基于变频器和PLC的卷笼机控制系统设计毕业设计

1、本 科 毕业设计 （自然科学） 目：基于变频器和 PLC的卷笼机控制系统设计 摘要 毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文） ，是我个人在指导教师的指 导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致 谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包 含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对 本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说 明并表示了谢意。 矚慫润厲钐瘗睞枥庑赖。 作 者 签 名： 日 期： 指导教师签名： 日 期： 使用授权说明 本人完全了解 大学关于收集、保

2、存、使用毕业设计（论文）的 规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学 校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览 服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不 以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容 。聞創沟燴鐺險爱氇谴 净。 作者签名： 日 期： 摘要 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取 得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何 其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献 的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全

3、意识到本声明的法 律后果由本人承担。 残骛楼諍锩瀨濟溆塹籟。 作者签名： 日期： 年 月 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、 使用学位论文的规定， 同意学 校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被 查阅和借阅。本人授权 大学可以将本学位论文的全部或部分 内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保 存和汇编本学位论文。 酽锕极額閉镇桧猪訣锥。 涉密论文按学校规定处理 作者签名： 日期： 年 月 日 导师签名： 日期： 年 月 日 II 摘要 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

4、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。 彈贸摄尔霁毙攬砖卤庑。 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，

5、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 謀荞抟箧飆鐸怼类蒋薔。 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 III 摘要 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 摘要 在桥梁工程施工过程中，钢筋笼加工是桩基础施工的主要环节。随着建筑工程的快 速发展，工程需求量的不断增加，卷笼机在建筑生产中变得越来越重要。目前市场上的 卷笼机虽然已经能够实现自动化，但是耗材比

6、较高，钢筋笼直径误差控制不精准，箍筋 间距误差较大，产品品质有待提高，一些生产环节仍需要手工完成，不能实现完全自动 化机械化的生产。分析卷笼机的工作原理及生产需求，该系统利用变频器和PLC改进了 钢筋笼传统制作工艺，提高了钢筋笼加工质量，实现全自动化作业，实现工厂化生产， 生产效率高，加工质量稳定可靠，节省原材料，施工成本降低。 厦礴恳蹒骈時盡继價骚。 关键词： PLC,变频器 ,PID 控制。 Abstract In bridge construction, the steel cage processing is an important part of Pile Foundation C

7、onstruction.With the rapid development of construction projects and engineering increasing demand for machine roll cage becoming increasingly important in building production.Roll cage machines currently on the market although has been able to automate,but more supplies,steel cage diameter error con

8、trol is not accurate, stirrup spacing error is larger, product quality needs to be improved,some production processes still need to be done manually, we can not achieve a fully automated mechanized production.Analysis roll cage machine works and production needs,the system uses the drive and PLC imp

9、roved steel cage traditional production process,improved processing quality steel cage,implement fully automated jobs, industrial production, High production efficiency, stable and reliable processing quality, save raw materials and reduce construction cos茕ts桢. 广鳓鯡选块网羈泪。 Keywords: PLC,Drive,PID Cont

10、rol. IV 目录 目录 摘要 I 鹅娅尽損鹌惨歷茏鴛賴。 1 绪论 7 籟丛妈羥为贍偾蛏练淨。 1.1 论文研究背景与意义 7 預頌圣鉉儐歲龈讶骅籴。 1.2 钢筋卷笼机的发展现状 7 渗釤呛俨匀谔鱉调硯錦。 1.2.1 钢筋卷笼机发展现状 7 铙誅卧泻噦圣骋贶頂廡。 1.2.2 卷笼机存在的问题 7 擁締凤袜备訊顎轮烂蔷。 1.3 研究目的及方法 8 贓熱俣阃歲匱阊邺镓騷。 1.3.1 研究目的和内容 8 坛摶乡囂忏蒌鍥铃氈淚。 1.3.2 研究方法 8 蜡變黲癟報伥铉锚鈰赘。 2 钢筋卷笼机的设计 8 買鲷鴯譖昙膚遙闫撷凄。 2.1 工艺要求 8 綾镝鯛駕櫬鹕踪韦辚糴。 2.2 工作原

11、理 8 驅踬髏彦浃绥譎饴憂锦。 2.3 技术参数 9 猫虿驢绘燈鮒诛髅貺庑。 3 控制系统硬件的选择 9 锹籁饗迳琐筆襖鸥娅薔。 3.1 变频器的选择 9 構氽頑黉碩饨荠龈话骛。 3.2 PLC 的选择 10 輒峄陽檉簖疖網儂號泶。 3.3 电机的选择 10 尧侧閆繭絳闕绚勵蜆贅。 4 控制系统的设计 11 识饒鎂錕缢灩筧嚌俨淒。 4.1 控制系统程序流程图 11 凍鈹鋨劳臘锴痫婦胫籴。 4.1.1 控制系统子程序流程图 11 恥諤銪灭萦欢煬鞏鹜錦。 4.1.2 控制系统主程序流程图 12 鯊腎鑰诎褳鉀沩懼統庫。 4.2 控制系统程序编写 12 硕癘鄴颃诌攆檸攜驤蔹。 4.2.1 GX Wor

12、ks2 编程软件介绍 12 阌擻輳嬪諫迁择楨秘騖。 4.2.2 控制系统的设计 13 氬嚕躑竄贸恳彈瀘颔澩。 4.3 控制系统电气接线图 17 釷鹆資贏車贖孙滅獅赘。 4.3.1 I/O 地址编排表 17 怂阐譜鯪迳導嘯畫長凉。 4.3.2 I/O 电气接口图 17 谚辞調担鈧谄动禪泻類。 4.3.3 主电路图 19 嘰觐詿缧铴嗫偽純铪锩。 5 卷笼机系统中电机的控制方法 19 熒绐譏钲鏌觶鷹緇機库。 5.1 利用变频器和 PLC实现速度同步控制 19 鶼渍螻偉阅劍鲰腎邏蘞。 V 目录 5.2 利用变频器和 PLC实现稳定速比控制 21 纣忧蔣氳頑莶驅藥悯骛。 6 自动上料架和自动焊接部分的设

13、计 22 颖刍莖蛺饽亿顿裊赔泷。 6.1 自动上料架的设计 22 濫驂膽閉驟羥闈詔寢賻。 6.2 自动焊接部分的设计 22 銚銻縵哜鳗鸿锓謎諏涼。 结论 23 挤貼綬电麥结鈺贖哓类。 参考文献 23 赔荊紳谘侖驟辽輩袜錈。 致谢 24 塤礙籟馐决穩賽釙冊庫。 附录 24 裊樣祕廬廂颤谚鍘羋蔺。 VI 目录 1 绪论 1.1 论文研究背景与意义 随着建筑行业的快速发展，人工已不能满足当代社会的发展需求，人们对于自动化 生产的需求变得越来越大。在此环境下，卷笼机得到了广泛的应用，在产品快速发展的 同时，对于卷笼机的生产性能与安全可靠运行的要求也越来越严格。目前钢筋笼主筋基 本都是通过自动上料到分料

14、架；分料架的主筋需人工穿过固定盘导管到达移动盘导管， 并经过电动工具将主筋固定在移动盘导管上；箍筋（绕筋）经过钢筋矫直器后直接焊接 在主筋上面；然后开始自动焊接，固定盘及移动盘同步旋转且移动盘按照预先设定的速 度（行走速度可根据操作工人的熟练程度进行调整）运行，同时进行焊接，从而生产出 成品钢筋笼。但目前市场中所生产的卷笼机并没有实行全自动化作业，还需要进一步的 研究以实现工厂化生产，以提高功效，节约成本，提高质量。 仓嫗盤紲嘱珑詁鍬齊驁。 1.2 钢筋卷笼机的发展现状 1.2.1 钢筋卷笼机发展现状 国内的钢筋卷笼机发展由于各种原因，在机械化自动化上的研究比较晚。在卷笼机 出现以前，卷笼机的

15、生产全靠手工完成，手工作业存在多种弊端，不能保证安全生产， 生产效率底下，产品精度低。虽然已经实现了“机械化” 、“自动化”生产，但这并不是 真正意义上的自动化生产，因为还有一些步骤需要人工操作才可以完成，如上料，焊接 等。 绽萬璉轆娛閬蛏鬮绾瀧。 目前市场上生产钢筋卷笼机的公司还比较少， 就山东飞宏工程机械有限公司的钢筋 卷笼机而言，该厂生产的型号为 FH2000 钢筋卷笼机已经基本能够实现自动化生产，该 卷笼机的工作原理是，依据工程施工要求，钢筋笼的主筋通过手工通过固定旋转盘上边 相应的用于支撑钢筋的圆孔至移动旋转盘的相应固定孔中进行固定（ 但上料和固定还要 人工完成），工人手工把箍筋端头

16、先固定焊接在一根主筋上，然后通过固定旋转盘及移 动旋转盘同时同速旋转把箍筋缠绕到主筋上边 （移动盘是在旋转的同时通过牵引电机牵 引后移），同时完成手动焊接，从而形成产品钢筋笼。 骁顾燁鶚巯瀆蕪領鲡赙。 1.2.2 卷笼机存在的问题 近些年来，虽然国内的自动化生产已经取得了一些成果，提高了生产过程中的机械 化率。但是在生产自动化的过程中，仍然不可避免的产生了许多问题。下面来列出一些 的问题。 瑣钋濺暧惲锟缟馭篩凉。 （1）操作复杂，仍需人工作业，使用繁琐，且安全保护措施有待提高。 （2）钢筋笼直径误差控制精准，误差较大。 目录 （3）耗材损耗量大，施工成本还需进一步降低。 （4）产品加工质量以待

17、提高。 （5）自动焊接过程中易出现脱焊，焊接产品不牢固的现象。 1.3 研究目的及方法 1.3.1 研究目的和内容 研究目的就是改进现有钢筋卷笼机的缺点，设计一种更为便捷，安全可靠的钢筋卷 笼机。 本课题的主要研究内容如下： （ 1）设计自动上料机， 改变以往的人工上料方式，节省人力。 （2）设计自动焊接部分，改变以往的焊接方式，避免出现脱焊现象。 （3）设计主电路和控制电路，增加安全保护器件，实现安全可靠生产。 （4）plc 内控制程序的设计，精确控制箍筋间距。提高产品质量。 （ 5）通过 PID 调节两台电动机的同步控制，实现同步调速，减小误差，控制达到 极限偏差要求。 （6）改善移动盘和

18、固定盘结构，使生产的钢筋笼直径可以在一定范围内调节。 1.3.2 研究方法 研究方法就是查阅相关材料，以现有的钢筋卷笼机为基础，分析钢筋卷笼机运动过 程以及控制要求，利用现有资源，改善钢筋卷笼机，实现自动化机械化生产。 鎦诗涇艳损楼 紲鯗餳類。 2 钢筋卷笼机的设计 2.1 工艺要求 （1）主筋间距误差小，能控制在 1cm之内。 （ 2）一米之内盘筋间距误差可控制在 5mm以内。 （3）生产安全得到保障。 （4）焊点饱满、牢固，笼子不散架。 2.2 工作原理 本设计的工作原理是，首先通过电机带动的自动上料机上料，在自动上料机上有限 位器，当限位器被压下时，延时一秒后，支料架按固定旋转一定的角度

19、，然后通过推进 系统将主筋推到相关位置，最后通过电动电动螺丝刀拧紧。如此反复直至所有主筋被固 定好。卷笼过程是将通过钢筋矫直机矫直过的钢筋固定焊接到主筋上，通过PID 控制移 动盘电机和固定盘电机同步同速，电机转速可根据施工要求通过变频器修改。牵引电机 目录 牵引移动盘移动，速度同样可根据施工要求通过变频器调节。在焊接部分，采取自适应 控制自动化焊接设备自动焊接。同时在盈动盘移动的过程中，没通过两米，就会有一个 液压支撑架启动，支撑钢筋笼，防止钢筋笼因为自身重力发生形变，直到钢筋笼制作完 成。 栉缏歐锄棗鈕种鵑瑶锬。 2.3 技术参数 表 1 卷笼机技术参数 标题 参数 外形尺寸（最大工作状态

20、） （ mm） 28000*6000*2500 总重量（ KG） 2000 适用桩径（ mm） 600-2500 钢筋笼长度（ m） 12 18 22 27 钢筋笼重量（ KG） 8000 主筋直径（ mm） 12-40 箍筋直径（ mm） 6-16 箍筋间距（ mm） 50-400 焊接方式 二氧化碳保护焊 液压参数（ MP） 8 电源参数 380V 50Hz 3 控制系统硬件的选择 3.1 变频器的选择 变频器的内部结构就是 IGBT1 ，它通过内部结构中的 IGBT 的开和闭来调整变频器 的输出电源的频率和电压，根据工作电机的实际生产要求，来提供工作电机所需要的电 源的频率和电压，从而实

21、现快速的调节速度。另外，变频器本身还具有的自保护功能， 例如过电流、过电压、过载保护等。随着工业生产自动化程度的快速发展，变频器已被 越来越广泛的使用。 辔烨棟剛殓攬瑤丽阄应。 在本设计中选择三菱的 FR-E740-3.7K-CHT （3.7KW ,9.5A） 变频器。该变频器在工作 在 0.5Hz 的频率下， 通过使用先进的磁通矢量控制模式可以把工作电机的转矩提高到原 来的二倍 （3.7KW以下，本文所选电机功率均在 3KW以下） 。同时它还具有目前最先进 的自学习功能。瞬时过载增加到原来的二倍时，允许的最大持续时间变为 3 秒（以前的 产品过载 200%时最多只被允许持续 0.5 秒），极

22、少出现错误报警的现象。使用最新研制 的一种风扇，它的使用寿命能够达到 10 年或者更长，当利用冷却风扇开 / 关控制时，可 目录 以进一步延长这款风扇的使用寿命。 他所使用的电容器也是目前电容器产品中使用寿命 比较长的一款，可以达到 10 年之久。 峴扬斕滾澗辐滠兴渙藺。 3.2 PLC 的选择 可编程逻辑控制器 （简称 PLC），它是目前用于自动控制系统中一种非常方便快捷的 控制设备 2 。在可编程逻辑控制器还没有出现的时候，想要完成一套具有相同功能的自 动化控制系统，大多数情况下要使用大概一千个继电器以及计数器才能完成。可编程逻 辑控制器一般在卖给用户以前就已经把它的内部系统程序初始化完毕

23、， 用户在使用时可 以直接根据自己的需要，自行的编辑相应的用户程序来满足不同的自动化生产要求 3 。 詩叁撻訥烬忧毀厉鋨骜。 目前市场中的 PLC产品基本上是美国、欧洲和日本三个国家的品牌。在型号选择中 经过反复查阅比较，从经济性、操作性和实用性等角度考虑，选中了三菱 FX 系列的小 型 PLC。 FX3G系列 PLC内部的程序存储器具有很大的容量，程序编写最高可以达到32K 步，在标准模式时在 0.21 s 的时间内就可以完成基本指令处理，同时它的软元件数量 还可以得到大幅的扩充，使用户可以更加便捷的编写程序并进行处理数据5 。FX3G系列 PLC本身就带有两个具有很高通讯速度的接口，它们既

24、可以一起使用，也可以分开单个 使用，因此在通讯配置的选择方面变得更加便捷。晶体管输出型的 PLC内部的基本单元 具有很高的输出速度， 最高可以达到 100KHZ，这样的话， 我们便可以通过编写指令既方 便又快捷的进行定位设置。 在保护程序方面， FX3G也在本质上有了进展。 它本身带有两 个不同级别的密码， 这些密码可以分别区分出设备制造商的访问权限和使用用户的访问 权限。它内部具有的程序保护功能可以将 PLC封锁住，但是新的程序被写入时它又可以 再次打开。考虑到要与原有系统匹配兼容，右侧总线则可连接传统三菱PLC的 I/O 扩展 模块和特殊功能模块。 FX3G系列 PLC传承了 PLC的经典

25、， 不断开拓创新， 为客户提供非 常专业非常具又人性化设计的解决方案， 对于各种行业的不同用户的控制系统要求都可 以一一满足，在竞争越来越激烈的现代工业领域，具有高度灵活性的FX3G系列 PLC必 将在众多 PLC产品中脱颖而出。 则鯤愜韋瘓賈晖园栋泷。 3.3 电机的选择 本设计采用交流异步电动机。 费拉里斯坚信他所讲述的旋转磁场理论以及他所发明 的新产品在科学领域上的价值远远超过在物质领域上的价值， 因此他故意不为自己的发 明申请专利，而是在他的实验室向所有人展示他所有的最新的研究成果。鼠笼型异步电 机是目前市场上应用最广泛的一种异步电机 7 。因为异步电机作的转子绕组的电流是由 于转子转

26、动切割磁铁产生的磁感线感应产生的，所以它又被称为感应电动机。目前在所 有种类的电动机中，异步电机是使用最多的一种电动机。在各国的以电为动力的机械生 10 目录 产应用中，异步电动机占了百分之九十左右的份额，其中小型异步电动机就占到70%以 上。 胀鏝彈奥秘孫戶孪钇賻。 4 控制系统的设计 4.1 控制系统程序流程图 程序流程图在程序分析中是最为基本、最为重要的一种分析技术，在进行生产程序 流程分析过程中，它是最基本的一种工具。通过使用工序图示符号，来对制造现场的整 个生产制作过程做详细的记录，以方便人们对产品在整个生产制造过程中包括生产、加 工、检验、储存等在内的环节进行详细的了解与深度的分析

27、，特别适用于分析生产过程 中成本浪费很大的生产，有效的提高经济效益。 鳃躋峽祷紉诵帮废掃減。 4.1.1 控制系统子程序流程图 子程序流程图如图 1 所示: 图1 子程序流程图 11 目录 4.1.2 控制系统主程序流程图 主程序流程图如图 2 所示： 4.2 控制系统程序编写 4.2.1 GX Works2 编程软件介绍 12 目录 是一种专门用于 PLC GXW ORKS是2 三菱株式会社推出的一款三菱综合 PLC编程软件， 设计、调试、维护的编程软件。与传统的 GX Developer 软件相比较，取得了很大的进 步，不仅增加了功能，还提高了操作性能，变得更加容易学习使用。GX Work

28、s2性能优 越，因为它既能够完美完成制作 Q系列和 FX系列 PLC的数据, 也能够将程序转化成 GPPQ 和 GPPA两种格式的文档。 除此之外，在用户使用了 FX 系列的 PLC的时候，它还能转 变成 FXGP（DOS格） 式和 FXGP（WIN格） 式的两种文档。在大多数的用户中，他们使用的的 操作系统都是 Windows系统，通过利用 Windows操作系统的种种优点，还可以使 GX WORKS操2 作性能得到飞跃上升， 它能够把通过 Excel,Word 等制作完成的数据进行复制， 粘贴，并利用这些数据。通过这些标号编程制作程序的话，也不再需要懂得软元件的号 码，就能够依据标号制作出

29、标准的程序。通过标号编程制作的程序也能够依据汇编来作 为实际需要使用的程序来使用。同时 GX WORKS软2件具有 FB功能， FB是一种为了提高 顺序程序的制作效率而开发的一种全新的功能。 它把在制作顺序程序时反复多次利用到 的顺序程序回路块变得零件化，从而使顺序程序的制作变得更加简单。除此之外，变得 零件化之后， 还能够有效的预防把它使用到其他的顺序程序中时而造成的顺序输入错误 的现象。 GX Works2软件在由于连接对象时的指定被图形化而构造形成的复杂的系统的 情况下也能够很容易的设定和其他站点的链接。 这款软件还可以通过多种方式与可编程 控制器 CPU进行连接，比如通过串行通讯口，

30、USB和各种计算机插板等。 稟虛嬪赈维哜妝扩踴 粜。 4.2.2 控制系统的设计 （1）主程序的设计 程序如图 3 所示： 13 目录 图3 主程序的设计 (2) 自动上料系统编写 自动上料程序的描述：钢筋通过电机传送装置被传送到钢筋支撑架上，并固定在移 动盘的导管内。程序如图 4 所示： 陽簍埡鲑罷規呜旧岿錟。 图 4 自动上料程序 (3) 自动卷笼部分程序的编写 钢筋笼在自动卷笼的过程中，移动盘和固定盘同步旋转且速度可以调节，牵引盘移 动速度根据客户需求也可以调节不同速度，并在旋转过程中实现自动焊接。程序如图 5 所示： 沩氣嘮戇苌鑿鑿槠谔應。 图 5 自动卷笼程序 14 目录 （4）在卷

31、笼机工作过程中，随着卷笼机的不断卷笼，钢筋笼变得越来越长，使得 钢筋笼的质量变得越来越大，最后会出现中间部位由于重量而发生形变，所以在本设计 中加入了液压支架系统，在系统中，每两米的位置有一个限位器，当钢筋笼到达相应位 （5）当卷笼机工作结束后，到达最后的位置，工作人员将钢筋笼通过天车将钢筋笼 移动到相应位置， 最后按下复位按钮， 钢筋卷笼机移动盘回到原位， 液压支架恢复原位， 具体程序设计如图 7 所示。 懨俠劑鈍触乐鹇烬觶騮。 图7 复位程序设计 （6）在卷笼机工作过程中，需要进行调速，所以在程序中分别预先设置几个档位， 具体速度需要由实际生产需求制定，所以本程序暂列 3 个档位）。 謾饱

32、兗争詣繚鮐癞别瀘。 图8 调速程序设计 15 目录 7）再电机工作过程中还需要设置 PID 程序的比例系数、积分系数、微分系数等的 参数， 以及 PID 指令，以实现 PLC程序的 PID 调节。在本设计中的扫描时间为 100ms， 另外确定本次 PID 程序的动作方向，根据控制的调节规律，我们可以确定本次的动作方 向为负方向，再者就是确定滤波常数、比例系数 KP、积分时间、微分增益、微分时间， 呙铉們欤谦鸪饺竞荡赚。 这些我们要通过实际试验，通过反复尝试获得最终得合理参数值。 图 9 PID 调节程序设计 8）在 PID 调速过程中，需要将编码器的脉冲信号传到 PLC中，利用 SPD指令将脉

33、 冲信号转换成数字信号，具体程序如图 9 所示。 莹谐龌蕲賞组靄绉嚴减。 16 目录 图 10 SPD 程序设计 4.3 控制系统电气接线图 4.3.1 I/O 地址编排表 表 2 I/O 地址编排表 输入 输出 器件号 地址号 功能说明 器件号 地址号 功能说明 SB1 X0 启动 YV1 Y11 主筋推上 SB2 X1 卷笼机起动 YV2 Y12 主筋拧紧 SQ1 X2 上料架限位开关 YV3 Y13 电动螺丝刀回原位 SQ2 X3 上料时支撑件旋转到位限位开关 YV4 Y14 住进推进系统回原位 SQ3 X4 液压推进系统原位限位开关 YV5 Y15 一号液压支架起动 SQ4 X5 主筋

34、推到位限位开关 YV6 Y16 二号液压支架起动 SQ5 X6 电动螺丝刀原位限位开关 YV7 Y17 三号液压支架起动 SQ6 X7 电动螺丝刀下降到位限位开关 YV8 Y20 四号液压支架启动 SQ8 X10 二号液压支架限位开关 YV9 Y21 五号液压支架起动 SQ9 X11 三号液压支架限位开关 LED Y22 上料完毕指示灯 SQ10 X12 四号液压支架限位开关 KM2 Y23 自动焊接 SQ11 X13 五号液压支架限位开关 KM1 Y24 上料架电机启动 SQ12 X14 移动盘原点限位开关 SB3 X15 牵引电机高速运行 SB4 X16 牵引电机中速运行 SB5 X17

35、牵引电机低速运行 SB6 X20 固定盘电机高速运行 SB7 X21 固定盘电机中速运行 SB8 X22 固定盘电机低速运行 SB9 X23 复位开关 SQ7 X24 一号液压支架限位开关 SB10 X25 自动焊接 SB11 X26 一号变频器输出停止 SB12 X27 二号变频器输出停止 SB13 X30 三号变频器输出停止 17 目录 4.3.2 I/O 电气接口图 图 11 I/O 电气接口图 18 目录 4.3.3 主电路图 5 卷笼机系统中电机的控制方法 变频调速能够有效的提高卷笼机的工作速度，实现有效的控制电动机，目前最有发 展和人们普遍认为最理想的调速方式就是这种方式。 通过使

36、用利用变频器构成变频调速 系统的主要原因是 : 一是可以有效的避免浪费社会能源，降低生产制作成本，而且在实 际的应用中，用户还可以根据自己的生产需求选择不同型号的变频器，既方便快捷，构 造成本又低 ; 二是能够有效的改善产品质量，提高劳动生产率、提高工作质量、提升设 备的自动化机械化程度并改善生活环境等。目前在大部分工业自动控制系统中，通过使 用 PLC与变频器的组合来对生产过程进行控制， 通过利用 PLC与变频器的组合来形成各 种各样的 PLC控制变频器的方法已经被普遍采纳并在实际生产中使用。 这种方法在处理 对应的故障信息时能够有效的处理，它更容易控制，反应更加迅速、测量更加精准，同 时还

37、具备远距离传输，节省经费的优势，还具有抗干扰能力很强、高传输效率等优势。 麸肃鹏镟轿騍镣缚縟糶。 5.1 利用变频器和 PLC实现速度同步控制 在整个机器中，有好几个电动机的速度需要同时进行控制，如牵引电机，移动盘电 机，固定盘电机等，电机间的速度存在着一定的关系，例如移动盘电机要与固定盘电机 同轴且同速，牵引电机要与移动盘电机速度协调，否则，箍筋间距将变化，钢筋笼将不 19 目录 能满足生产要求。 納畴鳗吶鄖禎銣腻鰲锬。 在上述机组的传动系统中，由于每个电机间都没有办法利用刚性的机械轴来连接， 所以为了能够实现移动盘电机和固定盘电机在运动过程中同步控制， 移动盘电机和固定 盘电机分别采用独立

38、的变频器进行调速， 再通过 PLC对变频器进行控制 8 。風撵鲔貓铁频钙蓟 纠庙。 移动盘电机和固定盘电机采用变频调速，在这个闭环控制系统中，以牵引电机的速 度为目标，使用编码器 1和编码器 2 分别采集的两个电机的脉冲信号，然后传送到 PLC 的 AD 扩张模块中的高速计数端口，以这两个在电动机编码器上获取到的速度信号的数 据做为 PLC的输入量，然后开始计算比例积分控制算法，计算出来的结果作为输出信号 传送 PLC的扩展的 DA模拟量模块，来达到控制移动盘电机的变频器的目的，这样，就 可以保证移动盘电机转动速度与固定盘电机转动速度的变化而发生变化， 使两个速度保 持同步 9 。灭嗳骇諗鋅猎

39、輛觏馊藹。 采用 PI 控制算法进行调节电动机的速度， 程序设计框图见图 8，图中把通过由电动 机上边安装的编码器采集的运动的转速的脉冲信号，转换成了电机的转动的一些数字， 铹鸝饷飾镡閌赀诨癱骝。 经过速度上下限的处理后，存储在通过 PLC的 I/O 接口扩展出来的 AD扩展模块中的某 20 目录 图 13 PID 程序设计框图 个 DM区中，来作为我们接下来需要进行的 PID 运算处理中的 Y值10 。经过数据处理后 的 P 值，送到模拟量输出的通道，经过上下限处理后，换算成三菱E700能够接收的电 压信号，以此控制移动盘电机的变频器。 攙閿频嵘陣澇諗谴隴泸。 以上所使用到的调节装置， 也常

40、常被用来处理由于外部电源的波动等不确定因素而 引起的外部影响。但外部电源波动所引起的速度差，经过一段时间后，会使移动盘移动 的比正常速度过快或者过慢，因此在我们在进行设计 PID 控制算法时，需要考虑到这些 不确定的因素的干扰，利用 PID 调节过程中的积分环节 I 来解决累积误差，使得移动盘 电机和固定盘电机能进行同步控制并且同步精度较高，从而确保控制系统的稳定性。 趕 輾雏纨颗锊讨跃满賺。 5.2 利用变频器和 PLC实现稳定速比控制 在生产设备中移动盘电机和牵引电机分别驱动原有的电机， 调速则是通过变频器调 21 目录 节，通过交流电机来驱动。在生产过程中经常会出现速度波动的现象，速比不

41、能一直稳 定不变，加工过程会出现箍筋间距变大或者变小情况，影响钢筋笼的质量，受工业生产 现实要求的变化，应能方便地进行调节，移动盘电机的速度要快速地进行跟踪和变化采 用可编程控制器 (PLC) 和变频器进行控制， 能较好地稳定移动盘电机和牵引电机速比。 夹 覡闾辁駁档驀迁锬減。 6 自动上料架和自动焊接部分的设计 6.1 自动上料架的设计 自动上料机采用链条的方式上料，利用电机带动链条转动，从而使钢筋被运送到钢 筋支撑架上，在自动上料机的末端，有一个限位器来检测钢筋是否被运输到钢筋支料架 上，同时输出一个是信号给 PLC，来驱动支料架旋转。 视絀镘鸸鲚鐘脑钧欖粝。 6.2 自动焊接部分的设计

42、自动焊接部分采取二氧化碳气体保护焊的方式， CO2气体保护焊是通过从保护焊的 顶部喷出来的 CO2气体来避免焊接面与空气接触，从而达到保护熔池的目的，这是一种 目前比较先进的熔焊方式。它采用明弧焊接的方式，操作也很便捷，适应于任何位置的 焊接。并且有利于实现机械化和自动化焊接，尤其是在空间立体位置上的自动化焊接。 电弧在 CO2保护气体的压缩下热量全部集中到一起， 焊接速度相比较而言很快， 熔池小， 热影响的区域也比较窄，焊件在焊后的变形也很小，抗裂性能也非常好。采用CO2气体 保护焊的焊接方式成本也很低， 因为这种气体是化工厂和一些工厂在生产过程中的副产 品，来源比较广泛，价格也不高，普通手

43、工电弧焊综合成本大概是CO2保护焊的二倍。 CO2气体保护焊采用的电流密度比较大， 手工电弧焊在 10-20A/mm2左右，比手工电弧焊 的要高得多，所以在焊接过程中熔焊深度要比手弧焊高 2-3 倍，对 10mm以下的钢筋可 以直接焊接，同时它的焊丝熔化比较快，熔渣也不用处理，焊接时的速度比手弧焊可以 提高到 4-5 倍。所以它的生产效率很高。二氧化碳气体保护焊的电弧热量比较集中，所 以加热面积比较小，同时 CO2气流还有冷却的作用，因此焊件在焊接后的变形也很小。 二氧化碳气体保护焊与埋弧焊相比较，抗锈能力比较好，而我们所用到的材料上边肯定 会有或多或少的铁锈，由于它的抗锈能力比较好，所以在焊接前对焊接件表面不需进行 太多的复杂的清扫，因为它的清洁程度要求并不是太高