b08071110王去非 加工步进架plc系统设计.docx

三江老浣题目加工步进架P1.C限制系统设计电气与自动化工程学院（系）电气工程及其自动化专业学生姓名王去非学号B08071110指导老师陈亚林职称讲师指导老师工作单位南京工业职业技术学院起讫日期摘要步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。可以通过限制脉冲个数来限制角位移量，从而达到谢速的目的。本文以P1.e高级指令中的PTo（脉冲串操作”PWM（脉宽调制）发生器功能指令为例.对给出的步进电机油管加热、液压缸选择，阀门限制进行了全面的设计。关键词：步进电机：脉冲：可编程程序限制：加速度ABSTRACTSteppermotorisanactuatorthattransft>rmtheelectricalpulseintotheangulardisplaccmcnt.ltcancontroltheangulardisplacementbychangethenumberofpulsc.ltcanalsocontoltherotationspeedandaccelerationbychangethefrequencyofpulsetoachievethepurposeofspeed.InthisPapC,useadvancedP1.CinstructionsincludingPTO(PulseTrainOpeiationyPWM(PulseWidthModulation)generatorfunctionasanexample,conehensivedesignthesteppermotortubingheating,thehydrauliccylinderchoice,valvecontrol,theoveralldesign.Keywords：Steppernoto11pulsc:P1.C;accelerateanddccclcratc第一章加工步进架构成11.1 系统构成11.2 物流11.3 限制技术2其次章加工步进架P1.C系统设计72.1 外构件的选择72.2 油管端加热设备电气原理图92.3 P1.C接线原理图122.4 接线端子图142.5 工作步序图152.6 设备布置图162.7 电气柜布置图17第3章加工步进架P1.C软件设计183.1 软件说明183.2 流程图1833P1.C主要程序设计19第4章液压缸的相关资料234.1 步进液压缸的选择234.2 液压泵站的选择234.3 步进限制阀架的设计错误!未定义书签.结束语25致谢26参考文献27第一章加工步进架构成1.1 系统构成该系统是由服独的步进架通过上卜.左右循环往复运作组成热处理端 对钢管进行热处理加工步进提升端 符热处理后的钢管通过步进架送到检测工位 通过步进架提升到规定高度步进输送端 利用步进架将热钢管从送料检测端输送到指定位置步进下降端 到达指定位置后步进架起先向卜.运行降物料卸卜.步进返回端 待物料全部卸下后步进架返回做循环动作1.2 物流下图给出了系统中热钢管从一站到另一站再返回做循环动作的物流传递的过程：步进架将热处理后的热钢管提升，通过光电式传感器达到肯定高度：步进架再将工件向前输送到指定位置后；再次通过步进架向下运输到指定位置将热钢管卸卜.，最终步进架返回初始地点再次装料重发上述动作。上升前进下降固定梁面后退图1.11.3 限制技术加热步进采纳工业P1.C限制系统，即可大大提高对加热步进限制的精度和精确性，也是项特别好的节能措施。加热炉的计算机限制系统有DCS和P1.C两种方式，DCS系统常用在过程限制方面，P1.C系统则常用在传动接制方面。由于P1.C系统的价格低廉，工作牢旌，可干脆将现场的限制信号连接至系统中，因此在加热步进限制行业中得到越来越广泛的应用。1. 3.1限制系统的构成P1.C系统选用SIEMENSs72(X)系列，CPU采纳4162DP,共计3套。在3套PIX?之间以及与轧机DTC之间采纳CP443-I进行工业以太网的通讯.全部通讯方式均以工业以太网中电文的形式进行发送和接收。图1.21.3.2限制系统硬件构成运用模块包括：FM450I用于编码器的计数值采集：模拟量输入，用于采集步进梁位置,装Hl钢机位置，液压站油箱温度、压力，油箱液位等信号；模拟量输出，用于限制步进梁速度的给定和装出钢机速度的给定：数字量输入，采集MCC室内全部开关和接触罂协助触点信号的采集：数字量输出，用于限制液压站内全部电磁阀的启停和MCC室内接触器的启动以及指示灯等的输出。上位机采纳IBM商用机。通过工业以太网、西门子CP443-I和交换机与P1.C系统之间实现ProRbIm-DP的通讯连接。其主要功能包括：步进炉步进梁限制:步进炉液压站限制:16组上料辘道限制（每组短道由7台电机组成）：8组出料轮道限制：四台装钢机、四台出钢机限制：四扇上料炉门、四扇出料炉门限制：上料辘道钢坯跟踪、出料粮道钢坯跟踪及手动修改：步进炉炉内钢坯的跟踪及手动修正。1.3.3限制面板在主控操作室的操作台上和上位机的HMI画面上，对每台设备均设有手动和电动操作按钮，供设备发生故障和紧急状况下运用，扩大了系统的可操作性.监视画面以加热炉工艺限制流程为主。同时，显示短道运行状态，钢坯信息跟踪，步进炉内钢坯位置跟踪,液压站限制画面等。对各个炉门、装钢机、出钢机、液压站电机的限制分别供应了隐藏的多U的小航面限制,如下图所示OOoO.0000o°o0°0。00图1.31.3.4限制过程当系统接上电源后，当按“起先”按钮时，工件通过加热炉加热后，通过步进架提升通过光电传感器被提升到肯定高度到后向前方输送，到达肯定位置后再次通过光电传感器被限定到设定位置步进架起先向下降同理到固定位置后起先卸料被送出加工同时步进架返回到初始位置等待卜.一次吩咐。在工作过程中，当任一站出现异样，马上按下该站的“急停”按钮，该站马上会停止运行.工作方式：在手动档，按下复位键。电位模式：使本站进入初始化状态，不行用停止按钮打断，身位前应手工清理好工作台面.手动单步模式：按自动工作方式流程，每按一下启动按钮完成一步动作，可用身位按钮终止，使本站进入初始化状态。自动模式：在自动档，启动后可按依次自动完成预定的工作，如一个循环结束后，后继站空，延迟12s后，接着进入下一个循环。否则等待可由停止按钮中断（接着完成当前动作）。按启动按钮后以下步接着执行，可用复位急停方式终止。急停模式：可终止任何操作，全部影响阀体的输出被豆位。1.3.5加热炉构成加热炉炉内物制的跟踪，是最简洁出现数据混乱的地方、也是考虑因亲最多的地方。下面先描述一下数据记录的工艺过程。装钢机将钢坯装入步进梁后，钢坯在炉内的初始位置确定了下来，钢坯的全部信息即自动送到了炉内钢坯信息的数据库中“步进架起先运行后，炉内的钢坯数据起先进行同步跟踪,当步进梁上升到顶后，步进架前进的数值时时地通过安装在炉下的位移传感器记录在数据跟踪的数据库中。步进架每动作一个周期，在数据库中记录每块钢坯在炉内行走的跑离.例如：在炉内已经装了IO块钢坯，步进梁每走一步的行程是50OmFn,已经运行了IO个周期，那么在炉内第一块钢坯已经运行了5m,其次块钢坯运行了4.5m,第三块钢坯已经运行了4m,依次类推，那么刚装入炉内的钢坯所运行的距离为零。这样，步进架每运行一次将对炉内全部的钢坯数据进行累加一次步进梁实际运行的数值，保证数据的精确性。待钢管到达出钢时，出钢机每动作一次，在步进架内最前面的数据将要被移动到出料辘道钢坯的数据库中。一塞121三童i二盘毒药6算禁塞OO三里巫-回其次章加工步进架P1.C系统设计2.1 外构件的选择2.1.1 P1.C可编程限制器的选择：限制须要，由于具有紧凑的设计，良好的扩展性，低廉的价格以及强大的指令，使得S7-2OO可以近乎完备地满意小规模的限制要求，还有丰富的CPU类型和电压等级，在工业限制中得到了广泛的运用。（1）S7-2系列是一类可编程逻辑限制耦。这一系列产品可以满意多种多样的自动化户的自动化问题时，具有很强的适应性。选用S7-2（X）CPU226的P1.CoS7-2OOCPU226P1.C的组成：一个中心处理单元（CPU）.电源及数字I/O点，这些都被集成在一个紧凌独立的设备中。1）CPU负货执行程序和存储数据，对过程进行限制“CPUI/O点数，有24个输入，16个输出。电源为本机堆元供应电能。输入和输出是系统的限制点。输入部分从现场设备（如传感沿或开关）中采集信号，输出部分则限制电磁阀.端口允许将S7-200CPU同编程器连接起来。信号灯显示了CPU的工作模式（运行或停止），本机UO的当前状态。（2）S7-200CPU226AC/DC的性能参数（主要参数）1）总体特征：外形尺寸：196mm*80mm*62min重Ift：660g功耗：17WCPU特性：数字输入：24路数字址输入数字输出：16路数字量输出高速计数器：总数：6个高速计数器单相计数器个数：6个都是30KHZ时钟速率两相计数涔个数：4个都是2（）KHZ时钟速率脉冲输入:2个,20KHZ脉冲速率模拟电位器：2个,8位辨别率程序空间：4096字可扩展模块的数量：7个模块内部存储器位：256位掉电永久保存：112位定时器总数：256定时器1ms：4个定时罂IOmS：16个定时器100ms：236个定时器计数器总数：256计数器通讯数：2个电源电压允许疮圉：85-264VAC(3)联网通信用的数据输出部分选用了S7-2OO的EM222模块。EM222具有8点输出。传感器的选择光电传感涔是通过把光强度的变更转换成电信号的变更来实现限制的。光电传感器在一般状况下，有三部分构成，它们分为：发送罂、接收器和检测电路。n<&0K0发送器对准目标放射光束，放射的光束一般来源于半导体光源，发光二极管(1.ED)、激光二极管及红外放射二极管。光束不间断地放射，或行变更脉冲宽度。接收器有光电二极管、光电三极管、光电池组成。在接收器的前面，装有光学元件如透镜和光圈等。在其后面是检测电路，它能滤出有效信号和应用该信号。此外，光电开关的结构元件中还有放射板和光导纤维。报警系统液压系统和传动系统的正常运行是保证整个系统的关键。液压系统在上位机有实际运行时间显示、过渡器堵塞声光报警指示并同步记录，以便工作人另杳看处理。传动系统在上位机上显示每台变频器的实际运行的电流、电压、转矩、故障代码等。使液压油保持清洁是至关重要的。在步进加热炉液压系统中最好能同时配备自循环过戏装置、同油过港装置、出油过波装置，这种极少见的投资会给今后设备运行带来难以估价的回报。错者曾经验两套只自带循环过滤的步进炉液压系统，多次出现系统无法开压、插装阀响应滞后引起油路互窜等故障现象.平均一年总有一到两次必需将限制阀架上的大部分元件拆下来清洗、检查。而在油液过油装置配备较好的液压系统中，这种故障及维护就大为削减。2.2油管端加热设备电气原理图图2.1电气接线图1S2.2电气接线图2riMmumIl图2.4PIC接城图1图2.5PlC接线图2U-J4V阵舞BIt第3章加工步进架P1.C软件设计3.1 软件说明各站的按钮开关的初始化程序设计基本相同：当上电按钮按下时，假如本站系统处F本站定义的初始化状态，则知位灯闪罐,否则更位灯长明，此时按下豆位按钮，可使系统进入初始状态。系统12s复位后，起先指示灯闪耀，按下起先按钮，系统由初始状态起先工作。3.2 流程图图3.1SMO.1QOOR,401MOOMO2R)100初始化046<)Q4.IQ2.IQ2.0Q4.6Q4.3Q4.22.6Q2.7步进架落步进架平移退步进架起韶料入工位电磁阀翻料入回位电磁阀炉1、2进炉1、2退炉1对齐物落炉1对齐辘起炉I限位块升炉1限位块降炉3退上料台回位上料台上料总液压启动煨2回位瑕2走料ZSl比鬟杀必比1.建COO都神黛比1.孤<cc冬津茶幺比1.骈ION耳茸豚女'Z£。副费Zt发琪务SO1.i3月至尊口触Oi20!oD包密矶g能都Om?所震1.一卜日茸步芸SOUJ举孰师1IO.陆千狄抖动TIOG步进架落Q31步进架平移退Q32炉到齐电机起停Q04系妩复位系统启动M01MOO,QO11.0Q3.2Q0.5TI1”步迸架平称退Q3.2东妩复位MOI疾烧,8动MOO煨谢齐进起停Q05艰谢齐退起停Q06馈可齐退延时T58煨冬束信号11.0M01Ol1Pl()114支干扰抖动T110炉流注然起停Q11系统复位M01系统启动MOO第4章液压缸的相关资料4.1 步进液压缸的选择台轧钢步进式加热炉通常采纳到两根步进梁升降液压缸.根步进梁平移液压缸。液压缸缸径及活塞杆杆径大小取决于所承受的外界负载.，步进式加热炉液压缸的安装方式H前主要有以下两种型式,如图2所示。图2（八）所示方式是提升液压缸安装于步进机构侧.中间通过同步轴连接,以液压缸有杆腔作为承载腔，活塞杆承受提升拉应力，在同等液压系统工作压力下，液压缸选型较大，且液压缸轴封装置长期处于总压状态，对活塞杆密封有较高要求。图2(b)所示方式是提升液压缸安装在底部,干脆驱动提升框架.液压缸活塞杆承受压应力，因液压缸无杆腔作为驶动腔，选型相对可较小，步进机械依旅白垂下降，液压缸轴封长期处于低压状态，活塞杆密封就筒洁多了.故从减小液压缸的尺寸、削减液压缸密封泄漏和故障率、简化传动设备、提高设备运用寿命考虑，新建步进加热炉应采纳图2(b)所示的安装型式。尹E、平移丁匚1.一一二T升降做IKSOO例向樨升(b)底部提升4.2 液压泵站的选择依据步进周期长短和液压缸大小，可相应选择液压泵.早期从造价等因素考虑.加热炉液压泵站常选用定量泵出口配中位和荷的电磁溢流阀型式,这种配置液压泵的最大供油实力是与执行元件最大需用油量相适应的，但在不同的液压缸动作及液压缸动作速度变更时，势必造成液压泵出口油液高压溢流，液压系统功率损耗大，油液发热大。随着高压变量泵的普及.新卷的步进加热炉液压站大多起先采纳恒压变量泵.这种配置液压泵输出流量的多少随执行元件所需流fit多少而变更，较之定量泵系统而言，功率损耗降低，液发热削减.对下一个泵站供多个步进加热炉运用的场合，泉站配巴往往会较浩大,因步进式加热炉液压系统工作压力通常允许在肯定范围内变更.可在液压泵站安装肯定数量的蓄能器作为协助能源.能仃效削减总装机容量.降低设备投资,对汲取冲击振动也有肯定的效果.4.3 步进限制阀架的设计步进限制阀架是这套系统最为关键的部分,能否很好地实现步进梁升降过程料坯的轻托轻放，在料坯入炉及出炉均为炉内悬将转道输送时.如何实现精确地限制平移步距等须要个很好的限制系统来保证。图3所示为几种步进加热炉限制阀架液压原理图。1.升降缸2.平移"3.单而阀4.电磁换向阀5.安全阀6.梭阀7.电液换向阀8.方向插装阀9.溢流插装网10T衡阀11.比例流量阀结束语步进架的限制以P1.C限制居多，假如用旋转编码器做速度或位置反馈,结合P1.C的高速脉冲计数功能就可以实现闭环限制。由于现今的P1.C指令速度越来越快，用微小型P1.C就构成各种的步进电机限制系统，具有限制简洁，运行稳定，开发周期短等优点，基于模块化思想的软健件，使得系统史易于调试和维护，是一种切实可行的步进架限制方案1)光阴似箭，日月如梭.四年的高校生活即将成为美妙的回忆，值此论文完成之际，我心潮澎湃，感想万千。首先要感谢的是我的导师陈亚林教授，在整篇论文的选翘、探讨及撰写过程中，他都赐予我特别仔细的监督、指导和帮助。从他身上。我不仅学到r丰富的专业学问，也学会了如何去发觉问您、分析问题,解决何超的方法，更为全要的是，陈老师电气工程的学术思想、渊博的学识造诣、严谏的治学若法、敏锐的学术眼光、忘我的拼搏精神，以及他博大的胸怀和对学生至真至诚的关爱，使我终生难忘，并将激励我以后的工作和学习。在撰写论文的过程中，我还得到了何老师、徐老师、王老师的关切和帮助，这让我在论文的撰写中得以开拓了思路。全部的这一切将让我终生受益。在此，遒向各位老师表示最诚心的感谢和最崇高的敬意！在此还要感何雨等好友，正是因为他们，才使得我能有机会去探讨我所感爱好的领域。感谢他们在我和从事项目调研期间，赐予我极大的关切和帮助,在他们身上我学到了许多有用的东西。同想四年的时间，怀念和念念不舍涌上心头.我们的班级是一个团结的大家庭，彼此间产生了深厚的感情，丰富了我整个高校的生活和学习。从他们身上我得到了更为丰需的人生感悟，希望我们恒久亲如家！我还要感谢我的父母亲，感谢他们对我的响育之恩和爱惜之情，感谢我的家人赐予我的一切物质和精神支持，我会在以后的学习和工作中以更好的成果回报他们。最终，向在百忙之中抽出时间来评阅论文的各位专家、教授致以最诚心的感谢，并真诚的希望各位专家、教授对本论文提出珍贵看法！参考文献1钟1.C编程技术及J1.程应用（柴瑞娟）2杨长能等.可涮程序限制器将础及应用M.欧庆:重庆而校出版社，1992年3刘美俊.PU;在机加工自动线中的应用J.浙江机电工程,2000/44郁汉琪等可编程序限制器原理及应用Z.江苏理工高校机电学院5虐雷初.可编程序限制器应用技术（第三版）灯.重庆高校出版社,19986许等.工厂电，限制设备EM.机械工业出版社,19007J王兆义.可编程限制器教程YJ.北京：机械工业出版社，2000.8西门子P1.C与工业网络技术.机械工业出版社,2007（吉照平.孙承志路明）19KarrCl.vWeekB;ComputermodelingofmineralprocessingequipmentusingfuzzymathematicsM:MineralsEngineering:1996年10NiemiJ,YlinenR.RasanenV;ControlofgrindingcircuitsusingphenomenologicalrrdelsMJiPouerTechnology;1992年