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1、精选优质文档-倾情为你奉上 毕业设计（论文）开题报告 院（系） 自动化学院 专 业 自动化 设计（论文）题目XZ系列芯模振动制管机芯模制管机PLC控制系统设计学 生 姓 名王碧波学号起 止 日 期2012年12月20日至2013年6月10日设 计 地 点江苏华光双顺机械制造有限公司指 导 教 师王晓俊顾 问 教 师周杏鹏开题日期 2013年 2月25日一、选题背景和意义：国内排水关管的生产普遍采用离心工艺，悬辊工艺。离心工艺是管模平卧在离心机上旋转,使管模内的混凝土混合料受到离心力沿着管模四周分散,各组分沿离心力方向沉降排出空气和多余的水分,使混凝土达到密实。混凝土中石、砂、水泥等质量不同，所
2、受离心力大小和沉降速度也就不同。混凝土层、水泥砂浆层水泥浆层和浮浆层分布于外、中、内层即称外分层。随着作业的进行，水泥粒子也要沉降外移，粗骨料间的水泥浆继续沉降，水泥颗粒便从中分离出来，在粗骨料表面上形成一层水膜，称内分层。分层造成管强度低，且管壁存在很多毛细孔道；同时塑性混凝土易造成合缝处跑浆、跑水，不利于安全文明生产，也造成水泥浪费。生产承插口管时需二次以上喂料成型、中途停车排浆，不利于快速生产。生产中噪声污染大。存在“飞车”隐患。悬辊工艺是管模平卧套置于辊轴上,管模内的混凝土混合料在离心力的作用下均匀分布于内壁,当混凝土料的厚度超过管模挡圈时,受到辊压力的作用而逐渐密实。辊轴与混凝土料团
3、接触面不平引起的振动也有助于混凝土密实。从根本上改变了离心工艺切向产生结构的弊端。悬辊制管采用干硬性混凝土辊压密实成型，混凝土坍落度为零，水灰比小，强度较高，混凝土消耗水泥量小；干法生产工艺，无废浆废液排出，改善了劳动条件利于安全文明生产；制管时噪音污染小于离心工艺；工艺缺点：卧式生产决定了不能立即脱模，模具占用时间长，不利于同一规格管短时间内大批量生产；用悬辊工艺制作承插口和企口管时承口处混凝土密实效果较差；在喂料成型管端部时，尘土飞扬造成环境污染。芯模振动工艺近几年引进渐多，芯模振动工艺是内、外模垂直竖立于地坑内的底托（盘）上，内模高频振子振动力使混凝土混合料液化而充满模型并排出空气，逐渐
4、密实；液压力带动定型环轻微搓动碾压使管子的上端部密实成型。相比于前两种工艺，芯模振动工艺有以下优点：（1）地下封闭立式成型，地面控制，生产和工作环境大大改善，工人劳动强度低，利于安全文明生产；（2）采用干硬性混凝土，坍落度为零，水灰比小。（3）混凝土混合料振动得充分、均匀，密实度极高，特别适合于顶管的生产。（4）成型后可立即脱模，每种口径只需一套模具，模具投资费用减少；（5）不需蒸汽养护，可罩上塑料薄膜， 24h后即可吊运至露天堆场；（6）振动的频率、振幅和激振力可以根据生产不同大小的管子方便的进行调整；（7）立式振动成型，能成型特大口径的管子，可成型异型管子，能满足产品多样化生产。承口置于下
5、部，适合于承插口、企口管的生产，彻底改变了卧式生产承口强度低的工艺弊端；（10）生产效率较高，可确保大工程以及应急工程对管材的需求；（11）内外模保证了管子的内径和外径尺寸精确。工艺缺点：（1）由于采用干硬性混凝土，干法生产，成型后立即脱去内外模，管子内外壁易产生粗糙拉痕，且光洁度不如离心管、悬辊管。（2）尽管在地坑内成型，还是伴有噪音产生。 通过对比芯模振动工艺在自动化程度，节能环保效益，提升产品质量降低成本等方面存在明显优势，在当前东部产业升级的大背景下，这些优势可以显著提高企业竞争和生产能力，产生良好的经济和社会效益。江苏华光双顺机械制造有限公司引进国外同类设备，并将其国产化必将为企业和
6、同行的发展提供新的契机。二、课题关键问题及难点：1、熟悉芯模振动工艺流程以及已有的手动控制芯模振动设备的硬件布局，为设备升级做准备。手动控制芯模制管设备一般由以下几部分组成：工作平台、旋转搓压机、回转布料机、芯模振动器、模具设备（内模、外模、底托盘、插口盘）、液压系统、电器控制系统、自动翻管吊架、脱模吊架。而芯模振动器主要与拖动电机的转速、芯模偏心距（由电动阀调节）和振动棒与内模的接触因数决定。2、了解西门子PLC产品系列，学习产品选型，产品硬件安装维护方法。西门子PLC各个部件设计均采用了模块化结构(单元式PLC除外)，由导轨及电缵将模块连接起来。用户可以根据需要灵活地配置电源模块、CPU模
7、块、数字量I/O模块、模拟量I/O模块，通信模块等已满应用要求。PLC选型要考虑到满足系统功能并且具备良好的性价比。因此在设计控制系统时，PLC模块的数量和型号的选择主要依据系统输入、输出点的总量来确定。选型可参考依据：(1)选择PLC容量和输入输出点时应留有富裕，所以都应大于系统实际所需要的，其中输入输出点应该留出15%-20%。(2)根据负载的类型和启停的频率等特点,选择不同的输出方式。(3)如果控制系统有模拟量,I/O模块的响应时间能要满足系统要求。(4)根据系统通讯要求的不同,选择PLC内部相应的通讯功能。3、学习西门子PLC的工作原理，STEP7V5.4编程环境使用，PLC模块化编程
8、思想，梯形图、STL、S7-Graph编程方法。使用经验设计法、继电器转换法或顺序控制设计法等程序设计方法以便编写控制系统软件。西门子PLC平均无故障工作时间在30万小时，其由CPU、存储器、接口电路等计算机部件组成，只是其可靠性和抗干扰能力非常适合复杂的工业现场使用，其具备方便的程序编写方式，可谓真正的“蓝领计算机”。STEP7是运行在PC上西门子PLC软件开发和调试集成环境，可以完成硬件组态、应用程序编写、仿真和在下调试、程序下载/上载等一系列工作，使用十分方便。模块化编程思想便于由上至下设计调试复杂程序，西门子PLC程序由各个程序模块组成。各个模块又可以通过不同语言编写，梯形图形象直观是
9、主流的编程语言，STL语言类似与汇编语言适合编写一些数据处理功能模块，顺序功能图语言S7-Graph便于编写顺序控制功能块。4、了解组态软件WINCC，学习使用PROFIBUS-DP网络通信，实现上位机软件与PLC控制器间的数据通信。5、学习闭环控制PID控制器的原理和设计方法。PID控制由比例、积分和微分三部分组成，其有多种变形如带死区、抗积分饱和PID等使用十分灵活，因而广泛应用于工程领域。S7-300PLC有内部PID调节模块，也可以根据计算机控制技术设计自己的PID控制器。PID参数整定也有很多成熟的方法。6、三项异步电机的控制方法。在变频调速的领域中,异步电动机有多种多样的控制方式：
10、V/F控制、转差频率控制、矢量控制、直接转矩控制。7、变频器的组成和原理，以及使用方法。8、电动阀工作原理与控制技术。电动阀通常由和阀门连接起来，经过安装调试后成为电动阀。电动阀使用电能作为动力来接通电动执行机构驱动阀门，实现阀门的开关、调节动作。从而达到对管道介质的开关或是调节目的。三、文献综述(或调研报告)： 在我国钢筋混凝土排水管行业离心、悬辊、立 式振捣工艺被称为传统工艺，是通过吸收 消化国外制管技术逐步发展起来的，而立式径向挤压和芯模振动工艺基本上是依靠引进国外技术。生产DN1400mm以上管材的最佳工艺则是芯模振动工艺，该艺除了在生产效率、质量控制具有技术优势外，还可使产品的适应性
11、得到极大的改善，不但可以生产圆形管材，还可以生产异形管材如椭圆管、带基座管、方涵以及复合管材。目前欧美国家普遍采用该工艺生产钢筋混凝土排水管。我国现在正处于引进国外设备和将其国产化阶段。该工艺中芯模振动器的震动频率、幅度对混凝土的液化起到至关重要的作用，因而设计调节振动器频率的自动控制系统对设备国产化至关重要。目前工控领域，PLC+变频器+交流电机的拖动系统已经得到广泛应用。 PLC实质是具有很多适合工业控制使用特点的计算机，它具有以下特点：良好的稳定性和可靠性，编程方便，丰富的I/O接口模块，采用模块化结构，环境适应能力强，与其他装置配置连接方便，设计和施工的时间比较短等。西门子PLC在业界
12、广泛使用的，S7-300 PLC包括导轨(RACK)、电源模块(PS)、CPU模块、信号模块(SM)、功能模块(FM)、接口模块(IM)、通讯处理器(CP)等。 经过20年的发展及应用，交流电机变频调速己经成为当代电机调速的主流，逐歩被人们接受。变频器与以往的调速方式相比较，具有体积较小、精度较高、功能繁多、操作方便、实用性强、容易形成变换控制等优点。今日的变频器，已经由压频控制发展到动态矢量控制，其优点很多，如：转矩大。OHz时,转矩输出100%，0.5Hz时,转矩输出200%；高速CPU不仅可以测定最佳的负载控制电压和电流矢量，还可以对急变负载进行快速的响应和瞬时功率及时的检知，进而使加减
13、速的时间缩减为最短；控制精度可达0.02%；带有010V， 420mA的RS485接口，可以方便地与计算机进行通讯。另外还具备软启动、瞬时停电自动再启动、跳跃共振频率点、在线自整定、多种保护等功能。参考文献：1 周杏鹏等. 现代检测技术（第二版）M. 北京：高等教育出版社,2010 2 金以慧. 过程控制M. 北京：清华大学出版社，20103 廖常初. S7-300/400 PLC应用技术(第3版)M.北京：机械工业出版社,20124 李金城. PLC模拟量与通信控制应用实践M.北京：电子工业出版社,20115 王永华.现代电气控制及PLC应用技术(第2版) M.北京：北京航空航天大学出版社,
14、20086 甄立东. 西门子WinCC V7基础与应用M. 北京：机械工业出版社，20117 李江全, 王玉巍, 张鸿琼. 案例解说组态软件典型控制应用M. 北京：电子工业出版社，20118 , . J. , 9 ,. J. , 10 陈建平,施晓宽,董伟,王洋新. 基于WinCC V6.2及S7-200PLC的冷却塔风机监控系统研究J. 机械设计与制造, 2012年6期 11 崔桂梅,周高强,张勇. 基于WINCC和PLC的预测PID控制仿真及实现J. 河南理工大学学报, 2012,Vol31,No.412 邢月华,付磊,吴静然. 基于PLC和WinCC的带式输送机监控系统J. 煤矿机械.
15、2012, Vol33,No.613 纪爱民. 芯模振动制管工艺设计与质量控制J. 混凝土与水泥制品，2010（6）.14 江苏华光双顺机械制造有限公司. XZ系列芯模振动制管设备使用说明书D,201215 郑玉成. 触摸屏,变频器和PLC在芯模震动系统中的应用J. 科海故事博览科技探索, 2011(4)16 16廖常初.S7-300/400 PLC应用技术（第3版）.北京：机械工业出版社,2011.1217 17潘峰,刘红兵. 北京:中国电力出版社,2009 18 18弭洪涛,孙铁军,牛国成等. :基于西门子S7-300. 北京:电子工业出版社.201119 19罗萍等. 北京:人民邮电出版
16、社,2012 20 20王阿根. (第2版). 北京:清华大学出版社,2010 21 21杜禹,王志军. 芯模振动工艺及其应用.市政技术.第22卷 第3期.2004.522 22索楠.基于PLC矿井提升机控制系统设计.D:硕士学位论文.太原：太原理工大学，2012.523 23 Susanne Rosch, Daniel Schutz, Gulden Bayrak and Birgit Vogel-Heuser . Supporting integrated development of closed-loop PLC control software for production syste
17、msC. IECON 2012 - 38th Annual Conference on IEEE Industrial Electronics Society,2012四、方案(设计方案、或研究方案、研制方案)论证： 本控制系统主要功能有以下三点：芯膜振动管的振动频率调节、芯膜振动的偏向距自动调节、芯膜振动管的自动张紧安装。生产不同规格的水泥管时产生不同的芯模振动频率，而控制芯模频率需要控制拖动皮带的交流电机的转速。芯膜振动的偏向距自动调节、芯膜振动管的自动张紧安装可以通过调节电动阀的位移来实现。 电机转速、电动阀的设定值通过上位机通过PROFIBUS通行传递给PLC(S7-300)。电机转速
18、通过编码器测定后将420mA电流反馈给PLC模拟量输入模块，与设定值比较的偏差作为PID调节器的输入，PID调节器可以自行设计也可使用S7-300中的PID调节模块。PID调节器的输出经过模拟量输出模块输出420mA的控制信号到变频器，控制变频器输出频率变化，变频器输出控制交流电机转速。通过整定相应参数使得闭环动静态相应指标达到使用要求。 电动阀的控制信号也由S7-300模拟量输出模块输出420mA的控制信号，由于电动阀开启时间较短（一般小于30s），而设备对电动阀的动态响应时间没有较高要求，而电动阀的响应位移与控制信号是一个线性关系，所以在没有较高响应时间要求时可以对电动阀进行开环控制即可。
19、 本方案是目前业内比较普遍使用的，技术成熟、稳定。结合厂房要求，该方案可以符合其相关技术指标要求和费用预算。五、进度安排：起止日期工作内容2012.12.21 2013.1.20熟悉资料，调研与分析2013.1.21 2013.2.24系统方案论证2013.2.25 2013.3.10撰写开题报告，总体方案设计2013.3.11 2013.3.24电气安装与PID控制2013.3.25 2013.4.7PLC软件设计2013.4.8 2013.4.21通信软件设计2013.4.22 2013.5.5系统调试2013.5.6 2013.5.19撰写毕业设计论文2013.5.20 2013.6.10毕业设计验收与答辩专心-专注-专业
2013-东南大学自动化学院本科毕业设计开题报告模板(共9页)
