电路板、五金表面处理等领域应用非常普遍, 自动化程度也越来越高。控制上基本都采用PLC和微型计算机构成的集散控制系统控制, 控制系统也比较复杂。现将该系统在设计和使用过程中的几点应用经验写出来与大家交流。
2 位计数指令Bcnt的特殊用法
欧姆龙的C系列PLC有一个指令称为位计数指令Bcnt, 其指令形式如图1。无论是各种书籍还是欧姆龙公司的编程手册对该指令的解释都是:对从SB开始的连续N个字中的1的个数进行计数, 结果放入字D中, 一般也就照此应用。但是实际上它对标志位有影响, 并可应用其对标志位的影响来写程序, 有时应用起来十分方便。
当有多个信号之一发生就需要输出某个信号时, 这些信号之间是逻辑“或”的运算关系。一般将这些信号对应的常开触点并联来写程序, 信号点数很多时, 相应程序较长。或者将这些信号集中在某几个字中, 用比较指令CMP与0比较, 然后检查是否相等来写程序, 程序也比较长。而用位计数指令Bcnt对标志位的影响来写就十分简单, 首先将这些信号集中到连续的几个字中, 假如有25个信号已经集中在80和81两个字中, 这些信号中有任何一个发生, 就要使16.00输出一个信号, 然后用Bcnt指令写出T形图程序, 见图2。
位计数指令的结果放入目标字中, 目标字的值是否等于0会影响等于标志位, 此例中放在80到81中的25个信号中只要有任何一个或多个信号发生, 16.00就会有输出信号。如此用法, 程序简单, 实际运行, 工作正确。
3 伺服器Mity的“死机”问题
自动化电镀生产线电动机的调速都采用用变频器变频的方式实现, 多数使用市面上常见的三菱或施莱德公司的变频器, 当然也有少数使用其他的变频器。日本一家公司专门开发了一种称之为伺服器, 取名“Mity”的设备, 将变频和一些其他的功能作在一起, 其加减速更快、更平稳, 使用方便。与编码器配合使用, 运行可靠, 定位准确, 抗干扰能力更强 (电镀生产线周围由于大电流的影响, 干扰电磁场很强) , 因此目前越来越受电镀设备供应商和电镀企业欢迎。用法上按照该产品的使用说明设计控制线路, 在吊车上安装一个检测位置的定位感应器, 在各缸位安装感应片, 在机架上该吊车移动范围的最大和最小位置安装前后限位感应器, 感应器信号都送到PLC, 定位信号也要求送到伺服器。限位信号在程序中用来断开向前或向后移动输出信号。此系统在运行之前要先学习, 所谓学习是让吊车以很低的速度从最小位移动到最大位, 每移动一个缸位, 伺服器记录下吊车从前一缸位移动到该缸位之间编码器发送过来的脉冲数。吊车运行时根据脉冲数来定位, 感应器给出的感应信号作校验。由于吊车上定位感应器与向前或向后感应片之间有一定距离, 同时机架上的前或后限位感应器也需要安装在吊车移动的范围的最大和最小缸位前或后一定距离, 这个距离都在现场调整, 难免会出现定位和限位两个感应器同时感应, 或者该吊车正好处在某缸位, 定位感应器被感应, 别的吊车或金属物体感应到限位感应器。如果吊车在运行或学习时发生此种情况, 吊车会发生以最高速度反向运动, 此时伺服器不接受任何外部输入的控制信号, 只有断开电源才能停止吊车运行的现象。这种现象极易伤害到人身安全和设备。
解决的办法有:
a.在设计电路时加上在出现此两个感应器被同时感应时自动断开吊车电源的控制线路, 并加上相关保护程序。
b.小心调整限位感应器位置, 防止该现象的出现。
4 用伺服器Mity驱动吊车的吊车跑位跑偏的故障原因
在采用上述方案的控制系统中, 生产线使用几年后极少数会出现工作一段时间吊车跑位偏离定位位置的故障现象, 此时用普通电工仪表 (电笔、万用表、兆欧表) 都无法查出故障原因, 因为实际中用万用表和兆欧表检查该信号线是没有问题的。如果没有经验该故障十分难维修。分析其原因或者是编码器轴打滑或者是编码器送到伺服器的信号有错误。事实和现场检查证明编码器的轴从来没有出现打滑。只有在吊车工作时才能够检测到编码器送到伺服器的信号, 而吊车移动速度在不断变化, 编码器送到伺服器的信号的节奏也在不断变化, 同时电气控制柜周围干扰很强, 电脑显示器靠近了就会无法正常显示。因此, 用示波器能否检测编码器送到伺服器的信号没有试过, 一般也不具备此条件, 估计就是有示波器也无法用来检测此信号。在用备用编码器更换编码器无效的情况下可以更换从编码器到电气控制柜的橡胶绝缘外皮的屏蔽信号线排除故障, 即图3中矩形框部分。其原因可能是该信号线老化, 受到现场干扰, 导致送到伺服器的信号错误所致。建议使用三年就更换该信号线或出现此故障时更换该信号线。
结束语
实际工作中有很多难以预料的问题, 解决这些问题需要理论知识指导, 也需要多开展经验交流, 上文中所述内容都是实践过程中碰到的一些实际问题和解决办法, 在此与同行们交流, 还请大家多多指导。
参考文献
[1]OMRON Programmable Controllers OPERA-TION MANUAL