1、天 津 理 工 大 学本科毕业设计任务书题目：钢管称重、测长设备控制系统设计-测长部分学生姓名 邓大龙 届 2011 学院（系） 自动化 专业 电气工程及其自动化 指导教师 吴凤英 职称 高级工程师 下达任务日期 2010、11、09 天津理工大学教务处制一、毕业设计内容及要求（一）设计题目钢管称重、测长设备控制系统设计- 测长部分（二）设计目的1通过该题目的设计培养学生综合运用所学的基础理论知识、基本技能和专业知识进行分析和解决实际问题的能力。2培养学生查阅技术资料的能力，培养实际独立完成课题的工作能力。3使学生受到 PLC 系统开发的综合训练，达到能进行 PLC 系统设计和实施的目的。4使
2、学生掌握无缝管称重、测长设备的工作原理。5提高学生对工作认真负责、一丝不苟，对事物能潜心考察、勇于开拓、勇于实践的基本素质。（三）控制设备概述及工作原理1控制设备组成操作台两台控制柜两台工业控制机一台西门子 PLC 机一台24V 直流电源一台2.工作过程这是钢管生产线上的一个自动检测、记录、打标记的自动化设备。它可对无缝钢管自动进行测长、称重，打印、喷标等工序。此设备共有四个工位：第一工位为测长工位，实现对钢管长度的测量。第二工位为称重工位，实现对钢管重量的称量。第三工位为打印工位，在钢管一端的外表面通过气动打标机打印出钢管的各种信息，如重量、长度、批次、符合 API 标准及国家有关标准规定的
3、和客户指定的数字、字符和图形；气动打标机也可移动到第五工位（喷印工位）用于实现对钢管两端的打印。第四工位为喷标工位，在钢管的外表面喷印上钢管的各种信息，如重量、长度、批次、符合 API 标准及国家有关标准规定的和客户指定的数字、字符和图形。钢管的上料、钢管在各工位之间的移动、钢管的下料均通过机械式步进机构实现。机械式步进机构采用双电动机驱动，变频调速，通过气动摩擦片制动器、减速机、链条带动步进梁的移动。电控系统采用各单机自成体系，独立控制，独立操作的分布型控制模式。该控制模式是将工控机、可编程控制器和管理融合在一个系统中，没有操作站和控制站的明显区别。各单机可以即作控制，又作操作显示，通信系统
4、又可以把数据等信息送往其它站，从而使数据资源共享。主要工作过程如下：1）光电传感器结合旋转编码器的形式，在对齐辊道上实现在钢管运动中对其长度的测量。2）当向右移动的钢管头部遮断 0.4m 处的光电传感器时，PLC 机开始对旋转编码器计数；3）与此同时，其它 33 对光电传感器进入中断程序，当向右(东侧)移动的钢管尾部脱开任一个光电传感器，都产生一个中断信号，则 PLC 机停止对旋转编码器计数；4）PLC 机将中断点光电传感器的位置信号和 PLC 计数信息送给工控机，工控机计算出钢管的长度；5）计算公式： L（钢管长度） = L2（产生最后一个中断信号的光电传感器至第一对光电传感器的距离）-L1
5、（旋转编码器的计数长度）（四）设计要求1控制要求（1）控制系统应满足设备的工艺要求，测量的距离精度应满足要求（2）打印位置准确、字符高度、深度应满足要求（3）辊道除自动加工外，应有手动控制（4）系统具有程序预选功能。程序选定后，整个加工过程自动进行（5）电源及系统的运行应有相应的指示（6）故障报警应有相应的指示（7）应有必要的电气保护措施2设计内容（1）理解该设备的工作原理（2）画出控制设备的工艺流程图（3）对控制设备中所用的所有电器元件选型，编制电器元件明细（4）PLC 控制程序的设计（5）画出整个控制系统的电气控制原理图、端子接线图、PLC 的端子接线图（6）PLC 控制程序调试（7）按要
6、求撰写毕业设计说明书（8）论文答辩（五）应完成的技术资料1开题报告（2000 字左右）2毕业设计说明书（10000 字左右）3技术资料（1）系统电气原理图（2）PLC 的 I/O 接线图（3）控制程序清单及注释（六）主要参考文献及资料1 西门子（中国）有限公司 SIMATICS7-300 用户手册.北京（中国）有限公司，19972 王化祥.传感器原理及应用.天津大学出版社，19923 袁子荣.液压传动与控制.重庆大学出版社，20024 张群生.液压与气压传动.机械出版社，20015 张凤山.电气控制及可编程控制器.中国轻工业出版社，19996 何建平.电气传动.重庆大学出版社，20027 曹玉
7、平.液压传动与控制.天津大学出版社，20028 张铮.冲压自动化.电子科技大学出版社，20009 周恩涛.可编程控制器原理及其在液压系统中的应用，机械工业出版社，200310 王永华等.现代电气控制及 PLC 应用技术，北京航空航天出版社，2003二、毕业设计进度计划及检查情况记录表序号 起止日期 计划完成内容 实际完成内容检查日期检查人签名12010.11.152010.12.30 结合任务书了解课题应用情况并搜集相关资料2 2011.01.012011.02.28 完成开题报告3 2011.03.012011.03.14 初步熟悉工艺要求4 2011.03.152011.03.28 毕业实
8、习5 2011.03.152011.03.28 选择控制元件列出PLC 内部 I/O 表6 2011.03.292011.04.20 编辑 PLC 梯形图7 2011.04.202011.05.09 进行软件程序调试并修改程序8 2011.05.102011.05.20 画出整个系统硬件接线图9 2011.05.212011.05.31 收集所用资料、写论文、修改并装订10 2011.06.012011.06.06 做好幻灯片，论文答辩注：（1）表中“实际完成内容” 、 “检查人签名”栏目要求用笔填写，其余各项均要求打印。（2）毕业设计任务书一式二份，一份学院系留存，一份发给学生，任务完成后装
9、订在毕业设计说明书内。天津理工大学本科毕业设计开题报告届：2011 学院：自动化 专业：电气工程及其自动化 2011 年 2 月 20 日毕业设计题目钢管称重、测长设备控制系统设计-测长部分学生姓名 邓大龙 学号 20071003指导教师 吴凤英 职称 高级工程师（报告内容包括课题的意义、国内外发展状况、本课题的研究内容、研究方法、研究手段、研究步骤以及参考文献资料等。 ）1、本课题研究的目的及意义长度是钢管的主要规格指标之一，快速准确的测长系统是实现产品标志重要环节。不同类型的钢管标志都有其相应的标准。常见的测长方法有：人工测长、CCD 测量、超声波测量、多波长干涉测量等，这些测长方法在钢管
10、生产线中运用都有一定的局限性。利用对射光电管、编码器、PLC、上位机等组成的光电式测长系统，性能稳定，成本低，完全能适应钢管生产线自动测长的要求。钢管的生产工艺种类繁多，生产过程非常复杂，生产设备也很庞大。按照工艺流程，管坯进入车间后按照工艺要求锯成定尺长度，然后依次经过环形炉加热、三焜穿孔机穿孔、连轧机轧钢、定径机定径。加工成的钢管需要减径的再加热后送至减径机上减径。从定径或减径机扎出的成晶管，送至链式冷床上冷却，冷却后锯成定尺长度的钢管（有的需要热处理）输送到斜焜式矫直机上矫直，矫直后依次经过超声波探伤，水压机实验，随后进行其他各项精整工序。精整后的成品管经过感应加热炉后进行涂油打捆入库。
11、钢管 MWBPS 系统（MEASURE、WEIGHT、BAND、PINSTAMP、STENCIL）包括钢管承重、测长、涂色、打标、喷标，是对成品钢管进行长度、重量的检测、打标、涂色，根据一定的标准把钢管定义为好管或坏管。然后把钢管的有关信息，如炉号、班号、材料、长度、重量、生产厂家等按一定的标准标注在钢管表面。由此可见，MWBPS 系统应该安排在钢管生产工艺流程的精整部分。本设计的测长系统填补了国内钢管生产线的空白，其检测精度和表示果达到了世界同类产品的先进水平，解决了以前依靠国外进口的困境，在很大程度上降低了成本。本设计主要有以下几项工作：（1）对测长系统进行了总体方案设计，具体包括：各个工
12、位的硬件组成、天津理工大学教务处制表工作原理和具体设计方案，确定了控制系统和软件的功能等。（2）控制系统设计。对测长系统的控制系统进行了详细设计，主要包括系统电气组成、PLC 硬件设计等（3）PLC 程序的设计及调试。根据测长系统的功能要求，针对 PLC 系统的硬件特点，对 PLC 程序进行了模块化设计。根据各个工位功能的不同和所需的交流信号，对各个工位 PLC 程序的流程、控制信号和数据信号、以及 PLC 与上位机通讯时序进行了详细设计。完成现场调试、解决了现场中出现的问题。二、国内外发展状况现在国内有近百家钢管生产厂家，除了几家最大型的钢管公司具有雄厚的资金实力，能从国外引进专业的生产设备
13、，其他企业的生产设备都很落后。有一些供公司自己组织技术力量进行技术攻关也研制出了一些产品，能在一定程度上解决问题，但产品大体上存在以下一些问题：（1）设备大部分只能完成单一的任务，不能再自动生产线上和其他设备一起工作，使得生产效率低下，不能从根本上解决问题。（2）产品的稳定性不够。由于这些产品的主要控制部件采用了单片机控制，在钢管生产的恶劣环境中，各种干扰是的控制系统的故障率极高（3）产品缺乏扩展性。易扩展性已成为现代产品的特征，缺乏扩展性的产品将阻碍自动化的发展三、钢管自动测长的发展方向（1）系统强调控制和智能的全分散性，各个设备是具有自治功能的智能体，相互之间高内聚、松耦合。某些局部协调通
14、过 PLC 自治完成。（2）系统应该具有高稳定性、高可靠性。在结构设计上满足稳定性和可靠性的要求。（3）完善的计算机监控功能。生产现场的恶劣环境，不适宜工人在现场长时间的操作，因此要求在上位计算机上能够监控所有现场的运行情况通过时具有故障报警和自诊断功能，这样只要在控制室里就能“看到”现场的一切动作。（4）系统精度高和工作周期短。测长系统的精度可以达到 2mm。四、本课题的研究内容（1）理解该设备的工作原理，画出控制系统的工艺流程图（2）选择控制系统中所用的控制元件（3）设计控制系统的主控电气控制原理图天津理工大学教务处制表（4）PLC 与变频器及编程计算机的通讯设置（5）编制 PLC 程序五
15、、本课题的研究方法（1）到工厂实地参观控制系统，了解工作原理（2）到图书馆查阅资料和有关文献（3）复习相关的理论知识（4）理论结合实验进行课题研究六、本课题的研究手段利用 s7-300 软件进行程序的设计和硬件的配置及通讯，在实验室进行硬件的连线和仿真，实现工业 PLC 自动化控制。七、本课题的研究步骤（1）了解设备的工作原理；（2）完成 PLC 定义点图、接线端子图、电气原理图及通讯系统图；（3）进行 s7-300 编程；（4）硬件连接，利用 s7-300 软件进行仿真；（5）观察仿真结果并分析八、参考文献1 西门子（中国）有限公司 SIMATICS7-200 用户手册.北京（中国）有限公司
16、， 19972 王化祥.传感器原理及应用.天津大学出版社，19923 袁子荣.液压传动与控制.重庆大学出版社，20024 张群生.液压与气压传动.机械出版社，20015 张凤山.电气控制及可编程控制器.中国轻工业出版社，19996 何建平.电气传动.重庆大学出版社，20027 曹玉平.液压传动与控制.天津大学出版社，20028 张铮.冲压自动化.电子科技大学出版社，20009 周恩涛.可编程控制器原理及其在液压系统中的应用，机械工业出版社，200310 王永华等.现代电气控制及 PLC 应用技术，北京航空航天出版社，2003指导教师意见签字： 年 月 日天津理工大学教务处制表钢管称重、测长设备
17、控制系统设计-测长部分摘要主要对钢管称重测长设备中的测长部分进行控制系统的设计研究，报告了国内外钢管的发展方向和发展趋势，并对各种方案进行了比较，明确了研究课题的意义以及研究课题的方法和手段。根据系统的设计要求和技术参数要求，确定了测长系统的工作原理和系统的组成，绘制出了系统的工艺流程图。对所用的电气控制设备 PLC、变频器以及各种元器件包括断路器和交流接触器等进行了设备选型。对电气控制系统进行了设计，包括对整个控制系统框架、主电路、控制电路等的设计。对系统的各硬件之间进行了通讯配置,简单介绍了 MPI网络、PROFIBUSDP 网络和工业以太网三种通讯网络的通讯方式，采用PROFIBUSDP
18、 网络对 S7300PLC、ET200 和变频器进行了通讯配置，对S7300PLC 进行了梯形图程序的编写。关键词：钢管；测长；控制系统；PROFIBUSDP；PLCThe Design of Control System with the Weighing and Length MeasurementLength Measurement PartAbstractDo the research to the steel tube length measurement equipment of weighing the length measurement and control system mainly. Reported the direction and development trend of domestic and international steel and compared the various schemes , making clear the significance and research method of the issue. According to the design requirements of the system and the technical parameters, identify the
