畢業(yè)設計（論文）MC275PV金屬圓鋸機PLC控制系統(tǒng)設計

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1、 專科畢業(yè)設計（論文） 設計題目： MC275PV金屬圓鋸機PLC控制系統(tǒng)設計 系 部： 電氣工程系 專 業(yè)： 工業(yè)企業(yè)電氣自動化 班 級： 工企091301 姓 名： 學 號： 09390513010

2、4 指導教師： 職 稱： 副教授 2012年6月 南京 摘 要 金屬圓鋸機(以下簡稱為切管機)是管材加工及汽車管道行業(yè)中專用加工設備。適用于各類管材的切斷及倒角的加工。由于需要提高工作效率，該設備除了送料為了調(diào)整方便采用手動外，我們設計其余工序采用可編程序控制器(PLC)作為核心控制組件的控制系統(tǒng)全部自動完成。PLC的應用可使系統(tǒng)的控制和調(diào)整簡單，運行可靠，這不僅避免了傳統(tǒng)繼電器邏輯控制線路體積龐大、故障率高、維護困難的缺點，又克服了單片機控制系統(tǒng)開發(fā)成本高，接口處理

3、及編程相對復雜等缺點。本文從自動控制元件的選型、硬件設計、參數(shù)設定、軟件設計等幾個方面介紹了切管機中PLC控制系統(tǒng)的設計，闡述了該技術(shù)的應用使設備運行更加平穩(wěn)、可靠，系統(tǒng)的維護成本大大降低，實現(xiàn)了大批量的專業(yè)化生產(chǎn)。 關(guān)鍵詞 PLC 控制系統(tǒng) 切管機 Abstract Metal sawing machine (The following call cut pipe bender for short)is steel tubes processing and cars in the s

4、pecial-purpose industry special processing equipment .Apply to all kinds of pipes cut and chamfering processing. In order to improve work efficiency, this equipment in addition to easy to adjust the feeding manual outside, we design the rest of the process the programmable logic controller (PLC) as

5、the key control components for the control system all done automatically. The application of PLC can make system control and adjust the simple, reliable operation, this not only avoid the traditional relay logic control line huge volume ,high failure, maintenance difficulties shortcomings, and overc

6、ome the single-chip microcomputer control system, high cost and interface treatment and programming relatively complicated shortcomings. This paper, from the automatic control of components of the selection, circuit design, parameter setting several introduced the cut in the pipe of PLC control syst

7、em design, this paper expounds the application of the technology that equipment working more smoothly, reliable, and system maintenance cost reduced greatly, realize the large quantities of professional production. Keywords PLC the control system cut pipe bender

8、 目 錄 1 緒論 1 2 MC275PV切管機PLC控制方案的選擇 2 2.1 控制方式的比較 2 2.1.1 機械控制 2 2.1.2 PLC控制 2 2.2 PLC的基本結(jié)構(gòu) 3 2.2.1 I/O電路 3 2.3 PLC容量的估算 5 2.4 I/O模塊的選擇 6 2.5 PLC機型的選擇 7 2.6 觸摸屏 8 3 基于PLC的MC275PV切管機控制系統(tǒng)的硬件設計 9 3.1 系統(tǒng)控制原理 9 3.2 切管機機械裝置 9 3.2.1 主軸傳動系統(tǒng)裝置 9 3.2.2 進刀傳動裝置 10 3.2.3

9、 夾鉗裝置 11 3.2.4 液壓裝置 11 3.2.5 潤滑裝置 12 3.3 電氣控制系統(tǒng) 12 3.3.1 主要技術(shù)參數(shù) 13 3.3.2 I/O分配表設計 13 4 基于PLC的MC275PV切管機控制系統(tǒng)的軟件設計 14 4.1 PLC內(nèi)部工作過程 14 4.2 MC275PV控制系統(tǒng)的流程結(jié)構(gòu)設計 15 4.3 液壓裝置子程序流程設計 16 4.4 切管機自動循環(huán)切管流程設計 17 結(jié) 論 19 致 謝 20 參 考 文 獻 21 17 1 緒論 在20世紀40年代前后，大多數(shù)工業(yè)生產(chǎn)過程均處于手工操作狀態(tài)，當

10、時人們主要憑經(jīng)驗由工人控制生產(chǎn)，生產(chǎn)過程中的關(guān)鍵參數(shù)靠人工觀察，生產(chǎn)過程靠人工去執(zhí)行，生產(chǎn)效率很低，隨著技術(shù)的發(fā)展，我國許多企業(yè)存在著嚴重的設備老化問題，有極多設備面臨著淘汰的局面。而同時，在國內(nèi)企業(yè)中又普遍存在著資金不足，很難進行大規(guī)模的設備更新?lián)Q代，因此，如何利用現(xiàn)有設備，并對其進行合理的改造，使其發(fā)揮最大作用，產(chǎn)生最大效益，是我們面臨的一個急待解決的問題。 20世紀末期，可編程序控制器的發(fā)展特點是更加適應于現(xiàn)代工業(yè)的需要。從控制規(guī)模上來說，這個時期發(fā)展了大型機和超小型機：從控制能力上來說，誕生了各種各樣的特殊功能單元，用于壓力、轉(zhuǎn)速、溫度、位移等各種各樣的控制場合；從產(chǎn)品的配套能力上說

11、，產(chǎn)生了各種通信單元、人機界面單元，是應用可編程序控制器的工業(yè)控制設備的配套更加容易。目前，可編程序控制器在石油化工、冶金鋼鐵、機械制造、輕工業(yè)，汽車等領(lǐng)域的應用都得到了長足的發(fā)展。 PLC是專為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計的工業(yè)計算機。國際電工委員會對可編程序控制器的定義：可編程序控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計。它采用了可編程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲和執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運算操作指令，并通過數(shù)字式和模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P(guān)設備，都應按易于使工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴充其功能的原則設計。從

12、上述定義可以看出，可編程序控制器是一種用程序來改變控制功能的工業(yè)控制計算機，除了能完成各種各樣的控制功能外，還能實現(xiàn)與其他計算機通信聯(lián)網(wǎng)的功能。 從柔韌制造系統(tǒng)、工業(yè)機器到大型分散控制系統(tǒng)，PLC都承擔著很重要的角色。目前在許多先進工業(yè)國家PLC已成為工業(yè)控制的標準設備，它的應用幾乎覆蓋了世界上所有的工業(yè)企業(yè)，當前國外PLC發(fā)展的明顯特征是產(chǎn)品的集成度越來越高，工作速度越來越快，功能越來越強大，使用起來也越來越方便，工作也越來越可靠。PLC可進行位置控制、模擬量控制、并可采用多種功能的變成語言和先進指令系統(tǒng)，如BASIC等高級語言，能實現(xiàn)PLC之間和PLC與管理計算機之間的通信網(wǎng)絡，形成多層

13、分布控制系統(tǒng)，或整個工廠的自動化網(wǎng)絡。 我國可編程序控制器的引進、研制、應用、生產(chǎn)時伴隨著改革開放開始的。最初是在引進設備中大量引用了可編程序控制器。接下來在各種企業(yè)的生產(chǎn)設備及產(chǎn)品中不斷擴大了PLC的應用。目前，我國本身已經(jīng)可以中小型可編程序控制器?？梢灶A期，隨著我國現(xiàn)代化進程的不斷深入，PLC在我國將有更加廣闊的發(fā)展與應用天地。 因此，將PLC與切管機的有機結(jié)合，便有利的提高了工作效率。影響切管機工作效率的因素很多，其中控制系統(tǒng)的性能是一個很重要的因素，而目前PLC 控制切管機系統(tǒng)可實現(xiàn)接線方便、安全穩(wěn)定、維護簡單、低損耗等優(yōu)勢，使得控制越來越智能化。 2 MC275PV切管機PL

14、C控制方案的選擇 PLC控制系統(tǒng)與傳統(tǒng)的繼電器-接觸器控制系統(tǒng)相比，系統(tǒng)的連線少，體積小，功耗小，系統(tǒng)的靈活性和可擴展性也比較好。PLC系統(tǒng)是通過半導體電路實現(xiàn)控制的，解決了繼電控制系統(tǒng)大量機械觸點，機械磨損、電弧燒傷等問題，所以其可靠性高，維護工作量小，壽命長。PLC采用軟件編程代替繼電控制系統(tǒng)的硬件接線，使得接線的工作量大為減少，縮短了工期，而且可根據(jù)系統(tǒng)的要求隨時更改程序，適應性能好。下面以MC275切管機PLC控制系統(tǒng)為例，來介紹用PLC控制系統(tǒng)的優(yōu)越性。 2.1 控制方式的比較 2.1.1 機械控制 機械控制方案用來實現(xiàn)單一功能的循環(huán)，功能較弱。對工作環(huán)境的選擇無特殊要求

15、，但是保證其長期運行的難度大，并且損耗大，雖然其價格便宜，但是長期運行又會使虧損價格很高。需較多的硬件部分，這將會增大控制系統(tǒng)的安裝接線工作量，且會增加控制系統(tǒng)的故障率。 2.1.2 PLC控制 可編程序控制器是以為處理器為基礎的新型工業(yè)控制裝置，已經(jīng)成為當代工業(yè)自動化的主要支柱之一。近年其推廣應用在我國得到了迅猛發(fā)展，其應用領(lǐng)域包括：開關(guān)量邏輯控制，運動控制，閉環(huán)過程控制，數(shù)據(jù)處理，通信聯(lián)網(wǎng)。 而且PLC具有如下幾個優(yōu)點： (1) 實現(xiàn)成本低 由于可以直接利用已有的配電網(wǎng)絡作為傳輸線路，所以不用進行額外布線，從而大大減少了網(wǎng)絡的投資，降低了成本。 (2) 范圍廣 電力線是覆蓋范

16、圍最廣的網(wǎng)絡，它的規(guī)模是其他任何網(wǎng)絡無法比擬的。PLC可以輕松地滲透到每個家庭，為互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展創(chuàng)造極大的空間。 (3) 高速率 PLC能夠提供高速的傳輸。目前，其傳輸速率依設備廠家的不同而4.5M～45Mbps之間。遠遠高于撥號上網(wǎng)和ISDN，比ADSL更快，足以支持現(xiàn)有網(wǎng)絡上的各種應用 　　(4) 永遠在線 PLC屬于“即插即用”，不用煩瑣的撥號過程，接入電源就等于接入網(wǎng)絡。 (5) 系統(tǒng)構(gòu)成靈活，擴展容易，以開關(guān)量控制為其特長；也能進行連續(xù)過程的PID回 路控制；并能與上位機構(gòu)成復雜的控制系統(tǒng)，如 DDC 和 DCS 等，實現(xiàn)生產(chǎn)過程的綜合自動化。 (6) 使用方便，編程簡單

17、，采用簡明的梯形圖、邏輯圖或語句表等編程語言，而無需計算機知識，因此系統(tǒng)開發(fā)周期短，現(xiàn)場調(diào)試容易。另外，可在線修改程序，改變控制方 案而不拆動硬件。 (7) 能適應各種惡劣的運行環(huán)境，抗干擾能力強，可靠性強，遠高于其他各種機型。 因切管機控制系統(tǒng)的操作程序步驟多，若采用機械控制這一方案，需要較多的硬件部分，從而直接增加控制系統(tǒng)的安裝接線的工作量，同時增大控制系統(tǒng)的故障率，并且修改也不方便：如若采用單片機控制方案，則需要控制系統(tǒng)印制電路板和許多輸入/輸出接口電路、延長設計制作周期。更重要的是，采用單片機控制系統(tǒng)時，其對環(huán)境要求高，不太適合在工作環(huán)境相對較差的工業(yè)企業(yè)中使用。鑒于切管機對控

18、制系統(tǒng)的各項要求，包括控制系統(tǒng)的特性和優(yōu)缺點、使用環(huán)境等等，對三種控制方案綜合考慮和比較，確定切管機的控制方案應排除采用機械控制和單片機控制此兩種方案，采用PLC控制方案。 2.2 PLC的基本結(jié)構(gòu) PLC主要由CPU模塊、輸入模塊、輸出模塊和編程器組成，如圖1所示。 圖1 PLC控制系統(tǒng)示意圖 2.2.1 I/O電路 輸入電路：采用光電耦合電路，將限位開關(guān)、手動開關(guān)、編碼器等現(xiàn)場輸入設備的控制信號轉(zhuǎn)換成CPU所能接受和處理的數(shù)字信號，如圖2所示。 圖2 輸入電路 輸出電路：采用光電耦合電路，將CPU處理過的信號轉(zhuǎn)換成現(xiàn)場需要的強電信號輸出，以驅(qū)動接觸器、

19、電磁閥等外部設備的通斷電。一般的小型PLC輸出方式有繼電器輸出和晶體管輸出兩種，其電路如圖3和圖4所示。 圖3 繼電器輸出電路 圖4 晶體管輸出電路 2.3 PLC容量的估算 PLC容量包括兩個方面：一是I/O的點數(shù)；二是用戶存儲器的容量。 (1) I/O點數(shù)的估算。 根據(jù)更能說明書，可統(tǒng)計出PLC系統(tǒng)的開關(guān)量I/O點數(shù)及模擬量I/O通道數(shù)?？紤]到在前面的設計中I/O點數(shù)可能會有疏漏，并考慮到I/O端口的分組情況以及隔離與接地要求，應在統(tǒng)計后得出I/O總點數(shù)的基礎上，增加10%～15%的余量，蓋估算值是PLC選型的主要技術(shù)依據(jù)。 為了滿足發(fā)展的需要，盡量避

20、免PLC的I/O接近飽和，一般應留有20%～30%左右的余量。 (2) 存儲器容量估算。 用戶應用程序占用多少內(nèi)存與許多因素有關(guān)，如I/O點數(shù)、控制要求、運算處理量、程序結(jié)構(gòu)等。根據(jù)經(jīng)驗，每個I/O點及有關(guān)功能器件占用內(nèi)存大致如下： 開關(guān)量輸入所需存儲器字數(shù)=輸入點數(shù)10 開關(guān)量輸出所需存儲器字數(shù)=輸出點數(shù)8 定時器/計數(shù)器所需存儲器字數(shù)=定時器/計數(shù)器數(shù)量2 模擬量所需存儲器字數(shù)=模擬量通道數(shù)100 通信接口所需存儲器字數(shù)=接口個數(shù)300 一般應用的經(jīng)驗公式是 所需存儲器(KB)=k(DI10+DO8+AI/AO100+CP300)/1024 其中，k

21、為存儲系數(shù)，一般取1.1～1.25；DI為數(shù)字量輸入總點數(shù)；DO為數(shù)字量輸出總點數(shù)；AI/AO為模擬量I/O通道總數(shù)；CP為通信接口總數(shù)。 根據(jù)上述經(jīng)驗公式得到的存儲器容量估算值只具有參考價值，在明確對PLC要求容量時，還應根據(jù)其他因素對其進行修正。工程實踐中大多采用粗略估算，加大余量，實際選型時就應采用就高原則。 2.4 I/O模塊的選擇 (1) 開關(guān)量輸入模塊的選擇 PLC的輸入模塊用來檢測來自現(xiàn)場（如按鈕、行程開關(guān)、壓力開關(guān)等）電平信號，并將其轉(zhuǎn)換為PLC內(nèi)部的低電平信號。選擇輸入模塊主要應考慮以下兩點。 1) 根據(jù)現(xiàn)場輸入信號與PLC輸入模塊距離的遠近來選擇電壓高低。一

22、般，24V以下屬于低電平，其傳輸距離不宜太遠。如12V電壓模塊一般不超過10m，距離較遠的設備選用較高電壓模塊比較可靠。 2) 高密度的輸入模塊，如32點輸入模塊，允許同時接通的點數(shù)取決于輸入電壓和環(huán)境溫度、一般。同時接通的點數(shù)不得超過輸入點數(shù)的60%。以適應其總體的功耗水平。 3) 注意輸入電路與傳感器的輸出電路類型匹配，直流輸入電路可與接近開關(guān)、編碼器和光電開關(guān)等直接連接，交流輸入方式適合于較惡劣的情況下使用，如粉塵、油污等。當使用編碼器時，還應考慮高速計數(shù)器的功能和頻率是否符合要求。 (2) 開關(guān)量輸出模塊的選擇 輸出模塊的任務是將PLC內(nèi)部低電平的控制信號轉(zhuǎn)換為外部所需電平的

23、輸出信號，驅(qū)動外部負載。輸出模塊有3種方式：繼電器輸出、雙向可控硅輸出和晶體管輸出。 1) 輸出方式的選擇 繼電器輸出價格便宜、使用范圍廣、導通壓降小。承受瞬間過電壓和過電流的能力較強，且有隔離作用。但繼電器有觸電、壽命較短，且響應速度較慢，適用于動作不頻繁的交/直流負載。當驅(qū)動電感性負載時，最大開關(guān)頻率不得超過1Hz。 晶閘管輸出（交流）和晶體管輸出（直流）都屬于無觸點開關(guān)輸出，適應于通斷頻繁的感性負載、感性負載在斷開瞬間會產(chǎn)生較高的反壓，必須采取抑制措施。交流時并聯(lián)阻容吸收裝置；直流時反向并聯(lián)續(xù)流二極管。 2) 輸出電流的選擇 模塊的輸出電流必須大于負載電流的額定值，如果負載電流

24、較大，輸出模塊不能驅(qū)動，則應增加中間放大環(huán)節(jié)。對于電容性負載、熱敏電阻負載，考慮到接通時有沖擊電流，故要留有足夠的余量。 在選用輸出模塊時，不但要看一個輸出點的驅(qū)動能力，還要看整個輸出模塊的滿負荷能力，即輸出模塊同時接通點數(shù)的總電流值不得超過模塊規(guī)定的最大允許電流。 (3) 模擬量及特殊功能模塊的選擇 模擬量輸入/輸出模塊的量程與變送器、執(zhí)行機構(gòu)的量程匹配，其位數(shù)和轉(zhuǎn)換時間應符合控制精度和工作速度的要求。 2.5 PLC機型的選擇 雖然PLC的控制系統(tǒng)有許多優(yōu)勢，但其是否既能安全的完成任務，又能節(jié)約生產(chǎn)成本，還是一個值得思考的問題，這就需要對PLC機型進行合理的選擇。國內(nèi)市場上的

25、PLC的種類也比較多，主流像西門子、三菱、ABB、歐姆龍、莫迪康等等。各個品牌的PLC也是在應用上也是各有特點，例如西門子、ABB等歐美產(chǎn)品在大型機領(lǐng)域表現(xiàn)出眾，而在中、小型機領(lǐng)域日本產(chǎn)品以其優(yōu)越的性能占據(jù)了大半的市場。總的來說，PLC按其結(jié)構(gòu)形式分類，可分為整體式和模塊式兩類。小型機一般是整體式，根據(jù)其型號可以帶擴展單元，而大中型PLC由于I/O點數(shù)比較多，也為了用戶的選擇方便，一般為模塊式。在PLC機型選擇主要考慮下述幾點： （1）合理的結(jié)構(gòu)形式 一般來說，整體式PLC的I/O點的平均價格比較便宜，但是只能運用于一些小型項目中；而模塊式PLC的I/O點數(shù)可以根據(jù)需要自行配置（在

26、允許的范圍內(nèi)），當然價格要貴一點。但是模塊式的維修方便，擴展靈活方便，可以用于較復雜的系統(tǒng)。 （2）安裝方式的選擇 PLC的安裝方式主要有集中式、遠程I/O式以及多臺PLC聯(lián)網(wǎng)的分布式。 （3）相應功能的要求 例如邏輯運算、定時、計數(shù)、PID運算、閉環(huán)控制、通信聯(lián)網(wǎng)等，根據(jù)需要選用。 （4）響應速度的要求 （5）系統(tǒng)可靠性的要求 一般情況下都能滿足，對可靠性要求很高的系統(tǒng)，或是特殊的應用場合，應考慮是否采用冗余系統(tǒng)或熱備用系統(tǒng)。 （6）機型盡量統(tǒng)一 同一公司，應做到PLC的機型統(tǒng)一。 （7）考慮性價比，具體應考慮一下兩點。 ① 性能與任務相適應。

27、 對于開關(guān)量控制的應用系統(tǒng)，當對控制速度要求不高時，如對小型設備的順序控制、單臺機械的自動控制等，可選用小型PLC(如西門子公司S7-200系列PLC或OMRON公司C系列CMP1A/CMP2A型PLC)就能滿足要求。 對于以開關(guān)量控制為主，帶有部分控制模擬量控制的應用系統(tǒng)，如對工業(yè)生產(chǎn)中常遇到的液位、流量、壓力、溫度等連續(xù)量的控制，應選應帶有A/D轉(zhuǎn)換的模擬量輸入模塊和帶有D/A轉(zhuǎn)換的模擬量輸出模塊，配接相應的感應器、變送器(對溫度控制系統(tǒng)可選用溫度傳感器直接輸入的溫度模塊)和驅(qū)動裝置，并且選擇運算功能較強的中小型PLC。 對于比較復雜的中大型控制系統(tǒng)，如通信聯(lián)網(wǎng)、閉環(huán)控制、PID調(diào)節(jié)等

28、?？蛇x用中大型PLC(如西門子S7-400系列PLC或OMRON公司的C200/C200H/C200HX、CV/CVM1等PLC)。當系統(tǒng)的各個控制對象分布在不同的地域時，應根據(jù)各部分的具體要求來選擇，以組成一個分布式的控制系統(tǒng)。 ②結(jié)構(gòu)合理、機型系列統(tǒng)一。 PLC的結(jié)構(gòu)分為整體式和模塊式兩種，在使用時，應按實際情況進行選擇。 在一個單位或一個企業(yè)中，應盡量使用同一系列的PLC，這不僅是模塊通用性好，減少備件量，而且給編程和維修帶來極大的方便，還給系統(tǒng)的擴展升級帶來方便。 綜合比較，并結(jié)合MC275PV切管機的實際要求，其要求的I/O點數(shù)較少，用一臺PLC控制，沒有特殊的控制要求，也不

29、需要強大的運算，輸入輸出信號也都是以數(shù)字量為主，切管機系統(tǒng)對響應速度的要求不高，也不需要強大的運算，輸入輸出信號也都是數(shù)字量的，切管機系統(tǒng)對響應速度的要求不高，故選擇西門子S7-200系列基本單元型號：CPU226 （24輸入16輸出）。根據(jù)需求的輸入輸出，模擬量擴展模塊選用EM235（4輸入1輸出）。綜合考慮我們選用西門子S7-200系列，它具有中型機的規(guī)模，大型機的功能，是一種極具推廣價值的新機型。而且跟歐姆龍等PLC比起來，不但有較高的性價比，還因為其編程簡單，對使用者的要求低，更加容易理解運用。 2.6 觸摸屏 觸摸屏作為一種最新的計算機輸入設備，它是目前最簡單、方便、自然的

30、一種人機交互方式。觸摸屏雖然在中國市場上出現(xiàn)只有短短的幾年的時間，卻極富吸引力。用戶在使用觸摸屏時，只需要用手指輕輕觸碰顯示屏上的圖符或文字就能實現(xiàn)對主機的操作，極大的簡化計算機的使用，即使是對計算機一無所知的人，也照樣能自如的運用。 觸摸屏由觸摸檢測部件和觸摸屏控制器組成；觸摸檢測部件安裝在顯示器屏幕前面，用于檢測用戶的觸摸位置，然后送往觸摸屏控制器；而觸摸屏控制器的主要作用是從觸摸點檢測裝置上接受觸摸信息，并將它轉(zhuǎn)換成觸點坐標，再送給CPU，它同時接收CPU發(fā)來的命令并加以執(zhí)行。觸摸屏工作時，用戶必須首先用手指或其他物體觸摸安裝在顯示器前端的觸摸屏，然后系統(tǒng)根據(jù)手指觸摸的圖標或菜單的位置

31、來定位選擇信息輸入。觸摸屏與PLC之間采用RS-232C通信協(xié)議。 3 基于PLC的MC275PV切管機控制系統(tǒng)的硬件設計 3.1 系統(tǒng)控制原理 切管機顧名思義就是切管的機器，本設計切管機為全自動型，主要由主軸、軸套、夾鉗、軸承、旋轉(zhuǎn)編碼器、諧波減速器以及齒輪機構(gòu)等組成。PLC通過控制電機帶動刀盤進行切管，刀盤速度：64-660轉(zhuǎn)/分(直流電機無極調(diào)速)；進刀電機控制刀盤徑向運動，從而達到控制刀具快進、慢進、快退等的目的，刀具快速向前推進速度：1380mm/分；刀具快速回退速度：1244mm/分；刀頭切削管速：0.05-0.5mm/分；當切管機工作時，主軸帶動刀盤旋轉(zhuǎn)，卡盤與管子不轉(zhuǎn)

32、，所以避免了管子在切斷過程中的擦傷和變形，生產(chǎn)效率高。PLC與數(shù)控系統(tǒng)，實現(xiàn)對切割機運動軌跡的控制及各種參數(shù)輸入、切割形式選擇、計算和切割程序生成。 3.2 切管機機械裝置 切管機由主軸箱，進刀切削工具和鉗管組成。如圖5所示. 圖5 切管機的組成 3.2.1 主軸傳動系統(tǒng)裝置 該系統(tǒng)主要由一套可控硅裝置控制直流電機運行，速度為無極調(diào)速，轉(zhuǎn)速260-2700轉(zhuǎn)/分，并帶動刀盤旋轉(zhuǎn)，刀盤轉(zhuǎn)速為64/660轉(zhuǎn)/分。主機傳動裝置采用的是6RA27-V57型直流調(diào)速裝置，該裝置是三相、全數(shù)字化的直流驅(qū)動裝置，所有開環(huán)和閉環(huán)控制功能—從斜坡函數(shù)發(fā)生器到觸發(fā)裝置都是由一個十六位的微處

33、理器來實現(xiàn)，裝置的操作只需在三個按鍵和數(shù)字顯示器的幫助下完成，不需其他的編程設備，其速度給定與轉(zhuǎn)速實際值仍然以模擬信號形式輸入，且專裝置本身故障都能直接顯示，并可直接通過接點連接到可編程序控制器上，以便控制裝置便于維護和處理，主傳動裝置的速度控制是由電位器根據(jù)切管工藝要求來調(diào)節(jié)速度的，以便于控制刀盤轉(zhuǎn)速。 主軸箱是焊接結(jié)構(gòu)，內(nèi)裝有緊固的空心軸，空心軸上裝有用來安放切削工具的刀盤，空心軸在錐形滾珠軸承內(nèi)旋轉(zhuǎn)，空心軸通過直流電機用高性能傳動裝置加以傳動，其速度為無極調(diào)速。所有的傳動均裝于主軸箱內(nèi)，由防摩軸承傳動，并再用循環(huán)潤滑油裝置進行噴霧潤滑。主傳動控制系統(tǒng)工作流程如下圖6所示。 控制電壓接

34、通 圖6 主傳動控制系統(tǒng)工作流程圖 3.2.2 進刀傳動裝置 進刀和快速推進均通過一臺無極調(diào)速直流電機進行，并通過同步傳動齒輪箱傳給刀盤內(nèi)循環(huán)球形絲桿。刀盤旋轉(zhuǎn)時，刀具在調(diào)整的移動范圍內(nèi)快速移向管子，刀具將和管子接觸時，“快速推進”即自動轉(zhuǎn)到所選工作進刀速度切管，切管操作完成后，刀具即自動快退至“快速推進”的原始位置。該系統(tǒng)同樣由一套可控硅整流調(diào)速裝置(6RA27-V57，30A)帶動一臺3KW直流電機運行，其速度為無極調(diào)速，但其進刀控制卻比主傳動裝置(刀盤運行)復雜和不同。 1、 刀具快速向前推進速度：1380轉(zhuǎn)/分 2、 刀具快速回退速度：1244轉(zhuǎn)/分 3、 工作進刀

35、速度：0.05至0.5mm/分 這三種速度控制是經(jīng)過旋轉(zhuǎn)編碼器通過皮帶與諧波傳動裝置相連同步旋轉(zhuǎn)并通過編碼器與可編程凸輪控制器相連使用，測定刀具所在實際位置，從而控制電機速度，使刀具按工藝要求運行。如圖7為進刀傳動系統(tǒng)流程圖。 圖7 進刀傳動系統(tǒng)工作流程圖 旋轉(zhuǎn)編碼器及可編程序控制器采用的是增量式光電編碼器和高性能電子微控制器，該編碼器輸出脈沖數(shù)為1200個/轉(zhuǎn)，而可編程凸輪開關(guān)在0至1200脈沖之間。由于刀盤直徑所限，刀具最大運行行程為0至60mm，刀具快進及快退速度較快，由此刀具切管的有效行程限定在5至55mm之內(nèi)運行，兩頭各5mm距離為保護循環(huán)球形絲桿不被擠壞。 所取點數(shù)范

36、圍： 0≤進刀傳動裝置向前≤55mm 0≤進刀傳動裝置快進≤距管外徑3mm 5mm≤進刀傳動裝置快退≤60mm 0≤進刀傳動裝置緊急向前限位≤55mm 0≤進刀傳動裝置緊急回退限位≤60mm 3.2.3 夾鉗裝置 夾鉗裝置置于手旋臂上，并可沿著軌道方向水平移動，夾鉗內(nèi)裝有三對液壓缸。六只液壓缸上裝有可更換的夾爪，其用途為在切管機操作時，夾住管頭。液壓缸和液壓油循環(huán)系統(tǒng)相接，用來加緊和松開管子，夾爪用來把帶毛刺的管頭夾出中心位置，切管操作完成后，夾鉗通過液壓缸水平移出安全蓋。 3.2.4 液壓裝置 液壓裝置是在一定的機械、電子系統(tǒng)內(nèi)，依靠液體介質(zhì)的靜壓力，完成能量的積壓、放

37、大、傳遞，實現(xiàn)機械功能的輕巧化、科學化、最大化的裝置。液體裝置主要由液壓泵、電機、液壓控制閥及其他輔件構(gòu)成。液壓回路的基本功能在于以液體壓力能的形式進行容易控制的能量傳遞，液壓技術(shù)大致處于機械式能量傳遞和電氣式能量傳遞的中間位置。電氣傳動裝置和液壓傳動裝置相同，具有無級變速裝置的特性，除了恒功率外，還容易實現(xiàn)恒轉(zhuǎn)矩和恒速等特性。液壓傳動裝置容易進行無極變速，變速范圍廣，能在很寬的范圍內(nèi)很容易的調(diào)節(jié)力與轉(zhuǎn)矩；控制性能好，即力、速度位置等能以很高的相應速度正確的進行控制。另外，對于電氣，機械等其它的控制方式具有很好的適應性，特別是和電氣信號處理相結(jié)合，可得到優(yōu)良的響應特性。 液壓技術(shù)的特性適合各

38、種機械和設備的自動化、高性能、體積小、容量大、重量輕等方面的要求、所以雖然它是一門比較新的技術(shù)分支，但是在主動力的傳遞機構(gòu)、輔機的操作機構(gòu)或自動化控制機構(gòu)等方面的應用極為廣泛。 3.2.5 潤滑裝置 從工程上講，摩擦的存在時物體表面磨損，使零件之間的實際配合公差發(fā)生變化不能滿足正常的工作需要，從而導致機構(gòu)，乃至機器不能正常工作；從能量方面講，摩擦力會使部分輸入的能量轉(zhuǎn)化為熱量而白白損失掉，造成浪費從而使得機械效率低下。摩擦力大了，甚至會使機器很難運行起來，所以要用潤滑油來減少摩擦力。摩擦在全膜潤滑狀態(tài)下運行，這是一種理想的狀況。本系統(tǒng)采用強制送油潤滑裝置(循環(huán)潤滑)對系統(tǒng)進行潤滑。 強

39、制送油潤滑裝置分為①不循環(huán)潤滑，②循環(huán)潤滑，③集中潤滑。強制送油潤滑是用泵將油壓送到潤滑部位，潤滑效果和冷卻效果好。易控制供油量大小，使用可靠。廣泛適用于大型、重載、高速，精密、自動化的各種機械設備中。循環(huán)給油潤滑，油泵從油池把油壓送到各運動部位進行潤滑，經(jīng)過潤滑后的油回流進入機身油池循環(huán)使用。如圖8所示為其工作流程圖。 圖8 潤滑裝置工作流程圖 3.3 電氣控制系統(tǒng) 電氣控制系統(tǒng)主要由PLC來控制可以分為四個分系統(tǒng)：主傳動系統(tǒng)、進刀傳動系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)和液壓系統(tǒng)。由于切管機結(jié)構(gòu)復雜，連鎖性強，且動作頻繁，監(jiān)測點（液壓和電氣接點）較多，如采用一般的繼電器控制則無法完成工作要求，且故

40、障率會大大提高，所以本系統(tǒng)采用PLC控制。切管機整體控制圖如圖9所示。 圖9 切管機整體控制圖 3.3.1 主要技術(shù)參數(shù) 參數(shù)是每個機械設置或維修上都會用到的一個技術(shù)指標。定指定應用而言，它可以是賦予的常數(shù)值；在泛指時，它也可以是一個變量，用來控制隨其變化而變化的量，給予我們參考，如下表一所示就是我們切管機的主要技術(shù)參數(shù)。 技術(shù)參數(shù)表一 序號 名稱 參數(shù) 備注 1 主電機 YD100-2/4 1.8/1.3KW 2 電壓 380V 50HZ 3 冷卻泵電機 AB-25 380V 90W 4 夾鉗最大開度

41、100mm 裝標準夾鉗時 5 適應鋸片 高速鋼鋸片外徑為275或250 肖孔21163 6 機械外形尺寸 10008001700mm 7 機器重量 190KG 3.3.2 I/O分配表設計 本系統(tǒng)設計用到11個輸入點，10個輸出點，如表二所示。 表二 I/O輸入輸出分配表 PLC的I/O分配 輸入描述 通道號 輸出描述 通道號 潤滑油溫度小于最大極限溫度 I0.0 主傳動繼電器接通 Q0.0 進刀傳動裝置接通 I0.1 進刀裝置啟動 Q0.1 潤滑壓力保護接通 I0.2

42、進刀裝置快進電磁閥接通 Q0.2 刀盤啟動按鈕 I0.3 進刀裝置慢進電磁閥接通 Q0.3 手動切割按鈕 I0.4 進刀裝置快速回退電磁閥接通 Q0.4 循環(huán)切割按鈕 I0.5 內(nèi)夾緊裝置夾緊電磁閥接通 Q0.5 手動夾緊按鈕 I0.6 外夾緊裝置夾緊電磁閥接通 Q0.6 手動松開按鈕 I0.7 潤滑裝置啟動 Q0.7 外夾A位置開關(guān) I1.0 液壓裝置啟動 Q1.0 外夾B位置開關(guān) I1.1 潤滑油加熱 Q1.1 潤滑油超溫檢測 AIW0 4 基于PLC的MC275PV切管機控制系統(tǒng)的軟件設計 4.1 PLC內(nèi)部工

43、作過程 當PLC投入運行后，其工作過程一般分為三個階段，即輸入采樣、用戶執(zhí)行程序和輸入刷新三個階段，完成上述三個階段稱作一個掃描周期，在整個運行期間，PLC的CPU以一定的掃描速度重復執(zhí)行上述三個階段。PLC的工作過程可用圖10表示。 電源接通 內(nèi)部處理 輸入處理(輸入處理、遠程I/O) 通信服務(外設、CPU、總線服務) 更新時鐘、特殊寄存器 CPU運行方式 執(zhí)行程序 輸出處理 執(zhí)行自診斷 PLC正常否 CPU強占為STOP 存放自診斷錯誤結(jié)果 N Y RUN STOP 圖10 PLC內(nèi)部工作流程圖 4.2 MC275PV控制系統(tǒng)的流

44、程結(jié)構(gòu)設計 PLC對MC275PV系統(tǒng)控制的主程序流程圖的設計，如圖11所示。 開始 控制電壓接通 主機通風機接通 溫度是否小于 最大極限溫度 夾緊子程序 液壓泵啟動 裝置動作 潤滑裝置動作 進刀切割子程序 自動循環(huán)按鈕 Y N 夾緊松開子程序 結(jié)束 是否需要緊急停止 是否自動循環(huán) Y N Y N 圖11 PLC控制的主程序流程圖 4.3 液壓裝置子程序流程設計 在本系統(tǒng)中，液壓傳動系統(tǒng)控制外夾鉗前進、后退、夾緊、松開，內(nèi)夾鉗裝置夾緊、松開。采用液壓傳動裝置的原因在于：液壓傳動的各種元件，可以根據(jù)需

45、要方便、靈活地來布置，其重量輕、體積小、運動慣性小反應速度快，操作控制方便，可實現(xiàn)大范圍的無極調(diào)速，很容易實現(xiàn)直線運動，實現(xiàn)機器的自動化，當采用電液聯(lián)合控制后，可實現(xiàn)更高程度的自動控制過程，并可實現(xiàn)過載保護。其工作流程子程序如下圖12表示。 夾緊子程序開始 電磁閥復位 外夾緊前進電磁閥動作 延時100ms Y N Y 是否達到前進限位A 外夾緊夾緊電磁閥動作 內(nèi)夾緊夾緊電磁閥動作 延時100ms 夾緊子程序結(jié)束 松開子程序開始 電磁閥復位 外夾緊前進電磁閥動作 外夾緊松開電磁閥動作 外夾緊后退電磁閥動作 是否達到后退限位B 松開子程序結(jié)束 N

46、 圖12 液壓裝置子程序 4.4 切管機自動循環(huán)切管流程設計 PLC在進行自動切管前必須具備以下條件：1.控制電壓接通；2.接通潤滑裝置以及液壓裝置；3.主機啟動，調(diào)試至要求轉(zhuǎn)速；4.裝好刀具，進刀裝置接通，速度及進刀量預先按要求選好，同時用可編程凸輪控制器調(diào)好進刀限定裝置(進刀原始位置、快速移動值、進刀量、切削量的限定位置)；5.操作臺原始位置信號燈亮(即夾鉗回退到位、外夾鉗松開、內(nèi)抓松開)。 以上條件具備后，即可按照下圖13順序執(zhí)行自動循環(huán)切管。 切管機初始位置 內(nèi)夾鉗夾緊 外夾鉗加緊 進刀快速向前 進刀慢速向前 進刀快速后退 內(nèi)夾鉗松開

47、 外夾鉗向前 外夾鉗松開 外夾鉗向后 鋼管退出 準備下一周期 圖13 切管機循環(huán)工作圖 整個切管過程中，只要執(zhí)行切管機初始位置程序和第一周期程序，則上述框圖的其他程序?qū)⒆詣訄?zhí)行。 20 江蘇海事職業(yè)技術(shù)學院2012屆?？粕厴I(yè)設計 結(jié) 論 基于PLC控制的切管機控制系統(tǒng) ，不僅解決了繼電器控制系統(tǒng)中存在的問題，而且它在控制方法上用軟件編程取代硬件接線，從而為切管機的制造提供了方便，軟件編程的使用讓整個系統(tǒng)更加的靈活，可以根據(jù)現(xiàn)場的需求進行更改，適應性強，其可靠性也很好，平均無故障達到幾十萬個小時，從而使后期的維護成本大大降低，故障的排查也變得更加的容易

48、，再加上其抗干擾性能好，適應了在工廠使用的大環(huán)境。當然PLC控制在實際的運用中也存在一定的問題，例如雖然PLC自身采用光電耦合隔離等保護措施，但是其輸入輸出還是會出現(xiàn)燒毀或者是沒有動作的現(xiàn)象，當采用備用的輸入輸出點代替時，若是小型的PLC找出其對應的輸入輸出地址是很容易的，而且更改也方便。但是，若是較為大型的PLC，首先找出對應的地址就是比較困難的，其次若是更改，當對所編程序較為熟悉，修改相對要方便些，但是很難保證不出現(xiàn)遺漏，所以實際檢修時總是整個I/O模塊全部換掉，這樣就造成很大的損失與浪費，因此就需要在PLC的軟硬件兩個方面找出解決的方法。PLC控制并不一定是切管機切割控制系統(tǒng)的最終方式，

49、在此基礎上還會有進一步的發(fā)展，這也是需要進一步關(guān)注的。 致 謝 這次畢業(yè)設計得到了很多老師、同學和同事的幫助，其中周主任對我的關(guān)心和支持尤為重要，每次遇到難題，我最先做的就是向周主任尋求幫助，而周主任每次不管忙或閑，總會為我抽出時間，然后一起商量解決的辦法。正如《師說》中所說“師者，所以傳道受業(yè)解惑也”。學生在此深表感謝，一日為師，終生為師。也感謝大學三年里授我知識，伴我成長，關(guān)心我的老師們，是你們的付出使我度過了充實而精彩的三年大學生活，順利的找到工作。另外，感謝我的母校給予我這樣一次設計與答辯的機會，使我能夠基本獨立

50、地完成了這樣一個課題，同時在這個過程當中，給予了我們各種各樣的方便，使我們在即將離開母校的這段時間里，更多地學習了一些能夠應用到實踐方面的知識，增強了我們動手應用能力和實踐操作能力，短時間內(nèi)提高了我們的獨立思考的能力。同時還要感謝在畢業(yè)設計期間和我密切合作的舍友，和曾經(jīng)在各個方面給予過我?guī)椭幕锇閭儯诖髮W生活即將結(jié)束的最后的日子里，我們再一次證明了團結(jié)合作的力量，把這個龐大的，幾乎從來都沒有上手的課題圓滿地完成了。正是有了你們的幫助，讓我不僅學到了本次課題所涉及的新知識，更讓我感覺到知識以外更多的東西，這，就是團結(jié)的力量！ 總之，我衷心的感謝我的老師，父母，同學，學校，以及實習單位的師傅們

51、，正是你們的指導和幫助才有了今天的我，也才有了現(xiàn)在的這篇論文。 參 考 文 獻 [1] 岳慶來.變頻器、可編程序控制器及觸摸屏綜合應用技術(shù)，北京：機械工業(yè)出版社，2006.4 [2] 高安生.基于工業(yè)PC機的通用化數(shù)控系統(tǒng)研究[J]. 制造技術(shù)與機床，1997.7 [3] 陳勇奇.PLC在鋼管切斷機床數(shù)控系統(tǒng)中的應用[J].機床與液壓，2003.3 [4] 石秋潔.變頻器應用基礎，北京：機械工業(yè)出版社，2002.12 [5] 秦長海，董昭.可編程序控制器原理與應用技術(shù)，北京：北京郵電大學出版社，2009 [6] 陳曉琴.可編程序控制器及應用，哈爾濱：哈爾濱工程大學出版社，2009.1 [7] 周占懷.PLC技術(shù)及應用項目化教程，青島：中國海洋大學出版社，2010.9 [8] 李乃夫.可編程控制器原理、應用、實驗.北京：中國輕工業(yè)出版社，2003 [9] [10] http://www.schneider-