【正文】 專業(yè)：電氣工程及其自動(dòng)化 2011年2月20 日 畢業(yè)設(shè)計(jì)題目鋼管稱重、測(cè)長(zhǎng)設(shè)備控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)測(cè)長(zhǎng)部分學(xué)生姓名鄧大龍學(xué)號(hào)20071003指導(dǎo)教師吳鳳英職稱高級(jí)工程師（報(bào)告內(nèi)容包括課題的意義、國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r、本課題的研究?jī)?nèi)容、研究方法、研究手段、研究步驟以及參考文獻(xiàn)資料等。程序選定后，整個(gè)加工過程自動(dòng)進(jìn)行（5）電源及系統(tǒng)的運(yùn)行應(yīng)有相應(yīng)的指示（6）故障報(bào)警應(yīng)有相應(yīng)的指示（7）應(yīng)有必要的電氣保護(hù)措施2．設(shè)計(jì)內(nèi)容（1）理解該設(shè)備的工作原理（2）畫出控制設(shè)備的工藝流程圖（3）對(duì)控制設(shè)備中所用的所有電器元件選型，編制電器元件明細(xì)（4）PLC控制程序的設(shè)計(jì)（5）畫出整個(gè)控制系統(tǒng)的電氣控制原理圖、端子接線圖、PLC的端子接線圖（6）PLC控制程序調(diào)試（7）按要求撰寫畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（8）論文答辯（五）應(yīng)完成的技術(shù)資料1．開題報(bào)告（2000字左右）2．畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（10000字左右）3．技術(shù)資料（1）系統(tǒng)電氣原理圖（2）PLC的I/O接線圖（3）控制程序清單及注釋（六）主要參考文獻(xiàn)及資料[1] 西門子（中國(guó)）（中國(guó)）有限公司，1997[2] ，1992[3] ，2002[4] ，2001[5] ，1999[6] ，2002[7] ，2002[8] ，2000[9] ，機(jī)械工業(yè)出版社，2003[10] ，北京航空航天出版社，2003二、畢業(yè)設(shè)計(jì)進(jìn)度計(jì)劃及檢查情況記錄表序號(hào)起止日期計(jì)劃完成內(nèi)容實(shí)際完成內(nèi)容檢查日期檢查人簽名1—結(jié)合任務(wù)書了解課題應(yīng)用情況并搜集相關(guān)資料2—完成開題報(bào)告3—初步熟悉工藝要求4—畢業(yè)實(shí)習(xí)5—選擇控制元件列出PLC內(nèi)部I/O表6—編輯PLC梯形圖7—進(jìn)行軟件程序調(diào)試并修改程序8—畫出整個(gè)系統(tǒng)硬件接線圖9—收集所用資料、寫論文、修改并裝訂10—做好幻燈片，論文答辯注：（1）表中“實(shí)際完成內(nèi)容”、“檢查人簽名”欄目要求用筆填寫，其余各項(xiàng)均要求打印。主要工作過程如下：1）光電傳感器結(jié)合旋轉(zhuǎn)編碼器的形式，在對(duì)齊輥道上實(shí)現(xiàn)在鋼管運(yùn)動(dòng)中對(duì)其長(zhǎng)度的測(cè)量。該控制模式是將工控機(jī)、可編程控制器和管理融合在一個(gè)系統(tǒng)中，沒有操作站和控制站的明顯區(qū)別。機(jī)械式步進(jìn)機(jī)構(gòu)采用雙電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，變頻調(diào)速，通過氣動(dòng)摩擦片制動(dòng)器、減速機(jī)、鏈條帶動(dòng)步進(jìn)梁的移動(dòng)。第四工位為噴標(biāo)工位，在鋼管的外表面噴印上鋼管的各種信息，如重量、長(zhǎng)度、批次、符合API標(biāo)準(zhǔn)及國(guó)家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的和客戶指定的數(shù)字、字符和圖形。第二工位為稱重工位，實(shí)現(xiàn)對(duì)鋼管重量的稱量。它可對(duì)無縫鋼管自動(dòng)進(jìn)行測(cè)長(zhǎng)、稱重，打印、噴標(biāo)等工序。5．提高學(xué)生對(duì)工作認(rèn)真負(fù)責(zé)、一絲不茍，對(duì)事物能潛心考察、勇于開拓、勇于實(shí)踐的基本素質(zhì)。3．使學(xué)生受到PLC系統(tǒng)開發(fā)的綜合訓(xùn)練，達(dá)到能進(jìn)行PLC系統(tǒng)設(shè)計(jì)和實(shí)施的目的。電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè) —畢業(yè)設(shè)計(jì)天津理工大學(xué)教務(wù)處制一、畢業(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求（一）設(shè)計(jì)題目鋼管稱重、測(cè)長(zhǎng)設(shè)備控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)測(cè)長(zhǎng)部分（二）設(shè)計(jì)目的1．通過該題目的設(shè)計(jì)培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)的基礎(chǔ)理論知識(shí)、基本技能和專業(yè)知識(shí)進(jìn)行分析和解決實(shí)際問題的能力。2．培養(yǎng)學(xué)生查閱技術(shù)資料的能力，培養(yǎng)實(shí)際獨(dú)立完成課題的工作能力。4．使學(xué)生掌握無縫管稱重、測(cè)長(zhǎng)設(shè)備的工作原理。（三）控制設(shè)備概述及工作原理1．控制設(shè)備組成操作臺(tái)兩臺(tái)控制柜兩臺(tái)工業(yè)控制機(jī)一臺(tái)西門子 PLC機(jī)一臺(tái)24V直流電源一臺(tái) 這是鋼管生產(chǎn)線上的一個(gè)自動(dòng)檢測(cè)、記錄、打標(biāo)記的自動(dòng)化設(shè)備。此設(shè)備共有四個(gè)工位：第一工位為測(cè)長(zhǎng)工位，實(shí)現(xiàn)對(duì)鋼管長(zhǎng)度的測(cè)量。第三工位為打印工位，在鋼管一端的外表面通過氣動(dòng)打標(biāo)機(jī)打印出鋼管的各種信息，如重量、長(zhǎng)度、批次、符合API標(biāo)準(zhǔn)及國(guó)家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的和客戶指定的數(shù)字、字符和圖形；氣動(dòng)打標(biāo)機(jī)也可移動(dòng)到第五工位（噴印工位）用于實(shí)現(xiàn)對(duì)鋼管兩端的打印。鋼管的上料、鋼管在各工位之間的移動(dòng)、鋼管的下料均通過機(jī)械式步進(jìn)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。電控系統(tǒng)采用各單機(jī)自成體系，獨(dú)立控制，獨(dú)立操作的分布型控制模式。各單機(jī)可以即作控制，又作操作顯示，通信系統(tǒng)又可以把數(shù)據(jù)等信息送往其它站，從而使數(shù)據(jù)資源共享。2），PLC機(jī)開始對(duì)旋轉(zhuǎn)編碼器計(jì)數(shù)；3）與此同時(shí)，其它33對(duì)光電傳感器進(jìn)入中斷程序，當(dāng)向右(東側(cè))移動(dòng)的鋼管尾部脫開任一個(gè)光電傳感器，都產(chǎn)生一個(gè)中斷信號(hào)，則PLC機(jī)停止對(duì)旋轉(zhuǎn)編碼器計(jì)數(shù)；4）PLC機(jī)將中斷點(diǎn)光電傳感器的位置信號(hào)和PLC計(jì)數(shù)信息送給工控機(jī)，工控機(jī)計(jì)算出鋼管的長(zhǎng)度；5）計(jì)算公式： L（鋼管長(zhǎng)度）= L2（產(chǎn)生最后一個(gè)中斷信號(hào)的光電傳感器至第一對(duì)光電傳感器的距離）L1（旋轉(zhuǎn)編碼器的計(jì)數(shù)長(zhǎng)度）（四）設(shè)計(jì)要求1．控制要求 （1）控制系統(tǒng)應(yīng)滿足設(shè)備的工藝要求，測(cè)量的距離精度應(yīng)滿足要求（2）打印位置準(zhǔn)確、字符高度、深度應(yīng)滿足要求（3）輥道除自動(dòng)加工外，應(yīng)有手動(dòng)控制（4）系統(tǒng)具有程序預(yù)選功能。 （2）畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書一式二份，一份學(xué)院系留存，一份發(fā)給學(xué)生，任務(wù)完成后裝訂在畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書內(nèi)。） 本課題研究的目的及意義長(zhǎng)度是鋼管的主要規(guī)格指標(biāo)之一，快速準(zhǔn)確的測(cè)長(zhǎng)系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品標(biāo)志重要環(huán)節(jié)。常見的測(cè)長(zhǎng)方法有：人工測(cè)長(zhǎng)、CCD測(cè)量、超聲波測(cè)量、多波長(zhǎng)干涉測(cè)量等，這些測(cè)長(zhǎng)方法在鋼管生產(chǎn)線中運(yùn)用都有一定的局限性。 鋼管的生產(chǎn)工藝種類繁多，生產(chǎn)過程非常復(fù)雜，生產(chǎn)設(shè)備也很龐大。加工成的鋼管需要減徑的再加熱后送至減徑機(jī)上減徑。精整后的成品管經(jīng)過感應(yīng)加熱爐后進(jìn)行涂油打捆入庫。然后把鋼管的有關(guān)信息，如爐號(hào)、班號(hào)、材料、長(zhǎng)度、重量、生產(chǎn)廠家等按一定的標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)注在鋼管表面。本設(shè)計(jì)的測(cè)長(zhǎng)系統(tǒng)填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)鋼管生產(chǎn)線的空白，其檢測(cè)精度和表示果達(dá)到了世界同類產(chǎn)品的先進(jìn)水平，解決了以前依靠國(guó)外進(jìn)口的困境，在很大程度上降低了成本。（2）控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。根據(jù)測(cè)長(zhǎng)系統(tǒng)的功能要求，針對(duì)PLC系統(tǒng)的硬件特點(diǎn)，對(duì)PLC程序進(jìn)行了模塊化設(shè)計(jì)。完成現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試、解決了現(xiàn)場(chǎng)中出現(xiàn)的問題。有一些供公司自己組織技術(shù)力量進(jìn)行技術(shù)攻關(guān)也研制出了一些產(chǎn)品，能在一定程度上解決問題，但產(chǎn)品大體上存在以下一些問題：（1）設(shè)備大部分只能完成單一的任務(wù)，不能再自動(dòng)生產(chǎn)線上和其他設(shè)備一起工作，使得生產(chǎn)效率低下，不能從根本上解決問題。由于這些產(chǎn)品的主要控制部件采用了單片機(jī)控制，在鋼管生產(chǎn)的惡劣環(huán)境中，各種干擾是的控制系統(tǒng)的故障率極高（3）產(chǎn)品缺乏擴(kuò)展性。某些局部協(xié)調(diào)通過PLC自治完成。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上滿足穩(wěn)定性和可靠性的要求。生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的惡劣環(huán)境，不適宜工人在現(xiàn)場(chǎng)長(zhǎng)時(shí)間的操作，因此要求在上位計(jì)算機(jī)上能夠監(jiān)控所有現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)行情況通過時(shí)具有故障報(bào)警和自診斷功能，這樣只要在控制室里就能“看到”現(xiàn)場(chǎng)的一切動(dòng)作。測(cè)長(zhǎng)系統(tǒng)的精度可以達(dá)到2mm。七、本課題的研究步驟（1）了解設(shè)備的工作原理；（2）完成PLC定義點(diǎn)圖、接線端子圖、電氣原理圖及通訊系統(tǒng)圖；（3）進(jìn)行s7300編程；（4）硬件連接，利用s7300軟件進(jìn)行仿真；（5）觀察仿真結(jié)果并分析八、參考文獻(xiàn)[1] 西門子（中國(guó)）（中國(guó)）有限公司， 1997[2] ，1992[3] ，2002[4] ，2001[5] ，1999[6] ，2002[7] ，2002[8] ，2000[9] ，機(jī)械工業(yè)出版社，2003[10] ，北京航空航天出版社，2003指導(dǎo)教師意見簽字： 年 月 日天津理工大學(xué)教務(wù)處制表 鋼管稱重、測(cè)長(zhǎng)設(shè)備控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)測(cè)長(zhǎng)部分摘要主要對(duì)鋼管稱重測(cè)長(zhǎng)設(shè)備中的測(cè)長(zhǎng)部分進(jìn)行控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研究，報(bào)告了國(guó)內(nèi)外鋼管的發(fā)展方向和發(fā)展趨勢(shì)，并對(duì)各種方案進(jìn)行了比較，明確了研究課題的意義以及研究課題的方法和手段。對(duì)所用的電氣控制設(shè)備PLC、變頻器以及各種元器件包括斷路器和交流接觸器等進(jìn)行了設(shè)備選型。對(duì)系統(tǒng)的各硬件之間進(jìn)行了通訊配置,簡(jiǎn)單介紹了MPI網(wǎng)絡(luò)、PROFIBUS—DP網(wǎng)絡(luò)和工業(yè)以太網(wǎng)三種通訊網(wǎng)絡(luò)的通訊方式，采用PROFIBUS—DP網(wǎng)絡(luò)對(duì)S7—300PLC、ET200和變頻器進(jìn)行了通訊配置，對(duì)S7—300PLC進(jìn)行了梯形圖程序的編寫。不同類型的鋼管標(biāo)志都有其相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。利用對(duì)射光電管、編碼器PLC、上位機(jī)等組成的光電式測(cè)長(zhǎng)系統(tǒng)、性能穩(wěn)定，成本低，完全能適應(yīng)鋼管生產(chǎn)自動(dòng)測(cè)長(zhǎng)的要求。2. 產(chǎn)品的穩(wěn)定性不夠，由于這些產(chǎn)品的主要控制不見采用了單片機(jī)控制，在鋼 管生產(chǎn)的惡劣環(huán)境中，各種干擾使得系統(tǒng)的故障率極高。ERP、PDM實(shí)現(xiàn)程度已經(jīng)成為企業(yè)現(xiàn)代化的重要標(biāo)志。每根鋼管都有一系列的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)的鋼管的整個(gè)生命周期里都很重要。 研究目的及意義本設(shè)計(jì)的測(cè)長(zhǎng)系統(tǒng)填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)鋼管生產(chǎn)線的空白，其檢測(cè)精度和表示成果達(dá)到了世界同類產(chǎn)品的先進(jìn)水平，解決了以前依靠國(guó)外進(jìn)口的困境，在很大程度上降低了成本。2. 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。根據(jù)測(cè)長(zhǎng)系統(tǒng)的功能要求，針對(duì)PLC系統(tǒng)的硬件特點(diǎn)，對(duì)PLC程序進(jìn)行了模塊化設(shè)計(jì)。完成現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試、解決了現(xiàn)場(chǎng)中出現(xiàn)的問題。 第二章 系統(tǒng)的分析與控制任務(wù) 設(shè)備的主要技術(shù)參數(shù)及要求681. 甲方參數(shù)及工廠情況年平均氣溫 ℃夏季最高平均氣溫 ℃冬季最低平均氣溫 ℃極端最高氣溫 ℃極端最低氣溫 ℃最熱（7月）最高平均氣溫 ℃最冷（1月）最低平均氣溫 ℃年平均降雨量 年最大降雨量 年最小降雨量 一天內(nèi)最大降雨量 一小時(shí)內(nèi)最大降雨量 年平均風(fēng)速 夏季/冬季平均風(fēng)速 年主導(dǎo)風(fēng)向 北、北西、南西夏季/冬季主導(dǎo)風(fēng)向 南、東北、北西夏季/冬季大氣壓 地震強(qiáng)烈 7度供電 1 AC 10KV177。10% 3 AC 480V177。壓力 壓縮空氣壓力 含油量 ≤1mg/m^3固體微粒半徑 ≤1um2. 設(shè)備參數(shù)鋼管參數(shù)：鋼管直徑：鋼管壁厚：鋼管單根最重：2000kg鋼管長(zhǎng)度范圍 ：總體設(shè)備參數(shù)：電氣容量 90KW設(shè)備本體尺寸 19m壓縮空氣 壓力：用量：1m^3/min接口管徑： 1移鋼機(jī)參數(shù)：移鋼機(jī)電機(jī)功： 37kw減速機(jī)傳動(dòng)比 63移鋼機(jī)制動(dòng)形式 電液式 測(cè)長(zhǎng)參數(shù)：測(cè)長(zhǎng) 道電機(jī)功率： KW編碼器參數(shù)：1200P側(cè)長(zhǎng)范圍：側(cè)長(zhǎng)精度： 177。 700KG4000KG≤177。配電柜、主控柜、噴標(biāo)掛箱是各種元器件的載體。系統(tǒng)的協(xié)調(diào)工作是由PLC通過裝載其中的程序來實(shí)現(xiàn)的，系統(tǒng)包括設(shè)備總體控制和測(cè)長(zhǎng)、稱重、色環(huán)、打標(biāo)、噴標(biāo)、步進(jìn)等各個(gè)