高速护栏成型机控制系统设计开题报告.docx
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高速护栏成型机控制系统设计开题报告
电信学院毕业设计（论文）开题报告
姓名
张昌
专业
电气工程及其自动化
班级
电力系统（5）班
学号
08230531
指导教师
党存禄、梁磊
题目类型
工程设计
题目
高速护栏成型机控制系统设计
1、选题背景及依据（简述题目的技术背景和设计依据，说明选题目的、意义，列出主要参考文献）
1毕业设计（论文）的技术背景和设计依据
近年来，随着国内高速公路建设的飞速发展，安全护栏市场不断扩大，但由于产品在我国的生产和使用时间较短，产品标准不规范，生产厂家对该产品的性能、技术参数、生产工艺掌握各不相同，致使这一产品的质量良莠不齐。
传统的高速护栏成型机生产线采用继电器控制，其设计复杂，接线繁琐，易受干扰，从而存在可靠性差，故障多，维修难等问题。
为解决这些问题，采用PLC和变频器完成控制系统实现其功能。
高速护栏成型机主要有开卷机、校平机、冲孔机、冲中孔机、成型主机、成型剪切装置、液压站、成品托架等几部分组成。
2毕业设计（论文）的任务
（1）熟悉题目要求，查阅相关科技文献
（2）熟悉高速护栏成型机的设备构成，主要是要检测的变量和被控对象
（3）熟悉S7—200变频器和触摸屏
（4）系统方案设计（包括方案论证与确定、技术经济分析等内容）
（5）系统设计，硬件和软件设计（其中包括理论分析、设计计算、试验及数据处理、传感器件选择、编程与系统参数设计等）
（6）撰写设计说明书（毕业论文），绘制图纸
（7）指定内容的外文资料翻译
3毕业设计（论文）的主要参考文献和技术资料
⑴张顺生，高速护栏板在线冲孔连续成型生产线设计[J].轧钢，1998.6
⑵[日]小奈弘，张继英译.冷弯成型技术[M].化学工业出版社，2007
⑶张卫国.交流伺服系统在货架冷弯成型生产线上的应用[J].焊管，2005.6
⑷梁静.变频器工业应用策略[J].电气开关，2008.1
⑸赵显红.触摸屏与PLC在捻线机自动控制系统中的应用[J].可编程控制器与工厂自动化，2008.10
⑹马秀坤等.S7-200PLC与数字调速系统的原理与应用[M].国防工业出版社，2009
⑺http:
/，中国自动化网
⑻刘建清.从零开始学电气控制与PLC技术[M].国防工业出版社，2006
⑼http:
/，中国工控网
⑽范永胜.电气控制与PLC应用[M].中国电力出版社，2007
二、主要设计（研究）内容、设计（研究）思想、解决的关键问题、拟采用的技术方案及工作流程
1系统设计概述
目前国内己有几十套高速公路护栏板生产机组.，但大多由冷弯机组或焊管机组改制而成，为非专用机组，因此产品质量不稳定，劳动强度大，重复劳动多，生产率低下。
南京轧钢总厂是多年生产护栏板的厂家之一，其生产程序是:
上卷→开卷→校平→剪切→码垛，然后送至冲床前，单张两端冲孔后再运至165mm焊管机旁，.单张喂入生产:
这种方式消耗.大，定尺率、成材率不高，尤其是卷板存在稍许镰刀弯时即无法生产或产品出现严重的孔偏离料扭曲现象。
由于是单张生产，产品质量难以保证。
而且在同一台165mm焊管机组，还需生产其他品种管材、护栏板立柱，造成更换品种时费工费时，故急需一条专用在线冲孔连续成型高速公路护栏板生产线。
2控制系统原理及控制方式
2.1该系统由四部分组成，即人机界面（触摸屏）、PLC、变频调速系统、传感检测。
主控程序只有几百K，触摸屏与PLC相连，通过数据线发送位置或速度命令，设定PID调节参数，并进行数模（D/A）转换，通过该变化的模拟量速度指令（OV一+lOV），经过变频器进行内部运算驱动控制交流异步电动机。
通过交流异步电机轴端装有的增量式光电码盘或与被动测量辊相连接的增量式光电码盘提供反馈信号（A,B,IN脉冲）来完成定位控制系统的位置反馈，组成一个半闭环控制系统或闭环控制系统。
一般将测长反馈光电码盘与被动测量辊连接，便于安装和避免机械部件振动或变形以及板材的相对打滑，对位置控制系统产生的误差或其他不利影响。
位置反馈环中传感元件—增量式光电编码器将运动构件实时的位移（或转角）变化量以A,B相差分脉冲形式长线传输到现场控制站（PC机或相应的电路转换板中）中进行编码器脉冲计数，以获得数字化位置信息和计算得到的速度信息、位置信息等。
主控PLC给定位置与实际位置（即反馈到的位置）的偏差后，根据偏差范围采取相应的PID控制策略，将数字控制作用经数模转换变成模拟控制电压，并输出给变频器进行速度和位置控制，完成期望值的定位
3系统的硬件组成
I）PLC组成模块对于测长系统，特别要求PLC的输人点的响应时间短，指令运行快，这样才会有高的精度。
系统选用了三菱FX2N系列PLC、模拟量模块FX2DA，具有可靠性高、抗于扰能力强、模块化结构设计等优点。
2）高速计数模块高速一计数模块是PLC的一个扩展模块，用来对脉冲编码器输出的脉冲信号进行计数，由于编码器的输出频率很高，所以对应的计数模块也要有足够高的计数频率。
系统选用的一计数模块是功能模块F'M350一I，它可接受单相、两相、AB相脉冲，双向计数，32位;且允许最高计数频率为20OkHz。
3）变频器变频器可以对交流电动机进行调速控制，要求其调速范围广、输出平滑性好、能很好地实现异步电动机的无级调速、方便地进行恒转矩调速和恒功率调速等。
本设计采用中达电通公司的VFD-075B43A型变频器。
具有自动转矩补偿和滑差补偿的功能，传感器矢量控制白动电机参数测定，PG速度环精确速度控制，能较容易地得到高起动转矩与较高的调速范围，能最大限度地提高电机功率因数和效率，同时降低了电机运行损耗，实现平稳操作和精确控制。
4）脉冲编码器板材的运动会带动与它接触的编码器轮的转动，从而带动脉冲编码器的旋转，通过接收脉冲编码器输出的信号就可以从中计算出板材运动的距离。
这样，选择编码器时要以系统允许的精度出发。
选用的欧姆龙E6B2一CWZ6C增量型编码器，它的工作电压为DC12一30V，最高响应频率为100kHz，输出有一A,A及B，或A及B及Z方向，输出方式有集电极开路输出、电压输出及线性驱动器输出。
5）光电传感器到位传感器负责检测钢板的到位，只有当到位传感器检测板材到位，并把到位信号传给PLC后，整个测长系统才能开始运行。
对于检测，一般选用光电式的传感器。
光电传感器的最大检测跟离为500mm,最小可检测的物体<7mm.其供电电源DC10一30V，最大反应时间为lms
6）上位机PC及通信模块。
上位机通过RS485总线与PLC通信，对系统的状态进行实时监控。
_仁位机监控软件稳定可靠，界面友好，操作简单。
4冲孔、冷弯成型工艺的确定
生产高速公路护栏板可采用连续辊压成型，也可采用冲床冲压成型。
护栏板的长度多为4320mm，少量为3320mm等，一般连续变形适于大规模生产，钢带在连续排列的机组中逐步变形，可加工制造形状标准、尺寸精确、定尺较大的大批量产品。
不但减少工序、节省能源，也可提高成材率，比冲压法具有很大的优越性，因此国外先进机组多采用这种方式，这种在线连续冲孔、辊压冷弯成型是一条线作业，经冷弯成型后由数控冲模剪剪切成标准的护栏板。
其工艺流程为:
开卷机→矫平机→剪切机→焊接台→料尾夹送辊→地坑活套→夹送测速辊→冲床冲孔→地坑活套→成型主机→土耳其矫正头→冲模剪或飞锯→输送道→收集台架，见图11
采用这种成型工艺的困难在于冲孔冲床冲世位置的准确性及累积误差的消除和成型后冲模剪剪切定尺的精确度。
为此，采用机械强制定尺方法，即在冲模剪上固定可调节长度的横拉杆，横拉杆前端设有固定挡板，模剪的剪切面与固定挡板之间的间距即为定尺长度，亦称机械硬定尺。
由于成型产品的断面较大，原料较厚，则产品的刚性较好。
当成型产品超过模剪抵达定尺挡板时，因模剪与定尺挡板为一休，则成型产品推动模剪小车同时向前运动，液压系统开始剪切，剪切后护栏板落在高速运转的输送辊道上并决速冲向收集台架，剪切油缸抬起，模剪小车回复原位，开始下二次动作。
固定尺长度固定不变，则定尺精度较高。
5高速护栏定位的实现方式
剪切护栏所处的位置，需由电机旋转所发出的脉冲个数来反映。
脉冲的发生一般由旋转编码器完成，也就是说，在琉璃瓦剪切成型的PLC控制中，可以使用旋转编码器测取板材运行过程中所处的实际位置，从而确定理想的换速点。
旋转编码器的输出信号送给变频器PG速度卡，由速度卡将其转换成与实际转速相对应的数字信号，再送到变频器内部进行速度控制，同时将两相脉冲分频后（分频的程度可以设置）作为脉冲的监视输出，输人到PIC中，利用PLC内部高速计数器进行脉冲采集，通过程序运算，确定瓦件的位置。
为提高检测位置的精度，应选用每转脉冲数较多的旋转编码器，一般选1000（脉冲/旋转）以上的产品。
要保证瓦件的位置精度和换速距离的要求，每个脉冲对应的位移（计数精度）《=0.2mm/脉冲。
为了减少输人到PLC高速计数器的计数脉冲频率，要对旋转编码器的输出脉冲进行分频。
频率值必须小于高速计数器的脉冲响应速度，否则将出现脉冲丢失。
对于二二菱FXZN一64M'T型PLC，其内部高速计数器的脉冲响应速度为SkIIz,因此，经上述分频处理后，旋转编码器的分辨率可以满足系统的要求。
6控制系统流程图
按下
Y
N
3、毕业设计（论文）工作进度安排
设计内容
周次
日期
完成情况
导师签字
熟悉设计题目及要求
1
查阅相关技术资料，英文资料翻译
2
熟悉冷弯成型设备、检测变量和被控对象
3
熟悉S7-200、变频器和触摸屏
4
设计方案的比较与选择
5
完善硬件电路设计
6
软件设计
7
软件设计
8
编写程序
9
上机调试程序
10
绘制电路图和软件流程图
11
写论文，准备答辩
12
指导
教师
意见
指导教师签字___________
年月日
院系
毕业
设计
领导
小组
审核
意见
系主任___________教学院长___________
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