焊丝层绕机绕线与排线同步控制系统设计-排线机构的检测与控制含5张CAD图带开题-独家.zip
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焊丝层绕机绕线与排线同步控制系统设计-排线机构的检测与控制含5张CAD图带开题-独家.zip,焊丝,层绕机绕线,排线,同步,控制系统,设计,机构,检测,控制,CAD,开题,独家
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焊丝层绕机绕线与排线同步控制系统设计排线机构的检测与控制摘 要控制系统的核心是PLC，它具有强大的功能、性能和很好的稳定性。它广泛的应用于当代工业自动化生产并取得了理想的控制效果。随着气体保护焊和其他先进焊接工艺的广泛应用，对焊丝的需求大幅度增加。现在国内焊丝已实现单盘层绕化供应，焊丝层绕机是焊丝生产过程的重要设备之一，层绕机是将生产好的大盘焊丝层层均匀地卷绕在小盘上，包装成成品。目前国产的层绕机大多只处于半自动状态，对操作工要求高，绕线工艺不易掌握，控制主要难度在于排线和张力控制。 在了解被控对象特征的基础上，本课题针对层绕机排线机构进行了基于PLC的控制系统设计。本文以交流伺服排线方式层绕机。根据编码器测定的转速经PLC运算后控制伺服电机运转，伺服电机再以速度方式带动排线器；论在程序设计之前，首先进行了方案的论证与设计；本次毕业设计采用了三菱公司生产的FX3U系列PLC实现层绕机排线机构控制，然后利用GX WORKS2软件对其整个过程进行程序的编写、调试和修改。最后利用GT Designer3对控制系统的控制画面进行设计。关键词：PLC；层绕机排线机构；控制系统AbstractIs the core of PLC control system, it has powerful function, performance, and good stability.It is widely used in modern industrial automation production and achieve the ideal control effect.As the gas shielded welding and other advanced welding technology is widely used, the demand for wire increase significantly.Now domestic wire has achieved a single layer around the supply of wire layer winding machine is one of the important equipment of welding wire production process, will produce good grail wire layer winding machine is layer upon layer evenly winding on the small dish, packaged into finished products.At present domestic most layer winding machine only in semi-automatic state, the higher requirement to the operator, coiling process is not easy to master, control the main difficulty lies in the ribbon cable and the tension control.Based on understanding of characteristics of controlled object, this topic for line organization top layer winding machine based on PLC control system design.Based on ac servo wire layer winding machine.According to the determination of the encoder after operation by PLC control servo motor, running speed servo motor to drive the wiring device speed way again;Before the program design, first has carried on the plan and design of argument;The graduation design USES mitsubishi FX3U series PLC implementation layer winding machine line organization control, and then use GX WORKS2 software for the whole process of the preparation of the program, debugging and modification.Finally using GT Designer3 to design control system of the picture.Key words: PLC;Layer winding machine discharge line agencies;Control system目 录摘 要IAbstractII1 绪论11.1 课题目的及意义11.2 张力控制的发展及趋势11.3 PLC技术的发展及趋势21.4 本文的设计任务32工作原理和控制方案的分析42.1层绕机排线机构的控制原理42.1.1层绕机排线机构的结构组成42.1.2 系统流程图42.2 控制方案比较与选择52.2.1 继电器控制52.2.2 单片机控制862.2.3 PLC控制172.2.4 PLC与其它控制装置的比较72.2.5 系统方案的确立82.3 本章小结93控制系统的硬件设计103.1 PLC控制系统结构组成103.2 PLC和I/O扩展模块的选型103.3 排线只够限位光电开关选择103.4 伺服电机控制模式的选择103.5 PLC I/0的分配103.4 系统电气控制接线图设计113.5 本章小结134 系统软件设计144.1 三菱GX WORKS2 编程软件简介144.2 层绕机排线机构PLC程序的设计144.2.1 手自动选择程序144.2.2 手动执行程序设计154.2.3 编码器测速程序164.2.4 伺服电机速度控制程序164.2.5 报警程序174.3 本章小结185 程序的仿真与画面的制作195.1 仿真的步骤195.2 执行自动程序条件195.3 触摸屏画面的制作205.4 本章小节215 总结与展望225.1 总结225.2 展望22参考文献23致 谢24V1 绪论 1.1 课题目的及意义随着气体保护焊和其他先进焊接工艺的广泛应用，对焊丝的需求大幅度增加。现在国内焊丝已实现单盘层绕化供应，焊丝层绕机是焊丝生产过程的重要设备之一，层绕机是将生产好的大盘焊丝层层均匀地卷绕在小盘上，包装成成品。目前国产的层绕机大多只处于半自动状态，对操作工要求高，绕线工艺不易掌握，控制主要难度在于排线和张力控制。所以本次设计了层绕机的排线机构的控制系统。本次设计的意义，在课题设计的过程中我们能学到较多课堂上学不到的东西，在设计进行阶段指导老师提供了很多PLC控制系统设计的基本要求和设计思路，整个设计过程中使受益匪浅。是我在即将离开学校踏入社会一次重要的设计体验。也是为以后的工作生活打下了基础，在此过程中我学到电气控制系统的设计方法和步骤。这次设计是我在指导老师的指导下一点点亲自完成，无论是在实地考察还是设计资料的查阅，都使得我们学到了很多东西。1.2 张力控制的发展及趋势国内外早期卷绕生产中的张力控制是采用单纯的加重锤法，此方法不能根据张力的实际情况调节运行速度，速度大小对张力影响极大，调节精度很差。20世纪80年代出现了具有有限反馈调节功能的机械式卷筒导开装置，此装置在卷筒辊后部增加了一个摩擦片，通过调节摩擦力大小，可以在一定程度上调整卷材张力。但其反应不灵敏，调节范围有限，控制精度也不太高，而且随卷筒直径大小的改变，张力大小也不断改变。以上这些装置都无法满足生产高质量、高性能同步带的要求。20世纪80年代后期以来，随着电力电子技术、计算机实时控制技术、检测技术的发展，特别是微处理器技术的不断成熟，很多企业将数字技术引入到张力控制系统中，于是出现了模拟数字混合张力控制系统，并从单纯的单机单路控制转向一机多路控制，全面采用单板机、可编程序控制器控制。采用的控制方法都是外环（位置环或张力环）结合速度环和电流环，对于要求不高的系统，有时只需要外环即可。另外，随着控制理论的不断发展，一些新的控制思想和控制手段也被引入到张力控制系统中，这使控制系统的精度愈来愈高，控制方式也更加灵活多变。根据控制系统输出的控制对象分，目前市场上主要有以下几种张力控制系统：一种是以磁粉制动器（离合器）为主要执行部件的张力控制设备，由于磁粉制动器的的输出转矩与通过其电感线圈的电流具有优良的线性关系，因而只要通过相应的压力检测器件检测现场的压力值，对应此输出相应的通过磁粉制动器的激励电流就能实现动态控制，保持现场张力的恒定。这类张力控制系统主要用于低张力控制的造纸、纺织等行业；另外一种就是以变频电机为执行部件的张力控制系统，其主要特点是通过控制变频器的激励电流或者激励电压来实现电机转速的控制，从而实现现场压力的恒定，该类系统主要应用于对速度和张力都有较高要求的大规模工业系统中，如钢铁工业、电缆制造业等。近年来，张力控制系统结合了最新的电力电子技术，检测技术，数字控制技术于一身，向着多功能，一体化，产品系列化的方向发展。相对来说，国内外控制系统设备不仅对于卷取过程中张力有严格精确的控制，而且对于初始建立张力、卷取过程张力都有较好的控制，并且有友好的人机界面，完善的功能，如缓冲启动、防松卷功能、手动/自动控制、模式选取、控制参数的保存和调用、自诊断模式、多种通讯接口等，但价格却相对昂贵。国内的张力控制系统基本停留在手动随机、随时控制的水平上，有部分采用模拟检测、模拟放大控制输出的产品，可控性和人机界面差，控制精度不高，迫切需要更新换代。1.3 PLC技术的发展及趋势世界范围内PLC应用领域很广，并逐年扩大，它的技术不断升级，结构也在改进和作相应的调整，通过这些变化，现在的控制产品功能越来越强，性价比也慢慢得到人们肯定。（1）、产品规模呈现出朝着两极发展的趋势。一方面小型和超小型PLC得到了重要发展，追求速度更快、性价比更高的产品。另一方面，另一方面，朝着高速，大容量，大型PLC的方向迈进。随着复杂系统的开发，控制微处理器和计算机技术改进，所要求的信息处理速度越来越快，同时也需要较大的存储容量。（2）、向通信网络化发展PLC该领域发展的一个趋势网络控制系统。多台PLC之间、与上位计算机的联网通信的应用变得很普遍。PLC生产商现在都在研究自家特有的通信模块和通信软件，目得是加强PLC的联网的能力。当然相关厂家之间也在商定某些互通的通信标准，这对网络系统的构建变得更大成为了可能。（3）、向模块化、智能化发展适应各种工业自动控制系统产生的种种需求，最近几年，PLC生产企业先后开发了很多新的器件和模块，例如智能I/O模块、控制模块和用于检测本体外部故障的专用模块等，它们的开发和应用不但增强了基本功能，同时还增强了系统的可靠性。 （4）、编程所需工具和语言多样化与标准化生产商制造的硬件和编程工具更换频繁，丰富多彩，同时改善功能，这使得它的基本部件，如I/O模块、编程语言和编程工具、通信协议等的技术更为规范化和标准化。1.4 本文的设计任务（1）阐述层绕机排线机构的PLC控制系统设计目前研究的意义，同时简单介绍可编程控制器国内外的发展，确定其在层绕机排线机构控制系统中的可行性。（2）多种动作控制的研究。熟悉它的工作过程和条件。最后确定其控制方案。（3）PLC程序的设计，其中包含几种方案的选择、I/0接口的确定、模块的选取，功能程序的编写与设计。第 25 页 共 29 页，2工作原理和控制方案的分析2.1层绕机排线机构的控制原理2.1.1层绕机排线机构的结构组成 本设计层绕机排线机构的最终目的是实现排线机构控制动作的实现。其层绕机排线机构的结构简图见图2-1：图2-1层绕机排线机构结构图本次自动层绕机排线机构，包括测速机构和排线伺服电机组成，测速机构采用编码器实现，通过了解线材的实时速度，来调整伺服电机的实时转速，通过调整之间编码器和伺服电机的速度比值可以有效低的控制其排线角度的大小。2.1.2 系统流程图根据上述控制要求，得到的流程图如下图2-2所示。图2-2设计流程图2.2 控制方案比较与选择 通常控制系统中采用得比较多的方法有以下三种：继电器、单片机、PLC。而它们各有特点，并且自各适用范围也不一样。2.2.1 继电器控制继电气狭义上的说就是我们通常指的开关，它在满足条件的情形下实现开启和关闭。采用继电器的控制系统具有几大优点，如设计电路较为直观明了、结构比较简单而且价格偏低。在实际工业中，只依靠它的触点通断来实现控制在实际应用中难免存在某些方面缺点与不足:如在触点转换时影响响应的速度，进而使得控制精度降低;开与闭的切换频率在时，容易使触点产生电火花甚至产生电弧，这样耗电量增加，并且使用寿命降低;继电器是不具有通用性的，在设计复杂逻辑关系时，要求难以实现；该系统必须手工接线和安装6。当需要改动时，哪怕很简单，调整这些过程会花费大量时间去完成。2.2.2 单片机控制8一单片机控制系统的概述及其特点单片机的别名叫微控制器，它均含有一个中央外理器（CPU），RAM，ROM，I/O接口电路，定时器/流量监测传感器等，系统时钟和系统总线，构成一个完整的微型计算机系统并能实现计算控制。单片机系统的使用是成本减低，但效率并没有减低。 二单片机控制系统的设计方法8 单片机的硬件是由处理器、存储器、输入/输出接口和外部物理设备的有效结合，软件则是对应监控程序的总合。设计系统时必须考虑硬软件要相适应，不能光开发其中一方面，这样才可以开发出性能好的控制系统。它的开发分为几个步骤，过程不能独立进行，要求交叉配合。下面分别简要予以讨论。1.总体设计开始进行设计之初，必须综合考虑系统的功能要求和其使用条件来确认出合理的各项指标，做到与标准相符合。接下来依照市面上不同产品情况和对应主机的性能和所需开发设计工具等条件来选择合理的具体设计型号。再次还要选择能使系统精度、可靠性满足要求为前提下的传感器、模拟输入/输出接口、存储器、打印机以及显示器等设备。 2.硬件设计 根据系统提出的总体要求来确定硬件部分的设计，该部分总体思路上设计出系统的电路原理图，做一些不可缺少的部件测试和结构的加工。总线的负载能力大小、它的扩展的片选方式是不可忽略的。3.软件设计监控程序的设计虽然是最基础的，但是其工作量依然不少。与我们通常熟悉的在计算机上的软件设计不一样的是它的软件设计部分是在没有操作系统的情况下完成的，在不同应用系统中软件设计通常要注意以下三个问题。（1）合理的软件结构（2）程序结构设计（3）程序设计顺序 上一步结束以后，运用对应汇编软件进行的汇编，得到所需要的机器码。2.2.3 PLC控制1一PLC控制系统概述及其特点PLC控制的特点是通用性强，使用便捷，应用面大，具有强大的抗干扰能力和程序易学易编等优点。只要计划的输入和输出信号，然后根据控制要求，PLC指令调度的PLC控制程序。它不仅可以轻松实现唯一的时序逻辑，运动控制，定时控制，计数控制，数字计算，数据处理等常用功能，还能建立数字和模拟接触I/0接口，控制各位机械，使自动控制过程达到生产目的。 （1）顺序控制。通常顺序控制过程中，由控制信号发出的指令，让各个驱动器在生产过程中，根据动作自动运行。因为这样的程序的设计具有灵活性，它的响应速度也很快，高度可靠，生和和使用成本低廉，同时管理修理方便，可以说它完全可以取代单一控制。 （2）闭环过程控制。当前功能的全部是采用PLC，因为软件能实现模拟量模块的选取，所以它更为可靠，较为复杂的系统也能容易地达到要求，它所使用的方法也非常成熟和科学。 （3）控制运动位置。PLC与数控系统相互集成后，可以精确控制CNC的位置和运动状态，当信息输入装置接受处理和计算后，发出一系列的脉冲，来控制步进电机工作，这样数控设备就能实现多轴步进电机控制的目的。（4）监控和管理。通信接口，可以显示终端。显示器较为智能，它可以通过人机界面更好的实现互动与信息的传递。操作所需要的功能都能够在显示器上显示并简单触摸就能完成。（5）独有的网络性。它能够和多台电脑之间现建立信息互联。成为具有分布式特性的控制系统，形成一个企业自动化网络。它能实现远程监控，让企业技术工人依靠专有线路去实现远程监控系统的控制1。2.2.4 PLC与其它控制装置的比较 1. 强大的抗干扰能力，可靠性好企业生产需求对PLC的性能提升要求日益迫切，其使用了以下措施：（1）滤波器与光电耦合隔离的加入，使得了不同类别的干扰信号不能进入。（2）器件里面含有电磁屏蔽。（3）为了不让电源线产生不良干扰，它使用质量非常好的开关电源。（4）自诊断能对内部检测。（5）如果电源断电或运行被迫中断，为了防止重要信息丢失，它能够用电池供电使数据及时备份。（6）冗余技术提高了PLC的使用可靠性。一般PLC可以几万小时不会出现故障，可见它的可靠性很高。无数实践表明，如果PLC系统在生产使用时出现了故障，多数原因是控制核心之外的开关、执行元件等造成的，并非PLC核心的问题。2. 通用能力强，使用简便如今PLC设备批量化生产，产品均已实现了标准化，用户可以选取各种输入/输出模块和配套部件，能便捷搭建成所需的控制系统，使用者只需简单的程序设计。3. 简便与易理解的编程过程PLC是企业控制的重要核心，它所面向的对相是企业中的专业人才。技术人员一般不用使用计算机编程语言，而且PLC编程和继电器梯形图语言有着很强的相通性，使得容易上手，所编出来的程序简单和容易理解。4. 科学成熟的结构模块化，系统组合方便灵活可编程控制器它的每个组成部分是采用模块化设计的，通过机架和电缆把各模块连接起来。系统的功能和尺寸可以根据自己的实际需要相结合的，让用户可以在一个合理的成本条件下满足性能要求。5设计所花时间短它急速缩短了整个设计所用时间，推进了设计的步伐。6安装、调试便捷PLC通常是不用配制专用的房间，它可以直接运行在各种企业生产条件中。实际使用过程中，把PLC的I/0端口与实际设备对应连接，系统就能够启用，同时接线的任务量反而比以前采用的系统少许多。在实验室里面就可以设计与调试大部分程序，输入信号可以用模拟开关替换，通过观看二极管的显示情况就可以知道PLC的输出状态。如果突然出现故障可以参照PLC上发光二极管以及编程器反映出来的信息，立马找到出现故障的设备。假如是自身发生了问题，这种情况下可以更换模块的方法去解决故障。它的这些优点不仅使维护效率大为提升，而且又使对生产的不良影响减少到非常小的水平，同时又保障了生产。2.2.5 系统方案的确立总结前面所诉多种方面的因素与实际意义，本次设计的方案最终选取PLC来作为控制系统的核心，如2.4.4小节所阐述的PLC具有其他多种控制方案都不具有的一些优点和特点，它更符合本次设计所要达到的要求和目的。2.3 本章小结 本章主要介绍了层绕机排线机构所要达到的功能控制效果、原理、控制核心的选取和三种方案的论证与对比。3控制系统的硬件设计3.1 PLC控制系统结构组成本次设计中的层绕机排线机构控制系统硬件是主要由三菱PLC、继电器、伺服驱动器、断路器等组成。3.2 PLC和I/O扩展模块的选型 选择合适的PLC是本次设计能达到所需控制目的的关键。选用的原则从下面几个因素考虑：机型类别、容量大小、输入/输出模块数量。 本层绕机排线机构输入分配：8个点，输出分配：5个点。本次设计所选用的是由三菱公司制造的小型整体式PLC，具体型号为FX3U-32MT-001，此型号输入/输出端子数量都是16点，基本满足了本次设计的控制需求。FX3U-32MT-001的CPU单元规格是：I/O数量均为16点，输入、输出形式为晶体管型，电源采用AC220V。3.3 排线只够限位光电开关选择本次排线机构为了防止过行程，需要两个极限限位，通过采用光电开关实现。在此采用红外光电开关，本设计选用个光电开关为，上海坤式 GBL41X系列，NPN型，作用距离5M，直流24V，2线输出 电流1000MA。3.4 伺服电机控制模式的选择1、 转矩控制：转矩控制方式是通过外部模拟量的输入或直接的地址的赋值来设定电机轴对外的输出转矩的大小。2、 位置控制：位置控制模式一般是通过外部输入的脉冲的频率来确定转动速度的大小，通过脉冲的个数来确定转动的角度，也有些伺服可以通过通讯方式直接对速度和位移进行赋值。由于位置模式可以对速度和位置都有很严格的控制，所以一般应用于定位装置。3、 速度模式：通过模拟量的输入或脉冲的频率都可以进行转动速度的控制，在有上位控制装置的外环PID控制时速度模式也可以进行定位，但必须把电机的位置信号或直接负载的位置信号给上位反馈以做运算用。根据控制要求为速度控制，本文选用三菱MR-JE伺服驱动器，采用速度控制模式。3.5 PLC I/0的分配FX3U的I/O通道号一般采用自由配置、固定信道模式。可以任意选取输入和输出继电器，输入点对应输入继电器，同样输出点对应输出继电器，由上述控制要求可得到层绕机排线机构控制系统I/O分配表如图3-1所示。图3-1 I/O接口分配3.4 系统电气控制接线图设计单相线制是本系统所采用的供电方式。它的电源等级为AC220V5，50Hz，系统PLC接线图，伺服电路和主电路图如图3-2到3-4所示。图3-2 PLC接线图如图3-2所示，PLC的供电为220V交流电，输入端开关量信号一端接开关电源的0V端，输出段COM接开关电源0V段，辅助继电器一端接开关电源24V+段，一端接PLC输出端。图3-3 伺服电路图3-4主电路如图3-4所示，继电器输出电路的作用是，保护PLC由于电气元件损坏而烧毁PLC，一般PLC的输出端都是接小型继电器，在小型继电器的触点接到外部输出设备上。本电路为小型继电器触点输出到外部设备的电路。3.5 本章小结 本章是本设计的重点，主要介绍了控制系统的硬件设计部分，包含PLC点的分配、具体型号的的选取、硬件的接线等。4 系统软件设计4.1 三菱GX WORKS2 编程软件简介进入软件初始化界面以后，在【文件】下拉菜单当中，单击“新建”，这样就创建了新文件。然后在【设备名称】中输入具体名称，如“层绕机排线机构控制电路设计”，选取自己所需实际PLC，下一步再单击设定按钮选取CPU，确定后，就能进入编程界面，如图4-1所示界面。图4-1 编程界面编写好梯形图后，紧接着便能编译、链接和调试等操作。编译过程中没有出现问题，在线运行便可以进行。当出发现问题而需要调整，不仅能在梯形图模式下调整，还能在助记符方式下完成修正。编译结束后，如果没有出现语法上的问题，可以把程序上传到PLC中，在线运行。4.2 层绕机排线机构PLC程序的设计4.2.1 手自动选择程序当整个系统上电后，需要选择执行手动程序还是自动程序，手自动选择程序梯形图如图4-2所示：图4-2 选择选择程序由电气原理图可知，急停和停止按钮是以常闭点接入PLC中，在程序中需要注意此时的点是常开信号。当系统需要执行自动程序时，需要满足两个条件：一是将X6的旋钮拨到自动档，二是焊丝有无信号X7必须导通。当两个条件同时满足后，按下启动按钮X3可执自动程序。4.2.2 手动执行程序设计在系统工作时，需要手动调试，梯形图如下图4-3所示：图4-3 手动程序上述程序可以看出，本程序段运用ALTP指令，该指令为脉冲执行，当执行条件第一次满足时，ALTP执行的操作位元件被置ON，当执行条件第二次满足时，ALTP执行的操作位元件被置0。4.2.3 编码器测速程序如下图4-4所示图4-4 编码器测速程序本程序使用了三菱的测速程序SPD X000 K100 D0指令含义为：当执行条件满足的情况下，X000为脉冲信号接入端口，此时将100MS时间内的脉冲数存入D0中。本次设计选用的编码器的分辨率为1000，通过算数运算得到测的的实时速度D100。然后在经过运算得到编码器的脉冲频率。4.2.4 伺服电机速度控制程序其程序如下图4-5所示：图4-5 伺服电机速度控制程序上诉程序使用PLSY指令，PLSY指令的特点是：在一个程序中只能使用一次，同时其脉冲频率可实时变化。4.2.5 报警程序如下图4-6所示：图4-6 报警程序当系统焊丝没有的情况下，将发出报警信号。4.3 本章小结 本章节主要介绍了利用PLC来实现控制系统设计的具体流程，介绍了编程软件的简单使用、阐述了程序流程图的设计等，并对主要程序段所表达的控制功能进行详细的说明，使之能够便于更加迅速的理解程序。5 程序的仿真与画面的制作仿真软件的功能就是将编写好的程序在电脑中虚拟运行，如果没有编好的程序，是无法进行仿真的。首先必须先安装编程软件GX WORKS2。5.1 仿真的步骤（1）启动编程软件GX WORKS2 （2）通过“快捷图标”启动仿真如图5-1所示。图5-1 仿真启动画面启动仿真后，程序开始在电脑上模拟PLC写入过程 并且可以通过“在线”中的“软元件测试”来强制一些输入条件ON或者OFF。监控程序的运行状态。5.2 执行自动程序条件要想能够正常运行自动程序，首先原点X7必须为ON，其次手动/自动旋转必须旋转自动执行，这里我们强制X4/X5/X6/X7为ON，结果如下图5-2所示：-图5-2 软元件强制ON如图5-2所示：此时M0得电，下面我们将自动启动X3信号强制ON，看看程序有何变化，如下图5-3所示：图5-3 自动启动此时，可以看出M1已经为0N，说明自动程序已经执行：5.3 触摸屏画面的制作本次设计运用三菱GT Designer3软件进行人机界面的绘制，本次设计制作了开机画面和监视操作见面，如下图5-4所示：图5-4 人机界面如图所示，本次人机界面主要分为四大区域，分别为数据监视，数据调整，手动操作和报警窗口组成。5.4 本章小节本章主要对PLC程序进行仿真测试，通过仿真软件的测试，最终确认编写的程序无误。5 总结与展望5.1 总结本文主要是针对“层绕机排线机构控制系统的设计”的研究。运用功能模块完成了开关量、脉冲量的转换，从而达到了对上述伺服的控制、报警等功能的目的。本文所做的主要工作：（1）通过查阅设计资料，了解层绕机排线机构的控制原理及控制流程。（2）学习PLC过程控制知识方法实现层绕机排线机构自动控制。（3）电气原理图的绘制。由于本人所学相关知识较少，实践能力不足，客观上时间和实验条件上的制约，使得本次层绕机排线机构系统的部分功能设计存在着某些缺陷，我会在今后的学习和工作中不断加强理论与实践。5.2 展望PLC有着许多优点，经过几十年的发展，在实际工业中已经得到了广泛的运用。不可否认，开发方法还存在不足，系统化、集成化有待加强。相应技术进一步的稳步提升，模拟量的控制采用PLC来实现应用也越来越多，因此增添D/A,A/D转换及运算功能的仿真很必要。开发工具功能的进一步更新补充，控制系统前景也越来越明晰，对整个社会的经济和工业现代化程度提升都有着积极的意义。通讯技术网络化和软硬件的高速发展，这对自动化领域技术产生深远影响和进步。PLC是自动化控制的最基础设备，其技术的不断成熟，它的优势越来明显。参考文献【1】 王树梅.焊丝层绕机微机控制系统的研究D:硕士学位论文.济南：山东大学，2006【2】 罗 雨.焊丝层绕机恒张力系统的研究D:硕士学位论文.北京：北京化工大学，2008【3】 河南省西工机电设备有限公司.焊丝层绕机P.中国，实用新型,ZL03284118.3，2004年9月1日【4】 袁关兴.层绕机排线滞后角模拟自动调整机构P.中国，实用新型,ZL200520100513.6,2006年4月5【5】 郑州机械研究所.自动控制排线滞后角的焊丝层绕机P.中国，实用新型,ZL200620032375.7,2008年1月23【6】 张吉月 于 静. 系列运动参数数字检测技术的研究J. 北京石油化工学院学报. 2009年06月(第2期17卷)【7】 王树梅 张东亮. 基于C8051 F005 的焊丝层绕机控制系统J.测控技术. 2006年第26卷第6期【8】 姜 琦. 基于角度控制的自动排线系统设计D:学士学位论文.北京：北京石油化工学院，2005【9】张吉月.于静 系列运动参数数字检测技术的研究期刊论文-北京石油化工学院学报 2009(2)【10】张吉月.纪文刚.张立新 基于PLC的焊丝自动排线技术的研究期刊论文-微计算机信息 2008(16)【11】陈术辉.钟汉如 基于速度和位置闭环控制的绕线机控制方法期刊论文-科学技术与工程 2006(15)【12】赵松年 主编.C机电一体化系统设计M北京：机械工业出版 社，+2004【13】袁先伦.刘会兵.刘成超.鲁嘉 微细丝绕线机的研制期刊论文-现代制造技术与装备 2010(4)【14】Divan D M.The Resonant DC Link Converter-A New Concept in StaticPower Conversion.IEEE IAS Conf.Proc.1996【15】Divan D M.The Resonant DC Link Converter-A New Concept in Static Power Conversion.IEEE IAS Conf.Proc.1996【16】Amplifiers.2006-5-18致 谢这次毕业设计可以圆满的完成，离不开导师XXX的悉心指导。从课题的提出和论证到论文完成，X导师渊博的学识、先进的学术思想、对待研究的严谨态度和无私的奉献精神都是学生的楷模，使我受益匪浅，在论文完成之际，谨向尊敬的X导师致以崇高的敬意和由衷的感谢。经过这段时间的毕业设计，我感觉到掌握扎实的基础知识和学会使用必要工具的重要性，深刻体会到网络资源的巨大作用，在遇到难以解决的问题时，可以在网络中寻找所需的资料，到相关的论坛上去求得帮助；学会灵活运用电脑网络这个现代工具是我们必备的素质。同时毕业设计对我的英语水平也提出了较高的要求，通过阅读英文资料、翻译英文材料切实提高了我使用英语的水平，使我在今后的学习中不至落后现代技术发展的潮流。在进行毕业设计的过程中 ，我的感激之情无以言表，仅以此文献给他们，感谢我的朋友们，大家这四年来无论深处何地，距离多远，我始终感受的到与你们大家在一起；感谢我的老师，四年来对我的关心帮助让我在学校的生活和学习中都能有亲人般的感觉；感谢我的同学们，大家虽然来自不同的地方，但是大家始终相亲相爱，团结一致。我很庆幸能有了你们大家陪我一路走过艰难的历程。回首大学四年，往事历历在目，心绪难以平复，如此多的关心和帮助让我感到莫大的幸运，感觉充满力量，无论是身边的同学老师还是远方的亲人朋友们，他们的支持是我可以努力和坚持的最大动力，有了他们才真正让我感受到这个世界是无与伦比的美丽，这些都将支持我走向新的岗位，为社会为他人贡献我的绵薄之力。 任 务 书学院（系、部） XX 专业 XX 班级 XX 学生姓名 指导教师/职称 XXX 1.毕业设计（论文）题目焊丝层绕机绕线与排线同步控制系统设计排线机构的检测与控制2.任务起止日期： XX年 12 月 12日 至 XX年 06 月 23 日3.毕业设计（论文）的主要内容与要求（含原始数据及应提交的成果） 此课题为层绕机绕线与排线同步控制系统中排线机构的检测与控制的系统设计。通过充分的调研，提出合理的排线机构检测与控制的系统方案，包括排线角度、排线速度的检测以及排线电机的控制，实现排线与绕线的同步控制，完成排线机构检测与控制的方案设计。本课题主要完成硬件组态和配置、软件编程等工作。具体工作任务与要求：翻译外文资料（不少于25000字符）技术调研排线线径0.5-2.5mm提出机构的检测与控制系统方案确定控制系统硬件总体方案、排线机构检测及控制方案绘制电气系统接线图和编制数据采集与控制软件比较同步带和辊轴丝杆两种排线机构设计方案，据此撰写技术经济分析报告预期培养目标：具备文献查阅与综合能力具备外文阅读与翻译能力具备数据收集、分析、计算和处理能力具备项目调研、设计及调试能力具备现场解决问题的能力具备一定的科技论文写作能力最终提交材料：外文资料原文（不少于25000字符）及翻译稿设计说明书控制硬件配置图电气原理接线图排线机构检测与控制软件流程图PLC梯形图技术经济分析报告4.主要参考文献DVP全套产品数据盘+科技期刊光盘版5.进度计划及指导安排（前5周的内容安排在第7学期）周 次日 期工 作 内 容具 体 要 求162016.12.122016.12.16熟悉题目、查阅文献资料这段时间可以穿插共计8周岗位实习。172016.12.192016.12.23翻译本专业原文资料182016.12.262016.12.30确认系统硬件方案192017.01.032017.01.06排线机构检测与控制方案论证202017.01.092017.01.13开题、检测与控制系统硬件选型交译文12017.02.202017.02.24检测与控制系统硬件选型交开题报告22017.02.272017.03.03排线机构检测与控制系统设计交硬件配置图、逻辑描述图、I/O表格3与岗位实习穿插进行，先完成那个内容均可以。这段时间可以穿插共计8周岗位实习。4567892017.04.172017.04.21排线机构检测与控制系统设计102017.04.242017.04.28排线机构检测与控制系统设计112017.05.012017.05.05排线机构检测与控制系统设计122017.05.082017.05.12排线机构检测与控制系统设计132017.05.152017.05.19排线机构检测与运动控制软件编制注：要求部分软件编制。142017.05.222017.05.26排线机构检测与运动控制软件编制152017.05.292017.06.02人机监控系统设计162017.06.052017.06.09人机监控系统设计172017.06.122017.06.16整理软硬件资料编写论文182017.06.192017.06.23毕业答辩交论文任务书审定日期 年 月 日 系（教研室）主任（签字） 任务书批准日期 年 月 日 教学院（系、部）院长（签字） 任务书下达日期XX年12月12日 指导教师（签字） 计划完成任务日期XX年06月23日 学生（签字） 北京石油化工学院教务处监制 2004年12月1、选题背景、研究意义及文献综述1.1选题背景及意义随着气体保护焊和其他先进焊接工艺的广泛应用，对焊丝的需求大幅度增加。现在国内焊丝已实现单盘层绕化供应，焊丝层绕机是焊丝生产过程的重要设备之一，层绕机是将生产好的大盘焊丝层层均匀地卷绕在小盘上，包装成成品。目前国产的层绕机大多只处于半自动状态，对操作工要求高，绕线工艺不易掌握，控制主要难度在于排线和张力控制。所以本次设计了层绕机的控制系统。本次设计的意义，在课题设计的过程中我们能学到较多课堂上学不到的东西，在设计进行阶段指导老师提供了很多PLC控制系统设计的基本要求和设计思路，整个设计过程中使受益匪浅。是我在即将离开学校踏入社会一次重要的设计体验。也是为以后的工作生活打下了基础，在此过程中我学到电气控制系统的设计方法和步骤。这次设计是我在指导老师的指导下一点点亲自完成，无论是在实地考察还是设计资料的查阅，都使得我们学到了很多东西。1.2文献综述1.2.1 国内外张力控制的研究现状与发展国内外早期卷绕生产中的张力控制是采用单纯的加重锤法，此方法不能根据张力的实际情况调节运行速度，速度大小对张力影响极大，调节精度很差。20世纪80年代出现了具有有限反馈调节功能的机械式卷筒导开装置，此装置在卷筒辊后部增加了一个摩擦片，通过调节摩擦力大小，可以在一定程度上调整卷材张力。但其反应不灵敏，调节范围有限，控制精度也不太高，而且随卷筒直径大小的改变，张力大小也不断改变。以上这些装置都无法满足生产高质量、高性能同步带的要求。20世纪80年代后期以来，随着电力电子技术、计算机实时控制技术、检测技术的发展，特别是微处理器技术的不断成熟，很多企业将数字技术引入到张力控制系统中，于是出现了模拟数字混合张力控制系统，并从单纯的单机单路控制转向一机多路控制，全面采用单板机、可编程序控制器控制。采用的控制方法都是外环（位置环或张力环）结合速度环和电流环，对于要求不高的系统，有时只需要外环即可。另外，随着控制理论的不断发展，一些新的控制思想和控制手段也被引入到张力控制系统中，这使控制系统的精度愈来愈高，控制方式也更加灵活多变。根据控制系统输出的控制对象分，目前市场上主要有以下几种张力控制系统：一种是以磁粉制动器（离合器）为主要执行部件的张力控制设备，由于磁粉制动器的的输出转矩与通过其电感线圈的电流具有优良的线性关系，因而只要通过相应的压力检测器件检测现场的压力值，对应此输出相应的通过磁粉制动器的激励电流就能实现动态控制，保持现场张力的恒定。这类张力控制系统主要用于低张力控制的造纸、纺织等行业；另外一种就是以变频电机为执行部件的张力控制系统，其主要特点是通过控制变频器的激励电流或者激励电压来实现电机转速的控制，从而实现现场压力的恒定，该类系统主要应用于对速度和张力都有较高要求的大规模工业系统中，如钢铁工业、电缆制造业等。近年来，张力控制系统结合了最新的电力电子技术，检测技术，数字控制技术于一身，向着多功能，一体化，产品系列化的方向发展。相对来说，国内外控制系统设备不仅对于卷取过程中张力有严格精确的控制，而且对于初始建立张力、卷取过程张力都有较好的控制，并且有友好的人机界面，完善的功能，如缓冲启动、防松卷功能、手动/自动控制、模式选取、控制参数的保存和调用、自诊断模式、多种通讯接口等，但价格却相对昂贵。国内的张力控制系统基本停留在手动随机、随时控制的水平上，有部分采用模拟检测、模拟放大控制输出的产品，可控性和人机界面差，控制精度不高，迫切需要更新换代。1.2.2 PLC技术的发展及趋势二十世纪六十年代美国推出可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller，PLC）取代传统继电器控制装置以来，PLC得到了快速发展，在世界各地得到了广泛应用。同时，PLC的功能也不断完善。随着计算机技术、信号处理技术、控制技术网络技术的不断发展和用户需求的不断提高，PLC在开关量处理的基础上增加了模拟量处理和运动控制等功能。今天的PLC不再局限于逻辑控制，在运动控制、过程控制等领域也发挥着十分重要的作用。 作为离散控的制的首选产品，PLC在二十世纪八十年代至九十年代得到了迅速发展，世界范围内的PLC年增长率保持为20%30%。随着工厂自动化程度的不断提高和PLC市场容量基数的不断扩大，近年来PLC在工业发达国家的增长速度放缓。但是，在中国等发展中国家PLC的增长十分迅速。综合相关资料，2004年全球PLC的销售收入为100亿美元左右，在自动化领域占据着十分重要的位置。 PLC是由摸仿原继电器控制原理发展起来的，二十世纪七十年代的PLC只有开关量逻辑控制，首先应用的是汽车制造行业。它以存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和运算等操作的指令；并通过数字输入和输出操作，来控制各类机械或生产过程。用户编制的控制程序表达了生产过程的工艺要求，并事先存入PLC的用户程序存储器中。运行时按存储程序的内容逐条执行，以完成工艺流程要求的操作。PLC的CPU内有指示程序步存储地址的程序计数器，在程序运行过程中，每执行一步该计数器自动加1，程序从起始步（步序号为零）起依次执行到最终步（通常为END指令），然后再返回
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