全自动钢坯喷码机PLC控制系统设计【5张CAD图纸+毕业论文】

全自动钢坯喷码机PLC控制系统设计

51页 26000字数+论文说明书+任务书+5张CAD图纸【详情如下】

PLC电气原理图.dwg

任务书.doc

全自动钢坯喷码机PLC控制系统设计说明书.doc

梯形程序图.mwp

气动回路.dwg

液压原理2.dwg

电机控制主回路2.dwg

程序框图.dwg

全自动钢坯喷码机PLC控制系统设计

摘要： 工业自动化技术在近年来发展十分迅猛，当前工业自动化三大支柱技术之一的PLC技术以其很高的可靠性和抗干扰能力受到广泛的欢迎，在各行各业的技术改造过程中被大量地应用。然而，单机控制往往因为点数的限制，无法实现对于较复杂的系统的控制。

表面处理工程领域是当前一个倍受关注的领域，作为一个新兴的边缘学科领域，有着蓬勃的生机，这一工程领域内的喷码生产则是一项非常传统的产业，生产率低下生产技术水平不高的现实迫切需要对其加以技术改造。本文就如何提高喷码生产领域的自动化水平，运用PLC技术在生产线上实现控制。论文首先分析了喷码打标行业的生产状况，比较了几种常用的控制策略的优缺点，确定具体的控制方案，接着分析并设计了系统的控制流程，再就设备级的控制进行深入的研究，在硬件和软件两个层面上的控制进行了设计，最后对于系统的可靠性进行了设计。针对钢坯生产线，运用PLC控制气动回路，再控制喷头进行定位喷码；在操作上选用步进电机来精确定位和调速。

关键词: PLC； 钢坯喷码； 控制； 气动； 步进电机

The design of PLC Control System for Fullautomatic spraymarker of Steel Billet

Abstract：Industry automation technology develops very fast in recent years, as one of the three support technologies in industry automation, PLC is greatly welcomed with its very high reliability and antiinterence ability, and applied largely in the technology reformation process of all walks of industries.However, the single machine control usually can't carry out for the control of more complicated system because of the restriction of point. 

The surface treatment engineering realm is paid close attention at present, as a new frontier subject realm it has booming source of vitality, however, in this engineering realm ,marking production is a very traditional industry, the reality of low production rate and low production technology level need urgently technology reformation. This paper analyses how to raise marking automation level of producing the realm, and use PLC technology to control in the production line. The thesis analyzed marking on the production condition of profession first, compared with the merit and shortcoming of a few control strategies in common use, gave concrete control project, analyzed and designed the structure of the controlling process, also carried on a thorough research for the control of equipments class, designed two levels’s control with production line of hardware and software, finally designed the credibility of the system. Face to the production line ,it uses PLC technology to control the pneumatic loop ,then it controls the marking head to mark on the exact location that we need and choose the stepping motor to find the exact location and change the speed .

Keywords:  PLC;  marking on the billet ;  control,;  pneumatic;  stepping motor  

目  录

摘要1

英文摘要1

1 绪论2

1.1 项目研究的背景2

1.1.1 国外打标机的发展2

1.1.2 我国打号机的发展现状4

1.2 钢坯打标机在炼钢生产中的作用5

1.3 课题的提出及意义5

2 气动回路设计6

2.1 气动回路设计6

2.1.1气动回路的设计思路6

2.1.2 气动回路图的设计6

2.2 气动回路图各元件型号选择及其性能分析7

3 硬件系统设计13

3.1 PLC型号选择及其性能分析13

3.1.1 可编程控制器的应用和发展13

3.1.2 PLC的工作原理及其性能分析 17

3.2 PLC中CPU的选择 18

3.3 电机的选择及其分析19

3.3.1 步进电机的选用及分析19

3.3.2三相异步电动机的选用及分析 20

3.4 传感器型号选择及其性能分析 22

3.4.1 激光测距传感器 22

3.4.2 透射式电涡流测厚传感器 22

4 软件设计部分25

4.1 各运行部分之间距离与延时时间的设定25

4.1.1 各零件距离设定25

4.1.2 各运行速度设定25

4.1.3 其他值的计算25

4.2 PLC控制系统流程的设计26

4.2.1 系统描述26

4.2.2 PLC控制系统27

4.2.3 PLC控制系统的扩展配置27

4.2.4 程序主流程28

4.3 PLC的I/O地址分配31

4.4 设计PLC的外部接线图31

4.5 电机控制电路主回路32

4.6 设计梯形图程序33

4.6.1  编写梯形图的软件介绍33

4.6.2  用PLC对步进电机的控制方式描述34

4.6.3  采用多段管线PTO输出控制步进电机37

4.6.4  PLC的抗干扰措施46

5 研究工作的总结47

6 致谢48

7 参考文献49

1 绪论

1.1 项目研究的背景

    在机械成品和半成品加工过程中，为了及时而准确地识别产品的零部件，往往需要在自己的产品上标以明显的标志或记号，因此标记打印加工是机械制造过程的重要工序之一。过去，大多靠手工在产品上建立各种字符、图形等。采用人工方式速度慢，图案单调，在复杂的环境下难以进行，不利于现代化操作流程。

随着计算机技术、自动控制技术、传动技术及CAD技术的发展，在成批、大量的现代化生产过程中，标记设备采用自动控制方式己成为主流。

传统的工业零部件标记打印，一般多是采用字模冲压、电化学腐蚀、电火花加工。这些方法，不仅效率低、不美观，而且防伪性差，很难达到同一规格，所以废品率极高，尤其难以适应现代化大生产的需要。一种较为先进的激光打印技术，在西方一些工业先进国家应运而生，随后在我国也得到发展应用。

激光打印技术，虽然较好地克服了传统工艺的许多缺点，但由于受到激光器本身寿命低与在环境恶劣的生产现场缺乏长期稳定性工作特点的制约;同时，由于有色金属对激光的吸收较差，打印深度浅，所以这一方法不能满足生产实际的需要，除特殊材料如金刚石、硬质合金或对打印深度无特别要求的场合外，未能得到普及推广。

为弥补上述方法之不足，适应现代化大批、大量生产发展的需要，出现了一种全新的工业标记打印工艺—气动标记打印工艺。从1988年之后，这工艺便在一些西方国家相继采用，特别是在汽车、摩托车行业得到迅速推广。像美、日、意、德、法等国的通用、福特、克莱斯勒、丰田、本田、菲亚特、奔驰、标致、雪铁龙、雅马哈等汽车、摩托车制造厂，均都大量采用。我国汽车、摩托车(集团)公司近年来也有了应用与发展。相比较而言，气动和电动相结合的方式由于结构简单，成本低，可控性好，速度快，特别适合于对标记速度有较严格要求的流水线作业场合，并能方便地控制标记内容的深度。

1.1.1 国外打标机的发展  

号码机问世己有一个多世纪了，从当初单一的印刷用号码机扩展到今天的包括印刷用号码机、办公用号码机和特殊用途号码机三大类、几百个品种。

    生产号码机历史最悠久的国家是美国，其次是英、德、法等欧洲工业化国家。五十年代起，日本开始大力研制和生产各类号码机，并在许多方面都逐步接近或赶上了美国。现在国际市场上，印刷用号码机80%被美国和德国占领，办公用号码机60%以上被日本占领，而特殊用途号码机(主要是金属编号机)仍然由美国垄断。

    七十年代中期以前，号码机的质量主要体现在整体跳动的准确程度和号码打印的清晰度(即字面高度、字面倾斜、字脚高低的综合反映)上。进入七十年后期，随着印刷机械的不断更新换代，印刷用号码机也随之发生重大变革，印刷机上普遍使用的平型印刷号码机逐步被轮转印刷号码机所取代，轮转号码机的加工技术和使用性能都远远优于平型号码机，从而提高了产品的档次。现在轮转号码机己占印刷机市场的85%以上，而且还有上升的趋势。由于平型印刷号码机在一些发展中国家仍有不小的市场，因此，美国、德国、意大利等国家在大力研制发展轮转号码机的同时，还在积极改进平型号码机，通过将号码机的递加递减功能的复合，以及外观的深加工来提高产品的档次。平型号码机的整体体积正在趋向小型化。

    再就办公用号码机而言，七十年代中后期以来，随着自动化技术、微电子技术的发展，美国和日本先后研制出多功能电脑自动化号码机。另一方面，日本许多公司企业为满足用户多层次的需要，大力发展系列化的手动打号机，改进表面精饰，以吸引用户。由于日本号码机的规格多、品种全、价格适中，因而畅销全世界。而英国、法国则以提高使用功能和外观造型上取胜，在欧洲市场上仍处于举足轻重的地位。这个时期号码机的商品特性主要体现在潮流化和艺术化。英、法等欧洲国家的手动打号机讲究外观造型的板块化、直线状，凌角鲜明，配以电镀精饰或喷漆着色，既古朴典雅又粗犷大方，而日本、美国则讲究造型的多样化和色调的复合化，再加以电镀精饰，有令人赏心悦目之感。手动打号机的艺术化大大增强了它作为办公机械商品的美学功能。

    在设备安装与调试过程中，考虑到PLC自身虽具有一定的抗干扰能力，但还不够完善，根据用途和使用环境仍需要消除杂波，并采取抗干扰措施，这样可提高系统的可靠性。

1)电源回路上的抗干扰措施

    来自电源线的杂波，通常有常态杂波和共态杂波两种，虽其产生和传播的方式不同，但这些杂波一般都通过电源导线进入控制系统及装置。由杂波源经电源导线窜入系统中的杂波，对系统中各种电气设备危害很大。它能造成系统电压畸变，导致系统内电气设备的过电压、过负荷、过热甚至烧毁元器件，造成PLC等控制设备误动作。所以，最好在电源入口处采取预防措施，在工作环境十分恶劣(如干扰多)的地方，通常可用屏蔽变压器和电源滤波两种抗干扰方法。

2)接地抗干扰措施

    在不具备安装屏蔽变压器及电源滤波器条件的地方，直接采用接地抗干扰措施，并适当注意改善PLC设置环境，也是一项经济可行的办法，同样可收到消除杂波干扰的效果。

    接地分为机体接地和信号接地，前者是安全措施，后者是防止杂波干扰措施。利用接地可减少叠加在电源上或输入、输出线与机体间的杂波。相反，任何不合理的接地，均可诱发各种意想不到的杂波。接地方法有专用接地、共用接地和借用接地。最好选用专用接地，在万不得己的情况下，亦可选用共用接地，因为分支点靠近接地极，受其它控制盘影响少，并且以分支点到接地极处的阻抗也小，

产生的相互千扰小。决不可采用借用接地，因为分支点离接地极较远，分支点到接地极的阻抗高，会产生相互干扰。

    采用接地措施时，应考虑以下几个问题:①信号接地与机体接地之间应绝缘；②尽量减少接地端子引接地点的电阻;③机体分开时应在机壳上设接地端子，并以粗配线连接各端子;④设一点接地，不能设两点接地。如设置两个以上接地点时，接地处会产生电位差，将会产生杂波；⑤机体接地线或接地点有大电流时，接地电阻大，所以最好不采用共用接地。

    在PLC控制系统中，未使用电源滤波器，而是采用了最简易除杂波法，即按以上所说，采用共用接地(一点接地法)，实测接地电阻不到1Ω。经过一段运行实践证明，这种接地抗干扰法既简便、又经济可行。

3)注意PLC设置环境

改善PLC设置环境也是抗干扰措施之一，设置环境主要考虑以下几点: 

①装有PLC的控制柜，尽量远离高压柜或大电流动力装置;

    ②尽量使PLC远离高频设备，并做好接地处理;

    ③在确保无泄漏电流现象的情况下，可与其它设备共用电缆沟;

④安装于控制柜内的PLC，应注意须远离那些在开关时易产生电弧的接触器和低压断路器等电器元件，同时，必须在易产生电弧的电器元件旁连接阻容吸收器后才能作为PLC输出端。

5  研究工作的总结

    喷码机的研制开发，主要是为了改变目前国内喷码设备都依赖进口的局面，喷码机控制系统的设计是喷码机研制开发的重要一环。本论文在分析了喷码机的组成和工作原理的基础上，进行了控制系统设计。使所研制的喷码机具有喷印速度快、精度高、可靠性好等特点，且留有网络接口，便于远程控制。在理论上是完全可以实现的。

    论文主要的研究与设计工作和取得的一些成果有:

(1)阐述了喷码机的组成与控制方式，搭建了喷码机控制系统的软硬件开发平台，在所搭建的平台基础上，完成了控制系统的总体设计和详细设计；

（2）根据本设计需要的功能实现来设计出了气动控制回路，以及各部分的部件选型；

   （3)设计了PLC控制系统的硬件部分，满足了喷码机内部和外部信号传输的需要；

(4)设计了PLC控制系统的软件部分，梯形图的详细步骤设计；

（5）本系统使用方便，设计紧凑，但功能却十分齐全，作一定的小的改善即可应用于生产，有一定的工业生产价值。

（6）喷码机的设计在中国还属于自动化程度较低的领域，本设计对此领域的自动化程度的提高有一定的推动作用。

6 致谢

经过半年的准备、学习和设计，本次毕业设计已经接近尾声，由于我的毕业设计没有任何模版或完整参考资料，作为一个本科生的我，由于知识的缺陷，经验的匮乏，难免有许多考虑不周全或者根本想不到的地方，如果没有王老师对我的指导和纠正，对每个环节都严格把关，我一个人想要完成这个设计是很困难的。

所以首先要感谢我的指导老师王广斌老师。王老师在异地进行学习，还经常回学校对我们进行检查和指导，纠正我们的设计错误，给我们提建议和鼓励我们。对我们来说老师的话比任何学习资料都宝贵，都更有价值。有时老师不能回学校，也会在网路上和我们对话，耐心回答我们的每一个问题。在我做毕业设计的每个阶段，从查阅资料弄懂工作原理，设计草案的确定和修改，原理图的绘制，程序的编制、调试等整个过程中，他承担了很大的工作量，并给我耐心的讲解指导，让我学到了很多书本上学不到的知识。他在技术上的执著、钻研和刻苦，令我非常敬佩，也将积极影响我今后的学习和工作，这里向我的老师致以最诚挚的谢意。

其次要感谢和我一起作毕业设计的同组的陈永久，陆长友，文碧闻，王中卿等同学，感谢他们在本次设计中和我互通信息，资源共享以及互相鼓励。使我克服了许多困难来完成此次毕业设计。

同时，在我进行毕业设计的整个过程中，得到了段凯老师和其他同学的帮助，感谢段老师提供了实验室，感谢其他同学对我的专业知识上的指导和帮助。

在这次毕业设计过程中，我第一次感受到了用自己的思维设计出成果时的喜悦和满足，也能更清楚的看到自己在专业知识学习上的不足和盲点。这毕竟是我跨出了实践的第一步，最重要的是培养了我对电子行业的兴趣，有了自己的职业方向，不再有

7 参考文献

[1] 张进秋，陈永利 编. 可编程控制器原理及应用实例[M]. 机械工业出版社， 2004.

[2] 邓星钟 主编. 机电传动控制（第三版）[M]. 华中科技大学出版社，2000.

[3] 胡学林 主编. 可编程控制器教程（基础篇）[M]. 电子工业出版社，2004.

[4] 骆德汉 主编. 可编程控制器与现场总线网络控制[M]. 科学出版社，2005.

[5] 钟肇新 编. 可编程控制器入门教程（SIMATIC S7－200）[M]. 华南理工大学出版社，1999.

[6] SMC有限公司 编. 现代实用气动技术[M]. 机械工业出版社，2003.

[7] 成大先 主编. 机械设计手册－气压传动[M]. 化学工业出版社，2004.

[8] 徐炳辉 主编. 气动手册[M]. 上海科学技术出版社，2005.

[9] 钱国庆. QDB- I型精密气动打标机的研究与开发[D]. 南京理工大学，2002.

[10] 何吕涛. 钢坯打号机的控制系统研究[D]. 武汉科技大学，2004.

[11] 宁国勤. 激光打标控制系统的研究与实现[D]. 华中师范大学，2002.

[12] 杨秀萍,魏喜新. 小型液压打号机[J] .2000年2月.

[13] 唐怀军，郝山德. 新型气动钢板打号系统[J]. 机械工程师，2002年11月.

[14] 武卫,辛世界,张新义,王好臣. 自动打标机的研制[J]. 2002年12月.

[15] 王益泉，辛凤兰，刘学胜，黄涛，左铁钏，王智勇. 钢板激光打孔打标机计算机控制的研究[J]. 计算机测量与控制. 2005年10月.

[16] 陆旭. PLC控制系统抗干扰措施简述[J]. 林业机械与木工设备,2006年.

[17] 姜晓勇,孟爱华,项占琴. PLC在热轧钢坯喷号机的应用[J]. 机电工程,2001年.

[18] 卢飒. PLC在自动喷号机控制系统中的应用[J]. 控制系统的应用,2002.

[19] 魏巍，田芳方. s7-200PLC与上位机串行通信设计[J]. 煤矿现代化,2006年第二期.

[20] 曹林，林红举，李世伟，邵子惠，宋耀华. 基于S 7 - 200的金属铭牌打字机的研究与实现[J].

    成都纺织高等等专科学校学报, 2006年7月.

[21] 姚伟伟. 用西门子PLC实现长钢轨群吊多吊集控运行[D]. 大连铁道学院，2003年.

[22] 张广和. 气动数字定位控制系统的研究[D]. 重庆大学，2004年.

[23] 袁晓红. 可编程控制器梯形图语言编译器的研究与设计[D]. 中南大学，2004年.

[24] 《Hot Spray Marking Maching Operational Manual》