【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 軋制好的鋼材經(jīng)單傳輥道輸送到型鋼堆垛機(jī)單傳輥道，再由撥鋼機(jī)構(gòu)將鋼材撥到移鋼機(jī)構(gòu)的鏈條上，然后由移鋼機(jī)構(gòu)將鋼材輸送到定位機(jī)構(gòu)，中途有分組機(jī)構(gòu)將 鋼材分為 3 根一組（槽鋼），分好組的鋼材到定位機(jī)構(gòu)后被精確的定位后，再由平移堆垛機(jī)構(gòu)送至垛臺(tái)上，下一組分好組的鋼材被定位機(jī)構(gòu)定位后傳至翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，經(jīng)由翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn) 送至垛臺(tái)上，垛臺(tái)上的鋼材排成了形如圖 11 所示的排放形式；然后垛臺(tái)下降相應(yīng)的高度，使下一輪堆垛的鋼材和這一次的高度相等。經(jīng)過(guò) 4 次循環(huán)后，垛臺(tái)上的鋼材就排成了 6 根 /層，共 4 層的形狀；然后由壓緊機(jī)構(gòu)把鋼材橫向壓緊，到此堆垛過(guò)程結(jié)束，再由垛臺(tái)輸送輥道將堆垛好的鋼材輸送出去。之后型鋼堆垛機(jī)按這個(gè)順序再進(jìn)行下一輪的堆垛。 本次所設(shè)計(jì)自動(dòng)控制系統(tǒng)，要求實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢 測(cè)單傳輥道是否有鋼，自動(dòng)控制輥道電機(jī)的運(yùn)行、停止，撥鋼電機(jī)的起停，移鋼電機(jī)的間歇?jiǎng)幼?，分組機(jī)構(gòu)的升、降時(shí)間，定位機(jī)構(gòu)的升、降時(shí)間，平移堆垛機(jī)構(gòu)的升、降、移動(dòng)時(shí)間及其速度快慢，翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)翻轉(zhuǎn)、返回時(shí)間，平移堆垛機(jī)構(gòu)和翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)電磁鐵得失電時(shí)間，垛臺(tái)升降機(jī)構(gòu)升、降，壓緊機(jī)構(gòu)的壓緊及回位，垛臺(tái)單傳輥道的輸送，以及其中部分機(jī)構(gòu)工作指示燈控制等一整套的工作過(guò)程。除此之外，本次設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)沒(méi)有其他特殊控制要求。 控制系統(tǒng)類型的選擇 從滿足型鋼堆垛機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)的安全性、擴(kuò)展性、可靠性、穩(wěn)定性方面考慮，目 前常見(jiàn)的機(jī)械自動(dòng)控制系統(tǒng)，主要有單片機(jī)控制、 PLC 控制、工業(yè)控制計(jì)算機(jī)集中控制以及繼電器控制等類型。 隨著集成芯片技術(shù)的不斷提高，特別是高檔 8 位、 16 位單片機(jī)的普及，由單片計(jì)算機(jī)及其外圍芯片構(gòu)成 了 單片機(jī) 控制 系統(tǒng) 。其特點(diǎn)是單片機(jī)本身小巧、功耗低，實(shí)時(shí)控制功能強(qiáng)，但是其軟、硬件的開(kāi)發(fā)必須借助于開(kāi)發(fā)工具，系統(tǒng)調(diào)試?yán)щy，不具有自開(kāi)發(fā)能力。 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 8 工業(yè)控制計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)有較強(qiáng)的軟、硬件支持，可利用通用計(jì)算機(jī)的軟、硬件資源來(lái)支持自動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行工作，具有自開(kāi)發(fā)能力，有較強(qiáng)的可視能力和數(shù)據(jù)處理能力，更適合于計(jì)算 機(jī)集中控制系統(tǒng)應(yīng)用。 繼電器控制是采用硬邏輯的方式，一個(gè)繼電器線圈的通斷將會(huì)同時(shí)影響該繼電器的所有常開(kāi)常閉觸點(diǎn)動(dòng)作，同觸點(diǎn)在控制線路的位置無(wú)關(guān)。雖然繼電器控制不需要很強(qiáng)的軟、硬件支持且價(jià)格相對(duì)便宜，但 其 性能不穩(wěn)定精度不高，不具備自動(dòng)控制所期望達(dá)到的功能。 PLC 是一種新型的具有極高可靠性的通用工業(yè)自動(dòng)化控制裝置。它以微處理器為核心，有機(jī)地將微型計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)化控制技術(shù)及通信技術(shù)融為一體。其 主要 特點(diǎn)如下： 高可靠性 所有的 I/O 接口電路均采用光電隔離，使工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的外電路與 PLC 內(nèi)部電路之 間電氣上隔離，防止外部高壓的竄入。各輸入端均采用 RC 濾波器，有效的抑制了高頻抗干擾信號(hào)。 PLC 電路中 還 設(shè)置了“看門狗”電路，能把因干擾而飛走的程序拉回來(lái)。 它 采用性能優(yōu)良的開(kāi)關(guān)電源 ，具有 良好的自診斷功能。大型 PLC 還可以采用由雙 CPU 構(gòu)成冗余系統(tǒng)或由 三 CPU 構(gòu)成表決系統(tǒng)，使可靠性更進(jìn)一步提高。 豐富的 I/O 接口模塊 PLC 針對(duì)不同的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)，如：交流或直流、開(kāi)關(guān) 量或模擬量 、電壓或電流、脈沖或電位、強(qiáng)電或弱電等有相應(yīng)的 I/O 模塊與工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的 元 件或設(shè)備 （ 如：按鈕、行程開(kāi)關(guān)、接近開(kāi)關(guān)、傳感器及變 頻 器、電磁線圈、控制閥 等 ） 直接連接。另外為了提高操作性能，它還有多種人 機(jī)對(duì)話的接口模塊 ； 為了組成工業(yè)局部網(wǎng)絡(luò)，它還有多種通訊聯(lián)網(wǎng)的接口模塊。 采用模塊化結(jié)構(gòu) 為了適應(yīng)各種工業(yè)控制需要，除了單元式的小型 PLC 以外，絕 大 多數(shù) PLC 均采用模塊化結(jié)構(gòu)。 PLC 的各個(gè)部件均采用模塊化設(shè)計(jì)，由機(jī)架及電纜將各模塊連接起來(lái)，系統(tǒng)的規(guī)模和功能可根據(jù)用戶的需要自行組合。由于采用模塊化結(jié)構(gòu)，因此一旦某模塊發(fā)生故障，用戶可以通過(guò)更換模塊的方法，使系統(tǒng)迅速恢復(fù)運(yùn)行，故其維修方便。 編程簡(jiǎn)單、易學(xué) PLC 的編程大 多采用類似于繼電器控制線路的梯形圖形式，對(duì)使用者來(lái)說(shuō)，不需要具備計(jì)算機(jī)的專門知識(shí)，因此很容易被一般工程技術(shù)人員所理解和掌握。 安裝簡(jiǎn)單，維修方便 PLC 不需要專門的機(jī)房，可以在各種工業(yè)環(huán)境下直接運(yùn)行。使用時(shí)只需將現(xiàn)場(chǎng)的各種設(shè)備與 PLC 相應(yīng)的 I/O 端相連接，即可投入運(yùn)行。各種模塊上均有運(yùn)行和故障指示裝置，河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 9 便于用戶了解運(yùn)行情況和查找故障。 另外，用 PLC 完成一項(xiàng)控制工程時(shí)，由于其硬、軟件齊全，設(shè)計(jì)和施工可同時(shí)進(jìn)行，故 PLC 設(shè)計(jì)、施工、調(diào)試周期短。 鑒于 PLC 相比于其他幾種控制類型的諸多優(yōu)勢(shì)， 結(jié)合型鋼堆垛機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)的 設(shè)計(jì)要求 ，選擇可編程序控制器 (PLC)進(jìn)行控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。 可編程序控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)基本原則 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則 任何一種電氣控制系統(tǒng)都是為了實(shí)現(xiàn)被控對(duì)象（生產(chǎn)設(shè)備或生產(chǎn)過(guò)程）的工藝要求，以提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。因此，在設(shè)計(jì) PLC 控制系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)遵循以下基本原則： (1) 最大限度地滿足被控對(duì)象的控制對(duì)象。設(shè)計(jì)前，應(yīng)深入現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行調(diào)查研究，收集資料，并于機(jī)械部分的設(shè)計(jì)人員和實(shí)際操作人員密切配合，共同擬訂電氣控制方案，協(xié)同解決設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的各種問(wèn)題。 (2) 在滿足控 制系統(tǒng)要求的前提下，力求使控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì) ， 使用及維修方便。 (3) 保證控制系統(tǒng)的安全、可靠。 (4) 考慮到生產(chǎn)的發(fā)展和工藝和改進(jìn)，在選擇 PLC 容量時(shí)，應(yīng)適當(dāng)留有裕量。 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容 PLC 控制系統(tǒng)是由 PLC 與用戶輸入、輸出設(shè)備連接而成的，因此， PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容應(yīng)包括： (1) 用戶輸入設(shè)備（按鈕、操作開(kāi)關(guān)、限位開(kāi)關(guān)、傳感器等）、輸出設(shè)備（繼電器、接觸器、信號(hào)燈等執(zhí)行元件）以及由輸出設(shè)備驅(qū)動(dòng)的控制對(duì)象（電動(dòng)機(jī)、電磁閥等）。 (2) PLC 類型 的選擇。 PLC 是 PLC 控制 系統(tǒng)的核心部件，正確選擇 PLC 對(duì)于保證整個(gè)控制系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性能指標(biāo)起到重要的作用。選擇 PLC，應(yīng)包括機(jī)型選擇、容量的選擇、I/O 模塊的選擇、電源模塊的選擇等。 (3) 分配 I/O 點(diǎn)，繪制 I/O 連接圖。 (4) 設(shè)計(jì)控制程序。包括設(shè)計(jì)梯形圖、語(yǔ)句表（即程序清單）和控制系統(tǒng)流程圖?？刂葡到y(tǒng)程序是控制整個(gè)系統(tǒng)工作的軟件，是保證系統(tǒng)工作安全、可靠的關(guān)鍵。因此，控制程序餓的設(shè)計(jì)必須經(jīng)過(guò)反復(fù)調(diào)試、修改，直到滿足要求為止。 (5) 必要時(shí)還需設(shè)計(jì)控制臺(tái)。 (6) 編制控制系統(tǒng)的技術(shù)文件； 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般步驟 (1) 根據(jù)生產(chǎn)的工藝過(guò)程分析控制要求； 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 10 (2) 根據(jù)控制要求確定所需的用戶輸入、輸出設(shè)備，據(jù)此確定 PLC 的 I/O 點(diǎn)數(shù)； (3) 選擇 PLC 系統(tǒng)； (4) 分配 PLC 的 I/O 點(diǎn)，設(shè)計(jì) I/O 連接圖； (5) 進(jìn)行 PLC 程序設(shè)計(jì)，同時(shí)可進(jìn)行控制臺(tái)的設(shè)計(jì)和現(xiàn)場(chǎng)施工； 編寫梯形圖的注意事項(xiàng) (1) 輸入 /輸出繼電器、內(nèi)部輔助繼電器、定時(shí)器、記數(shù)器等 元 件的觸點(diǎn)可以多次使用，無(wú)需復(fù)雜的程序結(jié)構(gòu)來(lái)減少觸點(diǎn)的使用次數(shù)； (2) 梯形圖每一行都是從左母線開(kāi)始，線圈終止于右母線。觸點(diǎn)不能放在線圈的右邊。除步進(jìn)程序外，任何線圈 、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器、高級(jí)指令等不能直接與左母線相連。如果需要任何時(shí)候都被執(zhí)行的程序段，可以通過(guò)特殊內(nèi)部常閉繼電器或一個(gè)沒(méi)有使用的內(nèi)部繼電器的常閉觸點(diǎn)來(lái)連接； (3) 在程序中，不允許同一編號(hào)的線圈兩次輸出； (4) 不允許出現(xiàn)橋式電路。程序的編寫順序應(yīng)按自上而下、從左止右的方式編寫。為了減少程序的執(zhí)行步數(shù)，程序應(yīng)為“左大右小，上大下小”； 程序設(shè)計(jì)的步驟 (1) 對(duì)于較復(fù)雜的控制系統(tǒng)，需繪制系統(tǒng)控制流程圖，用以清楚地表明 各個(gè) 動(dòng)作的順序和條件。 (2) 設(shè)計(jì)梯形圖。這程序設(shè)計(jì)的關(guān)鍵一步，也是比較困難的一步。 (3) 根據(jù)梯形圖編制程序清單。 (4) 用編程器將程序輸入到 PLC 的用戶存儲(chǔ)器中，并檢查輸入的程序是否正確。 (5) 對(duì)程序進(jìn)行調(diào)試和修改，直到滿足要求為止。 (6) 待控制臺(tái)及現(xiàn)場(chǎng)施工完成后，就可以進(jìn)行聯(lián)機(jī)調(diào)試。若未滿足要求，再重新修改程序或檢查接線，直到滿足為止。 (7) 編寫技術(shù)文件。 (8) 交付使用。 控制所需輸入 /輸出設(shè)備的確定 根據(jù)型鋼堆垛機(jī)的系統(tǒng)功能分析及控制要求，為確定控制所需輸入 /輸出設(shè)備，對(duì)型鋼堆垛機(jī)各個(gè)機(jī)構(gòu)的動(dòng)作過(guò)程分析如下： 單傳輥道的動(dòng)作過(guò)程 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 11 單傳滾道電機(jī)初始狀態(tài)為 停止 狀態(tài)。單傳輥道電機(jī)的啟動(dòng)由控制系統(tǒng)開(kāi)啟時(shí)啟動(dòng)，鋼材經(jīng)過(guò)傳送輥道時(shí)，通過(guò)檢測(cè)裝置檢測(cè)出第一根鋼材到達(dá)單傳輥道，單傳輥道電機(jī)得到檢測(cè)裝置發(fā)出的信號(hào)開(kāi)始啟動(dòng)運(yùn)行，之后單傳輥道電機(jī)保持繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)；當(dāng)單傳輥道傳送的鋼材為 24 根，即槽鋼堆垛一捆已經(jīng)完成時(shí)，若之后一段時(shí)間之內(nèi)檢測(cè)裝置沒(méi)有檢測(cè)出有鋼材信號(hào)，則電機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)；若在此一段時(shí)間內(nèi)，有鋼材輸送信號(hào)，則電機(jī)保持繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。 撥鋼機(jī)構(gòu)的動(dòng)作過(guò)程 撥鋼機(jī)構(gòu)的初始狀態(tài)是 停止 狀態(tài)。電機(jī)的啟動(dòng)由單傳輥道擋板處的檢測(cè)裝置檢測(cè)鋼材是否到達(dá)單傳輥道限位擋板來(lái)控制，當(dāng)鋼材到達(dá)限位擋板后，撥鋼電機(jī)開(kāi)始啟動(dòng)，撥鋼電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)一段時(shí)間后，鋼材到達(dá)移鋼機(jī)構(gòu)鏈條上，撥鋼電機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)，一次撥鋼過(guò)程完成，之后等待下一次撥鋼。 移鋼機(jī)構(gòu)的動(dòng)作過(guò)程 移鋼機(jī)構(gòu)的初始狀態(tài)為 停止?fàn)顟B(tài) 。電機(jī)的啟動(dòng)由撥鋼機(jī)構(gòu)運(yùn)行過(guò)程中的檢測(cè)裝置檢測(cè)鋼材是否快要到達(dá)移鋼機(jī)構(gòu)鏈條來(lái)控制；撥鋼電機(jī)收到檢測(cè)裝置的信號(hào)后，撥鋼 電機(jī)開(kāi)始運(yùn)行，當(dāng)撥鋼電機(jī)運(yùn)行一段時(shí)間后，如果單傳輥道沒(méi)有輸送鋼材，則移鋼機(jī)構(gòu)電機(jī)處的制動(dòng)器制動(dòng)，移鋼機(jī)構(gòu)電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)；如果單傳輥道在繼續(xù)輸送鋼材，則移鋼機(jī)構(gòu)處的電機(jī)繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，繼續(xù)移動(dòng)鋼材。 分組機(jī)構(gòu)的動(dòng)作過(guò)程 分組機(jī)構(gòu)的初始狀態(tài)為 ① 狀態(tài)。移鋼機(jī)構(gòu)將鋼材輸送到分組機(jī)構(gòu)處時(shí)，此時(shí)分組機(jī)構(gòu)② ① 擋板三下降 擋板一和二升起 擋板三升起 擋板一和二下降 延時(shí) 18S 移 鋼 機(jī)構(gòu)電機(jī)啟動(dòng) 移鋼 機(jī)構(gòu)電機(jī) 停止 同時(shí)制動(dòng)器制動(dòng) 移 鋼 機(jī)構(gòu)電機(jī) 停止 延時(shí) 4S 后 撥鋼機(jī)構(gòu)電 機(jī) 停止 同時(shí)制動(dòng)器制動(dòng) 撥鋼機(jī)構(gòu)電機(jī)啟動(dòng) 撥鋼機(jī)構(gòu) 電機(jī) 停止 單傳輥道電機(jī)啟動(dòng) 單傳輥道電機(jī)保持繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng) 單傳輥道停止 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 12 的分組擋板已經(jīng)升起，分組擋板三上的擋 塊阻止了鋼材的前行，當(dāng)?shù)竭_(dá)分組擋板的鋼材為三根時(shí)，分組機(jī)構(gòu)液壓 缸進(jìn)油，活塞桿伸長(zhǎng)，分組擋板三 下降、擋板一和二升起， 至 ② 狀態(tài) ； 分組后的三根鋼材隨移鋼鏈條前進(jìn)，經(jīng)一段時(shí)間到達(dá)定位擋板；當(dāng)活塞桿伸長(zhǎng)到極限位置后， 液壓缸開(kāi)始回油，活塞桿縮短， 使分組擋板三升起、擋板一和二下降，繼續(xù)下一次的分組。 定位機(jī)構(gòu)的動(dòng)作過(guò)程 定位機(jī)構(gòu)的初始狀態(tài)為 ① 狀態(tài)。當(dāng)奇數(shù)次（自堆垛機(jī)開(kāi)始運(yùn)行算起，第一、三、五 ??次）分組后的三根鋼材經(jīng)一段時(shí)間到達(dá)定位擋板后，平移堆垛機(jī)構(gòu)開(kāi)始運(yùn)行，下降吸鋼，完成平移堆垛；當(dāng)偶數(shù)次（自堆垛機(jī)開(kāi)始運(yùn)行算 起，第二、四、六 ?? 次）分組后的三根鋼材經(jīng)一段時(shí)間到達(dá)定位擋板時(shí)，定位機(jī)構(gòu)液壓缸回油，活塞桿縮短，定位擋板下降，之后這三根鋼材隨移鋼鏈條前進(jìn)，經(jīng)一段時(shí)間到達(dá)翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)上；當(dāng)活塞桿縮短到極限位置后 ，液壓缸 開(kāi)始 進(jìn)油，活塞桿 伸長(zhǎng)，使定位擋板上升，繼續(xù)下一次的定位。 平移堆垛機(jī)構(gòu)的動(dòng)作過(guò)程 平移堆垛機(jī)構(gòu)初始位置在定位機(jī)構(gòu)正上方。在定位機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中已經(jīng)說(shuō)明了平移機(jī)構(gòu)的啟動(dòng)時(shí)間。當(dāng)奇數(shù)次（自堆垛機(jī)開(kāi)始運(yùn)行算起，第一、三、五 ?? 次）分組后的三根鋼材經(jīng) 一段時(shí)間到達(dá)定位擋板后，平移堆垛機(jī)構(gòu)開(kāi)始運(yùn)行，平移堆垛機(jī)構(gòu)處的液壓系統(tǒng)的升降液壓缸開(kāi)始回油，平移堆垛升降梁（平移機(jī)架）開(kāi)始下降，經(jīng)一段時(shí)間后，平移堆垛機(jī)構(gòu)升降液壓缸活塞桿到達(dá)縮短極限位置，液壓缸停止回油，升降梁停止下降，此時(shí)平平移 機(jī)架下降 平移 機(jī)架停止下降 平移 電磁鐵得電 平移 機(jī)架上升 平移 機(jī)架停止上 升 平移 機(jī)架正平移慢 平移 機(jī)架正平移停止 平移 機(jī)架 反 平移 快 平移 機(jī)架 反 平移 慢 平移 機(jī)架停止上升 平移 電磁鐵 失 電 平移 機(jī)架下降 平移 機(jī)架停止下降 平移 機(jī)架上升 平移 機(jī)架 反 平移停止 ① ② 定位板升起 定位板下降 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 13 移電磁鐵得電吸住鋼材，之后升降液壓缸開(kāi)始進(jìn)油，升降梁上升；經(jīng)一段時(shí)間后活塞桿到達(dá)伸長(zhǎng)極限位置，液壓缸停止進(jìn)油，升降梁停止上升，此時(shí)平移堆垛機(jī)構(gòu)處液壓馬達(dá)開(kāi)始啟動(dòng)，驅(qū)動(dòng)升降梁慢速正平移；經(jīng)一段時(shí)間后到達(dá)垛臺(tái)正上方，之后液壓馬達(dá)停止運(yùn)行，平移升降液壓缸開(kāi)始回油，平移堆垛升降梁（平移機(jī)架）開(kāi) 始下降，經(jīng)一段時(shí)間后，平移堆垛機(jī)構(gòu)處升降液壓缸活塞桿到達(dá)縮短極限位置，液壓缸停止回油，升降梁停止下降，此時(shí)平移電磁鐵失電，將鋼材放置在垛臺(tái)上，之后升降液壓缸開(kāi)始進(jìn)油，升降梁上升；經(jīng)一段時(shí)間后活塞桿到達(dá)伸長(zhǎng)極限位置，液壓缸停止進(jìn)油，升降梁停止上升，此時(shí)平移堆垛機(jī)構(gòu)處液壓馬達(dá)開(kāi)始啟