1、展方向我国的一些生产商的电镀流水线控制系统在二十世纪初期的时候开始使用PLC控制系统以及变频器来进行控制，在不断的发展之后，目前我们国内的控制水平已经非常的接近国外，但是电镀生产线的一些核心的工艺配方以及进行机械加工的方面还远远的不及国外。不仅如此，其实电镀行业从始至终都被归类于高度污染的行业，因为在进行电镀生产的过程中会产生非常多的污染气体以及还有很多重金属的废水，对于污染问题，我国的环境保护协会一直在不停地对其管理的标准进行修改，对于废水和废弃的处理问题也不断提出了很多合理的解决方法。1.4本文的主要工作1. 本篇论文的研究对象是冶金线材行业中子午轮胎钢帘线电镀黄铜生产线,按照生产方所给的
2、要求，首先对之前所使用的控制系统进行了一定的了解和研究，在此之上再对该系统进行改进和优化，在整个的实践过程中主要进行了以下这些个方面的工作：2. 深入研究冶金线材行业在进行生产时的特点，结合国内和国外电镀生产线的一些特点，重点的讨论了电镀流水线的具体的生产步骤，生产的特点以及生产的一些参数和算法。2.依照旧的控制系统的大体的网络框架以及生产的具体要求选择好整个控制系统所需要的硬件部分。3.首先进行上位机工厂软件的选择，在完成选择之后，进行工程软件平台的二次开发，以实现上位机监视控制子系统的画面显示和控制。4.深入研究生产过程用到的一些算法，并将这些算法以及通讯协议引入到上位机监控系统当中。做这
3、一步的目的就是使整个电镀生产线的核心仪器（整流器）可以对不同的要求作出对应的改变。5.对旧的监控系统的下位机系统也进行深入研究，并在这个基础上作出相应的优化。6.对旧的监控系统的收线控制方式进行研究，并在原有的基础上作出相应的优化。第二章 电镀黄铜生产工艺介绍在本文的上一章中有提到，钢帘线生产中心最重要也是最核心的一部分就是电镀黄铜生产线，对此，我调查了一些轮胎的生产厂家和钢丝厂对电镀黄铜所提出的要求，具体有以下几种：1.镀铜的厚度以及铜锌的分配一定要均匀的分布在所生产钢丝上。2.在水箱拉丝冷变形的时候必须能够将钢丝表面的黄铜镀层给保留下来。3.一定要达到橡胶的粘合力的规定。4.由于-黄铜相位
4、的怀变形性会引起钢丝的表面有瑕疵，要保证钢丝的扭转性能不会受到影响。2.1生产工艺过程的步骤如图2-1所示，为电镀生产线示意图经过对电镀黄铜流水线的具体生产流程了解之后，可以将整个的电镀黄铜作业线分为以下几个子系统中：1. 热处理系统这个系统主要包括三个过程，第一是用炉前的清洗过程，第二是对炉子的加热过程，第三是进行铅浴淬火的过程。其中第一步的清洗目的是为了将残留在钢丝上的拉丝润滑粉给清洗掉，这种润滑粉残留过多会导致钢丝在明炉内形成一层很厚的氧化层，进而容易引起挂铅的情况。第二步对明炉的加热是为了将拉扯后的钢丝表面镀上一层氧化膜，然而这层氧化膜的厚度必须要合适，否则会引起挂铅。最后一步加热后的
5、铅浴淬火是为了将钢丝的硬度进行一个提升。2.电镀过程槽系统电镀过程槽系统包括电解酸洗、级连冲洗、脱脂、级连冲洗、电镀涂层焦磷酸铜、级连冲洗、电镀涂层硫酸铜、级连冲洗、电镀涂层硫酸锌、级连冲洗、热水清洗。主要由个18个过程槽和与之配套的镀液循环系统、控制系统。电镀黄铜主要是有镀焦磷酸铜,镀硫酸铜和镀硫酸锌这三个步骤是。在进行每一步的前后都必须进行清洗，否则可能会污染镀液，导致镀液的纯度不足，清洗的另一个目的是将钢丝上的残留物质给冲刷掉。在电镀过程槽系统当中，当钢丝经过一个渡槽的时候，会有一个专门的整流器给他进行供电并保证电流是始终恒定的。3.热扩散系统这个系统中包含有一个热扩散炉、磷化处理、热水
6、冲洗和烘干机,这个系统的作用是将锌原子扩散到铜层当中，形成相黄铜固溶体。在热扩散的过程中不只能形成相黄铜，也有可能会产生黄铜，假如相黄铜的数量过多的话就会导致湿拉的过程受到影响，使这个过程的模损变高，进而导致拉的丝比较容易断，甚至连拉拔都做不到。4.收放线系统该系统由放线机、牵引机和收线机组成。在整个流水线中均采用被动放线的方式，让每一根钢丝由自己的牵引机进行拖动,工字轮立式收线机收线。这一部分控制存在着一个很大的难点，就是要在牵引和收线之间保持恒定的张力，困难的原因在于收线的卷径会一直不停的进行改变，而且每一种钢丝的规格是不同的，所以所需要的张力也有所不同，因此收放线系统必须要能够满足每一种
7、的设定及控制的张力。2.2电镀黄铜的电化学基本原理首先电镀是指通过借助外界的直流电，将溶液进行电解，从而使导电体的表面像金属的表面一样形成一层金属或者是合金。进行黄铜的电镀是一个电沉积的过程，这个过程在发生的时候是严格服从法拉第电解第一定律以及第二定律的，所以只要可以精确的设置电流，就能够获得目标量的铜和锌沉淀，并由此来进行镀层的厚度和铜锌比的控制。2.3镀黄铜生产线的特殊要求通过对具体电镀流水线的了解，在具体进行生产的过程中要知道下面这些特殊要求：能自动识别断丝，并在引防断丝的过程中自动将每一根钢丝的电流供应切断。在调整设备的时候，通过配方管理,能够做到快速简洁的调整。能够将所有用到的生产参
8、数进行时时地调节、监控、记录及统计，直到将再生产所需的条件生产出来并能够不断的改进所有的影响因素。通过运用电解电阻段而去藕的,供电隔离式的涂槽,为了更精确的调节电流量和电流密度，要对每一个涂槽单独配置快速可调节的开关电源。能够在某一个涂槽出现问题是自动分配液体流动的方向以及速度。要能够时时监测溶液中离子浓度以及涂槽里的电导率，识别太少的阳极物量或短路。也要能够及时的监测并调整电流的密度、电压和每一个涂槽中离子的浓度。可以通过计算机和网络进行远程的故障检测、故障诊断以及设备维护等问题。第三章控制系统的硬件选型在上面一章中已经对电镀黄铜流水线的一些生产过程以及对自动控制系统提出的要求作出了介绍，依
9、照所提的要求，我先将控制系统进行了区分，以及对硬件部分也进行了选择。3.1主要器件功能介绍3.1.1直流伺服电机简介伺服电机也叫做执行电机，这种电机有一种控制信号，可以控制机器的运转，当信号还没有来到的时候转子是不动的信号来了之后，转子才会动。这种功能就被称为了伺服，在现在所有的控制系统里面伺服电机有好多优点，比如说他的控制性比较好，稳定性也比较高，而且它的适应能力也非常强，伺服电机的调整功能特别强，反应力也快。直流的伺服电机和一般普通的那种电机相比较：基本的原理都是一样的，但是直流伺服电机里面不同的磁通和磁道就使伺服电机有自转的现象和优点3.1.2 PWM简介 PWM控制这个控制器是可以调整
10、脉冲的宽度的，然后通过对脉冲的调整，然后就可以获得我们想要得到的波形，P w m还有一个优点那就是它可以把信号数字化，这样就不用再通过一个模数转换器，将模拟信号转换成数字信号了，使用起来就更加方便，效率就更加的高，很受人欢迎，所以它现在已经是控制电路里面最基本的控制器了。3.1.3传感器选择传感器方面，我们在电镀流水线系统里选用的是霍尔器件，霍尔器件有以下几个性能，一是通过霍尔线性的器件，然后输出需要的模拟量，二是通过或开关的器件，然后输出需要的数字量。这些数据可以在磁场的检测方面得到很好的运用，本身这个器件也有很多的优点，比如说它的重量很小，而且体积也很小，可使用时间也很长，然后不需要定期的
11、更换，它在安装方面也很简单快捷，而且他不怕污渍，不怕灰等，各种优点。还有就是他的额，工作范围也很广，不管在什么温度下，它都可以进行工作。最常用的方式有两种，一种就是电磁式位置传感器，直接把它贴在某一个元器件的表面，然后运行在一个磁场里面，然后通过它电磁式位置，传感器本身的导体性质来传说信号和位置。还有一种就是霍尔元件式位置传感器就是通过它本身的一种半导体的性质，通过信号的有无来进行传感信息。 3.2电路组成3.2.1晶振电路图2.3.1晶振电路图，用俩电容和一个晶振构成的，然后晶振的频率是12MHZ.图2.3.1品振电路图3.2.2复位电路图2.3.2为复位电路图，用直流电源，电容和电阻构成，
12、这个的主要的性能就是是对单片机进行复位功能。3.2.3单相桥式整流电路图2.3.3是单相桥式整流电路图，用四个场效应管IGBT和二极管构成，这个的性能就是把交流电转变成直流电。这个的负载是伺服直流电机,通过控制信号的改变能够调整电机的旋转速度和旋转方向。3.2.4调制电路图2.3.4是调制电路图，用俩与门和一个非门构成的，这个电路最重要的性能是产生PIW脉冲来控制IGBT.第四章 生产线上位监控系统软件设计4.1上位机系统的组态在整个电镀流水线的上位机系统组态中，可以分为操作画面组态和维护画面组态等等。大多情况下会把操作画面组态细分为操作画面组态、仪表面板画面组态、报警画面组态、趋势画面组态等
13、，把维护画面组态细分为仪表调整画面组态、通信维护画面组态、系统维护画面组态等。1.对模块进行划分本次论文中的电镀流水线控制系统可以根据上位机功能的不同以及安装位置的不同分为以下这些模块。主控系统主控系统的作用是要对流水线上的渡槽进行时时监控，其中渡槽是整个电镀黄铜流水线的核心部分，除此之外还会对镀液的浓度和热处理炉温等一些数据进行显示。同时还能够远程监控收线系统以及水处理系统。原中控系统原中控系统的作用是监视整个电镀流水线，当前我们所进行整改的只是部分线路，所以中控系统现在也只能对部分线路和污水处理系统进行监视。污水处理系统污水处理系统的主要作用就是对整个电镀流水线的污水处理设备进行控制，其中
14、重点是对每一个反应罐的液位高低进行监控，以及对各个阀门的动作进行控制。报表系统报表系统的主要作用是当有新的产品需要生产时，将需要的工艺参数输入并保存下来，同时也要将这些参数发送到每一个生产线，为了主控系统在进行生产时是方便读取数据，除此之外还有进行报表预览以及打印的常规功能。收线系统收线系统的主要作用是监控牵引电机以及收线电机，这两个电机是整个电镀流水线的最后一部分，收线系统就是要对他们的速度、每个工字轮的定长和张力进行控制。下面介绍一下每一个子系统的组态内容主控系统主控系统作为整个电镀流水线的核心部分，被安装在渡槽下面的控制柜里面，这一台上位机的主要任务是要监控流水线的炉温、渡槽温度，计算和
15、分配渡槽电流，处理渡槽的故障，显示运行趋势等等，不仅如此还要显示出其他几个站点的工作情况，但是不进行控制管理。在对主控系统进行控制的时候，最难的部分在于对渡槽的电流进行控制的部分，即对整流器的电流进行控制。其中对渡槽电流的计算方法在上面几章中已经做出了详细的描述，这一部分电流的计算将会由报表系统来处理，在计算完之后再经由主控系统经由网络发送给整流器。中控系统中控系统安装在中控室中,中控系统的任务是监控每一个子系统并能够时时的进行问题处理以及警报和警报打印工作，中控系统所拥有的组态是很简单的，将每一个子系统的画面放在中控上位机里就行了。报表系统报表系统跟中控系统一样也是安装在中控室中的，它的主要
16、任务是将工艺参数组输入到系统中，并依照不一样的参数来将整流器的整流器的电流值计算出来，并将计算出的数值发送给中控系统，发送的同时也要将与其相关的报表打印出来污水处理系统污水处理系统的任务就是要时时监控每一个反应罐的液位的高低、阀门的动作和泵的工作情况等等，这一部分根据之前的画面作出近似的即可。收线系统收线系统的任务是对整个电镀流水线的最后一步的牵引机和收线机的速度进行时时监控并控制其速度和工字轮的收线长度。这个系统也是有比较简单的组态，所以在后台并不需要太多的脚本控制，只要仿照以前的画面在上做出即可实现。4.2上位监控界面优化及调试结果由于上位机系统的画面比较多，后台的脚本也比较多,需要处理的
17、通讯任务也多，所以很多时候容易出现运行比较慢，画面刷新也慢的问题，所以为了减小这些问题的影响，在进行画面的设计以及脚本的编写的时候就要考虑到画面优化等问题。在进行画面的设计的时候要用所提供的特性，并且要非常仔细的选用这些特性，只有将这些特性有效的执行了之后才能将画面的整体特性提高。比如说如果在各个画面的显示中使用系统所提供的鸣笛铃声的话可以将系统的整体性能进行一定程度的提高。在具体进行工程操作的时候我得出下面几个方法来优化画面：在进行画面设计的时候，尽可能的调整每个画面里对象的个数，最好使画面中的对象的个数降到最低程度，这样就能在最大程度上提高画面的性能。尽量多的使用动画来设置对象的属性，减少
18、脚本的使用，因为动画是由优化的代码所创建的，所以在实现相同的功能的时候速度要比脚本快的多。反复的检查打开了多少画面。尽可能的减少对定时器对象的使用，同时将定时器的速率尽量的设置的低一点。对初始的设置进行调整来挺高脚本的性能。要及时的将一些没用的代码清理掉。第五章 生产线下位控制器控制程序设计5.1控制器面向对象的编程方法1.PLC编程介绍在本次设计中所用到的s7-300/400系列的PLC的编程语言是STEP7,STEP7在语言结构化程序设计方面的优点继承了STEP5。在管理用户编写的程序和程序在运行时所需要的数据的时候用的是文件块的形式，当这些文件就是子程序的时候就能通过调用语句的形式来把他
19、们组成结构化的用户程序，用这种方法所编写的PLC的程序就十分的清洗，而且在后期如果要进行修改也很方便。一般用户程序都是由组织块、数据块、功能块所组成的,在这些组成部分中组织块能够根据操作系统的调用条件再划分为优先级不同的几种类型，其中优先级较高的组织块可以中断优先级较低的组织块。数据块是用于控制程序运行的一种系统操作程序跟用户应用程序在各种状态的接口界面。OB1是主程序循环块,在任何情况下,它都是需要的。本项目中采用块编程,每个子系统调用了若干程序块及数据块。图5-1所示是一个STEP调用实例。2. 编程语言 PLC中的程序是由操作系统和用户程序所组成的。其中操作系统支持用户程序的运行，它可以
20、由PLC的生产厂家提供；而用户程序则是一种用户为了完成特定的控制任务而编写的一种应用程序。所以在本次设计中必须要用到PLC的程序语言来进行应用程序的开发。在本次设计中我所选用的语言是语句表跟梯形图语言。5.2程序设计步骤在本次设计中共用到了一台s7-400控制站以及四个远程I/O站,因为本次设计的重点是对旧的系统的改进和优化，所以对原下位机是不进行改动的，只在程序方面进行一点简单的优化。1.创建功能说明书这一步是要先将自动化过程进行分解，然后对分解后的各个部分进行单独的分析，并将每一部分所必须要有的功能和实现方法、输入输出结果等等过程用文字描述出。在每一部分的功能说明书都完成之后就能将系统提出
21、的总体的技术要求进行统计、归纳和整理。所以说创建功能说明书是包括系统设备的选型、硬件的配置、程序的设计、程序的调试等等重要技术的基础，同时也是整个系统的技术文档的极为重要的组成部分。2.分过程功能说明书完成一份内容详细准确的功能说明说对于一个控制系统来说是不可或缺的，而且这也是完成整个控制过程的关键的一步。在描述整个过程中的一个分过程的功能描述的时候必须要包括下面这些动作：点数及其电气特性、逻辑状态与物理状态、电气或机械状态的对应关系与处理过程、设备的其他部分的连接互锁等相互依赖的逻辑关系、与操作员站的接口关系。3.总体功能说明书在完成上一步的各个分过程的描述之后，根据具体的功能要求，归纳出整
22、个系统提出的功能要求。4.编制程序5.3调试过程及结果在进行系统的调试时，要先将各个子系统的控制器单独进行调试，调试的时候先把硬件组态下载到PLC里。等到所有的硬件组态和硬件的连接都确认无误之后再将具体的程序下载到控制器中，确认所有的硬件组态、硬件连接无误后,再将程序下载至控制器,在调用子程序之前，要先逐个调用子程序完成各个回路各个功能的单独测试，并且要确保无误。方便在后面发现错误时进行及时改正。等到调试完毕所有子系统的控制器程序之后，在进行子系统的通讯测试和数据传输测试。在进行子系统的控制器的调试时，只需要修改一些数据块和把一些上位机的数据处理放到控制器中来执行就行了。5.4系统数据传输与通
23、讯系统的整个网络结构见图6-1所示,车间内网络以抗干扰能力强的现场总线PROFIBUS为主,上位机与控制器之间采用以太网通讯,设有以太网交换机。第6章第7章 变频器转矩控制方式实现恒张力收线6.1变频器控制方式介绍及转矩控制功能1.变频器控制方式用的比较多的控制变频器的方法主要有以下几种：无传感器矢量控制矢量控制V/F控制转矩控制。要控制电动机最终还是要回到控制电磁转矩的问题上，在运用矢量控制进行感应电动机的过程中，最基本的思想就是将定子电流作为控制变量,进而通过控制定子电流的励磁分量来控制转子的磁通、定子的磁通或者是气隙磁通,在这个基础上通过控制定子电流转矩分量就可以实现对电磁转矩的控制。所
24、以首先第一步要对磁场进行定向处理，然后沿着磁场定向的坐标系把定子电流控制矢量转变成三相轴系的电流变量。综上所述，控制电动机就是要通过控制电子电流间接地控制电磁转矩。直接转矩控制是将转矩直接作为控制变量,从控制转矩的角度出发,强调的是转矩的径制效果,追求转矩控制的快速性和准确性。直接转矩控制法是利用空间矢量坐标的概念，在定子坐标系下分析交流电动机的数学模型，控制电动机的磁链和转矩，通过检测定子电阻来达到观测定子磁链的目的，因此省去了矢量控制等复杂的变换计算。传统的转子磁场定向控制系统一般需要四个调节器,但是直接转矩控制只需要两个滞环控制器就够了，一个是速度滞环控制器，另一个是位置调节器，这就让系统变得更加的简单，而且也更有利于系统动态性能的提高。6.2实际调试方法、调试问题及结论为了能够完好的实现控制，必须要特别注意，在输入电动
