鋼管全長(zhǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

圖書(shū)分類號(hào)：密級(jí)：畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)鋼管全長(zhǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)Designoffulllengthinspectionsystemforsteeltube學(xué)生姓名班級(jí)學(xué)院名稱專業(yè)名稱指導(dǎo)教師2013年5月26日XXX畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)②表24.2-14國(guó)產(chǎn)氣缸產(chǎn)品概覽可以選擇系列型號(hào)ISO10A-Z系列氣缸。氣缸常見(jiàn)安裝方式有固定式、擺動(dòng)式。其中固定式還包括基本式、腳座式與法蘭型。此處采用固定式中腳座式?；钊麠U強(qiáng)度的相關(guān)計(jì)算正常的活塞桿應(yīng)該滿足式（3.114）式中F——活塞桿所能夠承受的最大軸向壓力——縱向彎曲極限力——穩(wěn)定性安全因數(shù)活塞桿的直徑校核：d=0.3D=0.3125=37.5mm式（3.115）=一般取1.5～4,取=2所以，符合條件。氣馬達(dá)氣馬達(dá)是把壓縮空氣所產(chǎn)生的壓力能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能的一種能量轉(zhuǎn)換裝置，輸出力矩與轉(zhuǎn)速，促使機(jī)構(gòu)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。氣馬達(dá)按找工作原理可分為容積式、渦輪式兩大類。容積式馬達(dá)是通過(guò)改變空氣體積大小和位置的，一般是最常見(jiàn)的。氣馬達(dá)的特點(diǎn)：1）可以進(jìn)行無(wú)極調(diào)速。只需要控制程序，就可以控制進(jìn)、排氣閥的開(kāi)閉大小，也就可以根據(jù)系統(tǒng)所需的要的控制氣馬達(dá)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度與所需的輸出功率，這些是通控制壓縮空氣的流量的大小的實(shí)現(xiàn)的。2）能夠?qū)崿F(xiàn)瞬時(shí)的轉(zhuǎn)換方向。絕大多數(shù)的氣馬達(dá)如果需要改變馬達(dá)的進(jìn)氣、排氣方向的轉(zhuǎn)變只需要用簡(jiǎn)單的操縱閥，就能夠?qū)崿F(xiàn)。并且完成氣馬達(dá)輸出軸的正轉(zhuǎn)與回轉(zhuǎn)，能夠?qū)崿F(xiàn)瞬間方向的轉(zhuǎn)變。于正反換向的時(shí)候，產(chǎn)生的沖擊力很小。氣馬達(dá)在換向后它幾乎可以在瞬間就可以升到滿速的狀態(tài)。葉片式氣馬達(dá)轉(zhuǎn)至滿速只需要一轉(zhuǎn)半的時(shí)間；活塞式氣馬達(dá)換向后達(dá)到滿速都不需要一秒。3）工作安全。工作的環(huán)境較為廣泛，在較為惡劣的如易燃、高溫、易爆等環(huán)境中也可以正常的生產(chǎn)工作。4）有過(guò)載保護(hù)的作用。因過(guò)載產(chǎn)生零故障。氣馬達(dá)能夠適當(dāng)?shù)臏p少轉(zhuǎn)動(dòng)速度或快速停只轉(zhuǎn)動(dòng)，以應(yīng)付過(guò)載情況。當(dāng)消除過(guò)載后就可以重新啟動(dòng)并運(yùn)行工作，而且不會(huì)發(fā)生阻礙。5）具有較高的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。可以負(fù)載啟動(dòng)。啟動(dòng)和停止很迅速。6）功率與轉(zhuǎn)速有比較強(qiáng)的適用范圍。功率能夠與上萬(wàn)至上百萬(wàn)瓦間的范圍內(nèi)使用；轉(zhuǎn)速也能夠從0~25000轉(zhuǎn)每分鐘之間變化，更高也有可能。7）長(zhǎng)時(shí)間的滿載運(yùn)行運(yùn)轉(zhuǎn)，溫度變化比較小。8）維修比較方便，操作方便。一般使用0.4~0.8MPa的低壓空氣，所使用的輸氣管要求比較低，價(jià)格低廉。氣馬達(dá)的選擇：氣馬達(dá)的選擇根本依據(jù)是根據(jù)負(fù)載。在變負(fù)載場(chǎng)所里，最重要思考的條件為轉(zhuǎn)速的范圍大小，以及在正常工作的時(shí)后需要多少力矩。對(duì)于均衡負(fù)載的狀況中，其最主要因素為工作速度。葉片式氣馬達(dá)經(jīng)常使用在一些變速、轉(zhuǎn)矩較小的場(chǎng)所，而活塞式氣馬達(dá)經(jīng)常用在一些低速，大轉(zhuǎn)矩的場(chǎng)合。它于低速運(yùn)轉(zhuǎn)的時(shí)候，能夠很準(zhǔn)確的對(duì)速度進(jìn)行掌控以及消耗使用很少的空氣。 由上知道鋼管的移速是0.25m/s，則氣缸輸出功率是：P=FV=2883.5520.25=720.89w式（3.116）根據(jù)《氣壓傳動(dòng)與控制（機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)單行本）》表24.3-3氣馬達(dá)產(chǎn)品概覽與表24.3-51.471kw（2馬力）葉片式氣馬達(dá)選用葉片式型號(hào)YQ功率為8.84~14.71kw，轉(zhuǎn)速為2400~3200r/min南昌通用機(jī)械廠生產(chǎn)的氣馬達(dá)。方向控制閥換向閥換向閥根據(jù)閥芯上的結(jié)構(gòu)能夠分成提動(dòng)式、圓柱滑閥式、平板滑閥式、旋塞式；根據(jù)閥的通口數(shù)目多少劃分能夠分成：二通、三通、四通、五通、多通路；根據(jù)切換位置的個(gè)數(shù)異同分類能夠分成二位、三位、多位；根據(jù)作用方式異同分類能夠分成：電動(dòng)控制、氣動(dòng)控制、人為控制、機(jī)械控制等；根據(jù)復(fù)位方式的異同能夠分成彈簧復(fù)位、氣動(dòng)復(fù)位、機(jī)械復(fù)位；根據(jù)穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)數(shù)目上的不同分類能夠劃分成單穩(wěn)態(tài)、雙穩(wěn)態(tài)、多穩(wěn)態(tài)。根據(jù)設(shè)計(jì)選用兩位五通單電控電磁閥，查《氣壓傳動(dòng)與控制(機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)單行本)》表24.4-56SR系列二位、三位五通先導(dǎo)式電磁閥技術(shù)規(guī)格表得SP561-RN3接管螺紋ZG1/2符合所選。壓力控制閥1)減壓閥減壓閥按照調(diào)壓范圍分類可以分為低壓用、中壓、高壓用；根據(jù)壓力調(diào)節(jié)地方式不同進(jìn)行分類能夠分成直動(dòng)式、先導(dǎo)式；根據(jù)它的排氣方式能夠分成非溢流式、衡量排氣式；根據(jù)它的主要的調(diào)壓部分的結(jié)構(gòu)能夠分成活塞式與膜片式；根據(jù)調(diào)壓彈簧配置分類能夠分成單簧式、串聯(lián)式、并聯(lián)式；按其溢流量的大小樂(lè)意分為小溢流量式、大溢流量式。減壓閥有以主要特點(diǎn)為；在公稱進(jìn)口的壓力中，它的出口空氣流量與它的出口壓力之間具有一定的函數(shù)關(guān)系，出口壓力的升高，這就意味著出口流量的降低。減壓閥的作用是為了維持氣壓的穩(wěn)定。表1-1減壓閥入出壓力關(guān)系MPa輸入壓力P10.160.40.631.01.62.54.0輸出壓力P20.10.250.40.631.01.62.5根據(jù)氣馬達(dá)與氣缸的需要，查《氣壓傳動(dòng)與控制》中表24.4-17QE系列過(guò)濾器減壓閥技術(shù)規(guī)格，選用QE3公稱通徑大小為15mm，接管螺紋為G1/2的減壓閥。2)溢流閥（安全閥）溢流閥與安全閥在功能與結(jié)構(gòu)上有許多放很是相似，有的時(shí)候·可以不加以區(qū)分。溢流閥的作用就是把氣動(dòng)回路中超出調(diào)定值的壓縮氣體排除到大氣中，以維持回路壓力值的穩(wěn)定。3)節(jié)流閥（流量控制閥）流量控制閥就是為了控制系統(tǒng)中流量的大小，經(jīng)過(guò)改變控制閥的節(jié)流扣的大小來(lái)進(jìn)行的。流量控制閥一般包括單向節(jié)流閥、普通節(jié)流閥、柔性節(jié)流閥、排氣節(jié)流閥等等。根據(jù)《氣動(dòng)傳動(dòng)與控制(機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)單行本)》表24.4-146KLA系列單向節(jié)流閥外形尺寸選取型號(hào)為KLA-L15接管螺紋為M20x1.5氣源裝置1)空氣壓縮機(jī)空氣壓縮機(jī)分成回轉(zhuǎn)式、往復(fù)式、透平式三大類。往復(fù)式能夠分成活塞式、膜片式，回轉(zhuǎn)式空氣壓縮機(jī)能夠分成葉片式、螺桿式。透平式空壓機(jī)一般包括軸流式、離心式、混流式。一般作為大空壓機(jī)，構(gòu)造比較簡(jiǎn)易?？諌簷C(jī)的輸出壓力/MPa式（3.117）一般情況下=0.15~0.2式中P―――氣動(dòng)執(zhí)行器的最高壓力，MPa――啟動(dòng)系統(tǒng)總損失壓力，MPa空壓機(jī)的吸入流量/.不設(shè)氣罐：式（3.118）設(shè)氣罐：式(3.119)（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)）式（3.120）式中――對(duì)氣動(dòng)系統(tǒng)提供的流量，――氣動(dòng)系統(tǒng)最大耗氣量，――氣動(dòng)系統(tǒng)平均耗氣量，K――修正系數(shù)，一般k=1.3~1.5空壓機(jī)的功率/KW式（3.121）式（3.122）式中P1――吸入空氣絕對(duì)壓力，MPaPc――輸出空氣絕對(duì)壓力，MPa――空壓機(jī)吸入流量，N――中間冷卻器個(gè)數(shù)根據(jù)《氣壓傳動(dòng)與控制(機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)單行本)》表24.5-2 V型空氣壓縮機(jī)技術(shù)規(guī)格選用型號(hào)為2V-0.3/7D額定排量為0.3/；額定排氣壓力為0.7MPa的壓縮機(jī)。2)空氣凈化設(shè)備壓縮空氣凈化設(shè)備一般包括空氣過(guò)濾器、儲(chǔ)氣罐、干燥器、油水分離器、冷卻器等。3)后冷卻器被壓縮的空氣在被壓縮的時(shí)候會(huì)散出較高溫度，等溫度下降的時(shí)候，會(huì)在管道中的凝結(jié)成許多液滴。而排除這些液滴的常用的處理方式便是在空氣被壓縮后立刻將其輸入至后冷卻器中。后冷卻器既可以用水冷又可以用空氣冷。后冷卻器一般安裝在空壓機(jī)的出口，是為了將空氣壓縮機(jī)排出的壓縮空氣由140~50冷卻至40~50。使壓縮空氣里的水汽與油霧盡快趨至飽和，并且讓這些已飽和的油、水霧盡快的凝結(jié)，以便讓油水分離器剔除這些凝結(jié)而成的液滴。列管、蛇形管、管套、散熱片是后冷卻器的一般結(jié)構(gòu)管。管主要適用于低壓，中壓，大容量空冷；蛇形管主要適合用于排量較小的任何壓力范圍，目前較為普便采取。此處采用水冷式蛇形管式的后冷卻器。4)主路過(guò)濾器安裝在儲(chǔ)氣罐后，目的是為了除去順管道帶來(lái)的一些油霧和空氣里水分等雜質(zhì)。5)油水分離器油水分離器一般放置于后冷卻器的出口。起作用是分離出并排出壓縮空氣中的凝聚水分和有份等，使空氣進(jìn)一步得到凈化。它的工作方式為：壓縮空氣先從進(jìn)口流入油水分離器中，氣流一開(kāi)始會(huì)因?yàn)閾醢宓淖璧K會(huì)被撞擊而折反朝下運(yùn)動(dòng)；之后在上升產(chǎn)生環(huán)形回轉(zhuǎn)。因?yàn)槭艿綉T性的原因，一些雜質(zhì)會(huì)與壓縮空氣散開(kāi)、分出，然后降落在分離器的底部，然后排除。這里雜質(zhì)主要是一些沒(méi)有分離出來(lái)的液滴與油滴。根據(jù)《氣動(dòng)傳動(dòng)與控制（機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)單行本）》表24.5-19395系列油霧器的外形尺寸。選用代號(hào)396.36M連接螺紋為G1/2的油霧器。6)干燥器氣動(dòng)系統(tǒng)內(nèi)與相關(guān)元件的溫度一般是在21左右。后冷卻器一般把氣體冷卻到比冷卻媒介高處約10~15。這表明凝聚物不會(huì)繼續(xù)積累。剩下的濕氣會(huì)排到大氣中。然而，從后冷卻器排出的氣體溫度相較于運(yùn)輸管道的會(huì)高出一些。會(huì)有很多水蒸氣遇冷凝結(jié)成水滴。所以需要干燥器來(lái)吸收。干燥器可以分為吸收式的干燥器、冷凍式干燥器、吸附式干燥器。在絕大部分情況中氣源系統(tǒng)都會(huì)使用冷凍式干燥機(jī)來(lái)吸收水分。干燥器應(yīng)該放置在通風(fēng)較好、無(wú)振動(dòng)、無(wú)塵埃、無(wú)腐蝕性氣體的臺(tái)架或平地上。那里有足夠的空間，保證通風(fēng)和維修。7)自動(dòng)排水器一般自動(dòng)排除管道的低處、氣罐、分離器和過(guò)濾器的底部等部分的冷凝水需用自動(dòng)排水器來(lái)解決。其可安裝在人工不方便處理的地方，如較為狹窄的地方、地勢(shì)較高或者較低的地方以及污水排放的一些地方等，而且還能夠避免因?yàn)槿藶橥浥潘?，形成干凈的壓縮空氣從新被污染的情況。自動(dòng)排水器一般有氣動(dòng)式與電動(dòng)式。根據(jù)《氣壓傳動(dòng)與控制（機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)單行本）》表24.5-33ZPS-L15、ZPSA系列自動(dòng)排水器技術(shù)規(guī)格及外形尺寸選用ZPSA系列的自動(dòng)排水器。8)儲(chǔ)氣罐儲(chǔ)氣罐有很多功能，能夠消減壓縮機(jī)排放的氣流脈動(dòng)；還可以穩(wěn)定系統(tǒng)管道中的壓力（主要是壓縮空氣所造成的壓力）；緩解壓縮空氣的供需流量。儲(chǔ)氣罐還可以進(jìn)一步的降低在壓縮空氣時(shí)所產(chǎn)生的高溫，是溫度迅速的下降；能夠分離處包含在壓縮空氣的中的一些油滴與液滴。氣動(dòng)輔助件1)消聲器因?yàn)闅飧住馀艢忾y和排氣速度是比較高的，在突變時(shí)的氣體體積將產(chǎn)生較大的聲音，聲音會(huì)影響操作者的身心健康。所以能減少排氣噪聲的消聲器具有很大的價(jià)值，為必要輔件。消聲器里面均裝有吸聲材料比如銅粉末，聚炭酸酯粉末等燒結(jié)而成，制成的消聲罩。從而起到吸收、消減噪聲的作用。查《氣壓傳動(dòng)與控制（機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)單行本）》表24.5-35消聲器技術(shù)規(guī)格與表24.5-36消聲器的外型尺寸得選取QXS-L8型消聲器。 圖3.4液壓系統(tǒng)3.5測(cè)長(zhǎng)控制系統(tǒng)3.5.1PLC控制系統(tǒng)簡(jiǎn)介使用PLC可以組成許多控制系統(tǒng)，以下幾種是幾種較為常見(jiàn)的；單機(jī)控制系統(tǒng)是PLC控制系統(tǒng)中相對(duì)常見(jiàn)且相對(duì)簡(jiǎn)單的一種。在該體系中每個(gè)控制對(duì)象被一個(gè)PLC控制，小的I/O點(diǎn)數(shù)與儲(chǔ)存容量比較容易供應(yīng)，PLC通信問(wèn)題在這里不會(huì)發(fā)生，采用前提與執(zhí)行機(jī)構(gòu)相對(duì)聚集，控制系統(tǒng)通俗易懂。如圖所示的PLC控制系統(tǒng)在單機(jī)控制體系中極為普片和典型，可以隨便選取一個(gè)類型。在電機(jī)控制系統(tǒng)中，已經(jīng)擁有明確的控制對(duì)象了，所以只要確定完成的系統(tǒng)的需求功能就可以了。I/O點(diǎn)數(shù)與存儲(chǔ)容量等參數(shù)的選用只要能夠符合系統(tǒng)的正常使用就可以了。輸入/輸出控制對(duì)象圖3.5單機(jī)控制集中控制系統(tǒng)集中控制系統(tǒng)是選擇一個(gè)性能較為強(qiáng)大得PLC同時(shí)查驗(yàn)許多設(shè)備，從而構(gòu)成中央集成式計(jì)算機(jī)控制體系。如圖所示，為了統(tǒng)一，每個(gè)聯(lián)鎖設(shè)備之間的接觸關(guān)系，操作是由中央PLC控制。能夠知道單機(jī)控制系統(tǒng)相對(duì)于集中控制系統(tǒng)要昂貴很多。然而在集中控制系統(tǒng)里必需改動(dòng)某個(gè)控制對(duì)象它的控制程序，總PLC就需要關(guān)閉，這樣剩余的控制對(duì)象也就一定需要停止進(jìn)行工作了；當(dāng)控制對(duì)象的場(chǎng)所相距相對(duì)遠(yuǎn)的時(shí)候，就需要大批的電纜線，會(huì)形成經(jīng)濟(jì)上的負(fù)擔(dān)；利于順應(yīng)控制系統(tǒng)的一些變化，當(dāng)使用集中控制系統(tǒng)的時(shí)候一定要把I/O點(diǎn)數(shù)與存儲(chǔ)器容量選用大一點(diǎn)，以方便以后增加控制對(duì)象時(shí)能夠正常使用。PLC輸入/輸出控制對(duì)象控制對(duì)象控制對(duì)象圖3.6集中控制系統(tǒng)分散控制系統(tǒng)分散控制系統(tǒng)如下圖，每個(gè)控制對(duì)象都會(huì)連接著個(gè)PLC，每臺(tái)PLC之間能夠進(jìn)行內(nèi)部連鎖、發(fā)令、與響應(yīng)等利用信號(hào)傳送，上位機(jī)可以利用數(shù)據(jù)通信總線進(jìn)行通信。當(dāng)很多生產(chǎn)線的時(shí)候，對(duì)這些生產(chǎn)線進(jìn)行相應(yīng)控制時(shí)一般利用分散控制系統(tǒng)。各自的PLC控制著所對(duì)應(yīng)連接著的控制對(duì)象，它們之間能夠通過(guò)數(shù)據(jù)了；聯(lián)系，假如有一臺(tái)PLC出現(xiàn)運(yùn)轉(zhuǎn)上的問(wèn)題，其余生產(chǎn)線上不需要停止工作可以正常運(yùn)行。隨著PLC的性能改善更迅速，PLC一般控制的基本任務(wù)，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)連接，PLC是一種重要的發(fā)展方向是分散控制系統(tǒng)結(jié)合和過(guò)程控制。和集中控制系統(tǒng)相比較，分散控制系統(tǒng)在可靠性上大為提高。當(dāng)I/O點(diǎn)相同時(shí)，分散控制系統(tǒng)所花費(fèi)的費(fèi)用會(huì)比較的高，因?yàn)樗玫腜LC偏多，但從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，分散控制系統(tǒng)方便維修維護(hù)，生產(chǎn)因故障而停轉(zhuǎn)率較低及增加控制對(duì)象這些情況，它的靈敏性與適用性比較高，總成本校對(duì)較為劃算。遠(yuǎn)程I/O控制系統(tǒng)一個(gè)特殊的情況下的遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)實(shí)際上是屬于集中控制系統(tǒng)。遠(yuǎn)程I/O控制系統(tǒng)就是I/O模塊位于被控對(duì)象的周圍，不適合PLC放在一塊，他們之間利用一段長(zhǎng)的電纜連接。遠(yuǎn)程I/O通道和PLC之間是經(jīng)過(guò)同軸電纜傳遞信息。不同廠家生產(chǎn)的PLC同軸電纜的長(zhǎng)度可能不一樣，所以要依靠控制系統(tǒng)的需求來(lái)選用。系統(tǒng)的主要功能是遠(yuǎn)程I/O的用于遠(yuǎn)程控制室和控制對(duì)象之間的遠(yuǎn)遠(yuǎn)地方對(duì)象的距離，和分散度判定控制的I/O控制數(shù)對(duì)通道，接線的方式。同時(shí)還受所選PLC的驅(qū)動(dòng)能力的限制。全集成自動(dòng)化系統(tǒng)西門子1997提出“全集成自動(dòng)化”的概念，這一全新的概念包含了很多的理論知識(shí)和實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)生產(chǎn)線的生產(chǎn)方式的革命性的解決方案。在加工廠間，以S7系列PLC為核心的TIA技術(shù)更能完成最多產(chǎn)量，更能帶來(lái)更多的利潤(rùn)。通過(guò)運(yùn)用TIA概念來(lái)設(shè)計(jì)的S7系列的PLC具有更為強(qiáng)大的控制功能、IT服務(wù)功能、網(wǎng)絡(luò)通信功能；具有維護(hù)更為方便、方便遠(yuǎn)程診斷、帶電熱插拔等優(yōu)良功能。3.5.2鋼管測(cè)長(zhǎng)系統(tǒng)的配置S7-300PLC硬件構(gòu)成圖3.7S7300型PLCS7-300PLC為一款中小型的可編程序的模塊式的控制器?？删幊绦蚩刂破魇窃趯?dǎo)軌上緊密的將CPU模塊、I/O模塊等安裝在一起。其中模塊與模塊間的通信是利用背部U型總線來(lái)解決。S7-300系列能夠選取模塊類型如下:PS(電源模塊)―――轉(zhuǎn)化模塊，轉(zhuǎn)化市電以解決PLC系統(tǒng)供電問(wèn)題化成。CPU模塊――――PLC的中心模塊，保存且運(yùn)行用戶程序，完成某中類別的通信，為背部U型總線供應(yīng)DC5v的電源。IM(接口模塊)――用來(lái)連接不同導(dǎo)軌之間的總線。SM（信號(hào)模塊）――連接輸出/輸入信號(hào)，可分開(kāi)關(guān)量（DI）模塊、模擬量輸入（AI）模塊、開(kāi)關(guān)量輸入（DO）模塊、模擬量輸入(AO)模塊。FM（功能模塊）――實(shí)現(xiàn)特殊功能，如：點(diǎn)控制、高速計(jì)數(shù)、閉環(huán)控制。CP（通信處理器――聯(lián)網(wǎng)接口，可以作PROFIBUS網(wǎng)、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接、工業(yè)以太網(wǎng)等連接。圖3.8S7300模塊硬件配置CPU的選用集成了PROFIBUS-DP與MPI通訊接口的CPU315-2DP，它當(dāng)作總站，其PROFIBUS接口通過(guò)總線和傳動(dòng)系統(tǒng)中得稱量二次儀表均作為從站以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊；MPI接口與監(jiān)控計(jì)算機(jī)與操作員面板通過(guò)MPI總線實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸；CPU的主機(jī)架(CR)與擴(kuò)展機(jī)架（ER）之間的連接是通過(guò)IM365接口模板完成的。因?yàn)樾枰?jì)算尾數(shù)長(zhǎng)度，所以該P(yáng)LC系統(tǒng)需要配置了一臺(tái)高速計(jì)算器模塊（FM350-2），；為了檢測(cè)確定步進(jìn)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)位置，需要裝配了一塊位置信號(hào)輸入模塊（SM338POS）,、SSI絕對(duì)值編碼器信號(hào)的輸入；配置一塊模擬量輸出模塊SM332-AO412.用作步進(jìn)電機(jī)的控制。配置了16點(diǎn)24VDC數(shù)字輸入模塊8塊，其中2塊采用輸入延時(shí)可調(diào)的中斷輸入模塊，用作單元長(zhǎng)度檢測(cè)信號(hào)的輸入；配置16點(diǎn)24VDC0.5A數(shù)字輸出模塊5塊，它們直接驅(qū)動(dòng)著信號(hào)燈，通過(guò)繼電器驅(qū)動(dòng)著接觸器與電磁閥。全部PLC模塊全部是一塊PS3075A電源模塊進(jìn)行供電。PLC所配置的I/O點(diǎn)余量不能低于15%。鋼管檢測(cè)計(jì)算機(jī)采用高性能工業(yè)PC機(jī)，其中主要配置CPUP42.1G，DDR512M，HD80G,配光驅(qū)、17”液晶顯示器、一臺(tái)激光打印機(jī)。操作面板選用TP170A型觸摸式面板，用于安裝在操作箱上。3.5.3鋼管測(cè)長(zhǎng)控制系統(tǒng)測(cè)長(zhǎng)控制系統(tǒng)介紹由上可知，幾單元數(shù)長(zhǎng)度光電檢測(cè)開(kāi)關(guān)距離間隔1m，總共裝有9套。以檢測(cè)PLC作為全長(zhǎng)檢測(cè)測(cè)系統(tǒng)得核心，其中PLC型號(hào)為PROFIBUS-DP型。選取圖爾克公司的5820優(yōu)選型增量編碼器來(lái)測(cè)量尾數(shù)長(zhǎng)度。和推桿位移成正比的脈沖信號(hào)輸入到PLC高速計(jì)數(shù)器中；自/手動(dòng)方式的選擇、被測(cè)鋼管是否抵達(dá)測(cè)長(zhǎng)工位位置檢測(cè)與氣壓推桿起始位置接近信號(hào)全部接到PLC數(shù)字輸入口。在系統(tǒng)中，和計(jì)數(shù)單元數(shù)長(zhǎng)度相關(guān)的光點(diǎn)位置檢測(cè)開(kāi)關(guān)選用的都是SICK公司對(duì)射式激光源光電開(kāi)關(guān)，是為了提高測(cè)量精度。它具有很高的辨別度；將所得信號(hào)全部輸入PLC中斷式數(shù)字量輸入口，是為了提高PLC對(duì)計(jì)數(shù)單元數(shù)長(zhǎng)度信號(hào)處理速度；PLC數(shù)字輸出口發(fā)出信號(hào)以控制推桿的推、停。人機(jī)界面PLC旋轉(zhuǎn)編碼器推桿裝置測(cè)長(zhǎng)工位接近開(kāi)關(guān)初始位置接近開(kāi)關(guān)步進(jìn)裝置基準(zhǔn)位置光電開(kāi)關(guān)光電檢測(cè)開(kāi)關(guān)圖3.9PLC結(jié)構(gòu)圖氣壓推桿裝置控制為了降低推桿啟動(dòng)、加速、減速、停止時(shí)鋼管對(duì)機(jī)械底座的沖擊，氣缸推桿的運(yùn)動(dòng)速度要求可調(diào)。所以，推桿裝置的硬件裝置只要有:比例放大器、PLC控制器、形成開(kāi)關(guān)、接近開(kāi)關(guān)、比例方向閥等組成。其中，氣缸的啟、停以及相關(guān)速度的控制需要通用比例方向閥和比例放大器來(lái)實(shí)現(xiàn)。程序邏輯控制PLC，在其數(shù)字量輸出口發(fā)出信號(hào)使推桿開(kāi)始運(yùn)動(dòng)，比例放大器會(huì)執(zhí)行所設(shè)定好的的程序來(lái)控制氣缸的運(yùn)動(dòng)。使系統(tǒng)更為簡(jiǎn)潔、節(jié)約了PLC接口端。 步進(jìn)裝置的控制1）工藝要求步進(jìn)裝置為曲柄連桿、擺動(dòng)機(jī)構(gòu)、三管四工位與滑動(dòng)副組成。它的活用軌跡是呈長(zhǎng)方形，在水平方向的距離是500mm，在豎直方向上在300mm。為了降低步進(jìn)梁在抬放鋼坯時(shí)對(duì)底座的沖擊，學(xué)要對(duì)步進(jìn)梁的運(yùn)行速度進(jìn)行控制。因此，利用PLC控制步進(jìn)機(jī)構(gòu)，對(duì)步進(jìn)機(jī)構(gòu)的位移量的檢測(cè)，選用與齒輪齒條相連的旋轉(zhuǎn)編碼器與高速計(jì)數(shù)模塊，并且為了使其滿足Q-V運(yùn)動(dòng)曲線，還要調(diào)整相關(guān)模塊的輸入數(shù)值，以控制步進(jìn)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)速度，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)管坯的輕放輕拿的目的，使機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，提高設(shè)備裝備水平。2）步進(jìn)系統(tǒng)的組成步進(jìn)裝置PLC控制系統(tǒng)是由一臺(tái)西門子可編程序控制器和位置檢測(cè)編碼器組成的。PLC是由一塊S7-300系列CPU315-2DP模塊、PS307系列電源模塊5A、5塊16點(diǎn)24VDC數(shù)字輸出模塊、8塊16點(diǎn)24VDC開(kāi)關(guān)量輸入模塊、 2塊220V繼電器輸出模塊、一塊模擬量輸出模塊SM332，一塊高數(shù)計(jì)數(shù)模塊FM350-1，一塊位置信號(hào)輸入模塊SM338POS組成。鋼管測(cè)長(zhǎng)程序設(shè)計(jì) 測(cè)長(zhǎng)系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)測(cè)長(zhǎng)程序的設(shè)計(jì)首先需要判斷鋼管的長(zhǎng)度范圍。管是由進(jìn)料裝置測(cè)試發(fā)送到監(jiān)測(cè)站，根據(jù)管被阻塞的光電開(kāi)關(guān)組測(cè)試的數(shù)量多少，傳送到PLC控制系統(tǒng)。從而管得出長(zhǎng)度范圍。鋼管自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)采用了9對(duì)光電開(kāi)關(guān)，如下圖所示是其狀二維制碼對(duì)應(yīng)的長(zhǎng)度范圍和狀態(tài)值;表1-2長(zhǎng)度范圍和狀態(tài)值長(zhǎng)度范圍/m12345676~700000007~810000008~91100000續(xù)表9~10111000010~11111100011~12111110012~131111110一旦測(cè)量完成之后，PLC會(huì)控制著氣缸回缸，退回。當(dāng)控制計(jì)算機(jī)檢測(cè)到位置傳感器發(fā)出的氣缸退位的信號(hào)后，會(huì)在顯示器上顯示“鋼管管號(hào)請(qǐng)輸入”的字樣，當(dāng)人工輸入后，這根被測(cè)鋼管的管號(hào)與所得測(cè)長(zhǎng)結(jié)果軟件報(bào)表中自動(dòng)生成。開(kāi)始開(kāi)始輸入基礎(chǔ)數(shù)字輸入基礎(chǔ)數(shù)字檢測(cè)長(zhǎng)度范圍檢測(cè)長(zhǎng)度范圍到下一對(duì)光電開(kāi)關(guān)檢測(cè)光電開(kāi)關(guān)和位移傳感器到下一對(duì)光電開(kāi)關(guān)檢測(cè)光電開(kāi)關(guān)和位移傳感器NY輸入開(kāi)關(guān)量到PLC位移記錄值輸入開(kāi)關(guān)量到PLC位移記錄值計(jì)算鋼管長(zhǎng)度計(jì)算鋼管長(zhǎng)度氣缸退到位氣缸退到位NY存儲(chǔ)罐號(hào)和長(zhǎng)度生成表存儲(chǔ)罐號(hào)和長(zhǎng)度生成表打印報(bào)表打印報(bào)表NY打印報(bào)表打印報(bào)表結(jié)束結(jié)束圖3.10測(cè)長(zhǎng)程序流程圖鋼管測(cè)長(zhǎng)程序結(jié)構(gòu)PLC一般采用模塊化設(shè)計(jì)是為了方便實(shí)現(xiàn)多種組合設(shè)備間的控制，避免采用一般的線性結(jié)構(gòu)，減少軟件設(shè)計(jì)和調(diào)試的工作量，使整個(gè)程序?qū)哟胃臃置鳌Ｕ麄€(gè)程序是通過(guò)主控制程序OB1控制的并且依次調(diào)用相關(guān)的功能塊。其中，功能塊是按照被控對(duì)象的控制功能進(jìn)行編程并且進(jìn)行區(qū)別的，一個(gè)功能塊可以被重復(fù)調(diào)用，當(dāng)被控對(duì)象的控制功能相同時(shí)可調(diào)用。分析不同設(shè)備進(jìn)行分析，進(jìn)行信號(hào)的相關(guān)程序編輯，控制特點(diǎn)不同、工位的功能不同所需程序信號(hào)也就不同，編制出來(lái)的功能塊功能也就不相同。各功能塊之間的關(guān)系如圖所示： FC200FM353工作模式選擇程序 FC6報(bào)警及面板燈程序FC7步進(jìn)梁始終及其電機(jī)終止保護(hù)程序FC9各工位到位傳感器采集程序FC0FC10自動(dòng)測(cè)長(zhǎng)程序OB1FC101手動(dòng)程序主控程序FC1 FC50步進(jìn)梁自動(dòng)程序FC2FC3FC4FC103手動(dòng)程序圖3.11PLC程序各功能組成圖（1）OB1作為主控制程序，可以調(diào)用子程序模塊；用于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)、手動(dòng)模塊切換（2）OB82I/O是一個(gè)診斷中斷組織塊，F(xiàn)M353中斷處理（3）OB100是啟動(dòng)塊，初始化PLC的啟動(dòng)（4）FC0,FC1與DB1是FM450自帶模塊和數(shù)據(jù)塊，其用來(lái)計(jì)數(shù)；（5）FC2，F(xiàn)C3,FC4與DB2是FM453自帶模塊與數(shù)據(jù)塊，是用來(lái)完成伺服電機(jī)的定位；（6）FC6為采集模塊；用作采集警報(bào)與面板燈信號(hào)；（7）FC9是采集各工位鋼管信號(hào)；（8）FC7保護(hù)步進(jìn)梁的終止及其電機(jī)的始終；（9）FC10自動(dòng)測(cè)長(zhǎng)程序，進(jìn)行對(duì)編碼器的計(jì)數(shù)與光電開(kāi)關(guān)信號(hào)的采集；（10）FC50為步進(jìn)梁自動(dòng)程序；（11）FC100自動(dòng)程序，調(diào)用步進(jìn)梁程序，測(cè)長(zhǎng)的相關(guān)程序；（12）FC51為步進(jìn)梁點(diǎn)動(dòng)程序；（13）FC200是模型選擇程序組FM353共定位，用于自動(dòng)，手動(dòng)實(shí)現(xiàn)伺服電機(jī)，復(fù)位模式選擇；（14）FC101為人工手動(dòng)調(diào)試程序，可以調(diào)用FC51步進(jìn)梁點(diǎn)動(dòng)程序。步進(jìn)梁裝置控制程序整個(gè)系統(tǒng)控制程序包括上料系統(tǒng)和步進(jìn)梁控制系統(tǒng)、氣壓控制系統(tǒng)。根據(jù)氣壓系統(tǒng)上的相關(guān)檢測(cè)元件，把系統(tǒng)壓力，氣壓等信號(hào)傳送到PLC中，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的控制和警報(bào)功能；上料系統(tǒng)是由分鋼機(jī)、鏈?zhǔn)綑C(jī)、輥道組成；步梁控制系統(tǒng)是由手動(dòng)、自動(dòng)控制組成，其中，自動(dòng)控制還包括正/逆循環(huán)控制系統(tǒng)。自動(dòng)控制順序流程圖如圖所示;系統(tǒng)配置了1塊位置信號(hào)輸入模塊（SM338POS），是為了檢測(cè)步進(jìn)機(jī)構(gòu)運(yùn)行的位置。為了能夠?qū)崿F(xiàn)輕拿輕放，安裝兩個(gè)脈沖編碼器在步進(jìn)機(jī)構(gòu)中，來(lái)分別檢測(cè)步進(jìn)梁的水平移動(dòng)距離與垂直運(yùn)動(dòng)高度。步進(jìn)梁升降的時(shí)候步進(jìn)機(jī)構(gòu)是呈曲線狀的運(yùn)動(dòng)軌跡，但氣缸只能在一個(gè)方向上做直線運(yùn)動(dòng)，所以，要根據(jù)編碼器轉(zhuǎn)角α轉(zhuǎn)化氣缸的行程距離，在進(jìn)一步的轉(zhuǎn)化步進(jìn)機(jī)構(gòu)升降到各點(diǎn)的脈沖數(shù)n=37.5α （37.5在升降時(shí)編碼器沒(méi)轉(zhuǎn)一度會(huì)產(chǎn)生37.5個(gè)脈沖數(shù)）；當(dāng)步進(jìn)機(jī)構(gòu)平移時(shí)，氣缸的行程會(huì)直接的對(duì)應(yīng)著編碼器的轉(zhuǎn)角，氣缸每運(yùn)動(dòng)1mm，編碼器就會(huì)產(chǎn)生10.24個(gè)脈沖。由此可以計(jì)算得到步進(jìn)機(jī)構(gòu)平移到個(gè)點(diǎn)處的脈沖數(shù)。3.6精度的提高3.6.1精度控制與改善措施根據(jù)查閱各種的學(xué)術(shù)資料和現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)的情況相結(jié)合起來(lái)可以的出：托輥、編碼器、推桿機(jī)、光電開(kāi)關(guān)都會(huì)出現(xiàn)一些情況會(huì)使測(cè)長(zhǎng)數(shù)據(jù)出現(xiàn)誤差。托輥的影響及改善措施在本系統(tǒng)里，我們的輥道選用是阻尼托輥?？梢允贡粶y(cè)鋼管在被推桿推動(dòng)時(shí)較為平穩(wěn)的運(yùn)動(dòng)。另外，改變被測(cè)鋼管在輥道上阻力大小可以通過(guò)改變阻尼托輥的阻尼來(lái)改變。但當(dāng)在測(cè)量被測(cè)鋼管的尾數(shù)長(zhǎng)度的時(shí)候，若被測(cè)鋼管得頭部推桿推動(dòng)鋼管部分的頭部時(shí)脫離時(shí)，就是造成測(cè)量誤差。如果實(shí)際生產(chǎn)中電極的負(fù)載增加，過(guò)高的阻尼，但也增加了軋輥磨損阻尼；鋼管會(huì)因慣性而滑動(dòng)。所以，在滿足需求時(shí)，盡量將阻尼調(diào)小一點(diǎn)，并且及時(shí)更換磨損的阻尼托輥。編碼器的影響與改善措施當(dāng)推桿推動(dòng)這被測(cè)鋼管在測(cè)量系統(tǒng)中進(jìn)行直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，旋轉(zhuǎn)編碼器通過(guò)連接在推桿上的齒條連接著齒輪進(jìn)行同步旋轉(zhuǎn)。讀取PLC脈沖編碼器通過(guò)PC機(jī)測(cè)量管長(zhǎng)度的尾數(shù)。齒輪齒條之間的機(jī)械誤差和安裝誤差都能夠?qū)е戮幋a器脈沖信號(hào)和推桿行程之間的誤差；編碼器分辨率也可能會(huì)造成測(cè)量精度誤差，若沒(méi)轉(zhuǎn)輸?shù)拿}沖數(shù)過(guò)少，則代表每個(gè)脈沖數(shù)所對(duì)應(yīng)的推桿位移變大。所以，齒輪、齒條在選用的時(shí)候就要合理，要嚴(yán)格保證其加工精度，在成品安裝的時(shí)后還要嚴(yán)格地保證安裝誤差。選取編碼器，要根據(jù)其分辨率和所要求測(cè)長(zhǎng)精度要求相結(jié)合。同時(shí)，因?yàn)榫幋a器的輸出頻率比較高，所以PLC應(yīng)專門采用高速計(jì)數(shù)模塊。推桿機(jī)的推頭產(chǎn)生的誤差與減少方法推桿機(jī)推動(dòng)測(cè)量頂管機(jī)將更加頻繁和被測(cè)鋼管靠近一端的推桿機(jī)發(fā)生碰撞，這將導(dǎo)致一些錯(cuò)誤，因?yàn)樵谝欢伍L(zhǎng)時(shí)間的機(jī)械變形產(chǎn)生碰撞的推桿表面。在緩沖板推并保持一定的距離間隔的測(cè)量基準(zhǔn)位置的初始位置和推桿之間，墊推慢管接觸后可測(cè)量長(zhǎng)可以減少測(cè)量誤差。測(cè)長(zhǎng)光電開(kāi)關(guān)的影響與改善方法光電開(kāi)關(guān)的放置位置對(duì)測(cè)長(zhǎng)精度的影響人工在安裝光電開(kāi)關(guān)時(shí)會(huì)存在一定的誤差，但這誤差對(duì)測(cè)量長(zhǎng)度的結(jié)果影響是單向的，且是恒值不變的。2）光電傳感器安裝的地方對(duì)精度產(chǎn)生的影響在安裝光電開(kāi)關(guān)時(shí)，需要反復(fù)調(diào)整光電傳感器，確保1mm之內(nèi)的誤差每對(duì)光電開(kāi)關(guān)的安裝誤差，并且還要保證開(kāi)關(guān)對(duì)之間的距離。但是，在實(shí)際中因?yàn)闄C(jī)械結(jié)構(gòu)等原因不能將其安裝在理論上的位置。就會(huì)導(dǎo)致誤差。通過(guò)改變軟件里的光電開(kāi)關(guān)的數(shù)據(jù)位置，進(jìn)行相關(guān)的設(shè)置補(bǔ)償通過(guò)PLC與上位機(jī)WINCC軟件。并選用標(biāo)準(zhǔn)鋼管不斷進(jìn)行校準(zhǔn)。3）測(cè)長(zhǎng)光電開(kāi)關(guān)的本身特性會(huì)對(duì)測(cè)長(zhǎng)精度有影響光電開(kāi)關(guān)阻止信號(hào)輸出之間的延遲時(shí)間，記作T。這種延遲與推頭速度相結(jié)合起來(lái)會(huì)形成很大的測(cè)量誤差。設(shè)推桿推頭的速度為V，則形成的誤差為T*V，這些誤差會(huì)影響到尾數(shù)計(jì)數(shù)。降低上述產(chǎn)生的誤差可以通過(guò)采用降低t與降低v。降低t，可以選用比較細(xì)的激光束，以降低激光束與鋼管之間的接觸時(shí)間，可以考慮選用延時(shí)時(shí)間短的光電開(kāi)關(guān)。降低V就是降低推頭速度，能夠選用變頻調(diào)速的方式來(lái)調(diào)節(jié)氣缸的的速度。該系統(tǒng)采用變頻調(diào)速方式、速度控制較為容易；采用阻尼托輥有效的對(duì)鋼管進(jìn)行了減速控制；采用了細(xì)光束的光電開(kāi)關(guān)與推桿機(jī)推桿直線運(yùn)動(dòng)同步的旋轉(zhuǎn)編碼器是測(cè)量的結(jié)果更為準(zhǔn)確。4結(jié)論與展望隨著現(xiàn)代化的快速建設(shè)，鋼產(chǎn)品已經(jīng)在我們生活中占據(jù)重要的一席之地。無(wú)論是在日常生活，還是在各種建設(shè)；鋼在各種領(lǐng)域都需要。而鋼管在鋼中也占據(jù)著重要的一席。鋼管的生產(chǎn)工藝比較復(fù)雜、對(duì)設(shè)備的要求比較精細(xì)、控制要求相對(duì)較高。而鋼管測(cè)廠更是鋼管在生產(chǎn)中的一個(gè)重要指標(biāo)。提高生產(chǎn)率效率，加強(qiáng)和國(guó)際接軌，使產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)到最好是這次研究的目的所在。1）在本設(shè)計(jì)中才用的是串行工位設(shè)計(jì)，占用的地方相對(duì)較少。結(jié)合生產(chǎn)廠間狹長(zhǎng)的空間，比較適合狹長(zhǎng)的地方。可以合理用地，節(jié)約空間。2)本設(shè)計(jì)中采取了各種有效的方法來(lái)降低各種可能出現(xiàn)的誤差，確保了測(cè)長(zhǎng)的精度。比如對(duì)輥道的選取設(shè)計(jì)、對(duì)光電開(kāi)關(guān)的選取與安裝擺放、對(duì)推桿推頭的處理等等都是為了保障測(cè)長(zhǎng)的精度，跳過(guò)產(chǎn)品的合格率。3）在此設(shè)計(jì)中，對(duì)PLC的控制系統(tǒng)有比較嚴(yán)格的要求，因?yàn)檫@是本次設(shè)計(jì)系統(tǒng)里的一個(gè)比較重要環(huán)節(jié)。4）為了滿足公司生產(chǎn)線上的要求，我們的PLC設(shè)計(jì)是根據(jù)PLC硬件的特點(diǎn)進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)。按照每個(gè)工位功能上的差異以及其必要的交流信號(hào)，我們每站的PLC程序設(shè)計(jì)過(guò)程中，數(shù)據(jù)信號(hào)，控制信號(hào)，PLC與PC通信的時(shí)序，并與設(shè)計(jì)進(jìn)行比較。而且我們還作了現(xiàn)場(chǎng)的調(diào)試，解決了很多之前沒(méi)有注意到的但卻有比較大影響的一些問(wèn)題。5）對(duì)控制界面上的設(shè)計(jì)、各功能塊的設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)等上位機(jī)控制程序的設(shè)計(jì)思想采用的是面向?qū)ο蟮姆椒ā?）為了改善工作人員的工作條件，我們采用操作簡(jiǎn)便、抗干擾能力強(qiáng)、自動(dòng)化程度高的控制系統(tǒng)。7）本次設(shè)計(jì)里采用的是氣動(dòng)系統(tǒng)，因