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超薄壁有色金属高频焊管生产线飞剪控制系统研究

作　者: 张杰
导　师: 周好斌; 解剑英
学　校: 西安石油大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 飞剪电磁铁 PLC 伺服控制触摸屏
分类号: TP273
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

本论文研究了超薄壁有色金属高频焊管生产线飞剪（CutOff)装置控制系统，该飞剪装置是安装在整条生产线的尾端，主要是用于落料和随机取样。飞剪装置控制系统的研究对高频焊管生产线的稳定工作和生产效率的提高具有重要意义。论文主要针对连续旋转-离合式飞剪装置进行了研究。重点研究了传动装置和给料装置，传动装置的异步交流伺服电动机驱动系统，给料装置的静电磁铁、刀模滑座、滑动电磁铁。研究了滑动电磁铁与偏心轮连杆机构的连接运行，以及位于滑动电磁铁和静电磁铁之间的刀模滑座，在受动静电磁铁的交叉吸力作用下，做往复运动的剪切动作的控动静电磁铁是由开关电源直接供电驱动，针对电磁铁通电和断电后电磁吸力的产生和消失都相对滞后的问题，对电磁铁的结构设计和运行时的参数做了大量计算和实验研究。飞剪的传动部分是来用目前工业上常用的西门子S7-300PLC控制器同时匹配SINAMICS S120驱动器进行位置和力矩的精确控制，匹配西门子矢量型变频器MM440对三相交流异少电动机的转速进行实时控制。传动装置控制剪切刀的变速连续旋转，给料部分是采用C8051F020单片机控制两个动静电磁铁使得刀模滑座在两者之间快速往复运动。为了灵活操作和在线实时监控且更改相关参数采用了SIEMENS TP177B触摸屏，使得人机对话更加的方便。采用该控制方案，实现了飞剪高速剪切的目的，提高了生产线的速度，生产线的速度可达110m/min，并且切口平整、变型小、剪切毛刺少，并且运行稳定。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第一章绪论  8-20
  1.1 有色金属高频焊管及生产线的概述  8-11
    1.1.1 高频焊管的应用及其发展  8-9
    1.1.2 高频焊管生产线的发展状况及前景  9-11
  1.2 有色金属高频焊管生产线飞剪的概述  11-15
    1.2.1 高频焊管生产线飞剪的应用  11-12
    1.2.2 高速生产线飞剪的分类  12-15
  1.3 高频焊管生产线飞剪控制系统的国内外研究现状  15-16
  1.4 飞剪控制系统的研究思路  16-18
  1.5 飞剪控制系统的主要研究内容  18
  1.6 课题研究的技术难点和意义  18-19
    1.6.1 课题研究的主要难点  18-19
    1.6.2 课题研究的意义  19
  1.7 本章小结  19-20
第二章高频焊管生产线飞剪控制系统总体方案设计  20-35
  2.1 高频焊管生产线及飞剪的工艺过程  20-21
  2.2 高频焊管生产线对飞剪的控制要求  21
  2.3 飞剪的机械结构的分析  21
  2.4 飞剪控制系统总体设计方案的确定  21-25
    2.4.1 飞剪的控制方法  24-25
  2.5 飞剪控制系统主要的器件选型  25-33
    2.5.1 可编程逻辑控制器 PLC  25-28
    2.5.2 单片机  28-29
    2.5.3 伺服电动机及伺服驱动器  29-31
    2.5.4 变频器  31
    2.5.5 HMI 触摸屏  31-32
    2.5.6 旋转式编码器  32-33
    2.5.7 控制系统的主要配件型号总结  33
  2.6 本章小结  33-35
第三章高频焊管生产线飞剪给料装置研究  35-54
  3.1 飞剪的工作原理分析  35
  3.2 飞剪用电磁线圈的研究  35-48
    3.2.1 实验及其分析  35-37
    3.2.2 飞剪用电磁铁的计算和电磁吸力的研究  37-43
    3.2.3 飞剪用电磁铁电压与电流的特性关系研究  43-48
  3.3 动静磁铁的研究与设计  48-53
    3.3.1 电磁铁材料的选择  48-49
    3.3.2 电磁铁结构的优化设计  49-53
  3.4 本章小结  53-54
第四章高频焊管生产线飞剪硬件控制系统  54-68
  4.1 高频焊管生产线飞剪控制系统 PLC 的控制研究  54-57
    4.1.1 交流伺服电动机的控制原理  54
    4.1.2 PLC 对伺服电机的控制研究  54-56
    4.1.3 PLC 控制系统的抗干扰设计  56-57
  4.2 高频焊管生产线飞剪控制系统单片机的开发应用  57-61
    4.2.1 C8051F020 单片机的内部结构及工作原理  57
    4.2.2 单片机控制飞剪给料装置的控制箱设计  57-59
    4.2.3 C8051F020 单片机的控制实验研究  59-61
  4.4 伺服控制器对伺服电动机的控制系统研究  61-66
    4.4.1 飞剪用伺服电动机的控制方式  61-63
    4.4.2 伺服驱动器的控制原理  63-66
    4.4.3 伺服电机的控制系统研究  66
    4.4.4 矢量控制的介绍  66
  4.5 HMI 触摸屏  66-67
  4.6 本章小结  67-68
第五章高频焊管生产线飞剪软件控制系统  68-84
  5.1 PLC 控制的程序设计  68-76
    5.1.1 PLC 的编程语言及 I/O 点的分配  68-71
    5.1.2 PLC 的编程软件和编程设计  71-76
  5.2 C8051F020 单片机对给料装置控制的程序设计  76-77
    5.2.1 C8051F020 单片机的编程软件  76
    5.2.2 C8051F020 单片机的 C 语言程序设计  76-77
  5.3 人机界面 HMI 控制系统的程序设计  77-80
    5.3.1 HMI 触摸屏的组态软件  77
    5.3.2 HMI 触摸屏控制界面设计  77-80
  5.4 S7-300 系列 PLC 的通信介绍  80-82
    5.4.1 PROFIBUS-DP 介绍  80-81
    5.4.2 MPI 通信网络  81-82
    5.4.3 工业以太网  82
  5.5 本章小结  82-84
第六章结论与展望  84-85
  6.1 结论  84
  6.2 展望  84-85
致谢  85-86
参考文献  86-89
攻读硕士学位期间发表论文及参加项目  89-90
详细摘要  90-107

超薄壁有色金属高频焊管生产线飞剪控制系统研究

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