【毕业设计】卷板机控制系统设计

【毕业设计】卷板机控制系统设计

目录

前言 (1)

第一章绪论 (2)

1.1国内外卷板机设备的技术现状 (2)

1.1.1国外卷板设备的技术现状 (2)

1.1.2国内卷板设备的技术现状 (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)

2.1机器结构 (4)

2.2 工艺过程 (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)

3.1电气控制系统图 (10)

3.2电气原理图设计 (11)

3.3常用低压电器简介及其选型 (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)

4.1.1 PLC技术概述 (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)

4.2.1触摸屏工作原理及选型 (16)

4.2.2触摸屏性能介绍 (17)

4.3传感器配置 (17)

4.3.1 拉线位移传感器 (17)

4.3.2 形程开关 (18)

第五章控制系统的软件设计 (19)

5.1PLC程序设计 (19)

5.1.1 STEP 7设计软件简介 (19)

5.1.2 I/O地址分配 (19)

5.1.3 PLC程序编写 (20)

5.2触摸屏操作界面设计 (25)

5.2.1触摸屏界面设计方法 (25)

5.2.2 系统的操作界面具体设计 (26)

5.3控制器与上位机通信 (31)

5.3.1 异步串行通信 (31)

5.3.2 PLC与MT6056I通信 (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，所以生产厂家大多采用交流电机作为驱动控制部件。一般采用手工操作，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，并得到了同步发展。卷板机是典型机电一体化实例，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，使其满足用户要求。本次设计采用了PLC+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。

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）。

1.1.1国外卷板设备的技术现状

目前，国外卷板设备生产水平较高的有瑞士、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，多采用全液压驱动式卷板机。由于三辊不对称可调式卷板机较四辊卷板机结构简单、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,已在不少国家得到广泛开发和应用。特别是随着计算机技术的迅猛发展，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-hy 4000×150mm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。1.1.2国内卷板设备的技术现状

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，我国生产的三辊水平下调卷板机和四辊卷板机

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，国产液压元件的精度、性能已达到较高的水平。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。但由于我国机械加工设备水平与加工技术水平

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

较高。所以卷制同等规格的钢板，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，形体笨重。另外，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。

1.3 毕业设计内容

1．查阅资料，了解水平下调三辊卷板机机械本体结构，明确其工作原理。

2．明确控制对象，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。

3．结合控制对象，绘制控制系统的原理图，并对所用低压电器进行选型。

4．结合功能需求分析，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。

5．利用现有的设备，对整个系统模拟联机调试并进行相应的改进。

第二章电气控制系统总体方案设计

2.1机器结构

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。其图如图2.1 所示，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。

1．工作辊传动系统

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。

2．支承辊装置

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，刚性不如上辊。如果卷板时上辊的压下力较大，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。