机械毕业设计（论文）-玻璃钢成型机PLC电路控制系统设计【全套图纸】 .doc

玻璃钢成型plc电路设计学校代码：10410 序 号：本 科 毕 业 设 计题目： 玻璃钢成型机-plc电路控制系统 学 院： 工 学 院 姓 名： 学 号： 20050465 专 业： 机械设计制造及其自动化 年 级： 机制052 指导教师： 二oo九年 五 月ii摘 要plc英文全称programmable logic controller ,中文全称为可编程逻辑控制器，定义是:一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算,顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程.plc是可编程逻辑电路，也是一种和硬件结合很紧密的语言，在半导体方面有很重要的应用，可以说有半导体的地方就有plc2001年我国机械工业成为工业发展新亮点，总产值比上年增长17.15%，汽车产量为世界前10位，机床产量为世界第5位。机械工业利润增长33.35%，占整个工业新增利润六成多。出口同样出现可喜的增长。现在机械工业提出要实施网络化，对这一点，plc从业人员应有清醒的认识，应对网络化的开放性、网络构成的性能/价格比和网络的可靠性、安全性、先进性上特别下功夫。关键词：控制器 网络化 逻辑电路 全套图纸，加153893706 abstractplc name in english programmable logic controller, the chinese called the programmable logic controller, the definition is: a digital computing operation of electronic systems, in industrial environments for applications. it uses a class of programmable memory, for its internal storage procedures, the implementation of logic operations, sequence control, timing, counting and arithmetic operations, such as user-oriented instruction, and digital or analog input / output control of all types the machinery or the production process. plc is programmable logic circuits, and hardware is also a very strong combination of language, in the semiconductor has a very important application, is a place where there semiconductor plc chinas machinery industry in 2001 to become a new bright spot for industrial development, gdp growth of 17.15 percent over the previous year, vehicle production for the worlds top 10, the world machine tool production was 5. machinery industrial 33.35% profit growth, accounting for the entire industry additional60%more profits. exports have also experienced an encouraging growth. machine-building industry is now proposed to implement the network, and on this point, plc should have a clear understanding of practitioners should be an open network, the network constitute the performance / price ratio and network reliability, security, advanced under the special kung fu.key words：controller network logic circuits26目录第一章 绪论21.1 绪论2第二章 设计内容42.1 玻璃钢成型机的顺序和循环图42.2 冷却控制系统62.2.1风扇冷却62.3 张紧电机72.3.2 水冷系统82.4 加热座与加热瓦92.4.1 电控图的介绍92.4.2 电控图的具体操作102.4.3 电热丝10(1) 电热合金10(2) 铁铬铝合金系列主要优缺点10(3) 镍铬电热合金系列主要优缺点112.4.4 电热丝使用过程中应注意的问题112.4.5电热丝的选择122.4.6 温度控制器14(1) 产品概述14(2) 产品特点14(3) 技术指标和参数及功能152.4.7 传感器的选择162.5 浸胶过程控制172.5.1 浸胶的运行过程172.5.2 空气压缩机的选择182.6 牵引电机和成型电机的控制202.6.1 牵引电机的确定202.6.2 联合运动212.6.3 牵引单行212.7 接近开关222.8 切割机232.9 牵引部分气动控制图24第三章 总结25参考文献26第一章 绪论1.1 绪论目前，plc在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，使用情况大致可归纳为如下几类（1）开关量的逻辑控制这是plc最基本、最广泛的应用领域，它取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及自动化流水线。如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。（2）模拟量控制在工业生产过程当中，有许多连续变化的量，如温度、压力、流量、液位和速度等都是模拟量。为了使可编程控制器处理模拟量，必须实现模拟量（analog）和数字量（digital）之间的a/d转换及d/a转换。plc厂家都生产配套的a/d和d/a转换模块，使可编程控制器用于模拟量控制。（3）运动控制plc可以用于圆周运动或直线运动的控制。从控制机构配置来说，早期直接用于开关量i/o模块连接位置传感器和执行机构，现在一般使用专用的运动控制模块。如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。世界上各主要plc厂家的产品几乎都有运动控制功能，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。（4）过程控制过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。作为工业控制计算机，plc能编制各种各样的控制算法程序，完成闭环控制。pid调节是一般闭环控制系统中用得较多的调节方法。大中型plc都有pid模块，目前许多小型plc也具有此功能模块。pid处理一般是运行专用的pid子程序。过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。（6）数据处理现代plc具有数学运算（含矩阵运算、函数运算、逻辑运算）、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。这些数据可以与存储在存储器中的参考值比较，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能传送到别的智能装置，或将它们打印制表。数据处理一般用于大型控制系统，如无人控制的柔性制造系统；也可用于过程控制系统，如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。（7）通信及联网plc通信含plc间的通信及plc与其它智能设备间的通信。随着计算机控制的发展，工厂自动化网络发展得很快，各plc厂商都十分重视plc的通信功能，纷纷推出各自的网络系统。新近生产的plc都具有通信接口，通信非常方便第二章 设计内容2.1 玻璃钢成型机的顺序和循环图玻璃钢成型机工作循环图在总开关闭合后，冷却风扇可以先工作。接着对张紧电机进行调整，在确定好位置后对加热座进行预热和加热。此时浸胶、转换、接近、切割、牵引等进行循环式的动作，实现成型机的运转。玻璃钢成型机启动顺序示意图2.2 冷却控制系统2.2.1风扇冷却散热量的计算： 式中： 空气比热容 m空气质量 空气密度 温度差值根据所计算出来的散热量是7848.36，进行对风扇的选取，为了保证有足够和充分的散热，总体机架设计的冷却组总长度为4341.2，每一组的长度为1085.3，根据所设计的结构尺寸对每一组的风扇个数进行选取，为了满足要求，选择每一组的风扇为类型八组，一共十六个 相对安装，具体安装详细见总装配图。其中m5代表整个风冷组中风扇的运转电动机，当整台设备准备运转时，可以先使风扇组1、风扇组2种风扇开动，其中风扇组1主要起缓慢降温作用，以免在急速冷却的状态下影响玻璃钢的性能。而风扇组2主要起风干作用。2.3 张紧电机以上是张紧电机正反转的控制线路图。电机的选择:单相齿轮减速无级调速电机，ytc2548 表2-1正反转示意图转换位置接触点102正转停止反转x1d1xxx2d2xx3d3xx2d3xx3d2x （b） （a） 倒顺开关（a）示意图 （b）触点合断表许多生产机械运动部件，由于工艺要求经常需进行正反方向两种运动，采用电力拖动时可借电动机的正反转来实现这两种运动。由异步电动机的 工作原理可知，将电动机的供电电源的相序倒接，就可以控制异步电动机做反向运动。在正台设备还没有开始工作前可以调整张紧轮的距离对玻璃丝的松紧进行控制。根据已经成型的玻璃钢的外形可以了解张紧轮的松紧，在确定电机3和电机4正转是使张紧轮向张紧方向运转的前提下，如果滚筒运行时玻璃丝处于较松状态时可以使电机正转，玻璃丝处于较紧状态时，可以调整电机的开关k9使得电机反转，以免发生玻璃丝断裂现象。2.3.2 水冷系统产品编号：112711253416，产品名称：qs型潜水泵概述qs型潜水泵广泛用于农田排灌、喷灌、浅井提水、工业及民用建筑的供、排水系统，以及丘陵、山区的引水，低洼地区的排涝等。其特点是：电机、水泵组装成一体，结构简单，且安装拆卸方便，安装占地面积少，使用维护简单，运转安全可靠。扬程5-80米，流量10-250米3/小时，电机功率2.2-7.5kw等。qs潜水泵执行标准：jb/t8092-96小型潜水电泵技术条件。使用条件 1.电源：频率50赫兹，电压380伏（允许偏差5%，-10%）的三相交流电源。电泵应完全侵入水中运行，潜水深度不小于0.5米。 2.水源：一般无腐蚀清水，含砂量不大于0.02%，ph值为6.5-8.5。被提取的水温不高于30。 3.实际使用扬程：水泵额定扬程的105%-80%2.4 加热座与加热瓦 加热部分控制示意图2.4.1 电控图的介绍上图开机前设备的预热和工作时的部分加热的温度控制模块图。其中温度控制模块1控制加热座和加热座的预热阶段温度，成型温度开关k14控制加热座和加热座的工作温度。预热开关k12，k13分别控制后固化开关一，后固化开关二的预热温度，而温度控制控制模块5和温度控制模块6分别控制后固化一和后固化二的工作温度。2.4.2 电控图的具体操作合上开关k1k7后再分别对成型和固化进行预热。其中加热座中安装温度传感器，主要作用是精确控制加热座中温度，以免玻璃钢的性能在成型过程受到影响。加热座中的预热温度控制在100度，温度控制模块1中的开关k11合上后，电热丝即开始工作，当达到温度上限时温度传感器把信息传给温度调节仪，从而使得时间继电器断开1分钟，待后固化的预热工作完成开关k11才断开，停止预热。合上温度控制模块2中的开关k12和温度控制模块3中的开关k13后，电热丝r2和r3即开始工作，当预热温度在130度左右时，温度继电器会作用于j12和j13使其停止加热。预热阶段结束。正台设备可以开始工作。成型控制开关k14、后固化开关k15、后固化开关k16、胶盆浴温开关k17合上，其中温度控制模块4的温度控制在170度。当达到限制温度时，温度控制器有自动跳闸功能并对其进行冷却。待冷一段时间待温度降低到一定温度时，加热瓦继续供热。温度控制模块5和温度控制模块6的控制温度也都设置在170度，其工作原理与温度控制模块4类似。其中温度控制模块7中的k17开关可以和k15、k16同时合上。而胶盆的控制温度在80度左右。2.4.3 电热丝(1) 电热合金按其化学元素的含量和组织结构的不同，可分为二大类：一类是铁铬铝合金系列，另一类为镍铬合金系列，它们作为电热材料分别具有各自的较多的优点，而得到广泛的使用。 主要用途：冶金机械、医疗、化工、陶瓷、电子、电器、玻璃等工业加热设备和民用加热器具。 (2) 铁铬铝合金系列主要优缺点优点：铁铬铝电热合金其使用温度高，最高使用温度可达1400度，（0cr21a16nb、0cr27a17mo2等)，使用寿命长、表面负荷高、抗氧化性能好、电阻率高，价格便宜等。缺点：主要是高温强度低，随着使用温度升高其塑性增大，元件易变形，不易弯曲和修复。 (3) 镍铬电热合金系列主要优缺点优点：高温强度较铁铬铝高，高温使用下不易变形，其结构不易改变，塑性较好，易修复，其辐射率高，无磁性，耐腐蚀性强，使用寿命长等。缺点：由于采用较稀缺的镍金属材料制成，故该系列产品价格高出铁铬铝最多达几倍，使用温度较铁铬铝低。2.4.4 电热丝使用过程中应注意的问题（1）元件最高使用温度是指在干燥空气中元件本身的表面温度，不是指炉膛或被加热物体的温度，一般情况下表面温度比炉温高100度左右，因此，考虑到上述原因，在设计元件时应注意其使用温度，当使用温度超过一定极限时，元件本身的氧化量加快，耐热性降低，特别是铁铬铝电热合金元件，易变形、倒塌，甚至出现断裂，而缩短使用寿命。 (2) 元件最高使用温度与元件线径也有相当的关系，一般情况下元件最高使用温度其线径应不小于3mm，扁带厚度不小于2mm。 (3) 炉内腐蚀性气氛与元件最高使用温度也有相当的关系，而往往由于腐蚀气氛存在而影响元件使用温度和使用寿命。 (4) 铁铬铝、镍铝等系列电热合金由于各自化学成份的不同，其使用温度，抗氧化性能以及电阻率的不同，从而决定了使用温度和使用寿命的长短，在铁铬铝电热合金材料内决定电阻率的成份为al元素，镍铬电热合金材料中决定电阻率的成份为ni元素。在高温状态下，合金元件表面生成的氧化膜也不断老化和破坏。其元件内部元素不断消耗。如al、ni等，从而缩短使用寿命，因此，在选用丝径时应选用大规格的线材或厚一点的扁带。 (5) 由于铁铬铝高温强度低，元件在高温下使易变形，如选用丝径不当或安装不妥，都会因高温变形而引起元件倒塌，短路现象等，故在元件设计时，必须考虑到其因素。 (6) 铁铬铝、镍铬电热合金其抗氧化性能一般都较强，但由于炉内含各种气体，象空气、碳气氛、硫气氛以及氢、氮气氛等等，这些气体对元件在高温使用下都有一定的影响，虽然各种电热合金在出厂之前都进行了抗氧化处理，但在运输、绕制、安装等环节上都会在一定程度上造成元件损伤，而降低使用寿命，为延长使用寿命，要求客户在使用前进行预氧化处理，其方法是将安装完毕的电热合金元件，在干燥的空气中通电加热到低于合金允许最高使用温度100-200度，保温5-10小时，然后随炉缓冷既可。 (7) 铁铬铝、镍、铬等系列电热合金由于各自化学成份的不同，其使用温度，抗氧化性能以用电阻率的不同唑而决定了使用温度的长短，在铁铬热合金材料内决定电阻率的al元素，镍铬电热合金材料中决定电阻率的成份为n i元素。在高温状态下，合金元件表面生成的氧化膜决定使用寿命，由于长时期的间段使用，其元件内部结构不断改变，表面所生成的氧化膜也不断老化和破坏。其元件内部元素不断消耗。如al、ni等，从而缩短使用寿命，因此，在选用丝径时应选用规格的线材或厚一点的扁带。2.4.5电热丝的选择无捻粗纱用来在绕纹成型的过程中用于产生玻璃钢管的螺纹，数量大约占无捻粗纱总量的10%（20.8根）。要估算加热座的功率，我们假设加热座的加热行程，并且这部分无捻粗纱的前进速度也是5.6mm/s，从加热座中出来后的温度由20上升到170。已知无捻粗纱的线密度是2400tex，我们计算出在加热座中被加热的无捻粗纱的质量 （2.13）将这部分无捻粗纱的温度由20加热至170所需的热量 （2.14）加热时间 （2.15）加热功率 由于加热座的直径位10.5mm，选择线径为0.12mm的1cr13al14的接热丝。 2.4.6 温度控制器(1) 产品概述cx6000干式变压器温度控制仪是专为干式变压器安全运行设计的新一代控制器，可同时监测干变3相温度、控制风机。具有完善的温度监控、参数设置保存等功能，并具有温度超限警告、高温跳闸、传感器异常和风机断线报警等功能，可以更好地保证无人值守供电系统安全、高效运行。(2) 产品特点1. 对三相绕组温度的巡回显示或最高温度相绕组的跟踪显示(可随意切换)，巡回显示时间每相显示约3秒2. 冷却风机的自动控制：在自动工作状态，当三相线包绕组中有一相温度达到设定的风机启动温度值时风机自动启 动，且风机指示灯亮。当三相线包绕组中没有一相温度大于设定的风机设定温度值时风机自动关闭3. 还可手动启控风机4. 超温警告和高温跳闸信号的显示、输出5. 控制参数现场设置：可设置风机启控点和回差、超温警告动作点和回差、高温跳闸动作点等参数。在设置操作结束后，温控器将自动返回巡回工作状态6. 传感器异常故障时（短路、断路）相应故障指示灯亮，输出故障报警信号 7. 在启动风机时，当风机发生断线情况，此指示灯亮；否则，指示灯灭8. 黑匣子功能，可保存停电前的全部监测参数以备查询(3) 技术指标和参数及功能注意：感温元件引线与电源的连线不要捆扎或绞绕在一起，也不要放在同一根金属管内，以防产生电磁干扰说明：引脚13，46，79分别接温度传感器（其中脚1，4，7接传感器的红色引线）；引脚10，11为rs485通讯口；引脚12，13接220v电源。注意：按照图中指示，传感器的红色引脚接图中的端，其他两脚可随意接。2.4.7 传感器的选择热电偶是一种测量温度的感温传感器元件 , 它把温度信号转换成热电动势信号 , 与显示仪表或plc等连接使用，可以直接测量生产过程中01200范围的温度。若配接输出420ma标准电流温度变送器，使用更加方便、可靠 。热电偶带有软性延长导线，可以自由弯曲，具有热响应时间小，使用方便等特点, 产品按国标和iec标准生产，替代进口，与进口仪表配套使用。（1） 技术性能描述1：测量温度范围: -501200 2：分度值 k，e，t，j.3：安装螺纹 m6 m10，m12，m16，m20，1/2“4：探头直径 3，4，5，6，8 任选5：插入深度 l5 , 20 ,35，60，100，150，2001000mm6：补偿电缆长度 1m，2m，3m10m 任选4.72 产品型号与规格名称型号 分度号测温范围安装螺纹电缆长度允许偏差镍铬-镍硅 wrn k 01200 任选 110m 2.5镍铬-铜镍 wre e 0900 任选 110m 2.5铜-铜镍 wrc t -40350 任选 110m 1.0铁-铜镍 wrf j -40750 任选 110m 2.5 根据以上信息，我们选择型号好wrn的，探头直径为3 插入深度为5mm的热电偶传感器。2.5 浸胶过程控制2.5.1 浸胶的运行过程浸胶升降气缸选用siming mal40x200。整个浸胶装置主要是利用直流湿式三位五通电磁换向阀。设置左边、右边和都不通电三种情况，主要利用液压装置控制推杆作用于无捻粗纱，从而保证粗纱的浸胶面积。其具体过程：在正台设备运行过程中浴盆中的胶的平面随浸胶的时间变长而下降。当胶的平面不满足无捻粗纱的需要时，浸胶开关k24与触头2接触，电磁阀的右端通电，推杆推着阀芯向左端运动，此时a与t相通，b与s相通迫使粗纱进入浴盆的体积增加。另外一种情况：当粗纱的浸胶体积过大时，可以是浸胶开关k24与触头1接触，电磁阀的左端通电，推杆将阀芯推向右端，t与b相通，迫使粗纱向上提起到一定高度来减少浸胶体积，从而到达稳定状态。2.5.2 空气压缩机的选择 a系列活塞式空气压缩机工业用超强型单级压缩风冷系列：单级风冷往复式空压机的最高使用压力在0.7mpa左右，如您所需要的工作压力超过0.7mpa时，建议选购二级压缩风冷往复式空压机。机型排气量（m3/min）功率（kw）缸径(mm)缸数转数(rpm)外型尺寸（mm）重量（kg）长宽高va-650.0880.75652530105039078094ta-650.171.56536351050390770107va-800.363.08029501234470880156ta-800.534.080387513705401000208va-1000.675.5100295014825901100265ta-1001.07.5100390015606201240360ta-1201.511.0120380016406701420491ta-1252.015.0125377017107601310500*最高排气压力均为0.7mpa两级压缩风冷系列： a系列两级风冷往复式空压机的最高使用压力为1.25mpa，压缩空气在两个压缩级之间被适当冷却。因为压缩比较小，效率更高，更省电。机型排气量（m3/min）功率（kw）缸径(mm)缸数转数(rpm)外型尺寸（mm）重量 （kg）长宽高hta-650.181.56528001050390770122511hta-65h0.222.26529501060420810133511hta-800.4548029501410410960223651hta-1000.655.5100275015005901130344801hta-100h0.847.5100299015146101175379801hta-1201.22111202860168566012504941001hta-155l1.5151552625195672015336741151hta-1552.018.51552750195672015337021151ta-1552.418.51552850195672015337021151*ta-155最高排气压力为0.8mpa，其他机型最高排气压力均为1.2mpa由于以上每款压缩机的功率都能满足设备的要求，从成本考虑，我们选择价格最低的va-65型空气压缩机。2.6 牵引电机和成型电机的控制 上图是电机m1、m2的集中控制和分散控制线路图2.6.1 牵引电机的确定 电机经过涡轮蜗杆减速器，在通过传动来实现功率的传递，该过程的实现具体如下: 已知所给的电动机为三相异步电机，功率,转速，生产率 。经过初步的估算，已知该牵引传动的速度比较慢，为了保证满足要求，所以对涡轮减速机的选择有一定得要求。 选择减速机的型号：减速比：。2.6.2 联合运动设备正常工作情况下，m1和m2需要同时工作，在线路上设置转换开关k30与启动按钮sb1控制接触器j21和继电器j1、继电器j2的通断情况。在转换开关k30与触头1接触时。按下按钮sb1，接触器j21工作并进行自锁，继电器j1、继电器j2通电电动机1和电动机2运转。另外设置动断触头sb2使得接触器断电，电动机1和电动机2停转。2.6.3 牵引单行在设备的需要情况下，设计了电动机1和电动机2的独自运转和点动按钮及线路控制图。a：电机1的分别有长期和点动两种情况，在开关k30与触头2接触时，按钮sb3启动，接触器进行自锁，从而启动电机1。动断按钮sb4可以使继电器j1断电来停止电机1的 运转。按钮sb5可以对继电器j1的通电进行独自的控制，以便电动机1的短时工作。b：电动机2分别采用按钮sb6和按钮sb8进行长期和短期工作，其中动断按钮sb7对长期工作的电动机2进行停止。2.7 接近开关感应器振荡器晶体管开关输出器接近开关又称无触点接近开关，是理想的电子开关量传感器。当金属检测体接近开关的感应区域，开关就能无接触，无压力、无火花、迅速发出电气指令，准确反应出运动机构的位置和行程，即使用于一般的行程控制，其定位精度、操作频率、使用寿命、安装调整的方便性和对恶劣环境的适用能力，是一般机械式行程开关所不能相比的。它广泛地应用于机床、冶金、化工、轻纺和印刷等行业。在自动控制系统中可作为限位、计数、定位控制和自动保护环节。接近开关具有使用寿命长、工作可靠、重复定位精度高、无机械磨损、无火花、无噪音、抗振能力强等特点。因此到目前为止，接近开关的应用范围日益广泛，其自身的发展和创新的速度也是极其迅速。在牵引部分有一对玻璃钢进行缓冲和方便切割作用的滚动平车。其最左端边板上安装传感器，当玻璃钢接触到端板时接近开关闭合，利用接近开关中的感应器、振荡器、晶体开关中的不同数据变化。来影响报警指示灯的开关。2.8 切割机型号:smt9001本机适用于切割棒材,管材和各种型钢,也适用于切割不锈钢,轴承钢和各类淬火钢材,如配上圆盘锯片,还可作小型木材锯片直径:355（mm）最大锯切深度:35（mm空载转速:3800（r/min）功率:1500（w适用范围:切割棒材,管材和各种型钢）本机适用于切割棒材,管材和各种型钢,也适用于切割不锈钢,轴承钢和各类淬火钢材,如配上圆盘锯片,还可作小型木材的切割,它具有操作方便,移动轻巧,切割速度快,切口平整和成本低等优点在机械加工过程中，板材切割常用方式有手工切割、半自动切割机切割及数控切割机切割。手工切割灵活方便，但手工切割质量差、尺寸误差大、材料浪费大、后续加工工作量大，同时劳动条件恶劣，生产效率低。半自动切割机中仿形切割机，切割工件的质量较好，由于其使用切割模具，不适合于单件、小批量和大工件切割。其它类型半自动切割机虽然降低了工人劳动强度，但其功能简单，只适合一些较规则形状的零件切割。数控切割相对手动和半自动切割方式来说，可有效地提高板材切割地效率、切割质量，减轻操作者地劳动强度。目前在我国的一些中小企业甚至在一些大型企业中使用手工切割和半自动切割方式还较为普遍。我们选择的是手工切割式的。当成型玻璃钢与切割机运动的速度相同时即报警指示灯亮时可以对玻璃钢进行切割。2.9 牵引部分气动控制图其中开关为k23，牵引升降气缸选用san