本科毕业钢管磨削生产线PLC论文.docx

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本科毕业钢管磨削生产线PLC论文

钢管磨削生产线PLC软件设计

摘要

目录

摘要．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．1

Abstract．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．2

第一章绪论

1．1钢管的生产流程

1．2课题的研究目的与意义

1．2．1修磨工艺

1．2．2贯穿磨削法

1．2．3钢管修磨生产线的工作流程

第二章西门子PLC与STEP7编程

2．1可编程控制器

2．1．1PLC的结构与特点

2．1．2西门子PLC

2．1．3PLC的应用

2．2STEP7编程软件

2．2．1PLC软件系统及常用编程语言

2．2．2STEP7编程软件的使用

2．2．3用户程序的基本结构

第三章钢管磨削生产线PLC软件的设计

第四章STEP7的通信

第五章结论

参考文献

附录一

致谢

第一章绪论

钢管生产技术的发展开始于自行车制造业的兴起。

19世纪初是由的开发，两次世界大战期间舰船、锅炉、飞机的制造，第二次世界大战后火电过路的制造，化学工业的发展以及石油天然气的钻采和运输等，都有力地推动着钢管工业在品种、产量和质量上的发展。

1.1钢管生产流程

钢管不仅用于输送流体和粉状固体、交换热能、制造机械零件和容器，它还是一种经济钢材。

用钢管制造建筑结构网架、支柱和机械支架，可以减轻重量，节省金属20～40%，而且可实现工厂化机械化施工。

（天津钢管公司加工车间由于采用了钢管网架结构，实际节约钢材达42.9%），用钢管制造公路桥梁不但可节省钢材、简化施工，而且可大大减少涂保护层的面积，节约投资和维护费用。

所以，任何其他类型的钢材都不能完全代替钢管，但钢管可以代替部分型材和棒材。

钢管对国民经济发展和人类生活品质的提高关系甚大，远胜于其他钢材。

从人们的日常用具、家具、供排水、供气、通风和采暖设施到各种农机用具的制造、地下资源的开发、国防和航天所用枪炮、子弹、导弹、火箭等都离不开钢管。

由于钢管与人类生活、生产活动密不可分，钢管工业的生产技术不仅发展迅速，而且推陈出新，钢管生产在钢铁工业中占有不可替代的位置。

钢管与圆钢等实心钢材相比，在抗弯抗扭强度相同时，重量较轻，是一种经济截面钢材，广泛用于制造结构件和机械零件，如石油钻杆、汽车传动轴、自行车架以及建筑施工中用的钢脚手架等。

由于在周长相等的条件下，圆面积最大，用圆形管可以输送更多的流体。

此外，圆环截面在承受内部或外部径向压力时，受力较均匀，因此，绝大多数钢管是圆管。

工业管的工艺流程：

管坯——检验——剥皮——检验——加热——穿孔——酸洗——修磨——润滑风干——焊头——冷拔——固溶处理——酸洗——酸洗钝化——检验

无缝管加工流程：

开卷——平整——端部剪切及焊接——活套——成形——焊接——内外焊珠去除——预校正——感应热处理——定径及校直——涡流检测——切断——水压检查——酸洗——最终检查——包装

钢管精整工序包括：

矫直、切（锯）钢管头尾、锯（切）分段、取样、检查、修磨、切（锯）废品管段、喷印标记、包装以及有特殊要求的热处理、无损检测、液压试验及涂层等。

各种钢管的精整和加工工序如图1.1：

图1.1

该课题研究的主要内容就是钢管精整工序中的工艺流程中的修磨生产线PLC软件设计。

1.2课题研究的目的与意义

表面不合格的钢管必须进行修磨，外表面多采用砂轮机修磨，内表面采用磨床修磨。

钢管检查的机械化和自动化是提高轧管机组生产率的关键工序之一，创建钢管检查和修磨的自动化生产线是钢管自动化亟待解决的问题。

1．2．1修磨工艺

磨削加工在机械制造行业中应用比较广泛，经热处理淬火的碳素工具钢和渗碳淬火钢零件，在磨削是与磨削方向基本垂直的表面常常出现大量的较规则排列的裂纹——磨削裂纹，他不但影响零件的外观，更重要的还会直接影响零件的质量。

磨削是指用磨料，磨具切除工件上多余材料的加工方法，根据工艺目的和要求不同，磨削加工工艺方法有多种形式，为了适应发展需要，磨削技术朝着精密，低粗糙度，高效，高速和自动磨削方向发展。

磨削利用高速旋转的砂轮等磨具加工工件表面的切削加工。

磨削用于加工各种工件的内外圆柱面、圆锥面和平面，以及螺纹、齿轮和花键等特殊、复杂的成形表面。

由于磨粒的硬度很高，磨具具有自锐性，磨削可以用于加工各种材料，包括淬硬钢、高强度合金钢、硬质合金、玻璃、陶瓷和大理石等高硬度金属和非金属材料。

磨削速度是指砂轮线速度，一般为30～35米／秒，超过45米/秒时称为高速磨削。

磨削通常用于半精加工和精加工，精度可达IT8～5甚至更高，表面粗糙度一般磨削为Ra1.25～0.16微米，精密磨削为Ra0.16～0.04微米，超精密磨削为Ra0.04～0.01微米,镜面磨削可达Ra0.01微米以下。

磨削的比功率（或称比能耗，即切除单位体积工件材料所消耗的能量）比一般切削大，金属切除率比一般切削小，故在磨削之前工件通常都先经过其他切削方法去除大部分加工余量，仅留0.1～1毫米或更小的磨削余量。

随着缓进给磨削、高速磨削等高效率磨削的发展，已能从毛坯直接把零件磨削成形。

也有用磨削作为荒加工的，如磨除铸件的浇冒口、锻件的飞边和钢锭的外皮等。

修磨工艺分中间修磨和成品修磨两种。

中间修磨也称粗磨，主要是对热轧产品经热带退火酸洗后的带卷（俗称白卷）进入冷轧工艺前进行表面缺陷的修整，为获得较高的表面质量创造条件，同时还可以减少带钢表面的缺陷因而损伤轧辊，一般情况下，在进行粗磨前，先对带钢进行一道小压下量的轧制，约10%的变形，以改善板型。

而成品修磨，即精磨，主要是提高或改善经冷轧，冷带退火酸洗或者是光亮退火后的成品钢卷的表面质量，比如消除带钢表面的夹杂物，凹坑，花纹等各种缺陷，从而得到表面等级较高的带钢产品。

而钢管修磨工艺是修磨工艺中的精磨即成品修磨。

磨削工艺按照加工表面来分分为：

外圆磨削、内圆磨削、平面磨削、无心磨削。

1.外圆磨削

主要在外圆磨床上进行，用以磨削轴类工件的外圆柱、外圆锥和轴肩端面。

磨削时，工件低速旋转，如果工件同时作纵向往复移动并在纵向移动的每次单行程或双行程后砂轮相对工件作横向进给，称为纵向磨削法。

如果砂轮宽度大于被磨削表面的长度，则工件在磨削过程中不作纵向移动，而是砂轮相对工件连续进行横向进给，称为切入磨削法。

一般切入磨削法效率高于纵向磨削法。

如果将砂轮修整成成形面，切入磨削法可加工成形的表面。

2.内圆磨削

主要用于在内圆磨床、万能外圆磨床和坐标磨床上磨削工件的圆柱孔、圆锥孔和孔端面。

一般采用纵向磨削法。

磨削成形内表面时，可采用切入磨削法。

在坐标磨床上磨削内孔时，工件固定在工作台上，砂轮除作高速旋转外，还绕所磨孔的中心线作行星运动。

内圆磨削时,由于砂轮直径小,磨削速度常常低于30米/秒。

3.平面磨削

主要用于在平面磨床上磨削平面、沟槽等。

平面磨削有两种：

用砂轮外圆表面磨削的称为周边磨削，一般使用卧轴平面磨床,如用成形砂轮也可加工各种成形面；用砂轮端面磨削的称为端面磨削，一般使用立轴平面磨床。

4.无心磨削

一般在无心磨床上进行，用以磨削工件外圆。

磨削时，工件不用顶尖定心和支承，而是放在砂轮与导轮之间，由其下方的托板支承，并由导轮带动旋转。

当导轮轴线与砂轮轴线调整成斜交1°～6°时，工件能边旋转边自动沿轴向作纵向进给运动，这称为贯穿磨削。

贯穿磨削只能用于磨削外圆柱面。

采用切入式无心磨削时，须把导轮轴线与砂轮轴线调整成互相平行，使工件支承在托板上不作轴向移动，砂轮相对导轮连续作横向进给。

切入式无心磨削可加工成形面。

无心磨削也可用于内圆磨削，加工时工件外圆支承在滚轮或支承块上定心，并用偏心电磁吸力环带动工件旋转，砂轮伸入孔内进行磨削，此时外圆作为定位基准，可保证内圆与外圆同心。

无心内圆磨削常用于在轴承环专用磨床上磨削轴承环内沟道。

1．2．2贯穿磨削法

图1.2图1.3所示为贯穿磨削法的工作原理图。

贯穿磨削时，将工件2从机床前面放在托板4上，进入磨削区域后，工件一面旋转一面作轴向运动。

磨削完毕后，由机床后端出去，另一个工件又从机床前端推入磨削区域。

这样可以一件接一件的连续加工。

图1.2贯穿磨削法工作原理图

1－砂轮　2－工件　3－导轮　4－托板

图1．3贯穿磨削法工作原理剖面图

1－砂轮　2－工件　3－导轮　4－托板

工件轴向移动的原因是由于导轮3的中心线在垂直平面内倾斜了一个角度α，因此导轮与工件接触处的线速度可以分解为水平方向的分速度和竖直方向的线速度。

1．2．3钢管修磨生产线的工作流程

在所研究的钢管修磨生产线上有91个托辊装配部件、10个输入翻板部件、4个主动托辊装配部件、1个托辊角度调整传动系统、10个分管器、2个分管器座、1个分管器驱动装置、1个输入压轮布置与下压机构、3个修磨机压轮与底座装配部件、3个辅助压轮、3个过渡压轮装配部件、1个输出压轮布置与下压机构、10个输出翻板部件、12个拉杆连接器、1个推拉汽缸、1个保护墙、1个托辊角度调整机构、1个输入翻板制动器、1个输出翻板制动器、1个机座装配。

当钢管经过酸洗之后进入钢管修磨生产线时，首先由输入翻板将钢管翻入修磨生产线上，由于托辊与钢管之间有一个角度α当托辊被电机带动旋转时钢管将一边旋转一边沿轴向做纵向给进运动。

钢管进入修磨工位后，输入压轮（1#、2#、3#压轮）压下对钢管径向施加约束，压住管子作旋转前进。

当进入修磨机压轮（4#、5#、6#压轮）时压轮压下对钢管管端位置进行约束，提升装置将钢管提升到固定的中心线后待修磨。

此时砂轮修磨头（1#、2#砂轮修磨头）或砂带修磨头（3#砂带修磨头）自动下降对管子进行修磨，钢管到达指定位置后，修磨汽缸动作，使砂轮压在钢管表面，开始对钢管进行修磨，修磨长度结束后，修磨汽缸打开。

钢管进入辅助压轮（1#、2#、3#辅助压轮）时，辅助压轮自动下降，压住管子。

钢管修磨后进入过渡压轮（7#压轮，由于生产线过长过渡压轮的作用是防止钢管脱落生产线），过渡压轮压下，压住管子做旋转前进。

钢管进入输出压轮（8#、9#、10#压轮），输出压轮自动下降，压住管子做旋转前进直至出料台架。

在此过程中当管子尾端离开输出压轮时输出压轮自动抬起，离开管子；当尾端离开修磨机压轮时修磨机压轮自动抬起，离开管子；当尾端离开砂轮修磨头或砂带修磨头时砂轮修磨头或砂轮修磨带自动抬起，离开管子；当尾端离开辅助压轮时辅助压轮自动抬起，离开管子；当尾端离开过渡压轮时过渡压轮自动抬起，离开管子；当尾端离开输出压轮时输出压轮自动抬起，离开管子。

进入出料台架后输出翻板动作将钢管翻进料筐或将管子拨到皮带式辊道上将管子送入探伤机组进行复探。

本课题研究的就是这一生产线上所有动作的PLC软件设计过程，主要应用西门子PLC通过STEP7软件进行设计。

第二章西门子PLC与STEP7编程

钢管磨削生产线的采用西门子SIMATICS7-300PLC控制，用西门子STEP7软件创建可编程逻辑控制程序。

2.1可编程控制器

可编程控制器是指可通过编程或软件配置改变控制对策的控制器。

可编程控制器简称PC（英文全称：

ProgrammableController），它经历了可编程序控矩阵制器PMC、可编程序顺序控制器PSC、可编程序逻辑控制器PLC（英文全称：

ProgrammableLogicController）和可编程序控制器PC几个不同时期。

为与个人计算机（PC）相区别，所以将可编程控制器简称PLC。

国际电工委员会（IEC）对PLC的定义是：

“PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。

它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。

PLC及