畢業(yè)設(shè)計---基于plc的sga747型劍桿織機(jī)控制設(shè)計

1、<p>　　基于PLC的SGA747型劍桿織機(jī)控制設(shè)計</p><p><b>　　——系統(tǒng)設(shè)計</b></p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　The Design of the Pipe Bender  Expressure Experiment Machine Cont

2、rol System</p><p>　　——Control System Section</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　The Pipe Bender experiment machine is profession heavy duty machinery equipment in the mac

3、hine manufacture, is one of symbols that weighs a country machine manufacture level and ability. Bending machine as the main distributor of the key components of its design and scientific rationality to the bending machi

4、ne of the overall performance of the mentioned. The design and manufacture of our country forging pump press has experienced the process which the study,imitates unceasingly improving.</p><p>　　The paper int

5、roduces the principle of the Pipe Bender experiment machine, analyses the hardware composition , The operating results are fully approved. PLC in adverse circumstances than the relays, contacts with safe, reliable, durab

6、le. To hydrostatic testing machine programming controller programming for example, on a hydraulic, pneumatic, electrical system under the joint control of programmable design methods.</p><p>　　Keywords: Pipe

7、 Bender experiment machine, programme-logic Controller, control system目 錄</p><p><b>　　中文摘要I</b></p><p>　　AbstractII</p><p><b>　　1 緒論1</b></p>&l

8、t;p><b>　　1.1課題背景1</b></p><p>　　1.2課題研究的意義1</p><p>　　1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展方向1</p><p>　　1.4 本文研究的主要內(nèi)容1</p><p>　　1.5 論文結(jié)構(gòu)2</p><p>　　2 彎管機(jī)原理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析

9、3</p><p>　　2.1彎管機(jī)的工作原理3</p><p>　　2.2中頻加熱彎管機(jī)的機(jī)械裝置3</p><p>　　2.3中頻加熱彎管機(jī)的液壓系統(tǒng)3</p><p>　　2.4彎管機(jī)中頻加熱系統(tǒng)4</p><p>　　2.5 PLC控制系統(tǒng)5</p><p>　　2.5.1

10、 PLC控制原理5</p><p>　　2.6彎管機(jī)的冷卻系統(tǒng)8</p><p>　　2.7彎管機(jī)的工藝流程8</p><p>　　3 彎管機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計9</p><p><b>　　3.1設(shè)計方案9</b></p><p>　　3.2硬件電路設(shè)計的整體思想10</p>

11、;<p>　　3.2.1 上位機(jī)10</p><p>　　3.2.2 下位機(jī)10</p><p>　　3.2.3 人機(jī)接口11</p><p>　　3.3PLC的選擇11</p><p>　　3.3.1 PLC的硬件結(jié)構(gòu)11</p><p>　　3.3.2 PLC的選擇依據(jù)12</p&

12、gt;<p>　　3.4 可編程控制器 S7-200介紹14</p><p>　　3.4.1 S7-200 系統(tǒng)基本組成14</p><p>　　3.4.2 主機(jī)單元CPU的選擇14</p><p>　　3.4.3 數(shù)字量模塊的選擇15</p><p>　　3.4.4 模擬量模塊的選擇17</p><

13、;p><b>　　3.5編碼器18</b></p><p>　　3.6激光傳感器19</p><p>　　4 彎管機(jī)電氣控制系統(tǒng)總體設(shè)計20</p><p>　　4.1彎管機(jī)控制系統(tǒng)組成及功能20</p><p>　　4.2 控制系統(tǒng)設(shè)計21</p><p>　　4.2.1 溫度測

14、量21</p><p>　　4.2.2 速度測量21</p><p>　　4.2.3被調(diào)量的選擇22</p><p>　　4.2.4中頻彎管推彎工藝22</p><p>　　4.2.5 上位機(jī)人機(jī)交互界面的實現(xiàn)23</p><p>　　4.3彎管機(jī)硬件設(shè)計23</p><p>　　

15、4.3.1 上位機(jī)和下位機(jī)的通訊24</p><p>　　4.3.2 電機(jī)的起停控制線路25</p><p>　　4.3.3 CPU輸入輸出電氣控制25</p><p>　　4.3.4 EM223輸入輸出控制線路27</p><p>　　4.3.5 EM231的電氣控制28</p><p><b>

16、　　5 結(jié)論30</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)31</b></p><p><b>　　致謝32</b></p><p>　　畢業(yè)設(shè)計（論文）知識產(chǎn)權(quán)聲明....................................33</p><p>　　畢業(yè)設(shè)計（論文

17、）獨創(chuàng)性聲明 .....................................34</p><p>　　附錄............................................................35</p><p><b>　　緒論</b></p><p><b>　　1.1課題背景<

18、/b></p><p>　　中頻感應(yīng)加熱彎管機(jī),其工作原理是利用中頻電源對鋼管進(jìn)行加熱，同時將鋼管勻速推進(jìn)，使加熱部分的鋼管沿預(yù)設(shè)的軌道行走從而形成具有一定曲率半徑和角度的彎管。先將鋼管安裝就位，通過搖臂回轉(zhuǎn)裝置上的絲杠絲母傳動裝置調(diào)整好彎曲半徑，采用中頻感應(yīng)加熱圈對鋼管加熱到一定溫度后進(jìn)行彎曲，彎曲時以液壓為動力，由小車將鋼管向前推進(jìn)，沿調(diào)整好的彎曲半徑在加熱處發(fā)生變形而彎曲，鋼管變形后對其噴水冷卻，從而

19、獲得所需的彎管管件。</p><p>　　1.2課題研究的意義</p><p>　　西氣東輸是國家為開發(fā)西部進(jìn)行的戰(zhàn)略性工程, 在西氣東輸中, 需要大量大口徑彎管用于管線轉(zhuǎn)彎處, 這些管線的口徑在, 厚度在巧以上, 國內(nèi)管道行業(yè)現(xiàn)有的彎管能力最大, 電氣控制系統(tǒng)采用繼電器控制和專用電路控制相結(jié)合, 不能滿足工程需要, 為此, 在充分消化吸收原有彎管設(shè)備特點的基礎(chǔ)上, 采用最新的控制手段設(shè)計

20、了適用于大口徑、厚壁管線的中頻加熱彎管機(jī), 采用了控制系統(tǒng), 用于彎管工藝的自動控制和彎管質(zhì)量控制。</p><p>　　1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展方向</p><p>　　彎管機(jī)的發(fā)展與計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展息息相關(guān)，早在20世紀(jì)70年代時，美國 EATONLEONARD公司就已經(jīng)研制生產(chǎn)了計算機(jī)數(shù)控彎管設(shè)備，首創(chuàng)計算機(jī)編程數(shù)控彎管之先河，大大提高了當(dāng)時的數(shù)控彎管水平。 20世紀(jì) 80年代，

21、日本千代田工業(yè)株式會社在美國 EATONLEONARD公司的研究成果上，成功研制了 M-1型管型測量機(jī)和 EC、TC兩種系列十多種型號的數(shù)控彎管機(jī)，功能非常強(qiáng)大，很快便以嶄新的技術(shù)面貌擠入了國際市場。</p><p>　　我國的數(shù)控彎管機(jī)研究起步較晚，但發(fā)展很快，早在 1970年武昌造船廠就研制成功一臺數(shù)控彎管機(jī)，這是國內(nèi)自主研制的第一臺數(shù)控彎管機(jī)。1973年武昌造船廠又成功研制了 SKWG-2型數(shù)控彎管機(jī)。此后

22、上海造船廠工藝研究所等多家國內(nèi)企業(yè)也陸續(xù)研制出了數(shù)控彎管機(jī)。目前我國彎管加工的現(xiàn)狀是既有自動化程度高的數(shù)控彎管機(jī)，也有半自動的數(shù)控彎管機(jī)，甚至還有相當(dāng)一部分中小企業(yè)還在使用傳統(tǒng)的手工彎管，具有典型的“老、中、青”(即手工彎管設(shè)備、半自動彎管機(jī)床和全自動彎管機(jī)床)三者結(jié)合的中國特色。</p><p>　　1.4 本文研究的主要內(nèi)容</p><p>　　本課題主要是對彎管機(jī)電器控制部分的研究與

23、實現(xiàn)。由于彎管工藝對其加熱過程的速度和溫度都有較高要求，所以彎管機(jī)在對鋼管推制過程中的加熱溫度和推制速度的控制要求相當(dāng)高。在彎管成形過程中常會因速度和溫度控制不當(dāng)引起管徑開裂、管壁厚度不均等</p><p>　　缺陷。因此，本課題的主要研究內(nèi)容是：設(shè)計一個怎樣的控制器去控制彎管機(jī)的溫度和速度使其在減少次品率的條件下又快又好的推制出所要求角度的彎管。其次，彎管機(jī)電器控制系統(tǒng)以一臺Siemens S7-200CPU2

24、26為控制核心，輸入輸出包括三個模擬量輸入（電流變送器、電壓變送器、激光溫度傳感器），兩個模擬量輸出（電壓變送器、電液比例溢流閥），約68個數(shù)字量I/O點（一個線旋轉(zhuǎn)編碼器，若干限位開關(guān)、手動開關(guān)、繼電器和指示燈）以及通過PC-PPI通信的上位機(jī)。其他電器包括四臺電動機(jī)。對他們的系統(tǒng)設(shè)計也是本課題的一個研究方向。</p><p><b>　　1.5 論文結(jié)構(gòu)</b></p>&

25、lt;p>　　本文通過五部分對中頻加熱彎管機(jī)電氣控制系統(tǒng)設(shè)計進(jìn)行了敘述：1 緒論，介紹了課題背景、研究意義、國內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀和研究內(nèi)容；2、通過對其原理系統(tǒng)進(jìn)行分析，選擇合適的方案；3、系統(tǒng)方案的確定，對CPU的選擇及其他器件的選擇做一個簡紹；4、 系統(tǒng)硬件設(shè)計，說明了系統(tǒng)硬件電路的具體設(shè)計方法；5、總結(jié)本課題。</p><p>　　2 彎管機(jī)原理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析</p><p>

26、;　　2.1彎管機(jī)的工作原理</p><p>　　中頻加熱液壓彎管機(jī)主要由機(jī)械裝置、液壓系統(tǒng)、中頻加熱系統(tǒng)、PLC 控制系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)等組成。機(jī)械裝置主要有卡緊裝置、小車推進(jìn)裝置、導(dǎo)向輪裝置和搖臂回轉(zhuǎn)裝置等組成。彎管的工作原理如圖2.1 所示。</p><p>　　其基本過程是:在將管道安裝好之后,利用中頻電源通過感應(yīng)圈對其待彎區(qū)域進(jìn)行加熱,當(dāng)加熱到一定溫度后,由小車將管道按照一定的速度向

27、前推進(jìn),沿調(diào)整好的彎曲半徑進(jìn)行彎曲。</p><p>　　1、 管坯 2、 導(dǎo)向輪 3、 中頻加熱　4、 夾頭　5、搖臂　6、 進(jìn)給小車</p><p>　　圖2.1中頻加熱液壓彎管機(jī)工作原理示意圖</p><p>　　2.2中頻加熱彎管機(jī)的機(jī)械裝置</p><p>　　機(jī)械裝置主要有卡緊裝置、小車推進(jìn)裝置、導(dǎo)向輪裝置和搖臂回轉(zhuǎn)裝置

28、等組成。</p><p>　　其工作原理是利用中頻電源對鋼管進(jìn)行加熱，同時將鋼管勻速推進(jìn)，使加熱部分的鋼管沿預(yù)設(shè)的軌道行走從而形成具有一定曲率半徑和角度的彎管。先將鋼管安裝就位，通過搖臂回轉(zhuǎn)裝置上的絲杠絲母傳動裝置調(diào)整好彎曲半徑，采用中頻感應(yīng)加熱圈對鋼管加熱到一定溫度后進(jìn)行彎曲，彎曲時以液壓為動力，由小車將鋼管向前推進(jìn)，沿調(diào)整好的彎曲半徑在加熱處發(fā)生變形而彎曲，鋼管變形后對其噴水冷卻，從而獲得所需的彎管管件。&l

29、t;/p><p>　　2.3中頻加熱彎管機(jī)的液壓系統(tǒng)</p><p>　　中頻加熱液壓彎管機(jī)的液壓系統(tǒng)原理圖如圖2 所示,主要由9 個液壓缸和2 個液壓馬達(dá)組成。主夾缸在彎管時始終保證管道通過夾具固定于轉(zhuǎn)臂之上,確</p><p>　　保管道按預(yù)定的半徑進(jìn)行彎曲;導(dǎo)夾缸起輔助夾管的作用,同時具有導(dǎo)向和支撐的功能;推進(jìn)缸在彎管進(jìn)行時,為彎管機(jī)提供動力;輔夾缸在彎管時把彎管

30、固定于推進(jìn)小車之上,防止管道在推進(jìn)時產(chǎn)生振動;定位夾緊缸將主夾頭定位在搖臂導(dǎo)軌上,防止其在工作中因受力而移動;定位液壓馬達(dá),實現(xiàn)搖臂工作臺的移動;復(fù)</p><p>　　位馬達(dá)是在彎管結(jié)束時,使搖臂復(fù)位。在彎管機(jī)的液壓系統(tǒng)中,彎曲主夾缸、導(dǎo)夾缸、輔夾缸、推進(jìn)缸以及定位夾緊缸均采用液控單向鎖緊閥,減少壓力損失,以保</p><p>　　證彎管過程中夾緊、彎曲動作可靠。</p>

31、<p>　　操作人員裝好管坯,通過點動按鈕控制電磁鐵9YA 通電而10YA 斷電,從而調(diào)整彎管的半徑,半徑調(diào)整好之后,點動另一按鈕控制7YA 通電而8YA 斷電,定位夾緊。然后按下啟動按鈕,在可編程控制器(PLC) 的控制下依次自動執(zhí)行以下的動作:</p><p>　　(1) 電磁鐵3 YA通電,主夾缸驅(qū)動夾頭關(guān)閉,從而把管子加緊;</p><p>　　(2) 電磁鐵5YA 通電

32、,輔夾缸驅(qū)動夾頭關(guān)閉,把管子和推進(jìn)小車固定在一起;</p><p>　　(3) 電磁鐵11YA 通電,導(dǎo)夾缸驅(qū)動壓料模把管子壓緊;</p><p>　　(4) 電磁鐵13YA 通電,主驅(qū)動缸推動小車,從而由小車帶動鋼管前進(jìn),沿調(diào)整好的的彎曲半徑進(jìn)行快速彎曲;</p><p>　　(5) 電磁鐵15YA 通電,將快速推進(jìn)改為工進(jìn);</p><p&g

33、t;　　(6) 彎管結(jié)束后,電磁鐵12YA 通電而11YA 斷電,導(dǎo)向缸退回,使壓料模后退;</p><p>　　(7) 電磁鐵6YA 通電5YA 斷電,輔夾頭松開退回;</p><p>　　(8) 電磁鐵4YA 通電3YA 斷電,主夾頭松開退回。操作人員將彎制好的管件取下之后,按下復(fù)位開關(guān)令電磁鐵16YA 通電而17YA 斷電,搖臂反向回轉(zhuǎn),使彎管機(jī)復(fù)位,準(zhǔn)備下一個彎管開始,從而完成一個

34、工作循環(huán)。</p><p>　　圖2.2 液壓系統(tǒng)原理圖</p><p>　　2.4彎管機(jī)中頻加熱系統(tǒng)</p><p>　　由于管材的材質(zhì)各異, 管徑、壁厚、彎曲角度等差異較大,使得中頻電源加熱溫度和彎管推進(jìn)速度之間的關(guān)系都不一樣，并且各工藝參數(shù)的設(shè)定也比較復(fù)雜, 而參數(shù)設(shè)定的合適與否會極大影響彎管的各種機(jī)械性能, 所以要根據(jù)工況的不同進(jìn)行參數(shù)選擇, 并由此控制彎管

35、的質(zhì)量。 </p><p>　　系統(tǒng)工作時, 中頻加熱系統(tǒng)通過感應(yīng)線圈給鋼管加熱到960℃左右, 卡緊裝置在液壓系統(tǒng)驅(qū)動下使尾卡盤、導(dǎo)輥架和導(dǎo)向卡盤等夾緊管體, 并在驅(qū)動馬達(dá)的強(qiáng)大推力下, 推動鋼管以0.2一8mm/s的速度緩慢向前推進(jìn)。</p><p>　　依據(jù)中央操作臺輸入的各種管材加熱溫度T，高溫狀態(tài)σS的參數(shù)，經(jīng)工藝提供的模型計算得出加熱溫度給定值，由計算機(jī)送入PLC， PID調(diào)節(jié)

36、儀與測溫反饋信號（加熱測溫點的最高值）進(jìn)行比較，輸出到中頻感應(yīng)加熱電源柜，來自動控制加熱功率，上位機(jī)顯示中頻感應(yīng)加熱的加熱功率及加熱溫度。實現(xiàn)這一控制也可采用手動給定方式，在中央操作臺將加熱功率給定選擇手動位置，調(diào)節(jié)加熱功率給定電位器，手動給定加熱功率信號至中頻電源柜。完成加熱功率的給定。</p><p>　　感應(yīng)加熱位置的控制：</p><p>　　加熱測溫點為內(nèi)外弧兩點。測溫信號進(jìn)入P

37、LC與計算機(jī)設(shè)定內(nèi)外弧允許溫差進(jìn)行比較，PLC 控制步進(jìn)電機(jī)拖動感應(yīng)圈軸向移動，以此來控制內(nèi)外弧溫差不大于±10℃。感應(yīng)圈軸向移動可以采用自動和手動兩種方式。感應(yīng)圈三維移動時均設(shè)有限位開關(guān)進(jìn)行保護(hù)。</p><p>　　2.5 PLC控制系統(tǒng)</p><p>　　可編程控制器簡稱為PLC(Programmable logi2cal controller) ,是一種數(shù)字運算操作的

38、電子系統(tǒng),是工業(yè)控制專用計算機(jī),是生產(chǎn)過程控制的通用自動控制部件,能完成算術(shù)/ 邏輯運算、定時/ 計數(shù)控制等操作。</p><p>　　2.5.1 PLC控制原理</p><p>　　20 世紀(jì)中葉,由于市場的需要,工業(yè)生產(chǎn)開始從大批量、少品種的方式轉(zhuǎn)變?yōu)樾∨俊⒍嗥贩N的生產(chǎn)方式。這種方式在汽車生產(chǎn)中得到充分的體現(xiàn),當(dāng)時汽車組裝生產(chǎn)線的控制采用繼電器控制系統(tǒng)。這種控制系統(tǒng)體積大,耗電多,特

39、別是改變生產(chǎn)程序很困難。因此,一種新型的控制設(shè)備呼之欲出。為了改變這種狀況,1968 年美國通用汽車公司提出了十項招標(biāo)指標(biāo)公開對外招標(biāo),要求用新的電氣控制裝置取代繼電器控制系統(tǒng),以適應(yīng)迅速改變生產(chǎn)程序的需要。1969 年, 美國DEC 公司研制出第一臺可編程控制器PDP214 ,用在GM公司生產(chǎn)線上,大獲成功。PLC 的控制特點可以簡單概括為:用軟件代替硬件,PLC 內(nèi)部的軟接點代替了繼電器的硬接點。它具有編程方便、穩(wěn)定可靠、控制功能強(qiáng)

40、、使用和維護(hù)方便、環(huán)境要求低以及性能價格比好等特點。因此,改變生產(chǎn)控制要求時,只要對控制系統(tǒng)的軟件進(jìn)行修改即可,大大縮短了生產(chǎn)周期,提高生產(chǎn)效率。而PLC 的MTBF (平均無故障工作時間) 更是高達(dá)(4～6) ×105 h[2 ] 。PLC的出現(xiàn)被譽為20 世紀(jì)70 年代的一場工業(yè)革命[3 ] ,自1969 年問世以來,發(fā)展迅猛?，F(xiàn)在,與機(jī)器人、C</p><p>　　PLC 控制系統(tǒng)的動作說明<

41、;/p><p><b>　　手動操作</b></p><p>　　(1) 先按啟停按鈕,人機(jī)界面的“油泵狀態(tài)”項顯示“運行”,表示油泵已經(jīng)啟動。</p><p>　　(2) 將“手動/ 自動”選擇開關(guān)打到手動位置,手動指示燈亮。同時,人機(jī)界面的“機(jī)器當(dāng)前狀態(tài)”項中顯示“手動”。</p><p>　　(3) 夾具夾緊松開是通過

42、“夾具夾緊、松開”選擇開關(guān)操作,當(dāng)打到“夾緊”時,夾具夾緊;當(dāng)打到“松開”時,夾具松開;當(dāng)打到中間時,夾具停止動作。</p><p>　　(4) 彎管前進(jìn)后退是通過“彎管前進(jìn)、后退”選擇開關(guān)操作,當(dāng)打到“前進(jìn)”時,彎管前進(jìn);當(dāng)打到“后退”時,彎管后退;當(dāng)打到中間時,彎管停止動作。</p><p><b>　　自動操作</b></p><p>　

43、　(1) 首先對人機(jī)界面里的參數(shù)進(jìn)行設(shè)定,人機(jī)界面上的“ESC”鍵為“退出”;“上箭頭”鍵為“向上移動或增加”;“下箭頭”鍵為“向下移動或減少”;“右箭頭”鍵為“向右移動或向右移位”;“ENTER”鍵為“確定”;“PageUp”鍵為“向上翻頁”;“PageDn”鍵為“向下翻頁”。</p><p>　　(2) 第一步要設(shè)定的是“設(shè)定彎道數(shù)量”,該項是指一個工件彎道數(shù)的總和。把光標(biāo)移到該項后面的數(shù)值上,按下“ENTE

44、R”鍵,用“上箭頭”鍵、“下箭頭”鍵改變到所需數(shù)值,再按下“ENTER”鍵。</p><p>　　(3) 第二步要設(shè)定的是“限位1～6 對應(yīng)第幾彎”,在所需的角度限位開關(guān)后面的數(shù)值中寫入對應(yīng)的彎道數(shù)。</p><p>　　(4) 按下油泵的啟停按鈕,人機(jī)界面的“油泵狀態(tài)”項顯示“運行”,表示油泵已經(jīng)啟動。</p><p>　　(5) 將“手動/ 自動”選擇開關(guān)打到自

45、動位置。按下啟動按鈕,就會自動完成“夾具夾緊”→“彎管前進(jìn)”→“夾具松開”→“彎管后退”→“停止”,完成一個循環(huán)。再按下啟動按鈕,就開始進(jìn)入下一循環(huán),如此循環(huán)工作。</p><p><b>　　復(fù)位方法</b></p><p>　　在自動運行過程中,需要改變參數(shù)時,就要對其進(jìn)行復(fù)位,復(fù)位的方法就是將“自動/ 手動”選擇開關(guān)先撥到中間位置復(fù)位,再撥回自動即可。</

46、p><p>　　表2.1彎管機(jī)信息點數(shù)統(tǒng)計</p><p><b>　　彎管機(jī)的冷卻系統(tǒng)</b></p><p>　　感應(yīng)加熱后噴淋冷卻手動控制時，在中央操作臺上，調(diào)節(jié)噴淋給定電位器，手動給定噴淋水量信號至電動調(diào)節(jié)閥。完成噴淋水量的給定調(diào)節(jié)。</p><p>　　感應(yīng)加熱噴淋冷卻后所測得的內(nèi)外弧兩點溫度與計算機(jī)設(shè)定的冷卻溫度

47、送入PLC，通過PID 調(diào)節(jié)儀調(diào)節(jié)電動調(diào)節(jié)閥的開口度來調(diào)節(jié)噴淋水量的大小，從而調(diào)節(jié)最后的冷卻溫度，以此達(dá)到工藝要求。</p><p>　　冷卻系統(tǒng)用于中頻加熱系統(tǒng)中頻電源、中頻變壓器、感應(yīng)線圈及鋼管的冷卻。當(dāng)旋轉(zhuǎn)搖臂達(dá)到設(shè)定彎曲角度時, 控制系統(tǒng)自動停止彎管作業(yè)。</p><p>　　2.7彎管機(jī)的工藝流程</p><p>　　本課題的研究工作主要是根據(jù)彎管機(jī)的工藝

48、流程對彎管機(jī)的控制系統(tǒng)進(jìn)行分析和數(shù)學(xué)建模，確定適用于該系統(tǒng)的控制算法，進(jìn)行硬件的設(shè)計和軟件的編程，并到現(xiàn)場進(jìn)行調(diào)試，完成理論與實踐的結(jié)合。</p><p>　　圖2.3 中頻加熱感應(yīng)彎管機(jī)的工藝流程</p><p>　　由于管材的材質(zhì)各異, 管徑、壁厚、彎曲角度等差異較大,使得中頻電源加熱溫度和彎管推進(jìn)速度之間的關(guān)系都不一樣，并且各工藝參數(shù)的設(shè)定也比較復(fù)雜, 而參數(shù)設(shè)定的合適與否會極大影

49、響彎管的各種機(jī)械性能, 所以要根據(jù)工況的不同進(jìn)行參數(shù)選擇, 并由此控制彎管的質(zhì)量。其次在對彎管機(jī)的系統(tǒng)以及彎管工藝有一個很好的了解的基礎(chǔ)上，根據(jù)實際情況，完成硬件設(shè)備的選型和軟件的設(shè)計。</p><p>　　彎管機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計</p><p><b>　　3.1設(shè)計方案 </b></p><p>　　電氣控制系統(tǒng)選用了以西門子S7-200 P

50、LC和工控機(jī)主控設(shè)備的計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，電氣控制系統(tǒng)框圖如圖3.1所示。</p><p>　　圖3.1 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　采用西門子S7一200系列PLC作為主控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和信息處理.S7一200具有PID控制的功能.通過設(shè)置和調(diào)節(jié)PID參數(shù)實現(xiàn)速度和溫度和功率平衡控制。采用西門子公司的WINCC作為上位機(jī)組態(tài)軟件,完成上位機(jī)監(jiān)控界面的設(shè)計，對加熱溫度和推進(jìn)速度的數(shù)據(jù)

51、實施實時監(jiān)控和存儲，并實現(xiàn)歷史數(shù)據(jù)的查詢和打印功能。</p><p>　　此系統(tǒng)是以可編程控制器(PLC)控制為主的彎管機(jī)。這種控制方式是在繼電器控制和計算機(jī)控制的基礎(chǔ)上開發(fā)出來的，并逐漸發(fā)展成以微處理器為核心，把自動化技術(shù)計算機(jī)技術(shù)、通訊技術(shù)融為一體的新型工業(yè)自動化控制裝置。可編程控制器有較高的穩(wěn)定性和靈活性，采用可編程控制器控制，使系統(tǒng)的控制性能和可靠性大大提高。</p><p>　　

52、彎管機(jī)是利用是利用中頻電源對鋼管進(jìn)行加熱，同時將鋼管勻速推進(jìn)，使加熱部分的鋼管沿預(yù)設(shè)的軌道行走從而形成具有一定曲率半徑和角度的彎管。先將鋼管安裝就位，通過搖臂回轉(zhuǎn)裝置上的絲杠絲母傳動裝置調(diào)整好彎曲半徑，采用中頻感應(yīng)加熱圈對鋼管加熱到一定溫度后進(jìn)行彎曲，彎曲時以液壓為動力，由小車將鋼管向前推進(jìn)，沿調(diào)整好的彎曲半徑在加熱處發(fā)生變形而彎曲，鋼管變形后對其噴水冷卻，從而獲得所需的彎管管件。</p><p>　　彎管機(jī)采用

53、飛秒光電激光傳感器來控制它的溫度，采用編碼器來控制它的速度，從而保持功率恒定，</p><p>　　PLC系統(tǒng)中所用的斷路器、接觸器、熱繼電器、轉(zhuǎn)換開關(guān)、按鈕、指示燈等控制元件</p><p>　　均應(yīng)選用可靠性高、電氣壽命長的IEC標(biāo)準(zhǔn)優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品。、彎管機(jī)、電機(jī)上的配線,采用包塑金屬軟管,并配有軟管接頭，打有管夾,可防止線纜拔脫和線纜的機(jī)械損傷。溫度傳感器選用電流輸出形式，溫度傳感器至控制

54、臺數(shù)字面板表的信號傳輸采用屏蔽信號電纜，克服了信號傳輸過程中的衰減和干擾，保證面板表顯示數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。</p><p>　　控制系統(tǒng)選用西門子公司的模板式可編程控制器S7-200系列PLC控制，由一個PLC柜組成。PLC和操作臺控制柜之間使用PROFIBUS-DP方式通訊。使用觸摸屏進(jìn)行設(shè)備狀況監(jiān)視和模擬量標(biāo)定，進(jìn)行各打壓參數(shù)的設(shè)置。應(yīng)具有手動設(shè)置予密封力的功能，滿足不同管徑對設(shè)備平衡的要求。</p>

55、<p>　　3.2硬件電路設(shè)計的整體思想</p><p><b>　　3.2.1 上位機(jī)</b></p><p>　　采用西門子公司的WINCC作為上位機(jī)組態(tài)軟件,完成上位機(jī)監(jiān)控界面的設(shè)計，對加熱溫度和推進(jìn)速度的數(shù)據(jù)實施實時監(jiān)控和存儲，并實現(xiàn)歷史數(shù)據(jù)的查詢和打印功能。</p><p>　　它是4U高14槽機(jī)架安裝工業(yè)電腦機(jī)箱，專為

56、任務(wù)關(guān)鍵應(yīng)用而設(shè)計。此機(jī)箱包括一個通用14槽無源底板、帶PFC（功率因數(shù)補(bǔ)償）電源的高效300W ATX和易于維護(hù)的雙冷卻風(fēng)扇。機(jī)箱前面板上的系統(tǒng)狀態(tài)LED指示燈可顯示電源、硬盤和系統(tǒng)電壓的運行情況。帶有兩個高CFM風(fēng)扇的先進(jìn)冷卻系統(tǒng)能夠提供充足的氣流來冷卻系統(tǒng)的主要部件。前端接線的USB和PS／2鍵盤I／O接口可以連接各種外部設(shè)備，以便進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸、備份和輸入。靈活的機(jī)械設(shè)計支持單PS／2電源或冗余電源（通過更換電源托架）。所有這些特

57、點使IPC-610-H成為性價比最佳和總價最優(yōu)的選擇。它的配置內(nèi)存是1g的，硬盤是120g的，有光驅(qū)，鍵盤+鼠標(biāo)，它的配置很高能滿足上位機(jī)軟件運行的要求。</p><p><b>　　3.2.2 下位機(jī)</b></p><p>　　下位機(jī)由PLC擔(dān)任，它負(fù)責(zé)對現(xiàn)場傳感器檢測到的信號傳送給上位機(jī)進(jìn)行信號處理，同時它又把上位機(jī)的控制指令翻譯成執(zhí)行指令控制現(xiàn)場可執(zhí)行元件的動

58、作，從而實現(xiàn)系統(tǒng)整體自動協(xié)調(diào)動作，完成彎管的作業(yè)。工控機(jī)和PLC之間的通信是通過專用的PC/ PPI電纜來實現(xiàn)的,PLC和觸摸屏之間的通訊是通過RS485/422專用電纜來實現(xiàn)的。</p><p>　　PLC實質(zhì)上是一種專用于工業(yè)控制的計算機(jī)，其基本硬件結(jié)構(gòu)與一般計算機(jī)幾乎一樣。由于它是對機(jī)械或設(shè)備或某個系統(tǒng)直接進(jìn)行控制的裝置，所以與一般計算機(jī)又有所不同，它使用適宜于控制的專門語言，實時性強(qiáng)，可與各種輸入/輸出設(shè)

59、備直接連接，可在較惡劣的現(xiàn)場環(huán)境中工作。 PLC主要由中央處理單元(CPU)、存儲器((ROM/RAM)、輸入/輸出單元(I/O)、電源以及外部設(shè)備(如編程器)等幾大部分組成。</p><p>　　SIMATIC S7-200系列PLC是模塊化設(shè)計的，使用的模塊有基本模塊、擴(kuò)展模塊兩類，結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、功能強(qiáng)大?；灸K有CPU221, CPU 222,CPU224和CPU 226，本系統(tǒng)選用CPU 226，

60、它主要具有以下特點.</p><p>　　①具有一個RS485串行口，支持點對點(PPI)方式、自由方式(Free mode)等多種通訊協(xié)議，可以方便地實現(xiàn)同微機(jī)、其它PLC、以及打印機(jī)之類的外圍設(shè)備的通信。對該型號PLC的編程，也是通過同一個接口，使用一個RS485到RS232的轉(zhuǎn)換器，由微機(jī)來實現(xiàn)的;</p><p>　?、谑褂贸夒娙荼４鏀?shù)據(jù)，在斷電以后，可以繼續(xù)保存程序、數(shù)據(jù)以及維

61、持時鐘準(zhǔn)確運行達(dá)190小時以上;</p><p>　　③具有較強(qiáng)的中斷能力，包括用于自由方式的發(fā)送、接收中斷，4個由輸入信號上升沿或下降沿觸發(fā)的輸入中斷，2個定時器中斷;</p><p>　?、?個帶20kHz時鐘的高速計數(shù)器，6個30kHz時鐘頻率的單相計數(shù)器，4個20kHz時鐘頻率的兩相計數(shù)器:</p><p>　　SIMATIC S7-200系列PLC的擴(kuò)展模

62、塊是通用的，用于擴(kuò)充基本模塊的輸入、輸出點數(shù)目。擴(kuò)展模塊不僅適用于所有基本模塊的擴(kuò)充，而且擴(kuò)充操作十分方便，只需使用接口插銷，將擴(kuò)展模塊和基本模塊，或者和其它擴(kuò)展模塊連接起來，擴(kuò)充操作就完成了。如EM235型（4路模擬量輸入/1路模擬量輸出）模擬量擴(kuò)展模塊。EM223數(shù)字量輸入輸出模塊，16DI/16DO，繼電器輸出。</p><p>　　3.2.3 人機(jī)接口</p><p>　　人機(jī)接口

63、包括鍵盤、鼠標(biāo)和操作臺。利用鍵盤、鼠標(biāo)，通過電腦操作畫面完成參數(shù)傳遞和實時監(jiān)控顯示以及數(shù)據(jù)報表的打印等操作。操作臺完成外圍輔助設(shè)備的動作，包括鋼管推進(jìn)、溫度調(diào)節(jié)、速度控制等。</p><p><b>　　PLC的選擇</b></p><p><b>　　PLC的硬件結(jié)構(gòu)</b></p><p>　　圖3.2 PLC的基本結(jié)

64、構(gòu)</p><p>　　3.3.2 PLC的選擇依據(jù)</p><p>　　PLC控制系統(tǒng)工作電路可分為3部分，輸入部分、內(nèi)部控制電路和輸出部分。輸入部分就是采集輸入信號，輸出部分就是系統(tǒng)的執(zhí)行部件這兩部分與繼電器控制電路相同。內(nèi)部控制電路是通過編程方法實現(xiàn)的控制邏輯，用軟件編程代替繼電器電路的功能。輸入部分由外部輸入電路、PLC輸入接線端子和輸入繼電器組成。外部輸入信號經(jīng)PLC輸入接線端子

65、去驅(qū)動輸入繼電器的線圈。每個輸入端子與其相同編號的輸入繼電器有著惟一確定的對應(yīng)關(guān)系。當(dāng)外部的輸入元件處于接通狀態(tài)時，對應(yīng)的輸入繼電器線圈得電。為使輸入繼電器的線圈得電，即讓外部輸入元件的接通狀態(tài)寫入與其對應(yīng)的基本單元中去，輸入回路要有電源。輸入回路所使用的電源，可以用PLC內(nèi)部提供的24V直流電源(其帶負(fù)載能力有限)，也可由PLC外部的獨立的交流或直流電源供電。</p><p>　　需要強(qiáng)調(diào)的是，輸入繼電器的線圈

66、只能是由來自現(xiàn)場的輸入元件處（如控制按鈕、行程開關(guān)的觸點、晶體管的基極-發(fā)射極電壓、各種檢測及保護(hù)器件的觸點或動作信號等)的驅(qū)動，而不能用編程的方式去控制。因此，在梯形圖程序中，只能使用輸入繼電器的觸點，不能使用輸入繼電器的線圈。</p><p>　　輸出部分是由在PLC內(nèi)部目與內(nèi)部控制電路隔離的輸出繼電器的外部動合觸點、輸出接線端子和外部驅(qū)功電路組成，用來驅(qū)動外部負(fù)載電路的電源必須由外部電源提供，電源種類及規(guī)格

67、可根據(jù)負(fù)載要求去配備，只要在PLC允許的電壓范圍內(nèi)工作即可。</p><p>　　PLC的控制規(guī)模是以所配置的輸入/輸出點數(shù)來衡量的。PLC的輸入/輸出點數(shù)表明了PLC可從外部接收多少個輸入信號和向外部發(fā)出多少個輸出信號.實際上也就是PLC的輸入、輸出端子數(shù)。根據(jù)I/O點數(shù)的多少個將PLC分為小型機(jī)、中型機(jī)和大型機(jī)。一般來說，點數(shù)多的PLC，功能也相應(yīng)較強(qiáng)。I/O點數(shù)在256以下的稱為小型機(jī)。因為此控制系統(tǒng)的需求

68、，所以選擇小型的西門子的S7-200系列。</p><p>　　PLC是由摸仿原繼電器控制原理發(fā)展起來的，70年代的PLC只有開關(guān)量邏輯控制，首先應(yīng)用的是汽車制造行業(yè)。它以存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和運算等操作的指令；并通過數(shù)字輸入和輸出操作，來控制各類機(jī)械或生產(chǎn)過程。用戶編制的控制程序表達(dá)了生產(chǎn)過程的工藝要求，并事先存入PLC的用戶程序存儲器中。運行時按存儲程序的內(nèi)容逐條執(zhí)行，以完成工藝流程要求的操

69、作。PLC的CPU內(nèi)有指示程序步存儲地址的程序計數(shù)器，在程序運行過程中，每執(zhí)行一步該計數(shù)器自動加1，程序從起始步（步序號為零）起依次執(zhí)行到最終步（通常為END指令），然后再返回起始步循環(huán)運算。PLC每完成一次循環(huán)操作所需的時間稱為一個掃描周期。不同型號的PLC，循環(huán)掃描周期在1微秒到幾十微秒之間。程序計數(shù)器這樣的循環(huán)操作。一個PLC的控制器，可以接收幾千個I/O點（最多可達(dá)8000多個I/O）</p><p>&

70、lt;b>　　(1)機(jī)型的選擇</b></p><p>　　a) 結(jié)構(gòu)合理:對于工藝過程比較固定,環(huán)境條件較好的場合,選用整體式結(jié)構(gòu)PLC ,其他情況則選用模塊結(jié)構(gòu)PLC。</p><p>　　b) 功能相當(dāng):對于開關(guān)量控制的工程項目,對其控制速度無須考慮,低檔機(jī)就能滿足要求;對于以開關(guān)量控制為主,帶少量模擬量控制的工程項目,可選用帶A/ D 轉(zhuǎn)換、加減運算、數(shù)據(jù)傳送功能

71、的低檔機(jī);對于控制較復(fù)雜,控制功能要求更高的工程項目,如要求PID 運算、通信聯(lián)網(wǎng)等,可選用中檔或高檔機(jī)。高檔機(jī)主要用于大規(guī)模過程控制,全PLC 的分布式控制系統(tǒng)以及整個工廠的自動化。</p><p>　　PLC 的功能選擇有以下幾種情況:1) 代替繼電器,完成條件控制和時序控制功能;2) 完成數(shù)學(xué)運算,應(yīng)用于設(shè)定值控制、流量計算、PID 調(diào)節(jié)、定位控制和工程量單位換算等;3) 用于寄存器與數(shù)據(jù)表的相互傳送, 如

72、數(shù)據(jù)庫的生成、信息管理、BATCH 控制、診斷和材料處理等;4) 矩陣功能,它是按位操作,用于設(shè)備診斷、狀態(tài)監(jiān)控、分類和報警處理等;5) 高級功能,如:高級指令通信能力等;6)診斷功能:PLC 有內(nèi)診斷和外診斷兩種,內(nèi)診斷是PLC 內(nèi)部各部件性能和功能診斷,外診斷是中央處理機(jī)與I/ O 模塊信息交換診斷;7) 串行接口是中型以上的PLC 提供的一個或一個以上串行標(biāo)準(zhǔn)接口RS - 232C ,以便連接打印機(jī)、CRT、上位機(jī)或另一臺PLC。

73、</p><p>　　c) 機(jī)型應(yīng)統(tǒng)一:因為同一機(jī)型的PLC ,其模塊可互為備用,便于備品備件的采購和管理,其功能及編程方法統(tǒng)一,有利于技術(shù)力量的培訓(xùn)及功能的開發(fā);其外部設(shè)備通用,資源可共享,配以上位計算機(jī)后,可把控制各獨立系統(tǒng)的多臺PLC 聯(lián)成一個多級分布式控制系統(tǒng),相互通信,集中管理。</p><p>　　d) 編程方式: PLC 的編程分為離線編程和在線編程兩種。中小型PLC 采用離

74、線編程,適用于產(chǎn)品定型的設(shè)備和工藝不常變動的設(shè)備。大型PLC 多采用在線編程方式,適用于被控設(shè)備和工藝常變動的復(fù)雜控制</p><p>　　(2)輸入/ 輸出的選擇</p><p>　　選好機(jī)型后,應(yīng)根據(jù)實際情況確定輸入/ 輸出的點數(shù)及形式。</p><p>　　a) 確定I/ O 點數(shù):應(yīng)考慮未來擴(kuò)充和備用的需要,留10 %～20 %的輸入/ 輸出點數(shù)作備用。&l

75、t;/p><p>　　b) 模擬輸入/ 輸出接口:它是用來感知傳感器產(chǎn)生的信號的。這些接口測量流量,溫度和壓力的數(shù)量值,并用于控制電壓或電流輸出設(shè)備。典型接口量程為- 10～ + 10V ,0～ + 10V ,4～20mA 或10～50mA。</p><p><b>　　(3)電源的選擇</b></p><p>　　PLC 供電電源一般為AC85～

76、240V( 也有DC24V) , 適應(yīng)電源范圍較寬, 但為了抗干擾, 應(yīng)加裝電源凈化元件, 例如電源濾波器、1: 1 隔離變壓器等。</p><p>　　PLC 上DC24V 電源的使用:各公司PLC 產(chǎn)品上一般都有DC24V 電源, 但該電源容量小, 僅幾十毫安至幾百毫安, 用其帶負(fù)載時要注意容量, 同時做好防短路措施, 因為該電源的過載或短路都將影響PLC 的運行。</p><p>　

77、　外部DC24V 電源:若輸入回路有DC24V 供電的接近開關(guān)、光電開關(guān)等, 而PLC 上DC24V 電源容量不夠時, 要從外部提供DC24V 電源; 但該電源的“負(fù)”端不要與PLC 的DC24V 的“負(fù)”端以及“公共”端相連, 否則會影響PLC 的運行。</p><p>　　電源的選擇電源模塊的選擇一般只需考慮輸出電流。電源模塊的額定輸出電流必須大于處理器模塊、I/O模塊、專用模塊等消耗電流的總和。</p

78、><p>　　綜上所示，PLC 應(yīng)選擇S7-200系列，S7-200是整體結(jié)構(gòu)的、就有很高的性能/價格比的小型可編程控制器，根據(jù)控制規(guī)模的大小（即輸入/輸出點數(shù)的多少），可以選擇相應(yīng)的CPU。下面來介紹可編程控制器S7-200。</p><p>　　3.4 可編程控制器 S7-200介紹</p><p>　　3.4.1 S7-200 系統(tǒng)基本組成</p>

79、<p>　　同其他的PLC一樣，S7-200的基本組成也是由主機(jī)單元加編成器，在需要擴(kuò)展時，系統(tǒng)組成中還可包括：數(shù)字量擴(kuò)展單元模板、模擬量擴(kuò)展單元模板、通信設(shè)備、人機(jī)界面HMI等。</p><p>　　西門子S7-200 PLC系統(tǒng)是緊湊型可編程序控制器。系統(tǒng)的硬件構(gòu)架是由成系統(tǒng)的CPU模塊和豐富的擴(kuò)展模塊組成。它能夠滿足各種設(shè)備的自動化控制需求。應(yīng)用領(lǐng)域極為廣泛，覆蓋所有與自動檢測，自動化控制有關(guān)的工

80、業(yè)及民用領(lǐng)域，包括各種機(jī)床、機(jī)械、電力設(shè)施、民用設(shè)施、環(huán)境保護(hù)設(shè)備等。</p><p>　　S7-200系列PLC可提供4種不同基本單元和6種型號的擴(kuò)展單元。其系統(tǒng)構(gòu)成出基本單元、擴(kuò)展單元外，還有編程器、存儲器、寫入器、文本顯示器等。圖3.4.1為S7-200 的基本構(gòu)成</p><p><b>　　圖3 </b></p><p>　　圖3.3

81、 s7-200系統(tǒng)的基本組成</p><p>　　3.4.2 主機(jī)單元CPU的選擇</p><p>　　眾所周知，CPU是計算機(jī)的核心，因此也是PLC的核心。在模板式PLC中，CPU是一個專用模板，一般PLC的CPU模板上還有存放系統(tǒng)程序的ROM或EPROM.存放用戶程序或少量數(shù)據(jù)的RAM，以及譯碼電路、通信接口和編程器接口等。</p><p>　　表為S7-200

82、的技術(shù)指標(biāo)：</p><p>　　表3.1 S7-200的技術(shù)指標(biāo)</p><p>　　本控制系統(tǒng)要求的CPU為24 輸入/16 輸出共42個數(shù)字量I/O 點。可連接7 個擴(kuò)展模塊，最大擴(kuò)展至248 路數(shù)字量I/O 點或35 路模擬量I/O 點。26K 字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲空間。6 個獨立的30kHz 高速計數(shù)器，2 路獨立的20kHz 高速脈沖輸出，具有PID 控制器。2 個RS485 通

83、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。I/O 端子排可很容易地整體拆卸。用于較高要求的控制系統(tǒng)，具有更多的輸入/輸出點，更強(qiáng)的模塊擴(kuò)展能力，更快的運行速度和功能更強(qiáng)的內(nèi)部集成特殊功能。功能最強(qiáng)的單元，可完全適應(yīng)于一些復(fù)雜的中小型控制系統(tǒng)。通過PLC選擇要求以及控制系統(tǒng)的需要，可知此控制系統(tǒng)應(yīng)選擇CPU 226型。根據(jù)其還可以確定PLC的技術(shù)性能，并且確定PLC的輸出為繼電器輸出.</p>&

84、lt;p>　　3.4.3 數(shù)字量模塊的選擇</p><p>　　S7--200擴(kuò)展模塊</p><p>　　為了更好的滿足應(yīng)用要求，S7-200系列為您提供多種類型的擴(kuò)展模塊。你可以利用塊完善CPU的功能。表3.2列出了現(xiàn)有的擴(kuò)展模塊</p><p>　　表3.2 s7-200的擴(kuò)展模塊</p><p>　　數(shù)字量輸入接口電路的作用是把

85、現(xiàn)場的數(shù)字( 開關(guān)) 量信號變成可編程控制器內(nèi)部處理的標(biāo)準(zhǔn)信號。數(shù)字( 開關(guān)) 量輸入接口按可接納的外部信號電源的類型不同, 分為直流輸入接口單元和交流輸入接口單元。數(shù)字量( 開關(guān)) 輸入接口單元中都有濾波電路及耦合隔離電路。濾波電路有抗干擾的作用, 耦合電路有抗干擾及產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)信號的作用。</p><p>　　根據(jù)系統(tǒng)控制的要求，應(yīng)選擇EM 223CN作為該系統(tǒng)的數(shù)字模塊的擴(kuò)展，現(xiàn)將EM 223 CN 數(shù)字量混合

86、輸入/輸出模塊以及EM 223 CN 24V DC 4 輸入/4 輸出和 EM223 CN 24V DC 4 輸入/4 繼電器輸出如下圖3.4所示:</p><p>　　圖3.4 EM 223 CN 4×24V DC 輸入/4×24V DC、繼電器輸出端子連接圖</p><p>　　數(shù)字量輸出接口的作用是把可編程內(nèi)部的標(biāo)準(zhǔn)信號轉(zhuǎn)換成現(xiàn)場執(zhí)行機(jī)構(gòu)所需的數(shù)字量信號。<

87、;/p><p>　　中間采用光電耦合的作用是抗干擾作用。光電耦合器是以光為媒介傳輸電信號的一種電一光一電轉(zhuǎn)換器件。它由發(fā)光源和受光器兩部分組成。把發(fā)光源和受光器組裝在同一密閉的殼體內(nèi)，彼此間用透明絕緣體隔離。發(fā)光源的引腳為輸入端，受光器的引腳為輸出端，常見的發(fā)光源為發(fā)光二極管，受光器為光敏二極管、光敏三極管等等。光電耦合器的種類較多，常見有光電二極管型、光電三極管型、光敏電阻型、光控晶閘管型、光電達(dá)林頓型、集成電路型

88、等。在光電耦合器輸入端加電信號使發(fā)光源發(fā)光，光的強(qiáng)度取決于激勵電流的大小，此光照射到封裝在一起的受光器上后，因光電效應(yīng)而產(chǎn)生了光電流，由受光器輸出端引出，這樣就實現(xiàn)了電一光一電的轉(zhuǎn)換。</p><p>　　3.4.4 模擬量模塊的選擇</p><p>　　模擬量輸入接口的作用是把現(xiàn)場連續(xù)變化的模擬量標(biāo)準(zhǔn)信號轉(zhuǎn)換成適合可編程序控制器內(nèi)部處理的信號, 該信號由若干位二進(jìn)制數(shù)字組成。模擬量輸入接

89、口接受標(biāo)準(zhǔn)模擬信號, 無論是電壓信號還是電流信號均可接收。這里標(biāo)準(zhǔn)信號是指符合國際標(biāo)準(zhǔn)的通用交互用電壓電流信號值, 如4 ～20mA 的直流電流信號, 1～10V 的直流電壓信號等。工業(yè)現(xiàn)場中模擬量信號的變化范圍一般是不標(biāo)準(zhǔn)的, 在送入模擬量接口時一般都需經(jīng)變送處理才能使用。模擬量信號輸入后一般經(jīng)運算放大器放大再進(jìn)行A/D 轉(zhuǎn)換, 最后經(jīng)光電耦合, 為可編程控制器提供一定位數(shù)的數(shù)字量信號。</p><p>　　模

90、擬量輸出接口的作用是將可編程控制器運算處理后的若干位數(shù)字量信號轉(zhuǎn)換為響應(yīng)的模擬量信號輸出, 以滿足生產(chǎn)過程現(xiàn)場連續(xù)控制信號的需求。模擬量輸出接口一般由光電隔離、D/A 轉(zhuǎn)換和信號驅(qū)動等環(huán)節(jié)組成。</p><p>　　根據(jù)控制系統(tǒng)的要求，此系統(tǒng)選用的模擬模塊EM 231、EM232,其中EM231有3個輸入點，無輸出點；EM232無輸入點，有兩個輸出點。</p><p><b>　

91、　3.5編碼器</b></p><p>　　根據(jù)需要選用旋轉(zhuǎn)編碼器，旋轉(zhuǎn)編碼器是用來測量轉(zhuǎn)速的裝置。它分為單路輸出和雙路輸出兩種。技術(shù)參數(shù)主要有每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)（幾十個到幾千個都有），和供電電壓等。單路輸出是指旋轉(zhuǎn)編碼器的輸出是一組脈沖，而雙路輸出的旋轉(zhuǎn)編碼器輸出兩組相位差90度的脈沖，通過這兩組脈沖不僅可以測量轉(zhuǎn)速，還可以判斷旋轉(zhuǎn)的方向。</p><p>　　編碼器如以信號原理來分

92、 </p><p>　　增量脈沖編碼器:SPC </p><p>　　絕對脈沖編碼器:APC </p><p>　　兩者一般都應(yīng)用于速度控制或位置控制系統(tǒng)的檢測元件</p><p><b>　　工作原理: </b></p><p>　　由一個中心有軸的光電碼盤，其上有環(huán)形通、暗的刻線，有光電發(fā)射和

93、接收器件讀取,獲得四組正弦波信號組合成A、B、C、D,每個正弦波相差90度相位差（相對于一個周波為360度），將C、D信號反向，疊加在A、B兩相上，可增強(qiáng)穩(wěn)定信號；另每轉(zhuǎn)輸出一個Z相脈沖以代表零位參考位。 </p><p>　　由于A、B兩相相差90度，可通過比較A相在前還是B相在前，以判別編碼器的正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)，通過零位脈沖，可獲得編碼器的零位參考位。 </p><p>　　編碼器碼盤的材料

94、有玻璃、金屬、塑料，玻璃碼盤是在玻璃上沉積很薄的刻線，其熱穩(wěn)定性好，精度高，金屬碼盤直接以通和不通刻線，不易碎，但由于金屬有一定的厚度，精度就有限制，其熱穩(wěn)定性就要比玻璃的差一個數(shù)量級，塑料碼盤是經(jīng)濟(jì)型的，其成本低，但精度、熱穩(wěn)定性、壽命均要差一些。 </p><p>　　分辨率—編碼器以每旋轉(zhuǎn)360度提供多少的通或暗刻線稱為分辨率，也稱解析分度、或直接稱多少線，一般在每轉(zhuǎn)分度5~10000線。 </p&g

95、t;<p><b>　　信號輸出: </b></p><p>　　信號輸出有正弦波（電流或電壓）,方波（TTL、HTL）,集電極開路（PNP、NPN）,推拉式多種形式，其中TTL為長線差分驅(qū)動（對稱A,A-;B,B-;Z,Z-）,HTL也稱推拉式、推挽式輸出，編碼器的信號接收設(shè)備接口應(yīng)與編碼器對應(yīng)。 </p><p>　　信號連接—編碼器的脈沖信號一般連

96、接計數(shù)器、PLC、計算機(jī)，PLC和計算機(jī)連接的模塊有低速模塊與高速模塊之分，開關(guān)頻率有低有高。 </p><p>　　如單相聯(lián)接，用于單方向計數(shù)，單方向測速。 </p><p>　　A.B兩相聯(lián)接，用于正反向計數(shù)、判斷正反向和測速。 </p><p>　　A、B、Z三相聯(lián)接，用于帶參考位修正的位置測量。 </p><p>　　A、A-，B、B

97、-，Z、Z-連接，由于帶有對稱負(fù)信號的連接，電流對于電纜貢獻(xiàn)的電磁場為0，衰減最小，抗干擾最佳，可傳輸較遠(yuǎn)的距離。 </p><p>　　對于TTL的帶有對稱負(fù)信號輸出的編碼器，信號傳輸距離可達(dá)150米。 </p><p>　　旋轉(zhuǎn)編碼器由精密器件構(gòu)成，故當(dāng)受到較大的沖擊時，可能會損壞內(nèi)部功能，使用上應(yīng)充分注意。</p><p><b>　　3.6激光傳感

98、器</b></p><p>　　系統(tǒng)工作時, 中頻加熱系統(tǒng)通過感應(yīng)線圈給鋼管加熱到960℃左右,對于這樣高的溫度，我們采用激光傳感器測量，它是利用激光技術(shù)進(jìn)行測量的傳感器。它由激光器、激光檢測器和測量電路組成。激光傳感器是新型測量儀表，它的優(yōu)點是能實現(xiàn)無接觸遠(yuǎn)距離測量，速度快，精度高，量程大，抗光、電干擾能力強(qiáng)等。</p><p>　　激光和激光器 激光是20世紀(jì)60年代出現(xiàn)的

99、最重大的科學(xué)技術(shù)成就之一。它發(fā)展迅速，已廣泛應(yīng)用于國防、生產(chǎn)、醫(yī)學(xué)和非電測量等各方面。激光與普通光不同，需要用激光器產(chǎn)生。激光器的工作物質(zhì)，在正常狀態(tài)下，多數(shù)原子處于穩(wěn)定的低能級E1,在適當(dāng)頻率的外界光線的作用下，處于低能級的原子吸收光子能量受激發(fā)而躍遷到高能級E2。光子能量E=E2-E1=hv,式中h為普朗克常數(shù)，v為光子頻率。反之，在頻率為v的光的誘發(fā)下，處于能級 E2的原子會躍遷到低能級釋放能量而發(fā)光，稱為受激輻射。激光器首先使工

100、作物質(zhì)的原子反常地多數(shù)處于高能級（即粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布），就能使受激輻射過程占優(yōu)勢，從而使頻率為v的誘發(fā)光得到增強(qiáng),并可通過平行的反射鏡形成雪崩式的放大作用而產(chǎn)生強(qiáng)大的受激輻射光，簡稱激光。激光具有3個重要特性:①高方向性（即高定向性，光速發(fā)散角小），激光束在幾公里外的擴(kuò)展范圍不過幾厘米；②高單色性，激光的頻率寬度比普通光小10倍以上；③高亮度，利用激光束會聚最高可產(chǎn)生達(dá)幾百萬度的溫度。激光器按工作物質(zhì)可分為 4種。①固體激光器：它的工作物

101、質(zhì)是固體。常用的有紅寶石激光器、摻釹的釔鋁石榴石激光器 (即YAG激光器)和釹</p><p>　　彎管機(jī)電氣控制系統(tǒng)總體設(shè)計</p><p>　　4.1彎管機(jī)控制系統(tǒng)組成及功能</p><p>　　對于我們所設(shè)計的大直徑、厚壁鋼管的中頻加熱彎管機(jī)控制系統(tǒng)。自動控制系統(tǒng)采用上位機(jī)（WINCC） + PLC的上下位機(jī)結(jié)構(gòu)。下位機(jī)PLC作為現(xiàn)場級控制設(shè)備,用于數(shù)據(jù)采集和

102、控制;上位機(jī)IPC利用工控組態(tài)軟件完成過程數(shù)據(jù)的存儲、處理、分析及人機(jī)交互界面。系統(tǒng)分為信息管理、控制和設(shè)備三層,結(jié)構(gòu)如圖4.1所示。</p><p>　　圖4.1 中頻彎管機(jī)組控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu) </p><p><b>　　(1)信息管理層</b></p><p>　　信息管理層由上位機(jī)( WINCC)、組態(tài)開發(fā)軟件、應(yīng)用程序等組成。其功能是

103、: ①直觀而集中地顯示彎管機(jī)組各運行參數(shù),包括中頻電源運行參數(shù)(直流電壓、直流電流、中頻電壓、輸出功率、頻率等) ,彎管參數(shù)(線圈移動速度、線圈移動距離、主推</p><p>　　移動速度、主推移動距離、推進(jìn)角度、溫度等) ; ②完成彎管工藝關(guān)鍵技術(shù)數(shù)據(jù)的設(shè)定,并能自動保存及調(diào)用有效的工藝參數(shù); ③彎制過程的實時溫度曲線顯示、數(shù)據(jù)儲存、歷史數(shù)據(jù)的查詢、打印等。</p><p><b&

104、gt;　　(2)控制層</b></p><p>　　控制層由可編程邏輯控制器( PLC)的開關(guān)量模塊、模擬量模塊、PLC應(yīng)用程序等組成。其功能是完成實時數(shù)據(jù)的采樣與處理,各種控制命令、溫度控制、速度控制算法的實現(xiàn),異常現(xiàn)象的自動處理等。</p><p><b>　　(3)設(shè)備層</b></p><p>　　設(shè)備層由電動機(jī)、變頻器、旋

105、轉(zhuǎn)編碼器、紅外測溫儀、直流電壓變送器、直流電流變送器等組成。其功能是接受來自PLC的控制命令,執(zhí)行相應(yīng)的動作和提供相應(yīng)的檢測數(shù)據(jù)。</p><p>　　4.2 控制系統(tǒng)設(shè)計</p><p>　　4.2.1 溫度測量</p><p>　　中頻彎管加熱區(qū)溫度測量是中頻彎管工藝過程的難點。加熱區(qū)的溫度控制對彎管的質(zhì)量有很大的影響, 因此溫度測量問題具有重要的意義。中頻彎管

106、工藝是一種加熱,推彎,冷卻連續(xù)進(jìn)行的工藝方法。位于加熱區(qū)的管道處于運行之中, 加熱區(qū)被感應(yīng)圈和冷卻劑包圍, 使其局限在一狹小空間內(nèi)。當(dāng)采用水冷卻時噴在高溫管道表面的冷卻水生成大量水蒸汽, 使加熱區(qū)的環(huán)境十分惡劣。因此這種工藝方法不適于使用可直接測量管壁溫度的接觸式測溫方法,只有非接觸的測溫方法才適用于中頻彎管工藝。所以，用熱電偶測溫是行不通的。但在采用非接觸測溫的方法時,由于可觀測到的加熱區(qū)過窄以及灰塵和大量水蒸汽的存在給測溫造成很多困

107、難。為實現(xiàn)加熱區(qū)溫度的準(zhǔn)確測量, 我們采用了飛秒光電的DT系列非接觸式光纖傳感紅外測溫儀，該測溫儀是一種結(jié)合了非接觸式測溫方法和光纖傳感技術(shù)，實現(xiàn)高精度、高重復(fù)性、快速響應(yīng)、非接觸式測量和高性能價格比的新型光纖傳感器類測溫系統(tǒng)。</p><p>　　此外,為了更好地抑制干擾,采用了遞推平均濾波的方法。把連續(xù)取得的N 個采樣溫度值排成一個隊列,每次采到一個新數(shù)據(jù)即放入隊尾,并擠出隊首原來的一個數(shù)據(jù)(先進(jìn)先出原則)

108、。每次取隊列中N 個數(shù)據(jù)的算術(shù)平均值,就可獲得一個平滑度高的測量溫度。</p><p>　　4.2.2 速度測量</p><p>　　在自動化領(lǐng)域，旋轉(zhuǎn)編碼器是用來檢測位移、角度、速度和加速度的傳感器。它依靠軸桿、齒輪、測量輪或繩纜的控制，將輸入給軸的角度量，利用旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換原理轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電脈沖或數(shù)字量，具有體積小，精度高，工作可靠，接口數(shù)字化等優(yōu)點。編碼器可把實際的機(jī)械參數(shù)值轉(zhuǎn)換成電氣信號

109、，這些信號可以被計數(shù)器、轉(zhuǎn)速表、PLC和工業(yè)PC處理。編碼器廣泛應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床、回轉(zhuǎn)臺、伺服傳動、機(jī)器人、雷達(dá)、軍事目標(biāo)測定等需要檢測角度的裝置和設(shè)備中。</p><p>　　旋轉(zhuǎn)編碼器是目前應(yīng)用最多的傳感器，是由光柵盤和光電檢測裝置組成。光柵盤是在一定直徑的圓板上等分地開通若干個長方形孔。由于旋轉(zhuǎn)碼盤與電動機(jī)同軸，電動機(jī)旋轉(zhuǎn)時，光柵盤與電動機(jī)同速旋轉(zhuǎn)，經(jīng)發(fā)光二極管等電子元件組成的檢測裝置檢測輸出若干脈沖信號。&