全自动电镀生产线的研发

【搞  要】介绍了ZDX-30全自动电镀生产线的工作原理及主要功能，详细分析了控制系统的控制过程和控制方法。该电镀生产线采用先进的设备及自控系统，提高了工件的质量和可靠性。
【关键词】全自动电镀生产线；PLC；自动控制系统；变频器；工控机
The Development and Research of Automatic Plating Production line
Abstract:The paper introduces the working principle and main functions of automatic plating production line,and analyses the controlling process and method of automatic control system.On the plating product line,advanced equipments and an automatic control system are used, and thus the quality and reliability of productions are increased.
Key words:Automatic plating production line; PLC; automatic control system; Ttansducer; IPC

1．系统综述
ZDX—30全自动电镀生产线是按照一定的工艺要求，将有关的各种电镀处理槽、行车、机架、电气系统、电源设备、抽风系统、循环过滤系统、温控加热系统、空气搅拌系统、液位控制系统、阴极移动装置等构成一个完整的多功能自动控制系统。该生产线适用于滚、挂镀两用。

2．工作过程
ZDX—30电镀生产线采用了直线悬臂式行车，行车架上有可升降的吊钩。行车和吊钩各由一台电机带动，由变频器控制电机的速度。在行车的适当位置装有接近开关的SQ和感应片，在定位轨上依照工位安装感应片，行车的平移和吊钩的上下均由SQ接近感应片来定位。为了简单的说明行车在该电镀生产线中工作过程，现将30个工位的流程简化为5个工位：上料工位、前处理工位、镀槽工位、后处理工位、下料工位。工作过程如图1所示。简单说明如下：

上、下料工位是行车运行的始末位置。在上料处人工挂好镀件，行车即可按照工艺要求运行，在下料处放下镀件，就返回上料工位继续挂镀件，循环电镀工作。

挂好镀件吊钩上升，SQ接近到上限感应片时停止，转到下一步工序；

行车右移，直至SQ接近2号感应片时才停止，吊钩正好在前处理工位上方；

吊钩下降，直至SQ接近下限感应片时才停止，镀件放入前处理槽里，按具体工艺要求定时一段时间处理好镀件；

定时时间一到，吊钩上升提起镀件，直至SQ接近上限感应片时才停止，继续转到下一步工序；

行车继续右移，直至SQ接近3号感应片停止，镀件恰好在镀槽工位的正上方；

吊钩下降，直至SQ接近下限感应片时才停止，镀件放入镀槽里，按具体工艺要求定时一段时间电镀好镀件；

电镀完毕，吊钩上升直至SQ接近上限感应片停止，镀件恰好在后处理槽工位的正上方；

行车继续右移，直至SQ接近4号感应片才停止，镀件恰好在后处理槽工位的正上方；

吊钩下降，直至SQ接近下限感应片时才停止，镀件放入后处理槽里，进行回收镀液，并且水洗干净；

吊钩上升到位后，行车继续右移到达下料工位放下镀好的工件，并且返回上料工位重复前述工序。

3．机械结构设计部分
由于生产车间的条件限制，ZDX—30全自动电镀生产线采用了直线悬臂式结构。机械结构主要包括机架、两台行车及各种镀槽组成。

3．1机架
考虑到电镀生产的环境酸碱腐蚀性较大，我们在机架整体部分采用了优质不锈钢型材，提高设备的耐蚀性，并且达到了设备要求的强度和刚度。同时，为了安装调试方便，机架各部件间均采用螺丝联接，便于整个机械结构的拆装，维护简便，结构紧凑美观。

3．2行车
为了充分发挥设备的性能，提高生产效率，选择了2台行车，单臂起吊。除了人工上下料以外，整个过程全自动运行。考虑到生产中行车提升的实际重量较小，在生车升降系统除采用变频器调速外，行车采用尼龙基胶带拖动，单臂起吊，能够使吊起工件时实现先慢后快，下降时先快后慢的软着陆状态。行车的运行是依靠行走轮沿镀槽一侧的机架上的主副导轨行走，而提升臂则沿行车架上的导轨滑行，以滚动滑动方式替代直接提升或拖动，减少了负荷。

3．3阴极移动
由于在电镀时阴极上有气泡产生，如果这些气体粘附在阴极表面，就会阻止金属离子的继续沉积，结果造成镀层表面麻点、小孔的出现，影响产品的质量。为了消除这种现象，我们采用了阴极移动装置。该机构选用水平移动方法，移动次数15—20次/min，移动行程60mm，以370W的单相直流电机来完成驱动。并且在阴极移动的一侧装有位置传感器，使行车与阴极移动相配合，防止出现误运作，影响流程的正常运行。

4．电气设计部分
由于该电镀生产线运行动作复杂，循环运动、附属设备、各种定位位置检测、信号的拾取种类繁多，而且要据不同的工艺要求，需要完成不同的任务也有不同，这就要求能够随时修改工艺流程和运行参数，使整个控制系统具有较强的自适应能力和可调性，同时要求系统安全、可靠、准确、性能稳定。为此选用了工程控制常用的可编程控制器PLC、工控机IPC、变频器、触摸屏组成主要控制系统。控制系统原理框图见图2：

4．1可编程控制器PLC
PLC选用西门子公司生产的CPU224、226两块，椐所需I/O的实际点数选择适合的扩展模块。由CPU224控制镀槽中草药液位传感器来控制镀液的液面高度；在和上位通迅的前提下，由CPU224控制行车的运行、阴极移动、喷淋系统、空气搅拌系统。

4．2工控机（上位机）
上位机和PLC通过RS-485串行通讯来完成对生产过程实时监控显示，同时软件的编制及操作使用均在WINDOWS98环境下进行，在界面上有组态王软件编制的各功能模块。系统具有掉电保护功能，能及时对现场数据和状态进行保护，确保系统能继续安全运行。

当启动计算机时，会出现控制软件欢迎界面，点击进入按钮，即进入工艺管理画面。在此画面显示选择工艺、编制新工艺、存储工艺、删除工艺、电源管理、阴术移动开/关以及退出画面。在调入工艺管理画面后，可以修改工艺参数。

在电源管理画面中功能模块：电源控制的模式分为远端模式和本地模式，通过这两种模式调节电镀电流、电压值。

4．3触摸屏（Pt100）
由于上位机工艺参数设置后读入PLC，但不能立即生效。为了解决这个难点我们选用触摸屏，液晶显示各种参数及其操作工功能。生效条件为：触摸屏上按下初始化按钮，并顺利完成初始化。触摸屏上的工艺参数设定后即刻生效，直到上位机参数生效条件满足后被其取代。操作者可根据此特点来灵活使用设备。在待机状态下，若没有报警发生，触摸屏初始画面有如下功能模块见图3：

图3.触摸屏的初始画面

1）自动和手动模式。在自动模式下行车按照工艺流程所设定的参数自动运行；手动模式下，通过行车上的手操盒人工操作控制行车运动，并可用急停按钮紧急刹车停止任何运动。这两种工作模式可以相互切换，便于故障维护、操作，为整机的安全运行提供了必要手段。

2）初始化模块：它是行车正常运行的前提，只有初始化才能保证读入PLC的工艺参数得以生效，两台行车顺利返回上、下料工位，等待启动。

3）滚镀和挂镀：两种方法用户可以根据自己产品的情况相互切换，选择合适的镀种。

4）启动模块：初始化完毕即可按下此按钮启动运行程序，行车按照工艺流程正常运行。

5）工艺参数模块：按下此模块即可切换到工艺参数设置来面，便于用户和上位机的工艺参数进行核对，修改工艺时间。

6）行车参数模块：在此模块中，可以设定行车的加减速时间、水洗槽工位、喷淋时间、带电入槽时间以及阴极移动停止延迟时间。

另外，若有报警发生，触摸屏显示报警画面，并且显示报警原因。在排除故障后按下解除按钮方可显示初始画面，恢复正常状态。

4．4变频器
为了使小车能准确定位，就需要对行车的速度进行控制。富士变频器的低噪音、高性能价格比适用于全自动控制系统。为此我们选用2台富士变频器分别控制2台行车的平移、升降进行无级变频调速，避免了抱闸所产生的麻烦。

当变频器有正向输出时，电机正转，行车左平移、吊钩上升；当变频器有反向输出时，电机反转，行车右平移、吊钩下降。为了防止行车运行出现镀件晃动和不能到达目的工位，我们就要求：行车平移时，先快速，当接近工位时转为慢速，以减小制动力矩，提高定位的准确性，减少对导轨的磨损；行车上行时先慢后快，下行时先快后慢，防止镀件的晃动脱落。

5．关键附属设备

5．1喷淋设备
为使工件清洗彻底干净，在各镀槽后的水洗槽上配有喷淋设备。当行车按工艺要求到达水洗槽后水洗完毕，工件被提起时，由sPLC控制的电磁阀立即被打开，定时冲洗工件后自动关闭电磁阀。

5．2电镀电源
从电镀原理可知，电镀电源必须是直流电源或脉冲电源。各类镀槽对电源的要求也不尽相同，电镀时电流、电压应控制在一定的误差范围内。故选用高频开关电源，具有恒压、恒流、恒电流密度控制功能，采用IGBT模块和独特的驱动保护方式。由PLC实现对其进行本地控制和远端控制机及其转换，为实际生产带来了便利。

5．3温控系统
由于电解除油和电镀槽对温度的要求比较高，它直接影响了镀件产品的质量，为此我们选用了温度控制系统。该系统由温控仪、温度传感器、加热管以及继电器组成。

温控系统原理：当温度传感器所测槽液温度低于温控仪设定温度时，温控仪输出信号，驱动继电器，加热管继续加热；当所测槽液温度高于设定温度时，温控仪停止输出，加热管停止加热。

6．结束语
ZDX—30全自动电镀生产线采用先进的设备及自动控制系统，极大地提高了电镀生产的效率，便于实现全线集中监控，系统稳定、可靠、安全，从而达到了小批量生产的要求。该系统自投入使用以来，深得用户的好评。

参考文献
[1]《电镀手册》 张允诚、胡如南、向荣    国防工业出版社  1998
[2]《电镀与精饰》  天津电镀工程学会   2002.1
[3]《电子工业专用设备》  2001.9
[4]《电器与可编程控制器应用技术》  邓则名   祁穗芳   机械工业出版社   2001.1