彎管機(jī)電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計論文

彎管機(jī)電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計摘要彎管機(jī)是機(jī)械制造行業(yè)中的重型機(jī)械設(shè)備，是衡量一個國家機(jī)械制造水平和能力的標(biāo)志之一。作為彎管機(jī)的關(guān)鍵零部件主分配器，其設(shè)計的合理性及科學(xué)性關(guān)系到彎管機(jī)的整體性能的提到。我國彎管機(jī)機(jī)的設(shè)計制造經(jīng)歷了學(xué)習(xí)、仿制到不斷改進(jìn)的過程。本文介紹了彎管機(jī)的工作原理,分析了其控制系統(tǒng)的硬件組成,對運行結(jié)果作了充分肯定。可編程控制器在惡劣環(huán)境下比繼電器、接觸器安全、可靠、耐用。以彎管機(jī)編程控制器程序控制為例,闡述了液壓、氣動、電氣聯(lián)合作用下系統(tǒng)的可編程控制設(shè)計方法。關(guān)鍵字：彎管機(jī)可編程序控制器控制系統(tǒng)TheDesignoftheExpressureExperimentMachineControlSystem——ControlSystemSectionAbstractTheexperimentmachineisprofessionheavydutymachineryequipmentinthemachinemanufacture,isoneofsymbolsthatweighsacountrymachinemanufacturelevelandability..Thedesignandmanufactureofourcountryforgingpumppresshasexperiencedtheprocesswhichthestudy,imitatesunceasinglyimproving.Thepaperintroducestheprincipleoftheexperimentmachine,analysesthehardwarecomposition,Theoperatingresultsarefullyapproved.Keywords:experimentmachine,programme-logicController,controlsystem目錄中文摘要 IAbstract II1緒論 11.1課題背景 11.2課題研究的意義 11.3國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展方向 11.4本文研究的主要內(nèi)容 11.5論文結(jié)構(gòu) 22彎管機(jī)原理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析 32.1彎管機(jī)的工作原理 32.2中頻加熱彎管機(jī)的機(jī)械裝置 32.3中頻加熱彎管機(jī)的液壓系統(tǒng) 32.4彎管機(jī)中頻加熱系統(tǒng) 42.5PLC控制系統(tǒng) 52.5.1PLC控制原理 52.6 彎管機(jī)的冷卻系統(tǒng) 82.7彎管機(jī)的工藝流程 83彎管機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計 93.1設(shè)計方案 93.2硬件電路設(shè)計的整體思想 103.2.1上位機(jī) 103.2.2下位機(jī) 103.2.3人機(jī)接口 113.3 PLC的選擇 11PLC的硬件結(jié)構(gòu) 113.3.2PLC的選擇依據(jù) 123.4可編程控制器S7-200介紹 143.4.1S7-200系統(tǒng)基本組成 143.4.2主機(jī)單元CPU的選擇 143.4.3數(shù)字量模塊的選擇 153.4.4模擬量模塊的選擇 173.5編碼器 183.6激光傳感器 194彎管機(jī)電氣控制系統(tǒng)總體設(shè)計 204.1彎管機(jī)控制系統(tǒng)組成及功能 204.2控制系統(tǒng)設(shè)計 214.2.1溫度測量 214.2.2速度測量 21被調(diào)量的選擇 22中頻彎管推彎工藝 22上位機(jī)人機(jī)交互界面的實現(xiàn) 234.3 彎管機(jī)硬件設(shè)計 23上位機(jī)和下位機(jī)的通訊 24電機(jī)的起?？刂凭€路 25CPU輸入輸出電氣控制 25EM223輸入輸出控制線路 27EM231的電氣控制 285結(jié)論 30參考文獻(xiàn) 31致謝 32畢業(yè)設(shè)計（論文）知識產(chǎn)權(quán)聲明33畢業(yè)設(shè)計（論文）獨創(chuàng)性聲明34附錄351緒論1.1課題背景1.2課題研究的意義1.3國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展方向1.4本文研究的主要內(nèi)容1.5論文結(jié)構(gòu)本文通過五部分對中頻加熱彎管機(jī)電氣控制系統(tǒng)設(shè)計進(jìn)行了敘述：1緒論，介紹了課題背景、研究意義、國內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀和研究內(nèi)容；2、通過對其原理系統(tǒng)進(jìn)行分析，選擇合適的方案；3、系統(tǒng)方案的確定，對CPU的選擇及其他器件的選擇做一個簡紹；4、系統(tǒng)硬件設(shè)計，說明了系統(tǒng)硬件電路的具體設(shè)計方法；5、總結(jié)本課題。2彎管機(jī)原理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析2.1彎管機(jī)的工作原理1、管坯2、導(dǎo)向輪3、中頻加熱4、夾頭5、搖臂6、進(jìn)給小車圖2.1中頻加熱液壓彎管機(jī)工作原理示意圖2.2中頻加熱彎管機(jī)的機(jī)械裝置2.3中頻加熱彎管機(jī)的液壓系統(tǒng)圖2.2液壓系統(tǒng)原理圖2.4彎管機(jī)中頻加熱系統(tǒng)感應(yīng)加熱位置的控制：2.5PLC控制系統(tǒng)2.5.1PLC控制原理20世紀(jì)中葉,由于市場的需要,工業(yè)生產(chǎn)開始從大批量、少品種的方式轉(zhuǎn)變?yōu)樾∨?、多品種的生產(chǎn)方式。這種方式在汽車生產(chǎn)中得到充分的體現(xiàn),當(dāng)時汽車組裝生產(chǎn)線的控制采用繼電器控制系統(tǒng)。這種控制系統(tǒng)體積大,耗電多,特別是改變生產(chǎn)程序很困難。因此,一種新型的控制設(shè)備呼之欲出。為了改變這種狀況,1968年美國通用汽車公司提出了十項招標(biāo)指標(biāo)公開對外招標(biāo),要求用新的電氣控制裝置取代繼電器控制系統(tǒng),以適應(yīng)迅速改變生產(chǎn)程序的需要。1969年,美國DEC公司研制出第一臺可編程控制器PDP214,用在GM公司生產(chǎn)線上,大獲成功。PLC的控制特點可以簡單概括為:用軟件代替硬件,PLC內(nèi)部的軟接點代替了繼電器的硬接點。它具有編程方便、穩(wěn)定可靠、控制功能強(qiáng)、使用和維護(hù)方便、環(huán)境要求低以及性能價格比好等特點。因此,改變生產(chǎn)控制要求時,只要對控制系統(tǒng)的軟件進(jìn)行修改即可,大大縮短了生產(chǎn)周期,提高生產(chǎn)效率。而PLC的MTBF(平均無故障工作時間)更是高達(dá)(4～6)×105h[2]。PLC的出現(xiàn)被譽為20世紀(jì)70年代的一場工業(yè)革命[3],自1969年問世以來,發(fā)展迅猛?，F(xiàn)在,與機(jī)器人、CAD/CAM并稱為自動化三大技術(shù)支柱之一的PLC,在工業(yè)控制各個領(lǐng)域獲得了越來越廣泛的應(yīng)用。PLC控制系統(tǒng)的動作說明表2.1彎管機(jī)信息點數(shù)統(tǒng)計序號功能描述輸入/輸出地址分配備注1旋轉(zhuǎn)編碼器A相輸入I0.02旋轉(zhuǎn)編碼器B相輸出I0.137.5KW電機(jī)開輸入/輸出I0.2Q0.047.5KW電機(jī)關(guān)輸入I0.3518.5KW電機(jī)1開輸入/輸出I0.4Q0.1618.5KW電機(jī)1關(guān)輸入I0.5718.5KW電機(jī)2開輸入/輸出I0.6Q0.2818.5KW電機(jī)2關(guān)輸入I0.7918.5KW電機(jī)3開輸入/輸出I1.0Q0.31018.5KW電機(jī)3關(guān)輸入I1.111快進(jìn)輸入/輸出I1.2Q0.412快退輸入/輸出I1.3Q0.513工進(jìn)1輸入/輸出I1.4Q0.614工進(jìn)2輸入/輸出I1.5Q0.715慢退1輸入/輸出I1.6Q1.016慢退2輸入/輸出I1.7Q1.117氣泵開輸入/輸出I2.0Q1.218氣泵停輸入I2.119風(fēng)扇開輸入/輸出I2.2Q1.320風(fēng)扇停輸入I2.321中頻電源水泵開輸入/輸出I2.4Q1.422中頻電源水泵關(guān)輸入I2.523感應(yīng)線圈水泵開輸入/輸出I2.6Q1.524感應(yīng)線圈水泵關(guān)輸入I2.725旋臂夾頭松輸入/輸出I3.0Q1.626旋臂夾頭緊輸入/輸出I3.1Q1.727旋臂夾頭銷子松輸入/輸出I3.2Q2.028旋臂夾頭銷子緊輸入/輸出I3.3Q2.129旋臂半徑調(diào)節(jié)進(jìn)輸入/輸出I3.4Q2.230旋臂半徑調(diào)節(jié)退輸入/輸出I3.5Q2.331旋臂移動進(jìn)輸入/輸出I3.6Q2.432旋臂移動退輸入/輸出I3.7Q2.533管道抱管輪進(jìn)輸入/輸出I4.0Q2.634管道抱管輪退輸入/輸出I4.1Q2.735感應(yīng)線圈進(jìn)輸入/輸出I4.2Q3.036感應(yīng)線圈退輸入/輸出I4.3Q3.137中頻功率手動輸入I4.438中頻功率自動輸入I4.539中頻功率調(diào)節(jié)AQW040感應(yīng)線圈移動速度(顯示)AIW041推管速度調(diào)節(jié)AQW242感應(yīng)線圈溫度AIW243中頻直流電壓AIW444中頻直流電流AIW6彎管機(jī)的冷卻系統(tǒng)。2.7彎管機(jī)的工藝流程圖2.3中頻加熱感應(yīng)彎管機(jī)的工藝流程彎管機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計3.1設(shè)計方案彎管彎管機(jī)推進(jìn)速度測量加熱溫度測量中頻功率測量中頻功率和速度調(diào)節(jié)控制器采集數(shù)據(jù)記錄上位機(jī)工藝參數(shù)設(shè)定圖3.1控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖3.2硬件電路設(shè)計的整體思想3.2.1上位機(jī)3.2.2下位機(jī)3.2.3人機(jī)接口PLC的選擇PLC的硬件結(jié)構(gòu)電源電源中央處理器存儲器外部設(shè)備接口編程器其他輸入接口輸出接口圖3.2PLC的基本結(jié)構(gòu)3.3.2PLC的選擇依據(jù)3.4可編程控制器S7-200介紹3.4.1S7-200系統(tǒng)基本組成計算機(jī)計算機(jī)PLC主機(jī)數(shù)字輸入模塊TP系列觸摸屏通訊口及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備其他設(shè)備模擬輸出模塊工業(yè)軟件工業(yè)軟件數(shù)字輸出模塊數(shù)字輸出模塊模擬輸入模塊模塊n模擬輸入模塊模塊n圖3圖3.3s7-200系統(tǒng)的基本組成3.4.2主機(jī)單元CPU的選擇表為S7-200的技術(shù)指標(biāo)：表3.1S7-200的技術(shù)指標(biāo)特性CPU221Cpu222Cpu224Cpu226Cpu226×M外形尺寸90*80*6290*80*62120.5*80*62190*80*62190*80*62程序存儲區(qū)2048字2048字4096字4096字8192字?jǐn)?shù)據(jù)存儲區(qū)1024字1024字2560字2560字5120字掉電保持時間50小時50小時190小時190小時190小時本機(jī)I/O6入/4出8入/6出14入/10出24入/14出24入/16出擴(kuò)展模塊數(shù)量02777高速計數(shù)器單相雙相4路30KHZ2路20KHZ4路30KHZ2路20KHZ6路30KHZ4路20KHZ6路30KHZ4路20KHZ6路30KHZ4路20KHZ脈沖輸出（ＤＣ）2路20KHZ2路20KHZ2路20KHZ2路20KHZ2路20KHZ模擬電位器11222實時時鐘配時鐘卡配時鐘卡內(nèi)置內(nèi)置內(nèi)置通訊口1RS-4851RS-4851RS-4852RS-4852RS-485浮點數(shù)運算有有有有有Ｉ／Ｏ映像區(qū)256(128入/128出)256(128入/128出)256(128入/128出)256(128入/128出)256(128入/128出)布爾指令執(zhí)行速度0.37us指令0.37us指令0.37us指令0.37us指令0.37us指令本控制系統(tǒng)要求的CPU為24輸入/16輸出共42個數(shù)字量I/O點?？蛇B接7個擴(kuò)展模塊，最大擴(kuò)展至248路數(shù)字量I/O點或35路模擬量I/O點。26K字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲空間。6個獨立的30kHz高速計數(shù)器，2路獨立的20kHz高速脈沖輸出，具有PID控制器。2個RS485通訊/編程口，具有PPI通訊協(xié)議、MPI通訊協(xié)議和自由方式通訊能力。I/O端子排可很容易地整體拆卸。用于較高要求的控制系統(tǒng)，具有更多的輸入/輸出點，更強(qiáng)的模塊擴(kuò)展能力，更快的運行速度和功能更強(qiáng)的內(nèi)部集成特殊功能。功能最強(qiáng)的單元，可完全適應(yīng)于一些復(fù)雜的中小型控制系統(tǒng)。通過PLC選擇要求以及控制系統(tǒng)的需要，可知此控制系統(tǒng)應(yīng)選擇CPU226型。根據(jù)其還可以確定PLC的技術(shù)性能，并且確定PLC的輸出為繼電器輸出.3.4.3數(shù)字量模塊的選擇擴(kuò)展模塊型號數(shù)字量模塊輸入輸出混合8*DC輸入8*AC輸入8*DC輸出8*AC輸出8*繼電器輸出4*DC輸入/4*DC輸出8*DC輸入/8*DC輸出16*DC輸入/16*繼電器輸出模擬量模塊輸入輸出混合4輸入4熱電偶輸入2熱電阻輸入2輸出4輸入/1輸出智能模塊定位模塊Modem模塊PROFIBUS_DP模塊其他模塊ASI圖3.4EM223CN4×24VDC輸入/4×24VDC、繼電器輸出端子連接圖3.4.4模擬量模塊的選擇3.5編碼器3.6激光傳感器彎管機(jī)電氣控制系統(tǒng)總體設(shè)計4.1彎管機(jī)控制系統(tǒng)組成及功能圖4.1中頻彎管機(jī)組控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)4.2控制系統(tǒng)設(shè)計4.2.1溫度測量4.2.2速度測量圖4.2溫度速度調(diào)節(jié)閉環(huán)控制原理圖彎管機(jī)硬件設(shè)計圖4.3彎管機(jī)硬件結(jié)構(gòu)圖圖4.4上位機(jī)和下位機(jī)的通訊圖電機(jī)的起?？刂凭€路圖4.5電機(jī)的啟停控制線路圖CPU輸入輸出電氣控制當(dāng)旋轉(zhuǎn)搖臂達(dá)到設(shè)定彎曲角度時,控制系統(tǒng)自動停止彎管作業(yè)。如圖4.9所示：5結(jié)論參考文獻(xiàn)[1]呂景泉.可編程控制器技術(shù)教程[M].北京:高等教育出版社,20011[2]蔣少茵.PLC控制的機(jī)械手[J].微計算機(jī)信息,2002,18(2):202221[3]王剛.PLC在印刷機(jī)上的應(yīng)用[J].孝感學(xué)院學(xué)報,2001,21(3):372391[4]肖衛(wèi)兵,吳宜珍.織機(jī)電子送經(jīng)與電子卷取運動的同步控制[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