3935 自動(dòng)控制液壓板料剪切生產(chǎn)線設(shè)計(jì)—液壓系統(tǒng)和泵站設(shè)計(jì)、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
3935 自動(dòng)控制液壓板料剪切生產(chǎn)線設(shè)計(jì)—液壓系統(tǒng)和泵站設(shè)計(jì)、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì),自動(dòng)控制,液壓,板料,剪切,生產(chǎn)線,設(shè)計(jì),系統(tǒng),以及,泵站,控制系統(tǒng)
畢業(yè)設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告題目名稱： 自動(dòng)控制液壓板料生產(chǎn)線控制系統(tǒng) 院系名稱： 機(jī) 電 學(xué) 院 班 級(jí)： 機(jī) 自 072 學(xué) 號(hào)： 200700314210 學(xué)生姓名： 王 楠 翔 指導(dǎo)教師： 樊 瑞 2011 年 03 月中原工學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告 11．本課題所涉及的內(nèi)容國(guó)內(nèi)(外)研究現(xiàn)狀綜述板材廠生產(chǎn)的幅寬成卷鋼板一般需要經(jīng)過(guò)校平和分剪, 才能成為最終產(chǎn)品提供給客戶使用，因此鋼板校平剪板機(jī)是鋼板廠和板材倉(cāng)庫(kù)重要的生產(chǎn)設(shè)備。鋼板卷材整平剪切機(jī)可以對(duì)冷軋板、熱軋板、不銹鋼板、鍍鋅板、彩涂板等卷料進(jìn)行整平橫切成標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格的板材, 在一些機(jī)動(dòng)車配件廠、金屬餐具廠、軋鋼廠、型材廠及電器行業(yè)等具有廣闊的應(yīng)用價(jià)值。針對(duì)傳統(tǒng)鋼板校平剪板機(jī)存在的生產(chǎn)效率和剪切定位精度低的問(wèn)題，我研究基于 PLC成卷鋼板校平剪板機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)。就目前而言，對(duì)低端設(shè)備而言，傳統(tǒng)方法一般采用直流調(diào)速系統(tǒng)，實(shí)施方案的缺點(diǎn)是：系統(tǒng)笨重、耗電量大、調(diào)試復(fù)雜、維護(hù)成本高；在定位控制方式方面，一般采用讀取行程開(kāi)關(guān)信號(hào)后通過(guò)預(yù)減速配合氣壓制動(dòng)的定位方式, 剪切效率很低, 誤差較大。而對(duì)高端設(shè)備，一般采用直流伺服技術(shù)，雖然精度和效率得以保證，但價(jià)格非常昂貴，產(chǎn)品性能價(jià)格比難以令人滿意。基于以上原因，控制系統(tǒng)我采用了，變頻器，PLC，編碼器，組成的伺服控制系統(tǒng)。2．本課題有待解決的主要關(guān)鍵問(wèn)題1) 精確控制剪切板料的長(zhǎng)度。2) 送料機(jī)與校平機(jī)的速度。3) 防止板材在接料過(guò)程中卷曲。中原工學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告 23．對(duì)課題要求及預(yù)期目標(biāo)的可行性分析 (包括解決關(guān)鍵問(wèn)題技術(shù)和所需條件兩方面)本課題的的關(guān)鍵問(wèn)題：a) 剪板長(zhǎng)度的高精度要求b) 送料機(jī)與校平機(jī)的速度。c) 防止板材在接料過(guò)程中卷曲。圖 1.自動(dòng)剪板機(jī)控制系統(tǒng)圖解決方案：1) 剪板長(zhǎng)度的高精度定位，長(zhǎng)度定位采用編碼器與校平送料滾軸直連方式以實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確測(cè)量。校平機(jī)由減速電機(jī)驅(qū)動(dòng)，用電磁抱閘強(qiáng)制克服鋼材運(yùn)動(dòng)的慣性以利于被加工對(duì)象的準(zhǔn)確定位。2) 在送料機(jī)與校平機(jī)之間采用挖地坑的方法實(shí)現(xiàn)緩沖，如送料機(jī)以 16m/s的速度送料，校平機(jī)以 2m為一塊板切割，則要求留足 2m的余量。若挖 3m長(zhǎng)，2m 深的地坑，剛好可以滿足 2m的余量滿足速度匹配。但實(shí)際鋼板是不可能拉到水平的，也不能接觸到地坑底部，因此在地坑底部適當(dāng)位置加裝一對(duì)光電開(kāi)關(guān)，檢測(cè)越限信號(hào)，只要超限就啟動(dòng)送料機(jī)，這樣就可以滿足工藝要求。3) 接料機(jī)構(gòu)做成可升降式，每接十張，接料機(jī)構(gòu)下降一定的高度。4．完成本課題的工作計(jì)劃及進(jìn)度安排第 1-2周 畢業(yè)實(shí)習(xí)第 3周 方案論證，確定方案，完成調(diào)研報(bào)告、開(kāi)題報(bào)告、外文翻譯第 4-10周 玻璃制品液壓壓機(jī)均勻震蕩部分、液壓系統(tǒng)、液壓泵站、總體裝置的設(shè)計(jì)第 11-12周 主要零件的設(shè)計(jì)，撰寫設(shè)計(jì)說(shuō)明書第 13周 審查設(shè)計(jì)、完善文件、準(zhǔn)備答辯PLC 變頻器 電動(dòng)機(jī)編碼器中原工學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告 35．指導(dǎo)教師審閱意見(jiàn)指導(dǎo)教師(簽字)： 年 月 日6．指導(dǎo)小組意見(jiàn)中原工學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告 4指導(dǎo)小組組長(zhǎng)(簽字)： 年 月 日說(shuō)明：1. 本報(bào)告前 4項(xiàng)內(nèi)容由承擔(dān)畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))課題任務(wù)的學(xué)生獨(dú)立撰寫；2. 本報(bào)告必須在第八學(xué)期開(kāi)學(xué)兩周內(nèi)交指導(dǎo)教師審閱并提出修改意見(jiàn)；3. 學(xué)生須在小組內(nèi)進(jìn)行報(bào)告，并進(jìn)行討論；本報(bào)告作為指導(dǎo)教師、畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))指導(dǎo)小組審查學(xué)生能否承擔(dān)該畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)課題和是否按時(shí)完成進(jìn)度的檢查依據(jù)，并接受學(xué)校的抽查。畢業(yè)設(shè)計(jì)論文題目名稱：自動(dòng)控制液壓板料剪切生產(chǎn)線設(shè)計(jì)——液壓系統(tǒng)和泵站設(shè)計(jì)、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 院系名稱： 機(jī)電學(xué)院 班 級(jí)： 機(jī)自 072 班 學(xué) 號(hào)： 200700314210 學(xué)生姓名： 王楠翔 指導(dǎo)教師： 樊 瑞 2011 年 05 月中原工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 說(shuō)明書1摘要板材廠生產(chǎn)的幅寬成卷鋼板一般需要經(jīng)過(guò)校平和分剪, 才能成為最終產(chǎn)品提供給客戶使用，因此鋼板校平剪板機(jī)是鋼板廠和板材倉(cāng)庫(kù)重要的生產(chǎn)設(shè)備。鋼板卷材整平剪切機(jī)可以對(duì)冷軋板、熱軋板、不銹鋼板、鍍鋅板、彩涂板等卷料進(jìn)行整平橫切成標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格的板材, 在一些機(jī)動(dòng)車配件廠、金屬餐具廠、軋鋼廠、型材廠及電器行業(yè)等具有廣闊的應(yīng)用價(jià)值。針對(duì)傳統(tǒng)鋼板校平剪板機(jī)存在的生產(chǎn)效率和剪切定位精度低的問(wèn)題，我研究基于 PLC 成卷鋼板校平剪板機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)。就目前而言，對(duì)低端設(shè)備而言，傳統(tǒng)方法一般采用直流調(diào)速系統(tǒng)，實(shí)施方案的缺點(diǎn)是：系統(tǒng)笨重、耗電量大、調(diào)試復(fù)雜、維護(hù)成本高；在定位控制方式方面，一般采用讀取行程開(kāi)關(guān)信號(hào)后通過(guò)預(yù)減速配合氣壓制動(dòng)的定位方式, 剪切效率很低, 誤差較大。而對(duì)高端設(shè)備，一般采用直流伺服技術(shù)，雖然精度和效率得以保證，但價(jià)格非常昂貴，產(chǎn)品性能價(jià)格比難以令人滿意。中原工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 說(shuō)明書2AbstractThe width of sheet metal factory steel rolls to go through smoothing and sub-normal shear in order to become final products to customers, thus leveling plate steel mills and plate shears are important production equipment warehouse. Steel coil leveling shearing machine can be cold-rolled plate, hot plate, stainless steel plate, galvanized plate, color coated coil, etc. to cross into the standard leveling plate, in a number of motor vehicle parts factory, metal Tableware plant, rolling mills, profile plant and electrical industries have broad application. Leveling plate shears for the existence of traditional production efficiency and cut the problem of low accuracy, my research is based on PLC leveling plate shears rolls automatic control system.For now, on the low-end equipment, traditional methods generally use DC drive system, the implementation of the program's weaknesses are: the system bulky and power consumption, debugging complex, high maintenance costs; in terms of positioning control, the general reading Limit switch signal obtained by pre-positioning gear means with the air brake, shearing efficiency is very low, errors. While the high-end equipment, the general DC servo technology, although the accuracy and efficiency can be guaranteed, but the price is very expensive, product cost performance not satisfactory.中原工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 說(shuō)明書3引言 ............................................................................................................5第 1 章 液壓泵站設(shè)計(jì) ..............................................................................61.1 制定基本方案和繪制液壓系統(tǒng)圖 ...............................................................61.1.1 制定基本方案 .......................................................................................61.2 液壓元件的選擇與專用件設(shè)計(jì) ...................................................................71.2.1 液壓泵的選型。 ...................................................................................71.2.2 電動(dòng)機(jī)的選擇 ......................................................................................71.2.3 液壓閥的選擇 ......................................................................................81.2.4 空氣濾清器的選擇 ..............................................................................91.2.5 冷卻器的選擇 ......................................................................................91.3 設(shè)計(jì)液壓裝置，編制計(jì)數(shù)文件 .................................................................101.3.1 液壓裝置總體布局 ............................................................................101.3.2 液壓閥的配置形式 ............................................................................101.3.3 集成塊的設(shè)計(jì) ....................................................................................101.4 油箱的設(shè)計(jì) .................................................................................................111.4.1 油箱的設(shè)計(jì)要點(diǎn) ................................................................................111.5 液壓泵站的組裝 .........................................................................................141.5.1、液壓元件檢查與要求 ......................................................................141.5.2、液壓元件的拆洗與測(cè)試 ..................................................................141.5.3.液壓元件和管道安裝 ........................................................................151.5.4 液壓泵站的使用與檢查 ..................................................................17第 2 章 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) ........................................................................182.1 概述 ...............................................................................................................182.1.1 系統(tǒng)簡(jiǎn)介 ............................................................................................182.1.2 系統(tǒng)功能分析系 ................................................................................202.1.3 PLC 控制系統(tǒng)的使用 .........................................................................202.2 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì) .........................................................................................212.2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu) ............................................................................................21中原工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 說(shuō)明書42.3 硬件系統(tǒng)配置 .............................................................................................222.3.1 PLC 的選型 .........................................................................................222.3.2 PLC 的 I/O 資源配置 .......................................................................232.3.3 其他資源配置 ..................................................................................242.3.4 其他 ..................................................................................................262.4 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì) .............................................................................................262.4.1 控制系統(tǒng)的計(jì)算 ..............................................................................282.4.2 程序 ..................................................................................................282.5 系統(tǒng)存在的問(wèn)題及解決方法 .......................................................................382.5.1 硬件問(wèn)題 ............................................................................................382.5.2 軟件的問(wèn)題 ........................................................................................38第 3 章 設(shè)計(jì)小結(jié) ....................................................................................38參考資料 ..................................................................................................39中原工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 說(shuō)明書5引言鋼板校平剪板機(jī)是鋼板廠和鋼材庫(kù)房的重要設(shè)備，鋼板卷材整平剪切機(jī)可以對(duì)冷軋板、熱軋板、不銹鋼板、鍍鋅板、彩涂板等卷料進(jìn)行整平橫切成標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格的板材, 在一些機(jī)動(dòng)車配件廠、金屬餐具廠、軋鋼廠、型材廠及電器行業(yè)等具有廣闊的應(yīng)用價(jià)值，但是傳統(tǒng)的剪板機(jī)在使用方面存在諸多問(wèn)題，針對(duì)傳統(tǒng)鋼板校平剪板機(jī)存在的生產(chǎn)效率和剪切定位精度低的問(wèn)題，研制了基于 PLC工控產(chǎn)品的成卷鋼板校平剪板機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠，生產(chǎn)效率高，控制精度高，維護(hù)使用方便。中原工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 說(shuō)明書6第 1 章 液壓泵站設(shè)計(jì)1.1 制定基本方案和繪制液壓系統(tǒng)圖1.1.1 制定基本方案（1） 制定調(diào)速方案液壓執(zhí)行元件確定之后，其運(yùn)動(dòng)方向和運(yùn)動(dòng)速度的控制是擬定液壓回路的核心問(wèn)題。方向控制用換向閥或邏輯控制單元來(lái)實(shí)現(xiàn)。對(duì)于一般中小流量的液壓系統(tǒng)，大多通過(guò)換向閥的有機(jī)組合實(shí)現(xiàn)所要求的動(dòng)作。對(duì)高壓大流量的液壓系統(tǒng)，現(xiàn)多采用插裝閥與先導(dǎo)控制閥的邏輯組合來(lái)實(shí)現(xiàn)。速度控制通過(guò)改變液壓執(zhí)行元件輸入或輸出的流量或者利用密封空間的容積變化來(lái)實(shí)現(xiàn)。相應(yīng)的調(diào)整方式有節(jié)流調(diào)速、容積調(diào)速以及二者的結(jié)合——容積節(jié)流調(diào)速。容積調(diào)速是靠改變液壓泵排量來(lái)達(dá)到調(diào)速的目的。其優(yōu)點(diǎn)是沒(méi)有溢流損失和節(jié)流損失，效率較高。但為了散熱和補(bǔ)充泄漏，需要有輔助泵。此種調(diào)速方式適用于功率大、運(yùn)動(dòng)速度高的液壓系統(tǒng)。容積節(jié)流調(diào)速一般是用變量泵供油，用流量控制閥調(diào)節(jié)輸入或輸出液壓執(zhí)行元件的流量，并使其供油量與需油量相適應(yīng)。此種調(diào)速回路效率也較高，速度穩(wěn)定性較好，但其結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。此系統(tǒng)調(diào)速的要求不是很高，綜上，選擇節(jié)流調(diào)速實(shí)現(xiàn)液壓回路的調(diào)速。（2）制定壓力控制方案液壓執(zhí)行元件工作時(shí)，要求系統(tǒng)保持一定的工作壓力或在一定壓力范圍內(nèi)工作，也有的需要多級(jí)或無(wú)級(jí)連續(xù)地調(diào)節(jié)壓力，一般在節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)中，通常由定量泵供油，用溢流閥調(diào)節(jié)所需壓力，并保持恒定。在容積調(diào)速系統(tǒng)中，用變量泵供油，用安全閥起安全保護(hù)作用。在有些液壓系統(tǒng)中，有時(shí)需要流量不大的高壓油，這時(shí)可考慮用增壓回路得到高壓，而不用單設(shè)高壓泵。液壓執(zhí)行元件在工作循環(huán)中，某段時(shí)間不需要供油，而又不便停泵的情況下，需考慮選擇卸荷回路。在系統(tǒng)的某個(gè)局部，工作壓力需低于主油源壓力時(shí)，要考慮采用減壓回路來(lái)獲得所需的工作壓力。設(shè)計(jì)采用在壓油路放置溢流閥來(lái)實(shí)現(xiàn)液壓回路壓力的控制。（3） 制定順序動(dòng)作方案中原工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 說(shuō)明書7此系統(tǒng)的各個(gè)液壓缸沒(méi)有順序動(dòng)作的要求。（4） 選擇液壓動(dòng)力源液壓系統(tǒng)的工作介質(zhì)完全由液壓源來(lái)提供，液壓源的核心是液壓泵。采用柱塞式變量泵容積式調(diào)速，液壓泵的供油量要大于系統(tǒng)的需油量，多余的油經(jīng)溢流閥流回油箱，溢流閥同時(shí)起到控制并穩(wěn)定油源壓力的作用。容積調(diào)速系統(tǒng)多數(shù)是用變量泵供油，用安全閥限定系統(tǒng)的最高壓力。為節(jié)省能源提高效率，液壓泵的供油量要盡量與系統(tǒng)所需流量相匹配。對(duì)在工作循環(huán)各階段中系統(tǒng)所需油量相差較大的情況，一般采用多泵供油或變量泵供油。對(duì)長(zhǎng)時(shí)間所需流量較小的情況，可增設(shè)蓄能器做輔助油源。油液的凈化裝置是液壓源中不可缺少的。一般泵的入口要裝有粗過(guò)濾器，進(jìn)入系統(tǒng)的油液根據(jù)被保護(hù)元件的要求，通過(guò)相應(yīng)的精過(guò)濾器再次過(guò)濾。為防止系統(tǒng)中雜質(zhì)流回油箱，可在回油路上設(shè)置磁性過(guò)濾器或其他型式的過(guò)濾器。根據(jù)液壓設(shè)備所處環(huán)境及對(duì)溫升的要求，還要考慮加熱、冷卻等措施。1.2 液壓元件的選擇與專用件設(shè)計(jì)1.2.1 液壓泵的選型。系統(tǒng)的最大壓力 10MP，最大流量 26L/min。由于此系統(tǒng)工作環(huán)境在室外，因此，液壓系統(tǒng)的抗污染要好，所以，初步選擇齒輪泵。根據(jù)壓力和流量，選擇 CBN-E310 型齒輪泵。此泵的參數(shù)如下：排量，10Ｌ/min；額定壓力：16MP 最高壓力：20MP容積效率：90% 驅(qū)動(dòng)功率：6.2KW選用電機(jī)的轉(zhuǎn)速：2880則泵的排量：10 X 2.88 X 90%=26L/min1.2.2 電動(dòng)機(jī)的選擇液壓泵的驅(qū)動(dòng)功率為 6.2kw,查手冊(cè)，選用電動(dòng)機(jī) Y2-132S2-2。電動(dòng)機(jī)得參數(shù)：額定功率：7.5KW 轉(zhuǎn)速：2900 轉(zhuǎn) 效率 87%中原工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 說(shuō)明書8計(jì)算得電動(dòng)機(jī)得實(shí)際功率，7.5 X 0.87=6.525。 因此該電機(jī)符合液壓泵。1.2.3 液壓閥的選擇1）閥的規(guī)格，根據(jù)系統(tǒng)的工作壓力和實(shí)際通過(guò)該閥的最大流量，選擇有定型產(chǎn)品的閥件。溢流閥按液壓泵的最大流量選取；選擇節(jié)流閥和調(diào)速閥時(shí)，要考慮最小穩(wěn)定流量應(yīng)滿足執(zhí)行機(jī)構(gòu)最低穩(wěn)定速度的要求。控制閥的流量一般要選得比實(shí)際通過(guò)的流量大一些，必要時(shí)也允許有20%以內(nèi)的短時(shí)間過(guò)流量。2）閥的型式，按安裝和操作方式選擇。根據(jù)系統(tǒng)的工作壓力和流量選擇：溢流閥的型（參數(shù)如下）：(1)名稱: 溢流閥公稱通徑/in: 6mm型號(hào): DBD-A-6-G調(diào)壓范圍/MPa: 2.5～40最大流量/Lmin^(-1): 50重量/kg: 5.0調(diào)速閥的型號(hào)（參數(shù)如下）：(2) 名稱: 2FRM10型調(diào)速閥型號(hào)|板式連接: 2FRM10通徑/mm: 10壓力/MPa: 31.5流量/Lmin^(-1): 50開(kāi)啟壓力/MPa: 0.15控制壓力/MPa: △p ≥1.6(3) 電磁換向閥型號(hào)（參數(shù)如下）：WE6通徑/mm: 6額定流量/Lmin^(-1): 60額定壓力／MPa: 31.5允許背壓／MPa: ＜6.3接通時(shí)間： 30ms中原工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 說(shuō)明書9斷開(kāi)時(shí)間： 20ms電壓: AC220V 50Hz；DC12V、24V允許電壓變動(dòng)范圍: 10％電磁鐵功耗(吸持時(shí)): AC：46W，DC：26W(4) 順序閥型號(hào)：DZ6DP輸入壓力（MP）：帶單向閥 《=21； 不帶單向閥：<=31.5輸出壓力（MP）：21.0背壓（MP）：<=16最大流量(L/min):60(5) 壓力表1.2.4 空氣濾清器的選擇選擇 EF 系列液壓空氣濾清器，一般選取泵流量的 1.5 倍故選型號(hào)為 EF5-65 流量為 45該產(chǎn)品把空氣過(guò)濾和加油過(guò)濾合為一體，簡(jiǎn)化了油箱的結(jié)構(gòu)，有利于油箱油液的凈化，維持油箱的壓力與大氣壓力的平衡。加油流量（L/min）: 47空氣流量（L/min）： 45油過(guò)濾面積（cm^2 ）: 400A: 190空氣過(guò)濾精度： 0.105油過(guò)濾精度： 125um(120 目/in) [可根據(jù)用戶要求]1.2.5 冷卻器的選擇熱交換量為 2326，流量為 29L/min。查表熱交換面積為 0.7故選用 2LQF4W 型冷卻器 ，熱交換面積為 0.7m^3其參數(shù)如下：設(shè)計(jì)壓力（MP）：1.6實(shí)驗(yàn)壓力（MP）：2.4設(shè)計(jì)溫度（C）： 100中原工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 說(shuō)明書10壓力降： <0.1重量（kg）：181.3 設(shè)計(jì)液壓裝置，編制計(jì)數(shù)文件1.3.1 液壓裝置總體布局液壓系統(tǒng)總體布局有集中式、分散式。集中式結(jié)構(gòu)是將整個(gè)設(shè)備液壓系統(tǒng)的油源、控制閥部分獨(dú)立設(shè)置于主機(jī)之外或安裝在地下，組成液壓站。如冷軋機(jī)、鍛壓機(jī)、電弧爐等有強(qiáng)烈熱源和煙塵污染的冶金設(shè)備，一般都是采用集中供油方式。分散式結(jié)構(gòu)是把液壓系統(tǒng)中液壓泵、控制調(diào)節(jié)裝置分別安裝在設(shè)備上適當(dāng)?shù)牡胤?。機(jī)床、工程機(jī)械等可移動(dòng)式設(shè)備一般都采用這種結(jié)構(gòu)。本設(shè)計(jì)采用液壓裝置的集中式布局1.3.2 液壓閥的配置形式1）板式配置 板式配置是把板式液壓元件用螺釘固定在平板上，板上鉆有與閥口對(duì)應(yīng)的孔，通過(guò)管接頭聯(lián)接油管而將各閥按系統(tǒng)圖接通。這種配置可根據(jù)需要靈活改變回路形式。液壓實(shí)驗(yàn)臺(tái)等普遍采用這種配置。2）集成式配置 目前液壓系統(tǒng)大多數(shù)都采用集成形式。它是將液壓閥件安裝在集成塊上，集成塊一方面起安裝底板作用，另一方面起內(nèi)部油路作用。這種配置結(jié)構(gòu)緊湊、安裝方便。1.3.3 集成塊的設(shè)計(jì)1）塊體結(jié)構(gòu) 集成塊的材料一般為鑄鐵或鍛鋼，低壓固定設(shè)備可用鑄鐵，高壓強(qiáng)振場(chǎng)合要用鍛鋼。塊體加工成正方體或長(zhǎng)方體。對(duì)于較簡(jiǎn)單的液壓系統(tǒng)，其閥件較少，可安裝在同一個(gè)集成塊上。如果液壓系統(tǒng)復(fù)雜，控制閥較多，就要采取多個(gè)集成塊疊積的形式。相互疊積的集成塊，上下面一般為疊積接合面，鉆有公共壓力油孔 P，公用回油孔 T，泄漏油孔 L 和 4 個(gè)用以疊積緊固的螺栓孔。P 孔，液壓泵輸出的壓力油經(jīng)調(diào)壓后進(jìn)入公用壓力油孔 P，作為供給各單元回路壓力油的公用油源。T 孔，各單元回路的回油均通到公用回油孔 T，流回到油箱。L 孔，各液壓閥的泄漏油，統(tǒng)一通過(guò)公用泄漏油孔流回油箱。中原工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 說(shuō)明書11集成塊的其余四個(gè)表面，一般后面接通液壓執(zhí)行元件的油管，另三個(gè)面用以安裝液壓閥。塊體內(nèi)部按系統(tǒng)圖的要求，鉆有溝通各閥的孔道。2）集成塊結(jié)構(gòu)尺寸的確定 外形尺寸要求滿足閥件的安裝，孔道布置及其他工藝要求。為減少工藝孔，縮短孔道長(zhǎng)度，閥的安裝位置要仔細(xì)考慮，使相通油孔盡量在同一水平面或是同一豎直面上。對(duì)于復(fù)雜的液壓系統(tǒng)，需要多個(gè)集成塊疊積時(shí)，一定要保證三個(gè)公用油孔的坐標(biāo)相同，使之疊積起來(lái)后形成三個(gè)主通道。各通油孔的內(nèi)徑要滿足允許流速的要求，具體參照本章 4.4 節(jié)確定孔徑。一般來(lái)說(shuō)，與閥直接相通的孔徑應(yīng)等于所裝閥的油孔通徑。油孔之間的壁厚 δ 不能太小，一方面防止使用過(guò)程中，由于油的壓力而擊穿，另一方面避免加工時(shí)，因油孔的偏斜而誤通。對(duì)于中低壓系統(tǒng)，δ 不得小于 5mm，高壓系統(tǒng)應(yīng)更大些。采取的液壓塊的基本尺寸分別為為：1、長(zhǎng)、寬、高分別為135,100,105；2、長(zhǎng)、寬、高分別為 135,100,100 ；3、長(zhǎng)、寬、高分別為135,100,115。1.4 油箱的設(shè)計(jì)油箱油箱在液壓系統(tǒng)中除了儲(chǔ)油外，還起著散熱、分離油液中的氣泡、沉淀雜質(zhì)等作用。油箱中安裝有很多輔件，如冷卻器、加熱器、空氣過(guò)濾器及液位計(jì)等油箱可分為開(kāi)式油箱和閉式油箱二種。開(kāi)式油箱，箱中液面與大氣相通，在油箱蓋上裝有空氣過(guò)濾器。開(kāi)式油箱結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝維護(hù)方便，液壓系統(tǒng)普遍采用這種形式。閉式油箱一般用于壓力油箱，內(nèi)充一定壓力的惰性氣體，充氣壓力可達(dá) 0.05MPa。如果按油箱的形狀來(lái)分，還可分為矩形油箱和圓罐形油箱。矩形油箱制造容易，箱上易于安放液壓器件，所以被廣泛采用；圓罐形油箱強(qiáng)度高，重量輕，易于清掃，但制造較難，占地空間較大，在大型冶金設(shè)備中經(jīng)常采用。1.4.1 油箱的設(shè)計(jì)要點(diǎn)設(shè)計(jì)油箱時(shí)應(yīng)考慮如下幾點(diǎn)。1）油箱必須有足夠大的容積。一方面盡可能地滿足散熱的要求，另一方面中原工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 說(shuō)明書12在液壓系統(tǒng)停止工作時(shí)應(yīng)能容納系統(tǒng)中的所有工作介質(zhì)；而工作時(shí)又能保持適當(dāng)?shù)囊何弧?）吸油管及回油管應(yīng)插入最低液面以下，以防止吸空和回油飛濺產(chǎn)生氣泡。管口與箱底、箱壁距離一般不小于管徑的 3 倍。吸油管可安裝 100μm 左右的網(wǎng)式或線隙式過(guò)濾器，安裝位置要便于裝卸和清洗過(guò)濾器?；赜凸芸谝鼻?45°角并面向箱壁，以防止回油沖擊油箱底部的沉積物，同時(shí)也有利于散熱。3）吸油管和回油管之間的距離要盡可能地遠(yuǎn)些，之間應(yīng)設(shè)置隔板，以加大液流循環(huán)的途徑，這樣能提高散熱、分離空氣及沉淀雜質(zhì)的效果。隔板高度為液面高度的 2/3～3/4。1—液位計(jì)；2—吸油管；3—空氣過(guò)濾器；4—回油管；5—側(cè)板；6—入孔蓋；7—放油塞；8—地腳；9—隔板；10—底板；11—吸油過(guò)濾器；12—蓋板；4）為了保持油液清潔，油箱應(yīng)有周邊密封的蓋板，蓋板上裝有空氣過(guò)濾器，注油及通氣一般都由一個(gè)空氣過(guò)濾器來(lái)完成。為便于放油和清理，箱底要有一定的斜度，并在最低處設(shè)置放油閥。對(duì)于不易開(kāi)蓋的油箱，要設(shè)置清洗孔，以便于油箱內(nèi)部的清理。5）油箱底部應(yīng)距地面 150mm 以上，以便于搬運(yùn)、放油和散熱。在油箱的適當(dāng)位置要設(shè)吊耳，以便吊運(yùn)，還要設(shè)置液位計(jì)，以監(jiān)視液位。6）對(duì)油箱內(nèi)表面的防腐處理要給予充分的注意。常用的方法有：① 酸洗后磷化。適用于所有介質(zhì)，但受酸洗磷化槽限制，油箱不能太大② 噴丸后直接涂防銹油。適用于一般礦物油和合成液壓油，不適合含水液壓液。因不受處理?xiàng)l件限制，大型油箱較多采用此方法。③ 噴砂后熱噴涂氧化鋁。適用于除水-乙二醇外的所有介質(zhì)。④ 噴砂后進(jìn)行噴塑。適用于所有介質(zhì)。但受烘干設(shè)備限制，油箱不能過(guò)考慮油箱內(nèi)表面的防腐處理時(shí)，不但要顧及與介質(zhì)的相容性，還要考慮處理后的可加工性、制造到投入使用之間的時(shí)間間隔以及經(jīng)濟(jì)性，條件允許時(shí)采用不銹鋼制油箱無(wú)疑是最理想的選擇。液壓泵站的油箱公稱容量系列（JB/T7938-1995） ，見(jiàn)表 1。表 1 油箱容量 JB/T7938-1995（L）4 6.310 25 40 63 100160中原工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 說(shuō)明書13250 3154005006308001000 12501600 2000 3150 4000 5000 6300 油箱容量與系統(tǒng)的流量有關(guān)，一般容量可取最大流量的 3～8 倍。另外，油箱容量大小可從散熱角度去設(shè)計(jì)。計(jì)算出系統(tǒng)發(fā)熱量與散熱量，再考慮冷卻器散熱后，從熱平衡角度計(jì)算出油箱容量。不設(shè)冷卻器、自然環(huán)境冷卻時(shí)計(jì)算油箱容量的方法如下。1）系統(tǒng)發(fā)熱量計(jì)算 在液壓系統(tǒng)中，凡系統(tǒng)中的損失都變成熱能散發(fā)出來(lái)。每一個(gè)周期中，每一個(gè)工況其效率不同，因此損失也不同。一個(gè)周期發(fā)熱的功率計(jì)算公式為式中 H——一個(gè)周期的平均發(fā)熱功率（W） ；T——一個(gè)周期時(shí)間（s） ；Ni——第 i 個(gè)工況的輸入功率（W） ；ηi——第 i 個(gè)工況的效率；ti——第 i 個(gè)工況持續(xù)時(shí)間（s） 。2）散熱量計(jì)算 當(dāng)忽略系統(tǒng)中其他地方的散熱，只考慮油箱散熱時(shí)，顯然系統(tǒng)的總發(fā)熱功率 H 全部由油箱散熱來(lái)考慮。這時(shí)油箱散熱面積 A 的計(jì)算公式為式中 A——油箱的散熱面積（m2） ；H——油箱需要散熱的熱功率（W） ；△t——油溫（一般以 55℃考慮）與周圍環(huán)境溫度的溫差（℃） ；K——散熱系數(shù)。與油箱周圍通風(fēng)條件的好壞而不同，通風(fēng)很差時(shí)K=8～9；良好時(shí) X=15～17.5；風(fēng)扇強(qiáng)行冷卻時(shí) K=20～23；強(qiáng)迫水冷時(shí)K=110～175。3）油箱容量的計(jì)算 設(shè)油箱長(zhǎng)、寬、高比值為 α：b：c，則邊長(zhǎng)分別為αl、bl、cl、時(shí)，l 的計(jì)算公式為式中 A——散熱面積（m2） 。根據(jù)所選取的柱塞泵可知液壓泵的最大流量為：25L/min則預(yù)算油箱的容積大概為液壓泵最大流量的 3 到 8 倍，即油箱的容積 V 不小于 75L中原工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 說(shuō)明書14油箱主要設(shè)計(jì)參數(shù)如圖 3 所示。一般油面的高度為油箱高 h 的 0.8 倍，與油直接接觸的表面算全散熱面，與油不直接接觸的表面算半散熱面，圖示油箱的有效容積和散熱面積分別為V=0.8αbh （50）A1=1.6h（α+b）+1.5αb （51）若 A1 求出，再根據(jù)結(jié)構(gòu)要求確定 α、b、h 的比例關(guān)系，即可確定油箱的主要結(jié)構(gòu)尺寸。如按散熱要求求出的油箱容積過(guò)大，遠(yuǎn)超出用油量的需要，且又受空間尺寸的限制，則應(yīng)適當(dāng)縮小油箱尺寸，增設(shè)其他散熱措施。根據(jù)以上基本要求以及便于液壓泵站上個(gè)元件的布置確定的油箱的基本尺寸為：a=850mm:b=490mm:h=360mm又油箱的厚度為 10mm則油箱的體積為：V=(a-20)*(b-20)*(h-20)油箱的油容積約為:V1=0.8*V1.5 液壓泵站的組裝1.5.1、液壓元件檢查與要求（1）液壓元件的檢查液壓元件的型號(hào)規(guī)格應(yīng)與元件清單上一致；生產(chǎn)日期不宜過(guò)早，否則其內(nèi)部密封件可能老化；各元件上的調(diào)節(jié)螺釘、手輪及其他配件應(yīng)完好無(wú)損；電磁閥的電磁鐵、壓力繼電器的內(nèi)置微動(dòng)開(kāi)關(guān)及電接觸式壓力表內(nèi)的開(kāi)關(guān)等應(yīng)工作正常；元件及安裝底板或油路塊的安裝面應(yīng)平整，其溝槽不應(yīng)有飛邊、毛刺、棱角，不應(yīng)有磕碰凹痕，油口內(nèi)部應(yīng)清潔；油路塊的工藝空封堵螺塞或球漲等堵頭應(yīng)齊全并連接密封良好；油箱內(nèi)部不能有銹蝕，通氣過(guò)濾器、液位計(jì)等油箱附件應(yīng)并全，安裝前應(yīng)清洗干凈。（2）管件的檢查油管的材質(zhì)、牌號(hào)、通徑、厚度、壁厚和接頭的型號(hào)規(guī)格及加工質(zhì)量均應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求及有關(guān)規(guī)定。金屬材質(zhì)油管的內(nèi)外壁不得有腐蝕和傷口裂痕，表面凹入或有剝離層和結(jié)疤；軟管（膠管和塑料管）的生產(chǎn)日期不得過(guò)久。管接中原工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 說(shuō)明書15頭的螺紋、密封圈的溝槽棱角不得有傷痕、毛刺或斷絲扣等現(xiàn)象；接頭體與螺母配合不的松動(dòng)或卡澀。1.5.2、液壓元件的拆洗與測(cè)試 液壓元件一般不宜隨便拆開(kāi)，但對(duì)于內(nèi)部污染或生產(chǎn)、庫(kù)存時(shí)間過(guò)久，密封件可能自然老化的液壓元件則應(yīng)根據(jù)情況進(jìn)行拆洗和測(cè)試。（1）拆洗拆洗液壓元件必須在熟悉其構(gòu)造、組成和工作原理的基礎(chǔ)上進(jìn)行。元件拆開(kāi)時(shí)建議對(duì)各零件拆下的次序進(jìn)行紀(jì)錄，以便拆息結(jié)束組裝時(shí)正確、順利的安裝。清洗時(shí)，一般應(yīng)先用潔凈的煤油清洗，再用液壓系統(tǒng)中的工作油液清洗。不符合要求的零件和密封件必須更換。組裝時(shí)要特別注意不使個(gè)零件被再次污染和異物落入元件內(nèi)部。此外，油箱、油路板及油路塊的通油孔道也必須嚴(yán)格清洗并妥善保管。（2）測(cè)試經(jīng)拆洗的液壓元件應(yīng)盡可能進(jìn)行試驗(yàn)，一些主要液壓元件的測(cè)試項(xiàng)目見(jiàn)表1。測(cè)試元件均應(yīng)達(dá)到規(guī)定的技術(shù)指標(biāo)，測(cè)試后應(yīng)妥善保管，以防再次污染。表 1 液壓元件拆息后的測(cè)試項(xiàng)目元件名稱 測(cè)試項(xiàng)目液壓泵 額定壓力、流量下的容積效率先導(dǎo)式溢流閥 調(diào)壓狀況，啟閉壓力，外泄漏三位四通換向閥 換向狀況；壓力損失；內(nèi)、外泄漏液控單向閥 壓力損失；內(nèi)、外泄漏1.5.3.液壓元件和管道安裝1. 液壓元件的安裝（1）液壓泵的安裝液壓泵與原動(dòng)機(jī)、液壓馬達(dá)與其拖動(dòng)的主機(jī)工作機(jī)構(gòu)間的同軸度偏差在0.1㎜以內(nèi)，軸線間的傾角不得大于 1°；不得用敲擊方式安裝聯(lián)軸器。（2）液壓控制閥的安裝方向閥一般應(yīng)保持軸線水平安裝；各油口處的密封圈在安裝后應(yīng)有一定壓縮量以防泄漏；固定螺釘應(yīng)均勻擰緊（勿用錘子敲打或強(qiáng)行扳擰） ，不要擰偏，中原工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 說(shuō)明書16最后使罰的安裝平面與底板或油路塊安裝平面全部接觸。2. 管道安裝在液壓系統(tǒng)中，管道的主要作用是傳輸載能工作介質(zhì)。一般應(yīng)在所連接的設(shè)備及各液壓裝置部件、元件等組裝、固定完畢后再進(jìn)行管道安裝。安裝管道時(shí)應(yīng)特別注意防振、防漏問(wèn)題。（1）管道敷設(shè)管道敷設(shè)應(yīng)變預(yù)裝拆和維護(hù)，并不妨礙生產(chǎn)人員行走及機(jī)電設(shè)備的運(yùn)行和維護(hù)。橡膠軟管應(yīng)遠(yuǎn)離熱源或采取隔熱措施，并避免相互間與其他物體間產(chǎn)生磨擦，還應(yīng)避免急彎，管道最小彎曲半徑應(yīng)在 10 倍管徑以上。官長(zhǎng)除滿足彎曲半徑和移動(dòng)行程外，尚應(yīng)留 4%的余量。（2）管道加工在管道安裝過(guò)程中，應(yīng)根據(jù)其尺寸、形狀及焊接要求加工管材。切割加工的管材端部應(yīng)平整，無(wú)裂紋和重皮等缺陷；需彎曲加工的鋼質(zhì)管道，彎管前要進(jìn)行退火處理，以防彎管時(shí)起皺或變扁，彎曲半徑一般應(yīng)大于管子外徑的 3 倍，彎制后的橢圓旅應(yīng)小于 8%；管端螺紋應(yīng)與相配的螺紋的基本尺寸和公差標(biāo)準(zhǔn)一致，螺紋加工后應(yīng)無(wú)裂紋和凹痕等缺陷；管子的焊接坡口形式、尺寸及接頭間隙可根據(jù)壁厚進(jìn)行加工和組對(duì)。經(jīng)加工而成的管道，應(yīng)將切削、毛刺等去除干凈。（3）管道焊接應(yīng)根據(jù)焊接對(duì)象的材質(zhì)選用合適的焊接材料；管壁較厚的管道焊前應(yīng)進(jìn)行預(yù)熱。管道焊接完畢，要將焊縫及周圍的熔渣及飛濺物清理干凈，并進(jìn)行耐壓試驗(yàn)，試驗(yàn)壓力為工作壓力的 1.5～2 倍，試壓不合格的管道應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)焊，同一部位的返修次數(shù)不宜超過(guò) 3 次。（4）酸洗和循環(huán)沖洗酸洗方法有以下兩種：①槽式酸洗其工序流程為：脫脂 水沖洗酸洗 水沖洗 中和 鈍化 水沖洗 干燥 涂防銹油（劑） 封口。②循環(huán)酸洗，其工序流程為：水試漏 脫脂 水沖洗 酸洗 中和中原工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 說(shuō)明書17鈍化 水沖洗 干燥 涂防銹油（劑） 封口。 酸洗時(shí)應(yīng)遵循有關(guān)規(guī)程。酸洗后，管道內(nèi)壁應(yīng)無(wú)附著物；用鹽酸、硝酸或硫酸洗時(shí)管道內(nèi)壁呈灰白色；用磷酸酸洗時(shí)管道內(nèi)壁呈灰黑色。酸洗合格后，須在專用沖洗臺(tái)上將各段管子連接在一起進(jìn)行循環(huán)沖洗。循環(huán)沖洗時(shí)，應(yīng)當(dāng)注意：應(yīng)選用液壓泵、油箱、過(guò)濾器等元件適用的且與系統(tǒng)中所有密封件材質(zhì)相容的沖洗液（油） ，其粘度宜低些；清洗液（油）諸如油箱前，應(yīng)將有向內(nèi)清洗干凈，不得有任何肉眼可見(jiàn)的污物；注入沖洗液時(shí)應(yīng)經(jīng)過(guò)濾，過(guò)濾精度不低于液壓系統(tǒng)要求的過(guò)濾精度。沖洗過(guò)程中宜輔以適當(dāng)?shù)那脫艋蛘駝?dòng)等，以加強(qiáng)沖洗效果；沖洗結(jié)束后，須將沖洗液（油）排除干凈；沖洗后應(yīng)對(duì)沖洗質(zhì)量進(jìn)行檢驗(yàn)，沖洗清潔度可用顆粒計(jì)數(shù)法監(jiān)測(cè)1.5.4 液壓泵站的使用與檢查優(yōu)質(zhì)的液壓系統(tǒng)是針對(duì)無(wú)故障使用壽命長(zhǎng)而設(shè)計(jì)的，它僅需要很少的維護(hù)。但是少量的維護(hù)對(duì)于得到無(wú)故障工作非常重要。實(shí)踐表明液壓系統(tǒng)失效、損壞等多數(shù)是由于污染、維護(hù)不足和油液選用不當(dāng)造成的。為保證液壓系統(tǒng)處于良好性能狀態(tài)，并延長(zhǎng)其使用壽命，應(yīng)對(duì)其合理使用，并重視對(duì)其進(jìn)行日常檢查和維護(hù)。1 使用的一般注意事項(xiàng)液壓泵站使用中的注意事項(xiàng)如下：1）低溫下，油溫應(yīng)達(dá)到 20℃以上才準(zhǔn)許順序動(dòng)作；油溫高于 60℃是應(yīng)注意系統(tǒng)的工作情況。2）停機(jī) 4h 以上的設(shè)備，應(yīng)先使液壓泵孔在運(yùn)轉(zhuǎn) 5min，再起動(dòng)執(zhí)行器工作。3）各種液壓元件、輔助元件未經(jīng)主管部門同意，不準(zhǔn)私自調(diào)節(jié)火拆換。4）液壓站出現(xiàn)故障時(shí)，不準(zhǔn)擅自亂動(dòng)，應(yīng)通知有關(guān)部門分析原因并拆除。中原工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 說(shuō)明書18第 2 章 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)2.1 概述在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中, 自動(dòng)剪切生產(chǎn)線應(yīng)用十分廣泛。它能將金屬卷料加工成一定尺寸的板料, 可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)開(kāi)卷、定長(zhǎng)送料和自動(dòng)剪切, 其生產(chǎn)效率高、適應(yīng)性強(qiáng), 適合較大規(guī)模生產(chǎn)。但是傳統(tǒng)的生產(chǎn)設(shè)備與系統(tǒng)多以機(jī)械為主, 是電氣液壓或氣動(dòng)控制的機(jī)械設(shè)備[ 1] , 存在送料不夠精確、生產(chǎn)效率低下等諸多不足, 已不能滿足所有的生產(chǎn)需要。隨著工業(yè)水平的不斷發(fā)展, 生產(chǎn)設(shè)備已逐步地由手動(dòng)操作改為能夠進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn)的自動(dòng)控制。本文設(shè)計(jì)的PLC 控制系統(tǒng), 使用了伺服驅(qū)動(dòng)裝置, 充分發(fā)揮其控制精度高、響應(yīng)速度快和運(yùn)行平穩(wěn)等優(yōu)點(diǎn), 有效地提高剪切的精度和效率, 提升生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化程度, 具有十分廣闊的應(yīng)用前景。2.1.1 系統(tǒng)簡(jiǎn)介1.自動(dòng)剪切生產(chǎn)線由開(kāi)卷機(jī)、送料機(jī)和剪切機(jī)3 部分組成1) 開(kāi)卷機(jī)包括開(kāi)卷軸、保持器和弧形托起器。開(kāi)卷軸由變頻器驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)機(jī)帶動(dòng), 負(fù)責(zé)將卷料展開(kāi)。為了避免送料機(jī)工作時(shí)對(duì)已展開(kāi)的卷料產(chǎn)生較大的張力以及對(duì)機(jī)械設(shè)備造成損傷, 開(kāi)卷機(jī)先預(yù)放一定長(zhǎng)度的料, 起到緩沖的作用。保持器在開(kāi)卷機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)壓住卷料, 避免卷料松動(dòng)?；⌒瓮衅鹌魍衅鹨颜归_(kāi)的卷料, 避免其觸地。2) 送料機(jī)通過(guò)伺服驅(qū)動(dòng)器/ 伺服電機(jī)裝置帶動(dòng)內(nèi)部許多組壓輥旋轉(zhuǎn), 精確地給剪切機(jī)送料。另外, 這些壓輥還能對(duì)卷料進(jìn)行壓平, 使送到剪切機(jī)的料更加平整。3) 剪切機(jī)完成對(duì)送料的剪切, 是整個(gè)生產(chǎn)線的最后一道工序。中原工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 說(shuō)明書191) 運(yùn)行方式。開(kāi)卷機(jī)、送料機(jī)和剪切機(jī)都具有手動(dòng)/ 自動(dòng)兩種工作方式。采用自動(dòng)工作方式時(shí), 系統(tǒng)將按預(yù)先設(shè)定的工藝流程不間斷地循環(huán)工作; 手動(dòng)工作方式是在設(shè)備單動(dòng)、調(diào)試和檢修階段使用[ 2] 。2) 協(xié)調(diào)一致。在自動(dòng)工作方式時(shí), 開(kāi)卷機(jī)、送料機(jī)和剪切機(jī)3 種設(shè)備需要配合使用, 因此要求它們的動(dòng)作能夠協(xié)調(diào)運(yùn)行。3) 實(shí)時(shí)顯示。系統(tǒng)中各個(gè)工序的運(yùn)行情況、報(bào)警信息、送料長(zhǎng)度和加工工件數(shù)量等信息都要求在觸摸屏上顯示。4) 故障檢測(cè)。系統(tǒng)能夠自動(dòng)檢測(cè)各個(gè)工序的運(yùn)行是否正常。如果出現(xiàn)異常, 在觸摸屏上顯示錯(cuò)誤信息, 同時(shí)生產(chǎn)線停止運(yùn)行; 故障解除后, 按啟動(dòng)按鈕生產(chǎn)線繼續(xù)運(yùn)行[ 3] 。5) 緊急停止。當(dāng)出現(xiàn)緊急情況時(shí), 按下急停按鈕, 所有正在運(yùn)行的設(shè)備全部停止。6) ?安全保護(hù)。在程序設(shè)計(jì)過(guò)程中, 對(duì)關(guān)鍵環(huán)節(jié)設(shè)置多重防護(hù) , 避免人身及設(shè)備事故的發(fā)生。2.控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)自動(dòng)剪切生產(chǎn)線的PLC 控制系統(tǒng)如圖2 所示。PLC 采用西門子S7-200,新的, 內(nèi)置高速脈沖輸出功能, 可以直接控制伺服電機(jī)運(yùn)行。為了滿足輸入輸出點(diǎn)數(shù)的需要, 增加一個(gè)8 點(diǎn)的輸入/ 輸出擴(kuò)展模塊。PLC 接收系統(tǒng)中各種按鈕及開(kāi)關(guān)的信號(hào), 根據(jù)程序和預(yù)先設(shè)定的參數(shù), 控制電磁閥及繼電器動(dòng)作, 同時(shí)通過(guò)高速脈沖輸出向伺服驅(qū)動(dòng)器發(fā)出定量的脈沖數(shù)控制伺服電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)。變頻器采用西門子, 主要是根據(jù)PLC 輸出端信號(hào)控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)及轉(zhuǎn)速, 從而實(shí)現(xiàn)對(duì)卷料的釋放和回收。交流伺服控制系統(tǒng)采用西門子 系列, 由于其采用獨(dú)特算法, 速度頻率高, 定位超調(diào)整定時(shí)間短, 可實(shí)現(xiàn)高速定位, 是交流伺服電機(jī)中性價(jià)比較高的產(chǎn)品[ 5] 。伺服驅(qū)動(dòng)器根據(jù)PLC 高速脈沖輸出端發(fā)出脈沖的個(gè)數(shù)、頻率控制伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)位置及速度, 從而精確地給出送料長(zhǎng)度。觸摸屏采用西門子S7-200 系列, 其作用是負(fù)責(zé)參數(shù)的設(shè)定、修改和部分機(jī)械動(dòng)作的控制, 同時(shí)將設(shè)備的動(dòng)作信息反映給用戶。它與PLC 之間通過(guò)RS232 中原工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 說(shuō)明書20串口通信實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換, 為用戶提供了良好的人機(jī)交互界面。開(kāi)卷機(jī)上裝有上、下兩個(gè)光電開(kāi)關(guān), 當(dāng)卷料位于上光電開(kāi)關(guān)之上時(shí), 變頻器高速運(yùn)行, 控制開(kāi)卷機(jī)高速放料; 當(dāng)卷料位于上、下兩個(gè)光電開(kāi)關(guān)之間時(shí), 變頻器低速運(yùn)行, 控制開(kāi)卷機(jī)低速放料; 當(dāng)卷料足夠長(zhǎng)以至于擋住下光電開(kāi)關(guān)時(shí), 變頻器停轉(zhuǎn), 同時(shí)開(kāi)卷機(jī)停止運(yùn)行。剪切機(jī)上裝有一組凸輪開(kāi)關(guān), 它們是一種微動(dòng)機(jī)械開(kāi)關(guān), 用來(lái)標(biāo)識(shí)剪切機(jī)動(dòng)作位置, 作為輸入信號(hào)提供給PLC。凸輪開(kāi)關(guān)有上死點(diǎn)、干涉點(diǎn)、下死點(diǎn)和送料啟動(dòng)點(diǎn)4 個(gè)信號(hào)。當(dāng)送料啟動(dòng)點(diǎn)信號(hào)接通時(shí), 伺服系統(tǒng)開(kāi)始運(yùn)行, 控制送料機(jī)送料, 送料啟動(dòng)點(diǎn)至干涉點(diǎn)上升沿之間的區(qū)域?yàn)榭伤土蠀^(qū)域; 當(dāng)干涉點(diǎn)信號(hào)接通時(shí), 伺服送料必須完成, 否則將發(fā)生干涉報(bào)警。PLC 根據(jù)這組凸輪開(kāi)關(guān)信號(hào), 協(xié)調(diào)開(kāi)卷機(jī)、送料機(jī)和剪切機(jī)三者的動(dòng)作, 最終使整個(gè)生產(chǎn)線能夠協(xié)調(diào)運(yùn)行。2.1.2 系統(tǒng)功能分析系繼電器控制系統(tǒng)，其控制方式采用硬件連線方式實(shí)現(xiàn)，利用繼電器的接觸點(diǎn)的串、并聯(lián)關(guān)系，以及延時(shí)繼電器的使用，組合形成邏輯控制功能。由于連線多且復(fù)雜，同時(shí)體積龐大，一旦設(shè)計(jì)好之后就只能實(shí)現(xiàn)最初設(shè)計(jì)的功能，如果進(jìn)行功能擴(kuò)展或者改變功能控制順序?qū)⒎浅５睦щy。在控制速度方面，繼電器主要靠機(jī)械的觸點(diǎn)動(dòng)作來(lái)實(shí)現(xiàn)，其工作頻率低，而且好會(huì)出現(xiàn)機(jī)械抖動(dòng)的現(xiàn)象，收起機(jī)械特性的影響，繼電器控制系統(tǒng)的壽命短，可靠性和維護(hù)性較低。采用單片機(jī)控制系統(tǒng)，其核心處理器為單片機(jī)，此類控制系統(tǒng)多為用戶自行設(shè)計(jì)，在可靠性方面無(wú)法與成熟的產(chǎn)品相比。在工廠的時(shí)間生產(chǎn)環(huán)境中，用電設(shè)備較多而且功率大，頻繁的啟動(dòng)停止控制容易造成電網(wǎng)電壓的波動(dòng)，同時(shí)電磁干擾也對(duì)但單片機(jī)控制系統(tǒng)有較大的影響，容易產(chǎn)生程序跑飛等現(xiàn)象。使用PLC的控制系統(tǒng)，使用與工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境惡劣、干擾較多的場(chǎng)合，同時(shí)編程簡(jiǎn)單易學(xué)，利于推廣，最重要的是其安裝。設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，如果需要改變控制邏輯或增加控制功能時(shí)，只需改編程序即可，對(duì)硬件連線改動(dòng)較少，便于進(jìn)行技術(shù)改造。采用PLC作為控制器具有運(yùn)行速度快，調(diào)試周期短、維護(hù)簡(jiǎn)單，并具有較高的可靠性。2.1.3 PLC控制系統(tǒng)的使用系統(tǒng)的功能主要是卷材展平后，運(yùn)行給定的長(zhǎng)度后，然后停止展平，進(jìn)行中原工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 說(shuō)明書21剪切。即展平機(jī)展平，通過(guò)旋轉(zhuǎn)編碼器測(cè)定展平機(jī)最后軸的轉(zhuǎn)速，然后換算成長(zhǎng)度，當(dāng)板材長(zhǎng)度與設(shè)定值相等時(shí)，停止展平，控制剪切機(jī)剪料，當(dāng)剪料十張后，接料架下降設(shè)定的距離，循環(huán)進(jìn)行直到達(dá)到停止的條件，其主要設(shè)計(jì)兩方面的功能，即檢測(cè)輸入信號(hào)和控制輸出信號(hào)。1.檢測(cè)輸入信號(hào)該系統(tǒng)主要完成對(duì)操作按鈕輸入的檢測(cè)、板材長(zhǎng)度等于預(yù)設(shè)值的檢測(cè)、開(kāi)卷速度的檢測(cè)、接料架上、下行程的檢測(cè)、出料到位的檢測(cè)。1） 操作按鈕輸入檢測(cè)。完成對(duì)人工操作臺(tái)得輸入按鈕的檢測(cè)，主要的輸入按鈕有急停、復(fù)位、自動(dòng)/手動(dòng)選擇按鈕、送料按鈕、展平按鈕、剪切按鈕、接料架上升/下降按鈕、出料按鈕。2） 板材長(zhǎng)度達(dá)到預(yù)設(shè)值的檢測(cè)。完成對(duì)板料長(zhǎng)度的控制，當(dāng)板材長(zhǎng)度達(dá)到預(yù)設(shè)值時(shí)，停止展平機(jī)。3） 開(kāi)卷速度的檢測(cè)。通過(guò)測(cè)定開(kāi)卷機(jī)與送料機(jī)之間板材的張力，判定開(kāi)卷機(jī)的速度快慢，然后對(duì)開(kāi)卷機(jī)進(jìn)行調(diào)速。4）接料架上、下行程的檢測(cè)。完成對(duì)接料架運(yùn)行到位的檢測(cè)，當(dāng)接料架上升或下降到指定位置時(shí)，讓接料架停止運(yùn)行，然后進(jìn)行下一個(gè)動(dòng)作。5) 出料到位的檢測(cè)。完成對(duì)出料運(yùn)行情況的檢測(cè)，當(dāng)出料到位時(shí)，停止出料。2.控制輸出信號(hào)控制輸出的方式主要有開(kāi)卷機(jī)電機(jī)，送料機(jī)電機(jī)，展平機(jī)電機(jī)，剪切機(jī)，接料架油缸的換向閥，撞板機(jī)氣缸換向閥，出料機(jī)電機(jī)。1）開(kāi)卷機(jī)電機(jī)的控制。控制該電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行方向、停止及加減速實(shí)現(xiàn)開(kāi)卷機(jī)與送料機(jī)的同步運(yùn)行。2）展平機(jī)電動(dòng)機(jī)得控制?？刂圃撾妱?dòng)機(jī)的運(yùn)行方向、停止啟動(dòng)。3）出料電動(dòng)機(jī)的控制，主要控制2.2 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)生產(chǎn)線的設(shè)計(jì)主要包括兩個(gè)方面，機(jī)械機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)和PLC機(jī)電控制設(shè)計(jì)。機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是實(shí)現(xiàn)控制功能的基礎(chǔ)，PLC機(jī)電控制系統(tǒng)是是實(shí)現(xiàn)控制功能的核心部分，兩方面的設(shè)計(jì)過(guò)程獨(dú)立，但在設(shè)計(jì)之前需要整體考慮，先分析和研究控制中原工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 說(shuō)明書22系統(tǒng)的整體功能，對(duì)整體結(jié)構(gòu)深入了解之后，設(shè)計(jì)出整體框架，明確兩個(gè)部分的具體功能和接口。2.2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)隨著企業(yè)對(duì)各類板材的質(zhì)量要求不斷提高，板材加工的要求也越來(lái)越高，因此采用傳統(tǒng)的繼電器控制線路的切割系統(tǒng)已經(jīng)無(wú)法滿足產(chǎn)品質(zhì)量的要求，利用PLC對(duì)板材切割系統(tǒng)，其抗干擾能力強(qiáng)，精度高。該系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)主要包括開(kāi)卷機(jī)、送料機(jī)、展平機(jī)、剪切機(jī)、接料架、液壓系統(tǒng)和機(jī)電控制系統(tǒng)。（1）開(kāi)卷機(jī)其作用是固定卷材，并且在電動(dòng)機(jī)的控制下防卷。（2）送料機(jī)主要作用是送料（3）展平機(jī)對(duì)卷材進(jìn)行展平，保證卷材展平的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)。（4）接料架接已經(jīng)剪切過(guò)的板材，并進(jìn)行正平和出料（5）液壓系統(tǒng)由泵站和相應(yīng)的液壓控制系統(tǒng)組成，相應(yīng)的油缸通過(guò)對(duì)應(yīng)的泵站進(jìn)行控制，完成其功能。（6）機(jī)電控制系統(tǒng)通過(guò)對(duì)生產(chǎn)線功能進(jìn)行分析2.3 硬件系統(tǒng)配置板材切割系統(tǒng)的硬件示意圖如圖2-1所示，此控制系統(tǒng)的核心控制器是PLC，主要輸入和輸出量是數(shù)字量。中原工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 說(shuō)明書23圖2-12.3.1 PLC的選型根據(jù)控制系統(tǒng)的功能要求，從經(jīng)濟(jì)性、可靠性方面來(lái)考慮、選擇西門子 S7-200系列PLC作為控制系統(tǒng)的主機(jī)。此控制系統(tǒng)的控制系統(tǒng)過(guò)程比較簡(jiǎn)單，算法不復(fù)雜，因此選用CPU224作為主機(jī)，由于此系統(tǒng)需要 21輸入，12輸出。CPU224自帶只有 14輸入/10輸出。需要擴(kuò)展一個(gè)數(shù)字量輸入/輸出模塊。選用 EM223（8輸入/8輸出） ，此外系統(tǒng)還需要兩個(gè) 模擬量輸出和 1模擬量輸入。 需要擴(kuò)展 EM232（2模擬量輸出） EM231（3個(gè)模擬量輸入）2.3.2 PLC的I/O資源配置根據(jù)系統(tǒng)的功能要求，對(duì)PLC的I/O進(jìn)行配置，具體分配如下所示。1.數(shù)字量輸入部分，共有21個(gè)數(shù)字量輸入表3-2 數(shù)字量輸入地址分配輸入 功能 備注I0.0 計(jì)數(shù) 接編碼器 A 相I0.1 計(jì)數(shù) 接編碼器 B 相I0.2 上限位I0.3 下限位 傳感器觸發(fā)I0.4 正點(diǎn)動(dòng) 手動(dòng)前進(jìn)中原工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 說(shuō)明書24I0.5 反點(diǎn)動(dòng) 手動(dòng)后退I0.6 送料 送料機(jī)送料I0.7 退料 送料機(jī)退料I1.0 送料機(jī)停止I1.1 料架進(jìn)I1.2 料架退I1.3 接料機(jī)點(diǎn)動(dòng)升I1.4 接料機(jī)點(diǎn)動(dòng)降I1.5 手動(dòng)剪板I1.6 2.0 手動(dòng)開(kāi)關(guān)I1.6 2.0 自動(dòng)開(kāi)關(guān)I1.7 2.1 循環(huán)啟動(dòng)I2.0 2.2 急停按鈕I2.1 2.3 停止I2.2 2.4 料架下行程開(kāi)關(guān)I2.3 2.5 料架下行程開(kāi)關(guān)模擬量輸入AI0 壓力傳感器（2）數(shù)字量輸出部分Q0.0 開(kāi)卷機(jī)正轉(zhuǎn)Q0.1 開(kāi)卷機(jī)反轉(zhuǎn)Q0.2 展平機(jī)正轉(zhuǎn)Q0.3 展平機(jī)反轉(zhuǎn)Q0.4 剪切機(jī)剪料Q0.5 撞板機(jī)撞板Q0.6 撞板機(jī)退回Q0.7 接料架升Q1.0 接料架降Q1.1 料架進(jìn)中原工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 說(shuō)明書25Q1.2 料架退Q1.3 出料模擬量輸出AQ0 開(kāi)卷機(jī)變頻器AQ2 送料機(jī)變頻器AQ4 展平機(jī)變頻器2.3.3 其他資源配置要完成系統(tǒng)的功能，除了PLC及其擴(kuò)展模塊之外，還需要各種限位開(kāi)關(guān)，電磁閥和接觸器等設(shè)備。圖3-3 PLC控制部分硬件接線圖（1）光電開(kāi)關(guān)此系統(tǒng)中有兩個(gè)光電開(kāi)關(guān)，安裝在地坑 的兩側(cè)，一個(gè)為板料的高位，一個(gè)是低位。以此來(lái)控制送料的速度。當(dāng)卷料位于上光電開(kāi)關(guān)之上時(shí), 變頻器高速運(yùn)中原工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 說(shuō)明書26i0.1234Q0.123Q0.4567Q1.02i0.5671i.234156i.720編 碼 器 A相編 碼 器 B相板 料 上 限 位板 料 下 限 位展 平 機(jī) 正 點(diǎn) 動(dòng)展 平 機(jī) 反 點(diǎn) 動(dòng)送 料退 料停 止 送 料料 架 進(jìn)料 架 退接 料 及 點(diǎn) 動(dòng) 升接 料 及 點(diǎn) 動(dòng) 降剪 板手 動(dòng) /自 動(dòng)循 環(huán) 啟 動(dòng)單 周 期停 止 3料 架 下 行 程 開(kāi) 關(guān)料 架 下 行 程 開(kāi) 關(guān) 開(kāi) 卷 機(jī) 正 轉(zhuǎn) 接 觸 器開(kāi) 卷 機(jī) 反 轉(zhuǎn) 接 觸 器展 平 機(jī) 正 轉(zhuǎn) 接 觸 器展 平 機(jī) 反 轉(zhuǎn) 接 觸 器剪 切 機(jī) 接 觸 器撞 板 機(jī) 撞 板撞 板 機(jī) 退 回接 料 架 升接 料 架 降料 架 進(jìn)料 架 退3出 料 電 機(jī) 接觸 器 開(kāi) 卷 機(jī) 變 頻 器展 平 機(jī) 變 頻 器AI0EM231S-CPU+EMEM23AQ0圖2-3行, 控制開(kāi)卷機(jī)高速放料;
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