钢管称重、测长设备控制系统设计_测长部分_毕业设计(编辑修改稿)

钢管称重、测长设备控制系统设计_测长部分_毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

设计。 对测长系统的控制系统进行了详细设计，主要包括系统 电气组成、 PLC 硬件设计等 3. PLC 程序的设计及调试。 根据测长系统的功能要求，针对 PLC 系统的硬件特点，对 PLC 程序进行了模块化设计。 根据各个工位功能的不同和所需的交流信号，对各个工位 PLC 程序的流程、控制信号和数据信号、以及 PLC 与上位机通讯时序进行了详细设计。 完成现场调试、解决了现场中出现的问题。 本课题的研究方法及手段 本课题的研究方法 1. 到工厂实地参观控制系统，了解工作原理 2. 到图书馆查阅资料和有关文献 3. 复习相关的理论知识 4. 理论结合实验进行课题研究 天津理工大学 2020届本科毕业设计说明书 2 本课题的研究手段 利用 s7300 软件进行程序的设计和硬件的配置及通讯，在实验室进行硬件的连线和仿真，实现工业 PLC 自动化控制。 天津理工大学 2020届本科毕业设计说明书 3 第二章 系统的分析与控制任务 设备的主要技术参数及要求 1. 甲方参数及工厂情况 年平均气温 ℃ 夏季最高平均气温 ℃ 冬季最低平均气温 ℃ 极端最高气温 ℃ 极端最低气温 ℃ 最热（ 7月）最高平均气温 ℃ 最冷（ 1月）最低平均气温 ℃ 年平均降雨量 年最大降雨量 年最小降雨量 一天内最大降雨量 一小时内最大降雨量 年平均风速 夏季 /冬季平均风速 年主导风向 北、北西、南西 夏季 /冬季主导风向 南、东北、北西 夏季 /冬季大气压 地震强烈 7 度 供电 1 AC 10KV177。 10% 频率 2 AC 380V177。 10% 频率 3 AC 480V177。 10% 频率 水质 悬浮物 ≤ 5mg/L 总硬度 ≤ 10176。 压力 压缩空气 压力 含油量 ≤ 1mg/m^3 固体微粒半径 ≤ 1um 2. 设备参数 钢管参数： 钢管直径： 钢管壁厚： 钢管单根最重： 2020kg 钢管长度范围 ： 总体设备参数： 电气容量 90KW 设 备本体尺寸 19m179。 压缩空气 压力： 用量： 1m^3/min 接口管径： 1 移钢机参数： 移钢机电机功： 37kw 减速机传动比 63 移钢机制动形式 电液式 测 长参数： 测 长 道电机功率： KW 编码器参数： 1200P 侧长范围： 侧长精度： 177。 2mm 称重参数：符合中国国家商业三级秤标准 200KG700KG≤177。 分度值 700KG4000KG≤177。 3KG 分度值 1kg 称重传感器： METTLER TOLEDO CW3 显示仪表： 8142p 天津理工大学 2020届本科 毕业设计说明书 4 系统电气控制要求 电气控制在硬件上由电气柜、各种元器件和控制核心 PLC 组成。 配电柜、主控柜、喷标挂箱是各种元器件的载体。 配电柜给系统各个部分供电，显示各种电源参数，操作台和喷标挂箱通过面板上的按钮对所涉及区域进行控制，并通过面板上的指示灯反应系统状态。 系统的协调工作是由 PLC 通过装载其中的程序来实现的，系统包括设备总体控制和测长、称重、色环、打标、喷标、步进等各个局部控制。 PLC 通过各个按钮和合理布置的传感器采集信号，判断系统所处状态 , 作出正确反应，使所有动作有条不紊的进行。 各个工位都是一个局部小系统， PLC 可以很好的实现这些工位的配合工作与集成。 同时 PLC 通过功能模块实现高速计数和位置控制功能。 此外， PLC 还留有 PROFIBUS 接口，以备生产车间的联网与功能扩展，留有二级网络接口，且接口软件开放。 系统里有多个控制器，如喷标控制器和称重仪表，这些控制器和仪表都有外部接口可以通过 PLC对其进行控制，也可用 RS232 或 RS485 实现控制器与 PC 之间的通讯，实现整个系统的自动化 控制。 系统组成及主要部分的工作原理 主要包括： 步进装置、 测长装置、 称重装置 1. 移钢机 ：采用曲柄连杆机构，步进装置带动托料机构，完成钢管的横向移位， 每转一周完成钢管的一次移位， 周而复始实现钢管从上料工位依次经过测长、称重、喷标、保护漆，最后到出料工位。 移钢机的作用是把钢管从一个工位搬到下一个工位，周而复始。 现在常用移钢机根据传动方式有多种方式，常用的有链式传动、齿轮传动、曲轴连杆传动和液压传动。 从多方面比较 ， 本套选择使用曲轴连杆传动形式，其传动结构较简单、动力性能优良、现场 施工维护方便。 移钢机由交流异步电动机驱动，实现钢管的上料、移位和出料。 电动机是由变频器进行控制的 ， 可以根据现场条件和生产节奏的要求， 控制步进机构的加减速曲线和速度的调节。 2. 测长 ：测长装置由测长油缸、测长辊道、光电传感器组、测长轮、测长编码器、 测长挡板装置等部分组成。 在测长时，测长油缸推动钢管轴向运动，编码器开始计数。 结合测长光电传感器计算钢管长度，从而对钢管长度进行测量。 测长装置主要由测长油缸、测长辊道、测长光电管组成。 测长工作过程为：钢管到达测长工位后，测长油缸推动钢管沿轴向运动，钢管每经 过一对光电管 ， 便清除编码器的当前计数值，当测长油缸到达前位时，系统记录下光电传感器的状态及编码器的计算值，从而计算出钢管的长度。 测长工位要求上料必须满足进料金属线 177。 100mm 的要求。 3. 称重 ：称重装置由支撑架、箱型梁、称重传感器及显示仪表等组成。 称重信号可以经过采集、 转换、 放大传递至计算机进行存储显示。 称重装置由称重传感器、二次仪表、信号采集卡等组成。 称重系统由称重箱型梁、称重模块及上支板构成。 称重梁下设置 4 个称重模块，组成支点，其中 1 块为固定式， 1 块半浮动式，另外 2 块为浮动式。 称 重模块型号为 CW3T。 称天津理工大学 2020届本科 毕业设计说明书 5 重模块下部与基础框架板连接，上部与称重梁连接。 称重梁上部有 6 个 V 型支架， V 型面上固定有尼龙板，减少冲击，也可防止划伤钢管外壁。 称重模块选择梅特勒 托利多公司的 CW 动载称重模块 ， 该类型模块采用自稳定承压头设计，并且配备了可调式水平限位螺栓，可以始终保持正确的加载位置，称量重复性能好，适用于过程称重控制。 称重工作过程：钢管到达称重工位后，称重传感器将电信号传送到二次仪表，进行信号放大和信号处理，然后再传到计算机 232 口，由计算机记录钢管重量数据。 4. 工作原理简 介： 光电传感器结合旋转编码器的形式，在对齐辊道上实现在钢管运动中对其长度的测量。 当向右移动的钢管头部遮断 处的光电传感器时， PLC 机开始对旋转编码器计数；与此同时，其它 33 对光电传感器进入中断程序，当向右 (东侧 )移动的钢管尾部脱开任一个光电传感器，都产生一个中断信号，则 PLC 机停止对旋转编码器计数； PLC 机将中断点光电传感器的位置信号和 PLC 计数信息送给工控机，工控机计算出钢管的长度。 计算公式： L（钢管长度） = L2（产生 最后一个 中断信号光电传感器至第一对光电传感器的距离） L1（旋转编码器的计数 长度） 2． 4 设备工艺流程图 天津理工大学 2020届本科 毕业设计说明书 6 图 钢管称重测长流程图 Pipe weighting and measuring sequence diagram 天津理工大学 2020届本科 毕业设计说明书 7 第三章 测长 系统控制元件选择 钢管测长控制系统方案 系统以 Siemens PLC 为控制核心 , 将测长、拨料、自动锯、锯头设备、传感器、控制器、驱动器、管理系统等控制功能全部集成在 计算机上 , 实现了管理、驱动、信号采集、即时监控、故障诊断等多种功能的综合自动化。 控制元器件和执行器件均采用了国际知名企业的产品 , 为系统的稳定性和可靠性提供了保证。 系统对辊道电机采用变频控制 , 将测长、定位的准确性和生产效率很好的结合起来。 上位机通过 MPI 总线与 PLC 通信 , 对系统的状态进行实时监控。 上位机监控软件稳定可靠 , 界面友好 , 操作简单 主控制装置的选择 PLC 的选择 可编程序控制器（ Programmable Logic Controller），简称 PLC，是在继 电顺序控制基础上发展起来的以微处理器为核心的通用的工业自动化控制装置。 1. PLC 与微机的区别 （ 1） 应用范围 微机除了用在控制领域外，还大量用于科学计算、数据处理、计算机通信等方便。 而 PLC主要用于工业控制。 （ 2） 使用环境 微机对环境要求较高，一般要在干扰小，具有一定的温度和湿度要求的机房内使用。 PLC则适用于工业现场环境。 （ 3） 输入 /输出 微机系统的 I/O 设备与主机之间采用微电联系，一般不需要电气隔离。 而PLC 一般控制强电设备，需要电气隔离，输入输出均采用光电耦合，输出还采用继电器、可控 硅或大功率晶体管进行功率放大。 （ 4） 程序设计 微机具有丰富的程序设计语言，如汇编语言、 FORTRAN 语言、 COBOL 语言、PADCAL 语言、 C 语言等，其语句多，语法关系复杂，要求使用者必须具有一定水平的计算机硬件和软件知识。 而 PLC提供给用户的编程语句数量少，逻辑简单，易于学习和掌握。 （ 5） 系统功能 微机系统一般配有较强的系统软件，例如操作系统，能进行设备管理、文件管理、存储器管理等。 它还配有许多应用软件，以方便用户。 而 PLC 一般只有简单的监控程序，能完成故障检查、用户程序的输入和修改、用户程 序的执行与监视等。 （ 6） 运算速度和存储容量 微机运行速度快，一般为微妙级，因有大量的系统软件和应用软件，故存储容量大。 而 PLC 因接口的响应速度慢而影响数据处理速度。 一般 PLC 借口响应速度为 2ms，巡回检测速度为 8ms/K 字。 PLC的软件少，所编程序也简短，故内存容量小。 （ 7） 价格 微机是通用机，功能完善，故价格较高。 而 PLC 是专用机，功能较少，其价格是微机的十分之一左右。 从以上几个方面的比较可知， PLC 是一种用于自动化控制的专用微机控制系统，结构简单，抗干扰能力强，价格也比一般的微机系统低。 2. PLC 与单片机的区别 天津理工大学 2020届本科 毕业设计说明书 8 （ 1） 单片机不如 PLC 容易掌握 单片机一般要用机器指令或其助记符编程，这就要求设计人员具有一定的计算机硬件和软件知识，对于只熟悉机电控制的技术人员来说，需要一段时间的学习才能掌握。 PLC 本身是微机系统，提供给用户使用的是电控人员熟悉的梯形图语言，使用的术语依然是“继电器”一类的术语，大部分指令与继电器触电的串联、并联、串并联、并串联等相应对应，这就使熟悉机电控制的工程人员一目了然。 对于使用者来说，不必去关心微机的一些技术问题，而只要用较短的时间去熟悉 PLC的指令系统及操作方法， 就能应用到工业现场。 （ 2） 单片机不如 PLC 使用简单 用单片机实现自动控制，一般要在输入 /输出接口上做大量的工作。 例如要考虑现场与单片机的连接、接口的扩展、输入 /输出信号的处理、接口工作方式等问题，除了要设计控制程序，还要在但片机的外围做很多软件和硬件方面的工作，调试起来也比较麻烦。 而 PLC 的 I/O口已经做好，输入接口可以与输入信号直接连线，非常方便。 输出接口具有一定的驱动能力，例如继电器输出，其输出触电容量可答 220V、 2A。 且 I/O 口均有光电耦合环节，抗干扰能力强。 （ 3） 单片机不如 PLC 可靠 用单板机做工业控制，突出问题就是抗干扰能力差。 而 PLC 是专门应用于工业场合的自动控制装置，在系统硬件和软件上都采取了抗干扰措施。 例如，光电耦合、自诊断、多个 CPU并行运行操作、冗余控制技术等。 当今 PLC 在数据采集、数据处理等方面不如单板机。 总之， PLC 用于工业控制，稳定可靠，抗干扰能力强，使用方便，但单板机的通用性和适应性较强。 PLC 机型、容量及其模块的选择 根据工作原理及与其他控制设备进行比较后，选择用西门子 PLC S7— 300进行控制。 表 PLC及其模块的选择 Table PLC and module choice 名称 订货号 参数 电源 6ES7 3071KA000AA0 负 载 电 源 120 / 230 VAC:24 VDC / 10 A CP。