PLC弯管机的控制系统的设计与实现毕业设计论文文档格式.docx

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导师签名：

日期：

注意事项

1.设计（论文）的内容包括：

1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作）

2）原创性声明

3）中文摘要（300字左右）、关键词

4）外文摘要、关键词

5）目次页（附件不统一编入）

6）论文主体部分：

引言（或绪论）、正文、结论

7）参考文献

8）致谢

9）附录（对论文支持必要时）

2.论文字数要求：

理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。

3.附件包括：

任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）。

4.文字、图表要求：

1）文字通顺，语言流畅，书写字迹工整，打印字体及大小符合要求，无错别字，不准请他人代写

2）工程设计类题目的图纸，要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制，所有图纸应符合国家技术标准规范。

图表整洁，布局合理，文字注释必须使用工程字书写，不准用徒手画

3）毕业论文须用A4单面打印，论文50页以上的双面打印

4）图表应绘制于无格子的页面上

5）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档

5.装订顺序

1）设计（论文）

2）附件：

按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装订

指导教师评阅书

指导教师评价：

一、撰写（设计）过程

1、学生在论文（设计）过程中的治学态度、工作精神

□优□良□中□及格□不及格

2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度

3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力

4、研究方法的科学性；

技术线路的可行性；

设计方案的合理性

5、完成毕业论文（设计）期间的出勤情况

二、论文（设计）质量

1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？

2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？

三、论文（设计）水平

1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义

2、论文的观念是否有新意？

设计是否有创意？

3、论文（设计说明书）所体现的整体水平

建议成绩：

（在所选等级前的□内画“√”）

指导教师：

（签名）单位：

（盖章）

年月日

评阅教师评阅书

评阅教师评价：

一、论文（设计）质量

二、论文（设计）水平

评阅教师：

教研室（或答辩小组）及教学系意见

教研室（或答辩小组）评价：

一、答辩过程

1、毕业论文（设计）的基本要点和见解的叙述情况

2、对答辩问题的反应、理解、表达情况

3、学生答辩过程中的精神状态

评定成绩：

教研室主任（或答辩小组组长）：

（签名）

教学系意见：

系主任：

1绪论

1.1前言

1.1.1弯管机的简介

弯管机主要用来将管材弯成一定的弧度、成型。

传统的弯管机控制通常是由继电器控制盘完成。

首先，由于继电器控制盘工作可靠性不够高，只要其中一个触点出现问题，就会导致整个电控部分出现故障。

其次，有部分非标配件市面难以购买，严重影响生产。

再次，当需要对弯管工艺作调整时，继电器控制盘的调整需要花费较长的时间。

因此，考虑到用PLC对弯管机的控制系统进行改造。

1.1.2弯管机的发展及国内外的研究情况

弯管机的发展与计算机技术的发展息息相关，早在20世纪70年代时，美国EATONLEONARD公司就已经研制生产了计算机数控弯管设备，首创计算机编程数控弯管之先河，大大提高了当时的数控弯管水平。

20世纪80年代，日本千代田工业株式会社在美国EATONLEONARD公司的研究成果上，成功研制了M-1型管型测量机和EC、TC两种系列十多种型号的数控弯管机，功能非常强大，很快便以崭新的技术面貌挤入了国际市场。

早在1970年武昌造船厂就研制成功一台数控弯管机，这是国内自主研制的第一台数控弯管机。

1973年武昌造船厂又成功研制了SKWG-2型数控弯管机。

此后上海造船厂工艺研究所等多家国内企业也陆续研制出了数控弯管机。

目前我国弯管加工的现状是既有自动化程度高的数控弯管机，也有半自动的数控弯管机，甚至还有相当一部分中小企业还在使用传统的手工弯管，具有典型的“老、中、青”（即手工弯管设备、半自动弯管机床和全自动弯管机床）三者结合的中国特色。

1.2课题研究的目的、意义

弯管机是我国国防和基础建设的关键设备，为我国的经济发展和国防建设起到了不可估量的作用。

弯管机在前期经过了第一步改造，实现了PLC控制、上位计算机监控管理、人机友好界面。

但现有的操纵控制系统较为落后，不能很好的满足生产的需要。

在此基础上，迫切需要对弯管机进行第二步改造，将整个操作系统改为中频感应加热控制，对弯管机的工作过程实现快速、精确控制以提高弯管机的工作效率和加工精度。

在电力，石油化工等工业和天然气，集中供热等输送工程中，需要大量的弯管，弯头，所以弯管机都作为重要生产设备之一。

它的安全、可靠、高效运行,直接关系到自动生产线的生产效率和加工质量。

中频加热弯管机具有解热快，氧化少，解热均匀，解热效率高，能保证产品你质量等优点。

弯管机的PLC控制和编程对弯管起着至关重要的作用，它的工作性能对整个控制系统都有着重要的影响，所以研究PLC控制和编程极其重要。

中频加热液压弯管机组采用了先进的计算机网络控制技术，用PLC编程语言及梯形图进行逻辑控制连接，采用计算机监控系统监视和控制现场设备工作状态，设置工艺参数，下的大工艺命令，整机与其他弯管设备相比：

技术含量高，自动化程度先进，控制精度高，能大大的降低生产成本，提高生产率。

控制系统是弯管机的关键组成部分，弯管机的工作性能是系统改造设计的主要目标。

弯管机主要由机械装置，液压系统，中频加热系统，PLC控制系统，冷却系统等组成。

从系统的观念考虑机械、电气和液压系统之间的匹配问题，得到性能最好的弯管机。

1.3国内外研究现状及发展方向

随着运输制造行业的迅速发展,我国对各类弯管制造设备的需求越来越大,要求也越来越高。

弯管零件以往多采用手工或液压弯管夹具弯曲的方法生产,这两种加工方法存在着生产准备周期长、投资大或单品种专机使用的缺点,无法适应小批量多品种、高效率生产的要求。

因此,考虑到用PLC对弯管机的控制系统进行改造。

国内采用的PLC系统可靠性高，抗干扰，驱动能力强，它可以监控和显示系统中的各个运行状态，记录设备历史进程同时还可以实现自动控制、调节、连网，适应生产线的要求。

弯管机的发展与计算机技术的发展息息相关，早在20世纪70年代时，美国 

EATONLEONARD公司就已经研制生产了计算机数控弯管设备，首创计算机编程数控弯管之先河，大大提高了当时的数控弯管水平。

20世纪 

80年代，日本千代田工业株式会社在美国 

EATONLEONARD公司的研究成果上，成功研制了 

M-1型管型测量机和 

EC、TC两种系列十多种型号的数控弯管机，功能非常强大，很快便以崭新的技术面貌挤入了国际市场。

1.4本课题研究的主要内容

弯管机在弯管时，首先使用传感器检测是否有管。

若没有管则等待，若有管，则在预设的一段时间后，电磁卡盘将管子夹紧。

随后检测被弯曲的管上是否有连接头，若没有连接头，则弯管机将管子松开推出弯管机等待下一根管子的到来，同时废品计数器计数。

若有连接头，则弯管机在预设的一段时间后，启动主电机开始弯管。

弯管完成后，正品计数器计数，并将弯好的管子推出弯管机。

2弯管机控制系统的工作原理

2.1弯管机系统概述

中频加热液压弯管机主要由:

机械装置、液压系统、中频加热系统、PLC控制系统组成。

系统工作时中频加热系统通过感应线圈给钢管加热到850°

C到1100°

C，推动钢管以10mm-60mm/m的速度缓慢速度推进，旋转摇臂是一个定轴随动机构，从使关以R为半径完成所需要的弯管，冷却系统用于中频加热中频电源、补偿电容、感应线圈及钢管的冷却。

中频加热液压弯管机组是由中频加热电源、液压传动和电气控制系统组成。

机组工作原理:

将需要弯曲的钢管固定在前夹具上，利用中频感应加热线圈加热，使钢管在一个狭窄的轴向范围内达到热变形温度，钢管中频在腰鼓轮夹持机构的作用下限位。

随即对加热变形后的弯管进行喷淋冷却，完成定型。

2.2弯管机系统结构与工作原理

中频加热液压弯管机主要由机械装置、液压系统、中频加热系统、PLC控制系统、冷却系统等组成。

机械装置主要有卡紧装置、小车推进装置、导向轮装置和摇臂回转装置等组成。

弯管的工作原理如图2.1所示。

1、管坯　2、导向轮　3、中频加热　4、电磁卡盘　5、摇臂　6、进给小车

图2.1弯管机工作原理示意图

其工作原理是利用中频电源对钢管进行加热，同时将钢管匀速推进，使加热部分的钢管沿预设的轨道行走从而形成具有一定曲率半径和角度的弯管。

先将钢管安装就位，通过摇臂回转装置上的丝杠丝母传动装置调整好弯曲半径，采用中频感应加热圈对钢管加热到一定温度后进行弯曲，弯曲时以液压为动力，由小车将钢管向前推进，沿调整好的弯曲半径在加热处发生变形而弯曲，钢管变形后对其喷水冷却，从而获得所需的弯管管件。

特点：

弯出的管具有形变小，壁厚差小，无应力。

弯曲半径0-180可调节。

2.3弯管机的工艺流程

图2.2弯管机工艺流程示意图

3可编程控制器（PLC）的选择和工作原理

3.1PLC特点、分类及应用

自二十世纪六十年代美国推出可编程逻辑控制器（ProgrammableLogicController，PLC）取代传统继电器控制装置以来，PLC得到了快速发展，在世界各地得到了广泛应用。

同时，PLC的功能也不断完善。

随着计算机技术、信号处理技术、控制技术网络技术的不断发展和用户需求的不断提高，PLC在开关量处理的基础上增加了模拟量处理和运动控制等功能。

PLC是一个数字式的电子装置，它使用了可编程序的记忆体以存储指令，用来执行诸如逻辑、顺序、计时、计数和演算等功能，并通过数字或模拟的输入和输出，以控制各种机械或鞥产过程。

这就是PLC的定义。

3.1.1PLC的特点

现代工业生产是复杂多样的，它们对控制的要求也各不相同。

可编程控制器由于具有一下特点而深受工厂技术人员和工人欢迎。

以下是PLC的特点

1、可靠性高，抗干扰能力强

高可靠性是电气控制设备的关键性能。

PLC由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。

从PLC的机外电路来说，使用PLC构成控制系统，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低。

此外，PLC带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。

在应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除PLC以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。

这样，整个系统具有极高的可靠性也就不奇怪了。

2、配套齐全，功能完善，适用性强

3、易学易用，深受工程技术人员欢迎PLC作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。

它接口容易，编程语言

易于为工程技术人员接受。

梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，只用PLC的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。

为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。

4、系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造

PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。

更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。

这很适合多品种、小批量的生产场合。

3.1.2PLC的分类及应用

（1）按容量分类

PLC的容量主要指PLC的输入/输出点数。

按照PLC的输入/输出点数，可将PLC分为小型PLC（I/O总点数在256点以下），中型PLC（I/O总点数在256到2048点之间）和大型PLC（I/O总点数在2048点以上）三种。

（2）按结构形式分类。

按结构形式的不同，PLC主要分为箱体式和模块式。

箱体式又称为整体式结构，它的特点是将PLC的基本部件，它的体积小，成本低，安装方便。

模块式这种结构的PLC是由一些标准模块单元构成，这些标准，普快如CPU模块、输入模块、输出模块、电源模块等，将这些模块插在框架上或基板上即可组装而成。

PLC的应用范围通常可分为如下五种类型:

顺序控制，运动控制，过程控制，数据处理，通信和联网。

3.2PLC控制器的组成及主要的原理

3.2.1PLC组成

从硬件结构看PLC的主要组成：

CPU、存储器、输入接口电路、输出接口电路、键盘与显示器、还可外接存储器。

下面简单介绍期望各部分作用。

（1）CPU运算和控制中心

起“心脏”作用。

当从编程器输入的程序存入到用户程序存储器中，然后CPU根据系统所赋予的功能（系统程序存储器的解释编译程序），把用户程序翻译成PLC内部所认可的用户编译程序。

组成：

CPU由控制器、运算器和寄存器组成。

这些电路集成在一个芯片上。

CPU通过地址总线、数据总线与I/O接口电路相连接。

（2）存储器

具有记忆功能的半导体电路。

分为系统程序存储器和用户存储器系统程序存储器用以存放系统程序，包括管理程序，监控程序以及对用户程序做编译处理的解释编译程序。

由只读存储器、ROM组成。

厂家使用的，内容不可更改，断电不消失。

（3）输入/输出接口

①输入接口：

输入接口电路工作过程：

当开关合上，二极管发光，然后三极管在光的照射下导通，向内部电路输入信号。

当开关断开，二极管不发光，三极管不导通。

向内部电路输入信号。

也就是通过输入接口电路把外部的开关信号转化成PLC内部所能接受的数字信号。

②输出接口

PLC的继电器输出接口电路

工作过程：

当内部电路输出数字信号1，有电流流过，继电器线圈有电流，然后常开触点闭合，提供负载导通的电流和电压。

当内部电路输出数字信号0，则没有电流流过，继电器线圈没有电流，然后常开触点断开，断开负载的电流或电压。

也就是通过输出接口电路把内部的数字电路化成一种信号使负载动作或不动作。

三种类型：

a继电器输出：

有触点、寿命短、频率低、交直流负载；

b晶体管输出：

无触点、寿命长、直流负载；

c晶闸管输出：

无触点、寿命长、交流负载。

在本次设计中PLC采用继电器输出。

（4）编程器

编程器分为两种，一种是手持编程器，方便。

我们实验室使用的就是手持编程器。

二种是通过PLC的RS232口。

与计算机相连。

然后敲击键盘。

通过NSTP-GR软件（或WINDOWS下软件）向PLC内部输入程序。

3.2.2PLC的工作原理

（1）PLC的工作方式与运行框图

概括而言，PLC的工作方式是一个不断循环的顺序扫描工作方式。

整个运行过程可分为三部分：

第一部分是上电处理；

第二部分是扫描过程；

第三部分是出错处理。

PLC的工作的全过程可用。

PLC的运行框图如下图3.1所示

N

Y

3.3一体化可编程控制器（西门子S7-200）简介

3.3.1S7-200简介

PLC综合了现代计算机技术、自动控制技术和通讯技术，具有体积小、功能强、程序设计简单、维护方便、可靠性高等优点，特别适合于在恶劣的工业环境中使用，被称为现代工业自动化的支柱之一。

西门子S7-200PLC系统是紧凑型可编程序控制器。

系统的硬件构架是由成系统的CPU模块和丰富的扩展模块组成。

它能够满足各种设备的自动化控制需求。

应用领域极为广泛，覆盖所有与自动检测，自动化控制有关的工业及民用领域，包括各种机床、机械、电力设施、民用设施、环境保护设备等。

3.3.2S7-200机种及系统构成

S7-200系列PLC可提供4种不同基本单元和6种型号的扩展单元。

其系统构成出基本单元、扩展单元外，还有编程器、存储器、写入器、文本显示器等。

同其他的PLC一样，S7-200的基本组成也是由主机单元加编成器，在需要扩展单元模板、模拟量扩展单元模板、通信设备、人机界面HMI等。

S7-200的基本构成如下图3.2所示：

图3.2S7-200系统的基本组成

3.4S7-200的CPU选择

本控制系统要求的CPU为7输入/3输出共10个数字量I/O点。

通过PLC选择要求以及控制系统的需要，可知此控制系统应选择CPU222型。

CPU222为24VDC电源，24VDC输入，24VDC输出，100～230VAC电源，24VDC输入，继电器输出。

3.4.1CPU222性能介绍

S7-200CPU222的一般性能如表3-1所示。

表3-1S7-200CPU222一般性能

电源电压

DC24V，AC100~230V

电源电压波动

DC20.4-28.8V，AC84-264V（47-63Hz）

环境温度、湿度

水平安装0~550C，垂直安装0~450C，5~95%

大气压

860~1080hPa

保护等级

IP20到IEC529

输出给传感器的电压

DC24V（20.4-28.8V）

输出给传感器的电流

280mA，电子式短路保护（600mA）

为扩展模块提供的输出电流

660mA

程序存储器

8K字节/典型值为2.6K条指令

数据存储器

2.5K字

存储器子模块

1个可插入的存储器子模块

数据后备

整个BD1在EEPROM中无需维护

在RAM中当前的DB1标志位、定时器、计数器等通过高能电容或电池维持，后备时间190h（400C时120h），插入电池后备200天

4弯管机PLC控制和编程

4.1西门子V4.0STEP7MicroWINSP6编程软件概述

STEP7-Micro/WIN32是西门子公司专为SIMATIC 

S7-200系列可编程序控制器研制开发的编程软件，它是基于Windows的应用软件，功能强大，既可用于开发用户程序，又可实时监控用户程序的执行状态。

STEP7-Micro/WIN32编程软件的基本功能是协助用户完成应用软件的开发，其主要实现以下功能：

1）在脱机（离线）方式下创建用户程序，修改和编辑原有的用户程序。

在脱机方式时，计算机与PLC断开连接，此时能完成大部分的基本功能，如编程、编译、调试和系统组态等，但所有的程序和参数都只能存放在计算机的磁盘上。

2）在联机（在线）方式下可以对与计算机建立通信关系的PLC直接进行各种操作，如上载、下载用户程序和组态数据等。

3）在编辑程序的过程中进行语法检查，可以避免一些语法错误和数据类型方面的错误。

经语法检查后，梯形图中错误处的下方自动加红色波浪线，语句表的错误行前自动画上红色叉，且在错误处加上红色波浪线。

4）对用户程序进行文档管理，加密处理等。

5）设置PLC的工作方式、参数和运行监控等。

4.2弯管机控制系统的硬件电路图

PLC弯管机的硬件电路图如图4.1所示，电机和电磁卡盘由三相交流电供电，电机M1是用来弯管子的，电机M2是用来讲管子推出弯管机的，电磁卡盘