本科 毕业设计 全自动热熔焊接机控制系统设计论文 1

1、毕业设计(论文)任务书课题名称全自动热熔焊接机控制系统设计学 院自动化学院专 业 一、毕业设计（论文）的内容本课题利用可编程控制器（plc）设计开发出能够准确快捷地进行管道焊接同时对整个焊接过程进行参数跟踪，在焊接环节出错时更可以进行报警警示的全自动热熔焊接机。主要是用可编程控制器（plc）和各种传感器，a/d转换模块组成的控制系统实现对热熔焊接机的全自动控制。二、毕业设计（论文）的要求与数据本课题利用可编程控制器（plc）设计全自动热熔焊接机系统，此系统在能够实时检测焊接过程中的各项参数，并能根据偏差调整输出参数。除了实现参数跟踪能力外，此系统还需实现对焊接过程中的出错环节进行报警警示，从而

2、实现最大限度的自动化，为实际施工的焊接工作提供高性能而又使用方便快捷的焊接系统。三、毕业设计（论文）进程安排序 号设计（论文）各阶段名称日 期1查阅资料3月15日3月31日2 学习相关知识，元器件选择、确定方案4月1日4月30日3电气连接图、程序设计初步成型5月1日5月30日4修改、调试6月1日6月8日5定型、论文6月8日6月13日四、应收集的资料及主要参考文献1、lg产品介绍。 lg公司2、赵继文，何玉彬主编。传感器与应用电路设计。科学出版社，2001年 3、孙肖明，刘刚主编。传感器及其应用。电子出版社，2001年4、林德杰主编。电气测试基础。机械工业出版社，2001年5、邓则名，邝橞芳，程

3、良伦。电器与可编程控制器应用技术。机械出版社，2002年6、孙炳达，梁志坤。自动控制原理。机械工业出版社，2002年7、徐德主编。可编程控制器应用技术。北京工业出版社，2001年8、陈克定。电气控制与可编程控制器。华南理工大学出版社，2001年9、丁振生。传感器及其技术应用。电子工业出版社，1999年10、邵裕森。过程控制及仪表。上海交大出版社，1999年11、孙扬声。自动控制理论。水利电力出版社，1991年12、方承远。工厂电气控制技术。机械工业出版社，1999年13、曹柱中，徐薇莉。自动控制理论及设计。上海交到出版社，1997年 摘 要 本课题主要研究的方向是怎样利用可编程序控制器和各种传

4、感器组成的控制系统对热熔焊接机实现在焊前准备，吸热阶段，转换阶段，参数跟踪能力，报警等功能的自动控制。全自动热熔焊接机比传统的焊接机更自动化，使用更加方便，简单。该全自动焊接机采用参数闭环回路设计，系统可以在焊接过程的每一阶段实时监测参数，并根据偏差调整调整各个阶段的压力和时间参数，这很大程度上提高了焊接的可靠性和效率。它在每个环节开始结束都会对操作人员进行提示。比以往旧式的焊接机有了多项的改进。最大限度的满足当今施工的高要求。 另外，在本项目设计当中，我们考虑到每种器件的经济效益和性能。并对可编程控制器，转换模块、温度传感器、压力传感器,打印机,显示屏进行分析和介绍,选取符合项目要求的器件。

5、关键字:lg-plc 热熔焊接 传感器 模拟模块【abstract】the design of full-automatic and hot to melt the welding machinethis project utilizes the powerful industry control device which in common and easy use -the programmable controller (plc ) is it 。the machine can accurate to carry on pipeline welding at the same time

6、to weld course go on parameter follow entirely swift to design, it also can carry on what newspaper warn full-automatic to melt the welding machine while being hot even more while it makes mistakes to weld the link。compare with some welding machine in common use at present, the model prepare and hea

7、t absorption , change , is it cool three stage ,etc. weld link kind more apparently to automize to weld before not welding, meet to the maximum extent it nowadays construction to weld automation and getting convenient and swift demand of course, the function is not other welding machine even more th

8、at its peculiar parameter is followed and the newspaper is warned,etcwe consider economic benefits project performance combine and economic benefits of package also in project design. this project design book, still to this lg controller used of model, temperature, pressure sensor, simulation, commu

9、nication module and the printer, display screen have certain introduction and analysis.【key word】lg-plc hot melted-welding sensor simulationmodule目 录 绪论第一章：设计要求及其功能11.1：热熔焊接简介 11.2：项目要求 21.3：全自动型热熔焊接机控制功能 2第二章：控制系统硬件选择及其方案定型 42.1：可编程序控制器（plc）的选择 42.2：传感器的简介和应用选择102.3：外围设备的应用选择14第三章：plc端口分配图和主电路图19第四

10、章：程序设计214.1：工作步骤设想214.2：包含程序设想214.3：程序流程图22 4.4: 自动工作下的程序诠释 27第五章: 技术难点及其解决方法29第六章: 项目小结33附录1: 程序梯形图34附录2: 致谢39附录3: 参考资料40绪 论随着人们对生活起居舒适性的不断追求和社会对生产施工自动化、电气化的更进一步要求，依赖管道进行输送与传接物质的系统和工程越来越多，而与此应运而生的管道焊接问题也日益显现于人们面前，社会各方面也一直致力于这方面的研究和开发创造。管道焊接技术一直在不断的改进与完善中，它经历了从手动焊接、简单机器辅助焊接到现在的半自动或近似与全自动焊接的过程。现行的焊接机

11、大都为半自动型或者是相对程度上的全自动型，而这些焊接机在实际的施工中总存在一定的缺陷和不足，在使用方便性和适应工作情境范围等方面已经不适应于现今工程施工的各方要求，施工速度及施工效益也为之大大削弱，因此研制开发适应现代施工需要的具有更高优越性、实用性的真正意义上的全自动焊接机势在必行。鉴于以上情况本项目致力于研制创造出一种比现行各种焊接机（特别是现在较普遍使用的热板自动提升型焊接机）使用更方便性能更优越的焊接机全自动热熔焊接机。与目前较通用一些焊接机相比，此种机型将在焊前准备及吸热、转换、焊接冷却三阶段等焊接环节中更显自动化，并使其最大限度地适应的当今施工对焊接自动化及其过程的方便快捷性的高需

12、求，同时研发出了参数跟踪功能及报警警示功能等其它焊接机所没有的优越性能。相信此种焊接机将以其基础功能及特有的先进功能为焊接行业所欢迎。 第一章： 设计要求及其功能1.1 热熔焊接简介1.1.1 认识热熔焊接 1热熔焊接是放热熔接的一种，它利用物理反应（放热反应）时产生高热来完成熔接的一种方法。2热熔焊接物理反应速度非常快，仅几秒就可以完成焊接，产生热量极高可以有效的传导至熔接部位，使其熔为一体，形成分子结合。它无须其他任何热能，若用于接地线路金属导体的连接是最好的方法。3放热熔焊主要可焊接纯铜、黄铜、青铜、紫铜、铜包钢、纯铁、不锈钢、锻铁、镀锌钢铁、铸铁等。1.1.2 热熔焊接特性与优点1.

13、焊接点像铜一样，是分子结合，没有机械性压力，不会松弛、不会老化，不受腐蚀性产物的影响。2. 能经受反复多次的大浪涌（故障）电流而不退化；3. 焊接点的载流能力（熔点）与导线的载流能力相等。4. 进行焊接时，无需外接电源或热源。5. 从外观便能核查焊接的质量。6. 供焊接用材料很轻，携带方便。7. 焊接方法简单，易于学习掌握。8. 放热熔焊在几秒钟之内完成快速焊接。9. 可用于焊接铜、铜合金、镀铜钢、各种合金钢包括不锈钢及高阻加热源材料。1.1.3 热熔焊接应用塑料管材具有质量轻、有良好的耐腐蚀性，寿命长，管道的气密性较好，管道表面光滑，粗糙度小，输送流体阻力小，在现代化施工中具有广泛的应用。

14、1.防雷及浪涌保护2.电脑网络建设3.电气设备接地工程处理4.铁路、高速公路、石化工程建设5.智能化大厦建设，暖通空调。6阴极保护7朔料燃气管道8市政、建筑给排水工程9.石油化工1.2 项目要求该全自动型热熔焊接机采用参数闭环回路设计，系统在焊接过程中实时监测焊接过程中的实际参数，并根据偏差调整输出参数，不同于其他热熔自动焊接机，不监测焊接过程中的实际参数，只是根据预设的参数对管材进行焊接，焊接完后打印出来的参数也只有一种参数。1.3 全自动型热熔焊接机控制功能全自动热熔焊接机使用更方便，性能更优越，与目前较通用一些焊接机相比特别是是现在较普遍使用的热板自动提升型焊接机，此种机型将在焊前准备及

15、吸热、转换、焊接冷却三阶段等焊接环节中更显自动化，并使其最大限度地适应的当今施工对焊接自动化及其过程的方便快捷性的高需求。表1 热板自动提升型焊接机和全自动型热熔焊接机控制功能对照表焊接过 程比较项目 热板自动提升型焊接机全自动型热熔热熔接机焊前准备待焊管材夹装人工：要求管材待焊端面伸出卡盘的部分长度为3cm人工：管材待焊端面伸出卡盘的部分长度由机器控制拖动刀计算人工机器自动铣刀放置与移走人工人工铣刀的启动人工机器控制两待焊端面错位调整人工人工所有机架开合操作人工通过液压单元控制机器控制 吸热阶 段铣削后二次拖刀计算人工机器控制热板温度控制机器控制机器控制热板就位人工人工 压力控制人工通过液压

16、单元控制机器控制卷边时间计时器控制机器控制转换阶段机架开合操作人工通过液压单元控制机器控制热板弹出操作机器控制机器控制参数跟踪功 能参数打印功能 能打印焊接过程中详细施工参数,如:设备编号、焊口编号、日期 时间、操作者编号、信息记录、管材1编号、管材1生产厂家、管材1材料编号、管材2材料编号、管材2生产厂家 管材2材料编号、焊接地点、环境温度、焊接方式、焊接参数标准 pe材质、管材直径、管材壁厚系列、热板温度、机架类型、拖动压力、 卷边阶段设定压力、卷边阶段实际压力 卷边阶段设定时间、卷边阶段实际时间 吸热阶段设定压力、吸热阶段实际压力 吸热阶段设定时间、 吸热阶段实际时间 热板弹出阶段转换时

17、间、对接压力上升时间 焊接冷却阶段设定压力、焊接冷却阶段实际压力 焊接冷却阶段设定时间、 焊接冷却阶段实际时间 共计36个参数，如有操作错误或环境因素不适合情况出现时，将会出现错误提示信息。 第二章 控制系统硬件选择及其方案定型2.1 可编程序控制器（plc）的选择。2.1.1 plc简介在制造工业（以改变几何形状和机械性能为特征）和过程工业（以物理变化和化学变化将原料转化成产品为特征）中，大量的开关量顺序控制，它按照逻辑条件进行顺序动作，并按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制，及大量离散量的数据采集。传统上，这些功能是通过气动或电气控制系统来实现的。1968年美国gm（通用汽车）公司提出取代继

18、电气控制装置的要求，第二年，美国数字公司研制出了基于集成电路和电子技术的控制装置，使得电气控制功能实现的程序化，这就是第一代可编程序控制器，英文名字叫programmable controller随着电子技术和计算机技术的发生，pc的功能越来越强大，其概念和内涵也不断扩展。上世纪80年代，个人计算机发展起来，也简称为pc，为了方便，也为了反映或可编程控制器的功能特点，美国a-b公司将可编程序控制器定名为可编程序逻辑控制器programmable logic controller（plc），并将“plc”作为其产品的注册商标。可编程序控制器是一中带有指令存储器和数字或模拟i/o接口，以位运算为主

19、，能完成逻辑，顺序，定时，计数和算术运算功能，用于控制机器或生产过程的自动控制装置。随着科学技术的进步和可编程序控制妻的不断发展，其功能不断增强，近年来plc已经和自动化技术融为一体。可编程序控制器的应用场合是很广泛的，它可应用于开关逻辑控制：定时和计数控制；闭环控制；机械加工数字控制；机器人控制；多网络控制等。从上述plc的功能特点可见plc控制系统有以下优点：（1）编程简单 （2）可靠性高 （3）通用性好 （4）功能强 （5）使用方便 （6）设计，施工和调试周期短。鉴于上述plc强大的功能，本项目我们采用了lg-plc控制系统的控制方案 。2.1.2 plc的优点 1、人机界面更加友好pl

20、c制造商纷纷通过收购或联合软件企业、或发展软件产业，大大提高了其软件水平，多数plc品牌拥有与之相应的开发平台和组态软件，软件和硬件的结合，提高了系统的性能，同时，为用户的开发和维护降低了成本，使更易形成人机友好的控制系统，目前，plc网络ipccrt的模式被广泛应用。2、网络通讯能力大大加强plc厂家在原来cpu模板上提供物理层rs232/422/485接口的基础上，逐渐增加了各种通讯接口，而且提供完整的通讯网络。由于近来数据通讯技术发展很快，用户对开放性要求很强烈，现场总线技术及以太网技术也同步发展。如罗克韦尔ab公司主推的三层网络结构体系，即ethernet、controlnet、dev

21、icenet，西门子公司在profibus-dp及profibus-fms网络等。3、开放性和互操作性大大发展 1）iec形成了现场总线标准，这一标准包含8种标准，虽然有人说，多种标准就是没有标准，但必竟是一个经过困难的争论与妥协的成果。标准推出后，各厂商纷纷将自己的产品适应这些标准，或者开发与之相应的新产品。2）iec制订了基于windows的编程语言标准iec61131-3，它规定了指令表（il）、梯形图（ld）、顺序功能图（sfc）、功能块图（fbd）、结构化文本（st）五种编程语言。这是以数字技术为基础的可编程序逻辑控制装置在高层次上走向开放性的标准化文件。虽然plc开发上各工具仍不兼

22、容，但基于这些标准的开发系统，使用户在应用过程中，可以较方便地适不同品牌的产品。2.1.3 lg-plc系列选定lg-plc有k10s k30s k60s k80s等系列，而本项目中要求选用的plc型号可以做到既适合输出输入端口数分配而且又有很好的性价比的。经过比较，我决定选用k80s系列plc.master-k系列产品的特点如下。(1) 由于采用国际规范化通信协议，具有开放型功能。(2) 由于内置运算协处理器，能够高速完成各种运算处理。(3)完备多种功能模块，以扩大系统的应用范围。 (4)能够在运行中修改用户程序。2) k80s系列产品为cpu、输入输出、通信功能集成于一体的小型plc，具有

23、如下特点。(1) 演算处理高速化内置运算协处理器，处理速度高达0.5ms/step。(2) 具有多种功能由于基本单元中已具备各种功能，因而只用基本单元就可构成各种系统。 用于高速处理脉冲捕获 : 能够稳定捕获，通用开关量处理方法所无法处理的0.2ms窄脉冲。高速计数器 : 能够接收单相16khz、双相8khz的高速脉冲信号。- 外部接点中断 : 利用内部8点中断输入，可适用需要快速响应的各种应用场合。. 利用可设置时间常数（0 15ms范围内）输入滤波功能，可防止由于输入信号波动或外部干扰引起误动作。 可利用脉冲输出功能，直接控制低速步进电机或伺服电机，而不用外接位置控制模块。 利用rs-23

24、2c端口，可与通用计算机、监视器等外围设备联接，也可以同new-master-k系列产品点对点通信。(k7p-dr10s/dt10s : rs-485 端口) 利用机内pid控制功能，可直接构成闭环控制系统而不需另加控制模块。(3) 可直接利用机上run/stop开关进行操作而不需另加操作开关。 (4) 除rs-232c机内功能外，另用cnet i/f模块，可构成多种系统。(5) 由于采用闪速存储器，只用kglwin简单操作便可存储用户程序等内容而不需另加存储模块。(6) 加强型自诊断功能 细分化自诊断结果中的故障代码，方便查找故障原因。(7) 可设置密码，防止局外人员读写用户程序。 k80系

25、列结构框图如下：基本单元扩展单元cpu输出口输入口输出口输入口通信口电源特殊/通信单元 电源输入 输入信号 输入信号dc24v电源 rs-232c i/f 输出信号 交互信号 输出信号 cpu 信号处理功能系统操作功能用户程序储存功能数据储存功能用户程序执行功能输入口 将来自控制系统的输入信号或数据转换为适合处理的形式，输入到主机。输出口 将cpu发出的输出信号或数据转换为适合驱动输出指示灯和外部器具的形式，来驱动外部器具。电 源 将外部商用电源转换为plc内部供电电源。通信口 可以联接编程器(kglwin)，也可以通过内部rs-232c功能，同其它设备进行点对点通信。 图2.1.1 表2.1

26、 .1结构表表2.1.2 k80系列系统配置图类 别产 品 名 称型 号规 格备 注基本基本单元k7m-dr10s(/dc) 输入输出点数 - dc24v输入6点 / 继电器接点输出4点。 用户程序容量 : 7k 步。 内部功能-高速计数器 :单相16khz, 两相8khz 1通道-脉冲输出 : 1 2 khz-脉冲捕获 : 脉宽 0.2ms,6点(p000p005) -外部接点中断 : 0.4ms,6点(p000p005)-脉冲输入 : 0 15ms(所有输入点)-pid控制功能-rs-485 通信cueb,cuec不能用k7m-dr20s(/dc) 输入输出点数 - dc24v输入12点

27、/ 继电器接点输出8点。 用户程序容量 : 7k 步。 内部功能-高速计数器 :单相16khz, 两相8khz 1通道-脉冲输出 : 1 2 khz-脉冲捕获 : 脉宽 0.2ms,8点(p000p007) -外部接点中断 : 0.4ms,8点(p000p007)-脉冲输入 : 0 15ms(所有输入点)-pid控制功能-rs-232c 通信k7m-dr30s(/dc) 输入输出点数 - dc24v输入18点 / 继电器接点输出12点。 用户程序容量 : 7k 步。 内部功能-高速计数器 :单相16khz, 两相8khz 1通道-脉冲输出 : 1 2 khz-脉冲捕获 : 脉宽 0.2ms,8

28、点(p000p007) -外部接点中断 : 0.4ms,8点(p000p007)-脉冲输入 : 0 15ms(所有输入点)-pid控制功能-rs-232c 通信综合考虑设计要求和成本，我们选用了k80s系列的k7m-dr20s 20点基本单元。20点基本单元（k7m-dr20s）示意图： no.名 称用 途电源输入端子 电源输入端子，联接ac85264交流电源。fg 端子电磁器具接地端子 电磁器具接地端子。输入端子 输入电路接线端子。输出端子 输出电路接线端子。dc24v,24g 端子 提供dc 24v外接电源端子。 图2.1.2 表2.1.3 20点基本单元引脚表20点基本单元输入输出接线图

29、如下图所示：输入接线图： 图2.1.3输出接线图：dc5vldc24vac110/220vlllllll 图2.1.4 控制器扩展模块我们采用的是型号为k7m-dr20s的模拟模块。 a/d d/a混合模块示意图： dc24v 图2.1.5no. 名 称 run led 模拟量输入端子排 模拟量输入方式（电流/电压）选择跳线端子 模拟量输出端子 提供外部电源(dc24v)端子 扩展电缆 扩展电缆联接端子 表2.1.4 混合模块引脚表2.2 传感器的简介和应用选择2.2.1认识传感器传感器的定义:人们通常将能把非电量转换为电量的器件称为传感器，传感器实质上是一种功能块，其作用是将来自外界的各种信

30、号转换成电信号。它是实现测试与自动控制系统的首要环节。如果没有传感器对原始参数进行精确可靠的测量，那么，无论是信号转换或信息处理，或者最佳数据的显示和控制都将无法实现。传感器技术是现代信息技术的主要内容之一，信息技术包括计算机技术、通信技术和传感器技术。计算机和通信技术发展极快，相当成熟，对此运用自如的工程技术人员也非常多，但精通而灵活使用传感器技术的工作者却很少，这是因为传感器应用技术都需要使用模拟技术，而模拟技术有很多问题难以解决。为了适应现代科学技术的发展，世界众多国家都把传感器技术列为现代的关键技术之。传感器的分类:传感器的检测对象非常多，主要有数量、长度、面积、立体、位置、含量、线性

31、变位、旋转变位、畸变、压力、转矩、流量、流速、加速度、振动、成分配比、水分、离子浓度、混浊度、粒状体、比重密度、伤痕、湿度、热量、温度、火灾、烟、有害气体和气味等29 种。按检测功能可分为检测温度、压力、湿度、流量、流速、磁场、光通道等，其中最常用的是温度传感器，其次是压力、流量传感器。传感技术的重要性，可以毫不夸张地说，从飞往茫茫太空的宇宙飞船到游弋于浩瀚海洋的各种舰艇船只，从各种复杂的工程系统到人们生活中的衣食住行，几乎都离不开各种各样的传感器，传感技术对科学的各个领域起着不可估量的巨大的作用。本项目主要研究的是压力传感器和温度变送器在热熔焊接机中的应用。传感器的选则用原则：传感器千差万别，即便对于相同种类的测定量也可采用不同工作原理的传感器，因此，要根据需要选用最适宜的传感器。(1)测量条件如果误选传感器，就会降低系统的可靠性。为此，要从系统总体考虑，明确使用的目的以及采用传感器的必要性，绝对不要采用不适宜的传感器与不必要的传感器。测量条件列举如下，即测量目的，测量量的选定，测量的范围，输入信号的带宽，要求的精度，测量所需要的时间，过输入发生的频繁程度。(2