畢業(yè)設(shè)計（論文）鋼帶打捆機氣動控制系統(tǒng)設(shè)計【單獨論文不含圖】

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1、引言 1 引言 在當(dāng)今市場經(jīng)濟的情況下，產(chǎn)品的質(zhì)量和形象是企業(yè)生存和發(fā)展的決定性因素之一，而隨著社會對鋼材需求和對鋼鐵企業(yè)現(xiàn)代化程度的日益提高。越來越多的鋼鐵企業(yè)發(fā)現(xiàn)鋼鐵的包裝質(zhì)量越來越成為鋼鐵產(chǎn)量的關(guān)鍵。傳統(tǒng)的人工包裝效率低，工作強度大，作業(yè)環(huán)境差，而且易產(chǎn)生散捆、混號和松捆的情況，從而大大制約了鋼鐵產(chǎn)量的提高。為了解決這個瓶頸現(xiàn)象，各鋼鐵企業(yè)都逐步開始采用精準(zhǔn)包裝自動化生產(chǎn)線，而查資料可得，在國際上只有瑞典Sund Birsta公司、法國Botaram公司、德國Simac公司等少數(shù)幾家公司掌握了精準(zhǔn)包裝關(guān)鍵技術(shù)。而國內(nèi)諸如首鋼、唐鋼、寶鋼等大型鋼鐵企業(yè)只能相繼從國外引進了自動包裝生產(chǎn)線

2、，所以，全自動打捆機的開發(fā)應(yīng)用時當(dāng)務(wù)之急。棒料打捆機的先進性：自動棒料打捆機采用過程監(jiān)視系統(tǒng)采用客戶機/服務(wù)器多用戶結(jié)構(gòu)，過程監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)實時的生產(chǎn)流程監(jiān)控，設(shè)備運行監(jiān)控，生產(chǎn)數(shù)據(jù)監(jiān)控，同時完成數(shù)據(jù)分析處理，參數(shù)管理機組狀態(tài)設(shè)計，數(shù)據(jù)通訊處理功能為用戶提供完整的生產(chǎn)數(shù)據(jù)。由于鋼鐵廠環(huán)境惡劣，生產(chǎn)連續(xù)，且打捆機的一個打捆周期由蓄絲、合臂、伸鉗、送絲、拉緊、合鉗、剪切、開臂、擰進、松鉗、退鉗、擠平12個動作組成，動作多，運動復(fù)雜，因此對控制系統(tǒng)的性能及可靠性提出了嚴(yán)格的要求。而作為鋼鐵年產(chǎn)量世界第一的我國，所使用的全自動鋼材打捆機設(shè)備多數(shù)是從國外引進的，不僅耗費大量的外匯，而且設(shè)備維修困難。因此，

3、從1997年起，在對國內(nèi)外多種形式打捆機的深入分析研究，以及對首鋼總公司2臺棒材打捆機成功改制的基礎(chǔ)上，結(jié)合我國國情，自主開發(fā)研制了棒材打捆機。該打捆機可利用函6 mm、函6．5 mm的熱軋盤條對垂10 mm～垂40 mm的棒材按西100mm～西400mm捆徑自動打捆包裝，捆結(jié)擰轉(zhuǎn)720。，然后擠平。一個打捆周期為11 s，兩臺打捆機聯(lián)合使用即可勝任年產(chǎn)200萬t棒材廠家的精整包裝工作PLC具有結(jié)構(gòu)小巧。運行速度高，通用性好，可靠性高等特點，能適應(yīng)工業(yè)現(xiàn)場的高溫、振動、 粉塵等惡劣環(huán)境，所以選用PLC作為控制系統(tǒng)的核心部件。 全套設(shè)計，加153893706 鋼材打捆機是鋼鐵企

4、業(yè)實現(xiàn)鋼材產(chǎn)品自動化包裝的設(shè)備,其特點為連續(xù)工作。工作和檢修環(huán)境惡劣,很多廠家還缺少冷卻用水,這就要求打捆機液壓系統(tǒng)必須連續(xù)工作,可靠性高,抗污染能力強。在產(chǎn)品檢測過程中, 常常需要根據(jù)產(chǎn)品的形狀、材料以及重量將其進行分類。傳統(tǒng)的分類往往采用人工的方法, 致使生產(chǎn)效率低、生產(chǎn)成高。為此, 本文介紹了一種利用PLC控制的自動分揀系統(tǒng), 它不僅可以降低人工揀取、搬運的勞動強度, 提高勞動生產(chǎn)率, 降低作業(yè)成本, 還具有較高的可靠性和安全 性。因此打捆機液壓系統(tǒng)設(shè)計時采用了抗污染能力強、價格低廉的齒輪泵,但由于打捆機在兩個工作循環(huán)之間有一個等待時間,這時液壓系統(tǒng)的負載流量為零,泵的輸出如果全部溢流

5、必將產(chǎn)生巨大的熱量,給系統(tǒng)的冷卻,特別對采用風(fēng)冷方式的冷卻帶來困難。 1.1打捆機的發(fā)展趨勢 為了適應(yīng)現(xiàn)代化鋼材生產(chǎn)的需要，目前國際上打捆機的發(fā)展呈現(xiàn)了以下趨勢： 1）多品種、專業(yè)化、系列化 為了滿足各種不同鋼材打捆的需要，根據(jù)不同鋼材各自生產(chǎn)工藝和包裝特點，鋼材打捆機已形成了多品種、系列化、專業(yè)化的趨勢，研制出了適合不同鋼材打捆的專用鋼材打捆機，主要表現(xiàn)在各種新型捆扎材料的使用和捆扎鎖緊方式的創(chuàng)新(目前國際上鋼材打捆機的具體分類可見圖2.1)。 2）打捆機與鋼材成形機配套使用 為了提高鋼材打捆的自動化程度，且打好捆的鋼材具有整齊固定的形狀，鋼材打捆機與全自動鋼材成形機配套使用，如

6、鋼管在成形工位被自動碼放成正六角形、方矩形等穩(wěn)固的形狀，然后將碼放好的鋼材輸送至打捆工位進行打捆，達到穩(wěn)固整齊的包裝效果。實現(xiàn)了鋼材成形打捆的全自動化生產(chǎn)。 引言 3）具有塑料膜包覆機構(gòu)，保護鋼材表面質(zhì)量 對于高質(zhì)量的鋼材，如不銹鋼管、鍍鋅板材、卷材，為了防止在打捆的過程中將鋼材表面刮擦，破壞外表金屬涂層和防銹漆，在打捆之前先在鋼材捆表面卷繞 薄膜對鋼材進行表面質(zhì)量保護。 4）打捆速度不斷提高 為適應(yīng)現(xiàn)代化鋼材生產(chǎn)流水線高效率生產(chǎn)的要求，必須相應(yīng)的提高打捆包裝速度。目前國際上鋼帶打捆機平均每道的捆扎速度為20秒左右，退火或熱軋盤條打捆機的打捆速度一般在10～20秒左

7、右。 5）提高打捆機的自動化程度 鋼材生產(chǎn)流水線對鋼材打捆機的自動化程度要求越來越高，先進的鋼材打捆機普遍采用了微機控制和PLc控制技術(shù)，具備了全自動打捆、故障報警、自動計數(shù)的能力，在流水線生產(chǎn)中能實現(xiàn)自動送料、自動定位、自動轉(zhuǎn)位等功能，可以進行遠距離操縱控制，通過監(jiān)視系統(tǒng)和報警系統(tǒng)，及時發(fā)現(xiàn)問題，排除故障。此外機器的操作與維護更趨向方便，無須熟練的工人就可操作，一般的技術(shù)人員就能維修，大大提高了打捆機的推廣。以下如圖所示為鋼絲打捆機的類型。 河北聯(lián)合大學(xué)輕工學(xué)院本科畢業(yè)論文 手動打捆機 按工作方式分 半自動打捆機 鋼扣式打捆機 無扣式打捆機 全自動打捆機 鋼帶打捆

8、機 焊接式打捆機 鋼扣式打捆機 按捆扎材料分 鋼材打捆機 條狀線材打捆機 焊接式打捆機 鋼絲纏繞式打捆機 線材打捆機 棒材打捆機 按適用范圍分 管材打捆機 塑料帶打捆機 鋼絲打捆機 盤條線材打捆機 熱烙式打捆機 鋼板平板打捆機 板材打捆機 鋼板卷材打捆機 2 鋼帶打捆機的工作原理和組成 2 打捆機的工作原理和組成 本鋼帶打捆機是由如圖2.1所示。 圖2.1打捆機結(jié)構(gòu)示意圖 2.1 鋼帶打捆機的組成部件概述 鋼帶打捆機主要包含導(dǎo)帶輪，送帶單元，壓緊輪，帶有壓緊輪的氣動馬，和控制送扣的送扣傳感器1#，控制帶頭到達預(yù)定位置的的導(dǎo)

9、帶傳感器2#，調(diào)整帶能進入預(yù)定位置的壓帶傳感器3#，控制氣缸馬達壓緊帶的壓帶傳感器4#，控制鎖扣的鎖扣傳感器5#，靠摩擦力傳帶的壓緊氣缸傳感器6#。壓緊氣缸主要靠電磁閥控制。送帶單元由送帶輪、壓輪、帶有彈簧的承載臂、導(dǎo)向器、限位開關(guān)等組成，謂絲輪上裝有兩片摩擦盤，這兩片摩擦盤組成截面為V型的圓形導(dǎo)槽，送帶輪由氣動馬達驅(qū)動，壓軸輪由凸輪機構(gòu)組成，靠扭簧來實現(xiàn)定位和預(yù)壓縮。導(dǎo)帶單元由導(dǎo)帶槽、移動導(dǎo)帶槽的氣動缸、蓋輪組等組成，導(dǎo)帶槽截面為多邊形，內(nèi)徑尺寸為Φ650mm，中間隔板將其分成兩條滑道，每條滑道均勻布著球軸承，在打捆機裝置底部裝有一套 河北聯(lián)合大學(xué)輕工學(xué)院本科畢業(yè)論文 氣壓缸，用它可以移

10、動導(dǎo)絲槽，以確定使用單個滑道或者兩個滑道，從而可以打單捆或者雙捆。導(dǎo)絲槽包含一個蓋輪系統(tǒng)，分布著5個蓋輪組，每個蓋輪組上裝有一個軸承滾輪，軸承滾輪由一個小液壓缸驅(qū)動，可以在垂直與導(dǎo)絲槽所在平面向外翻轉(zhuǎn)。打捆時，蓋輪組依次翻轉(zhuǎn)，打捆絲順次釋放，從而增大打捆絲的張緊力。打捆單元由扭轉(zhuǎn)軸、帶有切刃的擰結(jié)頭、扭簧、夾緊缸、松開缸、助切氣壓缸、夾絲臂、夾絲板、導(dǎo)向切刀等組成。扭轉(zhuǎn)軸由扭轉(zhuǎn)馬達驅(qū)動，擰結(jié)頭沿扭轉(zhuǎn)軸軸向固定在其端部，扭轉(zhuǎn)軸和扭簧構(gòu)成圓柱凸輪機構(gòu)，使扭轉(zhuǎn)軸可以向一個方向旋轉(zhuǎn)扭結(jié)，從而反向轉(zhuǎn)動復(fù)位，夾絲板固定在夾絲臂上。導(dǎo)向切刀是聯(lián)接導(dǎo)帶單元、導(dǎo)帶槽單元和打捆單元的重要部件。 2.2 鋼帶打捆

11、機的工作原理 在一開始通過控制系統(tǒng)給打捆機一個脈沖信號，使打捆機的各個運動部件處于復(fù)位狀態(tài)，這是進行下一個動作，即光電信號傳感器接收信號，使控制送扣氣缸往下壓，把扣送到預(yù)定的位置。此時控制二級氣缸中的一個氣缸行程開關(guān)閉合，使鋼帶壓板往下運動和另一摩擦輪控制的另一鋼板處于壓緊狀態(tài)，光電傳感器接受信號，開始送帶。首先通過送扣傳感器接受信號，開始把扣往下送，送扣傳感器由一塊板和倆信號組組成，當(dāng)扣送下時通過送扣傳感器的另一頭調(diào)整送扣位置。當(dāng)位置調(diào)整好時，倆摩擦輪之間處于壓緊狀態(tài)，開始送帶，通過壓緊傳感器控制氣缸來調(diào)整帶的位置，以促進帶能順利進入帶槽，這時壓緊氣缸傳感器開始通過摩擦盤間的摩擦力開始傳帶

12、，當(dāng)代進入一周時，剛好進入時，這時導(dǎo)帶傳感器接收到信號，開始調(diào)整帶的活頭，通過延時繼電器，延時幾秒，然后停止送帶，送帶馬達停止轉(zhuǎn)動。到這時送帶結(jié)束，開始抽帶，打捆機開始抽帶，又通過一信號，使導(dǎo)帶曹打開開始抽帶，當(dāng)帶能捆上工件時，為使帶能剛好緊扣工件，氣壓馬達開始倒轉(zhuǎn)，使帶能緊扣工件，這是扣把工件鎖扣，切斷帶，此時，擺臂大氣缸往后運動控制機頭往 后拉伸，氣缸復(fù)位。這一過程結(jié)束。其打捆工作流程圖如下 開始啟動 車體定位 工件到位 卡扣到位 環(huán)臂下降 導(dǎo)帶槽閉合 到位 送帶 充滿 抽緊 P>P0 卡扣卡緊，剪斷 導(dǎo)帶槽張開 到位 2

13、 鋼帶打捆機的原理和組成 到位 P>設(shè)定值 退鉗 鎖扣扣緊 擠平 車體返回 續(xù)帶 復(fù)位 開始 3 鋼帶打捆機的氣動系統(tǒng)設(shè)計 3 鋼帶打捆機的氣動系統(tǒng)設(shè)計 3.1 氣動系統(tǒng)概述 氣動控制系統(tǒng)與電氣和液壓系統(tǒng)一樣，都是實現(xiàn)生產(chǎn)過程機械自動化最有效的手段之一。采用氣動系統(tǒng)的各種機器設(shè)備，在其總量中所占的比重為:包裝機中達90%，焊接機和鑄造機中達70%，自動操作機中達50%，鍛壓機中超過40%，采煤機中超過30%，洗衣設(shè)備中達40%，紡織機、制鞋機、木材加工機械和食品機械中占20%。 氣動系統(tǒng)有很多優(yōu)點:系統(tǒng)機構(gòu)簡單，使用維護簡便，成本低廉;能在

14、溫度變化范圍寬、濕度高和有粉塵的環(huán)境下可靠的工作，無火災(zāi)、爆炸危險;工作壽命可長達10000一2O0o0h(動作次數(shù)達10一50兆次);氣動執(zhí)行元件的輸出速度高(直線運動速度達巧而，s轉(zhuǎn)動速度達IO0000r/min);工作介質(zhì)(壓縮空氣)的傳輸比較簡單，且容易獲取;能從一個壓縮空氣站供給大量的用氣裝置;有過載保護性能。氣動系統(tǒng)的主要缺點是:大距離傳遞信號速度慢;在負載有波動時難以保證氣動執(zhí)行元件輸出平穩(wěn)等。然而對于自動化機械設(shè)備中的大多數(shù)對象來說，氣動系統(tǒng)的參數(shù)是合適的。此外，還可采用氣一電或氣一液聯(lián)動控制系統(tǒng)，將上述缺點部分或全部消除。 在實際生產(chǎn)中，包裝鋼帶的卷取規(guī)格須根據(jù)需方的要求而

15、定。一般情況下均采用單卷卷取，也有的需方需要復(fù)合卷。設(shè)計中考慮兩種卷取要求，設(shè)計了復(fù)卷橫移機構(gòu)。單卷生產(chǎn)時，復(fù)卷橫移電機歸不動作，由主卷取電機旋轉(zhuǎn)實現(xiàn)卷取。復(fù)合卷生產(chǎn)時，復(fù)卷橫移電機迸給實現(xiàn)橫向往復(fù)運動，同時主卷取電機實現(xiàn)卷取作業(yè)，兩個電機由控制系統(tǒng)實現(xiàn)協(xié)調(diào)運行。為了保證鋼帶卷取的精度，在復(fù)合卷取的橫移機構(gòu)中采用了傳動精度較高的滾動螺旋導(dǎo)軌副和水平運動導(dǎo)軌副。 卷取工序是整個高強度包裝鋼帶自動化生產(chǎn)線的最后一個環(huán)節(jié)，也是最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。在設(shè)計過程中綜合考慮各方面因素，力求設(shè)備在結(jié)構(gòu)外形和機械性能上達到 河北聯(lián)合大學(xué)輕工學(xué)院本科畢業(yè)論文 和諧的統(tǒng)一，并以設(shè)計出結(jié)構(gòu)簡單、運行穩(wěn)定、性能可靠的產(chǎn)

16、品為目標(biāo)。 由于打捆機系統(tǒng)控制的對象多，參數(shù)較多，且要求系統(tǒng)擔(dān)負一定的管理功能。根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計規(guī)則，為了提高系統(tǒng)的可靠性和可維護性，打捆機電氣控制部分采用了集成現(xiàn)場總線的模塊化設(shè)計。我們確定的電氣控制方案以一體機作為高層界面控制，以位傳感器及智能編碼器作為控制條件，以可編程控制器作物理層面的控制，協(xié)調(diào)好各模塊的工作順序，以達到工藝設(shè)計的要求。圖4．1為打捆機電氣控制系統(tǒng)初步設(shè)計框圖。如圖3.1 智能編碼器 系統(tǒng)工作狀態(tài) 智能編碼器 智能編碼器 電機駛?cè)胄盘? 氣缸輸入信號 系統(tǒng)工作狀態(tài) 可編程控制器PLC SIEMENS S7-400 智能分布式I\O(ET200S)輸入

17、組 智能分布式I\O(ET200S)輸出組 步進送帶馬達 導(dǎo)帶調(diào)整馬達 送卡扣電機 壓緊帶馬達 倒帶馬達 圖3.1系統(tǒng)框圖 3.2 打捆機的氣動系統(tǒng)組成 在前面分別介紹了整個打捆機系統(tǒng)中氣動元件的應(yīng)用情況。其中包括環(huán)臂（包 3 鋼帶打捆機的氣動系統(tǒng)設(shè)計 括導(dǎo)帶通路和氣缸壓緊裝置）以及打捆頭的升降控制，打捆機頭中的鋼帶驅(qū)動氣馬達、咬扣與切帶單元動力傳動二合一氣缸、送扣以及導(dǎo)帶通路的開合等一系列氣動執(zhí)行元件。下面將對一些重要的氣動執(zhí)行元件做重點介紹。 3.2.1 氣馬達 本打捆機的鋼帶的抽送采用氣馬達作為驅(qū)動源動力，因此這里介紹一下氣馬達的一些性能和特點

18、。氣馬達的功能相當(dāng)于電動機，它能將壓縮空氣的能量轉(zhuǎn)換為機械功，輸出轉(zhuǎn)矩，驅(qū)動機構(gòu)做旋轉(zhuǎn)運動。其按工作原理可分為容積式和渦輪式兩大類。其中容積式氣動馬達又分為葉式,活塞式和齒輪式。在全自動打捆機上采用葉片式氣馬達。如圖3.2所示為葉片式氣動馬達的工作原理和特性。 圖3.2葉片式氣馬達原理圖 1.定子排氣孔 2.轉(zhuǎn)子 3.葉片 4定子 3.2.2壓緊鋼帶和咬扣與切帶單元動力傳動二合一氣缸 二合一氣缸也即雙行程氣缸或二級氣缸，其構(gòu)造原理如圖3.4所示，分為前后兩個具有不同行程氣缸并固結(jié)在一起，兩個氣缸具有獨立的進出氣口。兩個氣缸可以具有不通的缸徑，以滿足不同輸出力的要求，但兩者的行

19、程關(guān)系必需滿足l2>l1條件。其一般的使用場合是機構(gòu)具有分步動作的情況。對于打捆機系統(tǒng)的抓緊帶頭 河北聯(lián)合大學(xué)輕工學(xué)院本科畢業(yè)論文 和咬扣與切帶單元，由于要求咬扣單元的咬爪在打捆的過程中具有兩個動作:鋼扣咬合成型與切帶。咬扣單元的分步動作即由二級氣缸來實現(xiàn)。如下圖所示，當(dāng)鋼帶送達到位后，需要馬達反轉(zhuǎn)抽帶從而拉緊鋼帶，拉緊鋼帶，此時需要將鋼帶一頭壓緊，氣缸1的A口進氣，B口出氣，同時氣缸2的C口和D口保持與大氣的連通，使其不具有壓力，氣缸1的活塞桿推動氣缸2的活塞桿向前運動，氣缸1的活塞走完滿行程后停止動作，第一步動作完成。當(dāng)要對鋼帶切斷時，氣缸2的C口進氣，D口出氣，推動氣缸2的活塞桿走完

20、氣缸2的剩余行程，使咬扣單元完成咬扣切帶動作。二級氣缸復(fù)位時，氣缸1的B口和氣缸2的D口同時通入壓縮空氣，而A口和C口則分別保持和大氣接通，氣缸活塞桿回復(fù)原位。 如圖4.3所示，缸1長度為L1，缸2長度為L2，L1

21、位置），中間保持狀態(tài)又分為中封、中排、中加壓式，中封，代表閥芯到達中間位置時，閥門處于關(guān)閉狀態(tài)，中排 3 鋼帶打捆機的氣動系統(tǒng)設(shè)計 代表閥芯到達中間位置，閥門處于排氣狀態(tài)，中間加壓代表閥芯到達中間位置時閥門處于開狀態(tài)給執(zhí)行機構(gòu)通氣 圖3.5三位五通電磁換向閥 單向節(jié)流閥，如圖3.5所示 節(jié)流閥是通過改變節(jié)流截面或節(jié)流長度以控制流體流量的閥門。將節(jié)流閥和單向閥并聯(lián)則可組合成單向節(jié)流閥。節(jié)流閥和單向節(jié)流閥是簡易的流量控制閥。 減壓閥，如圖3.6所示，是通過調(diào)節(jié)壓力，將進口壓力減至某一需要的出口壓力，并依靠介質(zhì)本身的能量，使出口壓力自動保持穩(wěn)定的閥閥門。從流體力學(xué)的觀點看，減壓閥是一

22、個局部阻力可以變化的節(jié)流元件，即通過改變節(jié)流面積，使流速及流體的動能改變，造成不同的壓力損失，從而達到減壓的目的。然后依靠控制與調(diào)節(jié)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)，使閥后壓力的波動與彈簧力相平衡，使閥后壓力在一定的誤差范圍內(nèi)保持恒定。 圖3.5單向節(jié)流閥 圖3.6減壓閥 河北聯(lián)合大學(xué)輕工學(xué)院本科畢業(yè)論文 過濾器，如圖3. 7所示，是輸送介質(zhì)管道上不可缺少的一種裝置,通常安裝在減壓閥、泄壓閥、定水位閥或其它設(shè)備的進口端，用來消除介質(zhì)中的雜質(zhì)，以保護閥門及設(shè)備的正常使用。當(dāng)流體進入置有一定規(guī)格濾網(wǎng)的濾筒后，其雜質(zhì)被阻擋，而清潔的濾液則由過濾器出口排出，當(dāng)需要清洗時，只要將可拆卸的濾筒取出，處理后重

23、新裝入即可，因此，使用維護極為方便。 蓄能器，如圖3.8，的作用是將氣壓系統(tǒng)中的氣體儲存起來，在需要時又重新放出。其主要作用表現(xiàn)在以下幾個方面。（a）作輔助動力源（b）系統(tǒng)保壓或作緊急動力源（c）吸收系統(tǒng)脈動，緩和液壓沖擊。 圖3.7過濾器 圖3.8儲能器 3.2.4信號接收傳遞元件 傳感器： 1：能感受規(guī)定的被測量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的器件或裝置傳感器是一種物理裝置或生物器官，能夠探測、感受外界的信號、物理條件（如光、熱、濕度）或化學(xué)組成（如煙霧），并將探知的信息傳遞給其他裝置或器官。本次設(shè)計用到的傳感器有紅外傳感器，壓力傳感器等紅外傳感系統(tǒng)是用紅外線為介質(zhì)的測量

24、系統(tǒng)，按照功能可分成五類, 按探測機理可分成為光子探測器和熱探測器. 紅外傳感技術(shù)已經(jīng)在現(xiàn)代科技、國防和工農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用本次打捆機的設(shè)計，選用了日本夏普公司生產(chǎn)的GP2Y3A003K0F型號紅外傳感器，其工 3 鋼帶打捆機的氣動系統(tǒng)設(shè)計 作有效長度在400mm-3000mm之間。產(chǎn)品如圖3.9所示。 紅外傳感器工作原理圖 圖3.9傳感器圖 行程開關(guān)，位置開關(guān)（又稱限位開關(guān)）的一種，是一種常用的小電流主令電器。利用生產(chǎn)機械運動部件的碰撞使其觸頭動作來實現(xiàn)接通或分斷控制電路，達到一定的控制目的。通常，這類開關(guān)被用來限制機械運動的位置或行程，使運動機械按一定位置或行程

25、自動停止、反向運動、變速運動或自動往返運動等。 3.3 打捆機的氣動系統(tǒng)設(shè)計 氣動系統(tǒng)可以看作按一定方式將氣動元件聯(lián)接而成的組合體，依照控制對象情況與外加控制作用以保證輸出信號的順序和(或)數(shù)值。信息的載體通常是壓縮空氣。實現(xiàn)機械自動化的氣動控制系統(tǒng)一般有兩類，即伺服控制與程序(過程)控制。由于鋼管打捆機并不需要精確的位置控制，故無須伺服控制，而只需過程控制即可。程序控制是自動控制系統(tǒng)中的重要控制方式之一。它根據(jù)生產(chǎn)過程的物理參量:位置、壓力等的變化，使控制對象的各執(zhí)行元件按一定的程序協(xié)調(diào)的工作。 程序控制一般可分為:行程程序控制、時間程序控制、行程時間混和控制和數(shù)字程序控制等幾種。行程

26、程序控制系統(tǒng)是最普通、應(yīng)用最廣泛的一種程序控制系統(tǒng)， 在本鋼卷打捆機的氣動控制系統(tǒng)中就采用這種控制方式。行程程序控制一般是一個閉環(huán)程序控制系統(tǒng)，它是以氣缸活塞(或氣馬達)在運動行程中，位置傳感器感應(yīng)氣缸活塞(或氣馬達驅(qū)動對象)位置，發(fā)出信號，輸入邏輯控制器，轉(zhuǎn)而去控制其它氣缸(或氣馬達)運動的一種控制方式。行程程序控制系統(tǒng)包括行程發(fā)信器(即氣缸等的位置傳感器)，執(zhí)行機構(gòu)、邏輯控制器和動力源等部分。 3.3.1打捆機的行程程序回路設(shè)計 行程程序回路的設(shè)計是氣動系統(tǒng)設(shè)計的一個最主要的內(nèi)容，其主要是為了解決信號和執(zhí)行元件之間的協(xié)調(diào)和連接問題。沒有一個合理而有效的回路，就不能很好的完成氣動系

27、統(tǒng)所承擔(dān)的任務(wù)。下面是送帶各機構(gòu)的工作流程圖，本鋼帶打捆機的一個總的流程圖如圖3.10所示； 鋼卷到位 環(huán)臂下降 送扣 壓緊氣缸裝置沿環(huán)臂齒輪槽旋轉(zhuǎn) 復(fù)位 卡扣與切斷 氣動馬達反轉(zhuǎn)抽帶 抓緊鋼帶頭 氣動馬達正轉(zhuǎn)送帶 圖3.10總的流程圖 （1）送帶機構(gòu)控制由送帶傳感器控制和送扣傳感器聯(lián)合控制，分為送帶控制，送帶對齊控制和送扣對齊控制。 如圖3.11所示，根據(jù)工藝流程的要求，用2個電磁感應(yīng)式傳感器直接檢測送扣到位與否，當(dāng)?shù)轿缓螅瑝壕o鋼板向下移動，促使倆個摩擦輪剛好接觸，對1個步進 3 鋼帶打捆機的氣動系統(tǒng)設(shè)計 馬達的檔塊位置進行檢測。當(dāng)信號傳給PLC時，PLC開

28、始實行程序，開始動作。 卡扣接受 傳感器1 卡扣調(diào)整 傳感器2 送帶到位 傳感器3 送帶調(diào)整 傳感器4 PLC 送扣馬達1 送帶馬達1 圖3.11送扣工藝流程 1）當(dāng)初始信號發(fā)給PLC時，接收信號，檢測卡扣是否到位，送扣馬達轉(zhuǎn)動，把卡扣送到指定位置，卡扣調(diào)整傳感器檢測。 2）當(dāng)卡扣到達指定位置時，送帶傳感器接收信號開始送帶。 3）送帶進入槽時，送帶調(diào)整傳感器檢測帶是否正好進入槽中，進行位置檢測，一次送帶完成。 （2）壓帶機構(gòu)的氣動控制 如圖3.12所示，根據(jù)壓緊帶的工藝要求，采用電器紅外線感應(yīng)式傳感器對壓帶到位與否進行控制，壓帶機構(gòu)控制主要由壓帶傳感器和觸

29、頭傳感器(其主要是紅 河北聯(lián)合大學(xué)輕工學(xué)院本科畢業(yè)論文 外線傳感器)控制，其中涉及到壓帶大氣缸，倒帶氣缸起拉緊作用。當(dāng)壓帶帶頭被抓緊時,此時傳感器感應(yīng)到位,傳送給可編程控制器，PLC接受信號，輸出程序，控制擺臂大氣缸伸出此時壓帶。 觸頭傳 感器1 倒帶傳 感器1 壓緊氣缸傳感器1 PLC 倒帶氣缸 壓緊氣缸 圖3.12壓帶工藝流程程 1）當(dāng)帶的起始段靠近結(jié)尾時，觸頭傳感器開始工作，當(dāng)接觸到信號時，壓緊傳感器工作，壓緊馬達工作，壓緊帶的起始部位。 當(dāng)壓緊傳感器工作時，帶被壓緊以后，倒帶傳感器接受信號，倒帶馬達工作，開始抽帶，此時，把帶緊緊地套在工件上。 （3）鋼帶

30、打捆機的最后過程 如圖3.13所示，當(dāng)帶被壓緊后，此時卡扣傳感器接收信號，開始打捆， 3 鋼帶打捆機的氣動系統(tǒng)設(shè)計 鎖扣傳感器 PLC 鎖扣工作 圖3.13鎖扣工藝流程 1） 卡扣接收到信號時，開始把帶扣緊，進行下一次的工作 由打捆機工作流程回路以及對執(zhí)行裝置的工作狀態(tài)分析的基礎(chǔ)上，再對其進行系統(tǒng)的完善，設(shè)計出較為完整的打捆機氣動。系統(tǒng)下圖為氣動系統(tǒng)原理圖圖3.14 圖3.14氣動系統(tǒng)原理圖 1.消聲器 2.順序閥 3.單向節(jié)流閥 3.3.2打捆機的氣動系統(tǒng)的分析 全自動打捆機是以壓縮空氣作為主要動力源，其動作的執(zhí)行大部分是經(jīng)過氣缸

31、河北聯(lián)合大學(xué)輕工學(xué)院本科畢業(yè)論文 與氣馬達來完成，氣動控制原理如圖3.7所示。按控制不同的執(zhí)行元件來分，該氣動控制原理可劃分為六個相對獨立的控制回路。 （1）環(huán)臂升降運動控制回路。 該控制回路實現(xiàn)環(huán)臂在工作時下降到達至鋼卷捆中部或者在打捆完成后上升離開鋼帶卷。該運動控制回路的組成包括:大型氣缸、三位五通雙電控電磁換向閥、單向節(jié)流閥等。 運動平穩(wěn)性控制： 由于該回路中執(zhí)行運動的氣缸承受整個環(huán)臂重量，且沿直線導(dǎo)軌做垂直升降運動，跟水平運動相比垂直運動平穩(wěn)性較差。當(dāng)氣缸帶動打捆頭及導(dǎo)帶通路上升時，由于承受較大重力運動較慢;而當(dāng)氣缸帶動打捆頭及導(dǎo)帶通路下降時速度較快，如速度不加控制，會對機構(gòu)

32、本身造成較大的沖擊，對機器產(chǎn)生破壞。要實現(xiàn)該控制回路氣缸的平穩(wěn)運動，應(yīng)該使氣動回路本身必須具有一定的調(diào)速功能，即氣設(shè)計成速度控制回路，因此安裝了單向節(jié)流閥。 （2） 打捆機頭升降運動控制回路 該控制回路實現(xiàn)打捆機頭在工作時下降接近至鋼管捆或者在打捆完成后上升離開鋼卷捆。該運動控制回路的組成包括:大型氣缸、三位五通雙電控電磁換向閥、單向節(jié)流閥，順序閥和消聲器等。 （3）鋼卷壓緊控制回路 該控制回路實現(xiàn)環(huán)臂中兩個壓緊裝置對鋼卷捆壓緊的動作，該運動控制組成的回路包括兩個小氣缸、三位五通電磁換向閥，一個順序閥和兩個單向節(jié)流閥和消聲器等。 （4）抽帶送帶控制回路： 該控制回路用一個氣壓馬達的

33、正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)實現(xiàn)鋼帶的抽帶和送帶功能，該運動控制組成的回路包括一個氣壓馬達，三位五通電磁換向閥，一個順序閥和兩個單向節(jié) 3 鋼帶打捆機的氣動系統(tǒng)設(shè)計 流閥以及消聲器等。 （5）鋼帶頭抓緊控制回路 該控制回路實現(xiàn)了當(dāng)送帶馬達通過環(huán)臂將鋼帶送入繞通道一周后，抓住鋼帶頭并抓緊以實現(xiàn)拉緊鋼帶的動作。該控制回路包括一個氣缸，三位五通換向閥，一個順序閥和兩個單向節(jié)流閥以及消聲器等。 （6）鋼帶送扣咬扣與切帶回路 該控制回路用來控制送扣、咬扣與切帶，實現(xiàn)鋼帶送扣、咬扣及鋼帶切斷的分級動作。該控制回路的組成包括:雙行程氣缸(二合一氣缸)、順序閥，三位五通換向閥和單向節(jié)流閥以及消聲器等裝置。 結(jié)

34、論 本次設(shè)計的主要內(nèi)容是鋼卷打捆機的環(huán)形臂，這是打捆機的重要工作部件。通過查閱大量的資料得知，鋼卷打捆機在我國還處于不發(fā)達的階段，自主的創(chuàng)新設(shè)計較少。設(shè)計中結(jié)合國內(nèi)外相關(guān)文獻，結(jié)合現(xiàn)有的打捆機的工作狀態(tài)，對新型的打捆機的結(jié)構(gòu)進行了設(shè)計和分析。設(shè)計中借助了傳統(tǒng)的設(shè)計方法，并且以計算機輔助設(shè)計軟件為主要平臺，對關(guān)鍵部件進行了校核計算，最后繪制了打捆機環(huán)形臂的結(jié)構(gòu)裝配圖和零件圖。 主要的設(shè)計內(nèi)容和結(jié)論有： （1）結(jié)合現(xiàn)有的打捆機的結(jié)構(gòu)和工作狀態(tài)，對其進行理論分析，并聯(lián)系現(xiàn)有設(shè)計目標(biāo)，對打捆機的結(jié)構(gòu)進行重新構(gòu)思。 （2）研究出了鋼卷打捆機的氣動控制系統(tǒng)。 （3）根據(jù)氣動系統(tǒng)實現(xiàn)了用PLC對其

35、進行控制。 4 鋼帶打捆機的軟硬件設(shè)計 4 鋼帶打捆機的軟硬件設(shè)計 通過對鋼卷打捆機系統(tǒng)的工作流程和氣動系統(tǒng)分析可知，一個打捆循環(huán)包括十個主要流程:旋轉(zhuǎn)裝置升降、壓緊鋼卷、送扣、送帶、送扣連桿復(fù)位、鋼扣預(yù)鎖緊、鋼帶壓板反轉(zhuǎn)，回到起始位置、貼近打捆鋼卷、收帶、咬扣與切帶和復(fù)位。而這些流程由一個或幾個動作執(zhí)行元件協(xié)同工作完成，執(zhí)行元件包括:送扣升降氣缸、鋼帶驅(qū)動氣馬達、抓緊鋼帶頭氣缸、鋼卷壓緊裝置氣缸、咬扣與切帶動力傳動二合一(雙行程)氣缸。鋼材打捆機工作流程復(fù)雜，各動作之間需要相互配合協(xié)調(diào)控制，具有較多的接近開關(guān)以及磁感應(yīng)位置傳感器，控制信號較多，需要控制多路氣動回

36、路以實現(xiàn)打捆過程的自動化。全自動鋼管打捆機采用三菱FX2N系列可編程控制器PLC作為打捆機系統(tǒng)的控制單元，實現(xiàn)打捆過程的順序與邏輯控制。 基于PLC控制的包裝鋼帶卷取機已成功應(yīng)用于某企業(yè)短流程高強度包裝用鋼帶自動生產(chǎn)線中，為企業(yè)創(chuàng)造了可觀的經(jīng)濟效益。該卷取系統(tǒng)與現(xiàn)有國內(nèi)外卷取設(shè)備相比，同規(guī)模產(chǎn)能投資降低90％，生產(chǎn)成本降低40％。通過生產(chǎn)實踐驗證，基于PLC控制的包裝鋼帶卷取機結(jié)構(gòu)合理，操作方便，監(jiān)控直觀，運行可靠，有多規(guī)格成品鋼帶帶卷。 同時為了便于調(diào)試及維修方便，增加了與自動控制并行的手動開關(guān)控制方式。其工作原理為：當(dāng)開關(guān)控制旋鈕旋到開關(guān)控制時，允許手動開關(guān)控制繼電器通電，以進行打捆動

37、作的調(diào)試和維護；而此時PI。C檢測到系統(tǒng)處于開關(guān)控制狀態(tài)，將不執(zhí)行自動打捆程序。當(dāng)開關(guān)控制旋鈕旋到程序控制位時，手動開關(guān)控制失效，此時，PIC檢測到系統(tǒng)處于程序控制狀態(tài)，則運行自動打捆程序。提高了現(xiàn)場的生產(chǎn)效率，達到了設(shè)計要求，具有較強的創(chuàng)新性和實用性。 由于打捆機的主要動作都由氣動執(zhí)行元件來完成，所以，全自動打捆機是以PLC為核心的氣動控制系統(tǒng)。PLC電氣步進控制系統(tǒng)和氣動步進控制系統(tǒng)類似，只是將 42 河北聯(lián)合大學(xué)輕工學(xué)院本科畢業(yè)論文 功率控制閥的氣控換向閥換成電磁換向閥，氣動行程開關(guān)換成電(磁)觸點行程開關(guān)，氣動按鈕閥換成電氣按鈕，氣動步進模塊換成PLC控制程序模塊。使得以P

38、LC為核心的電氣步進控制系統(tǒng)可以實現(xiàn)比純氣動步進控制系統(tǒng)更為復(fù)雜的控制功能，而控制方法更加簡單，氣動回路也大大簡化，可以省去很多氣動行程閥等元件，改用電氣軟觸發(fā)，大大減少了因硬件老化或磨損而引起的系統(tǒng)故障，保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠。其系統(tǒng)組成如圖4.1所示。 圖4.1系統(tǒng)組成圖 4.1 PLC的簡單介紹 4.1.1 PLC的硬件系統(tǒng)組成 三菱FN2X系列PLC 硬件系統(tǒng)的配置方式采用整體式加積木式,即主機中包含一定數(shù)量的輸入輸出(I/O)點,同時還可以擴展I/O 模塊和各種功能模塊?？紤]到整個打 4 鋼帶打捆機的軟硬件設(shè)計 捆機控制系統(tǒng)所需的輸入輸出量、控制程序的編排、程序及

39、數(shù)據(jù)存儲容量，選用了三菱FN2X可編程控制器系列中48MD-R CPU模塊。它具有24路輸入／24路輸出共40個數(shù)字量I／O點。可連接7個擴展模塊，具有13K字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲空間、2個RS485通訊編程口，具有PPI通訊協(xié)議、MPI通訊協(xié)議和自由方式通訊能力。根據(jù)實際數(shù)字量的情況，為CPU模塊增加了一個16路輸入／16路輸出數(shù)字量擴展模塊EM223。為建立良好的交互形式，及進行工況監(jiān)視、故障檢測等操作，選用了三菱FX2N TP7觸摸屏作為主要的交互手段，三菱FN2X系列PLC的一個完整的系統(tǒng)組成如圖4.2所示： 編程工具 CPU主機 人機界面 通信設(shè)備 功能模塊 擴展模塊

40、圖4.2完整系統(tǒng)硬件組成圖 （1）基本單元 基本單元（Basic Unit）有時又稱做CPU 模塊，也有的稱之為主機或本機。它包括CPU、存儲器、基本輸入/輸出點和電源等，是PLC 的主要部分。 （2）擴展單元 主機I/O 點數(shù)量不能滿足控制系統(tǒng)的要求時，用戶可以根據(jù)需要擴編程工具展各種 I/0 模塊，所能連接的擴展單元的數(shù)量和實際所能使用的I/O 點數(shù)是由多種因素共同決定的。 河北聯(lián)合大學(xué)輕工學(xué)院本科畢業(yè)論文 （3）特殊功能模塊 當(dāng)需要完成某些特殊功能的控制任務(wù)的時候，需要擴展功能模塊。它們是完成某種特殊控制任務(wù)的一些裝置。 （4）相關(guān)設(shè)備 相關(guān)設(shè)備是為充分和方便地利用系統(tǒng)

41、的硬件和軟件資源而開發(fā)和使用的一些設(shè)備。 （5）工業(yè)軟件 工業(yè)軟件是為更好地管理和使用這些設(shè)備而開發(fā)的與之配套的程序，它主要由標(biāo)準(zhǔn)工具、工程工具、運行軟件和人機接口軟件等幾大類構(gòu)成 4.1.1 PLC的優(yōu)勢和特點 PLC是一種應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)過程自動化控制的專用計算機，由于控制對象的復(fù)雜性，使用環(huán)境的特殊性和工作運行的連續(xù)性，要求PLC除了具有一般計算機的控制和處理功能之外，還必須具有適合工業(yè)生產(chǎn)和應(yīng)用的獨特之處。經(jīng)過近三十年的發(fā)展，PLC己形成了完整的系列產(chǎn)品，其功能己經(jīng)發(fā)展到目前的具有接近計算機的強有力的軟硬件功能，在工業(yè)控制應(yīng)用主要有以下優(yōu)點: （l）可靠性高，抗干擾能力強 PL

42、C往往工作在工業(yè)生產(chǎn)的現(xiàn)場，要求PLC具有很長的平均無故障時間。因此，在PLC的設(shè)計中，在硬件的設(shè)計上對元器件進行嚴(yán)格的篩選，電源采用了多級慮波和穩(wěn)壓措施，輸入輸出采用光電隔離，通道間相互絕緣，輸入電源與輸出電源可相互獨立，還設(shè)置了連鎖、檢測與診斷電路;在結(jié)構(gòu)設(shè)計上采用了密封防塵抗震的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和外部封裝;在軟件上采用循環(huán)掃描的工作方式、程序語法檢查、故障檢測與診斷及出錯后報警、數(shù)據(jù)保護、封鎖輸出以及自動恢復(fù)等措施。所有的特殊設(shè)計使PLC的平均無故障時間間隔達5一10萬小時。 (2)接口模塊功能強、品種多 常用的有開關(guān)量輸入輸出模塊，其負載電源有110VAC、220VAC、和SVDC、24V

43、DC等，信號形式有無源輸入和有源輸入，繼電器輸出和晶體管輸出。還有通訊 4 鋼帶打捆機的軟硬件設(shè)計 模塊和其他功能模塊。所以，可以很方便的將PLC與各種不同的繼電器、接觸器、電磁閥、各種傳感器以及一次儀表順利連接，組成實用、緊湊的應(yīng)用控制系統(tǒng)。 (3)適應(yīng)性強，使用范圍廣。 由于PLC產(chǎn)品已系列化、模塊化，不僅具有邏輯運算、定時計數(shù)、順序控制等功能，還具有刀D與DA/轉(zhuǎn)換、數(shù)學(xué)運算和數(shù)據(jù)處理等能力。它能根據(jù)需要，方便靈活地組成不同大小和功能的控制系統(tǒng)。它既可控制一臺單機、一條生產(chǎn)線，又可利用通訊功能組成復(fù)雜系統(tǒng)來實現(xiàn)控制網(wǎng)絡(luò)，既可現(xiàn)場控制，又可實行遠程控制。 (4)編程方法簡單、直

44、觀 PLC采用了軟件編制程序來完成任務(wù)，隨著要求的變更對程序地修改顯得十分方便，軟件程序下載非常方便。采用面向?qū)ο蟮奶菪螆D編程，從用戶的角度看，已經(jīng)不具備編程的復(fù)雜性，編程變得較容易。 (5)體積小、重量輕、成本低 由于采用了大規(guī)模集成電路和計算機技術(shù)，不僅可靠性高、邏輯功能強，而且體積比較小。在需要大量中間繼電器、時間繼電器和計數(shù)器的場合，PLC無需增加硬設(shè)備，用微處理器及存貯器的功能，就很容易地完成這些邏輯組合和計算，大大減少了復(fù)雜的接線，降低了控制成本。 (6)采用模塊化結(jié)構(gòu)(不包括小型PLC)， 可以使PLC擴展容易，并可實現(xiàn)分布式控制。如西門子s7一300系列PLC采用模塊

45、化、無排風(fēng)扇結(jié)構(gòu)，可實現(xiàn)分布式的配置。 (7)目前的PLC已經(jīng)發(fā)展成為網(wǎng)絡(luò)化的控制系統(tǒng)及信息系統(tǒng)，如西門子的SIMATCIPCS7和三菱FX2N系統(tǒng)，這是PLC與DCS相結(jié)合的新系統(tǒng)。 (8)具有完善的監(jiān)控和診斷功能，內(nèi)部工作狀態(tài)、通信狀態(tài)、1/0點的狀態(tài)及異常狀態(tài)均有醒目的顯示，維修人員可以及時準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)和排除故障，大大縮短了維 河北聯(lián)合大學(xué)輕工學(xué)院本科畢業(yè)論文 修時間。 (9)通信功能大大增強，高級的PLC都支持現(xiàn)場總線，因此開放性好;西門子PLC可以利用DP或FMS協(xié)議，或通過光纖電纜，連接到PROFIBUS;或借助150汀CP或TC即P數(shù)據(jù)通信協(xié)議，接到工業(yè)以太網(wǎng)。 (10

46、)增加冗余容錯功能，提高可靠性?，F(xiàn)代PLC己經(jīng)能夠完成，并能做冗余或熱備，模塊也可以帶電插拔;主流PLC可以輕易的提供以太網(wǎng)、雙控制器、電源、模塊的冗余方案。目前PLC在設(shè)計中采用了最新的微處理器裝置和電子線路，在許多惡劣環(huán)境 (例如電噪聲、高溫和存在機械振動)的工業(yè)應(yīng)用中能可靠、安全的工作。 4.2 PLC的控制系統(tǒng)接線圖設(shè)計 4.2.1 PLC的控制過程簡單分析 經(jīng)過對打捆機整體功能和整體工作流程的分析，大體確定了PLC的工作原理和方案，下面簡述如下： 信號的輸入：在氣動系統(tǒng)中的氣缸道路上，鋼帶行程路徑中等位置，分別裝有相對應(yīng)的紅外傳感器，行程開關(guān)，壓力傳感器等裝置，當(dāng)氣動系統(tǒng)啟動

47、后，活塞鋼帶鎖扣等運動到相應(yīng)位置后，會觸發(fā)感應(yīng)開關(guān)，從而執(zhí)行下一步相應(yīng)的輸入信號。 信號的輸出：當(dāng)對應(yīng)的感應(yīng)開關(guān)被觸發(fā)，并輸出信號后，該信號會影響相對應(yīng)的三位五通電磁閥的一側(cè)的電路開關(guān)，使電磁閥得電或者失電，從而控制三位五通閥換位，實現(xiàn)了對氣缸和馬達的控制，使活塞運動已經(jīng)馬達正反轉(zhuǎn)，最終達到打捆機各機構(gòu)的運動。所有氣缸和馬達所相應(yīng)對應(yīng)的三位五通電磁閥兩側(cè)開關(guān)，分別為FA1，F(xiàn)A2，F(xiàn)B1，F(xiàn)B2，F(xiàn)C1，F(xiàn)C2，F(xiàn)D1，F(xiàn)D2，F(xiàn)E1，F(xiàn)E2，F(xiàn)F1，F(xiàn)F2，F(xiàn)G1，F(xiàn)G2。 4.2.2 PLC接線圖的I\O地址分配表 首先確定該打捆機的輸入輸出端口地址分配， 4 鋼帶打捆機的軟硬件

48、設(shè)計 如表4.3和表4.4 表4.3I地址分配表 I地址 元件 說明 IO.0 開關(guān) 打捆機啟動 IO.1 紅外傳感器 鋼卷檢測到位 I0.2 行程開關(guān)1 環(huán)臂下降行程開關(guān)閉合 IO.3 壓力傳感器 鋼卷壓緊裝置壓力傳感器感應(yīng) IO.4 壓力傳感器 送扣按鈕閉合 IO.5 行程開關(guān)2 送帶行程開關(guān)閉合 IO.6 行程開關(guān)3 卡扣預(yù)鎖緊 IO.7 壓力傳感器 壓帶氣缸帶動壓板反轉(zhuǎn) IO.8 壓力傳感器 抽帶壓力傳感器感應(yīng) IO.9 行程開關(guān)4 鋼卷壓緊行程開關(guān)閉合 IO.10 行程開關(guān)5 咬扣切帶行程開關(guān)閉合 IO.1

49、1 行程開關(guān)6 壓帶裝置行程開關(guān)閉合 IO.12 行程開關(guān)7 送扣裝置行程開關(guān)閉合 IO.13 行程開關(guān)8 擺臂大氣缸行程開關(guān)閉合 IO.14 行程開關(guān)9 環(huán)臂下降行程開關(guān)閉合 河北聯(lián)合大學(xué)輕工學(xué)院本科畢業(yè)論文 表4.4 O地址分配表 O地址 元件 說明 O0.0 系統(tǒng)得電 O0.1 電流繼電器KA1 控制環(huán)臂升降氣缸驅(qū)動旋緊裝置下降 O0.2 電流繼電器KA2 控制壓緊鋼卷裝置氣缸驅(qū)動機構(gòu)壓緊 O0.3 電流繼電器KA3 控制送扣裝置氣缸驅(qū)動裝置送扣 O0.4 電流繼電器KA4 控制馬達正轉(zhuǎn)送帶 O0.

50、5 電流繼電器KA5 控制壓緊帶頭氣缸驅(qū)動機構(gòu)壓緊緊帶頭 00.6 電流繼電器KA6 二級氣缸第一級伸出實現(xiàn)預(yù)鎖緊 O0.7 電流繼電器KA7 控制壓緊鋼帶氣缸復(fù)位控制 00.8 電流繼電器KA8 馬達反轉(zhuǎn)抽帶 O0.9 電流繼電器KA9 控制咬扣切帶氣缸驅(qū)動機構(gòu)咬扣切帶 O1.0 電流繼電器KA10 控制鋼卷壓緊氣缸復(fù)位 O1.1 電流繼電器KA11 控制咬扣切帶氣缸復(fù)位 O1.2 電流繼電器KA12 控制送扣裝置氣缸復(fù)位 01.3 電流繼電器KA13 擺臂大氣缸復(fù)位 O1.4 電流繼電器KA14 控制環(huán)臂升降氣缸復(fù)位

51、4.2.3 可編程控制器的選擇 通過上面I/O地址分配表，分析并查閱手冊選擇三菱FN2X系列PLC基本單元（24輸入16輸出）1臺 4 鋼帶打捆機的軟硬件設(shè)計 4.2.3 PLC外部接線圖 PLC外部接線圖的輸入輸出設(shè)備，負載電源的類型等的設(shè)計就結(jié)合系統(tǒng)的控制要求來設(shè)定，鋼卷打捆機外部接線圖的輸入輸出分別如下圖4.5所示。 圖4.5外部接線圖 河北聯(lián)合大學(xué)輕工學(xué)院本科畢業(yè)論文 4.3 PLC程序流程圖的設(shè)計 根據(jù)全自動鋼管打捆機生產(chǎn)工藝流程，整個打捆過程可分解成十個步驟:壓緊鋼卷、送扣、一級氣缸送帶、二級氣缸送扣連桿復(fù)位、鋼扣預(yù)鎖緊

52、、鋼帶壓板反轉(zhuǎn)，回到起始位置、貼近打捆鋼卷、收帶、咬扣與切帶和復(fù)位。這九個步驟分別代表了打捆機的九個工作程序，下面對這九個程序做詳細介紹。 （1）旋緊裝置升降 在整個打捆機工作流程中，旋緊裝置是我們經(jīng)過此次課設(shè)自己研究出的核心設(shè)計，旋緊裝置設(shè)計在一個環(huán)臂中，環(huán)臂可沿立柱上下升降，當(dāng)上一個鋼卷打捆完成后，環(huán)臂上升，鋼卷隨流水線上的運輸帶運走，下一個鋼卷隨運輸帶運輸?shù)轿唬h(huán) 臂在氣缸的驅(qū)動下下降到鋼卷的中心位置，然后才能進行隨后的工作。 此程序為整個打捆過程的第一步，由手動開關(guān)打開，開關(guān)閉合后，氣缸的電磁換向閥一端得電，換向閥移位，氣體進入氣缸，使活塞移動，并驅(qū)動環(huán)臂下降，當(dāng)環(huán)臂下降到中間

53、位置，活塞桿觸動氣缸上的感應(yīng)開關(guān)，開關(guān)閉合后成為輸入信號，進而控制下一個動作的執(zhí)行。 （2）壓緊裝置壓緊 此機構(gòu)是我們自己經(jīng)過探索設(shè)計出的方案，在環(huán)臂上的兩側(cè)分別有兩個小型氣壓缸，當(dāng)充入氣體后，氣缸膨脹，壓緊鋼卷，然后兩個氣缸隨電機旋轉(zhuǎn)，使鋼卷全部旋緊。然后送帶打捆，達成目的。 在設(shè)計中，為了使鋼卷兩側(cè)同時受力并且受力平衡，因此兩個相同的氣缸必須同時充氣膨脹壓緊鋼卷，因此將兩個氣缸設(shè)置成并聯(lián)的模式。 當(dāng)打捆機頭氣缸的活塞到達相應(yīng)位置之后，活塞桿觸發(fā)了上面的感應(yīng)開關(guān)B1，B1閉合后，使旋緊裝置的兩個小氣缸所對應(yīng)的三位五通電磁閥一端得電，換向閥移 4 鋼帶打捆機的軟硬件設(shè)計 位，氣體

54、進入氣缸，使活塞移動，并驅(qū)動氣缸膨脹，對鋼卷壓緊，并隨電機旋轉(zhuǎn)，然后進行下面的動作。同上一動作相似，旋緊裝置氣缸的活塞的位移觸碰了氣缸上的感應(yīng)開關(guān)，開關(guān)閉合后成為輸入信號，進而控制下一個動作的執(zhí)行。 （3）送扣裝置送扣 在前一步，在氣馬達反轉(zhuǎn)和機械爪抓緊另一個帶頭的作用下，鋼帶已經(jīng)拉緊并緊貼在鋼卷上，此時是打捆的最好時間。送扣裝置在氣缸的驅(qū)動下將鎖扣送到鋼帶頭交合的位置。 當(dāng)氣壓馬達的葉片和定子在氣壓的作用下反向旋轉(zhuǎn)后，會觸發(fā)感應(yīng)開關(guān)D0，D0閉合，使送扣裝置所對應(yīng)的三位五通電磁閥一端得電，換向閥移位，氣體進入氣缸，驅(qū)動活塞移動，將鎖扣送到鋼帶交合處。然后進行下面的動作。同上一動作相似，

55、活塞的運動觸碰了氣缸上的感應(yīng)開關(guān)，開關(guān)閉合后成為輸入信號，進而控制下一個動作的執(zhí)行。 （4）氣馬達送帶 在這一程序中，用到了打捆機中的一個氣壓馬達，在第四章，對氣壓馬達做了簡單的介紹。氣馬達充氣造成葉片和動子的旋轉(zhuǎn)，其旋轉(zhuǎn)推動鋼帶移動，使鋼帶能夠沿著環(huán)臂中的導(dǎo)槽完成送帶動作。 當(dāng)旋緊裝置的氣缸活塞到達極限位置后，活塞觸發(fā)感應(yīng)開關(guān)C1，C1閉合，使氣壓馬達所對應(yīng)的三位五通電磁閥一端得電，換向閥移位，氣體進入氣馬達，沖擊葉片和定子使其轉(zhuǎn)動，并推動鋼帶進入導(dǎo)槽繞環(huán)臂一周。在這期間有一個壓縮氣缸帶動壓帶鋼板轉(zhuǎn)動，為使帶頭能順利進入到到帶槽中。然后進行下面的動作。同上一動作相似，氣馬達葉片和動子的

56、旋轉(zhuǎn)觸碰了氣缸上的感應(yīng)開關(guān)，開關(guān)閉合后成為輸入信號，進而控制下一個動作的執(zhí)行。 （5）送扣連桿復(fù)位 河北聯(lián)合大學(xué)輕工學(xué)院本科畢業(yè)論 在氣馬達的動力下，沿著導(dǎo)槽繞環(huán)臂一周后伸出，此時的鋼帶完全處于松弛狀態(tài)，鋼帶送到位后，紅外線傳感器接收信號，傳遞給PLC，然后氣動馬達停止轉(zhuǎn)動，送扣氣缸伸出，將送扣連桿來回到起始位置。此時通過實時開關(guān)和紅外線傳感器使以下的送扣連桿回到初始位置，等待下次的工作。 （6）鋼扣的預(yù)鎖緊 在前一步中，鋼帶到位后，二級氣缸中的一級氣缸接收信號，通過三位五通電磁閥后控制氣缸，伸出氣缸，通過施加反力，實現(xiàn)鋼扣的預(yù)鎖緊作用。 （7）在鋼帶壓板回到起始位置 在

57、鋼帶到位后，三位五通電磁閥接收到信號后，壓帶氣缸伸出，鋼帶壓板轉(zhuǎn)動，回到初始位置，此時擺臂大氣缸行程開關(guān)4閉合，電磁閥得電，大氣缸壓縮空氣，帶動機頭貼近打捆鋼卷。為下步的打捆機抽帶準(zhǔn)好準(zhǔn)備。 （8）氣馬達反轉(zhuǎn)抽帶 在前面一步，機械爪抓緊了帶頭，因此鋼帶一側(cè)被固定，另一側(cè)并須施加反向拉力，使鋼帶拉緊，因此應(yīng)該是氣壓發(fā)達反轉(zhuǎn)，抽帶。 當(dāng)機械爪抓緊鋼帶頭的氣缸活塞到達極限位置后，活塞觸發(fā)感應(yīng)開關(guān)E1，E1閉合，使氣壓馬達所對應(yīng)的三位五通電磁閥另一端得電，換向閥移位，氣體進入氣馬達，沖擊葉片和定子使其反向轉(zhuǎn)動，并拉動鋼帶沿導(dǎo)槽往回抽帶，然后進行下面的動作。同上一動作相似，氣馬達葉片和動子的旋轉(zhuǎn)觸

58、碰了氣缸上的感應(yīng)開關(guān)，開關(guān)閉合后成為輸入信號，進而控制下一個動作的執(zhí)行。當(dāng)機械爪抓緊鋼帶頭的氣缸活塞到達極限位置后，活塞觸發(fā)感應(yīng)開關(guān)E1，E1閉合，使氣壓馬達所對應(yīng)的三位五通 電磁閥另一端得電，換向閥移位，氣體進入氣馬達，沖擊葉片和定子使其反向轉(zhuǎn)動，并拉動鋼帶沿導(dǎo)槽往回抽帶，然后進行下面的動作。同上一動作相似，氣馬達葉片和動子的旋轉(zhuǎn)觸碰了氣缸上的感應(yīng)開關(guān)，開關(guān)閉合后成為輸入信號，進而控制下一個動作的執(zhí)行。 4 鋼帶打捆機的軟硬件設(shè)計 （9）咬扣和切斷 在前一步，送扣裝置將鎖扣送到鋼帶交合處，此時需要將鎖扣壓斷并將鋼帶切斷，從而完成打捆的動作。 當(dāng)送扣裝置的氣缸活塞移動到相應(yīng)位置后，

59、會觸發(fā)感應(yīng)開關(guān)E1，E1閉合，使咬扣切斷氣缸所對應(yīng)的三位五通電磁閥一端得電，換向閥移位，氣體進入氣缸，驅(qū)動活塞移動，將鎖扣咬斷并使切斷刀將鋼帶切斷。然后進行下面的動作。同上一動作相似，活塞的運動觸碰了氣缸上的感應(yīng)開關(guān)，開關(guān)閉合后成為輸入信號，進而控制下一個動作的執(zhí)行。 值得一提的是，上面兩個程序，共同用了一個二級氣缸，此二級氣缸分為前后兩個具有不同行程氣缸并固結(jié)在一起，兩個氣缸具有獨立的進出氣口。兩個氣缸可以具有不通的缸徑，以滿足不同輸出力的要求，但兩者的行程關(guān)系必需滿足l2>l 條件。其一般的使用場合是機構(gòu)具有分步動作的情況。對于打捆機系統(tǒng)的抓緊帶頭和咬扣與切帶單元，由于要求咬扣單元的咬

60、爪在打捆的過程中具有兩個動作:鋼扣咬合成型與切帶。咬扣單元的分步動作即由二級氣缸來實現(xiàn)。如下圖所示，當(dāng)咬爪需要鋼扣咬合成型時，氣缸1的A口進氣，B口出氣，同時氣缸2的C口和D口保持與大氣的連通，使其不具有壓力，氣缸1的活塞桿推動氣缸2的活塞桿向前運動，氣缸1的活塞走完滿行程后停止動作，第一步動作完成。當(dāng)要對鋼帶切斷時，氣缸2的C口進氣，D口出氣，推動氣缸2的活塞桿走完氣缸2的剩余行程，使咬扣單元完成咬扣切帶動作。二級氣缸復(fù)位時，氣缸1的B口和氣缸2的D口同時通入壓縮空氣，而A口和C口則分別保持和大氣接通，氣缸活塞桿回復(fù)原位。 （10）所有氣缸復(fù)位 經(jīng)過前面八個步驟的工作，已經(jīng)完成了對鋼卷旋

61、緊并打捆的工作，但是所有氣缸的活塞仍處于工作位置，如果不將其恢復(fù)到初始位置，則無法進行下一個鋼卷的旋緊和打捆工作。經(jīng)過前面八個步驟的工作，已經(jīng)完成了對鋼卷旋緊并打捆的工 河北聯(lián)合大學(xué)輕工學(xué)院本科畢業(yè)論文 作，但是所有氣缸的活塞仍處于工作位置，如果不將其恢復(fù)到初始位置，則無法進行下一個鋼卷的旋緊和打捆工作。 控制氣缸活塞的復(fù)位和前面的控制氣缸活塞移動原理類似，都是以上一步氣缸活塞的歸位，觸發(fā)感應(yīng)開關(guān)，控制下一步氣缸活塞歸位?？刂茪飧谆钊膹?fù)位和前面的控制氣缸活塞移動原理類似，都是以上一步氣缸活塞的歸位，觸發(fā)感應(yīng)開關(guān)，控制下一步氣缸活塞歸位。 打捆機工作過程簡述如下:捆扎指令下達后，小車前

62、進到捆扎位置，捆扎單元開始向上，導(dǎo)絲裝置閉合，送絲裝置開始送絲，捆絲前部端頭處到夾緊機構(gòu)后，送絲裝置立即反向旋轉(zhuǎn)，使擁絲裝置收緊，當(dāng)收緊力達到預(yù)先調(diào)定的壓力后( 由電器設(shè)定和壓力開關(guān)實現(xiàn)) ，再第二次送絲，這一過程時間很短，即送絲量夠擰結(jié)之用即可，然后擰結(jié)頭旋轉(zhuǎn)，一次完成剪切和擰結(jié)功能，打彎器將結(jié)打倒在捆上，導(dǎo)套張開，捆扎單元向上，車后退到離開作業(yè)線，打結(jié)周期完成，除捆扎單道外，還具有捆扎雙道的功能。打擁機系統(tǒng)控制程序的設(shè)計，是電氣自動控制系統(tǒng)研制的重要環(huán)節(jié)。 PLC控制程序的編制質(zhì)量如何，對整個打捆機系統(tǒng)影響極大，并在很大程度上決定了該系統(tǒng)的運行效率和各項性能指標(biāo)的最終實現(xiàn)。 本系統(tǒng)通過

63、對鋼管打捆機械工藝流程的分析，在檢測元件上選擇了安裝簡易、應(yīng)用方便、響應(yīng)速度快、可靠。陛高的智能編碼器、傳感器作為控制信號的來源；在控制上采用了先進的PROFIBUS．DP現(xiàn)場總線技術(shù)，并結(jié)合先進的機械技術(shù)、H鋒機與信息處理技術(shù)、自動化控制技術(shù)、智能傳感，編碼等技術(shù)，設(shè)計了鋼靜捆機的系統(tǒng)的總體方案。 4 鋼帶打捆機的軟硬件設(shè)計 下面是打捆機工作的流程圖，如圖4.6 圖4.6流程圖 河北聯(lián)合大學(xué)輕工學(xué)院本科畢業(yè)論文 4.4 PLC電路原理圖的設(shè)計 電路原理圖，又被叫做“電原理圖”。這種圖，由于它直接體現(xiàn)了電子電路的結(jié)構(gòu)和工作原理，所以一般用在設(shè)計、分析電

64、路中。分析電路時，通過識別圖紙上所畫的各種電路元件符號，以及它們之間的連接方式，就可以了解電路的實際工作時 原理圖就是用來體現(xiàn)電子電路的工作原理的一種電路情況。經(jīng)過對打捆機整體工作流程的設(shè)計和接線圖的設(shè)計，結(jié)合起來，做出電路原理圖，如圖4.7所示： 圖4.7電路原理圖 4 鋼帶打捆機的軟硬件設(shè)計 在輸入端，各個I地址所連接的是氣缸兩側(cè)所安裝的感應(yīng)開關(guān)，當(dāng)氣缸活塞移動，觸發(fā)感應(yīng)開關(guān)后，開關(guān)閉合，信號通過I接口傳人CPU，在傳到對應(yīng)的輸出端口，輸出端口所連接的是對應(yīng)的電流繼電器， 信號傳出以后，相應(yīng)的電流繼電器感應(yīng)，繼而影響相對應(yīng)的三位五通電磁閥的電磁閥，實現(xiàn)電磁閥的換位，使

65、各個機構(gòu)運轉(zhuǎn)。電壓繼電器選擇MY4J 220V繼電器 4.5 PLC梯形圖的設(shè)計 4.5.1 PLC編程簡介 PLC軟件包括系統(tǒng)程序和用戶程序，系統(tǒng)程序用戶不能修改，用戶程序則由用戶根據(jù)控制對象的要求進行編制。PLC程序設(shè)計語言的標(biāo)準(zhǔn)由國際電工委員會(EIC)提出EIC1131一3，指定了PLC程序設(shè)計的語法和語義。該標(biāo)準(zhǔn)定義了如下幾種PLC程序設(shè)計語言。 (l)指令列表(Instruction list) (2)結(jié)構(gòu)文本ST(Structured text) (3)功能塊語言FBD(Function Block Diagram) (4)梯形圖LD(Ladder Diagram)

66、 (5)順序功能圖SFC(Sequential Function Chart) 這幾種語言中，梯形圖應(yīng)用的最為廣泛，因為它既能表達電氣工程師熟悉的繼電器控制線路又能表達各種特殊功能，包括算術(shù)運算，數(shù)據(jù)傳送通訊，中斷， 1/0，DRAM刷新，子程序的調(diào)用，堆棧操作，表格操作等。除梯形圖外還有用于超小型可編程控制器使用的布爾代數(shù)，但它只能進行邏輯運算和少數(shù)表達功能。順序功能圖是專為順序控制而設(shè)計的，便于模塊化編程并縮短了程序掃描時間，其應(yīng)用也越來越多。而隨著PLC的發(fā)展，有些中、高檔編程器也采用BASIC，APSCAL，C語 河北聯(lián)合大學(xué)輕工學(xué)院本科畢業(yè)論文 言等。 4.5.1 PLC程序設(shè)計梯形圖 梯形圖是PLC使用得最多的圖形編程語言，被稱為PLC的第一編程語言。梯形圖與電器控制系統(tǒng)的電路圖很相似，具有直觀易懂的優(yōu)點，很容易被工廠電氣人員掌握，特別適用于開關(guān)量邏輯控制。梯形圖常被稱為電路或程序，梯形圖的設(shè)計稱為編程 三菱FX2N系列PLC的編程環(huán)境是STEP7軟件系統(tǒng)。STEP7用文件塊的形式管理用戶編寫的程序及程序運行所需要的數(shù)據(jù)。這樣，PLC的程序組織明確，結(jié)構(gòu)清晰