彩鋼瓦成型設備控制系統(tǒng)設計

彩鋼瓦成型設備控制系統(tǒng)設計摘要彩鋼瓦常用建筑工地和民用的倉庫等臨時建筑。彩鋼瓦是通過彩鋼壓瓦機軋制。本文設計了一種基于可編程控制器S7-200PLC的彩鋼壓瓦機的控制系統(tǒng)。當彩鋼板輸送過來時，采用的光電編碼器檢測系統(tǒng)就會對彩鋼板的運動位移進行自動計數(shù)，當記錄的數(shù)與設定值相同時就會啟動液壓剪切系統(tǒng)來剪切彩鋼板；在料架和壓輥之間安裝光電開關來檢測有無料，有料正常工作，無料則報警停機；傳動電機由變頻器進行變頻調速。本設計主要包括系統(tǒng)總體設計、控制系統(tǒng)設計、系統(tǒng)軟件設計，具體介紹了彩鋼壓瓦機控制系統(tǒng)的結構組成，確定相關的電路參數(shù)，選擇各個元器件的型號，繪出系統(tǒng)的硬件接線圖，軟件的流程圖以及程序的清單。本設計的彩鋼瓦成型設備控制系統(tǒng)，其剪切精度比較高，控制系統(tǒng)簡單，操作方便，程序的運行也比較穩(wěn)定，能夠提高生產效率，具有一定的應用價值和經(jīng)濟價值。關鍵詞：可編程控制器，光電編碼器，變頻調速，自動控制，液壓剪切

ThecontrolsystemdesignofcolorsteeltilemoldingequipmentABSTRACTColorwattsisoftenusedinconstructionandcivilwarehouseandoftenplaces,itisproducedbycolorsteeltilepress.Inhere,wedesignacolorsteeltilemoldingequipmentcontrolsystemandtoachieve,andthiscontrolsystembasedonprogrammablecontrollerS7-200PLC.Whenthethinsteelplatecome,photoelectricencoderautomaticcountingthesizeofthesteel,ifthesizeisconsistentwiththesetvalue,thehydrauliccuttingsystemwillstartandshearthinsteelplate;photoelectricswitchtodetectwhetherthematerial,ifhasmaterial,toworkproperly,ifnomaterial,itwillalarm;thedrivemotortofrequencycontrolbytheinverter.Thedesignincludessystemdesign,systemhardwaredesign,systemsoftwaredesign,introductionthestructureandcompositionofthecolorsteeltilepresscontrolsystem.Determinetherelevantcircuitparameters,selectthecomponentsofthemodel,anddrawthewiringdiagramofthesystem’shardwareandsoftwareflowchartandalistofprocedures.Thedesignofthecoloredsteeltilemachineautomaticcontrolsystem,highcuttingprecision,thecontrolsystemissimple,easytooperateandrunstable,canimprovetheproductionefficiency,ithasacertainvalueandeconomicvalue.KEYWORDS:keywordsPLC,photoelectricencoder,frequencyspeed,Automaticcontrol,hydraulicshear目錄前言 1第1章緒論 21.1彩鋼壓瓦機發(fā)展歷程和發(fā)展趨勢 21.2設計的背景 31.3設計的主要內容 31.4本章小結 4第2章彩鋼壓瓦機控制系統(tǒng)總體設計 52.1彩鋼壓瓦機系統(tǒng)的結構及工作原理 52.2控制系統(tǒng)的功能要求 62.3方案論證 62.4本章小結 7第3章彩鋼瓦成型設備控制系統(tǒng)設計 83.1彩鋼瓦成型設備控制系統(tǒng)設計的內容 83.2有無料檢測 83.2.1光電開關的工作原理 83.2.2光電開關的選型和使用 93.3彩鋼瓦剪切控制 103.3.1行程開關工作原理 103.3.2行程開關的選型和使用 103.4彩鋼瓦的長度檢測 123.4.1光電編碼器工作原理 123.4.2光電編碼器的選擇和安裝 133.5電機控制 153.5.1變頻器工作原理 153.5.2變頻器的選型和使用 153.6控制PLC 173.6.1PLC的選擇 173.6.2PLC端口的分配 173.7電機控制電路設計 183.8電源分配電路設計 193.9本章小結 20第4章系統(tǒng)軟件設計 214.1控制系統(tǒng)主流程 214.2控制系統(tǒng)功能模塊 224.2.1控制系統(tǒng)功能模塊框圖 224.2.2參數(shù)設置程序 234.2.3自動控制程序 234.2.4手動控制流程圖及程序 254.2.5液壓系統(tǒng)程序 264.3編程軟件的選擇 274.4本章小結 27結論 28謝辭 29參考文獻 30附錄 31外文資料翻譯 38FrequencyVariationSpeedControl 381ThePopularityandProspectofFrequencyVariationSpeedControl 382FrequencyVariationSpeedControlledMode 40變頻技術 441變頻技術的普及前景 442變頻調速控制方式 45前言彩鋼瓦常用建筑工地和民用的倉庫等臨時建筑。隨著彩鋼瓦的普遍應用，現(xiàn)在有許多的大型工礦的廠房、鋼結構屋架、倉庫和大設備，都使用了彩鋼瓦，有的還使用了琉璃式的彩鋼設備，使得我們的生活的建筑的外觀更加的整潔、漂亮，更加的豐富多彩。彩鋼瓦是通過彩鋼壓瓦機軋制。彩鋼壓瓦機的結構合理，操作方便，功能齊全，鋼料經(jīng)過送料、壓型、切斷而成彩鋼瓦。彩鋼瓦機采用變頻調速、電腦控制，所以計量準確。使用自動化控制軟件，實現(xiàn)了生產的信息化管理。機組整體的控制系統(tǒng)采用高集成的網(wǎng)絡，使得其自動化系統(tǒng)的性能更加優(yōu)越。設備可以單獨安裝和使用，但是需要人工進行裝料。如果能夠安裝自動化的裝料和卸料等裝置，來組成彩鋼瓦設備生產流水線，則可以自動生產，完全不需要進行人工操作。本文根據(jù)彩鋼壓瓦機的發(fā)展趨勢和市場需求，設計了一個基于S7-200PLC的自動控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有結構簡單、安裝方便、操作簡捷、控制精度高等優(yōu)點，具有一定的經(jīng)濟和使用價值。本文共分四章介紹了對彩鋼壓瓦機控制系統(tǒng)的設計。第一章為緒論，主要介紹了設計的背景和設計的目的意義，以及設計的現(xiàn)狀和彩鋼壓瓦機的發(fā)展趨勢，并對設計的主要內容進行了介紹；第二章為系統(tǒng)的總體設計，包括對控制系統(tǒng)的功能要求、系統(tǒng)的結構組成及工作原理，對兩種方案進行了論證和取舍；第三章為彩鋼瓦成型設備控制系統(tǒng)設計，其中有彩鋼瓦長度檢測控制、有無料檢測、電機控制和彩鋼瓦截斷控制，還對電機的控制電路、電源的分配電路進行了設計；第四章是系統(tǒng)的軟件設計，介紹了整個控制系統(tǒng)的控制流程，并對控制系統(tǒng)的各功能模塊進行了介紹和編程。本文在編寫的過程中參考了大量的文獻資料，并得到了指導老師的認真指導，但由于自己的水平有限，內容難免會有錯誤和不當之處，懇請大家的批評指正。第1章緒論1.1彩鋼壓瓦機發(fā)展歷程和發(fā)展趨勢我國壓瓦機的發(fā)展歷程既是一波三折的又是漫長的。在我國的國民經(jīng)濟復蘇及第一個五年計劃期間里，我國磚瓦機械制造業(yè)經(jīng)歷了從無到有，并且在最后得到了迅猛的發(fā)展。剛開始國家計劃對外引進的設備進行仿造改制，并安排在礦山機械廠和建筑機械廠進行生產。后來，一些彩鋼瓦廠在自己的車間和設備的基礎上，也開始了對彩鋼瓦設備和配件進行生產。當時生產的彩鋼瓦設備種類較少，而且技術比較落后，主要生產的有琉璃瓦設備普通型彩鋼機、單板機、小型輥壓機等。在這期間，因為前蘇聯(lián)引進的磚瓦機設備和輪窯焙燒技術，縣級以上的磚瓦企業(yè)開始了半機械化生產模式，我國的磚瓦機械制造技術和水平得到了很大的提高。在1965年到1985年的期間里，國家成立了專門的磚瓦研究所，而且在1966年吉林市磚瓦廠研制并成功生產出了粉煤灰產配比達到了百分之五十的燒結磚。在這個基礎上，1968年又在徐州吉祥的榮山磚廠和四川的磚瓦廠研制并成功生產出了煤矸石全內燃燒結磚；在天津的長征磚瓦廠研究出隧道窯一次碼燒生產工藝；在北京市南湖渠磚廠研究出小斷面一次碼燒工藝。而且在國家的投資下，又在南京的新寧磚瓦廠、西安的實驗磚瓦廠、常熟的磚瓦廠成功建造了普通型多孔磚的生產線及空心磚的生產線。在無錫市的利農磚瓦廠建造了空心磚制品的生產線。同時，在國家相關部門的組織下，在相關科研和設計單位的緊密配合下，建設了一大批生產磚瓦機械的企業(yè)，并且都成為了主干，生產出了年產量達到五六千萬的真空擠磚機等產品。在這期間，我國磚瓦工業(yè)裝備的技術水平由30年代的一無所有達到了60年代的國際水平。在1985年至今的期間里，由于國家的改革開放，使得我國的國民經(jīng)濟和城鄉(xiāng)的基本建設開始了高速的發(fā)展。有了國家強有力的政策支撐，我國的磚瓦行業(yè)自身也在努力的在土地資源及能源的節(jié)約、環(huán)境保護和資源的綜合利用上大力發(fā)展，以黏土、煤矸石、頁巖和粉煤灰為原料的燒結空心制品整套設備和生產技術也完全發(fā)展成熟。在這個時期內，我國的工藝技術水平大幅度的提高，其中全內燃焙技術也達到了上世紀80到90年代的世界水平?，F(xiàn)如今我國在彩鋼瓦設備的需求點主要是集中在中大型、重型的高端產品上。我國在金加和金切的進口數(shù)量和金額上雖然都出現(xiàn)了下降，不過加工中心的增速依然是正的，這就顯示出我國對于高端機床的需求依舊是很大的。由于市場的需求，我國的機床企業(yè)在研發(fā)上努力提高，產品的機構也進一步的優(yōu)化，彩鋼瓦設備的市場競爭力也得到了很高的提升。彩鋼瓦壓型設備的行業(yè)是隨著磚瓦行業(yè)的發(fā)展而得到發(fā)展的，從無到有，從小至大，彩鋼行業(yè)實現(xiàn)了自主的升級以及技術的更新?lián)Q代，也開發(fā)出了很多的擁有自主知識產權的技術，整個行業(yè)正朝著更好更高的目標向前進著。所以，未來在我國機床替代進口的空間依然很大。1.2設計的背景彩鋼瓦壓型設備由放料、壓型、剪切組成。其組成部分包括：整機、PLC控制系統(tǒng)、自動剪切系統(tǒng)和液壓泵站系統(tǒng)。該設備采用高水平的自動控制系統(tǒng)，能夠實現(xiàn)生產的信息化管理。整機的自動化控制系統(tǒng)運用了高集成的網(wǎng)絡，使得自動化系統(tǒng)的性能更加優(yōu)越。能夠生產出強度高、平整美觀、結實耐用的產品，廣泛應用在民用和工業(yè)所用的建筑，包括廠房、車庫、倉庫、影院、體育館和展覽館等。隨著彩鋼瓦成型設備在我國的發(fā)展和普及，現(xiàn)在有許多的工礦的廠房、鋼結構的屋架、倉庫和大型的設備都使用了彩鋼瓦，甚至有的也使用了琉璃式彩鋼設備，使得我們的生活建筑更加美觀和豐富多彩。基于此，本文旨在設計一款操作簡單，精準度高，經(jīng)濟實用的彩鋼壓瓦機全自動控制系統(tǒng)。1.3設計的主要內容課題要求設計一個彩鋼瓦成型設備控制系統(tǒng)，設計內容主要包括以下幾個方面：首先進行的是系統(tǒng)的總體設計，在總體設計中提出本設計對控制系統(tǒng)的功能要求，以此來作為設計的依據(jù)，接著進行方案的分析，并對采用的方案二的彩鋼瓦成型控制系統(tǒng)的結構組成和基本的工作原理進行介紹；然后進行的為彩鋼瓦成型設備控制系統(tǒng)設計，其中有彩鋼瓦長度檢測控制、有無料檢測、電機控制和彩鋼瓦截斷控制，還對電機的控制電路、電源的分配電路進行了設計；最后進行的是系統(tǒng)軟件設計，介紹了整個控制系統(tǒng)的控制流程，并對控制系統(tǒng)的各個功能模塊進行了介紹和編程。1.4本章小結本章主要提出了課題背景和目的意義，并介紹了國內壓瓦機行業(yè)的發(fā)展歷程、發(fā)展現(xiàn)狀和發(fā)展前景，最后對后面的設計內容作了概括性的合理規(guī)劃。第2章彩鋼壓瓦機控制系統(tǒng)總體設計2.1彩鋼壓瓦機系統(tǒng)的結構及工作原理本設計彩鋼瓦成型設備控制系統(tǒng)的設備組成如圖2-1所示：1、開卷機；2、光電開關；3、矯直輥；4、成型輥5、動力輥；6、測量輥；7、電機；8、光電編碼器9、刀具；10，11、限位開關圖2-1彩鋼瓦成型設備結構組成在圖2-1中，PLC完成開卷機、矯正輥和成型輥的同步傳送，料機有無料檢測，彩鋼板位移檢測，切刀控制，主電機的變頻調速等工作。本控制系統(tǒng)的基本工作原理是這樣的：剛開始的時候是手動控制，人工運料到料機，并將薄鋼板穿入矯直輥,然后手動控制電機正轉和反轉將料送到刀口。然后啟動自動控制按鈕，光電編碼器和計數(shù)器復位。此時光電開關2檢測到有料，系統(tǒng)進入自動控制狀態(tài)。通過變頻器的調速，來控制夾輥的轉速從而控制薄鋼板的運送速度。光電編碼器8通過檢測測量輥6轉動的圈數(shù)來計算彩鋼板運動位移，當測量的位移達到設定值時，系統(tǒng)啟動液壓剪切系統(tǒng)，控制刀具下行剪切鋼板。當料機上的鋼料用完時，光電開關2檢測后發(fā)送信號給控制系統(tǒng)，然后報警停機。2.2控制系統(tǒng)的功能要求本設計的彩鋼瓦成型設備控制系統(tǒng)需要滿足以下的控制要求：⑴控制系統(tǒng)分手動擋和自動擋。手動檔時，用點動的方式，人工完成鋼板穿帶，零位校準。自動檔時，系統(tǒng)自動完成鋼板的成型、剪切工作。⑵自動檢測料機上有無料。若有料，設備正常運行；若無料，報警停機。⑶電機通過變頻器調速，實現(xiàn)對生產速度的控制。⑷能夠對彩鋼瓦進行定長剪切，通過觸摸屏設置剪切尺寸參數(shù)和數(shù)量參數(shù)，可根據(jù)不同需求改變其參數(shù)。⑸剪切精度要求在一定范圍內，誤差不超過0.1mm。本設計的彩鋼瓦成型設備控制系統(tǒng)可以簡單的分為控制部分、輸入模塊和輸出模塊，其結構組成和工作原理可以由下圖2-2的框圖表示:圖2-2系統(tǒng)方框圖2.3方案論證在進行系統(tǒng)設計的時候，設計了兩種方法對彩鋼板的位移進行檢測，下面對這兩種方法進行介紹并取舍：方案一:彩鋼瓦機對薄鋼板的剪切是定長剪切，在彩鋼瓦機的刀具后面安裝一個接近開關，當薄鋼板經(jīng)過輥并通過刀口到達之前預定的位置時，接近開關就會檢測到并發(fā)送信號給PLC，然后PLC又發(fā)送信號使機床停止，并啟動液壓剪切系統(tǒng)將彩鋼剪切。如果薄鋼板超過了預定的位置，系統(tǒng)就會控制電機反轉，直到與預定值一致。改變接近開關與刀具的距離就能夠改變設定剪切板的尺寸。但是，不足之處就是，彩鋼必須只有到達預定位置和沒有到達預定位置這兩種粗略的狀態(tài)，控制系統(tǒng)不能夠實時監(jiān)測實際的尺寸和預先設定參數(shù)的差距值，因此使PLC控制電機的運轉不好把握，容易造成較大的誤差。方案二：用旋轉光電編碼器來測量鋼板實際的尺寸，光電編碼器的安裝與輥同軸，根據(jù)輥的周長和旋轉周數(shù)就能夠準確方便的計算出鋼板所經(jīng)過的位移，再將檢測到的數(shù)據(jù)以脈沖的形式發(fā)送給PLC進行儲存和處理。當檢測到的數(shù)據(jù)和預設值一致時，PLC就會啟動液壓剪切系統(tǒng)進行剪切。通過觸摸屏改變設定的參數(shù)，就可以改變所剪港版的尺寸。本方案的優(yōu)點：在不掉電的情況下，繼電器可以準確的記錄鋼板的尺寸參數(shù)，控制的精度比方案一要高。相對于方案一，方案二使用旋轉編碼器代替了接近開關，成本有所增加，編程也相對復雜，但是其控制精度要高很多，而且增加的成本也在可承受的范圍之內，性價比很高，總體上方案二比方案一要好。綜上，本設計采用方案二。2.4本章小結本章主要介紹了彩鋼瓦成型設備控制系統(tǒng)的控制要求，對兩種設計方案進行了介紹和取舍，并根據(jù)要求設計出彩鋼瓦成型設備的結構示意圖，標出了此系統(tǒng)所涉及到的主要硬件設備，詳細介紹說明了彩鋼瓦成型設備控制系統(tǒng)的工作原理及運行過程。第3章彩鋼瓦成型設備控制系統(tǒng)設計3.1彩鋼瓦成型設備控制系統(tǒng)設計的內容在本彩鋼瓦成型設備控制系統(tǒng)設計中，我們需要設計的內容有以下的幾個方面：有無料的檢測，彩鋼瓦長度的檢測，彩鋼瓦剪切控制，電機的控制，控制PLC，電機控制電路的設計，電源分配電路的設計。3.2有無料檢測在本設計的彩鋼瓦成型設備控制系統(tǒng)中，需要對設備上的料（彩鋼板）進行實時的檢測，當檢測到設備上有料，則系統(tǒng)正常工作；如果檢測到無料，則會報警停機。在這里，我們選擇光電開關來實現(xiàn)此控制要求。3.2.1光電開關的工作原理光電開關是工業(yè)生產中常用的傳感器，光電開關又叫光電傳感器，是光電接近開關的簡稱，原理是利用被檢測物對光束的反射和遮擋，由同步的回路來選通電路，從而檢測被測物體的有無。光電開關將輸入的電流轉換成光信號在發(fā)射器上射出，然后接收器根據(jù)接收到的光線的有無或強弱對被檢測物體進行檢測。其原理圖如下圖3-1所示：圖3-1光電開關原理圖3.2.2光電開關的選型和使用本設計選用DC24V的對射型光電開關，選型歐姆龍E3JK-5M1。其由發(fā)射器和接收器組成，結構上是兩者互相分離的，如果光束被中斷，則會產生一個開關信號的變化。其參數(shù)如下表3-1所示：表3-1光電開關E3JK-5M1參數(shù)檢測方式對射型連接方式導線引出式檢測距離5M輸出繼電器輸出狀態(tài)入光時ON遮光時ON行程開關在與PLC連接時，它的0V按鈕與PLC的輸入端COM連接，其輸出端和PLC的輸入端連接。當光電開關的輸出為高電平的時候就表示有東西擋住了發(fā)射器發(fā)出的光線，其接收器就接受不到光線，說明光電開關之間有物體存在。系統(tǒng)運行過程中，光電開關會一直檢測輥上的彩鋼板，如果檢測到?jīng)]有鋼板，就會發(fā)送信號給PLC，控制系統(tǒng)就會發(fā)出指令，使設備停機。光電開關工作示意圖如下圖3-2所示：圖3-2光電開關工作示意圖光電開關接收器與PLC的連接圖如下圖3-3所示：圖3-3光電開關與PLC連接3.3彩鋼瓦剪切控制在本設計的彩鋼瓦成型設備控制系統(tǒng)中，需要對液壓剪切系統(tǒng)的刀具進行限位，確定刀具下切和上行的位置。如果不進行限位的話，刀具就會下切過頭，或者上行過頭，直至撞擊停止，不僅會使刀具撞壞，還會對液壓剪切系統(tǒng)造成損壞，造成剪切的不準確。在這里，我們使用行程開關來實現(xiàn)此控制要求。3.3.1行程開關工作原理行程開關是位置開關的一種，常被生產工廠用來控制機械運動部位的行程以及對運動部位的限位保護。當生產機械的運動部位碰撞到行程開關的觸頭時，觸頭就會發(fā)生動作將控制電路接通或斷開，從而達到生產所需要的控制目的。此類開關還可以用來使機械在運動的過程中按一定的要求進行停止、變速、反向運動等。3.3.2行程開關的選型和使用本設計選用LX19系列中的JLXK1-311，在彩鋼瓦成型設備控制系統(tǒng)中要用到的有兩個行程開關，分別用來檢測液壓剪切系統(tǒng)中刀具的上限位置和下限位置。其參數(shù)如下表3-2所示：表3-2行程開關JLXK1-311的參數(shù)動作力≤20N超作行程≥2㎜動作行程1～3㎜觸頭換接時間≤4ms額定電壓380AC，220DC額定電流2A結構形式直動防護式其安裝及液壓系統(tǒng)示意圖如下圖3-4所示：1、油箱，2、濾油器，3、液壓泵，4、8、單向閥，5、壓力表，6、溢流閥，7、換向閥，9、單向節(jié)流閥，10、液壓缸，11、12、行程開關SQ2、SQ3圖3-4液壓系統(tǒng)與行程開關安裝圖刀具上限位置開關將刀具目前的位置信息發(fā)送給PLC，告訴控制系統(tǒng)刀具是在原位還是已經(jīng)下行，如果是已經(jīng)下行，則是否下行到位。如果刀具下行已經(jīng)到位，則SQ3就會給PLC發(fā)送信息，表明鋼板已經(jīng)被剪切，然后刀具進行復位，這時，SQ2就會發(fā)送復位位置的信號，如果復位沒有成功，系統(tǒng)則繼續(xù)停止不會開車。行程開關在與PLC連接時，行程開關的0V與PLC的COM端連接，輸出端與PLC的輸入端連接，其與PLC的連接圖如下圖3-5所示：圖3-5行程開關與PLC連接3.4彩鋼瓦的長度檢測在生產中，我們需要根據(jù)用戶的不同需求生產不同長度的彩鋼瓦。所以在本設計的彩鋼瓦成型設備控制系統(tǒng)中，需要對彩鋼瓦能夠進行定長剪切，而要實現(xiàn)彩鋼瓦的定長剪切就需要在生產的過程中對彩鋼板進行實時的監(jiān)測，檢測其運動的位移。在這里，我們使用光電編碼器和高速計數(shù)器的配合來實現(xiàn)此控制要求。3.4.1光電編碼器工作原理所謂的光電編碼器指的是一種能夠通過光電轉換將輸出軸上機械的幾何位移量轉換成脈沖信號或者數(shù)字量的傳感器。光電編碼器安裝在輥上，與輥同軸，電動機轉動時，它會跟著輥一起轉動，并通過光電檢測裝置檢測輸出脈沖信號，脈沖的個數(shù)和位移量有一定的比例關系，通過對脈沖的計數(shù)就可以計算出相應的位移，其公式為：(n1為脈沖個數(shù)，D為輥徑，n2為每周脈沖數(shù))。電機既正轉也反轉，正轉時計數(shù)器加計數(shù)，反轉時計數(shù)器減計數(shù)。對于電機的轉向，我們可以增加一對發(fā)光和接收裝置并將這兩對發(fā)光的接受裝置錯開光柵節(jié)距的1/4，脈沖序列A和脈沖序列B的相位差為90度，正轉時A在B前面，反轉則A在B后面。其示圖如下圖3-6所示：（a）正轉（b）反轉圖3-6區(qū)分旋轉方向的A、B兩組脈沖序列3.4.2光電編碼器的選擇和安裝光電編碼器的選擇能夠對系統(tǒng)的整體性能起到至關重要的作用，因此需要謹慎的選擇。在本設計中我們選用歐姆龍型號為E6B2-CWZ6C2000P/R的光電旋轉編碼器。其參數(shù)如下表3-3所示：表3-3E6B2-CWZ6C2000P/R的參數(shù)外徑Ф40電源電壓DC5V～24V輸出形式PNP型開路輸出響應最高頻率100KHZA、B相相差度數(shù)90度讀出方式接觸式脈沖數(shù)4000/周旋轉編碼器安裝在輥上，在安裝的時候要與輥同軸，其安裝示意圖如下圖3-7所示：圖3-7光電編碼器安裝示意圖其與PLC連接方式方式如下圖3-8所示：圖3-8旋轉編碼器與PLC連接光電編碼器在安裝時要注意的問題有：旋轉編碼器在安裝的過程中要輕輕的推入被套軸，不能夠用錘子等物件敲擊，從而避免使編碼器受到損壞；安裝時應該使用板彈簧，從而避免與旋轉編碼器的剛性連接；如果長期使用后，需要檢查板彈簧相對于編碼器是否松動以及固定編碼器的螺釘是否松動，如果松動，需要進行加緊。旋轉編碼器在電氣連接時要注意的問題:為了防止輸出電路的損壞，編碼器在接線時，它的輸出線之間不能有搭接現(xiàn)象；編碼器的接地線要盡量的粗點，一般直徑要大于3毫米；編碼器在配線時，它的電纜的選用應該選用屏蔽電纜；為了保護編碼器，與其接在一起的各種設備不能有靜電，接地要良好；編碼器在使用時要避免在強電磁波環(huán)境中使用。3.5電機控制在本設計的彩鋼瓦成型設備控制系統(tǒng)中，在生產過程的手動操作階段時，需要通過控制主電機的正轉和反轉來把料送至刀口，而且在生產的過程中也需要對輥的轉速和轉幅進行控制。在這里，我們使用變頻器來實現(xiàn)此控制要求。3.5.1變頻器工作原理變頻器是一種通過微電子技術和變頻技術來改變電動機的工作電源的頻率從而控制電動機轉動狀態(tài)的電力控制設備。變頻器通過對電力半導體器件的通斷來把電壓和頻率固定不變的交流電變成電壓和頻率都可以調動的交流電源?，F(xiàn)在一般用的變頻器基本上運用的是交-直-交方式，它是先通過整流器把交流電源轉換成直流電源，然后再把直流電源轉換成頻率和電壓可以控制的交流電源后提供給電動機。3.5.2變頻器的選型和使用本彩鋼瓦成型設備控制系統(tǒng)設計采用的是西門子的變頻器，其型號為：MICROMASTER440。其參數(shù)如下表3-4所示：表3-4西門子變頻器MM440參數(shù)電源電壓380～480VAC輸出頻率0～650HZ繼電器輸出3個30VDC/5A,可編程模擬輸入0～10VDC,0～20MaDC輸入頻率47～63HZ模擬輸出2個0～20mADC變頻器與電機和三相電的連接電路如下圖3-9所示：圖3-9變頻器電路圖電機傳動示意圖如圖3-10所示：圖3-10電機傳動示意圖3.6控制PLC3.6.1PLC的選擇西門子公司所生產的S7-200系列PLC是一種小型的PLC，它使用的是疊裝式的結構，既擁有非常豐富的指令又有很強大的功能，而且它的結構也很緊湊，可靠性很高，擴展起來也比較方便，因此，這種型號的性價比比較高。通過對S7-200系列PLC的了解，再根據(jù)本設計的需求，我們選擇S7-200CPU226DC/DC/DC。其參數(shù)如下表3-5所示：表3-5S7-200CPU226相關參數(shù)輸入數(shù)24輸入輸出數(shù)16輸出高速計數(shù)器6個內部存儲器256位計數(shù)器總數(shù)256計數(shù)器電源電壓20.4～28.8VDC輸入電流150/1050mA，24VDC3.6.2PLC端口的分配本設計的彩鋼瓦成型設備控制系統(tǒng)的PLC的I/O點地址分配如下表3-6所示。本設計所選用的CPU型號為CPU226DC/DC/DC，它的電源接入既有直流電源又有交流電源，信號輸出也是既有直流電源又有交流電源，而且這些電源的等級也各不一樣，因此，我們在選擇各個電源的時候要獨立分開，不能夠相互干擾。本設計的控制系統(tǒng)所使用到的按鈕有兩種，一種是點動式的按鈕，作用是對電動機進行手動的控制；還有一種是可以鎖存狀態(tài)的按鈕，即手動/自動按鈕。在本設計中有一點需要注意：因為需要對光電旋轉編碼器發(fā)射的的脈沖進行計數(shù)，所以就要用到PLC中的一個高速計數(shù)器。表3-6I/O口的地址分配3.7電機控制電路設計彩鋼瓦成型設備控制系統(tǒng)的主電路設計主要包括兩方面，一方面是變頻器和電機的連接，一方面是刀具執(zhí)行機構的電氣連接，其電機的控制電路如下圖3-11所示。在圖3-11的電機電路中，使用的電源為三相市電輸入，為了對變頻器和電動機進行保護，就需要串聯(lián)兩個斷路器QF1和QF2。電動機M1控制輥的轉動，電動機M2負責給液壓系統(tǒng)提供動力。在一般的情況之下，QF1和QF2是閉合的。斷路器A-QF1、B-QF1的額定電流應大于電機的額定電流。主電機M1選用的是Y132S-6，額定功率3KW，額定電流6.8A；液壓泵電機選用的是Y132S2-2，額定功率7.5KW，額定電流15A。所以選擇的斷路器前者為C65N-C10A/1P,額定電流為10A；后者為GV2-ME20C，額定電流為20A。圖3-11主電路3.8電源分配電路設計在整個控制系統(tǒng)中，所有的設備和元器件使用的不會是相同的電源，比如，液壓泵電機使用的是三相市電，PLC輸入的是220V的交流電。所以，對這些元器件所使用的電源進行合理的分配。電源分配電路如下圖3-12所示：圖3-12電源分配電路3.9本章小結本章主要進行了控制系統(tǒng)的硬件設計，并介紹了PLC外圍設備的型號、工作原理、安裝的方法和使用使用的方法，例如變頻器、光電編碼器、行程開關和光電開關。同時，也對電機和配電的電路進行了設計。本章還對使用的PLC的進行了選型和介紹，并進行了輸入和輸出I/O口地址的分配。第4章系統(tǒng)軟件設計4.1控制系統(tǒng)主流程本設計的彩鋼瓦成型設備控制系統(tǒng)分兩部分，一部分為系統(tǒng)在手工的操作方式下的運行，另一部分為系統(tǒng)在自動的方式下的運行。它的主流程如下面圖4-1所示：圖4-1主流程在上面的主流程圖中，先進行初始化，接著讀觸摸屏的參數(shù)值，然后按下電源按鈕，就會使主電路接通，緊接著就會進行工作方式的選擇，可以選擇手動工作方式和自動工作方式兩種。如果選擇了手動的工作方式，因為它的運行次數(shù)較少，所以每次執(zhí)行完成一次手動子程序后都會直接再返回到工作方式的選擇。然后選擇自動工作方式，自動的子程序運行起來比手動的子程序復雜，每次執(zhí)行完成一次自動子程序后，都會進行以此判斷，如果經(jīng)過判斷工作方式?jīng)]有發(fā)生改變，那么就會直接返回到自動的子程序；如果經(jīng)過判斷工作方式發(fā)生了改變，那么就會返回到工作方式的選擇。由上可知，在控制系統(tǒng)的主流程圖中一共有兩個主體，分別是手動的控制流程和自動的控制流程。由圖可知，系統(tǒng)進入到自動控制的子流程時，會先對設備上的鋼料進行檢測，如果檢測到無料，就會報警并返回到工作方式的選擇，然后選擇手動進行人工裝料；如果檢測到有料，就會啟動變頻器，可以通過變頻器調整輥的轉動速度，從而控制彩鋼瓦的生產速度。當設備運行一段時間后，就會通過對旋轉編碼器發(fā)送的脈沖信號的計算，計算出彩鋼板移動的位移，如果達到設定值，那么就會發(fā)送沖壓信號，使刀具下切將彩鋼板剪切。4.2控制系統(tǒng)功能模塊控制系統(tǒng)功能模塊框圖圖4-2控制系統(tǒng)功能模塊框圖4.2.2參數(shù)設置程序在本設計的彩鋼瓦成型設備控制系統(tǒng)中，我們需要對剪切的彩鋼瓦長度進行設置，而且在剪切之前，電機會通過高速和降速階段來將彩鋼板送到設定的長度參數(shù)位置，對高速點和降速點也需要進行參數(shù)的設置。參數(shù)設置的程序如下圖4-3所示：圖4-3參數(shù)設置程序4.2.3自動控制程序在本設計的彩鋼瓦成型設備控制系統(tǒng)中，手動控制結束后就會進入自動控制階段。在自動控制階段，依次會完成高速計數(shù)器的復位，檢測有無料，變頻器通過高低速來使彩鋼板運動到設定的剪切長度位置，然后發(fā)送沖壓信息，刀具下切，最后刀具恢復。自動控制程序如下圖4-4所示：圖4-4自動控制程序4.2.4手動控制流程圖及程序相比于上面的主流程圖來說，手動控制的子流程是比較簡單的，分別用到兩個按鈕來控制主電機的前進和停止，使控制系統(tǒng)在進入到自動運行的方式之前能夠人工的使彩鋼板穿過各個輥一直到達刀具的位置。其手動控制的流程圖如下圖4-5所示。在手動控制流程圖4-2中，在手動的方式下所用到的兩個按鈕SB3和SB4全部都是點動式的按鈕，這兩個按鈕分別控制的是主電機的正轉和反轉。只要將相應的按鈕按下，PLC就會根據(jù)編寫出的程序的指令來控制相應的輸出端的通斷情況，從而控制變頻器所發(fā)脈沖的方向輸出以及頻率輸出，并依此來達到對輥的前進和后退的控制。圖4-5手動控制流程在一般的控制系統(tǒng)中，對電機正轉和反轉的控制需要用到接觸器的連鎖。但是，在此彩鋼瓦成型設備控制系統(tǒng)的設計中，對主電機的控制是通過變頻器進行的，通過變頻器來控制主電機的正轉、反轉、高速、中速、低速，所以在手動控制階段，對主電機的正反轉控制是通過變頻器的，不用進行互鎖。手動控制的程序如下圖4-6所示：圖4-6手動控制程序4.2.5液壓系統(tǒng)程序在本設計的彩鋼瓦成型設備控制系統(tǒng)中，我們需要對液壓系統(tǒng)的啟停和刀具的上行、下切進行控制，其中既有手動方式，又有自動方式。本設計的液壓系統(tǒng)控制程序如下圖4-7所示：圖4-7液壓系統(tǒng)程序4.3編程軟件的選擇本設計的彩鋼瓦成型設備控制系統(tǒng)的程序的編寫選用西門子的STEP7-Micro/WIN編程軟件。此軟件是西門子基于Windows專門為S7-200系列PLC設計開發(fā)的應用軟件。此軟件的特點：功能非常強大，而且界面也比較友好，使用起來非常方便。使用這個軟件用戶不僅能夠對PLC應用程序進行編寫，而且還能夠對所編程序進行實時的調試來驗證編寫的程序是否正確。所以說，STEP7-Micro/WIN編程軟件對于使用S7-200系列PLC的用戶來說是一種極好的編程軟件。4.4本章小結本章主要是對系統(tǒng)的軟件設計進行了詳細的介紹，首先對整個控制系統(tǒng)的主流程進行了介紹，然后通過對控制系統(tǒng)功能模塊的介紹，分別對參數(shù)設置、手動控制、自動控制、液壓系統(tǒng)控制進行了說明并編寫了程序，最后對編程所使用的軟件進行了選擇和介紹。結論本彩鋼瓦成型設備控制系統(tǒng)的設計基本上達到了預期的目的。當彩鋼板輸送過來時，采用的光電編碼器檢測系統(tǒng)就會對彩鋼板的運動位移進行自動計數(shù)，當記錄的數(shù)與設定值相同時就會啟動液壓剪切系統(tǒng)來剪切彩鋼板；在料架和壓輥之間安裝光電開關來檢測有無料，有料正常工作，無料則報警停機；傳動電機由變頻器進行變頻調速。此系統(tǒng)基于西門子S7-200系列PLC，選用CPU226，結合了變頻器和旋轉編碼器，對所用到的各種設備及元器件進行了合理的選型和布置，并通過STEP7-Micro/WIN編程軟件進行了程序的編寫。相對于交流伺服系統(tǒng)來說，運用PLC和變頻器配合對電機進行控制的性能稍微有點差距，但是對于本設計所要求的控制范圍，采用PLC與變頻器結合的性價比較高。此控制系統(tǒng)的缺陷是沒有使用觸摸屏，參數(shù)的設置是在程序中直接設置的，在生產不同長度彩鋼瓦的時候，需要將程序內設置的參數(shù)進行改變，沒有使用觸摸屏方便。雖然在彩鋼瓦成型設備控制系統(tǒng)設計的過程中參考了大量的文獻資料，并得到了指導老師的認真指導，但由于自己的水平有限，內容難免會有錯誤和不當之處，懇請大家的批評指正。謝辭在三個多月的畢業(yè)設計的設計過程中，我得到了指導老師馬利民的悉心指導。在資料的查找，設計的步驟和論文的編寫方面，馬利民老師都給我提供了許多的幫助，并提出了寶貴的意見。每當在設計中出現(xiàn)錯誤和疑問時，馬老師都會指出，并耐心的給我解釋和更正。馬老師嚴謹認真的工作態(tài)度以及對我的嚴格要求使我受益匪淺，在這里，向尊敬的馬老師表示衷心的感謝。同時，也要感謝這段時間給予我?guī)椭椭С值耐瑢W。最后，也感謝在百忙之中對我的論文進行評審的各位評審老師，感謝大家對我的論文提出的寶貴意見！參考文獻桂興春,林艾光.液壓與氣壓傳動.北京:北京航空航天大學出版社,2011姜繼海.液壓與氣壓傳動.北京:高等教育出版社,2002曹玉平,閻祥安.液壓傳動與控制.天津:天津大學出版社,2004林敏.計算機控制技術及工程應用.北京:國防工業(yè)出版社,2012林敏.計算機控制技術及系統(tǒng).北京:中國輕工業(yè)出版社,1999王毅,張早校.過程裝備控制技術及應用.北京:化學工業(yè)出版社,2007宋淑彩,劉建臣.AutoCAD2008實用教程.北京:國防工業(yè)出版社,2009李方園.西門子S7系列PLC電氣控制精解.北京:化學工業(yè)出版社,2010廖常初.S7-200PLC編程及應用.北京:機械工業(yè)出版社,2008劉華波.西門子S7-200PLC編程及應用案例精選.北京:機械工業(yè)出版社,2009S7-200可編程控制器系統(tǒng)手冊.西門子(中國)有限公司龔仲華.S7-200系列PLC應用技術.北京:人民郵電出版社,2011王瑾,孫艷萍.變頻調速技術及應用.北京:化學工業(yè)出版社,2012趙燕.傳感器原理及應用.北京:北京大學出版社,2010吳建平.傳感器原理及應用.北京:機械工業(yè)出版社,2009附錄附錄A程序外文資料翻譯FrequencyVariationSpeedControl1ThePopularityandProspectofFrequencyVariationSpeedControlTheelectricalmachineryexchangefrequencyconversionvelocitymodulationtechnologyistheelectricitysaving,theimprovementtechnicalprocessimprovestheproductqualityandtheimprovementenvironment,theimpetustechnologyadvancementonemainmethodnowThefrequencyconversionvelocitymodulationbyitsoutstandingvelocitymodulationandthebrakingquality,thehighefficiency,thehighpowerfactorandtheelectricitysavingeffect,thewidespreadapplicablescopeandothermanymeritsbythedomesticgrandfatherwasthoughtmosthasthedevelopmentfuturevelocitymodulationway.Theelectricaltransmissioncontrolsystemusuallybytheelectricmotor,thecontroldeviceandtheinformationinstalls3partstobecomposed,theelectricaltransmissionrelatesusestheelectricmotorbytosavetheelectricalenergyandtocontrolthemachineryreasonablytheoperatingcondition,therealizationelectricalenergy-mechanicalenergytransformation,achieves,thehighproduction,thelowconsumptiongoalhighquality.Theelectricaltransmissiondividesintodoesnotmodulatevelocityandmodulatesvelocitytwobigkinds,thevelocitymodulationisdividedtheexchangetomodulatevelocityandtodirectcurrentmodulatesvelocitytwoways.ThevariablespeedmotordirectlydoesnotsupplypowerbytheelectricalnetworkButthemachinerywhichdoesnotmodulatevelocityalongwithelectricpowerelectronictechnologydevelopmentthiskindoforiginalmanuscriptmoreandmoremanychangestothevelocitymodulationtransmissionbytosavetheelectricalenergy.Theimprovementproductquality,enhancestheoutputThereforethevelocitymodulationtransmissionisanimportantprofession,alreadyobtainedthecountrytotake,atpresenthadcertainscale.Inthisrecent10years,thefrequencyconversiontechnologyapplicationhastheverybigdevelopmentinourcountry,andobtainedthegoodeffecttobepossibletosay,thefrequencyconversiontechnologyhasacceptedforthemajorityusers,buthadnoalternativebuttopointout,ourcountryinfrequencyconversiontechnologyapplicationaspect,withdevelopedcountrylevelShangYouverybigdisparity.Atpresent,theACmotorsweareusingnowusefrequencyvariationspeedcontrolonlyabout6%,butthedevelopedcountryis60%~70%,Japanonairblower,waterpumpfrequencyconversionvelocitymodulationuserateis10%,butourcountryislessthan0.01%,InJapanair-conditionerusingfrequencyvariationtechniquerateis70%,butourcountry'sonlythenjuststartedEmbarksfromthisreality,frequencyconversiontechnologyremainhavetheverybigdevelopmentspace,weshouldcompletethepromotedapplicationworkdoggedly.Andwiththeconstantdevelopmentofcontroltechniqueandcontrolavenue,frequencyvariationspeedcontrolledhasdevelopedthevectorcontrolledfrequencyvariationvelocitymodulation,bycontrollingtheACmotorinsideactforshuntDCmotorfieldcopers’flux,toenhancethepermanenttorqueoutputscopeandstaticanddynamiccharacter,maketheACmotorfrequencyvariationspeedcontrolledsystemsuperiortoDCmotorvoltagevariationspeedcontrolledsystem.Forsimplifyingthecontrolsystem,reducingthefaultrate,therehasdevelopedavectorcontrolledfrequencyvariationspeedcontrolwithoutspeedsensorwhichbasedonthevectorcontrolledfrequencyvariationspeedcontrol.Insomeapplicationwhichhavelowrequire,vectorcontrolledfrequencyvariationspeedcontrolwithoutspeedsensorcouldcompletelycomparewiththevectorcontrolledfrequencyvariationspeedcontrolthathavespeedsensor.Thevectorcontrolhastheepoch-makingsignificancetotheACcurrentmotorvelocitymodulation.Frequencyvariationspeedcontrolisthebestwayinthemotorspeedmodulation,itistheperfectgearinthecompany’stechnicalreformandproductrenewal,itistheessentialcompositionintheindustrialautomaticsystem,itistheassumptionofrealizingtheautomaticofproductproceedandmanagement,itisalsothepreconditioninthedevelopmentofinformationization.Inourcountry’straditionalestate,usingtheDCmotorspeedcontrolactuationaccountabout85%~90%inthespeedcontrolledsystem,buttheACspeedcontrolledsystemaccountabout10%~15%.Lowefficiency,badquality,largecost,highfaultratehavealreadybeenthebottleneckthatrestrainthedevelopmentofthecompany.So,wemustpromotetheadvancedACfrequencyvariationspeedcontroltechniquepositively,armsthetraditionalindustrywiththeadvancedequipment,promoteafurtherdevelopmentintheautomation,theindustrializationandtheinformationization.2FrequencyVariationSpeedControlledModeThealternatingfrequencyconversionvelocitymodulationtechniqueobtainedtherapiddevelopmentin20thcentury.Thisisrelatedwithsomecrucialtechnicalwhichgainunprecedentedprogress,theyareMotorvectorcontroltechnique,directtorquecontroltechnique,PWMtechnique,Entirenumericalcontroltechniqueandself-settingtechniquewhichbasedonmicrocomputerandlargescaleintegratedcircuit,andsoon.⑴VectorControlTechniqueVectortransformationcontroltechniqueisaonekindofnewcontrolthoughtandcontroltheorywhichposedbySIEMENSCO.in1971.Itisrealizingthestatorcurrentexcitationcomponentandthetorquecomponentsolutionlotusrootbyrotormagneticfielddirectiondetection,andvectortransformation,achievedthegoalthatseparatelycontrolthemotorfluxlinkageandtheelectriccurrent,asaresult,obtainfinelystatic,dynamicperformance.Untilnow,thevectorcontroltechniquehasobtainedtheconsiderabledevelopment,andalsoobtainedthewidespreadapplication.⑵VectorControlwithoutVelocityGeneratorTechniqueVectorcontrolwithoutvelocitygeneratortechniqueabolishtheproblemsthattheenvironmentcompatibility、installandmaintenancebringon,reducethecost,enhancethesystemreliability,atthesametime,unionvectorcontrol,hasthefineperformanceofvectorcontrol.Thespeedestimatemethodinvectorcontroltechniquewithoutvelocitygenerator,besidesbasismathematicalmodelcomputationelectricmotorrotationalspeed,atpresentthemoreappliedarethemodeltoreferauto-adaptedmethodandexpandstheKalmanfilteringlaw.Inaddition,entireUygurrotormagneticfluxsight,toothovertoneelectricpotential,suchasthistheoryandsoon,alsoappearanceinthevectorcontrolwithoutvelocitygeneratortechnique.Since1983proposedthevectorcontrolwithoutvelocitygeneratortechniquecontrolstrategy,receivestheacademiccirclesandtheindustrialfieldcontinuouslyhighlyfocusedallthetime.HitachicompanyandSichuanelectricalmachineryandsoonhadpublishedtheresearchresultsseparatelyin1987,andhadpromotedtheproductoneafteranother.Atpresent,vectorcontrolwithoutvelocitygeneratortechniqueinfrequencyconvertercontrollinginthevelocitymodulationscopeisabout1:50,someindividualmerchanthas1:75orevenhigherproduct.⑶DirectTorqueControlTechniqueIn1985,Germany'sM.Depen-blockproposesthedirecttorquecontroltechnique（DTC）forthefirsttime，Thedirecttorquecontroltechniqueanalyzesthemotormathematicalmodeldirectlyunderthestatorcoordinatesystem.Usesthestatormagneticfielddirectiondetectionbutnottoneedthesolutionlotusrootelectriccurrent，directlycontroltheelectricmotorfluxlinkageandtorque,enablethetorquetoobtainthefastresponse,inordertoobtainthehighlyeffectivecontrolperformance.Directtorquecontroltechniqueisanotherkindofnew、highperformancealternatingfrequencyconversionvelocitymodulationtechniqueaftervectorcontroltechniqueinthenearly10years,thiskindofcontroltechniqueisinsensitivetotheelectricalmachineryparameter,notinfluencebytherotorparameter,easyandfeasible,ithasthebroaddevelopmentandtheapplicationprospect.⑷PWMControlTechniqueIn1964,Germany'sA.Schonungandsomepeopletooktheleadtoproposethepulse-durationmodulationfrequencyconversionthought,openedtherecentdevelopmentdomainforthemodernalternatingvelocitymodulationsystem.ThePWMcontroltechniquecontrolstheinversionoutputalternatingfundamentalwavevoltagepeak-to-peakvaluebychangingtherectanglepulsewidth,controlsitsoutputfrequencythroughchangingthemodulationcycle,inordertocarryontheoutputvoltagepeak-to-peakvalueandthefrequencycontrolontheinversionatthesametime.ThePWMtechniquesimplifiedtheinversionstructure,candistinctlychangetheoutputwaveshapeofthefrequencyconverter,reducestheovertonelossofelectricmotor,andreducesthetorquepulsation,atthesametimeenhancestheperformanceofdynamicresponsesystem.ThePWMtechniquealsomayuseintherectifiercontrollingcanrealizetheinputcurrentwhichapproachesthesineextremely.Andmaycausetheelectricalnetworkpowerfactoris1.ThePWMrectifierthusiscalled“thegreenconverter”.Atpresent,PWMtechniquehasbecomethemostwidespreadcontroltechniqueappliedinthefrequencyconverter.TheunceasinglyvelocitymodulationperformanceofalternatingcurrentmotorisasaresultofthePWMtechniqueunceasingprogressenhancementintheverygreatdegree.AtpresentthewidelyappliesistheoptimizesPWMlawwhichdevelopingbasedontheregularsamplingPWMfoundation,thatisThriceHarmonicSuperposetheory