卷板机控制系统.doc

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南京工程学院先进制造技术工程中心毕业设计说明书(论文)
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目录
前言 1
第一章绪论 2
2
1。 2
2
1。2课题研究意义 3
1。3毕业设计内容 3
第二章电气控制系统总体方案设计 4
4
6
2。3功能需求分析 7
2。4系统方案设计 8
第三章电气控制系统图的设计 10
10
3。2电气原理图设计 11
12
3。3。1常用的低压电器 12
3。3。2低压电器选型 12
第四章控制系统的硬件设计 13
4。1可编程逻辑控制器配置 13
4。 13
4。1。2可编程逻辑控制器型号的选择 15
4。2人机界面配置 16
16
4。 17
4。3传感器配置 17
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4。3。1拉线位移传感器 17
18
第五章控制系统的软件设计 19
5。1PLC程序设计 19
。1STEP7设计软件简介 19
5。 19
。3PLC程序编写 20
25
5。 25
5。2。2系统的操作界面具体设计 26
31
5。 31
31
第六章总结 34
致谢 36
参考文献 37
附件:毕业论文光盘资料
前言
卷板机是建造海上石油采集平台和生产压力容器所必须的设备。它的功率很大一般在几十千瓦,,这种方式加工效率低,且加工精度难以保证,已不能很好地满足现代市场对产品加工效率和质量的要求,因而必须对卷板机进行简易的数控化改造,以适应市场对卷板机加工效率和精度的要求。
随着工业自动化的发展,基于PLC、单片机和PC的自动化系统和自动化设备越来越普及,几乎遍布所用的自动化领域,与之相应的人机界面也应运而生,,本次设计是在了解机械结构的基础上,对用户要求进行详细的需求功能分析,采取相应的控制方案,+触摸屏的控制方案,其实就是控制系统的上位机和下位机,是综合了计算机技术、自动化控制技术和通信技术的一种新型、实用的自动控制装置,被广泛地用于工业控制领域,具有可靠性好稳定性高、实时处理能力强、使用灵活方便、编程容易等特点。
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第一章绪论
本章主要介绍有关卷板机的发展状况,具体包括:卷板机的概念、特点、分类、用途、意义、发展、趋势以及关键技术等,然后交代了本次毕业设计的意义,最后介绍了本次毕业设计的主要任务。
1。1国内外卷板设备的技术现状
卷板机是一种将金属板材弯卷成筒体、锥体、曲面体或其他形体的通用成型设备。该设备广泛用于锅炉、造船、石油、化工、金属结构及机械制造行业。关于卷板机的分类,国外一般以工作辊的配置方式来划分。国内普遍以工作辊数量及调整型式等来分类,一般分为:三辊卷板机(包括对称式三辊卷板机、非对称式三辊卷板机、水平下调式三辊卷板机、倾斜下调式三辊卷板机等)、四辊卷板机、特殊用途卷板机(有船用卷板机、锥体卷板机、双辊卷板机等).

目前较高的有瑞士、意大利、德国、日本等国家。这些国家对板厚小于38mm的板料的卷制,大多采用机械式或机液混合驱动式。对板厚大于40mm的板料的卷制,、体积小、价格低、耗电少,且具有四辊卷板机便于端部预弯、剩余直边小等特点,,卷板设备也越来越多的采用计算机实行自动控制,使加工精度、工作效率大大提高,同时减少了工人的劳动强度、改善了工作条件。国外著名厂家的产品有:瑞士Chr。Haeusler公司,生产世界上最大的四辊卷板设备—VRM—hy4000×150mm冷卷钢板规格为:150×4000mm(最大厚度×最大宽度),热卷规格为260×4000mm,主要用于核工业方面;意大利PROMAU公司生产全液压式“DAVI”系列四辊卷板机,它具有自动平衡系统(ABS)、行星摆式回转导轨(PSG)、自动润滑系统(ALS)、节能系统(ESS);国外生产卷板设备的著名厂家还有西德的瑟尔夫公司、福斯造船及机械公司;英国布郎克公司;日本富士车辆公司等。
1。
科学技术的发展和对国外卷板技术的不断学习和引进,使我国卷板设备的
生产技术有了很大提高。近几年,我下调卷板机和四辊卷板机
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越来越多地代替了在卷板设备中一直占据主要地位的对称三辊卷板机。随着液
压产品生产技术不断进步。所
以,液压传动也越来越多的应用于卷板设备中。目前,用于卷制中薄板的小功
率卷板机多采用机械传动或机液混合驱动,用于卷制厚板的大功率卷板机多采
用液压驱动或多电机同时驱动。但由于我
与世界发达国家相比,仍有一定的差距,所生产的机械零部件和液压元件的加
工精度达不到设计要求,因机械摩擦造成的机械损失和因泄漏造成的液压损失
,所需卷板机功率要高于国外的卷板机,使得
卷板设备体积庞大,,我国引进国外数控卷板技术,在数控卷
板工艺和设备研究方面作了大量工作。但无论国内还是国外的卷板机,从数控
技术的实现上看,还均不能达到令人满意的结果,还不能根据被卷制坯料的材
质、规格尺寸、卷曲曲率等,正确计算和调整工艺参数,达到真正的全自动控
制,而是需要较多的人工干预。
国内生产卷板设备的厂家有一重、二重、沈阳重型机械厂、太原重型机械厂、、南京环力重工机械公司等。
1。2课题研究意义
本次设计是结合工厂的实际需求对水平下调卷板机电气控制部分进行了详细的设计,符合所学专业,把电、机、液三个部分有机的结合在一起,使课程有所延续,提高了学生学习的积极性、分析问题及解决问题的能力,在其设计过程中综合考虑各个方面,如:方案的确定、设计成本、可扩展性等多方面因素,再结合本专业学以致用的特色,具有一定的实际意义,同时为以后从事电气设计行业打下了扎实的基础.

,了解水平下调三辊卷板机机械本体结构,明确其工作原理。
,并对需求功能进行详细的分析,确定控制方案并画出整体控制框图。
,绘制控制系统的原理图,并对所用低压电器进行选型.
,对I/O口进行地址分配、绘制工作流程图、编写可编程逻辑控制器梯形图,绘制人机界面并进行调试。
,对整个系统模拟联机调试并进行相应的改进。
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第二章电气控制系统总体方案设计

本次毕业设计的水平下调式卷板机下辊可水平移动、下辊间距固定、能够实现预弯功能、上辊可上下运动,因此可灵活的变成对称式和非对称式三辊卷板机,既具有对称三辊卷板机结构简单、紧凑、工作辊受力性能好的特点,又具有非对称式三辊卷板机不用调头即可预弯端头的优点。,可划分为工作辊传动系统、支承辊装置、翻倒机构、平衡装置、制动系统及机架六个部分。

该机器有一个上辊和两个下辊为工作辊,上辊由两侧的两个机架支承并安装在一整体机座上。下辊轴承座安置机座上,可沿机座上的导轨水平移动。由于该机器主要是用来卷制25mm~32mm的普通碳素结构钢板,所需驱动功率是很大,不必采用全驱动,因此它采用下辊驱动的方式,即上辊作为被动辊。工作辊传动系统分主、辅传动系统,主传动为两下辊的旋转运动,辅传动为下辊的水平移动和上辊的上下移动。上辊的上下移动可同步移动也可分别移动。
主传动系统:它是采用机械传动,即:电机—减速器—联轴器—下辊。
辅助传动系统:(1)下辊的水平移动也是采用机械传动:电机—减速器—蜗轮蜗杆传动—螺母传动—下辊轴承座。(2)上辊的上升、下降是采用液压的传动方式:泵站—液压缸-上辊(或下辊)轴承座。

三辊卷板机在工作过程中,上辊下压、下辊旋转,使板料绕上辊发生连续弯曲,从而卷制出筒体。一般来讲,卷板机的上辊直径大、刚性较好,下辊直径较小,,而下辊的刚度不足时,就会使辊轴在卷制筒体的过程中发生变形而出现挠曲,使得卷出的筒体中间部位曲率半径变大而形成鼓状,当板料宽度越大或卷制筒体直径较小时。这种鼓体变形越严重。为防止工作辊挠曲变形而引起的工作精度低,影响卷板质量,卷板机设置有支承辊装置。
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1、减速器2、制动器3、平衡装置4、主电机5、频敏变阻器6、万向连器
7、左机架8、右机架9、上辊10、支承辊11、减速器12、平移电机13、右机架14、翻倒缸15、固定侧油缸16、翻倒侧油缸

为方便卸下卷制成形的筒件,必须设置倾倒机构,使右侧活动机架实现翻倒、复位动作。翻倒机构由翻倒绕轴、翻倒油缸等组成。右侧活动机架安装有锥形轴承,该锥形轴承支承上辊右端轴径。右机架翻倒前,上辊中心线必须位于设备中心,上辊也必须位于最高位置;卸料时右机架及轴承体由外力驱动绕销轴转动倾倒0°~90°,实现翻倒。右机架翻倒后,锥形轴承与上辊脱开,便于从上辊取出工件。卷制时由液压缸复位支承上辊.

平衡装置是为了在卷板完成后卸下卷制成形的筒件而设置的。当翻倒机架翻倒后由于平衡装置的作用,翻倒侧上辊处于悬臂状态,它采用是下压式,当上辊到位后压下行程开关,同时上辊左端接触平衡装置的下压块,此时按下翻倒运行按钮即可翻倒运行。

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由于卷板机运行工况以带负载频繁启动、制动为特征,所以主运动(下辊的旋转运动)机构必须设置制动系统,以减少转动惯量,提高运动精度和运动的平稳性。它采用的是:在主电机的输出轴加液压制动器,当主电机得电时,液压制动器同时得电,使得液压制动器打开;当主电机丢失电压,液压制动器也丢失电压,制动器收缩,对主电机输出轴进行抱闸.

机架部分包括底座、左右半机架。左右半机架分别由结构件焊接而成;机架的下部用螺栓和平键固定在底座上。底座采用钢板焊接而成。所有焊接件均经过退火处理,消除应力,防止变形.
2。2工艺过程
卷板时,将板料放在上、,两下辊做旋转运动且相对于上辊轴心面水平移动。上辊下降时,板材在上下工作辊之间发生塑性变形而弯曲。下辊连续旋转通过板与辊之间的摩擦力带动钢板进、退,完成卷制,卷板是利用卷板机对板料进行连续三点弯曲的过程。如图2。2所示,卷板工艺过程大致分为4步:
a。预弯。卷板时平板两端各有一段长度由于接触不到上辊而不发生弯曲,称为剩余直边,工艺上将平板开始弯曲的最小力臂叫做理论剩余直边,其大小与设备结构及其弯曲形式(对称弯曲,不对称弯曲)有关。
b。,防止产生扭斜。
。卷圆是产品成形的主过程,分一次进给与多次进给两种,卷制厚板常用多次进给。进给次数取决于工艺限制条件(如冷卷时不得超过允许的最大变形)及设备限制条件(如不打滑条件和功率条件)。冷卷回弹量显著时,须加一定的过卷量。
d、矫圆。矫圆的目的是尽可能使整圆曲率均匀一致,保证产品质量。一般矫圆工序分三个工步:
(1)加载:根据经验或计算将工作辊调到所需的最大矫正曲率的位置。
(2)滚圆:将辊筒在矫正曲率下滚卷1~2圈,使整卷曲率均匀一致。
(3)卸载:逐渐卸除载荷,使工件在逐渐减少的矫正载荷下多次滚卷。
b)对中
c)卷圆
d)矫圆

a)预弯
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2。3功能需求分析
通过学习和借鉴埃斯顿公司的设计方式,采用人机对话式的电气交互控制系统。根据用户所要求的水平下调卷板机基本功能,对其任务进行分解,并结合其机器的发展形态,按照毕业设计具体要求,其电气控制系统应具备的功能如下:

由于在卷板的过程中操作人员需随时调整机器上辊或下辊的位置,为了便于操作,此时需要手提装置。

在卷板机批量卷板的过程,我们可以记录前一次上辊和下辊的位置,输入要走到的位置,机器将自动定位到前一次的位置,节省了每次卷板前调整上下辊位置所用的时间,从而提高加工效率。

参数的在线修改可满足各个用户的不同要求,使得机器具有一定扩展性,具有数据交换、控制命令传输等功能,因此,控制器间的控制命令传输必不可少,要求控制系统具有通信功能。如:当机器编码器破损后,维修人员只要更换上一个新的位移编码器,然后对脉冲当量进行适当的设置就可以了,无需选择相同型号的编码器,便于维修。

卷板机的功率一般很大,在其运行的过程中安全问题显的尤为重要,通过PLC程序的编制,限制一些误动作,并及时发出相信的报警信号,从而减少事故的发生。
、单独升降、也可在倾斜状态下同升同降
在上辊同步升降时,要求上辊翻倒侧和固定侧同时上升或下降,由于上辊升降是靠两个液压缸实现的,因此要控制两个液压缸的同步,实际上零误差的同步我们是没法达到的,我依靠拉线位移传感器的对固定侧和翻倒侧上辊的位置不断地监测,做差与给定误差进行比较,然后进行相应的动作,,过小会使得电磁阀频繁得点,减少机器的寿命,同时由于传感器的精度的限制,过小的同步误差也不能实现;同步误差过大会降低定位精度。
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在倾斜状态下同升同降,有利于锥体的卷制。

由于卷板机运行工况以带负载频繁启动、制动为特征,所以主运动(下辊的旋转运动)机构必须设置制动系统,以减少转动惯量,提高运动精度和运动的平稳性.

在电气控制系统的设计与运行中,必须考虑系统发生各种故障和不正常工作情况的可能性,需设有各种保护,如:过电流、过载、短路、失电压、断相保护等。

在现代化控制系统中,一般都少不了可编程逻辑控制器和触摸屏,在这总控制系统中,人机界面可实现操作人员和机器设备的人机对话,可编程逻辑控制器可实现对机器部件的直接操作和状态监控。由于这种控制结构具有设计方便、速度快、开发周期较短、可靠性强、安全系数高,同时这种系统具有可在系统中改变参数、扩展性好、易于控制、成本十分低廉等诸多优点。可见,采用这种控制系统的设计方式非常适合水平下调卷板机的控制。
人机界面,用于用户的登录、状态监视、参数传递,,通过梯形图直接控制被控对象,如:平移电机、主电机(下辊旋转电机)、液压站电机,同时也可把计算结果传给人机界面予以处理和现实。。
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