一種金屬棒材剝皮機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)論文

1、一種金屬棒材剝皮機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)（浩中機(jī)械（蚌埠）有限公司，安徽 蚌埠 233010）【摘 要】金屬棒材剝皮機(jī)技術(shù)是一種高效的加工技術(shù)，主要用于等長(zhǎng)圓形金屬材料的外皮加工?？煽焖俑咝У娜コ舨谋砻娴拿撎紝印⒘鸭y等缺陷，達(dá)到較高的精度和粗糙度，對(duì)較長(zhǎng)的材料加工優(yōu)勢(shì)尤其明顯，可比平常工藝提高效率幾倍至十幾倍。適用于光亮材、銀亮鋼的生產(chǎn)，廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、車輛生產(chǎn)、軸承生產(chǎn)、彈簧制造等領(lǐng)域。本設(shè)備控制系統(tǒng)采用機(jī)、電、液、氣和自動(dòng)控制相結(jié)合的設(shè)計(jì)方案，性能穩(wěn)定，質(zhì)量可靠。選用s7200cn西門(mén)子可編程域控制器，先進(jìn)的plc控制技術(shù)可以提高整機(jī)的質(zhì)量和效率、方便操作和使用?！娟P(guān)鍵詞】金屬棒材剝皮機(jī)；控制

2、系統(tǒng)設(shè)計(jì)；plc設(shè)計(jì)2050mm metal bar peeling machine control system design liu chuanrang liangxuekai【abstract】metal bar peeling machine technology is a cost-effective processing technology, mainly used for 20-50 mm in diameter, round steel, such as a long round of the skin processing of metallic materials. ca

3、n be fast and efficient removal of the decarburization layer bar surface, cracks and other defects, to achieve higher precision and roughness of the material processing advantages of a longer particularly evident in the normal process to improve efficiency comparable to several times more than tenfo

4、ld. applied to light wood, bright silver steel production, are widely used in machinery manufacturing, vehicle production, the production of bearings, springs and other areas of manufacturing. the equipment control system uses a machine, electricity, liquid, gas and automatic control of combining de

5、sign, stable performance and reliable quality. optional programmable siemens s7-200cn domain controller, advanced plc control technology can improve the whole quality and efficiency, facilitate the operation and use.【key words】metal bar peeling machine; control system design; plc design1 緒論金屬棒材剝皮機(jī)技術(shù)

6、是一種高效的加工技術(shù)，主要用于等長(zhǎng)圓形金屬材料的外皮加工?？煽焖俑咝У娜コ舨谋砻娴拿撎紝?、裂紋等缺陷，達(dá)到較高的精度和粗糙度，對(duì)較長(zhǎng)的材料加工優(yōu)勢(shì)尤其明顯，可比平常工藝提高效率幾倍至十幾倍。本文所涉及的是2050mm金屬棒材剝皮機(jī)，整機(jī)結(jié)構(gòu)采用機(jī)、電、液、氣和自動(dòng)控制相結(jié)合的設(shè)計(jì)方案，性能穩(wěn)定，質(zhì)量可靠。2050mm金屬棒材剝皮機(jī)技術(shù)工藝參數(shù)變化大，硬件設(shè)計(jì)選型與設(shè)備調(diào)試比較復(fù)雜，采用先進(jìn)的plc控制技術(shù)可以提高2050mm金屬棒材剝皮機(jī)的效率，方便操作和使用。2 金屬棒材剝皮機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)2.1 2050mm金屬棒材剝皮機(jī)工藝的技術(shù)要求生產(chǎn)工藝流程如下：熱軋(或退火)棒材矯直剝皮檢驗(yàn)

7、包裝過(guò)磅入庫(kù)2.2 設(shè)備的構(gòu)成2050mm金屬棒材剝皮機(jī)系統(tǒng)分別由上料臺(tái)架、上料輸送輥道、夾送輥、工作主機(jī)、刀盤(pán)、拉料小車、收集臺(tái)架、電控箱以及氣動(dòng)裝置、液壓裝置、鼓風(fēng)機(jī)、電動(dòng)閥門(mén)和電磁閥等部分組成，在進(jìn)料輸送輥道、拉料小車輸出輥道設(shè)置接近開(kāi)關(guān)，用以檢測(cè)棒料輸送過(guò)程。2050mm金屬棒材剝皮機(jī)系統(tǒng)示意平面圖如圖1所示。1上料臺(tái)架2上料輥道夾送輥3主機(jī)4操作面板臺(tái)拉料小車5收集筐7出料臺(tái)架6配電柜圖1 2050mm金屬棒材剝皮機(jī)系統(tǒng)平面示意圖 2.3 2050mm高速無(wú)心棒材剝皮機(jī)加工控制過(guò)程2.3.1工藝要求棒料擺放在上料臺(tái)架上,開(kāi)始第一根料用手動(dòng)撥料將棒料撥到進(jìn)料通道。然后自動(dòng)手動(dòng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)打

8、到自動(dòng)，當(dāng)棒料離開(kāi)進(jìn)料檢測(cè)開(kāi)關(guān)時(shí)上料臺(tái)架翻料機(jī)構(gòu)汽缸動(dòng)作翻料到進(jìn)料通道。同時(shí)plc內(nèi)部計(jì)數(shù)器開(kāi)始計(jì)數(shù),計(jì)數(shù)信號(hào)由夾送輥接近開(kāi)關(guān)提供。當(dāng)達(dá)到計(jì)數(shù)設(shè)定值時(shí),小車夾鉗吸合夾住棒料,同時(shí)拉料小車啟動(dòng)拉著棒料向前,直到將棒料拉出剝皮機(jī)主機(jī),且遇到小車后接近開(kāi)關(guān),小車停止三秒,出料通道汽缸動(dòng)作將料翻到收集筐，完成一根棒料的加工。2.3.2控制過(guò)程行車上料進(jìn)上料臺(tái)架翻轉(zhuǎn)汽缸電磁閥qh1得電將料翻轉(zhuǎn)進(jìn)入上料輥道上料輥道電磁傳感器jk1得電輥道小車把料送至夾送輥夾送輥計(jì)數(shù)器開(kāi)始工作（計(jì)算來(lái)料的長(zhǎng)度）當(dāng)棒材尾部離開(kāi)上料輥道傳感器jk1由夾送輥送至旋轉(zhuǎn)刀盤(pán)加工剝皮旋轉(zhuǎn)刀（4把）棒未離開(kāi)夾送輥前（由計(jì)數(shù)器控制）拉料小

9、車前接近開(kāi)關(guān)1開(kāi)始工作拉料小車上夾鉗動(dòng)作（液壓控制）拉料小車行走拉料小車運(yùn)行至出料臺(tái)前接近開(kāi)關(guān)2得電，夾鉗松開(kāi)拉料小車行走至后接近開(kāi)關(guān)1，小車后退至小車后接近開(kāi)關(guān)2,jk5得電小車停止，翻轉(zhuǎn)電磁閥打開(kāi)翻料進(jìn)收集筐，完成一個(gè)工作循環(huán)。2.4 剝皮機(jī)的結(jié)構(gòu)剝皮機(jī)主要有上料臺(tái)架,進(jìn)料通道及夾送輥,剝皮機(jī)主機(jī),拉送小車及出口通道,收集槽等五部分組成，各部分相互協(xié)調(diào)構(gòu)成了整個(gè)剝皮機(jī)生產(chǎn)線。另外配置電氣控制柜，操作臺(tái)等。2.4.1上料臺(tái)架上料臺(tái)架主要有鋼架結(jié)構(gòu)組成的一個(gè)斜面臺(tái)架，加工時(shí)將待加工棒料吊放到上料臺(tái)架擺放,在臺(tái)架的下端有一個(gè)擋料機(jī)構(gòu)防止棒料滑出，當(dāng)加工開(kāi)始時(shí)上料臺(tái)架的的汽缸開(kāi)始運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)撥料機(jī)構(gòu)將

10、棒料撥到進(jìn)料通道。2.4.2進(jìn)料通道及夾送輥進(jìn)料通道及夾送輥主要由進(jìn)料槽,送料輥,進(jìn)口導(dǎo)向,夾送輥組成。當(dāng)撥料板將棒料撥到進(jìn)料槽時(shí),進(jìn)料槽上的檢測(cè)元件檢測(cè)到進(jìn)料槽上有料,觸發(fā)進(jìn)料電機(jī)啟動(dòng)帶動(dòng)進(jìn)料輥將棒料送到進(jìn)口夾送輥,進(jìn)口夾送輥將棒料夾送到剝皮機(jī)開(kāi)始剝皮加工。夾送輥電機(jī)為可調(diào)速電機(jī),以滿足不同的加工速度要求，使用調(diào)速性能更好的變頻調(diào)速電機(jī)。2.4.3剝皮機(jī)主機(jī)剝皮機(jī)主機(jī)主要有機(jī)器外殼,刀盤(pán),刀盤(pán)電機(jī),刀具調(diào)整電機(jī),潤(rùn)滑系統(tǒng),冷卻系統(tǒng)等組成.刀盤(pán)上有四把切削刀,刀具可以通過(guò)電機(jī)的帶動(dòng)漲縮,從而達(dá)到加工要求。如果潤(rùn)滑電機(jī)和冷卻電機(jī)不啟動(dòng)刀盤(pán)電機(jī)無(wú)法啟動(dòng)。切削主要通過(guò)刀盤(pán)的高速旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)刀具旋轉(zhuǎn)切削棒

11、材以達(dá)到加工要求尺寸，刀盤(pán)電機(jī)為直流電機(jī)，根據(jù)不同的材料可設(shè)定相應(yīng)的加工速度。2.4.4送小車及出料通道 拉送小車及出料通道主要有夾鉗,拉送小車,出料槽及翻料機(jī)構(gòu)。夾鉗為液壓控制,當(dāng)夾送輥轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)達(dá)到計(jì)數(shù)器設(shè)定值時(shí)夾鉗吸合,且小車?yán)姍C(jī)啟動(dòng)拉動(dòng)小車向前.小車?yán)瓌?dòng)棒料向前的過(guò)程中遇到接近開(kāi)關(guān),小車停止三秒并且翻料機(jī)構(gòu)動(dòng)作,將加工好的棒料翻倒收集筐。2.4.5收集筐收集筐主要作用為收集加工完成的棒料，當(dāng)收集滿時(shí)由行車將棒料成捆吊運(yùn)出去到下一道工序。2.5 2050mm金屬棒材剝皮機(jī)系統(tǒng)動(dòng)力及檢測(cè)設(shè)備2.5.1主要電機(jī)鼓風(fēng)機(jī)電機(jī)2m3,電機(jī)功率為1kw,主要作用為吸收加工過(guò)程中產(chǎn)生的油灰。刀具調(diào)整電

12、機(jī)l4,電機(jī)功率為1.5kw,主要作用為調(diào)整刀具的位置。冷卻泵電機(jī)l5,電機(jī)功率為4kw,主要作用為抽取皂化液以冷卻刀盤(pán).送料電機(jī)l6,功率為0.5kw,主要作用為將棒料送到夾送輥.夾送輥電機(jī)l7,功率為7kw,主要作用為夾送棒料進(jìn)行加工.小車?yán)碗姍C(jī)l9,功率為2.2kw,主要作用為拉棒料出料.小車回送電機(jī)l10-1，電機(jī)功率7kw,主要作用為將小車?yán)瓡?huì)起始位.潤(rùn)滑泵電機(jī)l11,電機(jī)功率為0.75kw,主要作用為主機(jī)提供潤(rùn)滑.液壓電機(jī)l12,電機(jī)功率為2.2kw,主要作用為帶動(dòng)液壓站.刀盤(pán)電機(jī)m1,直流30kw電機(jī),主要作用帶動(dòng)刀盤(pán)旋轉(zhuǎn).2m2電機(jī)風(fēng)機(jī)，功率1kw,380v電機(jī)明細(xì)如表1：表

13、1 電機(jī)明細(xì)表序號(hào)文字符號(hào)名 稱規(guī)格型號(hào)數(shù)量附注1m1刀盤(pán)電機(jī)直流30kw,57a122m2電機(jī)風(fēng)機(jī)功率1kw, 3相，380v,1.9a132m3鼓風(fēng)機(jī)電機(jī)電機(jī)功率為1kw, 3相，220v,3.2a142m4刀具調(diào)整電機(jī)1.5kw,3.2a, 3相，220v152m5刀具冷卻泵電機(jī)功率為4kw,13.6a,3相，220v162m6送料電機(jī)0.5kw, 1.6a,3相，220v171m1夾送輥電機(jī)7kw,380v1變頻83m3備用電機(jī)3×220v 50hz,4kw,23a195m1小車?yán)碗姍C(jī)3×220v,50hz,2.2kw,7.2a1變頻105m2小車回送電機(jī)3

14、15;220v,50hz,7kw,23a14/6級(jí)繞組變速115m3潤(rùn)滑泵電機(jī)3×220v,50hz,0.75kw,2.46a1126m1液壓泵站電機(jī)3×220v,50hz，2.2kw,7.2a113y/三相干式變壓器輸入308v,輸出220v，100kva,526a1141t1/1t2/1t3電流互感器250/5a15zly整流電源ac220v/dc24v液壓閥、電磁閥用16kgy開(kāi)關(guān)電源ac220v/dc24vplc用2.5.2主要檢測(cè)元件進(jìn)料接近開(kāi)關(guān)jk1,進(jìn)料檢測(cè)開(kāi)關(guān)安放在進(jìn)料通道的右端,當(dāng)棒料離開(kāi)進(jìn)料通道是上料臺(tái)架的翻料汽缸動(dòng)作上料,且計(jì)數(shù)器開(kāi)始計(jì)數(shù)。小車前接近開(kāi)

15、關(guān)jk2、jk3,小車前接近開(kāi)關(guān)也配置了兩只,前一只的作用是拉料小車回位停止.后一只的作用是拉料小車限位.小車后接近開(kāi)關(guān)jk4、jk5,小車后接近關(guān)主要前后兩只.前一只的作用是拉料小車停止,且出料通道翻料進(jìn)入收集筐.后一只接近開(kāi)關(guān)主要是小車限位.液壓繼電器yj1、yj2,主要作用控制液壓站。刀具門(mén)限位開(kāi)關(guān)wk1,刀具門(mén)限位開(kāi)關(guān)的作用是當(dāng)?shù)毒唛T(mén)沒(méi)有關(guān)上時(shí),刀盤(pán)不能旋轉(zhuǎn)。刀具漲縮限位開(kāi)關(guān)wk2、wk3，刀具漲縮限位主要作用是控制刀具的開(kāi)合行程。刀具調(diào)整手動(dòng)限位開(kāi)關(guān)wk4，主要作用微調(diào)刀具的開(kāi)合行程主要檢測(cè)元件如表2表2 主要檢測(cè)元件表序號(hào)文字符號(hào)名稱規(guī)格型號(hào)數(shù) 量附注1jk1進(jìn)料接近開(kāi)關(guān)2jk2小

16、車前接近開(kāi)關(guān)13jk3小車前接近開(kāi)關(guān)24jk4小車后接近開(kāi)關(guān)15jk5小車后接近開(kāi)關(guān)22.5.3控制元件主要控制元件如表3：表3 控制元件明細(xì)表序號(hào)文字符號(hào)名稱規(guī)格型號(hào)數(shù)量附注1qh1進(jìn)料氣閥12qh2翻料氣閥13qh3壓送輪氣閥14yh1小車夾鉗用液壓換向閥115yh2小車夾鉗用液壓換向閥216yh3小車夾鉗用液壓閥17lh離合器5s118sc制動(dòng)器5s213 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求3.1 控制裝置選用plc作為系統(tǒng)的控制核心，根據(jù)工藝要求合理選配plc機(jī)型和i/o接口。3.2 可執(zhí)行手動(dòng)/自動(dòng)兩種方式，應(yīng)能按照工藝要求編輯程序并可實(shí)時(shí)整定參數(shù)。3.3 電動(dòng)閥上驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)為正、反轉(zhuǎn)雙向運(yùn)行，因此要

17、在plc控制回路加互鎖功能。3.4 plc的接地應(yīng)按手冊(cè)中的要求設(shè)計(jì)，并在圖中表示或說(shuō)明。3.5為了設(shè)備安全運(yùn)行，考慮必要的保護(hù)措施，如電動(dòng)機(jī)過(guò)熱保護(hù)、控制系統(tǒng)短路保護(hù)等。3.6 繪制電氣原理圖：包括主電路、控制電路、plc硬件電路，編制plc的i/o接口功能表。3.7 選擇電器元件、編制元器件目錄表。3.8 繪制接線圖、電控柜布置圖和配線圖、控制面板布置圖和配線圖等。3.9 采用梯形圖或指令表編制plc控制程序。4 控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)過(guò)程4.1總體方案說(shuō)明4.1.1 2050mm金屬棒材剝皮機(jī)系統(tǒng)控制對(duì)象電動(dòng)機(jī)均由交流接觸器完成起、?？刂?。4.1.2 進(jìn)料輥、夾送輥、小車前后接近開(kāi)關(guān)，在選型時(shí)

18、考慮抗干擾性能，可靠性較高的產(chǎn)品。4.1.3 plc控制電路考慮信號(hào)邏輯關(guān)系。4.1.4 鼓風(fēng)電機(jī)、刀具測(cè)量電機(jī)、刀具冷卻電機(jī)、送料電機(jī)、夾送輥電機(jī)、小車?yán)碗姍C(jī)、潤(rùn)滑泵電機(jī)、液壓泵站電機(jī)、刀盤(pán)電機(jī)、風(fēng)機(jī)電機(jī)分別采用熱繼電器實(shí)現(xiàn)過(guò)載保護(hù)，其熱繼電器的常開(kāi)觸點(diǎn)通過(guò)中間繼電器轉(zhuǎn)換后，作為plc的輸入信號(hào)，用以完成各個(gè)電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的過(guò)載保護(hù)。4.1.5 風(fēng)機(jī)的控制要求在無(wú)負(fù)載條件下起動(dòng)或停機(jī)，需要在出氣管路上設(shè)置排空電磁閥。4.1.6 主電路用斷路器，各負(fù)載回路和控制回路以及plc控制回路采用熔斷器，實(shí)現(xiàn)短路保護(hù)。4.1.7 電控箱設(shè)置在主機(jī)旁，控制面板設(shè)在主機(jī)上，控制面板與電控箱內(nèi)的電器板用bvr型

19、銅導(dǎo)線連接，電控箱與執(zhí)行裝置之間采用端子板連接。4.1.8 plc選用繼電器輸出型。4.1.9 plc自身配有24v直流電源，外接負(fù)載時(shí)考慮其供電容量。plc接地端采用第三種接地方式，提高抗干擾能力。4.2 2050mm金屬棒材剝皮機(jī)控制原理圖設(shè)計(jì)4.2.1 主電路設(shè)計(jì) 2050mm金屬棒材剝皮機(jī)控制系統(tǒng)主電路如圖2所示。圖2 2050mm金屬棒材剝皮機(jī)控制系統(tǒng)主電路（1) 主回路中交流接觸器kz1、kz2、kz3、kz4、kz5、kz6、kz7、kz8、kz9、kz10、kz11、kz12分別控制刀盤(pán)電機(jī)、刀具電機(jī)風(fēng)機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)電機(jī)、刀具調(diào)整電機(jī)、刀具冷卻泵電機(jī)、送料電機(jī)、夾送輥電機(jī)、備用電機(jī)

20、1、拉料小車前電機(jī)、拉料小車后電機(jī)、潤(rùn)滑油泵電機(jī)、液壓泵站電機(jī)。（2) 刀盤(pán)電機(jī)、刀具電機(jī)風(fēng)機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)電機(jī)、刀具調(diào)整電機(jī)、刀具冷卻泵電機(jī)、送料電機(jī)、夾送輥電機(jī)、備用電機(jī)1、拉料小車前電機(jī)、拉料小車后電機(jī)、潤(rùn)滑油泵電機(jī)、液壓泵站電機(jī)。由熱繼電器fk1、fk2、fk3、fk4、 fk5、fk6、fk7、fk8、fk9、fk10、fk11、fk12實(shí)現(xiàn)過(guò)載保護(hù)。（3）zly為整流電源，kgy為開(kāi)關(guān)電源，fk15為備用斷路器。（4) qf為電源總開(kāi)關(guān)，既可完成主電路的短路保護(hù)，又起到分?jǐn)嗳嘟涣麟娫吹淖饔?，使用和維修方便。（5） 熔斷器fu1、fu2、fu3、fu4分別實(shí)現(xiàn)各負(fù)載回路的短路保護(hù)。fu5

21、、fu6分別完成交流控制回路和plc控制回路的短路保護(hù)。4.2.2 交流控制電路設(shè)計(jì) 2050mm金屬棒材剝皮機(jī)系統(tǒng)交流控制電路如圖3所示。圖3 2050mm金屬棒材剝皮機(jī)系統(tǒng)交流控制電路（1) 控制電路有電源指示hl。plc供電回路采用隔離變壓器tc，以防止電源干擾。（2) 隔離變壓器tc的選用根據(jù)plc耗電量配置，可以配置標(biāo)準(zhǔn)型、變比1：1、容量100va隔離變壓器。(3)刀盤(pán)電機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)電機(jī)、刀具冷卻泵、送料電機(jī)、夾送輥電機(jī)、小車回送電機(jī)、潤(rùn)滑泵、小車?yán)想姍C(jī)、液壓泵分別有運(yùn)行指示燈1hg、2hg、3hg、5hg、6hg、7hg、9hg、10hg、11hg、12hg由2c1、2c2、2c

22、3、2c6、2c7、2c8、3c1、5c1、5c3、5c6、6c1接觸器常開(kāi)輔助觸點(diǎn)控制。(4)10臺(tái)電動(dòng)機(jī)的過(guò)載保護(hù)，分別由10個(gè)熱繼電器實(shí)現(xiàn)，將其常閉觸點(diǎn)并聯(lián)后與中間繼電器連接構(gòu)成過(guò)載保護(hù)信號(hào)，開(kāi)關(guān)電源還起到電壓轉(zhuǎn)換的作用，將220v交流信號(hào)轉(zhuǎn)換成直流24v信號(hào)送入plc完成過(guò)載保護(hù)控制功能。(5) 控制電磁閥分別由中間繼電器的觸點(diǎn)控制。4.2.3 主要參數(shù)計(jì)算4.2.3.1電機(jī)的選擇4.2.3.1.1刀盤(pán)電機(jī)的選擇因?yàn)樵诩庸み^(guò)程中不同性質(zhì)的鋼材的要求的切削速度不一樣，不同鋼材只有在一定得速度范圍內(nèi)才會(huì)獲得最好的加工效果，所以刀盤(pán)電機(jī)需要選用可調(diào)速電機(jī)。而調(diào)速電機(jī)可分為直流調(diào)速和交流變頻調(diào)

23、速?？紤]到直流電機(jī)的調(diào)速性能更為平滑，加工出來(lái)的產(chǎn)品的質(zhì)量更佳，因此選用了直流電機(jī)。對(duì)于旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，當(dāng)系統(tǒng)勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載功率為：pl=tll （公式1）式中，tl和l分別是生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載轉(zhuǎn)矩和旋轉(zhuǎn)角速度。設(shè)tl折算到電動(dòng)機(jī)軸上的的負(fù)載的負(fù)載轉(zhuǎn)矩為tz，則電動(dòng)機(jī)軸上的負(fù)載功率為：pl=tzm （公式2）根據(jù)加工要求計(jì)算可知最大轉(zhuǎn)矩t=1800n，=50 rad/s，代入公式2可得： p=1800×50=282600w30kw 所以刀盤(pán)電機(jī)選用30kw的直流電機(jī)。4.2.3.1.2夾送輥電機(jī)的選擇在加工過(guò)程中，不同性質(zhì)和不同規(guī)格的棒材加工速度不一樣，因而需要夾送輥的夾送速度可調(diào)

24、。因此夾送輥電機(jī)選用了交流變頻電機(jī)。為了操作方便，變頻器的調(diào)速方式選用了電位器調(diào)速。4.2.3.1.3小車回送電機(jī)的選擇小車回送電機(jī)選用了7.5kw的三相交流異步電機(jī)。因?yàn)榛厮退俣纫粯硬恍枰{(diào)速，由于功率不是太大所以可以選擇直接啟動(dòng)方式。小車電機(jī)斷路器的選擇小車電機(jī)的額定電流是17.8a, 斷路器選用斯耐德c45ad 3p 20a。c45ad的斷路器帶電機(jī)保護(hù)裝置；小車電機(jī)交流接觸器的選擇交流接觸器選用西門(mén)子的3tf43 11-0x 220v 22a；小車電機(jī)熱繼電器的選擇熱過(guò)載繼電器選用西門(mén)子ua5240-2c 16-25a；小車電機(jī)導(dǎo)線的選擇根據(jù)導(dǎo)線選擇公式為三相四線制：導(dǎo)線為銅線時(shí)，一般

25、每平方毫米的載流量為4-8a.所以18÷4=4.5。所以線徑選用6平方的銅軟線。4.2.3.2 斷路器qf脫扣電流的計(jì)算斷路器為供電系統(tǒng)電源開(kāi)關(guān)，其主回路控制對(duì)象為電感性負(fù)載交流電動(dòng)機(jī)，斷路器過(guò)電流脫扣值按電動(dòng)機(jī)起動(dòng)電流的1.7倍整定。2050mm金屬棒材剝皮機(jī)系統(tǒng)有30kw負(fù)載電動(dòng)機(jī)一臺(tái)，起動(dòng)電流較大，7kw電動(dòng)機(jī)2臺(tái)，4kw電動(dòng)機(jī)2臺(tái)，3.2kw電動(dòng)機(jī)1臺(tái)，2.2kw電動(dòng)機(jī)2臺(tái)，1.5kw電動(dòng)機(jī)1臺(tái)，1kw電動(dòng)機(jī)2臺(tái)，0.75 kw電動(dòng)機(jī)1臺(tái)，0.5 kw電動(dòng)機(jī)1臺(tái)，共12臺(tái)電動(dòng)機(jī)，因此可根據(jù)30kw刀盤(pán)電機(jī)選擇自動(dòng)開(kāi)關(guān)qf脫扣電流iqf：大功率電動(dòng)機(jī)功率因數(shù)較高，設(shè)為cos=0

26、.82 。 三相電動(dòng)機(jī)功率公式：p= 3*u*i*cos (公式3)式中i為額定電流，u為額定電壓，cos為功率因數(shù)， 計(jì)算結(jié)果：i=p/(3*u*cos) = 30/(1.732*0.38*0.82) = 55.6a根據(jù)公式iqf1.7in （公式4）iqf=1.7×55.6a94.52a100a，選用iqf100a的斷路器。4.2.3.3熔斷器fu熔體額定電流的計(jì)算熔斷器fu熔體額定電流ifu。以?shī)A送輥電機(jī)l7,功率為7kw為例，電動(dòng)機(jī)的額定電流可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式求得，容量pn以千瓦(kw)表示，則 （公式5）式中 un電動(dòng)機(jī)額定電壓，v； cos電動(dòng)機(jī)功率因數(shù)； 電動(dòng)機(jī)效率。常用的

27、380v、功率在100kw以下的中小型異步電動(dòng)機(jī)，功率因數(shù)cos和效率的乘積大致等于0.70.82之間。所以 （公式6）由上式可知，電動(dòng)機(jī)的額定電流約為容量(kw)數(shù)的2倍。于是，可用“每千瓦2安”這個(gè)簡(jiǎn)單方法來(lái)估算電流。ifu=2*7=14a所以選用15a的熔斷器即可。4.2.3.4 熱繼電器的選擇熱繼電器的選擇請(qǐng)參考有關(guān)技術(shù)手冊(cè)，自行計(jì)算參數(shù)（略）。4.2.3.5蜂鳴器和信號(hào)燈的選擇選用蜂鳴器是為了當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)報(bào)警及時(shí)停機(jī)檢修。每個(gè)主斷路器和接觸器都帶有信號(hào)燈。這樣在發(fā)生故障時(shí)可以更快的檢查到故障點(diǎn)。蜂鳴器為日本禾泉生產(chǎn)。信號(hào)燈使用直流24v和交流220v兩種規(guī)格都是直徑22mm。4.

28、2.3.6 根據(jù)設(shè)計(jì)方案選擇的電氣元件，編制原理圖的元器件目錄表，如表4所示。表4 2050mm金屬棒材剝皮機(jī)系統(tǒng)元器件目錄表剝皮機(jī)電氣改造主材料表圖 號(hào)zh001-g-cl第1 頁(yè)共2 頁(yè)序號(hào)文字符號(hào)名稱規(guī) 格單位數(shù)量單價(jià)附注m1m4配電板塊1外加工1fr1fr4熔斷器隔離開(kāi)關(guān)nhr40/3w 160a1正泰2fu1fu4熔斷器rt29-125/100 125a33fu5、fu6斷路器 ns250n 3p 200a只1天津施耐德4qf斷路器 nc100h 3p 80a15tc斷路器c45ad 3p 32a26sb1斷路器c45ad 3p 16a27sb2斷路器c45ad 3p 20a18sb

29、3斷路器c45ad 3p 10a29sb4sb8斷路器c45ad 3p 6a310km1km4斷路器c45ad 3p 3a211ka1ka3斷路器c45n 2p 6a 112hl1hl15斷路器c45n 2p 3a 213ya1交流接觸器3tf40 11-0x 220v 9a7西門(mén)子14ya2交流接觸器3tf41 11-0x 220v 12a215ya3交流接觸器3tf42 11-0x 220v 16a216plc交流接觸器3tf43 11-0x 220v 22a417交流接觸器3tf44 11-0x 220v 32a118交流接觸器3tf46 11-0x 220v 63a119熱過(guò)載繼電器3

30、ua5040-1b 1.5-2a220熱過(guò)載繼電器3ua5040-1e 2.5-4a221熱過(guò)載繼電器3ua5240-1g 4-6.3a122熱過(guò)載繼電器3ua5040-1k 8-12.5a223熱過(guò)載繼電器3ua5240-2c 16-25a124熱過(guò)載繼電器3ua5440-2d 12.5-20a1剝皮機(jī)電氣改造主材料表圖 號(hào) zh001-g-cl 第 2 頁(yè)共 2 頁(yè)序號(hào)文字符號(hào)名 稱 規(guī) 格單位 數(shù)量 單價(jià)附 注25m1m4熱過(guò)載繼電器3ua5840-2v 57-70a126fr1fr4交流電壓表6l2-ac v 0-450v127fu1fu4交流電流表6l2-ac a 0-250a128

31、fu5、fu6電流互感器lmz-0.5 250/5a 329qf電壓表轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)yh2/31上海二工30tc電流表轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)lh2/4131sb1可編程控制器siemens s7-200siemens32sb2cpu2266es7-216-2bd23-0xb8133sb3i /o擴(kuò)展223-1pl22-0xa8134sb4sb8ad/daem235 cn135km1km4pc/ppi901-3cb30-0xa0136ka1ka3小型繼電器njx-13fw dc24v10正泰37hl1hl15繼電器底座ptf08a-021038ya1小型繼電器jzx-22f(d)/2z ac220v539ya2繼電

32、器底座pyf08a-02540ya3整流電源dkz-20aac220/dc24v 20a141plc開(kāi)關(guān)電源4n1c-qqac220/dc24v 300w1朝陽(yáng)電源42蜂鳴器az12n ac220v143熔斷器接線端子juk5 hesi 帶燈60上海雷普電氣44接線端子jsak 6en14045接線端子jsak 35en1046指示燈xb2-bv3-g ac380v147指示燈xb2-bv3-g ac220v94.3 plc控制電路設(shè)計(jì) 4.3.1 硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。了解各個(gè)控制對(duì)象的驅(qū)動(dòng)要求，如：驅(qū)動(dòng)電壓的等級(jí)、負(fù)載的性質(zhì)等；分析對(duì)象的控制要求，確定輸入/輸出接口（i/o）數(shù)量；確定所控制參數(shù)的

33、精度及類型，如：對(duì)開(kāi)關(guān)量、模擬量的控制、用戶程序存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)容量等，選擇適合的plc機(jī)型及外設(shè)，完成plc硬件結(jié)構(gòu)配置。本系統(tǒng)用于開(kāi)關(guān)量控制，i/o點(diǎn)數(shù)共72個(gè)，由接近開(kāi)關(guān)的位置采集用于接近開(kāi)關(guān)對(duì)棒材和電機(jī)減速箱進(jìn)行低速計(jì)數(shù)。內(nèi)存容量：字節(jié)8192bye（1024m），電源：220v交流內(nèi)部整流為24v，輸出方式為繼電器輸出，輸入、輸出執(zhí)行元件有：按鈕、行程開(kāi)關(guān)、接近開(kāi)關(guān)、等。輸出執(zhí)行元件有：繼電器、接觸器、電磁閥、指示燈等。選用西門(mén)子s7-216該機(jī)集成24輸入/16輸出共40個(gè)數(shù)字量i/o 點(diǎn)?？蛇B接7個(gè)擴(kuò)展模塊，最大擴(kuò)展至248路數(shù)字量i/o 點(diǎn)或35路模擬量i/o 點(diǎn)。13k字節(jié)程序和

34、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間。6個(gè)獨(dú)立的30khz高速計(jì)數(shù)器，2路獨(dú)立的20khz高速脈沖輸出，具有pid控制器。2個(gè)rs485通訊/編程口，具有ppi通訊協(xié)議、mpi通訊協(xié)議和自由方式通訊能力。i/o端子排可很容易地整體拆卸。用于較高要求的控制系統(tǒng)，具有更多的輸入/輸出點(diǎn)，更強(qiáng)的模塊擴(kuò)展能力，更快的運(yùn)行速度和功能更強(qiáng)的內(nèi)部集成特殊功能?？赏耆m應(yīng)于本設(shè)備控制系統(tǒng)。4.3.2 plc設(shè)備外形如圖4圖4 西門(mén)子 s7-200plc外形圖4.3.3 根據(jù)上述硬件選型及工藝要求，繪制plc控制電路原理圖，繪制plc控制電路，編制i/o接口功能表。圖4為2050mm金屬棒材剝皮機(jī)系統(tǒng)plc控制電路原理圖，l6作為pl

35、c輸出回路的電源，分別向輸出回路的負(fù)載供電，輸出回路所有com端短接后接入電源n端。圖5 2050mm金屬棒材剝皮機(jī)系統(tǒng)plc控制電路原理圖4.3.4 刀具調(diào)整電機(jī)2c4和2c5、夾送輥電機(jī)2c7和2v8、小車回送電機(jī)5c4和5c5接觸器線圈支路，設(shè)計(jì)了互鎖電路，以防止誤操作故障。4.3.5 plc輸入回路中，信號(hào)電源由plc本身的24v直流電源提供，所有輸入com端短接后接入plc電源dc24v的（）端。輸入口如果有有源信號(hào)裝置，需要考慮信號(hào)裝置的電源等級(jí)和容量，最好不要使用plc自身的24v直流電源，以防止電源過(guò)載損壞或影響其他輸入口的信號(hào)質(zhì)量。4.3.6 plc采用繼電器輸出，每個(gè)輸出點(diǎn)

36、額定控制容量為ac250v，2a。表1和表2分別為2050mm金屬棒材剝皮機(jī)系統(tǒng)plc輸入和輸出接口功能表。表5 2050mm金屬棒材剝皮機(jī)系統(tǒng)plc輸入接口功能表序號(hào)工位名稱文字符號(hào)輸入口1qa1i0.02qa1i0.63qa1i0.74系統(tǒng)控制 手動(dòng)qa1i1.05系統(tǒng)控制 自動(dòng)qa1i1.16刀盤(pán)電機(jī)（啟）qa1i1.27刀盤(pán)電機(jī)（停）ta1i1.38刀具調(diào)整（漲）qa4zi1.49刀具調(diào)整（縮）qa4si1.510冷卻泵電機(jī)（啟）qa5i1.611冷卻泵電機(jī)（停）ta5i1.712夾送輥電機(jī)啟動(dòng)qa7i2.013夾送輥電機(jī)停止ta7i2.114夾送輥倒回da7i2.215小車?yán)瓌?dòng)（手工

37、）qa9zi2.316小車回送（手工）qa9fi2.417小車停止ta9i2.518夾鉗（緊）jqji2.619夾鉗（松）jqsi2.720緊急停止開(kāi)關(guān)jtki3.021氣壓繼電器qyi3.122進(jìn)料接近開(kāi)關(guān)xj21i3.223小車前開(kāi)關(guān)1xj22i3.324小車前開(kāi)關(guān)2xj23i3.425小車后開(kāi)關(guān)1xj24i3.526小車后開(kāi)關(guān)2xj25i3.627液壓繼電器1yj1i3.728液壓繼電器2yj2i4.029刀具箱門(mén)限位開(kāi)關(guān)wk1i4.130刀具調(diào)整漲限位wk2i4.231刀具調(diào)整縮限位wk3i4.332刀具調(diào)整手動(dòng)限位wk4i4.433熱過(guò)載繼電器1rj1i4.534熱過(guò)載繼電器2rj2

38、i4.635pji4.736表6 2050mm金屬棒材剝皮機(jī)系統(tǒng)plc輸出接口功能表序號(hào)工位名稱文字符號(hào)輸入口1刀盤(pán)電機(jī)2c1q0.02刀盤(pán)電機(jī)風(fēng)機(jī)2c2q0.13吸油灰鼓風(fēng)機(jī)2c3q0.24刀具調(diào)整（漲）2c4q0.35刀具調(diào)整（縮02c5q0.46冷卻泵電機(jī)2c6q0.57進(jìn)料電機(jī)正轉(zhuǎn)2c7q0.682c8q0.79夾送輥電機(jī)線圈3c1q1.010拉送小車電機(jī)線圈5c1q1.111回送小車電機(jī)5c2q1.212回送小車（星）5c3q1.313回送小車（三角）5c4q1.414潤(rùn)滑電機(jī)5c5q1.515液壓泵電機(jī)5c6q1.616離合器6c1q1.717剎車xj2q2.018進(jìn)料氣閥xj3q

39、2.119翻料氣閥xj4q2.220壓送輪氣閥xj5q2.321液壓換向閥xj6q2.422液壓閥xj7q2.523液壓閥xj8q2.624夾送輥?zhàn)冾l器正轉(zhuǎn)xj9q2.725夾送輥?zhàn)冾l器反轉(zhuǎn)xj10q3.026拉送小車變頻器前進(jìn)xj11q3.127拉送小車變頻器后退xj12q3.228xj13q3.3292c5q3.4302c6q3.531小車夾鉗指示燈sd1q3.632蜂鳴器fmq3.74.3.7 根據(jù)上述設(shè)計(jì)，對(duì)照主回路檢查交流控制回路、plc控制回路、各種保護(hù)聯(lián)鎖電路、plc控制程序等，全部符合設(shè)計(jì)要求后，繪制出最終的電氣原理圖。4.4 plc控制程序設(shè)計(jì)4.4.1 程序設(shè)計(jì)。根據(jù)控制要

40、求，建立2050mm金屬棒材剝皮機(jī)系統(tǒng)控制流程圖，表達(dá)出各控制對(duì)象的動(dòng)作順序，相互間的制約關(guān)系。在明確plc寄存器空間分配，確定專用寄存器的基礎(chǔ)上，進(jìn)行控制系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)，包括主程序編制、各功能子程序編制、其他輔助程序的編制等。4.4.2 系統(tǒng)靜態(tài)調(diào)試?？蛰d靜態(tài)調(diào)試時(shí)，針對(duì)運(yùn)行的程序檢查硬件接口電路中各種邏輯關(guān)系是否正確，然后先調(diào)試子程序或功能模塊程序，然后調(diào)試初始化程序，最后調(diào)試主程序。調(diào)試過(guò)程中盡量接近實(shí)際系統(tǒng)，并考慮到各種可能發(fā)生的情況，作反復(fù)調(diào)試，出現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)分析、調(diào)整程序或參數(shù)。4.4.3 系統(tǒng)動(dòng)態(tài)調(diào)試及運(yùn)行。在動(dòng)態(tài)帶負(fù)載狀態(tài)下調(diào)試，密切觀察系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，采用先手動(dòng)再自動(dòng)的調(diào)試方法，逐步進(jìn)行。遇到問(wèn)題及時(shí)停機(jī)，分析產(chǎn)生問(wèn)題的原因，提出解決問(wèn)題的方法，同時(shí)做好詳盡記錄，以備分析和改進(jìn)。4.4.4 2050mm金屬棒材剝皮機(jī)系統(tǒng)plc控制程序如圖6所示。圖6 2050mm金屬棒材剝皮機(jī)系統(tǒng)plc控制梯形圖程序圖62050mm金屬棒材剝皮機(jī)系統(tǒng)plc控制梯形圖程序（續(xù)1）圖6 2050mm金屬棒材剝皮機(jī)系統(tǒng)plc控制梯形圖程序（續(xù)2）圖6 2050mm金屬棒材剝皮機(jī)系統(tǒng)plc控制