鋼帶打捆機(jī)的傳動(dòng)控制設(shè)計(jì).doc

目 錄目錄摘要Abstract21 引言32 打捆機(jī)的工作原理和組成72.1 鋼帶打捆機(jī)的組成部件概述72.2 鋼帶打捆機(jī)的工作原理83 鋼帶打捆機(jī)的氣動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)123.1 氣動(dòng)系統(tǒng)概述123.2 打捆機(jī)的氣動(dòng)系統(tǒng)組成133.2.1 氣馬達(dá)143.2.2壓緊鋼帶和咬扣與切帶單元?jiǎng)恿鲃?dòng)二合一氣缸143.2.3氣動(dòng)控制元件153.2.4信號(hào)接收傳遞元件173.3 打捆機(jī)的氣動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)183.3.1打捆機(jī)的行程程序回路設(shè)計(jì)19 3.3.2打捆機(jī)的氣動(dòng)系統(tǒng)的分析224 鋼帶打捆機(jī)的軟硬件設(shè)計(jì)254.1 PLC的簡(jiǎn)單介紹264.1.1 PLC的硬件系統(tǒng)組成264.2 PLC的控制系統(tǒng)接線圖設(shè)計(jì)304.2.1 PLC的控制過(guò)程簡(jiǎn)單分析304.2.2 PLC接線圖的IO地址分配表304.2.3 可編程控制器的選擇324.2.3 PLC外部接線圖334.3 PLC程序流程圖的設(shè)計(jì)344.4 PLC電路原理圖的設(shè)計(jì)404.5 PLC梯形圖的設(shè)計(jì)414.5.1 PLC編程簡(jiǎn)介414.5.1 PLC程序設(shè)計(jì)梯形圖425 結(jié)語(yǔ)43致謝44參考文獻(xiàn)45摘 要摘要鋼卷打捆機(jī)是針對(duì)冷軋鋼卷快速全自動(dòng)打包處理而設(shè)計(jì)的專用機(jī)械化設(shè)備。由于鋼卷打捆機(jī)的工作環(huán)境惡劣，加之各個(gè)自動(dòng)化生產(chǎn)企業(yè)對(duì)設(shè)備要求越來(lái)越高，所以高性能，新概念的全自動(dòng)打捆機(jī)械就顯得更為重要。氣動(dòng)裝置和PLC可控制編程系統(tǒng)的加入，使打捆機(jī)具有更高的工作穩(wěn)定性，打捆的可靠性，工作壽命長(zhǎng)，操作更簡(jiǎn)單，通用性更強(qiáng)，自動(dòng)化程度更高，廣泛得到專業(yè)人士的認(rèn)可。本文主要綜述了鋼卷打捆機(jī)的氣動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。本次設(shè)計(jì)采用西門(mén)子s7-200控制打捆機(jī)的一系列動(dòng)作。通過(guò)對(duì)鋼卷打捆機(jī)系統(tǒng)的工作流程和氣動(dòng)系統(tǒng)分析可知，一個(gè)打捆循環(huán)包括八個(gè)主要流程:環(huán)臂升降、打捆頭升降、壓緊鋼卷、送帶、抓緊鋼帶頭、收帶、咬扣與切帶和復(fù)位。并做出了相應(yīng)的氣動(dòng)系統(tǒng)原理圖，I/O地址接線圖，電路原理圖，控制流程圖以及程序的梯形圖。關(guān)鍵詞：打捆機(jī)；氣動(dòng)控制；西門(mén)子PLC。AbstractAbstractThe steel volume bander aims at the special-purpose mechanized equipment which cold rooled steel volume fast completely automatic pack processing designs. Because the steel volume bander working conditions are bad, adds each automation production enterprise to be more and more high to the equipment request, therefore the high performance, the new concept completely automatic fagoting machinery appears importantly. The pneumatics and PLC may control the programming system joined, enable the bander to have the higher work stability, the fagoting reliability, the working life is long, the operation is simpler, the versatility is stronger, the automaticity is higher, widely obtains professionals approval.This article mainly summarized the steel volume bander pneumatic system design and the PLC control system design. This design uses Siemens s7-200 to control the bander a series of movements. Through may know to the steel volume bander system work flow and the pneumatic system analysis, a fagoting circulation including eight main flows: The link arm rises and falls, a fagoting fluctuation, contracts the steel volume, delivers the belt, grasps the steel to take the lead, to receive the belt, to nip buckles with cuts the belt and the replacementKey Words：strapping machine; Pneumatic system; Siemens PLC24引言1 引言在當(dāng)今市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)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(huì)對(duì)鋼材需求和對(duì)鋼鐵企業(yè)現(xiàn)代化程度的日益提高。越來(lái)越多的鋼鐵企業(yè)發(fā)現(xiàn)鋼鐵的包裝質(zhì)量越來(lái)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(qiáng)度大，作業(yè)環(huán)境差，而且易產(chǎn)生散捆、混號(hào)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(gè)瓶頸現(xiàn)象，各鋼鐵企業(yè)都逐步開(kāi)始采用精準(zhǔn)包裝自動(dòng)化生產(chǎn)線，而查資料可得，在國(guó)際上只有瑞典Sund Birsta公司、法國(guó)Botaram公司、德國(guó)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(guó)內(nèi)諸如首鋼、唐鋼、寶鋼等大型鋼鐵企業(yè)只能相繼從國(guó)外引進(jìn)了自動(dòng)包裝生產(chǎn)線，所以，全自動(dòng)打捆機(jī)的開(kāi)發(fā)應(yīng)用時(shí)當(dāng)務(wù)之急。棒料打捆機(jī)的先進(jìn)性：自動(dòng)棒料打捆機(jī)采用過(guò)程監(jiān)視系統(tǒng)采用客戶機(jī)/服務(wù)器多用戶結(jié)構(gòu)，過(guò)程監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的生產(chǎn)流程監(jiān)控，設(shè)備運(yùn)行監(jiān)控，生產(chǎn)數(shù)據(jù)監(jiān)控，同時(shí)完成數(shù)據(jù)分析處理，參數(shù)管理機(jī)組狀態(tài)設(shè)計(jì)，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(jī)的一個(gè)打捆周期由蓄絲、合臂、伸鉗、送絲、拉緊、合鉗、剪切、開(kāi)臂、擰進(jìn)、松鉗、退鉗、擠平12個(gè)動(dòng)作組成，動(dòng)作多，運(yùn)動(dòng)復(fù)雜，因此對(duì)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(guó)，所使用的全自動(dòng)鋼材打捆機(jī)設(shè)備多數(shù)是從國(guó)外引進(jìn)的，不僅耗費(fèi)大量的外匯，而且設(shè)備維修困難。因此，從1997年起，在對(duì)國(guó)內(nèi)外多種形式打捆機(jī)的深入分析研究，以及對(duì)首鋼總公司2臺(tái)棒材打捆機(jī)成功改制的基礎(chǔ)上，結(jié)合我國(guó)國(guó)情，自主開(kāi)發(fā)研制了棒材打捆機(jī)。該打捆機(jī)可利用函6 mm、函65 mm的熱軋盤(pán)條對(duì)垂10 mm垂40 mm的棒材按西100mm西400mm捆徑自動(dòng)打捆包裝，捆結(jié)擰轉(zhuǎn)720。，然后擠平。一個(gè)打捆周期為11 s，兩臺(tái)打捆機(jī)聯(lián)合使用即可勝任年產(chǎn)200萬(wàn)t棒材廠家的精整包裝工作PLC具有結(jié)構(gòu)小巧。運(yùn)行速度高，通用性好，可靠性高等特點(diǎn)，能適應(yīng)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的高溫、振動(dòng)、河北聯(lián)合大學(xué)輕工學(xué)院本科畢業(yè)論文粉塵等惡劣環(huán)境，所以選用PLC作為控制系統(tǒng)的核心部件。鋼材打捆機(jī)是鋼鐵企業(yè)實(shí)現(xiàn)鋼材產(chǎn)品自動(dòng)化包裝的設(shè)備,其特點(diǎn)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(jī)液壓系統(tǒng)必須連續(xù)工作,可靠性高,抗污染能力強(qiáng)。在產(chǎn)品檢測(cè)過(guò)程中, 常常需要根據(jù)產(chǎn)品的形狀、材料以及重量將其進(jìn)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(dòng)分揀系統(tǒng), 它不僅可以降低人工揀取、搬運(yùn)的勞動(dòng)強(qiáng)度, 提高勞動(dòng)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(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)采用了抗污染能力強(qiáng)、價(jià)格低廉的齒輪泵,但由于打捆機(jī)在兩個(gè)工作循環(huán)之間有一個(gè)等待時(shí)間,這時(shí)液壓系統(tǒng)的負(fù)載流量為零,泵的輸出如果全部溢流必將產(chǎn)生巨大的熱量,給系統(tǒng)的冷卻,特別對(duì)采用風(fēng)冷方式的冷卻帶來(lái)困難。1.1打捆機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)為了適應(yīng)現(xiàn)代化鋼材生產(chǎn)的需要，目前國(guó)際上打捆機(jī)的發(fā)展呈現(xiàn)了以下趨勢(shì)：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(diǎn)，鋼材打捆機(jī)已形成了多品種、系列化、專業(yè)化的趨勢(shì)，研制出了適合不同鋼材打捆的專用鋼材打捆機(jī)，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(guó)際上鋼材打捆機(jī)的具體分類可見(jiàn)圖2.1)。2）打捆機(jī)與鋼材成形機(jī)配套使用為了提高鋼材打捆的自動(dòng)化程度，且打好捆的鋼材具有整齊固定的形狀，鋼材打捆機(jī)與全自動(dòng)鋼材成形機(jī)配套使用，如鋼管在成形工位被自動(dòng)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(jìn)行打捆，達(dá)到穩(wěn)固整齊的包裝效果。實(shí)現(xiàn)了鋼材成形打捆的全自動(dòng)化生產(chǎn)。引言3）具有塑料膜包覆機(jī)構(gòu)，保護(hù)鋼材表面質(zhì)量 對(duì)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(guò)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(duì)鋼材進(jìn)行表面質(zhì)量保護(hù)。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(guó)際上鋼帶打捆機(jī)平均每道的捆扎速度為20秒左右，退火或熱軋盤(pán)條打捆機(jī)的打捆速度一般在1020秒左右。5）提高打捆機(jī)的自動(dòng)化程度鋼材生產(chǎn)流水線對(duì)鋼材打捆機(jī)的自動(dòng)化程度要求越來(lái)越高，先進(jìn)的鋼材打捆機(jī)普遍采用了微機(jī)控制和PLc控制技術(shù)，具備了全自動(dòng)打捆、故障報(bào)警、自動(dòng)計(jì)數(shù)的能力，在流水線生產(chǎn)中能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)送料、自動(dòng)定位、自動(dòng)轉(zhuǎn)位等功能，可以進(jìn)行遠(yuǎn)距離操縱控制，通過(guò)監(jiān)視系統(tǒng)和報(bào)警系統(tǒng)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，排除故障。此外機(jī)器的操作與維護(hù)更趨向方便，無(wú)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(jī)的推廣。以下如圖所示為鋼絲打捆機(jī)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(dòng)打捆機(jī)按工作方式分半自動(dòng)打捆機(jī)鋼扣式打捆機(jī)無(wú)扣式打捆機(jī)全自動(dòng)打捆機(jī)鋼帶打捆機(jī)焊接式打捆機(jī)鋼扣式打捆機(jī)按捆扎材料分鋼材打捆機(jī) 條狀線材打捆機(jī) 焊接式打捆機(jī)鋼絲纏繞式打捆機(jī)線材打捆機(jī)棒材打捆機(jī)按適用范圍分管材打捆機(jī)塑料帶打捆機(jī)鋼絲打捆機(jī)盤(pán)條線材打捆機(jī)熱烙式打捆機(jī)鋼板平板打捆機(jī)板材打捆機(jī)鋼板卷材打捆機(jī)2 鋼帶打捆機(jī)的工作原理和組成2 打捆機(jī)的工作原理和組成本鋼帶打捆機(jī)是由如圖2.1所示。圖2.1打捆機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖2.1 鋼帶打捆機(jī)的組成部件概述鋼帶打捆機(jī)主要包含導(dǎo)帶輪，送帶單元，壓緊輪，帶有壓緊輪的氣動(dòng)馬，和控制送扣的送扣傳感器1#，控制帶頭到達(dá)預(yù)定位置的的導(dǎo)帶傳感器2#，調(diào)整帶能進(jìn)入預(yù)定位置的壓帶傳感器3#，控制氣缸馬達(dá)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(kāi)關(guān)等組成，謂絲輪上裝有兩片摩擦盤(pán)，這兩片摩擦盤(pán)組成截面為V型的圓形導(dǎo)槽，送帶輪由氣動(dòng)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，壓軸輪由凸輪機(jī)構(gòu)組成，靠扭簧來(lái)實(shí)現(xiàn)定位和預(yù)壓縮。導(dǎo)帶單元由導(dǎo)帶槽、移動(dòng)導(dǎo)帶槽的氣動(dòng)缸、蓋輪組等組成，導(dǎo)帶槽截面為多邊形，內(nèi)徑尺寸為650mm，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(jī)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，用它可以移動(dòng)導(dǎo)絲槽，以確定使用單個(gè)滑道或者兩個(gè)滑道，從而可以打單捆或者雙捆。導(dǎo)絲槽包含一個(gè)蓋輪系統(tǒng)，分布著5個(gè)蓋輪組，每個(gè)蓋輪組上裝有一個(gè)軸承滾輪，軸承滾輪由一個(gè)小液壓缸驅(qū)動(dòng)，可以在垂直與導(dǎo)絲槽所在平面向外翻轉(zhuǎn)。打捆時(shí)，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(kāi)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(dá)驅(qū)動(dòng)，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(jī)構(gòu)，使扭轉(zhuǎn)軸可以向一個(gè)方向旋轉(zhuǎn)扭結(jié)，從而反向轉(zhuǎn)動(dòng)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 鋼帶打捆機(jī)的工作原理在一開(kāi)始通過(guò)控制系統(tǒng)給打捆機(jī)一個(gè)脈沖信號(hào)，使打捆機(jī)的各個(gè)運(yùn)動(dòng)部件處于復(fù)位狀態(tài)，這是進(jìn)行下一個(gè)動(dòng)作，即光電信號(hào)傳感器接收信號(hào)，使控制送扣氣缸往下壓，把扣送到預(yù)定的位置。此時(shí)控制二級(jí)氣缸中的一個(gè)氣缸行程開(kāi)關(guān)閉合，使鋼帶壓板往下運(yùn)動(dòng)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(hào)，開(kāi)始送帶。首先通過(guò)送扣傳感器接受信號(hào)，開(kāi)始把扣往下送，送扣傳感器由一塊板和倆信號(hào)組組成，當(dāng)扣送下時(shí)通過(guò)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(shí)，倆摩擦輪之間處于壓緊狀態(tài)，開(kāi)始送帶，通過(guò)壓緊傳感器控制氣缸來(lái)調(diào)整帶的位置，以促進(jìn)帶能順利進(jìn)入帶槽，這時(shí)壓緊氣缸傳感器開(kāi)始通過(guò)摩擦盤(pán)間的摩擦力開(kāi)始傳帶，當(dāng)代進(jìn)入一周時(shí)，剛好進(jìn)入時(shí)，這時(shí)導(dǎo)帶傳感器接收到信號(hào)，開(kāi)始調(diào)整帶的活頭，通過(guò)延時(shí)繼電器，延時(shí)幾秒，然后停止送帶，送帶馬達(dá)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。到這時(shí)送帶結(jié)束，開(kāi)始抽帶，打捆機(jī)開(kāi)始抽帶，又通過(guò)一信號(hào)，使導(dǎo)帶曹打開(kāi)開(kāi)始抽帶，當(dāng)帶能捆上工件時(shí)，為使帶能剛好緊扣工件，氣壓馬達(dá)開(kāi)始倒轉(zhuǎn)，使帶能緊扣工件，這是扣把工件鎖扣，切斷帶，此時(shí)，擺臂大氣缸往后運(yùn)動(dòng)控制機(jī)頭往2 鋼帶打捆機(jī)的原理及組成后拉伸，氣缸復(fù)位。這一過(guò)程結(jié)束。其打捆工作流程圖如下開(kāi)始啟動(dòng)車體定位工件到位河北聯(lián)合大學(xué)輕工學(xué)院本科畢業(yè)論文卡扣到位環(huán)臂下降導(dǎo)帶槽閉合到位送帶充滿抽緊PP0卡扣卡緊，剪斷導(dǎo)帶槽張開(kāi)到位2 鋼帶打捆機(jī)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(kāi)始3 鋼帶打捆機(jī)的氣動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)3 鋼帶打捆機(jī)的氣動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1 氣動(dòng)系統(tǒng)概述氣動(dòng)控制系統(tǒng)與電氣和液壓系統(tǒng)一樣，都是實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程機(jī)械自動(dòng)化最有效的手段之一。采用氣動(dòng)系統(tǒng)的各種機(jī)器設(shè)備，在其總量中所占的比重為:包裝機(jī)中達(dá)90%，焊接機(jī)和鑄造機(jī)中達(dá)70%，自動(dòng)操作機(jī)中達(dá)50%，鍛壓機(jī)中超過(guò)40%，采煤機(jī)中超過(guò)30%，洗衣設(shè)備中達(dá)40%，紡織機(jī)、制鞋機(jī)、木材加工機(jī)械和食品機(jī)械中占20%。氣動(dòng)系統(tǒng)有很多優(yōu)點(diǎn):系統(tǒng)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用維護(hù)簡(jiǎn)便，成本低廉;能在溫度變化范圍寬、濕度高和有粉塵的環(huán)境下可靠的工作，無(wú)火災(zāi)、爆炸危險(xiǎn);工作壽命可長(zhǎng)達(dá)10000一2O0o0h(動(dòng)作次數(shù)達(dá)10一50兆次);氣動(dòng)執(zhí)行元件的輸出速度高(直線運(yùn)動(dòng)速度達(dá)巧而，s轉(zhuǎn)動(dòng)速度達(dá)IO0000r/min);工作介質(zhì)(壓縮空氣)的傳輸比較簡(jiǎn)單，且容易獲取;能從一個(gè)壓縮空氣站供給大量的用氣裝置;有過(guò)載保護(hù)性能。氣動(dòng)系統(tǒng)的主要缺點(diǎn)是:大距離傳遞信號(hào)速度慢;在負(fù)載有波動(dòng)時(shí)難以保證氣動(dòng)執(zhí)行元件輸出平穩(wěn)等。然而對(duì)于自動(dòng)化機(jī)械設(shè)備中的大多數(shù)對(duì)象來(lái)說(shuō)，氣動(dòng)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(dòng)控制系統(tǒng)，將上述缺點(diǎn)部分或全部消除。在實(shí)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(jì)中考慮兩種卷取要求，設(shè)計(jì)了復(fù)卷橫移機(jī)構(gòu)。單卷生產(chǎn)時(shí)，復(fù)卷橫移電機(jī)歸不動(dòng)作，由主卷取電機(jī)旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)卷取。復(fù)合卷生產(chǎn)時(shí)，復(fù)卷橫移電機(jī)迸給實(shí)現(xiàn)橫向往復(fù)運(yùn)動(dòng)，同時(shí)主卷取電機(jī)實(shí)現(xiàn)卷取作業(yè)，兩個(gè)電機(jī)由控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)運(yùn)行。為了保證鋼帶卷取的精度，在復(fù)合卷取的橫移機(jī)構(gòu)中采用了傳動(dòng)精度較高的滾動(dòng)螺旋導(dǎo)軌副和水平運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌副。卷取工序是整個(gè)高強(qiáng)度包裝鋼帶自動(dòng)化生產(chǎn)線的最后一個(gè)環(huán)節(jié)，也是最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。在設(shè)計(jì)過(guò)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(jī)械性能上達(dá)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(jì)出結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行穩(wěn)定、性能可靠的產(chǎn)品為目標(biāo)。由于打捆機(jī)系統(tǒng)控制的對(duì)象多，參數(shù)較多，且要求系統(tǒng)擔(dān)負(fù)一定的管理功能。根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)規(guī)則，為了提高系統(tǒng)的可靠性和可維護(hù)性，打捆機(jī)電氣控制部分采用了集成現(xiàn)場(chǎng)總線的模塊化設(shè)計(jì)。我們確定的電氣控制方案以一體機(jī)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(dá)到工藝設(shè)計(jì)的要求。圖41為打捆機(jī)電氣控制系統(tǒng)初步設(shè)計(jì)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(jī)駛?cè)胄盘?hào)氣缸輸入信號(hào)系統(tǒng)工作狀態(tài)可編程控制器PLC SIEMENS S7-400智能分布式IO(ET200S)輸入組智能分布式IO(ET200S)輸出組步進(jìn)送帶馬達(dá)導(dǎo)帶調(diào)整馬達(dá)送卡扣電機(jī)壓緊帶馬達(dá)倒帶馬達(dá)圖3.1系統(tǒng)框圖3.2 打捆機(jī)的氣動(dòng)系統(tǒng)組成在前面分別介紹了整個(gè)打捆機(jī)系統(tǒng)中氣動(dòng)元件的應(yīng)用情況。其中包括環(huán)臂（包3 鋼帶打捆機(jī)的氣動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(jī)頭中的鋼帶驅(qū)動(dòng)氣馬達(dá)、咬扣與切帶單元?jiǎng)恿鲃?dòng)二合一氣缸、送扣以及導(dǎo)帶通路的開(kāi)合等一系列氣動(dòng)執(zhí)行元件。下面將對(duì)一些重要的氣動(dòng)執(zhí)行元件做重點(diǎn)介紹。3.2.1 氣馬達(dá)本打捆機(jī)的鋼帶的抽送采用氣馬達(dá)作為驅(qū)動(dòng)源動(dòng)力，因此這里介紹一下氣馬達(dá)的一些性能和特點(diǎn)。氣馬達(dá)的功能相當(dāng)于電動(dòng)機(jī)，它能將壓縮空氣的能量轉(zhuǎn)換為機(jī)械功，輸出轉(zhuǎn)矩，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。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(dòng)馬達(dá)又分為葉式,活塞式和齒輪式。在全自動(dòng)打捆機(jī)上采用葉片式氣馬達(dá)。如圖3.2所示為葉片式氣動(dòng)馬達(dá)的工作原理和特性。圖3.2葉片式氣馬達(dá)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?jiǎng)恿鲃?dòng)二合一氣缸二合一氣缸也即雙行程氣缸或二級(jí)氣缸，其構(gòu)造原理如圖3.4所示，分為前后兩個(gè)具有不同行程氣缸并固結(jié)在一起，兩個(gè)氣缸具有獨(dú)立的進(jìn)出氣口。兩個(gè)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l2l1條件。其一般的使用場(chǎng)合是機(jī)構(gòu)具有分步動(dòng)作的情況。對(duì)于打捆機(jī)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(guò)程中具有兩個(gè)動(dòng)作:鋼扣咬合成型與切帶。咬扣單元的分步動(dòng)作即由二級(jí)氣缸來(lái)實(shí)現(xiàn)。如下圖所示，當(dāng)鋼帶送達(dá)到位后，需要馬達(dá)反轉(zhuǎn)抽帶從而拉緊鋼帶，拉緊鋼帶，此時(shí)需要將鋼帶一頭壓緊，氣缸1的A口進(jìn)氣，B口出氣，同時(shí)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(dòng)氣缸2的活塞桿向前運(yùn)動(dòng)，氣缸1的活塞走完滿行程后停止動(dòng)作，第一步動(dòng)作完成。當(dāng)要對(duì)鋼帶切斷時(shí)，氣缸2的C口進(jìn)氣，D口出氣，推動(dòng)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(dòng)作。二級(jí)氣缸復(fù)位時(shí)，氣缸1的B口和氣缸2的D口同時(shí)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(zhǎng)度為L(zhǎng)1，缸2長(zhǎng)度為L(zhǎng)2，L1L2。ABCD分別為兩個(gè)氣缸的進(jìn)出氣口。圖3.4合二為一氣缸3.2.3氣動(dòng)控制元件氣動(dòng)控制元件包括控制各個(gè)動(dòng)作執(zhí)行元件的換向閥、減壓閥、單向節(jié)流閥、消聲器、過(guò)濾器、儲(chǔ)能器等。電磁換向閥，如圖3.4所示 利用電磁鐵的通、斷電而直接推動(dòng)閥芯來(lái)控制氣口的連通狀態(tài)。如圖所示為三位五通換向閥, 三位五通電磁閥是有三種工作狀態(tài)：開(kāi)狀態(tài)、關(guān)狀態(tài)、中間保持狀態(tài)（取決于閥芯的位置），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(dá)中間位置時(shí)，閥門(mén)處于關(guān)閉狀態(tài)，中排3 鋼帶打捆機(jī)的氣動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)代表閥芯到達(dá)中間位置，閥門(mén)處于排氣狀態(tài)，中間加壓代表閥芯到達(dá)中間位置時(shí)閥門(mén)處于開(kāi)狀態(tài)給執(zhí)行機(jī)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(guò)改變節(jié)流截面或節(jié)流長(zhǎng)度以控制流體流量的閥門(mén)。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(jiǎn)易的流量控制閥。減壓閥，如圖3.6所示，是通過(guò)調(diào)節(jié)壓力，將進(jìn)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(dòng)保持穩(wěn)定的閥閥門(mén)。從流體力學(xué)的觀點(diǎn)看，減壓閥是一個(gè)局部阻力可以變化的節(jié)流元件，即通過(guò)改變節(jié)流面積，使流速及流體的動(dòng)能改變，造成不同的壓力損失，從而達(dá)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(dòng)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(guò)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(jìn)口端，用來(lái)消除介質(zhì)中的雜質(zhì)，以保護(hù)閥門(mén)及設(shè)備的正常使用。當(dāng)流體進(jìn)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(guò)濾器出口排出，當(dāng)需要清洗時(shí)，只要將可拆卸的濾筒取出，處理后重新裝入即可，因此，使用維護(hù)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(chǔ)存起來(lái)，在需要時(shí)又重新放出。其主要作用表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。（a）作輔助動(dòng)力源（b）系統(tǒng)保壓或作緊急動(dòng)力源（c）吸收系統(tǒng)脈動(dòng)，緩和液壓沖擊。圖3.7過(guò)濾器圖3.8儲(chǔ)能器3.2.4信號(hào)接收傳遞元件傳感器： 1：能感受規(guī)定的被測(cè)量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)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(cè)、感受外界的信號(hào)、物理?xiàng)l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(jì)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(cè)量系統(tǒng)，按照功能可分成五類, 按探測(cè)機(jī)理可分成為光子探測(cè)器和熱探測(cè)器. 紅外傳感技術(shù)已經(jīng)在現(xiàn)代科技、國(guó)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(jī)的設(shè)計(jì)，選用了日本夏普公司生產(chǎn)的GP2Y3A003K0F型號(hào)紅外傳感器，其工3 鋼帶打捆機(jī)的氣動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)作有效長(zhǎng)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(kāi)關(guān)，位置開(kāi)關(guān)（又稱限位開(kāi)關(guān)）的一種，是一種常用的小電流主令電器。利用生產(chǎn)機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件的碰撞使其觸頭動(dòng)作來(lái)實(shí)現(xiàn)接通或分?jǐn)嗫刂齐娐?，達(dá)到一定的控制目的。通常，這類開(kāi)關(guān)被用來(lái)限制機(jī)械運(yùn)動(dòng)的位置或行程，使運(yùn)動(dòng)機(jī)械按一定位置或行程自動(dòng)停止、反向運(yùn)動(dòng)、變速運(yùn)動(dòng)或自動(dòng)往返運(yùn)動(dòng)等。3.3 打捆機(jī)的氣動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)氣動(dòng)系統(tǒng)可以看作按一定方式將氣動(dòng)元件聯(lián)接而成的組合體，依照控制對(duì)象情況與外加控制作用以保證輸出信號(hào)的順序和(或)數(shù)值。信息的載體通常是壓縮空氣。實(shí)現(xiàn)機(jī)械自動(dòng)化的氣動(dòng)控制系統(tǒng)一般有兩類，即伺服控制與程序(過(guò)程)控制。由于鋼管打捆機(jī)并不需要精確的位置控制，故無(wú)須伺服控制，而只需過(guò)程控制即可。程序控制是自動(dòng)控制系統(tǒng)中的重要控制方式之一。它根據(jù)生產(chǎn)過(guò)程的物理參量:位置、壓力等的變化，使控制對(duì)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(shí)間程序控制、行程時(shí)間混和控制和數(shù)字程序控制等幾種。行程程序控制系統(tǒng)是最普通、應(yīng)用最廣泛的一種程序控制系統(tǒng)，河北聯(lián)合大學(xué)輕工學(xué)院本科畢業(yè)論文在本鋼卷打捆機(jī)的氣動(dòng)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(gè)閉環(huán)程序控制系統(tǒng)，它是以氣缸活塞(或氣馬達(dá))在運(yùn)動(dòng)行程中，位置傳感器感應(yīng)氣缸活塞(或氣馬達(dá)驅(qū)動(dòng)對(duì)象)位置，發(fā)出信號(hào)，輸入邏輯控制器，轉(zhuǎn)而去控制其它氣缸(或氣馬達(dá))運(yùn)動(dòng)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(jī)構(gòu)、邏輯控制器和動(dòng)力源等部分。3.3.1打捆機(jī)的行程程序回路設(shè)計(jì)行程程序回路的設(shè)計(jì)是氣動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一個(gè)最主要的內(nèi)容，其主要是為了解決信號(hào)和執(zhí)行元件之間的協(xié)調(diào)和連接問(wèn)題。沒(méi)有一個(gè)合理而有效的回路，就不能很好的完成氣動(dòng)系統(tǒng)所承擔(dān)的任務(wù)。下面是送帶各機(jī)構(gòu)的工作流程圖，本鋼帶打捆機(jī)的一個(gè)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(dòng)馬達(dá)反轉(zhuǎn)抽帶抓緊鋼帶頭氣動(dòng)馬達(dá)正轉(zhuǎn)送帶圖3.10總的流程圖（1）送帶機(jī)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(duì)齊控制和送扣對(duì)齊控制。如圖3.11所示，根據(jù)工藝流程的要求，用2個(gè)電磁感應(yīng)式傳感器直接檢測(cè)送扣到位與否，當(dāng)?shù)轿缓螅瑝壕o鋼板向下移動(dòng)，促使倆個(gè)摩擦輪剛好接觸，對(duì)1個(gè)步進(jìn)3 鋼帶打捆機(jī)的氣動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)馬達(dá)的檔塊位置進(jìn)行檢測(cè)。當(dāng)信號(hào)傳給PLC時(shí)，PLC開(kāi)始實(shí)行程序，開(kāi)始動(dòng)作?？劢邮?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4PLC送扣馬達(dá)1送帶馬達(dá)1圖3.11送扣工藝流程1）當(dāng)初始信號(hào)發(fā)給PLC時(shí)，接收信號(hào)，檢測(cè)卡扣是否到位，送扣馬達(dá)轉(zhuǎn)動(dòng)，把卡扣送到指定位置，卡扣調(diào)整傳感器檢測(cè)。2）當(dāng)卡扣到達(dá)指定位置時(shí)，送帶傳感器接收信號(hào)開(kāi)始送帶。3）送帶進(jìn)入槽時(shí)，送帶調(diào)整傳感器檢測(cè)帶是否正好進(jìn)入槽中，進(jìn)行位置檢測(cè)，一次送帶完成。（2）壓帶機(jī)構(gòu)的氣動(dòng)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(duì)壓帶到位與否進(jìn)行控制，壓帶機(jī)構(gòu)控制主要由壓帶傳感器和觸頭傳感器(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(shí),此時(shí)傳感器感應(yīng)到位,傳送給可編程控制器，PLC接受信號(hào)，輸出程序，控制擺臂大氣缸伸出此時(shí)壓帶。觸頭傳感器1倒帶傳感器1壓緊氣缸傳感器1PLC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(shí)，觸頭傳感器開(kāi)始工作，當(dāng)接觸到信號(hào)時(shí)，壓緊傳感器工作，壓緊馬達(dá)工作，壓緊帶的起始部位。當(dāng)壓緊傳感器工作時(shí)，帶被壓緊以后，倒帶傳感器接受信號(hào)，倒帶馬達(dá)工作，開(kāi)始抽帶，此時(shí)，把帶緊緊地套在工件上。（3）鋼帶打捆機(jī)的最后過(guò)程如圖3.13所示，當(dāng)帶被壓緊后，此時(shí)卡扣傳感器接收信號(hào)，開(kāi)始打捆，3 鋼帶打捆機(jī)的氣動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(hào)時(shí)，開(kāi)始把帶扣緊，進(jìn)行下一次的工作由打捆機(jī)工作流程回路以及對(duì)執(zhí)行裝置的工作狀態(tài)分析的基礎(chǔ)上，再對(duì)其進(jìn)行系統(tǒng)的完善，設(shè)計(jì)出較為完整的打捆機(jī)氣動(dòng)。系統(tǒng)下圖為氣動(dòng)系統(tǒng)原理圖圖3.14圖3.14氣動(dòng)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(jī)的氣動(dòng)系統(tǒng)的分析全自動(dòng)打捆機(jī)是以壓縮空氣作為主要?jiǎng)恿υ?，其?dòng)作的執(zhí)行大部分是經(jīng)過(guò)氣缸河北聯(lián)合大學(xué)輕工學(xué)院本科畢業(yè)論文與氣馬達(dá)來(lái)完成，氣動(dòng)控制原理如圖3.7所示。按控制不同的執(zhí)行元件來(lái)分，該氣動(dòng)控制原理可劃分為六個(gè)相對(duì)獨(dú)立的控制回路。（1）環(huán)臂升降運(yùn)動(dòng)控制回路。該控制回路實(shí)現(xiàn)環(huán)臂在工作時(shí)下降到達(dá)至鋼卷捆中部或者在打捆完成后上升離開(kāi)鋼帶卷。該運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性控制：由于該回路中執(zhí)行運(yùn)動(dòng)的氣缸承受整個(gè)環(huán)臂重量，且沿直線導(dǎo)軌做垂直升降運(yùn)動(dòng)，跟水平運(yùn)動(dòng)相比垂直運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性較差。當(dāng)氣缸帶動(dòng)打捆頭及導(dǎo)帶通路上升時(shí)，由于承受較大重力運(yùn)動(dòng)較慢;而當(dāng)氣缸帶動(dòng)打捆頭及導(dǎo)帶通路下降時(shí)速度較快，如速度不加控制，會(huì)對(duì)機(jī)構(gòu)本身造成較大的沖擊，對(duì)機(jī)器產(chǎn)生破壞。要實(shí)現(xiàn)該控制回路氣缸的平穩(wěn)運(yùn)動(dòng)，應(yīng)該使氣動(dòng)回路本身必須具有一定的調(diào)速功能，即氣設(shè)計(jì)成速度控制回路，因此安裝了單向節(jié)流閥。（2） 打捆機(jī)頭升降運(yùn)動(dòng)控制回路該控制回路實(shí)現(xiàn)打捆機(jī)頭在工作時(shí)下降接近至鋼管捆或者在打捆完成后上升離開(kāi)鋼卷捆。該運(yùn)動(dòng)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(shí)現(xiàn)環(huán)臂中兩個(gè)壓緊裝置對(duì)鋼卷捆壓緊的動(dòng)作，該運(yùn)動(dòng)控制組成的回路包括兩個(gè)小氣缸、三位五通電磁換向閥，一個(gè)順序閥和兩個(gè)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(gè)氣壓馬達(dá)的正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)鋼帶的抽帶和送帶功能，該運(yùn)動(dòng)控制組成的回路包括一個(gè)氣壓馬達(dá)，三位五通電磁換向閥，一個(gè)順序閥和兩個(gè)單向節(jié)3 鋼帶打捆機(jī)的氣動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)流閥以及消聲器等。（5）鋼帶頭抓緊控制回路該控制回路實(shí)現(xiàn)了當(dāng)送帶馬達(dá)通過(guò)環(huán)臂將鋼帶送入繞通道一周后，抓住鋼帶頭并抓緊以實(shí)現(xiàn)拉緊鋼帶的動(dòng)作。該控制回路包括一個(gè)氣缸，三位五通換向閥，一個(gè)順序閥和兩個(gè)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(lái)控制送扣、咬扣與切帶，實(shí)現(xiàn)鋼帶送扣、咬扣及鋼帶切斷的分級(jí)動(dòng)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) 論本次設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容是鋼卷打捆機(jī)的環(huán)形臂，這是打捆機(jī)的重要工作部件。通過(guò)查閱大量的資料得知，鋼卷打捆機(jī)在我國(guó)還處于不發(fā)達(dá)的階段，自主的創(chuàng)新設(shè)計(jì)較少。設(shè)計(jì)中結(jié)合國(guó)內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)，結(jié)合現(xiàn)有的打捆機(jī)的工作狀態(tài)，對(duì)新型的打捆機(jī)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)和分析。設(shè)計(jì)中借助了傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，并且以計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件為主要平臺(tái)，對(duì)關(guān)鍵部件進(jìn)行了校核計(jì)算，最后繪制了打捆機(jī)環(huán)形臂的結(jié)構(gòu)裝配圖和零件圖。主要的設(shè)計(jì)內(nèi)容和結(jié)論有：（1）結(jié)合現(xiàn)有的打捆機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作狀態(tài)，對(duì)其進(jìn)行理論分析，并聯(lián)系現(xiàn)有設(shè)計(jì)目標(biāo)，對(duì)打捆機(jī)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行重新構(gòu)思。（2）研究出了鋼卷打捆機(jī)的氣動(dòng)控制系統(tǒng)。（3）根據(jù)氣動(dòng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了用PLC對(duì)其進(jìn)行控制。4 鋼帶打捆機(jī)的軟硬件設(shè)計(jì)4 鋼帶打捆機(jī)的軟硬件設(shè)計(jì)通過(guò)對(duì)鋼卷打捆機(jī)系統(tǒng)的工作流程和氣動(dòng)系統(tǒng)分析可知，一個(gè)打捆循環(huán)包括十個(gè)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(gè)或幾個(gè)動(dòng)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(dòng)氣馬達(dá)、抓緊鋼帶頭氣缸、鋼卷壓緊裝置氣缸、咬扣與切帶動(dòng)力傳動(dòng)二合一(雙行程)氣缸。鋼材打捆機(jī)工作流程復(fù)雜，各動(dòng)作之間需要相互配合協(xié)調(diào)控制，具有較多的接近開(kāi)關(guān)以及磁感應(yīng)位置傳感器，控制信號(hào)較多，需要控制多路氣動(dòng)回路以實(shí)現(xiàn)打捆過(guò)程的自動(dòng)化。全自動(dòng)鋼管打捆機(jī)采用三菱FX2N系列可編程控制器PLC作為打捆機(jī)系統(tǒng)的控制單元，實(shí)現(xiàn)打捆過(guò)程的順序與邏輯控制?；赑LC控制的包裝鋼帶卷取機(jī)已成功應(yīng)用于某企業(yè)短流程高強(qiáng)度包裝用鋼帶自動(dòng)生產(chǎn)線中，為企業(yè)創(chuàng)造了可觀的經(jīng)濟(jì)效益。該卷取系統(tǒng)與現(xiàn)有國(guó)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(guò)生產(chǎn)實(shí)踐驗(yàn)證，基于PLC控制的包裝鋼帶卷取機(jī)結(jié)構(gòu)合理，操作方便，監(jiān)控直觀，運(yùn)行可靠，有多規(guī)格成品鋼帶帶卷。同時(shí)為了便于調(diào)試及維修方便，增加了與自動(dòng)控制并行的手動(dòng)開(kāi)關(guān)控制方式。其工作原理為：當(dāng)開(kāi)關(guān)控制旋鈕旋到開(kāi)關(guān)控制時(shí)，允許手動(dòng)開(kāi)關(guān)控制繼電器通電，以進(jìn)行打捆動(dòng)作的調(diào)試和維護(hù)；而此時(shí)PI。C檢測(cè)到系統(tǒng)處于開(kāi)關(guān)控制狀態(tài)，將不執(zhí)行自動(dòng)打捆程序。當(dāng)開(kāi)關(guān)控制旋鈕旋到程序控制位時(shí)，手動(dòng)開(kāi)關(guān)控制失效，此時(shí)，PIC檢測(cè)到系統(tǒng)處于程序控制狀態(tài)，則運(yùn)行自動(dòng)打捆程序。提高了現(xiàn)場(chǎng)的生產(chǎn)效率，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，具有較強(qiáng)的創(chuàng)新性和實(shí)用性。由于打捆機(jī)的主要?jiǎng)幼鞫加蓺鈩?dòng)執(zhí)行元件來(lái)完成，所以，全自動(dòng)打捆機(jī)是以PLC為核心的氣動(dòng)控制系統(tǒng)。PLC電氣步進(jìn)控制系統(tǒng)和氣動(dòng)步進(jìn)控制系統(tǒng)類似，只是將44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?fù)Q向閥換成電磁換向閥，氣動(dòng)行程開(kāi)關(guān)換成電(磁)觸點(diǎn)行程開(kāi)關(guān)，氣動(dòng)按鈕閥換成電氣按鈕，氣動(dòng)步進(jìn)模塊換成PLC控制程序模塊。使得以PLC為核心的電氣步進(jìn)控制系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)比純氣動(dòng)步進(jìn)控制系統(tǒng)更為復(fù)雜的控制功能，而控制方法更加簡(jiǎn)單，氣動(dòng)回路也大大簡(jiǎn)化，可以省去很多氣動(dòng)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(jiǎn)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(jī)中包含一定數(shù)量的輸入輸出(I/O)點(diǎn),同時(shí)還可以擴(kuò)展I/O 模塊和各種功能模塊?？紤]到整個(gè)打4 鋼帶打捆機(jī)的軟硬件設(shè)計(jì)捆機(jī)控制系統(tǒng)所需的輸入輸出量、控制程序的編排、程序及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)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(gè)數(shù)字量IO點(diǎn)?？蛇B接7個(gè)擴(kuò)展模塊，具有13K字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間、2個(gè)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(shí)際數(shù)字量的情況，為CPU模塊增加了一個(gè)16路輸入16路輸出數(shù)字量擴(kuò)展模塊EM223。為建立良好的交互形式，及進(jìn)行工況監(jiān)視、故障檢測(cè)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(gè)完整的系統(tǒng)組成如圖4.2所示：編程工具CPU主機(jī)人機(jī)界面通信設(shè)備功能模塊擴(kuò)展模塊圖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(shí)又稱做CPU 模塊，也有的稱之為主機(jī)或本機(jī)。它包括CPU、存儲(chǔ)器、基本輸入/輸出點(diǎn)和電源等，是PLC 的主要部分。（2）擴(kuò)展單元 主機(jī)I/O 點(diǎn)數(shù)量不能滿足控制系統(tǒng)的要求時(shí)，用戶可以根據(jù)需要擴(kuò)編程工具展各種 I/0 模塊，所能連接的擴(kuò)展單元的數(shù)量和實(shí)際所能使用的I/O 點(diǎn)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(shí)候，需要擴(kuò)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)的硬件和軟件資源而開(kāi)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(kāi)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(yùn)行軟件和人機(jī)接口軟件等幾大類構(gòu)成4.1.1 PLC的優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)PLC是一種應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化控制的專用計(jì)算機(jī)，由于控制對(duì)象的復(fù)雜性，使用環(huán)境的特殊性和工作運(yùn)行的連續(xù)性，要求PLC除了具有一般計(jì)算機(jī)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(dú)特之處。經(jīng)過(guò)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(jì)算機(jī)的強(qiáng)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(diǎn):（l）可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)PLC往往工作在工業(yè)生產(chǎn)的現(xiàn)場(chǎng)，要求PLC具有很長(zhǎng)的平均無(wú)故障時(shí)間。因此，在PLC的設(shè)計(jì)中，在硬件的設(shè)計(jì)上對(duì)元器件進(jìn)行嚴(yán)格的篩選，電源采用了多級(jí)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(dú)立，還設(shè)置了連鎖、檢測(cè)與診斷電路;在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(yǔ)法檢查、故障檢測(cè)與診斷及出錯(cuò)后報(bào)警、數(shù)據(jù)保護(hù)、封鎖輸出以及自動(dòng)恢復(fù)等措施。所有的特殊設(shè)計(jì)使PLC的平均無(wú)故障時(shí)間間隔達(dá)5一10萬(wàn)小時(shí)。(2)接口模塊功能強(qiáng)、品種多常用的有開(kāi)關(guān)量輸入輸出模塊，其負(fù)載電源有110VAC、220VAC、和SVDC、24VDC等，信號(hào)形式有無(wú)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(jī)的軟硬件設(shè)計(jì)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(shí)用、緊湊的應(yīng)用控制系統(tǒng)。(3)適應(yīng)性強(qiáng)，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(yùn)算、定時(shí)計(jì)數(shù)、順序控制等功能，還具有刀D與DA/轉(zhuǎn)換、數(shù)學(xué)運(yùn)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(tái)單機(jī)、一條生產(chǎn)線，又可利用通訊功能組成復(fù)雜系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)控制網(wǎng)絡(luò)，既可現(xiàn)場(chǎng)控制，又可實(shí)行遠(yuǎn)程控制。(4)編程方法簡(jiǎn)單、直觀PLC采用了軟件編制程序來(lái)完成任務(wù)，隨著要求的變更對(duì)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(jì)算機(jī)技術(shù)，不僅可靠性高、邏輯功能強(qiáng)，而且體積比較小。在需要大量中間繼電器、時(shí)間繼電器和計(jì)數(shù)器的場(chǎng)合，PLC無(wú)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(jì)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(kuò)展容易，并可實(shí)現(xiàn)分布式控制。如西門(mén)子s7一300系列PLC采用模塊化、無(wú)排風(fēng)扇結(jié)構(gòu)，可實(shí)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(mén)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(diǎn)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(shí)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(shí)間。(9)通信功能大大增強(qiáng)，高級(jí)的PLC都支持現(xiàn)場(chǎng)總線，因此開(kāi)放性好;西門(mén)子PLC可以利用DP或FMS協(xié)議，或通過(guò)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)增加冗余容錯(cuò)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(jì)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(jī)械振動(dòng))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(jì)4.2.1 PLC的控制過(guò)程簡(jiǎn)單分析經(jīng)過(guò)對(duì)打捆機(jī)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(jiǎn)述如下：信號(hào)的輸入：在氣動(dòng)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(duì)應(yīng)的紅外傳感器，行程開(kāi)關(guān)，壓力傳感器等裝置，當(dāng)氣動(dòng)系統(tǒng)啟動(dòng)后，活塞鋼帶鎖扣等運(yùn)動(dòng)到相應(yīng)位置后，會(huì)觸發(fā)感應(yīng)開(kāi)關(guān)，從而執(zhí)行下一步相應(yīng)的輸入信號(hào)。信號(hào)的輸出：當(dāng)對(duì)應(yīng)的感應(yīng)開(kāi)關(guān)被觸發(fā)，并輸出信號(hào)后，該信號(hào)會(huì)影響相對(duì)應(yīng)的三位五通電磁閥的一側(cè)的電路開(kāi)關(guān)，使電磁閥得電或者失電，從而控制三位五通閥換位，實(shí)現(xiàn)了對(duì)氣缸和馬達(dá)的控制，使活塞運(yùn)動(dòng)已經(jīng)馬達(dá)正反轉(zhuǎn)，最終達(dá)到打捆機(jī)各機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)。所有氣缸和馬達(dá)所相應(yīng)對(duì)應(yīng)的三位五通電磁閥兩側(cè)開(kāi)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IO地址分配表首先確定該打捆機(jī)的輸入輸出端口地址分配，4 鋼帶打捆機(jī)的軟硬件設(shè)計(jì)如表4.3和表4.4表4.3I地址分配表I地址元件說(shuō)明IO.0開(kāi)關(guān)打捆機(jī)啟動(dòng)IO.1紅外傳感器鋼卷檢測(cè)到位I0.2行程開(kāi)關(guān)1環(huán)臂下降行程開(kāi)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(kāi)關(guān)2送帶行程開(kāi)關(guān)閉合IO.6行程開(kāi)關(guān)3卡扣預(yù)鎖緊IO.7壓力傳感器壓帶氣缸帶動(dòng)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(kāi)關(guān)4鋼卷壓緊行程開(kāi)關(guān)閉合IO.10行程開(kāi)關(guān)5咬扣切帶行程開(kāi)關(guān)閉合IO.11行程開(kāi)關(guān)6壓帶裝置行程開(kāi)關(guān)閉合IO.12行程開(kāi)關(guān)7送扣裝置行程開(kāi)關(guān)閉合IO.13行程開(kāi)關(guān)8擺臂大氣缸行程開(kāi)關(guān)閉合IO.14行程開(kāi)關(guān)9環(huán)臂下降行程開(kāi)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(shuō)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(dòng)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(dòng)機(jī)構(gòu)壓緊O0.3電流繼電器KA3控制送扣裝置氣缸驅(qū)動(dòng)裝置送扣O0.4電流繼電器KA4控制馬達(dá)正轉(zhuǎn)送帶O0.5電流繼電器KA5控制壓緊帶頭氣缸驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)壓緊緊帶頭00.6電流繼電器KA6二級(jí)氣缸第一級(jí)伸出實(shí)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(dá)反轉(zhuǎn)抽帶O0.9電流繼電器KA9控制咬扣切帶氣缸驅(qū)動(dòng)機(jī)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4.2.3 可編程控制器的選擇通過(guò)上面I/O地址分配表，分析并查閱手冊(cè)選擇三菱FN2X系列PLC基本單元（24輸入16輸出）1臺(tái)4 鋼帶打捆機(jī)的軟硬件設(shè)計(jì)4.2.3 PLC外部接線圖PLC外部接線圖的輸入輸出設(shè)備，負(fù)載電源的類型等的設(shè)計(jì)就結(jié)合系統(tǒng)的控制要求來(lái)設(shè)定，鋼卷打捆機(jī)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(jì)根據(jù)全自動(dòng)鋼管打捆機(jī)生產(chǎn)工藝流程，整個(gè)打捆過(guò)程可分解成十個(gè)步驟:壓緊鋼卷、送扣、一級(jí)氣缸送帶、二級(jí)氣缸送扣連桿復(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。這九個(gè)步驟分別代表了打捆機(jī)的九個(gè)工作程序，下面對(duì)這九個(gè)程序做詳細(xì)介紹。（1）旋緊裝置升降在整個(gè)打捆機(jī)工作流程中，旋緊裝置是我們經(jīng)過(guò)此次課設(shè)自己研究出的核心設(shè)計(jì)，旋緊裝置設(shè)計(jì)在一個(gè)環(huán)臂中，環(huán)臂可沿立柱上下升降，當(dāng)上一個(gè)鋼卷打捆完成后，環(huán)臂上升，鋼卷隨流水線上的運(yùn)輸帶運(yùn)走，下一個(gè)鋼卷隨運(yùn)輸帶運(yùn)輸?shù)轿唬h(huán)臂在氣缸的驅(qū)動(dòng)下下降到鋼卷的中心位置，然后才能進(jìn)行隨后的工作。此程序?yàn)檎麄€(gè)打捆過(guò)程的第一步，由手動(dòng)開(kāi)關(guān)打開(kāi)，開(kāi)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(jìn)入氣缸，使活塞移動(dòng)，并驅(qū)動(dòng)環(huán)臂下降，當(dāng)環(huán)臂下降到中間位置，活塞桿觸動(dòng)氣缸上的感應(yīng)開(kāi)關(guān)，開(kāi)關(guān)閉合后成為輸入信號(hào)，進(jìn)而控制下一個(gè)動(dòng)作的執(zhí)行。（2）壓緊裝置壓緊此機(jī)構(gòu)是我們自