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1、专业：电气工程及其自动化 学号： 0413110314 Hebei Normal University of Science & Technology本科毕业设计（自然科学） 题 目：基于变频器和PLC的卷笼机控制系统设计 院（系、部）： 机电工程学院 学 生 姓 名： 刘汉斌 指 导 教 师： 程辉 职 称 讲师 2015年 6 月 2 日河北科技师范学院教务处制 摘要 河北科技师范学院 本科毕业设计基于变频器和PLC的卷笼机控制系统设计 院（系、部）名 称 ： 机电工程学院 专 业 名 称： 电气工程及其自动化 学 生 姓 名： 刘汉斌 学 生 学 号： 0413110314 指 导 教
2、师： 程辉 2015年 5 月 24 日河北科技师范学院教务处制摘要在桥梁工程施工过程中，钢筋笼加工是桩基础施工的主要环节。随着建筑工程的快速发展，工程需求量的不断增加，卷笼机在建筑生产中变得越来越重要。目前市场上的卷笼机虽然已经能够实现自动化，但是耗材比较高，钢筋笼直径误差控制不精准，箍筋间距误差较大，产品品质有待提高，一些生产环节仍需要手工完成，不能实现完全自动化机械化的生产。分析卷笼机的工作原理及生产需求，该系统利用变频器和PLC改进了钢筋笼传统制作工艺，提高了钢筋笼加工质量，实现全自动化作业，实现工厂化生产，生产效率高，加工质量稳定可靠，节省原材料，施工成本降低。关键词：PLC,变频器
3、,PID控制。Abstract In bridge construction, the steel cage processing is an important part of Pile Foundation Construction.With the rapid development of construction projects and engineering increasing demand for machine roll cage becoming increasingly important in building production.Roll cage machines
4、 currently on the market although has been able to automate,but more supplies,steel cage diameter error control is not accurate, stirrup spacing error is larger, product quality needs to be improved,some production processes still need to be done manually, we can not achieve a fully automated mechan
5、ized production.Analysis roll cage machine works and production needs,the system uses the drive and PLC improved steel cage traditional production process,improved processing quality steel cage,implement fully automated jobs, industrial production, High production efficiency, stable and reliable pro
6、cessing quality, save raw materials and reduce construction costs.Keywords: PLC,Drive,PID Control.I目录目录摘要I1 绪论11.1 论文研究背景与意义11.2 钢筋卷笼机的发展现状11.2.1 钢筋卷笼机发展现状11.2.2 卷笼机存在的问题11.3 研究目的及方法21.3.1 研究目的和内容21.3.2 研究方法22 钢筋卷笼机的设计2 2.1工艺要求2 2.2 工作原理2 2.3 技术参数33 控制系统硬件的选择33.1 变频器的选择33.2 PLC的选择43.3 电机的选择44控制系统的设计
7、54.1控制系统程序流程图54.1.1控制系统子程序流程图5 4.1.2控制系统主程序流程图64.2控制系统程序编写6 4.2.1 GX Works2 编程软件介绍64.2.2控制系统的设计74.3控制系统电气接线图114.3.1 I/O地址编排表11 4.3.2 I/O电气接口图12 4.3.3 主电路图135卷笼机系统中电机的控制方法135.1利用变频器和PLC实现速度同步控制135.2利用变频器和PLC实现稳定速比控制156自动上料架和自动焊接部分的设计156.1 自动上料架的设计156.2 自动焊接部分的设计15结论16参考文献16致谢17附录17III1 绪论1.1 论文研究背景与意
8、义随着建筑行业的快速发展，人工已不能满足当代社会的发展需求，人们对于自动化生产的需求变得越来越大。在此环境下，卷笼机得到了广泛的应用，在产品快速发展的同时，对于卷笼机的生产性能与安全可靠运行的要求也越来越严格。目前钢筋笼主筋基本都是通过自动上料到分料架；分料架的主筋需人工穿过固定盘导管到达移动盘导管，并经过电动工具将主筋固定在移动盘导管上；箍筋（绕筋）经过钢筋矫直器后直接焊接在主筋上面；然后开始自动焊接，固定盘及移动盘同步旋转且移动盘按照预先设定的速度（行走速度可根据操作工人的熟练程度进行调整）运行，同时进行焊接，从而生产出成品钢筋笼。但目前市场中所生产的卷笼机并没有实行全自动化作业，还需要进
9、一步的研究以实现工厂化生产，以提高功效，节约成本，提高质量。1.2 钢筋卷笼机的发展现状1.2.1 钢筋卷笼机发展现状国内的钢筋卷笼机发展由于各种原因，在机械化自动化上的研究比较晚。在卷笼机出现以前，卷笼机的生产全靠手工完成，手工作业存在多种弊端，不能保证安全生产，生产效率底下，产品精度低。虽然已经实现了“机械化”、“自动化”生产，但这并不是真正意义上的自动化生产，因为还有一些步骤需要人工操作才可以完成，如上料，焊接等。目前市场上生产钢筋卷笼机的公司还比较少，就山东飞宏工程机械有限公司的钢筋卷笼机而言，该厂生产的型号为FH2000钢筋卷笼机已经基本能够实现自动化生产，该卷笼机的工作原理是，依据
10、工程施工要求，钢筋笼的主筋通过手工通过固定旋转盘上边相应的用于支撑钢筋的圆孔至移动旋转盘的相应固定孔中进行固定(但上料和固定还要人工完成），工人手工把箍筋端头先固定焊接在一根主筋上，然后通过固定旋转盘及移动旋转盘同时同速旋转把箍筋缠绕到主筋上边（移动盘是在旋转的同时通过牵引电机牵引后移），同时完成手动焊接，从而形成产品钢筋笼。1.2.2 卷笼机存在的问题近些年来，虽然国内的自动化生产已经取得了一些成果，提高了生产过程中的机械化率。但是在生产自动化的过程中，仍然不可避免的产生了许多问题。下面来列出一些的问题。（1）操作复杂，仍需人工作业，使用繁琐，且安全保护措施有待提高。（2）钢筋笼直径误差控制
11、精准，误差较大。（3）耗材损耗量大，施工成本还需进一步降低。（4）产品加工质量以待提高。（5）自动焊接过程中易出现脱焊，焊接产品不牢固的现象。1.3 研究目的及方法1.3.1 研究目的和内容研究目的就是改进现有钢筋卷笼机的缺点，设计一种更为便捷，安全可靠的钢筋卷笼机。本课题的主要研究内容如下：（1）设计自动上料机， 改变以往的人工上料方式，节省人力。（2）设计自动焊接部分，改变以往的焊接方式，避免出现脱焊现象。（3）设计主电路和控制电路，增加安全保护器件，实现安全可靠生产。（4）plc内控制程序的设计，精确控制箍筋间距。提高产品质量。（5）通过PID调节两台电动机的同步控制，实现同步调速，减小
12、误差，控制达到极限偏差要求。（6）改善移动盘和固定盘结构，使生产的钢筋笼直径可以在一定范围内调节。1.3.2 研究方法研究方法就是查阅相关材料，以现有的钢筋卷笼机为基础，分析钢筋卷笼机运动过程以及控制要求，利用现有资源，改善钢筋卷笼机，实现自动化机械化生产。2 钢筋卷笼机的设计2.1工艺要求（1）主筋间距误差小，能控制在1cm之内。（2）一米之内盘筋间距误差可控制在5mm以内。（3）生产安全得到保障。（4）焊点饱满、牢固，笼子不散架。2.2 工作原理本设计的工作原理是，首先通过电机带动的自动上料机上料，在自动上料机上有限位器，当限位器被压下时，延时一秒后，支料架按固定旋转一定的角度，然后通过推
13、进系统将主筋推到相关位置，最后通过电动电动螺丝刀拧紧。如此反复直至所有主筋被固定好。卷笼过程是将通过钢筋矫直机矫直过的钢筋固定焊接到主筋上，通过PID控制移动盘电机和固定盘电机同步同速，电机转速可根据施工要求通过变频器修改。牵引电机牵引移动盘移动，速度同样可根据施工要求通过变频器调节。在焊接部分，采取自适应控制自动化焊接设备自动焊接。同时在盈动盘移动的过程中，没通过两米，就会有一个液压支撑架启动，支撑钢筋笼，防止钢筋笼因为自身重力发生形变，直到钢筋笼制作完成。2.3 技术参数表1 卷笼机技术参数标题参数外形尺寸（最大工作状态）（mm）28000*6000*2500总重量（KG）2000适用桩径（mm）600-2500钢筋笼长度（m）12 18 22 27钢筋笼重量（KG）8000主筋直径（mm）12-40箍筋直径（mm）6-16箍筋间距（mm）50-400焊接方式二氧化碳保护焊液压参数（MP）8电源参数380V 50Hz3 控制系统硬件的选择 3
