【正文】 安裝在生產(chǎn)現(xiàn)場，受生產(chǎn)現(xiàn)場環(huán)境因素影響導致光電檢測裝置不能可靠的工作。由脈沖編碼器和光電管配合進行鋼管測長 。 在鋼管自動測長中我們選用光電脈沖編碼器為 TRD—N(KoYo)， 主要技術參數(shù) ：供電電源為 DCA．～30V；輸出轉速為 2022r／n。但是分辨率是由二進制的位數(shù)來決定的，也就是說精度取決于位數(shù)，目前有 10 位、14 位等多種。編碼的設計可采用二進制碼、循環(huán)碼、二進制補碼等。絕對式編碼器是利用自然二進制或循環(huán)二進制方式進行光電轉換的。顯然，碼道越多，分辨率就越高，對于一個具有 N 位二進制分辨率的編碼器，其碼盤必須有 N 條碼道。絕對編碼器是直接輸出數(shù)字量的傳感器，在它的圓形碼盤上沿徑向有若干同心碼道，每條道上由透光和不透光的扇形區(qū)相間組成，相鄰碼道的扇區(qū)數(shù)目是雙倍關系，碼盤上的碼道數(shù)就是它的二進制數(shù)碼的位數(shù)，在碼盤的一側是光源，另一側對應每一碼道有一光敏元件；當碼盤處于不同位置時，各光敏元件根據(jù)受光照與否轉換出相應的電平信號，形成二進制數(shù)。它的優(yōu)點是原理構造簡單，機械平均壽命可在幾萬小時以上，抗干擾能力強，可靠性高，適合于長距離傳輸。光 源透 鏡碼 盤透 鏡光 敏 元 件放 大 整 形脈 沖 輸 出轉 軸圖 22 編碼器組成 增量式編碼器是直接利用光電轉換原理輸出三組方波脈沖 A、B 和 Z 相；A 、B 兩組脈沖相位差 90186。根據(jù)檢測原理，編碼器可分為光學式、磁式、感應式和電容式。此外，為判斷旋轉方向，碼盤還可提供相位相差 90186。光柵盤是在一定直徑的圓板上等分地開通若干個長方形孔。 光電脈沖編碼器的選擇及說明電脈沖編碼器是一種通過光電轉換將輸出軸上的機械幾何位移量轉換成脈沖或數(shù)字量的傳感器。使用的傳感器盒要能夠符合現(xiàn)場工作的要求還有考慮到特殊情感下的事件，例如：進行修理時要承受一定的載荷，這就要求它要有良好的強度和韌性。測裝置本身是由電子元器件構成，它對安裝環(huán)境有一定的技術要求，特別是在較惡劣環(huán)境下使用，要采取相應的保護措施，以使光電檢測裝置工作在其產(chǎn)品要求的技術條件下，才能發(fā)揮裝置的技術性能。光電傳感器成對使用 ，分別安裝 在 V型輥 道的兩邊 。系統(tǒng)采用對射式的光電傳感器，由發(fā)射管和接收管組成，負責檢測鋼管的位置，若鋼管從一對傳感器的發(fā)射管與接收管的中間穿過，傳感器就會發(fā)出一個電平信號給 PLC。光電傳感器的檢測模式分為如下幾類：對射式、反射板式、偏振反射板式、直反式、寬光束式、聚焦式、定區(qū)域式和可調(diào)區(qū)域式。這時可以防止電機由于慣性而繼續(xù)轉動，導致鋼管測長完成后繼續(xù)向前攢動。M3 ～K M1F R 1M 1Q SF U1234圖 22 彈簧抱閘示意圖1電磁鐵；2制動瓦；3彈簧；4制動輪當電磁鐵 1 得電時，制動瓦 2 被吸起與制動輪 4 脫離，與制動輪相連的電動機可自由轉動。但實際工作中，機械在運行過程中都要求安全和準確定位、以及為了提高測量精度，都需要電動機能迅速停車，所以要求對電動機進行制動控制。我們初選減速機為：(擺線針輪減速機)減速機的輸出扭矩為：電動機： =9550 = 式 ()1TdPn?NM?電動機傳遞到減速機輸出： = =201 式 ()21i?而通過計算得推鋼機構在推動鋼管時所克服的最大工作轉矩： = mm，3T?所以我們算出電動機最終輸出的扭矩大于現(xiàn)場工作時推動鋼管的真實最大扭矩，所以即選定電動機和減速機都符合要求。我們采用矩鋼對電動機進行支撐，這樣能夠保證電動機不影響編碼器的工作。如果電動機的實際工作電流比銘牌上標出的額定電流低 70％左右．則表明電動機的功率選得過大(即“大馬拉小車” 應調(diào)換功率較小的電動機。驗證的方法是：使 電動機帶動生產(chǎn)機械運轉，用鉗形電流表測量電動機的工作電流，將測得的電流與該電動機銘牌上標出的額定電流進行對比。具體做法是：了解本單位或附近其他單位的類似生產(chǎn)機械使用多大功率的電動機，然后選用相近功率的電動機進行試車。所謂類比法。負載持續(xù)串 ％的計算公式為 ：SF％＝tg/( + )100％ 式 ()Sgt0式中 為工作時間， 為停止時間 min； 十 為工作周期時間 min。因此，在條件許可時，應盡量選用短時工作定額的電動機。 例：某生產(chǎn)機械的功率為 3．95kw．機械效率為 70％、如果選用效率為 0．8 的電動機，試求該電動機的功率應為多少 kw? 解:P=P1/ n1n2=—規(guī)格．所以選用 7．5kw 的電動?機。 按上式求出的功率，不一定與產(chǎn)品功率相同。 要正確選擇電動機的功率，必須經(jīng)過以下計算或比較： (1)對于恒定負載連續(xù)工作方式，如果知道負載的功率 (即生產(chǎn)機械軸上的功率)(kw)．可按下式計算所需電動機 的功率 P(kw)： P= / 式中 為生產(chǎn)機械的效1P 1P2n1率； 為電動機的效率。 (2)如果電動機功率選得過大就會出現(xiàn)“ 大馬拉小車” 現(xiàn)象．其輸出機械功率不能得到充分利用，功率因數(shù)和效率都不高，不但對用戶和電網(wǎng)不利。 各部件方案選擇及說明 傳動方案說明 電動機選擇及說明電動機的功率．應根據(jù)生產(chǎn)機械所需要的功率來選擇，盡量使電動機在額定負載下運行。因此要協(xié)調(diào)好推桿的行程與光電傳感器數(shù)目之間的關系。傳感器之間的安裝距離不能太大，否則會增加齒輪傳動的設計制造難度，使得推動行程太長，降低工作效率。 4）合理設計以電動機為動力源的推動機構和傳感器的數(shù)目。PLC 負責采集到位信號、接受脈沖編碼器信號，控制電動機和推桿的運動，并把檢測結果送到上位機。本系統(tǒng)齒輪齒條的制造精度為 6 級精度，編碼器選擇 2022 線的。脈沖編碼器的分辨率也會影響系統(tǒng)的精度，分辨率越高，精度越高。 PL測長系統(tǒng)在設計時為了達到規(guī)定的測長精度進行合理的設計，需要注意以下幾個問題： 1）光電傳感器的響應速度的快慢很大程度上影響測量的精度，若選用繼電器方式的輸出接口其響應時間為十幾個毫秒，而晶體管方式的接口其響應時間只要幾個毫秒甚至更小，但是注意晶體管方式的輸出接口要和與之相連的 PLC 的輸入匹配。PLC 將鋼管的最終狀態(tài)和編碼器的數(shù)值傳送給上位機，最終由上位機計算出鋼管的長度。值得注意的是 ，在測長過程中 ，鋼管尾部至少要經(jīng)過一對光電管 ，即編碼器計數(shù)值需要清過零以后 ，所測的長度才是正確的。 當滾輪碰到左限位開關的瞬間 ，測長工作完成 ，此時PLC 記錄當前編碼器的數(shù)值和每組光電管的狀態(tài)并保持 。 24 對光電管中被鋼管擋住的狀態(tài)為 1，沒有被擋住的狀態(tài)為 0。測長原理如下：當光電傳感器檢測到工位上有鋼管時，這時操作上位機經(jīng) PLC 啟動測長工位的電動機 ，這時電機得到信號啟動通過齒輪與齒條之間的轉換從而使推桿向前運動，在這過程中光電脈沖編碼器通過齒輪與齒條傳動計數(shù)。當電動機推動鋼管時帶動齒條運動，同時齒條帶動齒輪轉動，而齒輪的轉動帶動脈沖編碼器轉動，最電動機推桿的沿鋼管軸向運動的距離反映為脈沖編碼器轉過的角度。系統(tǒng)采用對射式的光電傳感器，由發(fā)射管和接收管組成，負責檢測鋼管的位置，若鋼管從一對傳感器的發(fā)射管與接收管的中間穿過，傳感器就會發(fā)出一個電平信號給PLC。而加上電機抱閘，這樣推桿能立即停止運動。 （2）電動機的選擇主要由所需的推鋼機構的所需功率決定。2 方案原理的設計2. 1 測長系統(tǒng)的設計 測長的系統(tǒng)構成如圖 21 所示，由圖可以看出系統(tǒng)組成如下：圖21 系統(tǒng)結構 （1）V滾輪用來放置鋼管，滾輪采用樹脂。 （2）測長系統(tǒng)中，有許多關鍵部件是國外進口的，如光電傳感器、編碼器等。 鋼管自動測長的發(fā)展方向測長系統(tǒng)發(fā)展還不完善，需要進一步的進行優(yōu)化設計。采用面向對象的思想進行了上位機監(jiān)控程序的設計，具體包括各個功能塊的設計、控制界面的設計和數(shù)據(jù)庫的設計。完成了現(xiàn)場調(diào)試，解決了現(xiàn)場中出現(xiàn)的問題。根據(jù)測長系統(tǒng)的功能要求，針對 PLC 系統(tǒng)的硬件特點，對 PLC 程序進行了模塊化設計。對測長系統(tǒng)的控制系統(tǒng)進行了詳細設計，主要包括系統(tǒng)電氣組成、PLC 硬件設計。 （2） 對測長系統(tǒng)進行了總體方案設計，具體包括：各個工位的硬件組成、工作原理和具體設計方案，確定了控制系統(tǒng)和軟件的功能等。解決了以前依靠國外進口的困境，在很大程度上降低了成本。 目前國內(nèi)鋼管自動測長的發(fā)展狀況及趨勢 國內(nèi)鋼管自動測長發(fā)展狀況本文在對鋼管自動測長系統(tǒng)的功能和要達到的性能指標進行研究的基礎上。同時若現(xiàn)場大型動力設備多，電磁干擾嚴重，也會增加系統(tǒng)的不穩(wěn)定性。具有精度高、測長周期短、系統(tǒng)可靠性好等優(yōu)點。則鋼管的長度為： L =Ana+δ 式（）式中 δ為系統(tǒng)誤差，計量檢定后從單片機系統(tǒng)鍵盤上鍵入。同時，PLC 向單片機系統(tǒng)發(fā)出“推動測量結束 ”信號，單片機系統(tǒng)得到此信號后再告訴上位機。推動繼續(xù)，當終點接近開關動作時，電機停止（每次推動的距離相同，即起點接近開關到終點接近開關） 。當鋼管端面 m(與推頭接觸的鋼管端面)與 1＃光電開關對齊的瞬間，1＃光電開關狀態(tài)發(fā)生跳變，此時 PLC 立即發(fā)出復位信號給單片機系統(tǒng)，單片機系統(tǒng)將光柵數(shù)顯表置于復位狀態(tài)，當鋼管端面 m 與 2＃光電開關對齊的瞬間，PLC 立即向單片機系統(tǒng)發(fā)出“ 測量開始”信號，單片機系統(tǒng)瞬間取消光柵數(shù)顯表的復位狀態(tài)，光柵數(shù)顯表開始正常計量，PLC 同時根據(jù)此瞬間 圖 12 CCD 測長原理圖 圖 13 CCD 精測圖3?！?4＃光電開關的狀態(tài)得出“光電開關狀態(tài)編碼” ，并以 4 位 BCD 碼的形式鎖存輸出給單片機系統(tǒng)，單片機系統(tǒng)根據(jù)此編碼查表得到 An 值。上位機根據(jù)其它系統(tǒng)的情況和邏輯控制要求產(chǎn)生“允許推動測量 ”信號傳輸給 PLC。本系統(tǒng)由機械推動、數(shù)字控制及精密測量三部分組成，主要性能指標為：①鋼管測長范圍： ～；② 測長精度：177。此方案具有系統(tǒng)硬件簡單、速度快、可擴展性好等優(yōu)點，但是也存在著對測量環(huán)境要求高，設備安裝調(diào)試不方便，維護困難等缺點，對于周圍溫差大、光線不強、灰塵大的場合測量精度會受到很大影響。精度可以達到 177。整個型鋼由圖 12 可以看出，整個鋼管的長度為： L= + ＋ 式（）0L12式中，L 為鋼管總長， 為精測長度， 為某一固定軌道上精測的起點到 第一0個測試線之間的距離， 為第一條測試線到鋼管在運動過程中到達的那一條的測試線之2L間的距離。單片機在這瞬間同時進行粗測和精測。當鋼管在生產(chǎn)流水線上向前運動時，如果其前端與粗測部分中某一條測試線重合。精測光源的光線一部分可以通過透鏡投射到 CCD 器件上，另一部分則被鋼管擋住，光線無法到達 CCD 器件上，如圖 13 所示。精測 CCD 為攝像機，具有 2048 曝光像敏單元。每一點光源和光電檢測器組成一條測試線，各條測試線之間相互平行，且距離相對固定，每相鄰的測試線之間的最大距離小于 CCD 器件精測的測量范圍。圖 1－2 和圖 1－3 為系統(tǒng)的示意圖。 鋼管測長方法歸納起來有兩種方案：1．電荷耦合器件（CCD ）鋼管測長方案 [6] 目前鞍鋼無縫鋼管廠熱軋二車間生產(chǎn)線的測長系統(tǒng)即采用此方案。因此，開發(fā)研制同類產(chǎn)品已經(jīng)迫在眉睫。但是進口設備成本高、要求工人素質(zhì)高、維護成本也高。1%壁厚 %%單根%重量車載量 %長度項目 范圍 1 范圍 2 范圍 3油管 —套管 從上個世紀 90 年代開始，國內(nèi)一些大型的鋼鐵公司的產(chǎn)品為了參與國際競爭，耗巨資引進國外的整條流水線。D≥177。很明顯，這些方法存在測量精度低、勞動強度大、生產(chǎn)效率低等缺點。 過去，大部分的鋼管廠家采用人工的方式進行測量。國內(nèi)鋼管進入國際市場，必須遵守國際的相關標準。 鋼管測長是對成品鋼管進行長度根據(jù)一定的標準把鋼管定義為好管或壞管。從定徑或減徑機軋出的成品管，送至鏈式冷床上冷卻，冷卻后鋸成定尺長度的鋼管（有的需要熱處理) 輸送到斜輥式矯直機上矯直，矯直后依次經(jīng)過超聲波探傷，水壓機試驗，隨后進行其他各項精整工序。 按照工藝流程，管坯進入車間后按照工藝要求鋸成定尺長度，然后依次經(jīng)過環(huán)形爐加熱、三輥穿孔機穿孔、連軋機軋鋼、定徑機定徑。徐 州 工 程 學 院 畢 業(yè) 設 計 (論 文 )I電動式鋼管自動測長機構畢業(yè)設計目 錄1 緒 論 ...........................................................................................................................................1 課題研究的背景 ..................................................................................................................1 鋼管自 動測長系統(tǒng)的的分類 ..............................................................................................2 目前國內(nèi)鋼管自動測長的發(fā)展狀況及趨勢 .............