卷板机电器设计论文.doc

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1、第一章 卷板机的构造一、卷板机本体结构及工作原理 (一）机器结构图： 如图所示，机构主要由工作辊传动系统、支承辊装置、番倒机构、平衡装置、及机架五大部分所组成。1、工作辊传动系统 该设备对板材的成型主要是由一个上辊和两个下辊相互作用来完成的，上辊则是由两个滑块轴套及机架支承并安装在一整体机座上。下辊也是由滑块轴套安置在机座上，可沿机座上的导轨水平移动。由于该设备主要是用来卷制89mm250mm 的不锈钢筒体，所需驱动功率不是很大，不必采用全驱动，因此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

2、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：电机减速器联轴器万向器下辊。辅助传动系统：（1）下辊的水平移动则是采用伺服机械传动：电机联接器传动螺杆下辊轴承座。（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。就该设备而言由于卷制的板材一般都是2.5-3mm的钢板，所以对辊的支承没有太高的要求，一般两头采用滑块轴套安装支承辊。3、翻倒机构为便于成形筒体的卸料，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、锁紧缸、插销等组成。实现

3、翻倒时，上辊必须位于最高位置，锁紧钢带动插销退出，翻倒油缸驱动倾倒机架绕销轴转动倾倒90，机架翻倒后，便可从上辊取出工件。卷制时由液压缸复位支承上辊。4、平衡装置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。5、机架机架部分包括底座、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。（二）、卷板机的加工工艺卷板时，将板料放

4、在上、下工作辊之间。上辊垂直升降，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。卷板工艺过程大致分为4步如图：d)矫圆c)卷圆b)对中a)预弯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.对中。对中的目的是使工件母线与辊筒轴平行，防止产生扭斜。c.卷圆。卷圆是产品成形的主过程，分一次进给与多次进给

5、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 12 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。二、卷板机系统方案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

6、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，把计算结果传送给可编程逻辑控制器。可编程逻辑控制器，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。水平下调卷板机总体控制系统如图： 第二章 电气控制系统图设计电气控制系统是由电气控制元件按一定要求联接而成。为了清晰地表达生

7、产机械电器控制系统的工作原理，便于系统的安装、调整、使用和维修，将电气控制系统中的各电气元器件用一定的图形符号和文字符号来表示，再将其联接情况用一定的图形表达出来，这种图形就是电气控制系统图。常用的电气控制系统图有电气原理图、电器布置图与安装接线图。一、电气原理 电气原理图是用来表示电路各电气元器件中导电部件的连接关系和工作原理的图。该图应根据简单、清晰的原则，采用电气元器件展开形式来绘制，它不按电气元器件的实际位置来画，也不反映电气元器件的大小、安装位置，只用电气元件的导电部件及其接线端按国家标准规定的图形符号来表示电气元器件，用导线将这些导电部件连接起来以反映其连接关系。所以电气原理图结构

8、简单、层次分明、关系明确，适用于分析研究电路的工作原理。 1、主电气原理图2、控制原理图二、电器布置图 电器元件布置图是用来表明电气原理图中各元器件的实际安装位置，可视电气控制系统复杂程度采取集中绘制和单独绘制。常画的有电气控制箱中的电器元件布置图、控制面板图等。电器元件布置图是控制设备生产及维护的技术文件，电器元件的布置应注意以下几方面：1、体积大和较重的电器元件应安装在电器安装板下方，而发热元件应安装在电气安装板的上面。2、强电、弱点应分开，弱电应屏蔽，防止外界干扰。3、需要经常维护、检修、调整的电器元件安装位置不宜过过低。4、电器元件的布置应考虑整齐、美观、对称。外形尺寸与结构类型的电器

9、安装在一起，便于安装和配线。5、电器元件布置不宜过密，应留有一定的余量。如有走线槽，应加大各排电器间距，便于布线和维修。三、安装接线图安装接线图组要用于电器的安装接线、线路检查、线路维修和故障处理，通常接线图与电气原理图和元器件布置图一起使用。接线图表示出项目的相对位置、项目代号、端子、导线号、导线型号、导线截面等内容。接线图中的各个项目（如元件、器件、部件、组件、成套设备等）采用简化外形（如正方形、矩形、圆形）表示，简化外形旁应标注项目代号，并与电气原理图的标志一致。第三章 电气原理图的设计本控制系统的电气原理图采用AUTOCAD 2008绘制完成的。它由主电机正反转、平移电机正反转、油泵电

10、机、电源电路、PLC控制电路等其它辅助电路组成。电气控制系统必须在安全可靠地前提下满足生产工艺要求，为此在电气控制系统的设计中，必须考虑系统发生各种故障和不正常工作的可能性，在控制系统中设置各种保护装置以实现各种保护。所以保护环节是所有电气控制系统不可缺少的组成部分。常用的保护环节有过载、短路、过电压、失电压、断相等保护。电路中所用的断路器除了能起到短路、欠电压、失电压保护，还能起到手动开关的作用；熔断器有在小容量控制电路上实现短路保护；选用的热继电器除了具有过载保护还具有断相保护功能。一、常用低压电器简介及选型低压电器是指工作在直流1200V、交流1500V及以下的电路中，以实现对电路或非电

11、对象的控制、检测、保护、变换、调节等作用的电器。采用电磁原理构成的低压电器，称为电磁式低压电器；利用集成电路或电子元件构成的低压电器，称为电子式低压电器；利用现代控制原理构成的低压电器，称为自动化电器、智能化电器或可通信电器等。二、 常用的低压电器1、断路器低压断路器又称自动空气开关，是一种既有手动开关作用又能自动进行欠电压、失电压、过载和短路保护的开关电器。2、熔断器熔断器是一种当电流超过规定值一定时间后，以它本身产生的热量使熔体融化而分断电路器件。主要用于对单相交流电路的保护，一般不用在三相电路中作为保护，因为当三相电路发生短路时，很可能只有一相的熔断器熔断，造成单相运行。而低压断路器，只

12、要造成短路都会使开关跳闸，将三相电源全部切断。3、交流接触器 交流接触器是一种用于中远距离频繁地接通与断开交直流主电路及大容量控制电路的一种自动开关电器。主要用于自动控制交、直流电动机，电热设备，电容器组等设备。接触器具有大的执行机构，大容量的主触点及迅速熄灭电弧的能力。当电路发生故障时，能迅速、可靠地切断电源，与保护电器配合可用于电动机的控制及保护，应用十分广泛。4、热继电器热继电器是利用电流流过发热元件产生热量来使检测元件受热弯曲，进而推动机构动作的一种保护电器。由于发热元件具有热惯性，在电路中不能用于瞬时过载保护，主要用作电动机的长期过载保护。5、控制按钮控制按钮是一种简单应用的主令电器

13、。主要用于远距离操作具有电磁线圈的电器，如接触器、继电器等 也用在控制电路中发布指令和执行电气互锁。6、低压电器选型的一般原则：a.低压电器的额定电压不应小于回路的工作电压，即Ue Ug。b.低压电器的额定电流应不小于回路的计算工作电流，即IeIg。 c.设备的遮断电流应不小于短路电流，即IzhIch e.按回路起动情况选择低压电器。如，熔断器就需按起动情况进行选择。第四章 控制系统的硬件设计硬件电路是整个机器控制系统的基础平台，所以对本系统中的硬件电路进行具体分析是必要的。本系统的核心部件是PLC主控制器，其它配套硬件的分析主要包括：上触摸屏配置、系统I/O模块配置等。一、可编程逻辑控制器配

14、置可编程序控制器(Programmable Logic controller)是以微处理器为基础，综合了计算机技术、自动控制技术和通信技术的一种新型通用工业自动控制装置。它具有体积小、功能强、编程方便、可靠性高、耐恶劣环境能力强等优点，已广泛应用于工业自动化生产的各个领域，成为工业控制的主要手段和重要的基础设备之一，与机器人技术、CAD/CAM并列称为工业生产自动化的三大支柱。国际电工委员会(IEC)对PLC定义如下:PLC是专为在工业环境下应用而设计的一种数字运算操作的电子装置，是带有存储器、可以编制程序的控制器。它能够存储和执行指令，进行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作，并通

15、过数字式和模拟式的输入输出，控制各种类型的机械和生产过程。PLC及其有关的外围设备，都应按易于与工业控制系统形成一体、易于扩展其功能的原则设计。1可编程控制器的基本结构从广义上讲，PLC是一种计算机系统，只不过它比一般的计算机具有更强的与工业过程相连接的输入输出接口，具有更适用于控制的编程语言，具有更适应工业环境的抗干扰性能。其结构和计算机控制系统十分相似，一般由中央处理器(CPU)、存储器、输入/输出(I/O)接口、电源等部分组成。由于PLC的中央处理器都是由微处理器、单片机组成，存储器和1/0部件也形式多样，按照结构形式的不同，PLC还可以分为整体式结构和组合式结构。区别在于整体式的结构将

16、CPU、RAM、ROM、I/O单元等组装成一个主体，构成主机，其结构示意图如图：特殊功能单元I/O扩展单元输出单元用户输出设备电 源外设接口系统程序存储器用户程序存储器I/O扩展口 用户输入设备输入单元 C P U 存 储 器PLC 打印机编辑器上位机组合式的结构是将PLC的各个部分分别做成相应的电路板或模块，模块之间通过底板上的总线相互连接。无论是哪种结构类型的PLC，外部的各种开关信号、模拟信号、传感器检测的各种信号均作为PLC的输入变量，它们经PLC外部输入端子输入到内部寄存器中，经PLC内部逻辑运算或其他各种运算、处理后送到输出端子，它们是PLC的输出变量。PLC的系统程序和用户程序都

17、存放在存储器中，现场输入信号经过I/O单元传送至CPU，CPU按照用户程序存储器里的指令，执行逻辑或算术运算，并发出相应的控制指令，该指令通过I/O单元传送至现场，驱动相应的执行机构动作，从而完成相应的控制任务。2PLC的基本工作原理和主要技术指标PLC的工作方式与微型计算机的中断处理方式相比，有很大的不同。微机一般采用等待命令的工作方式，PLC则采用循环扫描的工作方式。在PLC中，用户程序按先后顺序存放，CPU从第一条指令开始执行程序，直至遇到结束符后又返回第一条，如此周而复始不断循环。这个过程分为数据输入采样阶段、程序执行阶段、输出刷新阶段三个阶段。整个过程进行一次所需的时间成为扫描周期。

18、在数据输入采样阶段，PLC以扫描方式读入所有输入端的通/断状态并存入输入映像存储区中，接着转入用户程序执行阶段。在非输入采样阶段，无论输入状态如何变化，输入映像存储区的内容都保持不变，直到进入下一个扫描周期的输入采样阶段，PLC才会将输入端的状态读入输入映像存储区中。在程序执行阶段，根据梯形图程序先左后右、先上后下的扫描原则，顺序执行用户程序指令。程序执行结果并不直接输出，而是将其写入输出映像存储区。输出映像存储区中的每一位会随着程序执行的进程而变化。输出数据及处理阶段，在户程序执行完，集中把输出映像存储区中的继电器通/断状态传送至输出状态锁存器，再经输出驱动电路，进行隔离和功率放大去驱动外部

19、负载。根据上述PLC的扫描工作过程，扫描周期是PLC一个很重要的指标，小型PLC的扫描周期一般为十几毫秒到几十毫秒。从PLC输入端有一个输入信号发生变化到输出端对该变化做出反应，需要一段时间，这段时间就称为PLC的响应时间或滞后时间。影响I/O滞后的主要原因有:输入滤波的时间常数，输出继电器的机械滞后，程序执行的时间，程序设计不当的附加影响等。毫秒级的扫描时间对于一般工业设备通常是可以接受的，PLC的响应滞后是允许的，但是对某些I/O快速响应的设备，则应采取相应的处理措施。如选用高速CPU，提高扫描速度，采用快速响应模块、高速计数模块以及不同的中断处理等措施减少滞后时间。对用户来说，选择了一个

20、PLC，合理的编制程序是缩短响应时间的关键。二、可编程逻辑控制器型号的选择1PLC机型选择PLC的选择一般从基本性能、特殊功能和通信联网三方面考虑。选择的基本原则是在满足控制要求的前提下力争最好的性能价格比，并且有一定的先进性和良好的售后服务。对于水平下调的控制系统而言，工艺卷板过程固定、环境条件一般，维修量比较小等，选用整体式结构的PLC机型比较合适。PLC选型时具体考虑如下几个方面要求:(1)性能和任务的相适应:该系统多数是开关量控制的，对控制的速度要求不是很高，多是顺序控制和多模式的自动控制。(2)I/0点的估算:根据被控对象的输入信号和输出信号的总点数，并考虑到今后的调整和扩充，一般应

21、加上10%一15%的备用量。考虑因素包括开关量输入/输出、定时器/计数器数量、模拟量、通讯接口等。本系统的主要从开关量、定时计数、通信接口三方面的估算I/O点数。(3)用户的存储容量的估算:PLC的用户程序存储器的容量以步为单位，每一步可存储一条指令。对于仅有开关量控制功能的小型PLC，可以把PLC的总点数乘以10，作为估算用户存储容量的依据。(4)系统对PLC的响应速度要求:从PLC语句的处理时间和扫描周期两方面来考虑。对于开关量的系统响应速度一般可满足，对于模拟量控制的系统，而且有环控制要根据手册计算。(5)是否有特殊控制要求，如：是否需要采集模拟量、是否需要对高速脉冲进行计数。综合考虑以

22、上五点，结合自身所学本控制系统采用三菱FX系列FX1N-24MT-D型PLC。2、PLC梯型图3、语句表三、人机界面在自动化生产与控制中，需要一种人机交互设备实现人与系统的数据和命换。在其控制系统中，选择触摸屏为系统的人机交互设备，主要完成数据的输入、显示功能。系统运行时需要用户设定的控制参数主要包括:软限位值、控制精度、脉冲当量、翻倒复位时间等。触摸屏这些控制信息通过串口将它们传送给PLC，PLC按照用户所输入的参数，使得各部件协调运动，完成卷板任务。同时在卷板过程中监控工作运行中的状态参数。1、人机的选择为了操作方便，人们用触摸屏来代替鼠标或键盘。工作时，我们只须用手指或其它物体触摸安装在

23、显示器前端的触摸屏，然后系统根据手指触摸的位置来定位选择信息输入。触摸屏由触摸检测部件和触摸屏控制器组成，触摸部件安装在显示器屏幕前面，用于检测用户触摸位置，接受后送至触摸屏控制器，控制器的主要作用是从触摸点检测装置上接收触摸信息，并将它转换成坐标，再送给CPU，它同时能接收CPU发来的命令并加以执行。触摸屏是显示器和触摸开关一体型的可编程终端，简称PT，是新一代高机界面产品。用它作为人机界面，具有交互性好性高、编程简单以及与PLC连接简便等优点。在此控制系统中，触摸屏主要完成显示、输入功能，对触摸屏的要求有足够的画面数据存储器；有足够的分辨率和显示亮度；有基本的串行通信功能；这样就可以满足基

24、于控制的要求。2、人机的设计如图四、传感器 本设备采用的是磁电传感器和旋转编码器，它是一种把被测量（包括物理量、几何量、生物量、化学量等）变换为有用的电信号的一种装置。传感器具有两种功能：其一是敏感作用，即对被测对象做出敏感反应，以完成对北侧对象的信号拾取；其二是变换作用，即将被测非电量变换为电量输出。传感器输出的电信号经过调整和接口输入微机进行分析处理，提取有用信息，在通过控制系统、驱动系统和执行机构，对机电一体化系统实现自动控制。1、旋转编码器将旋转角度转换为数字量的传感器称为旋转编码器，其结构如图：在发光二极管和光敏二极管之间由旋转码盘隔开，在码盘上刻有栅缝。当旋转码盘转动时，光敏二极管

25、断续地接受发光二极管发出的光，输出方波信号，通过可编程逻辑控制器的高数计数器，记录其脉冲个数，脉冲个数乘以脉冲当量就是移动的距离。绝对编码器则通过与位数相对应的发光二极管与光敏二极管对输出的二进制码来检测旋转角度。2、磁电传感器向生产机器的行程发出命令，以控制其运动方向和行程距离的一种装置。它安装方便、无触点使用寿命长、灵敏度高故选用其装置。第五章 液 压一、液压泵站如图由图可看出液压泵站主要由油箱、电动机、液压泵、排出口、吸油口与风冷却器所组成。1、 油箱主要用于存放油液、散发热量、逸出空气、沉淀杂质、分离水份、安装无件。2、 电动机则是将电能转换为机械能从而驱动液压泵。3、 液压泵是将电动

26、机转换的机械能进一步转换为压力能，液压油由吸油口进入液压泵经排出口排出向液压系统提供一定的压力和流量。4、 风冷却器是进一步的对液压油的降温，从而使油液能保持一定的粘度减少油液的泄漏。二、液压回路 1、油钢在系统中是一种将液压能转换为可以实现各种机械能的一种装置。 2、同步阀则是为了使上辊油钢升降能够达到同步和平稳而设计的。3、电磁阀则是用来实现油钢往反运动而设计的。4、溢流阀在此回路中起着整个系统回路的保护作用。5、液压泵是完成整个系统油路的供给。6、油箱则是用来盛放系统中的全部油量。第六章 总 结水平下调卷板机控制系统设计是结合本厂一小型传统的卷板机为研发对向，对一个人机对话控制系统的工作

27、方式进行研究，拟定其控制系统的总体方案，编写可编程逻辑控制器梯形图和绘制人机界面中的画面并调试，从而使自身的所学得到进一步的升华。设计中由于时间的关系不能充分的完善设备各方面的性能，但止次毕业设计使我有了巨大的收获。1使我对三辊卷板机的结构及工作原理有了比较清楚的了解，对其控制对象有了整体的把握。2对可编程逻辑控制器、梯形图编程的掌握更加熟练，本次的设计为以后的工作打下了坚实的基础。3.对触摸屏中人机界面的绘制有了比较熟练地掌握，以前并没有学到，本次设计中参阅各种PDF文档，调试一些小程序，再通过对整个文本的调试掌握了该触摸屏具有的功能，从而结合控制对象，完成此程序的绘制，提高了自学能力。4对

28、本机器的自动走位有了明确的认识，它对加工同类零件来说非常实用，节约了时间又增加了机器的柔性。5对原理图所涉及的概念有了进一步的认识，通过这次自身和设计和接触，对电气原理图有了深入的了解，如：各个低压电器型号的选择，导线的选型等。结合以上总体来说要设计一个完美的东西，事先一定要先掌握它的生产工艺要求，安装结构和工作状态，才可以开始初步的设计并进行足步的完善，设计过程中需要耐心的去分析思考，反复劳作和修改才能使一件事情存在它的价值，自己才能得到最有意义的收获。参 考 文 献 1刘晓莉.机电一体化及数控专业英语M.北京：民邮电出版社.2008.42刘芳华.水平下调式三辊数控卷板机的设计J.中国制造业

29、信息化.2003.123王淑英等.电气控制与PLC应用M.北京：机械工业出版社.2007 4李方元.触摸屏工程应用M.北京：电子工业出版社.2008,45严盈富.触摸屏与PLC入门M.北京：人民邮电出版社.2006.116高森.机电一体化M.北京：科学出版社.20017上海电器科学研究所有限公司.低压电器产品手册M.北京：机械工业出版社.2007.38. 刘强.毕业设计宝典M.西安：西安电子科技大学出版社.2008.39刘晓东.机床电气控制学习辅导与技能训练M. 技术学校-教学参考资料. 2006.7致 谢在本次毕业设计中得到了很多老师、同事和小组同学的帮助，在这里向你们表示衷心的感谢！感谢在

30、校期间所有传授我知识的导师们，感谢你们不但教会了我许多的专业知识，更培养了我良好的自主学习能力，是你们渊博的专业知识，严谨的治学态度，精益求精的工作作风，诲人不倦的高尚师德成就了现在的我，是你们我才能和当今的社会同行并进。感谢我的指导老师，是你对我们的大力的支持与帮助、耐心的辅导与解惑，是你为了能使我们能按时顺利的完成毕业设计任务，多次的给于我们集体讨论一一进行解答的机会，为了加深我们对控制系统、传感器的理论认识。你通过不同途径为我们查找相关的资料，保证了我们的进度。正是在你有效的指导下，我们才能完成止次的毕业设计。其次我要感谢我们小组的同学和我的同事，是你们陪我一起走过了学习的生活，是你们给于了我无私的帮助，让我能一直走下去而不感到孤单。最后，衷心感谢在百忙之中抽出时间审阅我论文的老师们。word文档 可自由复制编辑