1、 / 72 / 72本科畢業設計任務書題目：鋼管稱重、測長設備控制系統設計測長部分一、畢業設計內容及要求（一）設計題目鋼管稱重、測長設備控制系統設計測長部分（二）設計目的通過該題目的設計培養學生綜合運用所學的基礎理論知識、基本技能和專業知識進行分析 和解決實際問題的能力。培養學生查閱技術資料的能力，培養實際獨立完成課題的工作能力。使學生受到系統開發的綜合訓練，達到能進行系統設計和實施的目的。使學生掌握無縫管稱重、測長設備的工作原理。提高學生對工作認真負責、一絲不茍，對事物能潛心考察、勇于開拓、勇于實踐的基本素 質。（三）控制設備概述及工作原理控制設備組成操作臺兩臺控制柜兩臺工業控制機一臺西門子

2、機一臺直流電源一臺.工作過程這是鋼管生產線上的一個自動檢測、記錄、打標記的自動化設備。它可對無縫鋼管自動 進行測長、稱重，打印、噴標等工序。此設備共有四個工位：第一工位為測長工位，實現對鋼管長度的測量。第二工位為稱重工位，實現對鋼管重量的稱量。第三工位為打印工位，在鋼管一端的外表面通過氣動打標機打印出鋼管的各種信息，如 重量、長度、批次、符合標準及國家有關標準規定的和客戶指定的數字、字符和圖形；氣動 打標機也可移動到第五工位（噴印工位）用于實現對鋼管兩端的打印。第四工位為噴標工位，在鋼管的外表面噴印上鋼管的各種信息，如重量、長度、批次、 符合標準及國家有關標準規定的和客戶指定的數字、字符和圖形

3、。鋼管的上料、鋼管在各工位之間的移動、鋼管的下料均通過機械式步進機構實現。機械 式步進機構采用雙電動機驅動，變頻調速，通過氣動摩擦片制動器、減速機、鏈條帶動步進梁的移動電控系統采用各單機自成體系，獨立控制，獨立操作的分布型控制模式。該控制模式是 將工控機、可編程控制器和管理融合在一個系統中，沒有操作站和控制站的明顯區別。各單 機可以即作控制，又作操作顯示，通信系統又可以把數據等信息送往其它站，從而使數據資 源共享。主要工作過程如下：)光電傳感器結合旋轉編碼器的形式，在對齊輥道上實現在鋼管運動中對其長度的測量。)當向右移動的鋼管頭部遮斷0.4m處的光電傳感器時，機開始對旋轉編碼器計數；)與此同時

4、，其它對光電傳感器進入中斷程序，當向右(東側)移動的鋼管尾部脫開任一個光電傳感器，都產生一個中斷信號，則機停止對旋轉編碼器計數；)機將中斷點光電傳感器的位置信號和計數信息送給工控機，工控機計算出鋼管的長度;)計算公式：(鋼管長度)(產生最后一個中斷信號的光電傳感器至第一對光電傳感器的距離)(旋轉編碼器的計數長度)設計要求.控制要求()控制系統應滿足設備的工藝要求，測量的距離精度應滿足要求()打印位置準確、字符高度、深度應滿足要求()輥道除自動加工外，應有手動控制()系統具有程序預選功能。程序選定后，整個加工過程自動進行()電源及系統的運行應有相應的指示()故障報警應有相應的指示()應有必要的電

5、氣保護措施.設計內容()理解該設備的工作原理()畫出控制設備的工藝流程圖()對控制設備中所用的所有電器元件選型，編制電器元件明細()控制程序的設計()畫出整個控制系統的電氣控制原理圖、端子接線圖、的端子接線圖()控制程序調試()按要求撰寫畢業設計說明書()論文答辯應完成的技術資料.開題報告(字左右).畢業設計說明書(字左右).技術資料()系統電氣原理圖()的接線圖()控制程序清單及注釋主要參考文獻及資料西門子(中國)有限公司用戶手冊北京(中國)有限公司，王化祥.傳感器原理及應用.天津大學出版社，袁子榮.液壓傳動與控制.重慶大學出版社，張群生.液壓與氣壓傳動.機械出版社，張鳳山.電氣控制及可編程

6、控制器中國輕工業出版社，何建平.電氣傳動重慶大學出版社，曹玉平.液壓傳動與控制.天津大學出版社，張錚沖壓自動化電子科技大學出版社，周恩濤.可編程控制器原理及其在液壓系統中的應用，機械工業出版社,王永華等.現代電氣控制及應用技術，北京航空航天出版社，二、畢業設計進度計劃及檢查情況記錄表序號起止日期計劃完成內容實際完成內容檢杳日期 檢杳人簽名一結合任務書了解課 題應用情況并搜集 相關資料一完成開題報告一初步熟悉工藝要求一畢業實習一選擇控制元件列出 內部表一編輯梯形圖一進行軟件程序調試并修改程序一畫出整個系統硬件接線圖一收集所用資料、寫論 文、修改并裝訂一做好幻燈片，論文答亠、丄 辯注：()表中“實

7、際完成內容”、“檢查人簽名”欄目要求用筆填寫，其余各項均要求打印。()畢業設計任務書一式二份，一份學院系留存，一份發給學生，任務完成后裝訂在畢業設計說明書內。天津理工大學本科畢業設計開題報告屆：學院：自動化專業：電氣工程及其自動化 年月 日畢業設計題目鋼管稱重、測長設備控制系統設計測長部分學生姓名鄧大龍學號指導教師吳鳳英職稱高級工程師（報告內容包括課題的意義、國內外發展狀況、本課題的研究內容、研究方法、 研究手段、研究步驟以及參考文獻資料等。）一、本課題研究的目的及意義長度是鋼管的主要規格指標之一，快速準確的測長系統是實現產品標志重要 環節。不同類型的鋼管標志都有其相應的標準。常見的測長方法有

8、：人工測長、 測量、超聲波測量、多波長干涉測量等，這些測長方法在鋼管生產線中運用都有 一定的局限性。利用對射光電管、編碼器、上位機等組成的光電式測長系統， 性能穩定，成本低，完全能適應鋼管生產線自動測長的要求。鋼管的生產工藝種類繁多，生產過程非常復雜，生產設備也很龐大。按照 工藝流程，管坯進入車間后按照工藝要求鋸成定尺長度， 然后依次經過環形爐加 熱、三焜穿孔機穿孔、連軋機軋鋼、定徑機定徑。加工成的鋼管需要減徑的再加 熱后送至減徑機上減徑。從定徑或減徑機扎出的成晶管，送至鏈式冷床上冷卻， 冷卻后鋸成定尺長度的鋼管（有的需要熱處理）輸送到斜焜式矯直機上矯直，矯 直后依次經過超聲波探傷，水壓機實驗

9、，隨后進行其他各項精整工序。精整后的 成品管經過感應加熱爐后進行涂油打捆入庫。鋼管系統（、）包括鋼管承重、測長、涂色、打標、噴標，是對成品鋼管 進行長度、重量的檢測、打標、涂色，根據一定的標準把鋼管定義為好管或壞管。 然后把鋼管的有關信息，如爐號、班號、材料、長度、重量、生產廠家等按一定 的標準標注在鋼管表面。由此可見，系統應該安排在鋼管生產工藝流程的精整部 分。本設計的測長系統填補了國內鋼管生產線的空白， 其檢測精度和表示果達到 了世界同類產品的先進水平，解決了以前依靠國外進口的困境，在很大程度上降 低了成本。本設計主要有以下幾項工作：（）對測長系統進行了總體方案設計，具體包括：各個工位的硬

10、件組成、天津理工大學教務處制表工作原理和具體設計方案，確定了控制系統和軟件的功能等。()控制系統設計。對測長系統的控制系統進行了詳細設計，主要包括系統電氣組成、硬件設計等()程序的設計及調試。根據測長系統的功能要求，針對系統的硬件特點， 對程序進行了模塊化設計。根據各個工位功能的不同和所需的交流信號，對各個工位程序的流程、控制信號和數據信號、以及與上位機通訊時序進行了詳細設計。 完成現場調試、解決了現場中出現的問題。二、國內外發展狀況現在國內有近百家鋼管生產廠家，除了幾家最大型的鋼管公司具有雄厚的資金實力，能從國外引進專業的生產設備，其他企業的生產設備都很落后。 有一些供公司自己組織技術力量進

11、行技術攻關也研制出了一些產品，能在一定程度上解決問題，但產品大體上存在以下一些問題：()設備大部分只能完成單一的任務，不能再自動生產線上和其他設備一起 工作，使得生產效率低下，不能從根本上解決問題。()產品的穩定性不夠。由于這些產品的主要控制部件采用了單片機控制， 在鋼管生產的惡劣環境中，各種干擾是的控制系統的故障率極高()產品缺乏擴展性。易擴展性已成為現代產品的特征，缺乏擴展性的產品 將阻礙自動化的發展三、鋼管自動測長的發展方向()系統強調控制和智能的全分散性，各個設備是具有自治功能的智能體， 相互之間高內聚、松耦合。某些局部協調通過自治完成。()系統應該具有高穩定性、高可靠性。在結構設計上

12、滿足穩定性和可靠性 的要求。()完善的計算機監控功能。生產現場的惡劣環境，不適宜工人在現場長時 間的操作，因此要求在上位計算機上能夠監控所有現場的運行情況通過時具有故 障報警和自診斷功能，這樣只要在控制室里就能“看到”現場的一切動作。()系統精度高和工作周期短。測長系統的精度可以達到2mm四、本課題的研究內容()理解該設備的工作原理，畫出控制系統的工藝流程圖()選擇控制系統中所用的控制元件()設計控制系統的主控電氣控制原理圖天津理工大學教務處制表()與變頻器及編程計算機的通訊設置()編制程序五、本課題的研究方法()到工廠實地參觀控制系統，了解工作原理()到圖書館查閱資料和有關文獻()復習相關的

13、理論知識()理論結合實驗進行課題研究六、本課題的研究手段利用軟件進行程序的設計和硬件的配置及通訊，在實驗室進行硬件的連線和 仿真，實現工業自動化控制。七、本課題的研究步驟()了解設備的工作原理；()完成定義點圖、接線端子圖、電氣原理圖及通訊系統圖；()進行編程；()硬件連接，利用軟件進行仿真；()觀察仿真結果并分析八、參考文獻西門子(中國)有限公司用戶手冊北京(中國)有限公司，王化祥.傳感器原理及應用天津大學出版社，袁子榮.液壓傳動與控制重慶大學出版社，張群生.液壓與氣壓傳動機械出版社，張鳳山電氣控制及可編程控制器中國輕工業出版社，何建平電氣傳動.重慶大學出版社，曹玉平.液壓傳動與控制天津大學

14、出版社，張錚.沖壓自動化電子科技大學出版社，周恩濤.可編程控制器原理及其在液壓系統中的應用，機械工業出版社，王永華等.現代電氣控制及應用技術，北京航空航天出版社，簽字:指導教師意見天津理工大學教務處制表鋼管稱重、測長設備控制系統設計測長部分摘要主要對鋼管稱重測長設備中的測長部分進行控制系統的設計研究，報告了 國內外鋼管的發展方向和發展趨勢，并對各種方案進行了比較，明確了研究課 題的意義以及研究課題的方法和手段。根據系統的設計要求和技術參數要求， 確定了測長系統的工作原理和系統的組成，繪制出了系統的工藝流程圖。對所 用的電氣控制設備、變頻器以及各種元器件包括斷路器和交流接觸器等進行了 設備選型。

15、對電氣控制系統進行了設計，包括對整個控制系統框架、主電路、 控制電路等的設計。對系統的各硬件之間進行了通訊配置，簡單介紹了網絡、一 網絡和工業以太網三種通訊網絡的通訊方式，采用一網絡對一、和變頻器進行 了通訊配置，對一進行了梯形圖程序的編寫。 關鍵詞：鋼管；測長；控制系統；一；目 錄第一章緒論概述研究目的及意義本課題的研究方法及手段 本課題的研究方法本課題的研究手段第二章系統的分析與控制任務設備的主要技術參數及要求 系統電氣控制要求系統的組成及主要部分的工作原理 設備工藝流程圖第三章測長系統控制元件選擇鋼管測長控制系統方案 主控制裝置的選擇的選擇機型容量及其模塊的選擇變頻器的選擇變頻調速的原理

16、變頻器的選擇步進梁變頻器參數的設定測長輥道變頻器參數的設定熔斷器的選擇交流接觸器的選擇第四章 電氣控制系統設計 系統框架系統供電線路主電路接線輔助部分接線控制電路接線輸入輸出端子表端子接線圖電磁閥電路第五章系統的通訊通訊網絡簡介產品介紹網絡工業以太網網絡網絡使用注意事項 系統的硬件配置圖 與站的通信設置圖與變頻器的通信設置圖 # / 72與變頻器的通信設置圖 / 72通訊小結第六章系統的程序設計系統程序的組成部分及作用 控制系統程序設計參考文獻附錄控制系統設計圖 附錄主程序致謝 # / 72 / 72 / 72第一章緒論概述長度是鋼管的主要規格指標之一，快速準確的測長系統是實現產品標志的重要環

17、節。不 同類型的鋼管標志都有其相應的標準。常見的測長方法有：人工測長、測量、超聲波測量等， 這些方法有一定的局限性。利用對射光電管、編碼器、上位機等組成的光電式測長系統、性 能穩定，成本低，完全能適應鋼管生產自動測長的要求。國內大多數鋼鐵企業生產設備落后，主要存在以下一些問題：.設備大都只能完成單一的任務，不能再自動生產線上和其它設備一起工作，使得生產效率 依然低下，不能從根本上解決問題。.產品的穩定性不夠，由于這些產品的主要控制不見采用了單片機控制，在鋼管生產的惡劣 環境中，各種干擾使得系統的故障率極高。、.滿足不了企業日益增長的企業管理功能。、實現程度已經成為企業現代化的重要標志。企業 的

18、質量管理已經成為現代化制造企業的管理核心。每根鋼管都有一系列的數據，這些數據的 鋼管的整個生命周期里都很重要。舊的自行開發的系統只考慮到在生產中的功能，而忽略了 在管理中的功能。研究目的及意義本設計的測長系統填補了國內鋼管生產線的空白，其檢測精度和表示成果達到了世界同 類產品的先進水平，解決了以前依靠國外進口的困境，在很大程度上降低了成本。本設計主 要有以下幾項工作：.對測長系統進行了總體方案設計，具體包括：各個工位的硬件組成、工作原理和具體設計 方案，確定了控制系統和軟件的功能等。.控制系統設計。對測長系統的控制系統進行了詳細設計，主要包括系統電氣組成、硬件設 計等.程序的設計及調試。根據測

19、長系統的功能要求，針對系統的硬件特點，對程序進行了模塊 化設計。根據各個工位功能的不同和所需的交流信號，對各個工位程序的流程、控制信號和 數據信號、以及與上位機通訊時序進行了詳細設計。完成現場調試、解決了現場中出現的問 題。本課題的研究方法及手段1.3.1本課題的研究方法.到工廠實地參觀控制系統，了解工作原理.到圖書館查閱資料和有關文獻.復習相關的理論知識.理論結合實驗進行課題研究132本課題的研究手段利用軟件進行程序的設計和硬件的配置及通訊，在實驗室進行硬件的連線和仿真，實現 工業自動化控制。第二章系統的分析與控制任務設備的主要技術參數及要求.甲方參數及工廠情況年平均氣溫11.9 C夏季最高

20、平均氣溫29.6 C冬季最低平均氣溫-7.3 C極端最高氣溫39.6 C極端最低氣溫-20.7 C最熱（月）最高平均氣溫26.1 C最冷（月）最低平均氣溫-4.6 C年平均降雨量584.8mm年最大降雨量929.9mm年最小降雨量194.9mm一天內最大降雨量 200.1mm一小時內最大降雨量 62.9mm年平均風速3.12m夏季冬季平均風速.2m年主導風向北、北西、南西夏季冬季主導風向 南、東北、北西 .設備參數鋼管參數：鋼管直徑：139.7mm355.6mm鋼管壁厚：-16mm鋼管單根最重：2000kg鋼管長度范圍：6m15.5m總體設備參數：電氣容量移鋼機制動形式電液式測長參數：測長道電

21、機功率：編碼器參數：側長范圍：15.5m側長精度：土 2mm夏季冬季大氣壓地震強烈度供電 土頻率頻率頻率水質懸浮物總硬度壓力壓縮空氣壓力含油量 A固體微粒半徑設備本體尺寸19m x 4.5m壓縮空氣壓力：用量：1mA接口管徑：移鋼機參數：移鋼機電機功：減速機傳動比稱重參數：符合中國國家商業三級秤標準200KG-700K& 土 0.4KG 分度值 0.2KG 700KG-4000K 土 3KG 分度值 1kg 稱重傳感器：顯示儀表： / 72 / 72系統電氣控制要求電氣控制在硬件上由電氣柜、各種元器件和控制核心組成。配電柜、主控柜、噴標掛箱 是各種元器件的載體。配電柜給系統各個部分供電，顯示各

22、種電源參數，操作臺和噴標掛箱 通過面板上的按鈕對所涉及區域進行控制，并通過面板上的指示燈反應系統狀態。系統的協 調工作是由通過裝載其中的程序來實現的，系統包括設備總體控制和測長、稱重、色環、打 標、噴標、步進等各個局部控制。通過各個按鈕和合理布置的傳感器采集信號，判斷系統所 處狀態， 作出正確反應，使所有動作有條不紊的進行。各個工位都是一個局部小系統，可以很好的實 現這些工位的配合工作與集成。同時通過功能模塊實現高速計數和位置控制功能。此外，還 留有接口，以備生產車間的聯網與功能擴展，留有二級網絡接口，且接口軟件開放。系統里 有多個控制器，如噴標控制器和稱重儀表，這些控制器和儀表都有外部接口可

23、以通過對其進 行控制，也可用或實現控制器與之間的通訊，實現整個系統的自動化控制。系統組成及主要部分的工作原理主要包括： 步進裝置、 測長裝置、 稱重裝置.移鋼機：采用曲柄連桿機構，步進裝置帶動托料機構，完成鋼管的橫向移位，每轉一周完成鋼管的一次移位， 周而復始實現鋼管從上料工位依次經過測長、稱重、噴標、保護漆，最 后到出料工位。移鋼機的作用是把鋼管從一個工位搬到下一個工位，周而復始。現在常用移鋼機根據傳 動方式有多種方式，常用的有鏈式傳動、齒輪傳動、曲軸連桿傳動和液壓傳動。從多方面比 較，本套選擇使用曲軸連桿傳動形式，其傳動結構較簡單、動力性能優良、現場施工維護方 便。移鋼機由交流異步電動機驅

24、動，實現鋼管的上料、移位和出料。電動機是由變頻器進行 控制的，可以根據現場條件和生產節奏的要求，控制步進機構的加減速曲線和速度的調節。.測長：測長裝置由測長油缸、測長輥道、光電傳感器組、測長輪、測長編碼器、測長擋板裝置等部分組成。在測長時，測長油缸推動鋼管軸向運動，編碼器開始計數。結合測長光電 傳感器計算鋼管長度，從而對鋼管長度進行測量。測長裝置主要由測長油缸、測長輥道、測長光電管組成。測長工作過程為：鋼管到達測 長工位后，測長油缸推動鋼管沿軸向運動，鋼管每經過一對光電管，便清除編碼器的當前計 數值，當測長油缸到達前位時，系統記錄下光電傳感器的狀態及編碼器的計算值，從而計算 出鋼管的長度。測長

25、工位要求上料必須滿足進料金屬線土 100mm的要求。.稱重：稱重裝置由支撐架、箱型梁、稱重傳感器及顯示儀表等組成。稱重信號可以經過采 集、轉換、放大傳遞至計算機進行存儲顯示。稱重裝置由稱重傳感器、二次儀表、信號采 集卡等組成。稱重系統由稱重箱型梁、稱重模塊及上支板構成。稱重梁下設置 個稱重模塊，組成支點， 其中 塊為固定式，塊半浮動式，另外 塊為浮動式。稱重模塊型號為。稱重模塊下部與基 礎框架板連接，上部與稱重梁連接。稱重梁上部有 個 型支架，型面上固定有尼龍板，減少沖擊，也可防止劃傷鋼管外壁。稱重模塊選擇梅特勒托利多公司的動載稱重模塊，該類型模塊采用自穩定承壓頭設計，并且配備了可調式水平限位

26、螺栓，可以始終保持正確的加載 位置，稱量重復性能好，適用于過程稱重控制。稱重工作過程：鋼管到達稱重工位后，稱重 傳感器將電信號傳送到二次儀表，進行信號放大和信號處理，然后再傳到計算機口，由計算機記錄鋼管重量數據。.工作原理簡介：光電傳感器結合旋轉編碼器的形式，在對齊輥道上實現在鋼管運動中對其長度的測量。當向右移動的鋼管頭部遮斷 0.4m處的光電傳感器時，機開始對旋轉編碼 器計數；與此同時，其它對光電傳感器進入中斷程序，當向右（東側）移動的鋼管尾部脫開任一個光電傳感器，都產生一個中斷信號，則機停止對旋轉編碼器計數；機將中斷點光電傳感 器的位置信號和計數信息送給工控機，工控機計算出鋼管的長度。計算

27、公式：（鋼管長度）（產生最后一個中斷信號光電傳感器至第一對光電傳感器的距離）（旋轉編碼器的計數長度）.設備工藝流程圖步迸梁電機啟無5步進契潯銅管送人測長確遭測長槻道電機啟動癥轉編碼聖訃蠶測出檢度115測出產生最后一個中斷倍號的光電傳感器至第 對光電傳感器的世離遼L2-1左成汎長鋼管橫向移動送至空軌橫向送至稱直孰道完成稱重_ 一金一 一一一將檢測到的蔘數導人叨算機5J以上參嘰毘能手動圖鋼管稱重測長流程圖第三章測長系統控制元件選擇鋼管測長控制系統方案系統以 為控制核心，將測長、撥料、自動鋸、鋸頭設備、傳感器、控制器、驅動器、 管理系統等控制功能全部集成在計算機上，實現了管理、驅動、信號采集、即時監

28、控、故障 診斷等多種功能的綜合自動化。控制元器件和執行器件均采用了國際知名企業的產品，為系統的穩定性和可靠性提供了保證。系統對輥道電機采用變頻控制，將測長、定位的準確性和 生產效率很好的結合起來。上位機通過 總線與 通信，對系統的狀態進行實時監控。上位機 監控軟件穩定可靠，界面友好，操作簡單主控制裝置的選擇的選擇可編程序控制器（），簡稱，是在繼電順序控制基礎上發展起來的以微處理器為核心 的通用的工業自動化控制裝置。.與微機的區別（）應用范圍 微機除了用在控制領域外，還大量用于科學計算、數據處理、計算機通信等 方便。而主要用于工業控制。（）使用環境 微機對環境要求較高，一般要在干擾小，具有一定的

29、溫度和濕度要求的機房 內使用。則適用于工業現場環境。（）輸入輸出 微機系統的設備與主機之間采用微電聯系，一般不需要電氣隔離。而一般控 制強電設備，需要電氣隔離，輸入輸出均采用光電耦合，輸出還采用繼電器、可控硅或大功 率晶體管進行功率放大。（）程序設計 微機具有豐富的程序設計語言，如匯編語言、語言、語言、語言、語言等， 其語句多，語法關系復雜，要求使用者必須具有一定水平的計算機硬件和軟件知識。而提供 給用戶的編程語句數量少，邏輯簡單，易于學習和掌握。（）系統功能 微機系統一般配有較強的系統軟件，例如操作系統，能進行設備管理、文 件管理、存儲器管理等。它還配有許多應用軟件，以方便用戶。而一般只有簡

30、單的監控程序， 能完成故障檢查、用戶程序的輸入和修改、用戶程序的執行與監視等。（）運算速度和存儲容量 微機運行速度快，一般為微妙級，因有大量的系統軟件和應用軟 件，故存儲容量大。而因接口的響應速度慢而影響數據處理速度。一般借口響應速度為，巡 回檢測速度為字。的軟件少，所編程序也簡短，故內存容量小。（）價格 微機是通用機，功能完善，故價格較高。而是專用機，功能較少，其價格是微機 的十分之一左右。從以上幾個方面的比較可知，是一種用于自動化控制的專用微機控制系統，結構簡單， 抗干擾能力強，價格也比一般的微機系統低。.與單片機的區別（）單片機不如容易掌握單片機一般要用機器指令或其助記符編程，這就要求設

31、計人員具有一定的計算機硬件和 軟件知識，對于只熟悉機電控制的技術人員來說，需要一段時間的學習才能掌握。本身是微 機系統，提供給用戶使用的是電控人員熟悉的梯形圖語言，使用的術語依然是“繼電器”一 類的術語，大部分指令與繼電器觸電的串聯、并聯、串并聯、并串聯等相應對應，這就使熟 悉機電控制的工程人員一目了然。對于使用者來說，不必去關心微機的一些技術問題，而只 要用較短的時間去熟悉的指令系統及操作方法，就能應用到工業現場。()單片機不如使用簡單用單片機實現自動控制，一般要在輸入輸出接口上做大量的工作。例如要考慮現場與單 片機的連接、接口的擴展、輸入輸出信號的處理、接口工作方式等問題，除了要設計控制程

32、 序，還要在但片機的外圍做很多軟件和硬件方面的工作，調試起來也比較麻煩。而的口已經 做好，輸入接口可以與輸入信號直接連線，非常方便。輸出接口具有一定的驅動能力，例如 繼電器輸出，其輸出觸電容量可答、2A。且口均有光電耦合環節，抗干擾能力強。()單片機不如可靠用單板機做工業控制，突出問題就是抗干擾能力差。而是專門應用于工業場合的自動控 制裝置，在系統硬件和軟件上都采取了抗干擾措施。例如，光電耦合、自診斷、多個并行運 行操作、冗余控制技術等。當今在數據采集、數據處理等方面不如單板機。總之，用于工業控制，穩定可靠，抗干 擾能力強，使用方便，但單板機的通用性和適應性較強。機型、容量及其模塊的選擇根據工

33、作原理及與其他控制設備進行比較后，選擇用西門子一進行控制表及其模塊的選擇名稱訂貨號參數電源負載電源工作內存條指令連接；多排最多可組態 個模塊電子模塊的接口模塊， 有直接發送數據的能力中的用于電子模塊的 電源 模塊，帶診斷功能；同時 可作為模塊數字量輸入數字量輸入模塊，支持 等時模式中的數字量輸出數字量輸出模塊0.5A， 支持等時模式變頻器的選擇331變頻器調速原理變頻器技術是一門綜合性的技術，它建立在控制技術、電子電力技術、微電子技術和計算機技術的基礎上。它與傳統的交流拖動系統相比，利用變頻器對交流電動機進行調速控制,有許多優點，如節電、容易實現對現有電動機的調速控制、可以實現大范圍內的高效連

34、續調速控制、實現速度的精確控制。容易實現電動機的正反轉切換，可以進行高額度的起停運轉， 可以進行電氣制動，可以對電動機進行高速驅動。完善的保護功能：變頻器保護功能很強，在運行過程中能隨時檢測到各種故障，并顯示故障類別 （如電網瞬時電壓降低，電網缺相，直流 過電壓，功率模塊過熱，電機短路等），并立即封鎖輸出電壓。這種“自我保護”的功能，不僅保護了變頻器，還保護了電機不易損壞圖變頻器原理332變頻器選擇由于本設計中變頻器帶電機且對其進行調速，通訊時采用一通訊，所用為一，所以采用西門子變頻器：3.3.3步進梁變頻器參數的設定表步進梁變頻器參數表訪問擴展級可直接訪冋參數選擇電動機類型為電動機的額定電壓

35、為電動機的額定電流為電動機的額定功率為電動機的額定功率因數為電動機的額定速度為 / 72 / 72 / 72電動機的冷卻方式不運行電動機的過載因子為變頻器的通訊設置參數變頻器的通訊設置參數斜坡上升時間為斜坡下降時間為斜坡下降時間為線性控制選擇轉矩設定值為334測長輥道變頻器參數的設定表測長輥道變頻器的參數設定表選擇電動機類型為電動機的額定電壓為電動機的額定電流為電動機的額定功率為電動機的額定功率因數為電動機的額定速度為電動機的冷卻方式不運行電動機的過載因子為變頻器的通訊設置參數變頻器的通訊設置參數斜坡上升時間為斜坡下降時間為斜坡下降時間為線性控制選擇轉矩設定值為斷路器的選擇斷路器是一種很基本的

36、低壓電器，斷路器具有過載、短路和欠電壓保護功能，能保護線 路和電源的能力。低壓斷路器的選擇：低壓斷路器的額定電壓和額定電流應等于或大于線路或設備的正常工作電壓和工作電流。.熱脫扣器的整定電流應與所控制負載的額定電流一致。.欠壓脫扣器的額定電壓應等于線路的額定電壓。.過電流脫扣器的額定電流應大于或等于線路中的最大負載電流。表斷路器參數序號名稱型號功率電流數量斷路器6A只斷路器40A只交流接觸器的選擇接觸器的選擇：.根據電路中負載電流的種類選擇接觸器的使用類別；.接觸器的額定電壓應大于或等于負載回路的額定電壓；.額定電流應大于或等于被控主回路的額定電流。.激磁線圈的額定電壓應與所接控制電路的額定電

37、壓等級一致測長輥道電機需要正反轉，故需個交流接觸器，步進梁電機需要個交流接觸器表接觸器參數序號名稱型號參數數量交流接觸器交流接觸器第四章 電氣控制系統設計系統框架測長部分主要用到的硬件有工控機、一、從站以及兩臺變頻器。工控機主要用來對一進 行程序的編寫，通過口連接，通過網絡傳輸數據信息。一與以及兩臺變頻器之間的通訊通過 口完成，通過一網絡進行數據的交換。系統框圖見附錄圖系統供電電路 總電源供電后經過隔離變壓器，左側為直流電，為電磁閥和等元件供電，右側為交流電, 直接為變頻器供電。供電電路圖件附錄圖主電路接線主電路主要由兩臺變頻器和臺電機組成。第一部分主電路由一臺測長輥道變頻器帶臺測長輥道電機組

38、成，其中測長輥道電機功率 為，測長輥道變頻器為。電路圖見附錄圖第二部分主電路由一臺步進梁變頻器帶臺步進梁電機組成，步進梁電機功率為，步進梁 變頻器功率為.電路圖見附錄圖輔助部分接線圖輔助部分電路有冷卻風扇、照明燈和插座組成。冷卻風扇起為供電柜降溫的作用。當供電柜內某地方需要檢修時，需要照明燈進行照明, 需要插座來提供電源。電路圖見附錄控制電路接線圖控制電路主要用來控制步進梁電機的停止、測長輥道電機的啟停、氣動打印機和噴碼機 的啟動等。具體見電路圖見附錄圖輸入輸出端子表表 輸入端子表序號名稱元件名稱代碼地址編號自動運行開關自動停止開關自動工作方式開關手動工作方式開關急停開關測長輥道正轉開關測長輥

39、道反轉開關步進梁點動開關打印頭鎖緊開關打印頭開放開關打印頭上升開關打印頭下降開關噴碼頭鎖緊開關噴碼頭開放開關噴碼頭上升開關噴碼頭下降開關輸出輥道正轉開關輸出輥道反轉開關編碼同步器上升開關編碼同步器下降開關液壓機啟動開關液壓機停止開關待料工位檢測接近開關測長位檢測接近開關空位檢測接近開關稱重管檢測接近開關打印工位檢測接近開關噴碼工位檢測接近開關打印頭原點接近開關步進梁原點接近開關噴碼機開始噴碼接近開關噴碼機噴碼結束接近開關測長對齊接近開關打印頭壓下開始打印接近開關打印頭縮緊限位接近開關打印頭開放限位接近開關打印頭上升限位接近開關打印頭下降限位接近開關噴碼頭縮緊限位接近開關噴碼頭開放限位接近開關噴

40、碼頭上升限位接近開關噴碼頭下降限位接近開關第對光電開關接通光電開關第對光電開關接通光電開關第對光電開關接通光電開關第對光電開關接通光電開關第對光電開關接通光電開關第對光電開關接通光電開關第對光電開關接通光電開關第對光電開關接通光電開關第對光電開關接通光電開關第對光電開關接通光電開關第對光電開關接通光電開關第對光電開關接通光電開關第對光電開關接通光電開關第對光電開關接通光電開關第對光電開關接通光電開關第對光電開關接通光電開關第對光電開關接通光電開關第對光電開關接通光電開關第對光電開關接通光電開關第對光電開關接通光電開關第對光電開關接通光電開關第對光電開關接通光電開關第對光電開關接通光電開關第對光

41、電開關接通光電開關第對光電開關接通光電開關第對光電開關接通光電開關第對光電開關接通光電開關第對光電開關接通光電開關第對光電開關接通光電開關第對光電開關接通光電開關第對光電開關接通光電開關第對光電開關接通光電開關第對光電開關接通光電開關第對光電開關接通光電開關第對光電開關接通光電開關測長電機故障開關步進梁電機故障開關輸出輥道電機故障開關測長變頻器故障開關步進梁變頻器故障開關輥道故障開關輥道急停開關表 輸出端子表序號名稱元件名稱代碼地址編號步進梁電機啟停中間繼電器測長工位輥道電機加速中間繼電器測長工位輥道電機減速中間繼電器測長工位輥道電機反轉中間繼電器打印頭鎖緊中間繼電器打印頭松開中間繼電器打印頭

42、下降中間繼電器打印頭上升中間繼電器噴碼頭鎖緊中間繼電器噴碼頭松開中間繼電器噴碼頭下降中間繼電器噴碼頭上升中間繼電器上料翻料臂允許翻料中間繼電器噴印輸出輥道加速中間繼電器噴印輸出輥道反轉中間繼電器噴印輸出輥道正轉中間繼電器工作狀態（自動啟停）中間繼電器步進梁氣動剎車中間繼電器打印開始中間繼電器噴印開始中間繼電器噴碼機同步機上升中間繼電器噴碼機同步機下降中間繼電器測長變頻器故障指示燈步進梁變頻器故障指示燈測長輥道變頻器故障指示燈步進梁電機故障指示燈氣動打印故障指示燈噴碼故障指示燈從一為的擴展模塊上的數字量輸入模塊。一為與的通訊端子端子接線圖在本設計中數字量輸入端子為個，數字量輸出端子為個，一擴展模

43、塊上的數字量輸入模 塊選為位，由供電。輸入端子接線圖見附錄圖一圖連接到一從站上的數字量輸出模塊為位的 繼電器輸出類型，由供電。輸出端子接線圖見附錄圖一圖電磁閥電路電磁閥電路主要用來控制打印頭和噴碼頭的開放、縮緊、下降和上升以及對步進梁電機進行氣動剎車。具體電路設計見附錄圖第五章系統的通訊通訊網絡簡介SIMATIC PCSIMATIC PCSIMATIC HMI b*SIMATICNETSfMATIC 控制器圖產品介紹MPI網絡-工業以太兩PROFIBUSDPROFIBUS DP產品介紹是西門子自動化系列產品品牌統稱，來源于。西門子公司的產品包括，工業網絡，人機界面，工業軟件等。是模塊化小型系統

44、，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統。與 比較，采用模塊化結構。具備強大的通信功能，可通過編程軟件的用戶界面提供通信組態功能，這使得組態非常容易、簡單。具有多種不同的通信接口，并通過多種通信處理器來連接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（）集成在中，用于同時連接編程器、機、人機界面系統及其他等自動化控制系統。支持在 操作系統下進行系統范圍的組態和訪問共享數據。 硬件配合使用，為用戶提供 數據、圖形和事件顯示，硬件需要經過軟件（如）組態才能配合使用。是西門子在工業控制層面上提供的一個多元的通訊系統。它意味著您

45、能將工業現場的、主機、工作站和個人電腦聯網通訊，為了適應自動化工程中的種類多樣性，推出了多種不同的通訊網絡。包括：工業以太網、一、。是執行器傳感器接口，它是一種用來在控制器 （主站）和傳感器/執行器（從站）之間雙 向交換信息的總線網絡，屬于現場總線下面底層設備級的監控網絡系統。接口是與電腦的接口。接口是 一種專用的編程器接口。西門子一、人機界面、編程器、機通過網絡、工業以太網、三種網絡進行通訊網絡S1MAT1C PC S1MATIC PC1oo -a - a0MplS i MATH圖網絡是多點接口的簡稱。 都集成了通信協議和的物理層接口。最大傳輸速率為12M.通過能同時連接運行 的編程器、計算

46、機、人機界面（）及其它、和。用戶界面提供了硬件組態功能，使得硬件組態很簡單。用戶界面提供了通信組態功能，使通信組態也變得簡單。聯網的可以通過接口實現全局數據（）服務，周期性地相互進行數據交換每個可以使用的連接總數與的型號有關。工業以太網-工業以太網用于工廠管理層和單元層的通信系統。用于對時間要求不太嚴格，需要傳送 量數據的場合西門子的工業以太網的傳輸速率為 10M100M最多可以達到個網絡節點，網 的最大范圍為150KM西門子的系列通過或工業以太網協議，可以利用的通信服務進 數據交換。P網絡通訊網絡是一種高速低成本通信，用于設備級控制系統與分散式的通信。使用可取代辦 或信號傳輸。使用物理層，數

47、據鏈接層和用戶接口，用于現場層的高速數據傳送。主站周期 地讀取從站地輸入信息并周期地向從站發送輸出信息。總線循環時間必須要比主站程序循環 時間短。還提供智能化現場設備所需的非周期性通信以進行組態、診斷和報警處理及復雜設備在 運行中參數的確定。特征傳輸技術雙絞線、雙線電纜或光纜。波特率從一；時最大傳輸距離為100m時為200m另外還可以用中繼器延長 。總線存取：各主站間令牌傳遞，主站與從站間為主一從傳送。支持單主或多主系統。總線上 最多站點（主一從設備）數為。通信:點對點（用戶數據傳送）或廣播（控制指令）。循環主一從用戶數據傳送和非循環主 主數據傳送。運行模式：運行、清除、停止。同步：控制指令允

48、許輸入和輸出同步。同步模式：輸出同步；鎖定模式：輸入同步。診斷功能：經過擴展的診斷能能對故障進行快速定位。診斷信息在總線上傳輸并由主站采 集可靠性和保護機制：所有信息的傳輸按海明距離進行。從站帶看門狗定時器。對從站的輸 入輸出進行存取保護。主站上帶可變定時器的用戶數據傳送監視。系統的結構主站I1口戶1圖一系統結構主站設備 帶有接口的的、和；帶有接口或處理器的；以及西門子某些老型號、和從站設備分布式設備；通過通信處理器的、帶有接口的（只能通過）、帶有通信模塊的網絡使用注意事項終端電阻的使用：在總線段的開始和結束處，必須打開終端電阻，以保證各主站和從站之 間能夠正常通訊，如想要終止通訊，貝恠某個從

49、站出將終端電阻打開即可。終端電阻的作用：有效減小網絡信號在傳輸過程中的反射和折射效應，從而使網絡信號增 強,可以有效地抵御電磁干擾。波特率的選則網段長度-rf*” fcL!l!I2小*廠0”4I:1i EHI!p*IIIBiflntJJ8從詁圖波特率表波特率的選擇波特率網段長度到米米米到米若網段長度超過米則加用中繼器，其作用是對信號的放大和再生綜上所述，本設計要應用在工廠車間內，且是用于車間級監控和現場層的通信系統，所 以本設計采用一網絡進行通訊，采用的是通訊協議中的協議。系統的硬件配置圖13UT tn&2Fg|rrir 315-2 dp121 z電MIBaDC 削 W5BTl&rrCVSIH

50、lBalCEiin&zXL*y| Dd WEMW101tX3HJUSJ) W 王站4噴(L；n) uItQ孩決trOTtlfirl IKt1地址q HtL .主樣j| ?C jO? 10*g 3(T (r 21g 昶S CP 31h! IIiiKsn 血 :qjMiii 1應倔?*3s-&7991 RIETG 戟JE5 je：-：rll -u*#(D . 1f 0tn&DC24*61 前改日 TEMOOPAAtL JJ 3 止 1111L 甘：IJI jILI 】-WUL M34.51 IL:xDC2clfT 33f-&H0C-QAAIE 廣H花創口蟄eu麻 321-jawa-o.we. .9

51、j OlltxIIISUE57 321-JEHDCHJAAI10. - iiIDT1圖一主從站硬件配置圖與站的通信設置圖n1r1 ?S 30? 1QAzr1 匚Fl 315-2 JJFVJl=34BtTIl% 叱 PWstaiCiDCKYg7aHtxDCE47g1011UILSL-L血叫吐丄潛JJ砂殆號工q豈址H2F DK1VBEST 13F-4C1ZO-OSUO:BW DCf47/0i 弘BEST 13J-4EKO-OAAQD.O .0 T3UU. IC赳川0”bllT? L3S MMJ UMU1 U : 1卑BDC KKYXLSA鈕刃 132-A!KOH3iAO2.H .2.T號sm ic

52、EAV/o 餉窕訂MR赴皿”0附iJO3.A .3 7619Q10圖與通訊設置是采用一協議的分布式設備。應用時，作為主站，通過帶有集成接口的，連接到總線而作為從站連接到總線上。添加的分布式與站中的本地具有統一的編址，因此在用戶程序中可以像訪問本地一樣方2 龐gj CTW 315-2 DF34MLAXDC24?-5”尬也飾燈PiTJILzlJmtfaHLEznmtfgIDsi vaaii便地訪問分布式。與變頻器的通信設置圖I*(4) UCLXfl/SnK 釈022圖與變頻器通訊配置rfiOH3VSiJ UF 主甌與元(J |蘭阪jHIUuuVArTllL 90 ar id . s I地址c mt

53、1 DD0 TMf.皇 HD1nr M P.O： Jti . JSf： . rv圖與變頻器通訊配置通訊小結在本設計中主站是帶有一接口的一。從站為一個分布式設備以及一臺帶個電機的變頻 器和一臺帶個電機的變頻器用總線形式與連起來使用，它接收的數據通過總線傳輸給的，經過處理后再把信號通過 的輸出輸送出去，不需要編程，但是在寫程序的時候，必須在硬件組態中將通過總線掛在機 架上，并且保證實際模塊與組態信息保持一致。本設計通訊主站與各從站傳輸速率：表傳輸速率站 波特率 （主站）（從站）變頻器 （從站）變頻器 （從站）（主站）（從站）M變頻器 （從站）M變頻器 （從站）第六章系統的程序設計系統程序的組成部分

54、及作用該程序主要由主程序、測長程序、稱重程序、故障報警程序和信號傳遞程序組成。以下 省去稱重部分。主程序負責控制設備的自動運行和急停，完成對于下設子程序的選擇執行。測長程序完成測長輥道的自動（手動）正傳（加速、減速）和反轉。利用高速計數器模 塊完成對于脈沖編碼器的計數和清零， 將高速計數器所計之整數轉化為實際長度， 得出,檢測 每一個光電開關下降沿觸發時（即管左端移開光電開關時）產生的中斷信號，根據對于產生 最后一個中斷信號的光電開關位置的檢測，計算出該光電開關到第一對光電開關的距離，得 出鋼管的實際長度，然后再通過將其與基準值的比較，確定鋼管是否符合生產要求。信號傳遞程序完成各個工位管的檢測

55、，確定延時的時間以及是否執行工位賦值指令。檢 驗稱重、測長得出的數據是否超過上下限，確定鋼管是否合格。故障報警程序主要完成對于測長電機、步進梁電機、測長變頻器以及步進梁變頻器的故 障的檢測和報警。:主程序:測長程序:信號傳遞程序:故障報警程序控制系統程序的設計（見附錄）參考文獻西門子（中國）有限公司用戶手冊北京（中國）有限公司，王化祥.傳感器原理及應用天津大學出版社，袁子榮.液壓傳動與控制重慶大學出版社，張群生.液壓與氣壓傳動機械出版社，張鳳山電氣控制及可編程控制器中國輕工業出版社，何建平.電氣傳動.重慶大學出版社，曹玉平.液壓傳動與控制天津大學出版社，張錚.沖壓自動化電子科技大學出版社，周恩

56、濤.可編程控制器原理及其在液壓系統中的應用，機械工業出版社,王永華等.現代電氣控制及應用技術，北京航空航天出版社，附錄控制系統設計圖:L-.P-1*t亠Jr-rLjiTi P 早1 苗蕓 1口-=,?|獸 毛 I圖Fig. 4.1 Sem4.1block, diag系統框圖ETes口圖系統框圖ZJisiIF歹-r一4.2Fig. 4.2 Power supply circuLam滯畫KPI供電電路圖亠土二玉 2、2SA2髯BP2-d圖供電電路圖A-JFig. 4.3 Measure rail motor diagramin弓乙一一- GrrMXKW?A 生一3票當鎂rF-H.1 -Tn1 W1

57、i? 1 U圖測長輥道電路圖二一盂駕.冬XJm EW3-Fig. 4.4 Walk forward beam diagramU2V2W2圖步進梁電路圖一-.匚 r-r+T:-5 837KLI LnJLZiEEr.-FANnuuc_L n rurbov/KXApvowl 直 XGmi圖輔助部分電路圖idFig. 4.5 Su / 72 / 72Fig.zMell9l cicuitwiri n/GSJ TM.IH3 - ssg-dgram:oj|j:c：圖控制電路接線圖UUFig. 4PLCL-F宀1 M.-* i*： rttH* a斗aA2曲鏑p-rat癢E.丙Lliagr工lel(F7 PLC

58、 in side114 r-rfc !.F1T 1rU111IA+11T 1U111v苻IlT i1115F ?iTW1113SJk11Tah11rJfmIO圖輸入模塊電路圖HI SMWrul L6XDCW4 JZTTJ 亙 wiTP ruiF !5TiTI冷1 8iZI f-;J述3!q5nuL71tx圖輸入模塊電路圖 / 72 / 72Ln二 3 弋 srul L6XDnru2Is - 呂 XXt am PM39 VMUd 1 fL. fl. BITLgrvL*u- L- .就一hT.MZo.*H*.-jel diagram圖輸入模塊電路圖Fig. 4.9 PLC in / 72 / 72

59、co 4U13L注競圖PLC004電路圖Fig. 4.7.4 P】side model diagram圖輸入模塊電路圖S2眾1 16XDCru44nj ui 北6 斗30#rJ J)#J Oide0iGJT T3 J15D 忙一、PLC:-L P:九a g As Adiagram圖輸入模塊電路圖GOFig. 4.12 PLCaPLC=tt3331mJAinside f + n -J帛廠?l側占円 (T-XL咬 udiagram圖輸入模塊電路圖jn沖V/-T d.I也US：Hi亠 肯r=.r a亠-F-rr rj、Nd!詹苗壬-C o厝Li3LP有 *eod口1Q 4Q MJ61 ：J1LJ1

60、D ufR口0 *Wfl . Ma *JJagramV?1ri=J_cn主tnLC圖輸出模塊電路圖*ii*筆H45：:-*L -rm30-BHXJEL Dcru43 n- CS4 _DR3IcI| A圖輸出模塊電路圖DCFig.4.16 PS:?二 “ El- Dcro4etvozk 4 : Title：C oiuTLent:”稱重&EU EKOHetTQT 5 : Title；Cojimen t：牛丁涉 EN ENOKetToii 6 : Title：letvoxi 7 : Title:CommerLt!歩進梁E EN ENOFC2 : Tills：1/111厳岷開始 V手動狀態 指令*V自