鋼管打捆機(jī)結(jié)構(gòu)及PLC控制設(shè)計含6張CAD圖
鋼管打捆機(jī)結(jié)構(gòu)及PLC控制設(shè)計含6張CAD圖,鋼管,打捆,結(jié)構(gòu),plc,控制,節(jié)制,設(shè)計,cad
摘 要
本論文主要是圍繞鋼管打捆機(jī)的研制開發(fā)而進(jìn)行介紹的。通過對國內(nèi)外鋼管打捆機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)和打捆工藝原理的分析,提出了鋼管打捆機(jī)的總體設(shè)計方案。
本論文首先介紹了鋼管打捆機(jī)的國際，國內(nèi)發(fā)展?fàn)顩r以及與其涉及的相關(guān)技術(shù)， 接著分析了國內(nèi)鋼管打捆包裝機(jī)械存在的不足,提出了本論文所要研究的主要工作。
然后介紹了鋼管打捆包裝的性能要求，分析了打捆工藝，并確定了鋼管打捆機(jī)的總體設(shè)計方案。
接下來具體介紹了鋼管打捆機(jī)各個機(jī)械部分的設(shè)計并用PLC對系統(tǒng)進(jìn)行控制.
最后對本論文所做的工作進(jìn)行了總結(jié)，同時對打捆機(jī)系統(tǒng)進(jìn)一步研究方向進(jìn)行了展望。
關(guān)鍵詞: 鋼管打捆機(jī);包裝機(jī)械;PLC
ABSTRACT
The main topic of this paper is about steel pipe strapping machine .According to analyzing machine construction and process principle of this system produced by internal and aboard .
Firstly, the paper introduces currently developing condition of steel strapping machines and other technologies involved, at home and abroad. Then, the existing shortcomings of steel pipe strapping machine in our country are given. Then main work of this paper should be completed is concluded in this chapter.
Then, by closely researching the required capacities and process principles of this system, project of system design is established.
As follows, the paper describes designing of machine constructions and transmission in this term, and use PLC to control the whole system.
At last, the work of dissertation is summarized and prospect of improving direction of system is presented.
Keyword: Steel Pipe strapping Machine; packing machine; PLC
目 錄
摘 要 Ⅰ
ABSTRACT Ⅱ
第1章 緒論 1
1.1 問題的提出及研究本課題的意義 1
1.2 國內(nèi)外鋼管打捆包裝機(jī)械研究發(fā)展現(xiàn)狀 2
1.3 本文的內(nèi)容安排 2
第2章. 鋼管打捆機(jī)的總體方案設(shè)計 4
2.1鋼管打捆機(jī)包裝機(jī)械的性能要求 4
2.1.1 國家對鋼管包裝的要求 4
2.1.2 鋼管六角堆垛成形的要求 5
2. 2鋼管打捆機(jī)系統(tǒng)的工藝流程分析 6
2.2.1 步進(jìn)移管機(jī)工藝流程分析 6
2.2.2 推平機(jī)構(gòu)工藝流程分析 8
2.2.3 傳帶機(jī)構(gòu)工藝流程分析 9
2.2.4 剪帶機(jī)構(gòu)工藝流程分析 10
2.2.5 折帶機(jī)構(gòu)工藝流程分析 10
2.3 鋼管打捆機(jī)的系統(tǒng)整體設(shè)計方案 11
2.4本章總結(jié) 14
第3章 鋼管自動打捆機(jī)機(jī)械部分設(shè)計 15
3.1鋼管打捆機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)總體介紹 15
3.2傳帶機(jī)構(gòu)的設(shè)計 15
3.2.1傳帶機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)概述 15
3.2.2傳帶機(jī)構(gòu)主要部件的設(shè)計 16
3.2.3傳帶機(jī)構(gòu)總圖 25
3.3剪帶機(jī)構(gòu)的設(shè)計 26
3.3.1剪帶機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)概述 26
3.3.2剪帶機(jī)構(gòu)主要部件的設(shè)計 27
3.3.3剪帶機(jī)構(gòu)部件總圖 28
3.4管成型機(jī)構(gòu)的設(shè)計 28
3.4.1管成型機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)概述 29
3.4.2管成型機(jī)構(gòu)主要部件的設(shè)計 29
3.4.3管成型機(jī)構(gòu)部件總圖 29
3.5折帶機(jī)構(gòu)設(shè)計 30
3.5.1折帶機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)概述 30
3.5.2折帶機(jī)構(gòu)主要部件的設(shè)計 30
3.5.3折帶機(jī)構(gòu)總圖 31
3.6托架的設(shè)計 31
3.7打捆機(jī)總圖 32
3.8本章總結(jié) 33
第4章 控制系統(tǒng)設(shè)計 34
4.1可編程控制器介紹 34
4.2 PLC選型分析 34
4.3 PLC控制系統(tǒng)梯形圖結(jié)構(gòu) 36
4.4數(shù)學(xué)模型的建立 36
4.5參數(shù)計數(shù)在PLC中的實現(xiàn)方法 37
4.6直流電機(jī)的控制程序設(shè)計 45
4.7自動程序的設(shè)計 46
4.8手動程序的設(shè)計 48
第5章 結(jié)論與展望 50
致 謝 51
參 考 文 獻(xiàn) 52
IV
摘 要
本論文主要是圍繞鋼管打捆機(jī)的研制開發(fā)而進(jìn)行介紹的。通過對國內(nèi)外鋼管打捆機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)和打捆工藝原理的分析,提出了鋼管打捆機(jī)的總體設(shè)計方案。
本論文首先介紹了鋼管打捆機(jī)的國際，國內(nèi)發(fā)展?fàn)顩r以及與其涉及的相關(guān)技術(shù)， 接著分析了國內(nèi)鋼管打捆包裝機(jī)械存在的不足,提出了本論文所要研究的主要工作。
然后介紹了鋼管打捆包裝的性能要求，分析了打捆工藝，并確定了鋼管打捆機(jī)的總體設(shè)計方案。
接下來具體介紹了鋼管打捆機(jī)各個機(jī)械部分的設(shè)計并用PLC對系統(tǒng)進(jìn)行控制.
最后對本論文所做的工作進(jìn)行了總結(jié)，同時對打捆機(jī)系統(tǒng)進(jìn)一步研究方向進(jìn)行了展望。
關(guān)鍵詞: 鋼管打捆機(jī);包裝機(jī)械;PLC
ABSTRACT
The main topic of this paper is about steel pipe strapping machine .According to analyzing machine construction and process principle of this system produced by internal and aboard .
Firstly, the paper introduces currently developing condition of steel strapping machines and other technologies involved, at home and abroad. Then, the existing shortcomings of steel pipe strapping machine in our country are given. Then main work of this paper should be completed is concluded in this chapter.
Then, by closely researching the required capacities and process principles of this system, project of system design is established.
As follows, the paper describes designing of machine constructions and transmission in this term, and use PLC to control the whole system.
At last, the work of dissertation is summarized and prospect of improving direction of system is presented.
Keyword: Steel Pipe strapping Machine; packing machine; PLC
目 錄
摘 要 Ⅰ
ABSTRACT Ⅱ
第1章 緒論 1
1.1 問題的提出及研究本課題的意義 1
1.2 國內(nèi)外鋼管打捆包裝機(jī)械研究發(fā)展現(xiàn)狀 2
1.3 本文的內(nèi)容安排 2
第2章. 鋼管打捆機(jī)的總體方案設(shè)計 4
2.1鋼管打捆機(jī)包裝機(jī)械的性能要求 4
2.1.1 國家對鋼管包裝的要求 4
2.1.2 鋼管六角堆垛成形的要求 5
2. 2鋼管打捆機(jī)系統(tǒng)的工藝流程分析 6
2.2.1 步進(jìn)移管機(jī)工藝流程分析 6
2.2.2 推平機(jī)構(gòu)工藝流程分析 8
2.2.3 傳帶機(jī)構(gòu)工藝流程分析 9
2.2.4 剪帶機(jī)構(gòu)工藝流程分析 10
2.2.5 折帶機(jī)構(gòu)工藝流程分析 10
2.3 鋼管打捆機(jī)的系統(tǒng)整體設(shè)計方案 11
2.4本章總結(jié) 14
第3章 鋼管自動打捆機(jī)機(jī)械部分設(shè)計 15
3.1鋼管打捆機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)總體介紹 15
3.2傳帶機(jī)構(gòu)的設(shè)計 15
3.2.1傳帶機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)概述 15
3.2.2傳帶機(jī)構(gòu)主要部件的設(shè)計 16
3.2.3傳帶機(jī)構(gòu)總圖 25
3.3剪帶機(jī)構(gòu)的設(shè)計 26
3.3.1剪帶機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)概述 26
3.3.2剪帶機(jī)構(gòu)主要部件的設(shè)計 27
3.3.3剪帶機(jī)構(gòu)部件總圖 28
3.4管成型機(jī)構(gòu)的設(shè)計 28
3.4.1管成型機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)概述 29
3.4.2管成型機(jī)構(gòu)主要部件的設(shè)計 29
3.4.3管成型機(jī)構(gòu)部件總圖 29
3.5折帶機(jī)構(gòu)設(shè)計 30
3.5.1折帶機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)概述 30
3.5.2折帶機(jī)構(gòu)主要部件的設(shè)計 30
3.5.3折帶機(jī)構(gòu)總圖 31
3.6托架的設(shè)計 31
3.7打捆機(jī)總圖 32
3.8本章總結(jié) 33
第4章 控制系統(tǒng)設(shè)計 34
4.1可編程控制器介紹 34
4.2 PLC選型分析 34
4.3 PLC控制系統(tǒng)梯形圖結(jié)構(gòu) 36
4.4數(shù)學(xué)模型的建立 36
4.5參數(shù)計數(shù)在PLC中的實現(xiàn)方法 37
4.6直流電機(jī)的控制程序設(shè)計 45
4.7自動程序的設(shè)計 46
4.8手動程序的設(shè)計 48
第5章 結(jié)論與展望 50
致 謝 51
參 考 文 獻(xiàn) 52
第1章 緒論
1.1 問題的提出及研究本課題的意義
鋼管產(chǎn)品包裝是鋼管產(chǎn)品生產(chǎn)的繼續(xù),它是保護(hù)鋼管產(chǎn)品在流通過程中質(zhì)量完好和數(shù)量完整的必要措施。大多數(shù)鋼管產(chǎn)品如管線管、高壓容器用管、液壓缸用管、液體輸送用管、氣缸用管,只有加以必要的包裝,才算完成鋼管產(chǎn)品的生產(chǎn),才能進(jìn)入流通領(lǐng)域和進(jìn)行銷售,從而完成鋼管產(chǎn)品的價值和使用價值。良好的鋼管產(chǎn)品包裝有利于保護(hù)鋼管產(chǎn)品、美化鋼管產(chǎn)品、吸引顧客、擴(kuò)大銷售和增加售價。因此,許多國家都把改進(jìn)鋼管產(chǎn)品包裝作為加強(qiáng)對外開放競銷的一個手段。從法律上看,合同中有關(guān)鋼管產(chǎn)品包裝的規(guī)定是產(chǎn)品說明的組成部分。一方違反這方面的規(guī)定,另一方面即有權(quán)拒收貨物或要求損失賠償。由此可見,鋼管產(chǎn)品的包裝條款,是合同中的主要條款之一。
大約在70年以前,鋼管產(chǎn)品的競爭主要靠商標(biāo),也就是說看一個公司的牌子響不響,到上世紀(jì)40年代初,由于生產(chǎn)的發(fā)展,大量鋼管產(chǎn)品涌進(jìn)市場,這時競爭主要靠文字說明；發(fā)展到60年代,鋼管產(chǎn)品的競爭主要就靠產(chǎn)品本身的質(zhì)量和特色了。隨著競爭的日趨激烈,在70年代到80年代初期出現(xiàn)了以鋼管產(chǎn)品包裝定位為特點的包裝－－即以爭取消費者為目的去設(shè)計的鋼管產(chǎn)品包裝。
中國的鋼管產(chǎn)品正是由于鋼管產(chǎn)品的包裝質(zhì)量原因在國際上曾留下了“一等產(chǎn)品,二等包裝,三等價格”的名聲,對中國鋼管產(chǎn)品的出口及聲譽都造成了不好的影響。因此，要擴(kuò)大出口，就必須下決心在提高鋼管產(chǎn)品質(zhì)量的同時，認(rèn)真就決好鋼管產(chǎn)品的外觀質(zhì)量和包裝問題。
目前，國內(nèi)的鋼管打捆包裝主要還是采用人工方式，與國外先進(jìn)的打捆機(jī)相比，還存在不少的缺點：
1)鋼管捆的成型沒有在專門的成型機(jī)構(gòu)中完成，鋼管捆的外形不能得到保證。這就很容易使捆扎鋼管捆的各道包裝帶受力不均勻，導(dǎo)致包裝帶的破壞，甚至造成鋼管捆的散捆。
2)打捆過程沒有專門的工具，不能保證每道包裝帶的受力基本相同，這也同樣不能保證包裝質(zhì)量。
3)不能適應(yīng)于惡劣環(huán)境下的鋼管包裝，例如高溫的線管，管線管的打捆包裝。
4)鋼管捆打捆都需要手動完成，自動化水平較低，已經(jīng)嚴(yán)重不能滿足現(xiàn)代化鋼管企業(yè)的需要。
由于以上存在的缺點以及各種技術(shù)上的問題，國內(nèi)到上個世紀(jì)90年代，才有企業(yè)和技術(shù)人員對鋼管打捆機(jī)進(jìn)行了一些研制工作，提出了鋼管打捆機(jī)的初步設(shè)計方案。
通過對鋼管打捆機(jī)的研究，可以借鑒和學(xué)習(xí)國外的先進(jìn)的機(jī)械設(shè)計技術(shù)，自動控制技術(shù)，管理技術(shù)，減輕工人的勞動強(qiáng)度，提高工作效率，保證鋼管捆的包裝質(zhì)量；可以改變我國目前大量鋼管打捆機(jī)以來進(jìn)口的局面，填補國內(nèi)的這一空白。
1.2 國內(nèi)外打捆機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀
目前世界上生產(chǎn)鋼管打捆機(jī)的國家主要有：美國、日本、德國、意大利。其中美國是研究鋼管打捆機(jī)的歷史較長的國家，目前已經(jīng)形成了獨立完整的鋼管打捆機(jī)體系，其產(chǎn)品以高、精、尖、產(chǎn)品居多，日本緊隨其后。由近年來微電子、材料、制造方面獨樹一幟。德國，意大利的打捆機(jī)也具有自己的優(yōu)勢方面。
進(jìn)入上世紀(jì)80 ～90年代，各個發(fā)達(dá)國家為了維護(hù)本國的鋼管打捆機(jī)市場和擴(kuò)大出口能力，積極采用其它領(lǐng)域的新技術(shù)（如微電子、 激光、新材料等）開創(chuàng)了鋼管打捆機(jī)研究開發(fā)的新局面。
我國包裝機(jī)械起步于20世紀(jì)70年代。經(jīng)過30年的發(fā)展，雖然已初步形成門類比較齊全、產(chǎn)品比較配套的產(chǎn)業(yè)，但是我們應(yīng)該清楚的地看到我國在鋼管打捆那機(jī)技術(shù)方面還是十分薄弱的。目前主要的鋼管生產(chǎn)企業(yè)如上海寶鋼、內(nèi)蒙古包鋼、天津無縫鋼管公司等使用的鋼管打捆機(jī)還都依賴進(jìn)口。我國目前基本上沒有或者說沒有專門對鋼管打捆機(jī)進(jìn)行研究于制造。綜合分析我國鋼管打捆機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀，阻礙其發(fā)展的主要原因在于：
1)對打捆機(jī)輔助機(jī)械的設(shè)計知識缺乏研究。打捆機(jī)的輔助機(jī)械是打捆機(jī)至關(guān)重要的一部分，它設(shè)計的先進(jìn)與否直接影響到打捆機(jī)的進(jìn)度和質(zhì)量。
2)主要控制部件與執(zhí)行部件－微型機(jī)（PLC）的穩(wěn)定性、氣動元件及各種執(zhí)行部件性能與可靠性還有待提高。這部分元件目前國內(nèi)的產(chǎn)品性能與國外的產(chǎn)品性能還具有一定的差距。
1.3本文的內(nèi)容安排
經(jīng)過鋼管打捆機(jī)械與控制系統(tǒng)原理的詳細(xì)分析，確定了鋼管打捆機(jī)的總體設(shè)計方案。本論文具體內(nèi)容安排如下：
第一章緒論，首先介紹了鋼管打捆機(jī)機(jī)的國際，國內(nèi)發(fā)展?fàn)顩r以及與其涉及的相關(guān)技術(shù)，接著分析了國內(nèi)鋼管打捆機(jī)械存在的不足。
第二章，鋼管打捆機(jī)的總體方案設(shè)計，介紹了鋼管打捆包裝性能要求，分析了打捆工藝，并確定了鋼管打捆機(jī)的總體設(shè)計方案。
第三章，鋼管打捆機(jī)機(jī)械部分設(shè)計，具體介紹了鋼管打捆機(jī)各個機(jī)械部分的設(shè)計。
第5章，結(jié)論與展望，闡述了本設(shè)計的不足有待繼續(xù)研發(fā)。
第2章 鋼管打捆機(jī)的總體方案設(shè)計
2.1 鋼管打捆包裝機(jī)械的性能要求
2.1.1 國家對鋼管包裝的要求
依據(jù)中華人民共和國冶金部 1982-02-02-批準(zhǔn)：
1、鋼管（鋼管和焊接鋼管）打捆包裝的有關(guān)規(guī)定
根據(jù)鋼管的驗收、包裝、標(biāo)志和質(zhì)量說明書GB2102-88規(guī)定：
l 一般鋼管采用捆扎成包交貨，每捆應(yīng)是統(tǒng)一批號的鋼管；
l 每捆鋼管不應(yīng)超過500Kg；
l 外徑大于159mm的異型鋼管，可散裝交貨；
l 經(jīng)供需雙方協(xié)議，每捆鋼管的重量可以超過5000kg，也可以小包裝交貨；
l 成捆鋼管一端應(yīng)放置整齊；
l 短尺寸鋼管應(yīng)單獨包裝交貨；
l 定尺寸長度交貨的鋼管，其搭交的非尺寸長度的鋼管，應(yīng)淡淡度交貨；
l 成捆鋼管應(yīng)用鋼帶或鋼絲捆扎牢固；
l 每捆鋼管的捆扎道數(shù)應(yīng)符合（GB2101-88）表2.1；
l 鋼管的捆扎包裝形式有如圖2.1所示的幾種：
表2.1GB-2101-88
每捆鋼管長度
最少捆扎道數(shù)
<=3
2
>3但<=4.5
3
>4.5但<=7
4
>7但<=10
5
>10
6
l 壁厚大于1.5mm的冷軋不銹鋼管，應(yīng)不少2層的麻袋或料布緊密包裹，鋼帶或鋼
絲捆扎（經(jīng)雙方同意也可以裸體捆扎）。每捆最大量為2000kg。
鋼管的捆扎包裝形式如圖2.1所示，主要有三種：六角包裝、矩形包裝、圓形包裝。其中六角形包裝比矩形包裝形狀穩(wěn)定，比框架式包裝經(jīng)濟(jì)、簡便易行，比圓包裝件外形
整齊美觀，堆放時受力面大，且便于計算，故在實際生產(chǎn)中，廠家多采用六角形包裝件，因而所研制的鋼管打捆機(jī)也是將鋼管堆垛成六角形并并完成打捆包裝。
2.1.2鋼管六角堆垛成形的要求
不管鋼管管徑大小如何，鋼管在成型器中的形狀均成六邊形，如圖2.2所示：
圖2.2 鋼管總數(shù)的計算示意圖
正六邊形的對角線上的一排管的根數(shù)一定是每一邊的管的根數(shù)的2倍減去1，并且對角線兩側(cè)鋼管行成兩個全等的等腰梯形，則每捆管的數(shù)量即為兩個梯形根數(shù)之和加上對角線上一排鋼管的根數(shù)。設(shè)每捆總根數(shù),與每邊根數(shù)x的關(guān)系如下式：
推倒出合理根數(shù)及質(zhì)量區(qū)間。
表2.3所列數(shù)值是在不同直徑下無縫管線管的最佳合理根數(shù)及質(zhì)量，在設(shè)計打捆裝置時，可以此為依據(jù)，當(dāng)鋼管壁厚變化時，仍可按上述計算過程進(jìn)行計算歸類。
表2.2 鋼管捆的合理參數(shù)
管徑（mm）
捆每邊根數(shù)
每捆總根數(shù)
每捆總質(zhì)量
33.5
｛6，7，8，9｝
｛97，217｝
｛1320…，3150｝
42.5
｛5，6，7，8｝
｛61，169｝
｛1145，…，3174｝
48
｛5，6，7｝
｛61，127｝
｛1406，…，2926｝
60
｛4，5，6｝
｛37，91｝
｛1083，…，1786｝
76
｛3，4，5｝
｛19，61｝
｛757，…，2430｝
89
｛3，4｝
｛19，37｝
｛951，…，1851｝
114
｛2，3｝
｛7，19｝
｛456，…，1851｝
140
｛2，3｝
｛7，19｝
｛631，…，1715｝
2.2鋼管打捆機(jī)系統(tǒng)的工藝流程分析
鋼管打捆機(jī)的工藝流程實現(xiàn)可以有吊式、機(jī)械式。通過對電磁吊式和機(jī)械式的打捆工藝的的深入研究。我們得出不管那種方式雖然實現(xiàn)方式不同，但其主要的工作流程都相類似，都是：首先將鋼管堆垛成型，這部分我們稱其為管成型機(jī)構(gòu)；然后推整齊，這部分我們稱它為推平機(jī)構(gòu)：最后打捆成型，我們稱它為折帶機(jī)構(gòu)。在此過程中涉及的鋼帶運輸和剪切我們分別稱其為傳帶機(jī)構(gòu)和剪帶機(jī)構(gòu)。
2.2.1步進(jìn)移管機(jī)工藝分析
在管成型工藝過程中首先是落管，即將鋼管運輸?shù)揭欢ㄎ恢煤笞孕新淙氤尚蜋C(jī)構(gòu)，完成此工作的機(jī)構(gòu)裝置我們稱它為步進(jìn)移管機(jī)，由于不是課題內(nèi)容但為了使設(shè)計內(nèi)容完善我僅提出簡單的方案。
步進(jìn)移管機(jī)的主要工作，如圖2.3所示，是對來至移鋼機(jī)的鋼管進(jìn)行對齊，并依次往右步進(jìn)移動。
圖2.3步進(jìn)移管機(jī)原理圖
其具體動作如下：
1) 鋼管從移鋼機(jī)到達(dá)位置1；
2) 步進(jìn)移管一次，將有鋼管移到位置2；另有鋼管到達(dá)位置1；
3) 步進(jìn)移管一次，將有鋼管移到位置3；將位置3的鋼管進(jìn)行端面對齊；
4) 另有鋼管到達(dá)位置1，2；
5) 步進(jìn)移管一次,將有鋼管到達(dá)位置3, 4,將位置3的鋼管進(jìn)行端面對齊;另
6) 有鋼管到達(dá)位置1, 2;
7) 步進(jìn)移管一次,將有鋼管到達(dá)位置3,4,5,位置3處的鋼管進(jìn)行端面對齊,位
8) 置5的鋼管將進(jìn)入到下一個工位;另有鋼管到達(dá)位置1,2;
2.2.2水平移管機(jī)工藝流程分析
1) 鋼管通過移管機(jī)的位置5后到達(dá)水平移管機(jī)的位置,同時對從步進(jìn)移管機(jī)到達(dá)誰平移管機(jī)的鋼管根數(shù)計數(shù);
2) 從步進(jìn)移管機(jī)過來的鋼管依次在水平移管機(jī)的當(dāng)款左側(cè)處堆積,直到水平移管機(jī)擋塊左側(cè)(如圖2.4所示)的鋼管數(shù)等于此層六角成型所需鋼管的根數(shù);
3) 水平移管機(jī)拖動輸送鏈將在原來位置1的一層鋼管運輸?shù)轿恢?,位置2的右側(cè)有擋塊以防止鋼管從右測滑落到地面;
4) 重復(fù)1)-3)各個過程,但是鋼管的根數(shù)值據(jù)六角成型下一層所需鋼管根數(shù)確定。
通過步進(jìn)移管機(jī)和水平移管機(jī)兩個工位后,鋼管按要求送入管成型機(jī)構(gòu),當(dāng)管送滿六角支撐一半后兩側(cè)氣缸同時推動擋板上升(如圖2.5為初位置) ,到位后繼續(xù)落管,并進(jìn)行手工協(xié)調(diào),直到落滿為止。
圖2.5六角支承管成型機(jī)構(gòu)
2.2.2 推平機(jī)構(gòu)工藝流程分析
管成型機(jī)構(gòu)工位后:
1) 管落滿一半時,推平機(jī)夠進(jìn)行工作,氣缸活塞桿前伸,推板順軌道向前位移,推平鋼管;
2) 工作完成后回復(fù)到初位置(如圖2.6推平機(jī)構(gòu)初位置);
3) 待管成型工位結(jié)束后,重復(fù)前一此次推平動作,回復(fù)初位置。
圖2.6推平機(jī)構(gòu)
2.2.3傳帶機(jī)構(gòu)工藝流程分析
根據(jù)各種打包帶的不同特性有不同的機(jī)構(gòu)來實現(xiàn)傳送,由于本課題采用的是80x10(mm)的鋼帶,故采用以下結(jié)構(gòu)(如圖2.7傳帶機(jī)構(gòu)),此機(jī)構(gòu)通過夾送輥的摩擦效應(yīng)向下一步剪切工位輸送鋼包裝帶,其動作為:
1) 手工或自動解帶并送入夾送輥,到位后活動夾送輥氣缸工作,活塞桿推動下夾送輥向上位移,夾緊鋼帶;
2) 平行軌道機(jī)構(gòu)(如圖2.8)氣缸工作,活塞桿推動軌道板前行至折帶機(jī)構(gòu)正上方;
3) 同時通過聯(lián)軸器與上夾送輥相連結(jié)的步進(jìn)電機(jī)得到信號開始工作,帶動夾送輥傳送鋼包裝帶;
4) 帶到位后步進(jìn)電機(jī)停止工作,平行軌道機(jī)構(gòu)回復(fù)初位置,鋼帶落入折帶機(jī)構(gòu)的折臂槽中,為下一個工位作準(zhǔn)備。
圖2.7傳帶機(jī)構(gòu)
圖2.8平行軌道機(jī)構(gòu)
2.2.4 剪切機(jī)構(gòu)工藝流程分析
傳帶機(jī)構(gòu)工位完成,剪切機(jī)構(gòu)(如圖2.9)動作:
1) 剪切汽缸工作,活塞桿上伸,推動剪刀板一側(cè)彈簧壓緊機(jī)構(gòu)壓緊鋼帶;
2) 剪刀片立即工作,切斷鋼帶
3) 動作完成回復(fù)初位置。
圖2.9剪切機(jī)構(gòu)
2.2.5折帶機(jī)構(gòu)工藝流程分析
以上工位完成后折帶機(jī)構(gòu)(如圖2.10)工作:
1) 上行汽缸工作,活塞桿上升推動打捆頭上移,使鋼帶與鋼管底層相貼平:
2) 折臂兩側(cè)氣缸動作,推動折臂打捆。
3) 打捆結(jié)束焊接,折臂氣缸和上行氣缸同時回復(fù)。
圖2.10折帶機(jī)構(gòu)
2.3鋼管打捆機(jī)的系統(tǒng)整體設(shè)計方案
根據(jù)國內(nèi)外感觀打捆機(jī)的生產(chǎn)實際的基礎(chǔ)上,初步提出了一套鋼管打捆機(jī)的總體設(shè)計方案。該系統(tǒng)采用了PROFIBUS-DP的現(xiàn)場總線技術(shù),以先進(jìn)的西門子現(xiàn)場總線控制模塊實現(xiàn)部件;采用了一些新型的氣動元件和性能優(yōu)越的電機(jī)。本設(shè)計參考以下系統(tǒng)方案進(jìn)行結(jié)構(gòu)動作設(shè)計(如圖2.11所示)
圖2.11打捆機(jī)的系統(tǒng)設(shè)計方案圖
管成型機(jī)構(gòu)及折帶機(jī)構(gòu)工作流程框圖：
圖2.12 系統(tǒng)工作流程圖
2.4 本章總結(jié)
本章主要對鋼管打捆機(jī)的各機(jī)構(gòu)進(jìn)行了劃分，并對各機(jī)構(gòu)進(jìn)行了工藝流程分析，通過對西門子的系統(tǒng)方案的分析，提出了本設(shè)計的結(jié)構(gòu)方案。鋼管打捆機(jī)由步進(jìn)移管機(jī)構(gòu)、水平移管機(jī)構(gòu)、六角管成型機(jī)構(gòu)、傳帶機(jī)構(gòu)、剪帶機(jī)構(gòu)、推平機(jī)構(gòu)、折帶機(jī)構(gòu)以及平行軌組成。本設(shè)計主要設(shè)計傳帶、剪帶、折帶工步的結(jié)構(gòu)部分。在本章中明確了各機(jī)構(gòu)的執(zhí)行任務(wù)，實現(xiàn)了功能的劃分。
第3章 鋼管自動打捆機(jī)機(jī)械部分設(shè)計
3.1鋼管打捆機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)總體介紹
根據(jù)上章提出的鋼管打捆機(jī)的總體方案，本文參考了國內(nèi)一些人工、半自動鋼管打捆機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)。經(jīng)過分析對比改進(jìn)，提出以汽缸為主要驅(qū)動的傳動、剪帶、推平，成型打捆等機(jī)構(gòu)。汽缸驅(qū)動較國內(nèi)目前的鏈?zhǔn)酱蚶C(jī)有較多優(yōu)點：
1) 氣壓傳動采用空氣作為介質(zhì)，空氣可以從大氣中獲取，且取之不盡，故無介質(zhì)供應(yīng)困難和介質(zhì)費用的支出；同時，用后的空氣可以直接排入大氣而不會污染環(huán)境，且噪聲小較鏈傳動有更好的環(huán)保優(yōu)勢，符合人性化工作趨勢；
2) 氣壓傳動反映快，動作迅速，在帶成型捆包時要求有較高的位置準(zhǔn)確性，防止捆包松動，在運輸過程中對工人造成生命危險。氣壓傳動正好滿足這一點，彌補了鏈輪傳動的不精確性；
3) 由于氣體的可壓縮性便于實現(xiàn)系統(tǒng)的過載自動保護(hù)，使用安全；另外啟動元件維護(hù)使用方便，管路不易堵塞，不存在介質(zhì)、補充和更換等問題，傳動性能號。
3.2傳帶機(jī)構(gòu)的設(shè)計
3.2.1傳帶機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)概述
傳帶機(jī)構(gòu)的實現(xiàn)要求：
1) 傳帶機(jī)構(gòu)在工作過程中需給鋼帶提供動力
2) 傳帶機(jī)構(gòu)需控制帶的長度
根據(jù)以上要求，此設(shè)計采用摩擦輪傳動，摩擦輪傳動有以下優(yōu)點：
1) 傳動零件的結(jié)構(gòu)簡單，易于制造；
2) 傳動平穩(wěn)，工作時噪音小。
3) 過載時，傳動件間產(chǎn)生相對滑動，可防止其他零件過載損傷；
根據(jù)以上理由故采用摩擦輥夾送，同時測算走過的帶長既滾過周長。
3.2.2 傳帶機(jī)構(gòu)主要部件的設(shè)計
(1)摩擦輪設(shè)計過程和結(jié)果
1) 材料選擇
在工作過程中摩擦論的主要失效形式是磨損和高溫點蝕，所以材料必須有很好的耐磨性和較高的的強(qiáng)度、硬度。比較各材料的特性選擇45鋼并進(jìn)行高頻淬火處理。
2) 摩擦輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計
圓柱摩擦輪傳動，如圖3.1所示：
圖3.1 圓柱摩擦輪傳動示意圖
通過機(jī)械電子手冊計算得
㈠
傳動功率P1為：1.1kW
主動軸轉(zhuǎn)速n1為：30r/min
傳動比i為：1
接觸形式為：外接觸
㈡
選擇的材料和潤滑狀況為：淬硬鋼/淬硬鋼，干潤滑。
㈢
許用摩擦系數(shù)[f]選擇為：0.030
許用接觸應(yīng)力[σH]選擇為：1800N/mm·mm
寬度系數(shù)ψa選擇為：0.30
選擇原動機(jī)的工作方式為：均勻（如啟動力矩小的電動機(jī)）
選擇工作機(jī)的工作方式為：較小沖擊
工況系數(shù)為：1.25
㈣
中心距的計算公式為：
計算得到中心距a為：163.8mm
㈤
滑動率ε為：1.00%
d1的計算公式為：
計算得到d1為：163.8mm
d2的計算公式為：
計算得到d2為：162.2mm
b的計算公式為：
計算得到b為：49.1mm
進(jìn)行實際要求調(diào)整，取d1=160,d2=160
由于帶寬為80㎜，考慮傳送的穩(wěn)定和準(zhǔn)確性取b=100㎜
㈥
壓緊力Q的計算公式為：
計算得到壓緊力Q為：178155.6N
由于是摩擦副的近似計算，真正的摩擦副為淬硬鋼和鋼帶的滾動摩擦，考慮到鋼帶的可塑性會產(chǎn)生很大的摩阻，在整個工作中起主要作用的是摩擦阻，摩擦力可以忽略不計，故取小的多的壓緊力Q＝220N，考慮過程摩擦取摩擦力f=200N。
最后零件圖見圖3.2。
3.2 摩擦輥零件圖
（2）轉(zhuǎn)軸的設(shè)計過程和結(jié)果
1) 材料的選擇
在工作過程中軸的主要失效形式是疲勞損傷，故軸的材料應(yīng)具有高的強(qiáng)度及剛度，對應(yīng)力集中的敏感性低。故選用強(qiáng)度、塑性與韌性等機(jī)械綜合性能較好的45鋼，并進(jìn)行正火和調(diào)質(zhì)處理。其機(jī)械性能查表得：бB =637Mpa , бS =353Mpa , б-1 =268Mpa , τ-1=155Mpa,ψб=0.2,ψτ=0.1.
2) 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計
按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度初步計算軸徑
由式及查表得
d =A0 ㎜
考慮軸端安裝聯(lián)軸器和摩擦輥需要開鍵槽，將直徑加大并取標(biāo)準(zhǔn)值，所以取 d =40㎜。
a) 以 Ф40等直徑為基礎(chǔ)進(jìn)行設(shè)計。
軸上零件布置見圖3.10 圖a所示，①在軸的輸入端安裝聯(lián)軸器，聯(lián)軸器的尺寸采用GB5843-86型剛性聯(lián)軸器，即聯(lián)軸器孔徑為19㎜，聯(lián)軸器長42㎜，采用軸肩定位。故聯(lián)軸器與軸配合的軸斷長度取為40㎜。②根據(jù)拆裝需要軸承選用6208軸承采用彈性擋圈定位，尺寸如圖3.2圖a所示。③夾送輥內(nèi)孔長80㎜，采用軸肩定位。
b) 按彎扭合成強(qiáng)度條件校核軸
① 畫出軸力學(xué)模型圖見圖3.3圖a；
(a) 軸力學(xué)模型圖
（b）軸支承反力受力圖
（c）水平面彎矩圖
（d）垂直面彎矩圖
（e）合成彎矩圖
（f）轉(zhuǎn)矩圖
（g）彎矩具體計算圖
圖3.3 軸受力圖
② 摩擦輪作用力計算
輸出軸轉(zhuǎn)矩
T＝200x160＝16000N.㎜
輪圓周力 Ft=200N
輪軸向力 Fa=0N
輪徑向力 FR=415-20x9.8=220N
③ 計算支承反力見圖3.3圖b
水平面支承反力 RAh= = =359N
RbH= = =159N
垂直面支承反力
Rav= = =395N
Rbv= = =175N
④畫彎矩圖、轉(zhuǎn)矩圖、計算彎矩圖
水平面彎矩圖見圖3.3圖(c)
MH=Ftx87.5=87.5x200=17500N·㎜
垂直面彎矩圖見圖3.3圖（d）
MV=FVx87.5=220x87.5=19250N·㎜
合成彎矩圖見圖3.3圖（e)
M=N·㎜
轉(zhuǎn)矩圖見圖3.3圖（f）
T=16000N·㎜
計算彎矩圖見圖3.3（g）;轉(zhuǎn)矩圖按脈動循環(huán)變化處理，即α≈0.6。
Mca1=M=26015.6N·㎜
Mca2==N·㎜
Mca3=αт=0.6x16000=9600N·㎜
⑤校核軸的強(qiáng)度 由圖3.3a、g知Ⅰ剖面為最小直徑，彎矩較大，Ⅱ剖面承受最大彎矩。
Ⅰ剖面的計算應(yīng)力為
бca= ＝ ＝14.0MPa
Ⅱ剖面的計算應(yīng)力為
бca= ＝ =4.3Mpa
查手冊表得：Mpa
бca[S] 所以Ⅰ剖面安全，軸工作安全
部件如圖3.4
圖3.4 軸
（3）軸承的計算校核
旋轉(zhuǎn)著的軸承，內(nèi)、外圈滾道及滾動體經(jīng)受著迅速變化的接觸應(yīng)力，當(dāng)工作循環(huán)達(dá)到一定次數(shù)后，接觸表面可能發(fā)生疲勞點蝕。這是滾動軸承失效的主要形式。由失效分析知，對于一般轉(zhuǎn)速（n>10r/min）的軸承，應(yīng)進(jìn)行防止疲勞點蝕的壽命計算，對于靜止或極慢轉(zhuǎn)數(shù)（n1≤0r/min）的軸承，應(yīng)作靜強(qiáng)度計算，計算過程及結(jié)果如下：
（4）電機(jī)、氣缸、托架的選擇
①電機(jī)的選擇
工作扭矩 T=16000N·㎜ 故選擇BA110H-02型號的三項混合式步進(jìn)電機(jī)，相關(guān)數(shù)據(jù)為：V=325AV;I=4.8A;T=16.0N·m
②氣缸的選擇
承載負(fù)荷 W=20x9.8=196N，分析結(jié)構(gòu)可知活塞行程為40㎜，故選擇DNG-32-40-PPV-A. 相關(guān)數(shù)據(jù)：F=482N;緩沖長度L=20㎜;
③托架的選擇
由以上配套選擇型號為HMBS的型材。
3.2.3 傳帶機(jī)構(gòu)總圖
如圖3.5所示
圖3.5 傳帶機(jī)構(gòu)總圖
3.3剪帶機(jī)構(gòu)的設(shè)計
3.3.1剪帶機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)概述
考慮到鋼帶的可塑性，以及剪帶的要求：
1) 剪帶要平穩(wěn)，鋼帶無卷曲現(xiàn)象；
2) 剪帶過程結(jié)束后要保證下一次傳送時的平穩(wěn)，不影響傳送。
根據(jù)以上要求剪帶部分有壓帶機(jī)構(gòu)和剪切機(jī)構(gòu)兩部分組成。壓帶機(jī)構(gòu)主要負(fù)責(zé)把鋼帶壓平，防止剪切彎曲和震動。此設(shè)計由壓板和壓緊彈簧組成（如圖3.6）。剪切機(jī)構(gòu)有刀片，刀把，和剪切汽缸組成，主要負(fù)責(zé)剪切鋼帶。為了保證帶的切斷，剪支座開一剪刀槽，使剪刀落入槽中完全剪斷鋼帶。由于剪刀槽的緣故，剪切時未壓緊的一側(cè)鋼帶肯定會有一定彎曲，為了使剪切后順利下一次傳送，所以需要把剪刀槽開在靠折帶機(jī)構(gòu)的一側(cè)。
圖3.6 壓緊裝置
3.3.2剪帶機(jī)構(gòu)主要部件設(shè)計
（1）刀把的設(shè)計與結(jié)果
分析結(jié)構(gòu)確定刀把的形狀與尺寸，如圖3.7
（2）軸承的計算與校核
零件如圖3.7
圖3.7刀把
(3）氣缸選擇
由手冊查表得 ：鋼帶бB=300MPa；
由于剪帶機(jī)構(gòu)為鱷魚式，點接觸剪斷，接觸面積很小估算S＝1㎜2，則
F＝бBxS=300x1=300N
故選取行程為50㎜的氣缸，型號DNG-32-50-PPV-A，相關(guān)數(shù)據(jù)為：F=482N;緩沖長度L=20㎜。
3.3.3剪帶機(jī)構(gòu)部件總圖
如圖3.8所示
圖3.8 剪帶機(jī)構(gòu)
3.4管成型機(jī)構(gòu)的設(shè)計
3.4.1管成型機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)概述
管成型機(jī)構(gòu)實現(xiàn)功能要求：
1) 管自動或輔助半自動堆跺成六角形
2) 管堆跺端面需平齊
由于落管需自動堆跺成六角形，故此管成型機(jī)構(gòu)有六角下底座及兩側(cè)擋板構(gòu)成，擋板通過氣缸活塞推動到位成型。為了實現(xiàn)管端面平齊功能，管成型機(jī)構(gòu)還帶有輔助機(jī)構(gòu)即推平機(jī)構(gòu)。
3.4.2管成型機(jī)構(gòu)主要部件的設(shè)計
（1）六角支座的結(jié)構(gòu)設(shè)計和結(jié)果
1）材料的選擇
在工作過程中，下支座受鋼管的沖擊容易產(chǎn)生強(qiáng)度和剛度失效，所以選擇強(qiáng)度、硬度等綜合機(jī)械性能較高的材料，選擇碳素結(jié)構(gòu)鋼，冷軋厚鋼板GB13237-91 30鋼。бb=440～590MPa
2) 支座的結(jié)構(gòu)設(shè)計
初選鋼板厚度為25㎜，進(jìn)行機(jī)構(gòu)校核受力分析如圖3.17
G=N·mg=19x1556.4=29572.3N
則側(cè)板壓力F＝29572.3N ，在工作過程中筋板其主要支承作用，校核筋板，
б＝ 8.96MPa
б<бb，安全
（2）氣缸得選擇
由結(jié)構(gòu)分析可知行程為500㎜，選取氣缸型號DNG-50-500-PPV-A，相關(guān)數(shù)據(jù)：F=1178N;緩沖長度L=23㎜.擋板重量G=144.2N小于氣缸標(biāo)準(zhǔn)推力。
3.4.3 管成型機(jī)構(gòu)部件總圖
圖3.9管成型機(jī)構(gòu)
圖3.9 管成型機(jī)構(gòu)
3.5折帶機(jī)構(gòu)設(shè)計
3.5.1折帶機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)概述
折帶機(jī)構(gòu)實現(xiàn)功能及要求：
1) 帶打捆成型緊湊；
2) 帶成型過程位置準(zhǔn)確；
3) 鋼帶傳送到位不變形；
4) 帶要低于鋼管底層，易于包裝。
鑒以上要求折帶機(jī)構(gòu)的功能由六角折臂氣缸和上行氣缸共同實現(xiàn)，為了解決鋼帶彎曲變形的問題，此設(shè)計采用輔助機(jī)構(gòu)即平行軌道機(jī)構(gòu)輔助，在鋼帶進(jìn)入打捆工作區(qū)前，由平行軌道裝置為鋼帶鋪設(shè)軌道，實現(xiàn)鋼帶平行爬軌不變形。
3.5.2折帶機(jī)構(gòu)主要部件設(shè)計
(1)折臂的設(shè)計
1）材料的選擇
在工作過程中，折臂連續(xù)捆帶成型，容易變形，產(chǎn)生撓度，所以選擇強(qiáng)度、硬度等綜合機(jī)械性能較高的材料，選擇碳素結(jié)構(gòu)鋼，冷軋厚鋼板GB13237-91 30鋼。бb=440～590MPa。由于鋼帶的可塑性和折臂本身質(zhì)量較輕，重心低，內(nèi)焊有雙導(dǎo)軌，能加強(qiáng)剛度，故能保證正常工作。
2)零件圖如圖3.10
圖3.10 折臂
(2)氣缸的選擇
由結(jié)構(gòu)分析可知，此結(jié)構(gòu)為鉸鏈結(jié)構(gòu)，采用杠桿機(jī)構(gòu)的短臂與氣缸活塞相連，較活塞直接推動折臂大大減少了空間和托架的高，實現(xiàn)了操作的安全性和便利性。氣缸轉(zhuǎn)角為5°，選短行程氣缸DNG-50-200-PPV-A，相關(guān)數(shù)據(jù)為：F=1178N;緩沖長度L=23㎜。
同時，為了實現(xiàn)遮蔽機(jī)構(gòu)向上位移，采用氣缸工作活塞上升推動實現(xiàn)。選擇氣缸型號DNG-50-40-PPV-A,相關(guān)數(shù)據(jù)：F=1178N;緩沖長度L=23㎜。支承負(fù)荷G=mg＝1000N，小于氣缸標(biāo)準(zhǔn)推力。符合工況要求。
3.5.3 折帶機(jī)構(gòu)總圖
圖3.11 折帶機(jī)構(gòu)
3.6托架的設(shè)計
1）材料的選擇
由于鋼管重量要求，需選擇剛度、強(qiáng)度較高的型材，此機(jī)構(gòu)選擇結(jié)構(gòu)用冷彎方形空心型鋼70x70,牌號Q235,бb=375～460MPa，其有一定的強(qiáng)度，良好的鑄造性和韌性，焊接性較好，廣泛運用于機(jī)械零件。
2）計算與校核
據(jù)結(jié)構(gòu)分析和要求，鋼管打捆3道，故采用24支架，則
G=n·mg=（3+4+5+4+3）x1561.7=28572.3N
每根支架承載量F= ＝1188.9N
б= ＝8.8MPa
б<бb 工作安全
3.7 打捆機(jī)總圖
圖3.12 裝配總圖
3.8 本章總結(jié)
這一章進(jìn)一步明確了鋼管打捆機(jī)的功能和要求，通過對打捆機(jī)的研究分析，進(jìn)一步細(xì)化方案，對各機(jī)構(gòu)主要部件進(jìn)行了詳細(xì)的分析與計算，在實際設(shè)計過程軸中，對各機(jī)構(gòu)設(shè)計的問題進(jìn)行了優(yōu)化于改進(jìn)：
1） 為了實現(xiàn)一點傳動，鋼帶貫穿于傳帶、剪帶、折帶三個工作區(qū)，同時不影響其工作，此設(shè)計棄用傳統(tǒng)的鏈帶夾送而采用摩擦輥夾送，大大優(yōu)化了傳送性能。減小了機(jī)器空間。由于氣缸的作用，精度大大提高。
2） 剪帶機(jī)構(gòu)采用并改進(jìn)了傳統(tǒng)的的鱷魚式雙汽缸推剪，采用單氣缸推動，先壓后剪，其壓帶功能由彈簧壓緊裝置代替，大大節(jié)省了成本優(yōu)化了空間。
3） 為了減少人工操作六角管成型機(jī)構(gòu)采用雙側(cè)擋板上升機(jī)構(gòu)，由氣缸推動，比傳統(tǒng)的鏈?zhǔn)酵蟿泳雀?，結(jié)構(gòu)小，大大優(yōu)化了打捆機(jī)的性能與結(jié)構(gòu)，提升了打捆機(jī)的自動化程度。
4） 折帶機(jī)構(gòu)雙臂頻繁開合，開合角度大，對氣缸性能要求增加，大大增加了打捆機(jī)的空間和高度，其高度大大超過了工人視線范圍，給工人造成了安全隱患，此設(shè)計采用杠桿鉸鏈?zhǔn)诫p臂，通過推動短臂來實現(xiàn)控制長臂，大大優(yōu)化了空間，提高了安全性和可操作性。
5） 鋼帶的塑性變形為傳帶帶來了問題，本設(shè)計采用平行軌道搭橋的方式，大大優(yōu)化了包裝性能，和傳帶的穩(wěn)定性。
第4章 PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計
4．1 可編程控制器介紹
可編程控制器（Programmable Controller）簡稱PC，它不是當(dāng)前流行的個人計算機(jī)（Personal Computer）的通稱，也不是早期的可編程邏輯控制器。為了不與成為PC的個人計算機(jī)相混淆，人們將可編程控制器仍成為PLC?，F(xiàn)代的可編程控制器是以微處理器為基礎(chǔ)的新型工業(yè)控制裝置，是將計算機(jī)技術(shù)應(yīng)用于工業(yè)控制領(lǐng)域的嶄新產(chǎn)品
4．2 PLC選型分析
OMRON CPM2A是一種緊湊、高速的可編程控制器，它在一個小巧的單元內(nèi)綜合有各種性能，包括同步脈沖控制、中斷輸入、脈沖輸出、模擬量設(shè)定和時鐘等功能。SYSMAC OMRON CPM2A60 PLC是由日本歐姆龍公司生產(chǎn)的小型整體式可編程控制器，作為小型機(jī)的一種，它的性能價格比很高，體積小巧，功能靈活實用，已在小規(guī)?？刂浦蝎@廣泛應(yīng)用。
當(dāng)CPU的I/O點數(shù)不夠用或需要模擬量I/O時，可以增加I/O擴(kuò)展單元。CPM2A-20EDT的開關(guān)量擴(kuò)展單元有12點輸入和8點輸出的結(jié)構(gòu)，最大可以連接3個擴(kuò)展單元，可將本地I/O擴(kuò)展單元增至80點。
模擬量擴(kuò)展單元采用的是2路A/D輸入,1路D/A輸出。
將輸入量依次分配給輸入繼電器,輸出量依次分配給輸出繼電器,畫出I/O端子分配圖,如圖4.1所示。
圖4.1 I/O端子分配圖
4.3 PLC控制系統(tǒng)梯形圖結(jié)構(gòu)
系統(tǒng)總程序結(jié)構(gòu)如圖4.2所示:
圖4.2 總程序結(jié)構(gòu)圖
4.4 數(shù)學(xué)模型的建立
皮帶依靠兩個相切的夾送輥夾住而前進(jìn),滾輪的線速度即為鋼帶的速度,在一次循環(huán)過程中,鋼帶歷經(jīng)一個從0開始勻加速,再勻速,最后勻減速到0的過程。如圖4.3。
已知：
D(mm)——滾輪直徑 V(m/min)——帶速
a(m/s2)——皮帶加速度 n(r/min)——夾送輥滾輪轉(zhuǎn)速
L(mm) ——所需鋼帶有效長度
圖4.3 數(shù)學(xué)模型
4.5 參數(shù)計算在PLC中的實現(xiàn)方法
(1) 總脈沖數(shù)算法：=
程序處理如下圖4.4：
圖4.4 計算總脈沖數(shù)梯形圖
(2)給定速度對應(yīng)的數(shù)字量：=
程序處理如下圖4.5：
圖4.5 計算給定速度對應(yīng)的數(shù)字量梯形圖
（3）每10ms累加的數(shù)字量：＝
程序處理如下圖4.6：
圖4.6 計算每10ms累加的數(shù)字量梯形圖
（4）減速點的脈沖值：
＝-
程序處理如下圖4.7：
圖4.7 計算減速點的脈沖值梯形圖
在參數(shù)計算時計算時用雙字節(jié)BCD雙通道，加減運算結(jié)果存兩通道，乘除運算結(jié)果存四通道。在參數(shù)計算的過程中，為了保證運算結(jié)果的精度和不溢出，在對π值取值上將π值擴(kuò)大100000，即π取314159，然后在后面的計算中除以100000，使得結(jié)果保持不變。數(shù)據(jù)存儲區(qū)DM共有1536個通道并將其存在兩個通道里范圍為DM0000～DM1023、DM6144～DM6655，每個通道16位，4位數(shù)字。因此314159存在兩個通道里。
在程序中處理數(shù)據(jù)時，常用到雙字節(jié)乘法指令MULL，雙字節(jié)乘法指令MULL，單字節(jié)除法指令DIV，雙字節(jié)除法指令DIVL，加法減法指令。在用除法指令DIV、DIVL時應(yīng)注意計算結(jié)果的準(zhǔn)確性。即要進(jìn)行四舍五入的處理。這對于鋼帶的實時長度、定時速度等的計算是必要的。其它應(yīng)用到的幾條指令有：
高速定時器指令---TIMH，讀出高速計數(shù)器的現(xiàn)在值---PRV，指令計數(shù)器指令---CNT，上升沿微分指令---DIFU，比較指令---CMP， BCD倍長除---DIVL， 1桁右移指令--- SRD。
四舍五入的處理有兩種方法：
方法一：將余數(shù)擴(kuò)大十倍再除以除數(shù)用其商與5比，若是大于等于5則給第一次除法運算的商加1，反之則保留其商值不變。
方法二：將除法的余數(shù)與除數(shù)的一半進(jìn)行比較。若是余數(shù)大于等于除數(shù)的一半則將除法的商加1，反之則保留其商值不變。
在程序中采用了方法一，例如在參數(shù)計算時對總脈沖數(shù)算法程序中應(yīng)用到的。
4.6 直流電機(jī)的控制程序設(shè)計
在該自動打包機(jī)構(gòu)的一次運動循環(huán)過程中，電機(jī)經(jīng)過一個從0開始勻加速,再勻速,最后勻減速到0的過程。按下啟動按鈕，后開始加速，每隔10秒中即累加一個數(shù)字量，讀當(dāng)前脈沖，直到累加值大于等于給定速度所對應(yīng)的數(shù)字量時送輸出，斷開自鎖，加速過程結(jié)束。繼續(xù)讀當(dāng)前的脈沖值，并與減速點所對應(yīng)的脈沖值相比較，當(dāng)當(dāng)前脈沖值大于等于減速點所對應(yīng)的脈沖數(shù)值時，斷開自鎖，勻速過程結(jié)束。繼續(xù)讀當(dāng)前脈沖值，每隔10秒中即減少一個數(shù)字量，直到當(dāng)前數(shù)值為0的時候送輸出，斷開自鎖，減速過程結(jié)束。
013通道里的電壓數(shù)字量經(jīng)D/A轉(zhuǎn)化后的模擬量功率放大后來驅(qū)動電機(jī)。D/A轉(zhuǎn)化為10位，電壓數(shù)字量最大值1024經(jīng)D/A轉(zhuǎn)化后功率放大后電機(jī)的速度是額定功率速度。
每隔10ms，013通道里的電壓數(shù)字量累加一次，電壓數(shù)字量階梯性增加，功率放大后的電壓也隨之增加，電機(jī)加速運行。勻速階段電壓數(shù)字量保持不變，電機(jī)勻速運行。減速階段，每隔10ms，電壓數(shù)字量減少一次，經(jīng)功率放大后的電壓也在階梯性減小，電機(jī)勻減速運行。
4.7 自動程序的設(shè)計
在自動狀態(tài)下啟動后，在每個掃描周期內(nèi)調(diào)用實時顯示子程序。啟動時的微分指令控制計算一次電機(jī)運行的參數(shù)（包括速度對應(yīng)的電壓數(shù)字量，加速時每次累加的電壓數(shù)字量，減速點的脈沖值），啟動電機(jī)并判斷加速階段是否結(jié)束，加速階段完成之后進(jìn)入勻速階段，并判斷是否到減速點，減速階段結(jié)束時即電機(jī)停止，然后落剪剪切鋼帶，剪切完后抬剪。同時鋼管支撐機(jī)構(gòu)內(nèi)鋼管以落滿（即達(dá)19根），鋼帶導(dǎo)軌開始退出，到位后打包機(jī)構(gòu)整體上升開始折帶打包，打包完成焊接鋼帶，焊接完成折帶機(jī)構(gòu)復(fù)位，導(dǎo)軌推入，進(jìn)入下一循環(huán)。
PLC控制系統(tǒng)的自動處理程序梯形圖4.8。
圖4.8 自動程序梯形圖
4.8 手動程序的設(shè)計
手動程序可以實現(xiàn)結(jié)構(gòu)中每一個執(zhí)行機(jī)構(gòu)的單獨動作。按住汽缸動作按鈕可以控制每一個氣缸的單獨動作，在到位后斷開。
程序設(shè)計如下圖4.9：
圖4.9 手動程序梯形圖
第5章 結(jié)論與展望
本系統(tǒng)通過對鋼管打捆機(jī)械工藝流程的分析，在檢測元件上選擇了安裝簡易、應(yīng)用方便、響應(yīng)速度快、可靠性高的智能編碼器、傳感器作為控制信號的來源；在控制上采用先進(jìn)的PROFIBUS-DP現(xiàn)場總線技術(shù)，并結(jié)合先進(jìn)的機(jī)械技術(shù)、計算機(jī)與信息處理技術(shù)、自動化控制技術(shù)、智能傳感、編碼等技術(shù)，設(shè)計了鋼管打捆機(jī)的系統(tǒng)總體方案。本文完成的的主要研究工作，可以歸納為以下幾點：
1) 詳細(xì)分析了鋼管六角堆垛成型的工藝原理，劃分了成型打捆的機(jī)構(gòu)組成，闡述了各個機(jī)構(gòu)的工藝流程，為控制系統(tǒng)提供了設(shè)計依據(jù)。
2) 提出了鋼管六角成型鋼管打捆機(jī)的主要設(shè)計方案，并詳細(xì)設(shè)計分析了鋼管打捆機(jī)各機(jī)構(gòu)主要部件的功能，要求，以及形狀并進(jìn)行了力學(xué)分析。
3) 詳細(xì)分析了鋼管打捆機(jī)各機(jī)構(gòu)的若干關(guān)鍵技術(shù)，解決了占地空間大，機(jī)身過高等操作問題，實現(xiàn)了打捆機(jī)的緊湊性，操作的便利性，使整機(jī)大大低于人的高度，從而大大減少了工人操作的危險性。
本系統(tǒng)設(shè)計的打捆機(jī)械較好的滿足了半自動鋼管打捆生產(chǎn)的需要，但是實現(xiàn)鋼管打捆機(jī)械全面自動化、功能完備化及產(chǎn)品系列化，以滿足種類繁多、形狀各異的鋼材打捆包裝要求，這些問題將成為本系統(tǒng)所面臨的主要問題。
就筆與此，由于對問題的認(rèn)真思考和對天津特鋼公司打包機(jī)圖片及原理的認(rèn)真分析，得出了新的更先進(jìn)的方案思想。此方案打捆機(jī)能實現(xiàn)多用途、全自動、并且能在惡劣環(huán)境下實現(xiàn)無人化操作，同時還能滿足國際鋼管打捆.
致 謝
本設(shè)計工作是在金盛愛教授的悉心指導(dǎo)下完成的。金老師平易近人、虛懷若谷，在平淡中見高遠(yuǎn)。畢業(yè)設(shè)計期間，陳老師給予學(xué)生以關(guān)懷、教誨與幫助，從課題的選擇、研究到論文的定稿傾注了老師大量的心血。老師教會了我如何觀察問題、分析問題和解決問題。嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、對知識的執(zhí)著、為人師表的風(fēng)范在導(dǎo)師的身上體現(xiàn)的淋漓盡致，這一切都將銘記在我的腦海里，受益終身。
在設(shè)計過程中始終得到老師的精心指導(dǎo)和點撥，老師博學(xué)務(wù)實、寬容豁達(dá)、思維敏捷的風(fēng)格深深感動著我。在此，對陳老師的關(guān)心與教導(dǎo)表示由衷的感謝和崇高的敬意。
雖然論文表面上是一些數(shù)據(jù)、圖表和文字的堆積，但它凝聚了全體老師和同學(xué)們的關(guān)心和熱情，在此感謝他們近三個月的幫助與支持。謹(jǐn)向各位老師和所有關(guān)心、支持、幫助我的人表示由衷的感謝！
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