1、鋼管磨削生產線 PLC 軟件設計摘要 目錄 1摘 要 2Abstract第一章 緒論 11 鋼管的生產流程 12 課題的研究目的與意義 121 修磨工藝 122 貫穿磨削法 123 鋼管修磨生產線的工作流程第二章 西門子 PLC 與 STEP7 編程 21 可編程控制器 211PLC 的結構與特點 212 西門子 PLC 213PLC 的應用 22 STEP7 編程軟件 221PLC 軟件系統及常用編程語言 222STEP7 編程軟件的使用 223 用戶程序的根本結構第三章 鋼管磨削生產線 PLC 軟件的設計第四章 STEP7 的通信第五章 結論參考文獻附錄一致謝 第一章 緒 論 鋼管生產技術

2、的開展開始于自行車制造業的興起。19 世紀初是由的開發，兩次世界大戰期間艦船、鍋爐、飛機的制造，第二次世界大戰后火電過路的制造，化學工業的開展以及石油天然氣的鉆采和運輸等，都有力地推動著鋼管工業在品種、產量和質量上的開展。1.1 鋼管生產流程 鋼管不僅用于輸送流體和粉狀固體、交換熱能、制造機械零件和容器，它還是一種經濟鋼材。用鋼管制造建筑結構網架、支柱和機械支架，可以減 輕重量，節省金屬 2040，而且可實現工廠化機械化施工。天津鋼管公司加工車間由于采用了鋼管網架結構，實際節約鋼材達 42.9 ，用鋼管制造公路橋梁不但可節省鋼材、簡化施工，而且可大大減少涂保護層的面積，節約投資和維護費用。所以

3、，任何其他類型的鋼材都不能完全代替鋼管，但鋼管可以代替局部型材和棒材。鋼管對國民經濟開展和人類生活品質的提高關系甚大，遠勝于其他鋼材。從人們的日常用具、家具、供排水、供氣、通風和采暖設施到各種農機用具的制造、地下資源的開發、國防和航天所用槍炮、子彈、導彈、火箭等都離不開鋼管。由于鋼管與人類生活、生產活動密不可分，鋼管工業的生產技術不僅開展迅速，而且推陳出新，鋼管生產在鋼鐵工業中占有不可替代的位置。鋼管與圓鋼等實心鋼材相比，在抗彎抗扭強度相同時，重量較輕，是一種經濟截面鋼材，廣泛用于制造結構件和機械零件，如石油鉆桿、汽車傳動軸、自行車架以及建筑施工中用的鋼腳手架等。由于在周長相等的條件下，圓面積

4、最大，用圓形管可以輸送更多的流體。此外，圓環截面在承受內部或外部徑向壓力時，受力較均勻，因此，絕大多數鋼管是圓管。 工業管的工藝流程：管坯檢驗剝皮檢驗加熱穿孔酸洗修磨潤滑風干焊頭冷拔固溶處理酸洗酸洗鈍化檢驗 無縫管加工流程：開卷平整端部剪切及焊接活套成形焊接內外焊珠去除預校正感應熱處理定徑及校直渦流檢測切斷水壓檢查酸洗最終檢查包裝 鋼管精整工序包括：矯直、切鋸鋼管頭尾、鋸切分段、取樣、檢查、修磨、切鋸廢品管段、噴印標記、包裝以及有特殊要求的熱處理、無損檢測、液壓試驗及涂層等。各種鋼管的精整和加工工序如圖 1.1： 圖 1.1 該課題研究的主要內容就是鋼管精整工序中的工藝流程中的修磨生產線 PL

5、C 軟件設計。1.2 課題研究的目的與意義 外表不合格的鋼管必須進行修磨，外外表多采用砂輪機修磨，內外表采用磨床修磨。鋼管檢查的機械化和自?翹岣咴芑檣實墓丶蛑唬唇止薌觳楹托弈淖遠呤歉止蘢遠醬餼齙奈侍狻?21 修磨工藝 磨削加工在機械制造行業中應用比擬廣泛，經熱處理淬火的碳素工具鋼和滲碳淬火鋼零件，在磨削是與磨削方向根本垂直的外表常常出現大量的較規那么排列的裂紋磨削裂紋，他不但影響零件的外觀，更重要的還會直接影響零件的質量。 磨削是指用磨料，磨具切除工件上多余材料的加工方法，根據工藝目的和要求不同，磨削加工工藝方法有多種形式，為了適應開展需要，磨削技術朝著精密，低粗糙度，高效，高速和自動磨削方向

6、開展。磨削利用高速旋轉的砂輪等磨具加工工件外表的切削加工。磨削用于加工各種工件的內外圓柱面、圓錐面和平面，以及螺紋、齒輪和花鍵等特殊、復雜的成形外表。由于磨粒的硬度很高，磨具具有自銳性，磨削可以用于加工各種材料，包括淬硬鋼、高強度合金鋼、硬質合金、玻璃、陶瓷和大理石等高硬度金屬和非金屬材料。磨削速度是指砂輪線速度，一般為 3035 米秒，超過 45 米/秒時稱為高速磨削。磨削通常用于半精加工和精加工，精度可達 IT85 甚至更高，外表粗糙度一般磨削為 R a1.250.16 微米，精密磨削為 R a0.160.04 微米，超精密磨削為 R a0.040.01 微米鏡面磨削可達Ra0.01 微米

7、以下。磨削的比功率或稱比能耗，即切除單位體積工件材料所消耗的能量比一般切削大，金屬切除率比一般切削小，故在磨削之前工件通常都先經過其他切削方法去除大局部加工余量，僅留 0.11 毫米或更小的磨削余量。隨著緩進給磨削、高速磨削等高效率磨削的開展，已能從毛坯直接把零件磨削成形。也有用磨削作為荒加工的，如磨除鑄件的澆冒口、鍛件的飛邊和鋼錠的外皮等。 修磨工藝分中間修磨和成品修磨兩種。中間修磨也稱粗磨，主要是對熱軋產品經熱帶退火酸洗后的帶卷俗稱白卷進入冷軋工藝前進行外表缺陷的修整，為獲得較高的外表質量創造條件，同時還可以減少帶鋼外表的缺陷因而損傷軋輥，一般情況下，在進行粗磨前，先對帶鋼進行一道小壓下量

8、的軋制，約 10的變形，以改善板型。而成品修磨，即精磨，主要是提高或改善經冷軋，冷帶退火酸洗或者是光亮退火后的成品鋼卷的外表質量，比方消除帶鋼外表的夾雜物，凹坑，花紋等各種缺陷，從而得到外表等級較高的帶鋼產品。而鋼管修磨工藝是修磨工藝中的精磨即成品修磨。 磨削工藝按照加工外表來分分為：外圓磨削、內圓磨削、平面磨削、無心磨削。1.外圓磨削 主要在外圓磨床上進行，用以磨削軸類工件的外圓柱、外圓錐和軸肩端面。磨削時，工件低速旋轉，如果工件同時作縱向往復移動并在縱向移動的每次單行程或雙行程后砂輪相對工件作橫向進給，稱為縱向磨削法。如果砂輪寬度大于被磨削外表的長度，那么工件在磨削過程中不作縱向移動，而是

9、砂輪相對工件連續進行橫向進給，稱為切入磨削法。一般切入磨削法效率高于縱向磨削法。如果將砂輪修整成成形面，切入磨削法可加工成形的外表。2.內圓磨削 主要用于在內圓磨床、萬能外圓磨床和坐標磨床上磨削工件的圓柱孔、圓錐孔和孔端面。一般采用縱向磨削法。磨削成形內外表時，可采用切入磨削法。在坐標磨床上磨削內孔時，工件固定在工作臺上，砂輪除作高速旋轉外，還繞所磨孔的中心線作行星運動。內圓磨削時由于砂輪直徑小磨削速度常常低于 30 米/秒。3.平面磨削 主要用于在平面磨床上磨削平面、溝槽等。平面磨削有兩種：用砂輪外圓外表磨削的稱為周邊磨削，一般使用臥軸平面磨床如用成形砂輪也可加工各種成形面；用砂輪端面磨削的

10、稱為端面磨削，一般使用立軸平面磨床。4.無心磨削 一般在無心磨床上進行，用以磨削工件外圓。磨削時，工件不用頂尖定心和支承，而是放在砂輪與導輪之間，由其下方的托板支承，并由導輪帶動旋轉。當導輪軸線與砂輪軸線調整成斜交 1°6°時，工件能邊旋轉邊自動沿軸向作縱向進給運動，這稱為貫穿磨削。貫穿磨削只能用于磨削外圓柱面。采用切入式無心磨削時，須把導輪軸線與砂輪軸線調整成互相平行，使工件支承在托板上不作軸向移動，砂輪相對導輪連續作橫向進給。切入式無心磨削可加工成形面。無心磨削也可用于內圓磨削，加工時工件外圓支承在滾輪或支承塊上定心，并用偏心電磁吸力環帶開工件旋轉，砂輪伸入孔內進行磨削

11、，此時外圓作為定位基準，可保證內圓與外圓同心。無心內圓磨削常用于在軸承環專用磨床上磨削軸承環內溝道。122 貫穿磨削法 圖 1.2 圖 1.3 所示為貫穿磨削法的工作原理圖。貫穿磨削時，將工件 2從機床前面放在托板 4 上，進入磨削區域后，工件一面旋轉一面作軸向運動。磨削完畢后，由機床后端出去，另一個工件又從機床前端推入磨削區域。這樣可以一件接一件的連續加工。 圖 1.2 貫穿磨削法工作原理圖 1砂輪 2工件 3導輪 4托板 圖 13 貫穿磨削法工作原理剖面圖 1砂輪 2工件 3導輪 4托板 工件軸向移動的原因是由于導輪 3 的中心線在垂直平面內傾斜了一個角度，因此導輪與工件接觸處的線速度可以

12、分解為水平方向的分速度和豎直方向的線速度。123 鋼管修磨生產線的工作流程 在所研究的鋼管修磨生產線上有 91 個托輥裝配部件、10 個輸入翻板部件、4 個主動托輥裝配部件、1 個托輥角度調整傳動系統、10 個分管器、2 個分管器座、1 個分管器驅動裝置、1 個輸入壓輪布置與下壓機構、3 個修磨機壓輪與底座裝配部件、3 個輔助壓輪、3 個過渡壓輪裝配部件、1 個輸出壓輪布置與下壓機構、10 個輸出翻板部件、12 個拉桿連接器、1 個推拉汽缸、1 個保護墻、1 個托輥角度調整機構、1 個輸入翻板制動器、1 個輸出翻板制動器、1 個機座裝配。 當鋼管經過酸洗之后進入鋼管修磨生產線時，首先由輸入翻板

13、將鋼管翻入修磨生產線上，由于托輥與鋼管之間有一個角度當托輥被電機帶動旋轉時鋼管將一邊旋轉一邊沿軸向做縱向給進運動。鋼管進入修磨工位后，輸入壓輪1、2、3壓輪壓下對鋼管徑向施加約束，壓住管子作旋轉前進。當進入修磨機壓輪4、5、6壓輪時壓輪壓下對鋼管管端位置進行約束，提升裝置將鋼管提升到固定的中心線后待修磨。此時砂輪修磨頭1、2砂輪修磨頭或砂帶修磨頭3砂帶修磨頭自動下降對管子進行修磨，鋼管到達指定位置后，修磨汽缸動作，使砂輪壓在鋼管外表，開始對鋼管進行修磨，修磨長度結束后，修磨汽缸翻開。鋼管進入輔助壓輪1、2、3輔助壓輪時，輔助壓輪自動下降，壓住管子。鋼管修磨后進入過渡壓輪7壓輪，由于生產線過長過

14、渡壓輪的作用是防止鋼管脫落生產線，過渡壓輪壓下，壓住管子做旋轉前進。鋼管進入輸出壓輪8、9、10壓輪，輸出壓輪自動下降，壓住管子做旋轉前進直至出料臺架。在此過程中當管子尾端離開輸出壓輪時輸出壓輪自動抬起，離開管子；當尾端離開修磨機壓輪時修磨機壓輪自動抬起，離開管子；當尾端離開砂輪修磨頭或砂帶修磨頭時砂輪修磨頭或砂輪修磨帶自動抬起，離開管子；當尾端離開輔助壓輪時輔助壓輪自動抬起，離開管子；當尾端離開過渡壓輪時過渡壓輪自動抬起，離開管子；當尾端離開輸出壓輪時輸出壓輪自動抬起，離開管子。進入出料臺架后輸出翻板動作將鋼管翻進料筐或將管子撥到皮帶式輥道上將管子送入探傷機組進行復探。 本課題研究的就是這一

15、生產線上所有動作的 PLC 軟件設計過程，主要應用西門子 PLC 通過 STEP7 軟件進行設計。 第二章 西門子 PLC 與 STEP7 編程 鋼管磨削生產線的采用西門子 SIMATIC S7-300PLC 控制，用西門子 STEP7軟件創立可編程邏輯控制程序。2.1 可編程控制器 可編程控制器是指可通過編程或軟件配置改變控制對策的控制器。 可編程控制器簡稱 PC英文全稱：Programmable Controller，它經歷了可編程序控矩陣制器 PMC、可編程序順序控制器 PSC、可編程序邏輯控制器 PLC英文全稱：Programmable Logic Controller和可編程序控制器

16、 PC 幾個不同時期。為與個人計算機PC相區別，所以將可編程控制器簡稱 PLC。 國際電工委員會IEC對 PLC 的定義是：“PLC 是一種專門為在工業環境下應用而設計的數字運算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲器，用來在其內部存儲執行邏輯運算、順序運算、計時、計數和算術運算等操作的指令，并能通過數字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產過程。PLC 及其有關的外圍設備都應該按易于與工業控制系統形成一個整體，易于擴展其功能的原那么而設計。 從結構上分，PLC 分為固定式和組合式模塊式兩種。固定式 PLC包括 CPU 板、I/O 板、顯示面板、內存塊、電源等，這些元素組合成一個不

17、可拆卸的整體。模塊式 PLC 包括 CPU 模塊、I/O 模塊、內存、電源模塊、底板或機架，這些模塊可以按照一定規那么組合配置。211 PLC 的結構與特點 PLC 實質是一種專用于工業控制的計算機，其硬件結構根本上與微型計算機相同，根本構成為：1. 電源 PLC 的電源用于為 PLC 各模塊的集成電路提供工作電源，在整個系統中起著十分重要的作用。如果沒有一個良好的、可靠的電源系統是無法正常工作的，因此 PLC 的制造商對電源的設計和制造也十分重視。一般交流電壓波動在1015范圍內，可以不采取其它措施而將 PLC 直接連接到交流電網上去。同時，有的還為輸入電路提供 24V 的工作電源。電源輸入

18、類型有：交流電源220VAC 或 110VAC，直流電源常用的為 24VDC。2. 中央處理器單元CPU 中央處理單元CPU是 PLC 的控制中樞，是 PLC 的核心起神經中樞的作用，每套 PLC 至少有一個 CPU。它按照 PLC 系統程序賦予的功能接收并存儲從編程器鍵入的用戶程序和數據；檢查電源、存儲器、I/O 以及警戒定時器的狀態，并能診斷用戶程序中的語法錯誤。當 PLC 投入運行時，首先它以掃描的方式接收現場各輸入裝置的狀態和數據，并分別存入 I/O 映象區，然后從用戶程序存儲器中逐條讀取用戶程序，經過命令解釋后按指令的規定執行邏輯或算數運算的結果送入 I/O 映象區或數據存放器內。等

19、所有的用戶程序執行完畢之后，最后將 I/O 映象區的各輸出狀態或輸出存放器內的數據傳送到相應的輸出裝置，如此循環運行，直到停止運行。為了進一步提高 PLC 的可靠性，近年來對大型 PLC 還采用雙 CPU 構成冗余系統，或采用三 CPU 的表決式系統。這樣，即使某個 CPU 出現故障，整個系統仍能正常運行。CPU 速度和內存容量是 PLC 的重要參數，它們決定著 PLC 的工作速度，I/O 數量及軟件容量等，因此限制著控制規模。3. 存儲器 存放系統軟件的存儲器稱為系統程序存儲器。存放應用軟件的存儲器稱為用戶程序存儲器。4. 輸入輸出接口電路I/O 模塊 PLC 與電氣回路的接口，是通過輸入輸

20、出局部I/O完成的。I/O 模塊集成了 PLC 的 I/O 電路，其輸入暫存器反映輸入信號狀態，輸出點反映輸出鎖存器狀態。輸入模塊將電信號變換成數字信號進入 PLC 系統，輸出模塊相反。I/O 分為數字量輸入DI，數字量輸出DO，模擬量輸入AI，模擬量輸出AO等模塊。1、現場輸入接口電路由光耦合電路和微機的輸入接口電路，作用是 PLC 與現場控制的接口界面的輸入通道。2、現場輸出接口電路由輸出數據存放器、選通電路和中斷請求電路集成，作用 PLC 通過現場輸出接口電路向現場的執行部件輸出相應的控制信號。常用的 I/O分類如下： 開關量：按電壓水平分，有 220VAC、110VAC、24VDC，按

21、隔離方式分，有繼電器隔離和晶體管隔離。 、 模 擬 量 ： 按 信 號 類 型 分 ， 有 電 流 型 4-20mA0-20mA 電 壓 型0-10V0-5V-10-10V等，按精度分，有 12bit14bit16bit 等。除了上述通用 IO 外，還有特殊 IO 模塊，如熱電阻、熱電偶、脈沖等模塊。 按 I/O 點數確定模塊規格及數量，I/O 模塊可多可少，但其最大數受CPU 所能管理的根本配置的能力，即受最大的底板或機架槽數限制。5. 底板或機架 大多數模塊式 PLC 使用底板或機架，其作用是：電氣上，實現各模塊間的聯系，使 CPU 能訪問底板上的所有模塊，機械上，實現各模塊間的連接，使各

22、模塊構成一個整體。6. 功能模塊 如計數、定位等功能模塊7. 通信模塊 如以太網、RS485、Profibus-DP 通訊模塊等8. 編程設備 編程器是 PLC 開發應用、監測運行、檢查維護不可缺少的器件，用于編程、對系統作一些設定、監控 PLC 及 PLC 所控制的系統的工作狀況，但它不直接參與現場控制運行。小編程器 PLC 一般有手持型編程器，目前一般由計算機運行編程軟件充當編程器。9. 人機界面 最簡單的人機界面是指示燈和按鈕，液晶屏或觸摸屏式的一體式操作員終端應用越來越廣泛，由計算機運行組態軟件充當人機界面非常普及。 PLC 的特點：1. 可靠性高，抗干擾能力強2. 編程方法簡單易學3

23、. 功能強性能價格比高4. 硬件配套齊全，用戶使用方便適應性強5. 系統的設計、安裝、調試工作量少6. 維修工作量小，維修方便7. 體積小，重量輕，能耗低212 西門子 PLC 德國西門子SIEMENS公司生產的可編程序控制器在我國的應用也相當廣泛，在冶金、化工、印刷生產線等領域都有應用。西門子SIEMENS公司的 PLC產品包括 LOGO，S7-200，S7-300，S7-400，工業網絡，HMI 人機界面，工業軟件等。 西門子 S7 系列 PLC 體積小、速度快、標準化，具有網絡通信能力，功能更強，可靠性更高。S7 系列 PLC 產品可分為微型 PLC如 S7-200，小規模性能要求的 P

24、LC如 S7-300和中、高性能要求的 PLC如 S7-400等。 1SIMATIC S7-200 PLC S7-200 PLC 是超小型化的 PLC，它適用于各行各業，各種場合中的自動檢測、監測及控制等。S7-200 PLC 的強大功能使其無論單機運行，或連成網絡都能實現復雜的控制功能。 S7-200PLC 可提供 4 個不同的根本型號與 8 種 CPU 可供選擇使用。 2SIMATIC S7-300 PLC S7-300 是模塊化小型 PLC 系統，能滿足中等性能要求的應用。各種單獨的模塊之間可進行廣泛組合構成不同要求的系 與統。 S7-200 PLC 比擬，S7-300 PLC 采用模塊

25、化結構，具備高速0.60.1s的指令運算速度；用浮點數運算比擬有效地實現了更為復雜的算術運算；一個帶標準用戶接口的軟件工具方便用戶給?心？榻脅問持擔環獎愕娜嘶緱娣褚丫稍?S7-300 操作系統內，人機對話的編程要求大大減少。SIMATIC 人機界面HMI從 S7-300 中取得數據，S7-300 按用戶指定的刷新速度傳送這些數據。S7-300 操作系統自動地處理數據的傳送；CPU的智能化的診斷系統連續監控系統的功能是否正常、記錄錯誤和特殊系統事件例如：超時，模塊更換，等等；多級口令保護可以使用戶高度、有效地保護其技術機密，防止未經允許的復制和修改；S7-300 PLC 設有操作方式選擇開關，操

26、作方式選擇開關像鑰匙一樣可以拔出，當鑰匙拔出時，就不能改變操作方式，這樣就可防止非法刪除或改寫用戶程序。具備強大的通信功能，S7-300 PLC 可通過編程軟件 Step 7 的用戶界面提供通信組態功能，這使得組態非常容易、簡單。S7-300 PLC 具有多種不同的通信接口，并通過多種通信處理器來連接 AS-I 總線接口和工業以太網總線系統；串行通信處理器用來連接點到點的通信系統；多點接口MPI集成在 CPU 中，用于同時連接編程器、PC 機、人機界面系統及其他 SIMATIC S7/M7/C7 等自動化控制系統。 3SIMATIC S7-300PLC/S7-400PLC 是用于中、高檔性能范圍的可編程序控制器。S7-400 PLC 采用模塊化無風扇的設計，可靠耐用，同時可以選用多種級別功能逐步升級的 CPU，并配有多種通用功能的模板，這使用戶能根據需要組合成不同的專用系統。當控制系統規模擴大或升級時，只要適當地增加一些模板，便能使系統升級和充分滿足需要。 4工業通訊網絡 通訊網絡是自動化系統的支柱，西門子的全集成自動 化 網 絡 平