鋼管稱重、測(cè)長(zhǎng)設(shè)備控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)測(cè)長(zhǎng)部分設(shè)計(jì)

《鋼管稱重、測(cè)長(zhǎng)設(shè)備控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)測(cè)長(zhǎng)部分設(shè)計(jì)》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《鋼管稱重、測(cè)長(zhǎng)設(shè)備控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)測(cè)長(zhǎng)部分設(shè)計(jì)（81頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、 天 津 理 工 大 學(xué) 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書 題目：鋼管稱重、測(cè)長(zhǎng)設(shè)備控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)------測(cè)長(zhǎng)部分 學(xué)生姓名 鄧大龍 屆 2011 學(xué)院（系） 自動(dòng)化 專業(yè) 電氣工程及其自動(dòng)化 指導(dǎo)教師 吳鳳英 職稱 高級(jí)工程師 下達(dá)任務(wù)日期 2010、11、09 天津理工大學(xué)教務(wù)處制 一、畢業(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求 （一）設(shè)計(jì)題目 鋼管稱重、測(cè)長(zhǎng)設(shè)備控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)------測(cè)長(zhǎng)部分 （二）設(shè)計(jì)目的 1．通過(guò)該題目的設(shè)計(jì)培養(yǎng)

2、學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)的基礎(chǔ)理論知識(shí)、基本技能和專業(yè)知識(shí)進(jìn)行分析和解決實(shí)際問(wèn)題的能力。 2．培養(yǎng)學(xué)生查閱技術(shù)資料的能力，培養(yǎng)實(shí)際獨(dú)立完成課題的工作能力。 3．使學(xué)生受到PLC系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的綜合訓(xùn)練，達(dá)到能進(jìn)行PLC系統(tǒng)設(shè)計(jì)和實(shí)施的目的。 4．使學(xué)生掌握無(wú)縫管稱重、測(cè)長(zhǎng)設(shè)備的工作原理。 5．提高學(xué)生對(duì)工作認(rèn)真負(fù)責(zé)、一絲不茍，對(duì)事物能潛心考察、勇于開(kāi)拓、勇于實(shí)踐的基本素質(zhì)。 （三）控制設(shè)備概述及工作原理 1．控制設(shè)備組成 操作臺(tái)兩臺(tái) 控制柜兩臺(tái) 工業(yè)控制機(jī)一臺(tái) 西門子 PLC機(jī)一臺(tái) 24V直流電源一臺(tái) 2.工作過(guò)程 這是鋼管生產(chǎn)線上的一個(gè)自動(dòng)檢測(cè)、記錄、打標(biāo)記的自動(dòng)化設(shè)備。它可對(duì)

3、無(wú)縫鋼管自動(dòng)進(jìn)行測(cè)長(zhǎng)、稱重，打印、噴標(biāo)等工序。此設(shè)備共有四個(gè)工位： 第一工位為測(cè)長(zhǎng)工位，實(shí)現(xiàn)對(duì)鋼管長(zhǎng)度的測(cè)量。 第二工位為稱重工位，實(shí)現(xiàn)對(duì)鋼管重量的稱量。 第三工位為打印工位，在鋼管一端的外表面通過(guò)氣動(dòng)打標(biāo)機(jī)打印出鋼管的各種信息，如重量、長(zhǎng)度、批次、符合API標(biāo)準(zhǔn)及國(guó)家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的和客戶指定的數(shù)字、字符和圖形；氣動(dòng)打標(biāo)機(jī)也可移動(dòng)到第五工位（噴印工位）用于實(shí)現(xiàn)對(duì)鋼管兩端的打印。 第四工位為噴標(biāo)工位，在鋼管的外表面噴印上鋼管的各種信息，如重量、長(zhǎng)度、批次、符合API標(biāo)準(zhǔn)及國(guó)家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的和客戶指定的數(shù)字、字符和圖形。 鋼管的上料、鋼管在各工位之間的移動(dòng)、鋼管的下料均通過(guò)機(jī)械式步進(jìn)機(jī)構(gòu)

4、實(shí)現(xiàn)。機(jī)械式步進(jìn)機(jī)構(gòu)采用雙電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，變頻調(diào)速，通過(guò)氣動(dòng)摩擦片制動(dòng)器、減速機(jī)、鏈條帶動(dòng)步進(jìn)梁的移動(dòng)。 電控系統(tǒng)采用各單機(jī)自成體系，獨(dú)立控制，獨(dú)立操作的分布型控制模式。該控制模式是將工控機(jī)、可編程控制器和管理融合在一個(gè)系統(tǒng)中，沒(méi)有操作站和控制站的明顯區(qū)別。各單機(jī)可以即作控制，又作操作顯示，通信系統(tǒng)又可以把數(shù)據(jù)等信息送往其它站，從而使數(shù)據(jù)資源共享。 主要工作過(guò)程如下： 1）光電傳感器結(jié)合旋轉(zhuǎn)編碼器的形式，在對(duì)齊輥道上實(shí)現(xiàn)在鋼管運(yùn)動(dòng)中對(duì)其長(zhǎng)度的測(cè)量。 2）當(dāng)向右移動(dòng)的鋼管頭部遮斷0.4m處的光電傳感器時(shí)，PLC機(jī)開(kāi)始對(duì)旋轉(zhuǎn)編碼器計(jì)數(shù)； 3）與此同時(shí)，其它33對(duì)光電傳感器進(jìn)入中斷程序，當(dāng)向右

5、(東側(cè))移動(dòng)的鋼管尾部脫開(kāi)任一個(gè)光電傳感器，都產(chǎn)生一個(gè)中斷信號(hào)，則PLC機(jī)停止對(duì)旋轉(zhuǎn)編碼器計(jì)數(shù)； 4）PLC機(jī)將中斷點(diǎn)光電傳感器的位置信號(hào)和PLC計(jì)數(shù)信息送給工控機(jī)，工控機(jī)計(jì)算出鋼管的長(zhǎng)度； 5）計(jì)算公式： L（鋼管長(zhǎng)度）= L2（產(chǎn)生最后一個(gè)中斷信號(hào)的光電傳感器至第一對(duì)光電傳感器的距離）-L1（旋轉(zhuǎn)編碼器的計(jì)數(shù)長(zhǎng)度） （四）設(shè)計(jì)要求 1．控制要求 （1）控制系統(tǒng)應(yīng)滿足設(shè)備的工藝要求，測(cè)量的距離精度應(yīng)滿足要求 （2）打印位置準(zhǔn)確、字符高度、深度應(yīng)滿足要求 （3）輥道除自動(dòng)加工外，應(yīng)有手動(dòng)控制 （4）系統(tǒng)具有程序預(yù)選功能。程序選定后，整個(gè)加工過(guò)程自動(dòng)進(jìn)行 （5）電源及系統(tǒng)的

6、運(yùn)行應(yīng)有相應(yīng)的指示 （6）故障報(bào)警應(yīng)有相應(yīng)的指示 （7）應(yīng)有必要的電氣保護(hù)措施 2．設(shè)計(jì)內(nèi)容 （1）理解該設(shè)備的工作原理 （2）畫出控制設(shè)備的工藝流程圖 （3）對(duì)控制設(shè)備中所用的所有電器元件選型，編制電器元件明細(xì) （4）PLC控制程序的設(shè)計(jì) （5）畫出整個(gè)控制系統(tǒng)的電氣控制原理圖、端子接線圖、PLC的端子接線圖 （6）PLC控制程序調(diào)試 （7）按要求撰寫畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 （8）論文答辯 （五）應(yīng)完成的技術(shù)資料 1．開(kāi)題報(bào)告（2000字左右） 2．畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（10000字左右） 3．技術(shù)資料 （1）系統(tǒng)電氣原理圖 （2）PLC的I/O接線圖 （3）控制程序清

7、單及注釋 （六）主要參考文獻(xiàn)及資料 [1] 西門子（中國(guó)）有限公司SIMATICS7-300用戶手冊(cè).北京（中國(guó)）有限公司，1997 [2] 王化祥.傳感器原理及應(yīng)用.天津大學(xué)出版社，1992 [3] 袁子榮.液壓傳動(dòng)與控制.重慶大學(xué)出版社，2002 [4] 張群生.液壓與氣壓傳動(dòng).機(jī)械出版社，2001 [5] 張鳳山.電氣控制及可編程控制器.中國(guó)輕工業(yè)出版社，1999 [6] 何建平.電氣傳動(dòng).重慶大學(xué)出版社，2002 [7] 曹玉平.液壓傳動(dòng)與控制.天津大學(xué)出版社，2002 [8] 張錚.沖壓自動(dòng)化.電子科技大學(xué)出版社，2000 [9] 周恩濤.可編程控制器原理及其在液

8、壓系統(tǒng)中的應(yīng)用，機(jī)械工業(yè)出版社，2003 [10] 王永華等.現(xiàn)代電氣控制及PLC應(yīng)用技術(shù)，北京航空航天出版社，2003 二、畢業(yè)設(shè)計(jì)進(jìn)度計(jì)劃及檢查情況記錄表 序號(hào) 起止日期 計(jì)劃完成內(nèi)容 實(shí)際完成內(nèi)容 檢查日期 檢查人簽名 1 2010.11.15—2010.12.30 結(jié)合任務(wù)書了解課題應(yīng)用情況并搜集相關(guān)資料 2 2011.01.01—2011.02.28 完成開(kāi)題報(bào)告 3 2011.03.01—2011.03.14 初步熟悉工藝要求 4 2011.03.15—2011.03.28 畢業(yè)實(shí)習(xí) 5

9、 2011.03.15—2011.03.28 選擇控制元件列出PLC內(nèi)部I/O表 6 2011.03.29—2011.04.20 編輯PLC梯形圖 7 2011.04.20—2011.05.09 進(jìn)行軟件程序調(diào)試并修改程序 8 2011.05.10—2011.05.20 畫出整個(gè)系統(tǒng)硬件接線圖 9 2011.05.21—2011.05.31 收集所用資料、寫論文、修改并裝訂 10 2011.06.01—2011.06.06 做好幻燈片，論文答辯 注：（1）表中“實(shí)際完成內(nèi)容”、“檢查人簽名”欄目要求用筆填寫，其余

10、各項(xiàng)均要求打印。 （2）畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書一式二份，一份學(xué)院系留存，一份發(fā)給學(xué)生，任務(wù)完成后裝訂在畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書內(nèi)。 天津理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告 屆：2011 學(xué)院：自動(dòng)化 專業(yè)：電氣工程及其自動(dòng)化 2011年2月20 日 畢業(yè)設(shè)計(jì) 題目 鋼管稱重、測(cè)長(zhǎng)設(shè)備控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)-----測(cè)長(zhǎng)部分 學(xué)生姓名 鄧大龍 學(xué)號(hào) 20071003 指導(dǎo)教師 吳鳳英 職稱 高級(jí)工程師 （報(bào)告內(nèi)容包括課題的意義、國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r、本課題的研究?jī)?nèi)容、研究方法、研究手段、研究步

11、驟以及參考文獻(xiàn)資料等。） 1、 本課題研究的目的及意義 長(zhǎng)度是鋼管的主要規(guī)格指標(biāo)之一，快速準(zhǔn)確的測(cè)長(zhǎng)系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品標(biāo)志重要環(huán)節(jié)。不同類型的鋼管標(biāo)志都有其相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。常見(jiàn)的測(cè)長(zhǎng)方法有：人工測(cè)長(zhǎng)、CCD測(cè)量、超聲波測(cè)量、多波長(zhǎng)干涉測(cè)量等，這些測(cè)長(zhǎng)方法在鋼管生產(chǎn)線中運(yùn)用都有一定的局限性。利用對(duì)射光電管、編碼器、PLC、上位機(jī)等組成的光電式測(cè)長(zhǎng)系統(tǒng)，性能穩(wěn)定，成本低，完全能適應(yīng)鋼管生產(chǎn)線自動(dòng)測(cè)長(zhǎng)的要求。 鋼管的生產(chǎn)工藝種類繁多，生產(chǎn)過(guò)程非常復(fù)雜，生產(chǎn)設(shè)備也很龐大。按照工藝流程，管坯進(jìn)入車間后按照工藝要求鋸成定尺長(zhǎng)度，然后依次經(jīng)過(guò)環(huán)形爐加熱、三焜穿孔機(jī)穿孔、連軋機(jī)軋鋼、定徑機(jī)定徑。加工成的鋼管需

12、要減徑的再加熱后送至減徑機(jī)上減徑。從定徑或減徑機(jī)扎出的成晶管，送至鏈?zhǔn)嚼浯采侠鋮s，冷卻后鋸成定尺長(zhǎng)度的鋼管（有的需要熱處理）輸送到斜焜式矯直機(jī)上矯直，矯直后依次經(jīng)過(guò)超聲波探傷，水壓機(jī)實(shí)驗(yàn)，隨后進(jìn)行其他各項(xiàng)精整工序。精整后的成品管經(jīng)過(guò)感應(yīng)加熱爐后進(jìn)行涂油打捆入庫(kù)。 鋼管MWBPS系統(tǒng)（MEASURE、WEIGHT、BAND、PINSTAMP、STENCIL）包括鋼管承重、測(cè)長(zhǎng)、涂色、打標(biāo)、噴標(biāo)，是對(duì)成品鋼管進(jìn)行長(zhǎng)度、重量的檢測(cè)、打標(biāo)、涂色，根據(jù)一定的標(biāo)準(zhǔn)把鋼管定義為好管或壞管。然后把鋼管的有關(guān)信息，如爐號(hào)、班號(hào)、材料、長(zhǎng)度、重量、生產(chǎn)廠家等按一定的標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)注在鋼管表面。由此可見(jiàn)，MWBPS系統(tǒng)應(yīng)

13、該安排在鋼管生產(chǎn)工藝流程的精整部分。 本設(shè)計(jì)的測(cè)長(zhǎng)系統(tǒng)填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)鋼管生產(chǎn)線的空白，其檢測(cè)精度和表示果達(dá)到了世界同類產(chǎn)品的先進(jìn)水平，解決了以前依靠國(guó)外進(jìn)口的困境，在很大程度上降低了成本。本設(shè)計(jì)主要有以下幾項(xiàng)工作： （1）對(duì)測(cè)長(zhǎng)系統(tǒng)進(jìn)行了總體方案設(shè)計(jì)，具體包括：各個(gè)工位的硬件組成、 天津理工大學(xué)教務(wù)處制表 工作原理和具體設(shè)計(jì)方案，確定了控制系統(tǒng)和軟件的功能等。 （2）控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。對(duì)測(cè)長(zhǎng)系統(tǒng)的控制系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)設(shè)計(jì)，主要包括系統(tǒng)電氣組成、PLC硬件設(shè)計(jì)等 （3）PLC程序的設(shè)計(jì)及調(diào)試。根據(jù)測(cè)長(zhǎng)系統(tǒng)的功能要求，針對(duì)PLC系統(tǒng)的硬件特點(diǎn)，對(duì)PLC程序進(jìn)行了模塊化設(shè)計(jì)。根據(jù)各個(gè)工位功能的不同

14、和所需的交流信號(hào)，對(duì)各個(gè)工位PLC程序的流程、控制信號(hào)和數(shù)據(jù)信號(hào)、以及PLC與上位機(jī)通訊時(shí)序進(jìn)行了詳細(xì)設(shè)計(jì)。完成現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試、解決了現(xiàn)場(chǎng)中出現(xiàn)的問(wèn)題。 二、國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r 現(xiàn)在國(guó)內(nèi)有近百家鋼管生產(chǎn)廠家，除了幾家最大型的鋼管公司具有雄厚的資金實(shí)力，能從國(guó)外引進(jìn)專業(yè)的生產(chǎn)設(shè)備，其他企業(yè)的生產(chǎn)設(shè)備都很落后。有一些供公司自己組織技術(shù)力量進(jìn)行技術(shù)攻關(guān)也研制出了一些產(chǎn)品，能在一定程度上解決問(wèn)題，但產(chǎn)品大體上存在以下一些問(wèn)題： （1）設(shè)備大部分只能完成單一的任務(wù)，不能再自動(dòng)生產(chǎn)線上和其他設(shè)備一起工作，使得生產(chǎn)效率低下，不能從根本上解決問(wèn)題。 （2）產(chǎn)品的穩(wěn)定性不夠。由于這些產(chǎn)品的主要控制部件采用了單片機(jī)

15、控制，在鋼管生產(chǎn)的惡劣環(huán)境中，各種干擾是的控制系統(tǒng)的故障率極高 （3）產(chǎn)品缺乏擴(kuò)展性。易擴(kuò)展性已成為現(xiàn)代產(chǎn)品的特征，缺乏擴(kuò)展性的產(chǎn)品將阻礙自動(dòng)化的發(fā)展 三、鋼管自動(dòng)測(cè)長(zhǎng)的發(fā)展方向 （1）系統(tǒng)強(qiáng)調(diào)控制和智能的全分散性，各個(gè)設(shè)備是具有自治功能的智能體，相互之間高內(nèi)聚、松耦合。某些局部協(xié)調(diào)通過(guò)PLC自治完成。 （2）系統(tǒng)應(yīng)該具有高穩(wěn)定性、高可靠性。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上滿足穩(wěn)定性和可靠性的要求。 （3）完善的計(jì)算機(jī)監(jiān)控功能。生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的惡劣環(huán)境，不適宜工人在現(xiàn)場(chǎng)長(zhǎng)時(shí)間的操作，因此要求在上位計(jì)算機(jī)上能夠監(jiān)控所有現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)行情況通過(guò)時(shí)具有故障報(bào)警和自診斷功能，這樣只要在控制室里就能“看到”現(xiàn)場(chǎng)的一切動(dòng)作。

16、 （4）系統(tǒng)精度高和工作周期短。測(cè)長(zhǎng)系統(tǒng)的精度可以達(dá)到2mm。 四、本課題的研究?jī)?nèi)容 （1）理解該設(shè)備的工作原理，畫出控制系統(tǒng)的工藝流程圖 （2）選擇控制系統(tǒng)中所用的控制元件 （3）設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的主控電氣控制原理圖 天津理工大學(xué)教務(wù)處制表 （4）PLC與變頻器及編程計(jì)算機(jī)的通訊設(shè)置 （5）編制PLC程序 五、本課題的研究方法 （1）到工廠實(shí)地參觀控制系統(tǒng)，了解工作原理 （2）到圖書館查閱資料和有關(guān)文獻(xiàn) （3）復(fù)習(xí)相關(guān)的理論知識(shí) （4）理論結(jié)合實(shí)驗(yàn)進(jìn)行課題研究 六、本課題的研究手段 利用s7-300軟件進(jìn)行程序的設(shè)計(jì)和硬件的配置及通訊，在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行硬件的連線和

17、仿真，實(shí)現(xiàn)工業(yè)PLC自動(dòng)化控制。 七、本課題的研究步驟 （1）了解設(shè)備的工作原理； （2）完成PLC定義點(diǎn)圖、接線端子圖、電氣原理圖及通訊系統(tǒng)圖； （3）進(jìn)行s7-300編程； （4）硬件連接，利用s7-300軟件進(jìn)行仿真； （5）觀察仿真結(jié)果并分析 八、參考文獻(xiàn) [1] 西門子（中國(guó)）有限公司SIMATICS7-200用戶手冊(cè).北京（中國(guó)）有限公司， 1997 [2] 王化祥.傳感器原理及應(yīng)用.天津大學(xué)出版社，1992 [3] 袁子榮.液壓傳動(dòng)與控制.重慶大學(xué)出版社，2002 [4] 張群生.液壓與氣壓傳動(dòng).機(jī)械出版社，2001 [5] 張鳳山.電氣控制及可編程控制器

18、.中國(guó)輕工業(yè)出版社，1999 [6] 何建平.電氣傳動(dòng).重慶大學(xué)出版社，2002 [7] 曹玉平.液壓傳動(dòng)與控制.天津大學(xué)出版社，2002 [8] 張錚.沖壓自動(dòng)化.電子科技大學(xué)出版社，2000 [9] 周恩濤.可編程控制器原理及其在液壓系統(tǒng)中的應(yīng)用，機(jī)械工業(yè)出版社，2003 [10] 王永華等.現(xiàn)代電氣控制及PLC應(yīng)用技術(shù)，北京航空航天出版社，2003 指導(dǎo)教師意見(jiàn) 簽字： 年 月 日 天津理工大學(xué)教務(wù)處制表

19、 鋼管稱重、測(cè)長(zhǎng)設(shè)備控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) -----測(cè)長(zhǎng)部分 摘要 主要對(duì)鋼管稱重測(cè)長(zhǎng)設(shè)備中的測(cè)長(zhǎng)部分進(jìn)行控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研究，報(bào)告了國(guó)內(nèi)外鋼管的發(fā)展方向和發(fā)展趨勢(shì)，并對(duì)各種方案進(jìn)行了比較，明確了研究課題的意義以及研究課題的方法和手段。根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求和技術(shù)參數(shù)要求，確定了測(cè)長(zhǎng)系統(tǒng)的工作原理和系統(tǒng)的組成，繪制出了系統(tǒng)的工藝流程圖。對(duì)所用的電氣控制設(shè)備PLC、變頻器以及各種元器件包括斷路器和交流接觸器等進(jìn)行了設(shè)備選型。對(duì)電氣控制系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，包括對(duì)整個(gè)控制系統(tǒng)框架、主電路、控制電路等的設(shè)計(jì)。對(duì)系統(tǒng)的各硬件之間進(jìn)行了通訊配置,簡(jiǎn)單介紹了MPI網(wǎng)絡(luò)、PROFIBUS—D

20、P網(wǎng)絡(luò)和工業(yè)以太網(wǎng)三種通訊網(wǎng)絡(luò)的通訊方式，采用PROFIBUS—DP網(wǎng)絡(luò)對(duì)S7—300PLC、ET200和變頻器進(jìn)行了通訊配置，對(duì)S7—300PLC進(jìn)行了梯形圖程序的編寫。 關(guān)鍵詞：鋼管；測(cè)長(zhǎng)；控制系統(tǒng)；PROFIBUS—DP；PLC The Design of Control System with the Weighing and Length Measurement ——Length Measurement Part Abstract Do the research to the steel tube length measurement equipment

21、 of weighing the length measurement and control system mainly. Reported the direction and development trend of domestic and international steel and compared the various schemes , making clear the significance and research method of the issue. According to the design requirements of the system and th

22、e technical parameters, identify the principle and the composition of the length measurement control system . The electrical control equipment including PLC, frequency converter and various components including breaker and AC contactor etc. are for equipment selection. Design the electric control sy

23、stem, including the whole control system framework, the main circuit and control circuit design. Make the communication configuration between the hardware of the system. Introduced the communication among the MPI network, PROFIBUS - DP network and industrial Ethernet. Communicate the S7—300PLC、ET200

24、 and the frequency converter with the PROFIBUS - DP network. Write the ladder-diagram program into the S7—300PLC. Keywords : Steel pipe Length measurement Control system PROFIBUS—DP PLC 目 錄 第一章 緒論 1 1.1 概述 1 1.2研究目的及意義 1 1.3本課題的研究方法及手段 1 1.3.1本課題的研究

25、方法 1 1.3.2 本課題的研究手段 2 第二章 系統(tǒng)的分析與控制任務(wù) 3 2.1設(shè)備的主要技術(shù)參數(shù)及要求 3 2.2系統(tǒng)電氣控制要求 4 2.3系統(tǒng)的組成及主要部分的工作原理 4 2.4 設(shè)備工藝流程圖 5 第三章 測(cè)長(zhǎng)系統(tǒng)控制元件選擇 6 3.1 鋼管測(cè)長(zhǎng)控制系統(tǒng)方案 6 3.2主控制裝置的選擇 7 3.2.1 PLC的選擇 7 3.2.2 PLC機(jī)型容量及其模塊的選擇 8 3.3變頻器的選擇 9 3.3.1變頻調(diào)速的原理 9 3.3.2變頻器的選擇 10 3.3.3步進(jìn)梁變頻器參數(shù)的設(shè)定 10 3.3.4 測(cè)長(zhǎng)輥道變頻器參數(shù)的設(shè)定 10 3.4熔斷器的

26、選擇 11 3.5交流接觸器的選擇 12 第四章 電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 13 4.1系統(tǒng)框架 13 4.2系統(tǒng)供電線路 13 4.3 主電路接線 13 4.4輔助部分接線 13 4.5 控制電路接線 13 4.6 PLC 輸入輸出端子表 13 4.7 PLC端子接線圖 16 4.8 電磁閥電路 16 第五章 系統(tǒng)的通訊 17 5.1通訊網(wǎng)絡(luò)簡(jiǎn)介 17 5.1.1 SIMATIC 產(chǎn)品介紹 17 5.1.2 MPI網(wǎng)絡(luò) 18 5.1.3工業(yè)以太網(wǎng) 19 5.1.4 PROFIBUS網(wǎng)絡(luò) 19 5.1.5 PROFIBUS—DP網(wǎng)絡(luò)使用注意事項(xiàng) 20 5.2系統(tǒng)的硬

27、件配置圖 21 5.3 PLC與ET200站的通信設(shè)置圖 22 5.4 PLC與變頻器的通信設(shè)置圖 22 5.5通訊小結(jié) 24 第六章 系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì) 25 6.1系統(tǒng)程序的組成部分及作用 25 6.2 控制系統(tǒng)程序設(shè)計(jì) 25 參考文獻(xiàn) 26 附錄1控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)圖 27 附錄2 主程序 44 致謝 67 天津理工大學(xué)2011屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 第一章 緒論 1.1 概述 長(zhǎng)度是鋼管的主要規(guī)格指標(biāo)之一，快速準(zhǔn)確的測(cè)長(zhǎng)系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品標(biāo)志的重要環(huán)節(jié)。不同類型的鋼管標(biāo)志都有其相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。常見(jiàn)的測(cè)長(zhǎng)方法有：人工測(cè)長(zhǎng)、CCD測(cè)量

28、、超聲波測(cè)量等，這些方法有一定的局限性。利用對(duì)射光電管、編碼器PLC、上位機(jī)等組成的光電式測(cè)長(zhǎng)系統(tǒng)、性能穩(wěn)定，成本低，完全能適應(yīng)鋼管生產(chǎn)自動(dòng)測(cè)長(zhǎng)的要求。 國(guó)內(nèi)大多數(shù)鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)設(shè)備落后，主要存在以下一些問(wèn)題： 1. 設(shè)備大都只能完成單一的任務(wù)，不能再自動(dòng)生產(chǎn)線上和其它設(shè)備一起工作，使得生產(chǎn)效率依然低下，不能從根本上解決問(wèn)題。 2. 產(chǎn)品的穩(wěn)定性不夠，由于這些產(chǎn)品的主要控制不見(jiàn)采用了單片機(jī)控制，在鋼 管生產(chǎn)的惡劣環(huán)境中，各種干擾使得系統(tǒng)的故障率極高。、 3. 滿足不了企業(yè)日益增長(zhǎng)的企業(yè)管理功能。ERP、PDM實(shí)現(xiàn)程度已經(jīng)成為企業(yè)現(xiàn)代化的重要標(biāo)志。企業(yè)的質(zhì)量管理已經(jīng)成為現(xiàn)代化制造企

29、業(yè)的管理核心。每根鋼管都有一系列的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)的鋼管的整個(gè)生命周期里都很重要。舊的自行開(kāi)發(fā)的系統(tǒng)只考慮到在生產(chǎn)中的功能，而忽略了在管理中的功能。 1.2 研究目的及意義 本設(shè)計(jì)的測(cè)長(zhǎng)系統(tǒng)填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)鋼管生產(chǎn)線的空白，其檢測(cè)精度和表示成果達(dá)到了世界同類產(chǎn)品的先進(jìn)水平，解決了以前依靠國(guó)外進(jìn)口的困境，在很大程度上降低了成本。本設(shè)計(jì)主要有以下幾項(xiàng)工作： 1. 對(duì)測(cè)長(zhǎng)系統(tǒng)進(jìn)行了總體方案設(shè)計(jì)，具體包括：各個(gè)工位的硬件組成、工作原理和具體設(shè)計(jì)方案，確定了控制系統(tǒng)和軟件的功能等。 2. 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。對(duì)測(cè)長(zhǎng)系統(tǒng)的控制系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)設(shè)計(jì)，主要包括系統(tǒng)電氣組成、PLC硬件設(shè)計(jì)等 3. PLC程序的設(shè)計(jì)及

30、調(diào)試。根據(jù)測(cè)長(zhǎng)系統(tǒng)的功能要求，針對(duì)PLC系統(tǒng)的硬件特點(diǎn)，對(duì)PLC程序進(jìn)行了模塊化設(shè)計(jì)。根據(jù)各個(gè)工位功能的不同和所需的交流信號(hào)，對(duì)各個(gè)工位PLC程序的流程、控制信號(hào)和數(shù)據(jù)信號(hào)、以及PLC與上位機(jī)通訊時(shí)序進(jìn)行了詳細(xì)設(shè)計(jì)。完成現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試、解決了現(xiàn)場(chǎng)中出現(xiàn)的問(wèn)題。 1.3 本課題的研究方法及手段 1.3.1本課題的研究方法 1. 到工廠實(shí)地參觀控制系統(tǒng)，了解工作原理 2. 到圖書館查閱資料和有關(guān)文獻(xiàn) 3. 復(fù)習(xí)相關(guān)的理論知識(shí) 4. 理論結(jié)合實(shí)驗(yàn)進(jìn)行課題研究 1.3.2 本課題的研究手段 利用s7-300軟件進(jìn)行程序的設(shè)計(jì)和硬件的配置及通訊，在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行硬件的連線和仿真，實(shí)現(xiàn)工業(yè)PLC

31、自動(dòng)化控制。 第二章 系統(tǒng)的分析與控制任務(wù) 2.1 設(shè)備的主要技術(shù)參數(shù)及要求 68 1. 甲方參數(shù)及工廠情況 年平均氣溫 11.9℃ 夏季最高平均氣溫 29.6℃ 冬季最低平均氣溫 -7.3℃ 極端最高氣溫 39.6℃ 極端最低氣溫 -20.7℃ 最熱（7月）最高平均氣溫 26.1℃ 最冷（1月）最低平均氣溫 -4.6℃ 年平均降雨量 584.8mm 年最大降雨量 929.9mm 年最小降雨量 194.9mm 一天內(nèi)最大降雨量 200.1mm

32、一小時(shí)內(nèi)最大降雨量 62.9mm 年平均風(fēng)速 3.12m/s 夏季/冬季平均風(fēng)速 2.8/3.2m/s 年主導(dǎo)風(fēng)向 北、北西、南西 夏季/冬季主導(dǎo)風(fēng)向 南、東北、北西 夏季/冬季大氣壓 1005.1/1027.1hpa 地震強(qiáng)烈 7度 供電 1 AC 10KV10% 頻率49Hz-50.5Hz 2 AC 380V10% 頻率49Hz-50.5Hz 3 AC 480V10% 頻率49Hz-50.5Hz 水質(zhì) 懸浮物 ≤5mg/L 總硬度 ≤10 壓力 0.3

33、--0.5Mpa 壓縮空氣 壓力 0.4--0.6MPa 含油量 ≤1mg/m^3 固體微粒半徑 ≤1um 2. 設(shè)備參數(shù) 鋼管參數(shù)： 鋼管直徑：139.7mm--355.6mm 鋼管壁厚：2.5-16mm 鋼管單根最重：2000kg 鋼管長(zhǎng)度范圍 ：6m--15.5m 總體設(shè)備參數(shù)： 電氣容量 90KW 設(shè)備本體尺寸 19m4.5m 壓縮空氣 壓力：0.4--0.6Mpa 用量：1m^3/min 接口管徑： 1 移鋼機(jī)參數(shù)： 移鋼機(jī)電機(jī)功： 37kw 減速機(jī)傳動(dòng)比 63 移鋼機(jī)制動(dòng)形式 電液式

34、 測(cè)長(zhǎng)參數(shù)： 測(cè)長(zhǎng) 道電機(jī)功率： 1.1 KW 編碼器參數(shù)：1200P 側(cè)長(zhǎng)范圍：6--15.5m 側(cè)長(zhǎng)精度： 2mm 稱重參數(shù)：符合中國(guó)國(guó)家商業(yè)三級(jí)秤標(biāo)準(zhǔn) 200KG---700KG≤0.4KG 分度值0.2KG 700KG---4000KG≤3KG 分度值1kg 稱重傳感器：METTLER TOLEDO CW-3 顯示儀表： 8142p 天津理工大學(xué)2011屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 2.2 系統(tǒng)電氣控制要求 電氣控制在硬件上由電氣柜、各種元器件和控制核心PLC組成。配電柜、主控柜、噴標(biāo)掛

35、箱是各種元器件的載體。配電柜給系統(tǒng)各個(gè)部分供電，顯示各種電源參數(shù)，操作臺(tái)和噴標(biāo)掛箱通過(guò)面板上的按鈕對(duì)所涉及區(qū)域進(jìn)行控制，并通過(guò)面板上的指示燈反應(yīng)系統(tǒng)狀態(tài)。系統(tǒng)的協(xié)調(diào)工作是由PLC通過(guò)裝載其中的程序來(lái)實(shí)現(xiàn)的，系統(tǒng)包括設(shè)備總體控制和測(cè)長(zhǎng)、稱重、色環(huán)、打標(biāo)、噴標(biāo)、步進(jìn)等各個(gè)局部控制。PLC通過(guò)各個(gè)按鈕和合理布置的傳感器采集信號(hào)，判斷系統(tǒng)所處狀態(tài), 作出正確反應(yīng)，使所有動(dòng)作有條不紊的進(jìn)行。各個(gè)工位都是一個(gè)局部小系統(tǒng)，PLC可以很好的實(shí)現(xiàn)這些工位的配合工作與集成。同時(shí)PLC通過(guò)功能模塊實(shí)現(xiàn)高速計(jì)數(shù)和位置控制功能。此外，PLC還留有PROFIBUS接口，以備生產(chǎn)車間的聯(lián)網(wǎng)與功能擴(kuò)展，留有二級(jí)網(wǎng)絡(luò)接口，

36、且接口軟件開(kāi)放。系統(tǒng)里有多個(gè)控制器，如噴標(biāo)控制器和稱重儀表，這些控制器和儀表都有外部接口可以通過(guò)PLC對(duì)其進(jìn)行控制，也可用RS232或RS485實(shí)現(xiàn)控制器與PC之間的通訊，實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的自動(dòng)化控制。 2.3 系統(tǒng)組成及主要部分的工作原理 主要包括： 步進(jìn)裝置、 測(cè)長(zhǎng)裝置、 稱重裝置 1. 移鋼機(jī)：采用曲柄連桿機(jī)構(gòu)，步進(jìn)裝置帶動(dòng)托料機(jī)構(gòu)，完成鋼管的橫向移位， 每轉(zhuǎn)一周完成鋼管的一次移位， 周而復(fù)始實(shí)現(xiàn)鋼管從上料工位依次經(jīng)過(guò)測(cè)長(zhǎng)、稱重、噴標(biāo)、保護(hù)漆，最后到出料工位。 移鋼機(jī)的作用是把鋼管從一個(gè)工位搬到下一個(gè)工位，周而復(fù)始?，F(xiàn)在常用移鋼機(jī)根據(jù)傳動(dòng)方式有多種方式，常用的有鏈?zhǔn)絺鲃?dòng)、齒

37、輪傳動(dòng)、曲軸連桿傳動(dòng)和液壓傳動(dòng)。從多方面比較，本套選擇使用曲軸連桿傳動(dòng)形式，其傳動(dòng)結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單、動(dòng)力性能優(yōu)良、現(xiàn)場(chǎng)施工維護(hù)方便。移鋼機(jī)由交流異步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)鋼管的上料、移位和出料。電動(dòng)機(jī)是由變頻器進(jìn)行控制的，可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件和生產(chǎn)節(jié)奏的要求， 控制步進(jìn)機(jī)構(gòu)的加減速曲線和速度的調(diào)節(jié)。 2. 測(cè)長(zhǎng)：測(cè)長(zhǎng)裝置由測(cè)長(zhǎng)油缸、測(cè)長(zhǎng)輥道、光電傳感器組、測(cè)長(zhǎng)輪、測(cè)長(zhǎng)編碼器、 測(cè)長(zhǎng)擋板裝置等部分組成。在測(cè)長(zhǎng)時(shí)，測(cè)長(zhǎng)油缸推動(dòng)鋼管軸向運(yùn)動(dòng)，編碼器開(kāi)始計(jì)數(shù)。結(jié)合測(cè)長(zhǎng)光電傳感器計(jì)算鋼管長(zhǎng)度，從而對(duì)鋼管長(zhǎng)度進(jìn)行測(cè)量。 測(cè)長(zhǎng)裝置主要由測(cè)長(zhǎng)油缸、測(cè)長(zhǎng)輥道、測(cè)長(zhǎng)光電管組成。測(cè)長(zhǎng)工作過(guò)程為：鋼管到達(dá)測(cè)長(zhǎng)工位后，測(cè)長(zhǎng)油缸

38、推動(dòng)鋼管沿軸向運(yùn)動(dòng)，鋼管每經(jīng)過(guò)一對(duì)光電管，便清除編碼器的當(dāng)前計(jì)數(shù)值，當(dāng)測(cè)長(zhǎng)油缸到達(dá)前位時(shí)，系統(tǒng)記錄下光電傳感器的狀態(tài)及編碼器的計(jì)算值，從而計(jì)算出鋼管的長(zhǎng)度。測(cè)長(zhǎng)工位要求上料必須滿足進(jìn)料金屬線 100mm 的要求。 3. 稱重：稱重裝置由支撐架、箱型梁、稱重傳感器及顯示儀表等組成。稱重信號(hào)可以經(jīng)過(guò)采集、 轉(zhuǎn)換、 放大傳遞至計(jì)算機(jī)進(jìn)行存儲(chǔ)顯示。稱重裝置由稱重傳感器、二次儀表、信號(hào)采集卡等組成。 稱重系統(tǒng)由稱重箱型梁、稱重模塊及上支板構(gòu)成。稱重梁下設(shè)置4 個(gè)稱重模塊，組成支點(diǎn)，其中 1 塊為固定式，1 塊半浮動(dòng)式，另外2 塊為浮動(dòng)式。稱重模塊型號(hào)為 CW-3T。稱重模塊下部與基礎(chǔ)框架板連接，上

39、部與稱重梁連接。稱重梁上部有 6 個(gè) V 型支架，V 型面上固定有尼龍板，減少?zèng)_擊，也可防止劃傷鋼管外壁。稱重模塊選擇梅特勒-托利多公司的 CW 動(dòng)載稱重模塊，該類型模塊采用自穩(wěn)定承壓頭設(shè)計(jì)，并且配備了可調(diào)式水平限位螺栓，可以始終保持正確的加載位置，稱量重復(fù)性能好，適用于過(guò)程稱重控制。稱重工作過(guò)程：鋼管到達(dá)稱重工位后，稱重傳感器將電信號(hào)傳送到二次儀表，進(jìn)行信號(hào)放大和信號(hào)處理，然后再傳到計(jì)算機(jī) 232 口，由計(jì)算機(jī)記錄鋼管重量數(shù)據(jù)。 4. 工作原理簡(jiǎn)介：光電傳感器結(jié)合旋轉(zhuǎn)編碼器的形式，在對(duì)齊輥道上實(shí)現(xiàn)在鋼管運(yùn)動(dòng)中對(duì)其長(zhǎng)度的測(cè)量。當(dāng)向右移動(dòng)的鋼管頭部遮斷0.4m處的光電傳感器時(shí)，PLC機(jī)開(kāi)始對(duì)

40、旋轉(zhuǎn)編碼器計(jì)數(shù)；與此同時(shí)，其它33對(duì)光電傳感器進(jìn)入中斷程序，當(dāng)向右(東側(cè))移動(dòng)的鋼管尾部脫開(kāi)任一個(gè)光電傳感器，都產(chǎn)生一個(gè)中斷信號(hào)，則PLC機(jī)停止對(duì)旋轉(zhuǎn)編碼器計(jì)數(shù)；PLC機(jī)將中斷點(diǎn)光電傳感器的位置信號(hào)和PLC計(jì)數(shù)信息送給工控機(jī)，工控機(jī)計(jì)算出鋼管的長(zhǎng)度。 計(jì)算公式： L（鋼管長(zhǎng)度）= L2（產(chǎn)生最后一個(gè)中斷信號(hào)光電傳感器至第一對(duì)光電傳感器的距離）-L1（旋轉(zhuǎn)編碼器的計(jì)數(shù)長(zhǎng)度） 2．4 設(shè)備工藝流程圖 圖 2.1 鋼管稱重測(cè)長(zhǎng)流程圖

41、Fig.2.1 Pipe weighting and measuring sequence diagram 第三章 測(cè)長(zhǎng)系統(tǒng)控制元件選擇 3.1 鋼管測(cè)長(zhǎng)控制系統(tǒng)方案 系統(tǒng)以Siemens PLC 為控制核心, 將測(cè)長(zhǎng)、撥料、自動(dòng)鋸、鋸頭設(shè)備、傳感器、控制器、驅(qū)動(dòng)器、管理系統(tǒng)等控制功能全部集成在計(jì)算機(jī)上, 實(shí)現(xiàn)了管理、驅(qū)動(dòng)、信號(hào)采集、即時(shí)監(jiān)控、故障診斷等多種功能的綜合自動(dòng)化?？刂圃骷蛨?zhí)行器件均采用了國(guó)際知名企業(yè)的產(chǎn)品, 為系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性提供了保證。系統(tǒng)對(duì)輥道電機(jī)采用變頻控制, 將測(cè)長(zhǎng)、定位的準(zhǔn)確性和生產(chǎn)效率很好的結(jié)合起來(lái)。上位機(jī)通過(guò)MPI 總線與PLC 通信,

42、對(duì)系統(tǒng)的狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。上位機(jī)監(jiān)控軟件穩(wěn)定可靠, 界面友好, 操作簡(jiǎn)單 3.2 主控制裝置的選擇 3.2.1 PLC的選擇 可編程序控制器（Programmable Logic Controller），簡(jiǎn)稱PLC，是在繼電順序控制基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的以微處理器為核心的通用的工業(yè)自動(dòng)化控制裝置。 1. PLC與微機(jī)的區(qū)別 （1） 應(yīng)用范圍 微機(jī)除了用在控制領(lǐng)域外，還大量用于科學(xué)計(jì)算、數(shù)據(jù)處理、計(jì)算機(jī)通信等方便。而PLC主要用于工業(yè)控制。 （2） 使用環(huán)境 微機(jī)對(duì)環(huán)境要求較高，一般要在干擾小，具有一定的溫度和濕度要求的機(jī)房?jī)?nèi)使用。PLC則適用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境。 （3） 輸入/

43、輸出 微機(jī)系統(tǒng)的I/O設(shè)備與主機(jī)之間采用微電聯(lián)系，一般不需要電氣隔離。而PLC一般控制強(qiáng)電設(shè)備，需要電氣隔離，輸入輸出均采用光電耦合，輸出還采用繼電器、可控硅或大功率晶體管進(jìn)行功率放大。 （4） 程序設(shè)計(jì) 微機(jī)具有豐富的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，如匯編語(yǔ)言、FORTRAN語(yǔ)言、COBOL語(yǔ)言、PADCAL語(yǔ)言、C語(yǔ)言等，其語(yǔ)句多，語(yǔ)法關(guān)系復(fù)雜，要求使用者必須具有一定水平的計(jì)算機(jī)硬件和軟件知識(shí)。而PLC提供給用戶的編程語(yǔ)句數(shù)量少，邏輯簡(jiǎn)單，易于學(xué)習(xí)和掌握。 （5） 系統(tǒng)功能 微機(jī)系統(tǒng)一般配有較強(qiáng)的系統(tǒng)軟件，例如操作系統(tǒng)，能進(jìn)行設(shè)備管理、文件管理、存儲(chǔ)器管理等。它還配有許多應(yīng)用軟件，以方便用戶。而P

44、LC一般只有簡(jiǎn)單的監(jiān)控程序，能完成故障檢查、用戶程序的輸入和修改、用戶程序的執(zhí)行與監(jiān)視等。 （6） 運(yùn)算速度和存儲(chǔ)容量 微機(jī)運(yùn)行速度快，一般為微妙級(jí)，因有大量的系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件，故存儲(chǔ)容量大。而PLC因接口的響應(yīng)速度慢而影響數(shù)據(jù)處理速度。一般PLC借口響應(yīng)速度為2ms，巡回檢測(cè)速度為8ms/K字。PLC的軟件少，所編程序也簡(jiǎn)短，故內(nèi)存容量小。 （7） 價(jià)格 微機(jī)是通用機(jī)，功能完善，故價(jià)格較高。而PLC是專用機(jī)，功能較少，其價(jià)格是微機(jī)的十分之一左右。 從以上幾個(gè)方面的比較可知，PLC是一種用于自動(dòng)化控制的專用微機(jī)控制系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，抗干擾能力強(qiáng)，價(jià)格也比一般的微機(jī)系統(tǒng)低。 2. P

45、LC與單片機(jī)的區(qū)別 （1） 單片機(jī)不如PLC容易掌握 單片機(jī)一般要用機(jī)器指令或其助記符編程，這就要求設(shè)計(jì)人員具有一定的計(jì)算機(jī)硬件和軟件知識(shí)，對(duì)于只熟悉機(jī)電控制的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，需要一段時(shí)間的學(xué)習(xí)才能掌握。PLC本身是微機(jī)系統(tǒng)，提供給用戶使用的是電控人員熟悉的梯形圖語(yǔ)言，使用的術(shù)語(yǔ)依然是“繼電器”一類的術(shù)語(yǔ)，大部分指令與繼電器觸電的串聯(lián)、并聯(lián)、串并聯(lián)、并串聯(lián)等相應(yīng)對(duì)應(yīng)，這就使熟悉機(jī)電控制的工程人員一目了然。對(duì)于使用者來(lái)說(shuō)，不必去關(guān)心微機(jī)的一些技術(shù)問(wèn)題，而只要用較短的時(shí)間去熟悉PLC的指令系統(tǒng)及操作方法，就能應(yīng)用到工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)。 （2） 單片機(jī)不如PLC使用簡(jiǎn)單 用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，一般要

46、在輸入/輸出接口上做大量的工作。例如要考慮現(xiàn)場(chǎng)與單片機(jī)的連接、接口的擴(kuò)展、輸入/輸出信號(hào)的處理、接口工作方式等問(wèn)題，除了要設(shè)計(jì)控制程序，還要在但片機(jī)的外圍做很多軟件和硬件方面的工作，調(diào)試起來(lái)也比較麻煩。而PLC的I/O口已經(jīng)做好，輸入接口可以與輸入信號(hào)直接連線，非常方便。輸出接口具有一定的驅(qū)動(dòng)能力，例如繼電器輸出，其輸出觸電容量可答220V、2A。且I/O口均有光電耦合環(huán)節(jié)，抗干擾能力強(qiáng)。 （3） 單片機(jī)不如PLC可靠 用單板機(jī)做工業(yè)控制，突出問(wèn)題就是抗干擾能力差。而PLC是專門應(yīng)用于工業(yè)場(chǎng)合的自動(dòng)控制裝置，在系統(tǒng)硬件和軟件上都采取了抗干擾措施。例如，光電耦合、自診斷、多個(gè)CPU并行運(yùn)

47、行操作、冗余控制技術(shù)等。 當(dāng)今PLC在數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理等方面不如單板機(jī)。總之，PLC用于工業(yè)控制，穩(wěn)定可靠，抗干擾能力強(qiáng)，使用方便，但單板機(jī)的通用性和適應(yīng)性較強(qiáng)。 3.2.2 PLC機(jī)型、容量及其模塊的選擇 根據(jù)工作原理及與其他控制設(shè)備進(jìn)行比較后，選擇用西門子PLC S7—300進(jìn)行控制。 表3.1 PLC及其模塊的選擇 Table 3.1 PLC and module choice 名稱 訂貨號(hào) 參數(shù) 電源 6ES7 307-1KA00-0AA0 負(fù)載電源 120 / 230 VAC:24 VDC / 10 A CPU 6ES7 315-2AF00-0AB0

48、 48 KB 工作內(nèi)存;0.3 ms/1000 條指令;MPI + DP 連接;多排最多可組態(tài) 32 個(gè)模塊 ET200S 6ES7 151-1AA03-0AB0 ET200S電子模塊IM151- 1的接口模塊，有直接發(fā)送數(shù)據(jù)的能力 ET200S中的PM 6ES7 138-4CA00-0AA0 用于電子模塊的 PM-E 電源模塊DC24V，帶診斷功能; 同時(shí)可作為 SIPLUS 模塊 數(shù)字量輸入 6ES7 131-4BF00-0AA0 數(shù)字量輸入模塊DI 16xDC24V，支持等時(shí)模式 ET200S 中的數(shù)字量輸出 6ES7 132-4BF00-0AA0 數(shù)字量輸出模塊

49、DO 8xDC24V/0.5A，支持等時(shí)模式 3.3 變頻器的選擇 3.3.1 變頻器調(diào)速原理 變頻器技術(shù)是一門綜合性的技術(shù)，它建立在控制技術(shù)、電子電力技術(shù)、微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的基礎(chǔ)上。它與傳統(tǒng)的交流拖動(dòng)系統(tǒng)相比，利用變頻器對(duì)交流電動(dòng)機(jī)進(jìn)行調(diào)速控制，有許多優(yōu)點(diǎn)，如節(jié)電、容易實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)有電動(dòng)機(jī)的調(diào)速控制、可以實(shí)現(xiàn)大范圍內(nèi)的高效連續(xù)調(diào)速控制、實(shí)現(xiàn)速度的精確控制。容易實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)切換，可以進(jìn)行高額度的起停運(yùn)轉(zhuǎn)，可以進(jìn)行電氣制動(dòng)，可以對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行高速驅(qū)動(dòng)。完善的保護(hù)功能:變頻器保護(hù)功能很強(qiáng)，在運(yùn)行過(guò)程中能隨時(shí)檢測(cè)到各種故障，并顯示故障類別(如電網(wǎng)瞬時(shí)電壓降低，電網(wǎng)缺相，直流過(guò)

50、電壓，功率模塊過(guò)熱，電機(jī)短路等)，并立即封鎖輸出電壓。這種“自我保護(hù)”的功能，不僅保護(hù)了變頻器，還保護(hù)了電機(jī)不易損壞。 圖3.1 變頻器原理 Fig 3. 1 Inverter principle 3.3.2 變頻器選擇 由于本設(shè)計(jì)中變頻器帶電機(jī)且對(duì)其進(jìn)行調(diào)速，通訊時(shí)采用PROFIBUS—DP通訊，所用PLC為SIEMENS S7—300,所以采用西門子變頻器：MicroMaster420 3.3.3 步進(jìn)梁變頻器參數(shù)的設(shè)定 表3.2 步進(jìn)梁變頻器參數(shù)表 Table 3.2 Parameters of walking beam frequency converter

51、 P00003=2 訪問(wèn)擴(kuò)展級(jí) P00004=0 可直接訪問(wèn)參數(shù) P00300=1 選擇電動(dòng)機(jī)類型為1 P00304=380 電動(dòng)機(jī)的額定電壓為380 P00305=60.60 電動(dòng)機(jī)的額定電流為60.60 P00307=30 電動(dòng)機(jī)的額定功率為30 P00308=0.87 電動(dòng)機(jī)的額定功率因數(shù)為0.87 P00311=1470 電動(dòng)機(jī)的額定速度為1470 P00335=0 電動(dòng)機(jī)的冷卻方式不運(yùn)行 P00640=180 電動(dòng)機(jī)的過(guò)載因子為

52、180 P00700=6 變頻器的通訊設(shè)置參數(shù) P01000=6 變頻器的通訊設(shè)置參數(shù) P01120=1.5 斜坡上升時(shí)間為1.5 P01121=1.5 斜坡下降時(shí)間為1.5 P01135=3 OFF3斜坡下降時(shí)間為3 P01300=0 線性V/f控制 P01500=0 選擇轉(zhuǎn)矩設(shè)定值為0 3.3.4 測(cè)長(zhǎng)輥道變頻器參數(shù)的設(shè)定 表3.3 測(cè)長(zhǎng)輥道變頻器的參數(shù)設(shè)定表 Table 3.3 Length measurement parameter setting of the

53、 frequency converter roller P00300=1 選擇電動(dòng)機(jī)類型為1 P00304=380 電動(dòng)機(jī)的額定電壓為380 P00305=21.60 電動(dòng)機(jī)的額定電流為21.60 P00307=8.8 電動(dòng)機(jī)的額定功率為8.8 P00308=0.82 電動(dòng)機(jī)的額定功率因數(shù)為0.82 P00311=1415 電動(dòng)機(jī)的額定速度為1415 P00335=0 電動(dòng)機(jī)的冷卻方式不運(yùn)行 P00640=150 電動(dòng)機(jī)的過(guò)載因子為150 P00700=6

54、 變頻器的通訊設(shè)置參數(shù) P01000=6 變頻器的通訊設(shè)置參數(shù) P01120=2 斜坡上升時(shí)間為2 P01121=3 斜坡下降時(shí)間為3 P01135=5 OFF3斜坡下降時(shí)間為5 P01300=0 線性V/f控制 P01500=0 選擇轉(zhuǎn)矩設(shè)定值為0 3.4 斷路器的選擇 斷路器是一種很基本的低壓電器，斷路器具有過(guò)載、短路和欠電壓保護(hù)功能，能保護(hù)線路和電源的能力。 低壓斷路器的選擇： 1. 低壓斷路器的額定電壓和額定電流應(yīng)等于或大于線路或設(shè)備的正常工作電壓和工作電流。 2. 熱脫扣器的整定

55、電流應(yīng)與所控制負(fù)載的額定電流一致。 3. 欠壓脫扣器的額定電壓應(yīng)等于線路的額定電壓。 4. 過(guò)電流脫扣器的額定電流應(yīng)大于或等于線路中的最大負(fù)載 電流。 表3.4斷路器參數(shù) Table 3.4 breaker parameters 序號(hào) 名稱 型號(hào) 功率 電流 數(shù)量 1 斷路器 DW—10 1.1KW 6A 30只 2 斷路器 DW—10 15KW 40A 10只 3.5交流接觸器的選擇 接觸器的選擇： 1. 根據(jù)電路中負(fù)載電流的種類選擇接觸器的使用類別； 2. 接觸器的額定電壓應(yīng)大于或等于負(fù)載回路的額定電壓； 3.

56、 額定電流應(yīng)大于或等于被控主回路的額定電流。 4. 激磁線圈的額定電壓應(yīng)與所接控制電路的額定電壓等級(jí)一致 測(cè)長(zhǎng)輥道電機(jī)需要正反轉(zhuǎn)，故需16個(gè)交流接觸器，步進(jìn)梁電機(jī)需要2個(gè)交流接觸器。 表3.5 接觸器參數(shù) Table 3.5 Contactor parameters 序號(hào) 名稱 型號(hào) 參數(shù) 數(shù)量 1 交流接觸器 CJX1-9 AC-4/380/3.3 20 2 交流接觸器 CJX1-32 AC-3/380/32 4 第四章 電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 4.1 系統(tǒng)框架 測(cè)長(zhǎng)部分主要用到的硬件有工控

57、機(jī)、S7—300PLC、ET200從站以及兩臺(tái)變頻器。工控機(jī)主要用來(lái)對(duì)S7—300PLC進(jìn)行程序的編寫，通過(guò)MPI口連接，通過(guò)MPI網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)信息。S7—300PLC與ET200以及兩臺(tái)變頻器之間的通訊通過(guò)DP口完成，通過(guò)PROFIBUS—DP網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)的交換。系統(tǒng)框圖見(jiàn)附錄圖4.1 4.2 系統(tǒng)供電電路 總電源供電后經(jīng)過(guò)隔離變壓器，左側(cè)為直流電，為電磁閥和PLC等元件供電，右側(cè)為交流電，直接為變頻器供電。供電電路圖件附錄圖4.2 4.3 主電路接線 主電路主要由兩臺(tái)變頻器和10臺(tái)電機(jī)組成。 第一部分主電路由一臺(tái)測(cè)長(zhǎng)輥道變頻器帶8臺(tái)測(cè)長(zhǎng)輥道電機(jī)組成，其中測(cè)長(zhǎng)輥道電機(jī)功率為1.1K

58、W，測(cè)長(zhǎng)輥道變頻器為11KW。電路圖見(jiàn)附錄圖4.3 第二部分主電路由一臺(tái)步進(jìn)梁變頻器帶2臺(tái)步進(jìn)梁電機(jī)組成，步進(jìn)梁電機(jī)功率為15KW，步進(jìn)梁變頻器功率為37KW.電路圖見(jiàn)附錄圖4.4 4.4 輔助部分接線圖 輔助部分電路有冷卻風(fēng)扇、照明燈和插座組成。 冷卻風(fēng)扇起為供電柜降溫的作用。當(dāng)供電柜內(nèi)某地方需要檢修時(shí)，需要照明燈進(jìn)行照明，需要插座來(lái)提供電源。電路圖見(jiàn)附錄4.5 4.5 控制電路接線圖 控制電路主要用來(lái)控制步進(jìn)梁電機(jī)的停止、測(cè)長(zhǎng)輥道電機(jī)的啟停、氣動(dòng)打印機(jī)和噴碼機(jī)的啟動(dòng)等。具體見(jiàn)電路圖見(jiàn)附錄圖4.6 4.6 PLC 輸入輸出端子表 表4. 1 輸入端子表 Table 4.1

59、Input Terminal 序號(hào) 名稱 元件名稱 代碼 地址編號(hào) 1 自動(dòng)運(yùn)行 開(kāi)關(guān) SB1 I0.0 2 自動(dòng)停止 開(kāi)關(guān) SB2 I0.1 3 自動(dòng)工作方式 開(kāi)關(guān) QC1 I0.2 4 手動(dòng)工作方式 開(kāi)關(guān) QC1 I0.3 5 急停 開(kāi)關(guān) CR0 I0.4 6 測(cè)長(zhǎng)輥道正轉(zhuǎn) 開(kāi)關(guān) SB4 I0.5 7 測(cè)長(zhǎng)輥道反轉(zhuǎn) 開(kāi)關(guān) SB5 I0.6 8 步進(jìn)梁點(diǎn)動(dòng) 開(kāi)關(guān) SB6 I0.7 9 打印頭鎖緊 開(kāi)關(guān) SB7 I1.0 10 打印頭開(kāi)放 開(kāi)關(guān) SB8 I1.1 11 打印頭上升

60、 開(kāi)關(guān) SB9 I1.2 12 打印頭下降 開(kāi)關(guān) SB10 I1.3 13 噴碼頭鎖緊 開(kāi)關(guān) SB11 I1.4 14 噴碼頭開(kāi)放 開(kāi)關(guān) SB12 I1.5 15 噴碼頭上升 開(kāi)關(guān) SB13 I1.6 16 噴碼頭下降 開(kāi)關(guān) SB14 I1.7 17 輸出輥道正轉(zhuǎn) 開(kāi)關(guān) SB15 I2.0 18 輸出輥道反轉(zhuǎn) 開(kāi)關(guān) SB16 I2.1 19 編碼同步器上升 開(kāi)關(guān) SB17 I2.2 20 編碼同步器下降 開(kāi)關(guān) SB18 I2.3 21 液壓機(jī)啟動(dòng) 開(kāi)關(guān) SB19 I2.4 22 液壓

61、機(jī)停止 開(kāi)關(guān) SB20 I2.5 23 待料工位檢測(cè) 接近開(kāi)關(guān) SQ1 I2.6 24 測(cè)長(zhǎng)位檢測(cè) 接近開(kāi)關(guān) SQ2 I2.7 25 空位檢測(cè) 接近開(kāi)關(guān) SQ3 I3.0 26 稱重管檢測(cè) 接近開(kāi)關(guān) SQ4 I3.1 27 打印工位檢測(cè) 接近開(kāi)關(guān) SQ5 I3.2 28 噴碼工位檢測(cè) 接近開(kāi)關(guān) SQ6 I3.3 29 打印頭原點(diǎn) 接近開(kāi)關(guān) SQ7 I3.4 30 步進(jìn)梁原點(diǎn) 接近開(kāi)關(guān) SQ8 I3.5 31 噴碼機(jī)開(kāi)始噴碼 接近開(kāi)關(guān) SQ9 I3.6 32 噴碼機(jī)噴碼結(jié)束

62、 接近開(kāi)關(guān) SQ10 I3.7 33 測(cè)長(zhǎng)對(duì)齊 接近開(kāi)關(guān) SQ11 I4.0 34 打印頭壓下開(kāi)始打印 接近開(kāi)關(guān) SQ12 I4.1 35 打印頭縮緊限位 接近開(kāi)關(guān) LS1 I4.2 36 打印頭開(kāi)放限位 接近開(kāi)關(guān) LS2 I4.3 37 打印頭上升限位 接近開(kāi)關(guān) LS3 I4.4 38 打印頭下降限位 接近開(kāi)關(guān) LS4 I4.5 39 噴碼頭縮緊限位 接近開(kāi)關(guān) LS5 I4.6 40 噴碼頭開(kāi)放限位 接近開(kāi)關(guān) LS6 I4.7 41 噴碼頭上升限位 接近開(kāi)關(guān) LS7 I5.0 42

63、 噴碼頭下降限位 接近開(kāi)關(guān) LS8 I5.1 43 第1對(duì)光電開(kāi)關(guān)接通 光電開(kāi)關(guān) HK0 I6.0 44 第2對(duì)光電開(kāi)關(guān)接通 光電開(kāi)關(guān) HK1 I6.1 45 第3對(duì)光電開(kāi)關(guān)接通 光電開(kāi)關(guān) HK2 I6.2 46 第4對(duì)光電開(kāi)關(guān)接通 光電開(kāi)關(guān) HK3 I6.3 47 第5對(duì)光電開(kāi)關(guān)接通 光電開(kāi)關(guān) HK4 I6.4 48 第6對(duì)光電開(kāi)關(guān)接通 光電開(kāi)關(guān) HK5 I6.5 49 第7對(duì)光電開(kāi)關(guān)接通 光電開(kāi)關(guān) HK6 I6.6 50 第8對(duì)光電開(kāi)關(guān)接通 光電開(kāi)關(guān) HK7 I6.7 51 第9對(duì)光電開(kāi)關(guān)接通 光

64、電開(kāi)關(guān) HK8 I7.0 52 第10對(duì)光電開(kāi)關(guān)接通 光電開(kāi)關(guān) HK9 I7.1 53 第11對(duì)光電開(kāi)關(guān)接通 光電開(kāi)關(guān) HK10 I7.2 54 第12對(duì)光電開(kāi)關(guān)接通 光電開(kāi)關(guān) HK11 I7.3 55 第13對(duì)光電開(kāi)關(guān)接通 光電開(kāi)關(guān) HK12 I7.4 56 第14對(duì)光電開(kāi)關(guān)接通 光電開(kāi)關(guān) HK13 I7.5 57 第15對(duì)光電開(kāi)關(guān)接通 光電開(kāi)關(guān) HK14 I7.6 58 第16對(duì)光電開(kāi)關(guān)接通 光電開(kāi)關(guān) HK15 I7.7 59 第17對(duì)光電開(kāi)關(guān)接通 光電開(kāi)關(guān) HK16 I8.0 60 第

65、18對(duì)光電開(kāi)關(guān)接通 光電開(kāi)關(guān) HK17 I8.1 61 第19對(duì)光電開(kāi)關(guān)接通 光電開(kāi)關(guān) HK18 I8.2 62 第20對(duì)光電開(kāi)關(guān)接通 光電開(kāi)關(guān) HK19 I8.3 63 第21對(duì)光電開(kāi)關(guān)接通 光電開(kāi)關(guān) HK20 I8.4 64 第22對(duì)光電開(kāi)關(guān)接通 光電開(kāi)關(guān) HK21 I8.5 65 第23對(duì)光電開(kāi)關(guān)接通 光電開(kāi)關(guān) HK22 I8.6 66 第24對(duì)光電開(kāi)關(guān)接通 光電開(kāi)關(guān) HK23 I8.7 67 第25對(duì)光電開(kāi)關(guān)接通 光電開(kāi)關(guān) HK24 I9.0 68 第26對(duì)光電開(kāi)關(guān)接通 光電開(kāi)關(guān) HK

66、25 I9.1 69 第27對(duì)光電開(kāi)關(guān)接通 光電開(kāi)關(guān) HK26 I9.2 70 第28對(duì)光電開(kāi)關(guān)接通 光電開(kāi)關(guān) HK27 I9.3 71 第29對(duì)光電開(kāi)關(guān)接通 光電開(kāi)關(guān) HK28 I9.4 72 第30對(duì)光電開(kāi)關(guān)接通 光電開(kāi)關(guān) HK29 I9.5 73 第31對(duì)光電開(kāi)關(guān)接通 光電開(kāi)關(guān) HK30 I9.6 74 第32對(duì)光電開(kāi)關(guān)接通 光電開(kāi)關(guān) HK31 I9.7 75 第33對(duì)光電開(kāi)關(guān)接通 光電開(kāi)關(guān) HK32 I10.0 76 第34對(duì)光電開(kāi)關(guān)接通 光電開(kāi)關(guān) HK33 I10.1 77 第35對(duì)光電開(kāi)關(guān)接通 光電開(kāi)關(guān) HK34 I10.2 78 測(cè)長(zhǎng)電機(jī)故障 開(kāi)關(guān) FR2.1 I10.3 79 步進(jìn)梁電機(jī)故障 開(kāi)關(guān) FR2.2 I10.4 80 輸出輥道電機(jī)故障 開(kāi)關(guān) FR2.2 I10.5 81 測(cè)長(zhǎng)變頻器故障 開(kāi)關(guān) BP1 I10.6 82 步進(jìn)梁變頻器故障 開(kāi)關(guān) BP2 I10.7 83 輥道