1、本科毕业论文系列开题报告电气工程及其自动化集装箱前框间断自动焊接的实现一、课题研究意义及现状集装箱是近年来出现的模块化运输设备，具有可重复利用性，高可靠性，可快速装运等特点。自出现以来，以快速的占领了货运市场。采用集装箱运输可以节省包装费用，保持货物完整，且便于使用机械装卸搬运，减轻工人装卸作业劳动强度，提高装卸效率，加速船舶和车辆的周转，降低运输费用，从而使集装箱运输得到迅速发展。这用物流模式的发展又对集装箱焊接工艺有了一定的要求，其中前框作为集装箱的重要组成部件，其质量的好坏影响到整个集装箱的使用寿命及承重能力，并且此工件人工焊接难度很大，焊点之间的距离要求非常高，一不小心，就会出废品。目
2、前国内采用的人工手工生产已经不能满足要求，由于人工体力消耗大，而且焊接距离的精确度很难很握，往往会出现一些偏差，对其质量有很大的影响。然而，该课题研究的集装箱前框间断自动焊接装置的实现，应用PLC 控制，能准确定位测量焊接距离，完成自动焊接任务。这样对前框的精细焊接能提高不少，从而对公司的生产效益也有很大的提高。该课题设计电气控制，并且来源于生产，综合性、实践性强。通过集装箱前框间断自动焊接装置的实现可以使学生对 PLC 与触摸屏的应用有更进一步的了解，对所学的电气控制方面的知识更进一步的巩固。与此同时还可以培养学生的正确设计思想、方法、创新能力及科学态度，以及提高学生的综合专业技能与素质。结
3、合指导老师的研究，该课题使用PLC 与触摸屏的软件控制是可行的，并且也十分有意义。二、课题研究的主要内容和预期目标设计一个集装箱前框间断焊接，而且能适应不同的箱子焊接距离不一样要求的自动焊接控制装置。前框是集装箱重要组成部件，质量的好坏直接影响到整个集装箱的使用寿命及承重能力，并且此工件人工焊接难度很大，焊点之间的距离要求非常高，一不小心，就会出废品。此工件的手工生产主要有以下几个过程：气缸定位零件压紧工人拿量尺在工件上逐段做出需要焊接部分的记号逐段焊接打磨工件松开输送到下一个工位。现需要设计能自动完成上述工艺要求的电气控制装置，要求能根据设定的程序，控制焊接机架移动，控制焊机的引弧、焊接、收
4、弧（焊机采用直流二氧化碳保护焊） ，且装置能精确测量机架运行的距离及速度，以保证焊机在预先设定的时间及距离中完成焊接任务，最后一个焊点完成之后，机架自动返回到起始点，同时气缸松开，工件输送到下一工位。三、课题研究的方法及措施课题研究的方法：通过学过的理论知识以及网上的相关焊接技术资料对前框间断自动焊接有一定了解，并在一家集装箱公司实习，在实践的过程中巩固和系统整理自己学习的知识，并在此基础上进行创新研究。先搜集有关该课题的各方面资料，同时加以认真阅读研究，再在理解认识的基础上和指导老师的指导下,对比 C 语言、单片机、PLC 等各种语言从而确定用 PLC 来实现，及其 PLC 软件实现的具体焊
5、接控制装置程序，最后论证和完善设计方案。课题研究的措施：1使用触摸屏、变频器、PLC 综合应用技术，了解他们之间的相互通信以及硬件连接方式。2. 了解工艺图。了解厂里提供的集装箱焊接平面图，进行思考和分析。3. 了解集装箱的手工焊接过程，按照所要实现的功能，将其进行模块化，把哪个功能要需要什么硬件装置进行仔细分析。经过资料的查找，初步打算采用三菱 FX2N 为核心，各输入信号经过运算比较器后驱动外围输出；用富士变频器来调速电机，给焊机焊接带来极大的方便；触摸屏选择的是罗升人机界面，用于焊接工艺数值写入；采用松下焊机，用于间断焊接,该焊机具有较高焊透性和快速性；利用码盘上的接近开关数来计数，给
6、PLC 提供行走距离的运算。4. 进行装置参数设置以及计算。5. 通过框图和软件仿真来初步体现 PLC 实现具体的焊接工艺程序。6. 进行调试，然后运用于生产。四、课题研究进度计划2010.10.18-2010.111：分析任务，复习有关 PLC、变频器、HMI、运动及定位控制、伺服控制等的知识。2010.11.1-2010.1130：收集资料，完成开题报告、文献综述、外文翻译。2010.11.30-2010.123：制作开题答辩 PPT，进行开题报告2010.12.5-2011.2.10：设计与写论文，完成全部硬件电路的设计（包括器材选型、规格型号、I/O 分配、接线原理图等） ，熟悉编程软
7、件的使用，同时完成软件部分（包括梯形图和触摸屏）设计并进行系统调试。2010.2.10-2010.2.21：撰写设计报告与论文。2010.2.21-2010.3.10：设计作品完善，论文修改。2010.3.10-2010.4.17：准备答辩，完成答辩。五、参考文献1 廖常初. FX 系列 PLC 编程及应用M.北京：机械工业出版社，2007，1.2 汪晓平.PLC 系统开发实例导航M.北京人民邮电出版社，2004,83 杨耕，罗应立.电机与运动控制系统M.北京:清华大学出版社,2006.3.4 阮友德.电气控制与 PLC 实训教程M.北京:人民邮电出版社,2006.8.5 巫莉.电气控制与 P
8、LC 应用M.北京：中国电力出版社，2008.5.6 阮友德，张迎辉. PLC、变频器、触摸屏综合应用实训M.北京：中国电力出版社，2009.1.7 黄禹，李敏等.基于 TD200 的自动管一板焊机 PLC 控制系统J.石油化工设备，2006，35（5）：6972.8 陈新岗，张超峰等.基于 PLC 的立体停车库定位控制系统软件设计J.电工技术，2009， （1）：4345.9 郭丙君，李鸿升.PLC 在自动焊接线中的应用J.世界仪表与自动化，2006， （6）：2224.10 MITSUBISHI ELECTRIC CORPORATION.FX1S FX1N FX2N FX2NC 编程手册，
9、2001.8.11 Frank D. Petruzella. Programmable Logic Controllers , Third EditionM.McGraw-Hill Education(Asia) Co.,2007，5.12 John W. Webb , Ronald A. Reis .Programmable Logic Controllers ：Principles and Applications , Fifth EditionM.Publishing House of Electronics Industry,2005，8.毕业论文文献综述电气工程及自动化PLC 与触摸
10、屏的应用及发展趋势摘要：可编程逻辑控制器简称PLC，是20世纪60年代以来发展极为迅速、应用面极为广泛的工业控制装置，是现代工业自动化控制的首选产品。与此密切联系着的触摸屏也扮演着一个重要角色，并成为现代工资自动化控制中不可缺少的一种装置。本文概述了PLC与触摸屏的应用和发展趋势。关键词：PLC；触摸屏；综合应用；发展趋势1 引言PLC 已成为工业自动化三大技术支柱(即 PLC、机器人和 CADCAM)之一，被喻为工业控制的灵魂。随着科技的飞速发展，越来越多的机器与现场操作都趋向于使用人机界面，PLC 控制器强大的功能及复杂的数据处理也呼唤一种功能与之匹配而操作又简便的人机界面的出现，触摸屏的
11、应运而生无疑是 21 世纪自动化领域里的一个巨大的革新。2 PLC 与触摸屏概述PLC是以微处理器为核心，不仅能够处理数字量，还能够处理模拟量，具有逻辑运算、顺序运算、计时记数、算术运算功能。现在的PLC还具有良好的通讯功能，易于和其他智能设备实现联合控制 【1】 。触摸屏即工业人机界面(Human Machine Interface)，是一种智能化操作控制显示装置。工业人机界面由特殊设计的计算机系统32位RISCCPU芯片为核心，在STN、TFT液晶显示屏或EL电发光显示器上罩盖有透明的电阻网络式触摸屏。触动屏幕时，电阻网络上的电阻和电压发生变化，并由软件计算出触摸位置。HMI的主要功能有：
12、数据的输入与显示；系统或设备的操作状态方面的实时信息显示；在HMI上设置触摸控件可把HMI作为操作面板进行控制操作；报警处理及打印。此外，新一代工业人机界面还具有简单的编程、对输入的数据进行处理、数据登录及配方等智能化控制功能 【2】 。3 PLC 与触摸屏的工作原理PLC 的工作原理：PLC 首先进行初始化处理，清楚 I/O 映像区中的内容，接着自诊断，检测存储器、CPU 及 I/O 部件状态，确认其是否正常，在进行通信处理，完成各外设的通信连接，还将检测是否有中断请求，若有则作相应中断处理。在此阶段可对 PLC 联机或离线编程。若此时 PLC 方式开关置于 RUN 位置，PLC 才进入独特
13、的循环扫描，周而复始的执行输入采样、程序执行、输出刷新 3 个阶段。PLC 的 CPU 以一定的扫描速度重复执行上述3 个阶段，一个周期所用时间为 T=(读入时间*输入点数)+(运算速度*程序步数)+(输出时间*输出点数)+自诊断时间 【3】 ，在每次的扫描过程中，还要完成对输入信号的采集和对输出状态的刷新等工作，成为可编程序控制器的实际输出。触摸屏的工作原理 【4】 ：触摸屏检测部件安装在显示器屏幕前面，用于检测用户的触摸位置，接受后送往触摸屏控制器。而触摸屏控制器的主要作用是从触摸点检测装置上接受触摸信息，并将它转换成触点坐标，再送给 CPU，它同时能接受 CPU 发来的命令并加以执行。4
14、 PLC与触摸屏应用开发流程(1)熟悉开发目的，确定设计方向，确认是否适合使用触摸屏(2)编写并调试PLC程序，确定触摸屏与PLC通信所需的资源(3)设计触摸屏界面和通信协议，决定最终用户界面(4)联机调试PLC和触摸屏现场应用 【5】 5 PLC 与触摸屏的现状由于 PLC 与触摸屏各自的优点，在很多领域方面被广泛的应用。以下介绍关于具体PLC 与触摸屏在一些工业化上的应用。(1）PLC 与触摸屏在变频电源中的应用PLC 作为控制单元，是整个系统的控制核心 6。选用 OMRON 公司的 CPM2A。一是输出给变频器转速信号，控制电机转速；二是按照一定的控制策略给出励磁单元的控制信号，实现同步
15、发电机输出电压可调。从而实现整个变频电源输出频率、幅值的连续可调。同时，与触摸屏进行实时通讯，为触摸屏的显示提供数据，并对于触摸屏输入的信息进行处理等。触摸屏采用 OMRON 公司 NT31C。触摸屏实现了电流、电压、频率的实时显示，电压、频率目标值的设定以及产生报警信息等。系统硬件结构如图所示：PLC 作为中央处理单元，两者在变频电源系统中结合使用，实现了该系统的变频调压作用，输出波形为理想正弦波，具有调节范围广的特点，在实际使用中取得良好的效果。(2) PLC 与触摸屏在薄壁方管焊接中的应用薄壁方管由于壁薄和受热不均因数的存在，加上镍基高温合金自身导热性差，线膨胀系数大，容易造成变形和热聚
16、焦。因此采用 PLC 与触摸屏组成的控制系统，进行系统构成和软件设计。该系统不仅能使焊接生产顺利进行，而且能得到均匀一致的焊缝宽度 【7】 。(3) PLC 与触摸屏在自动电弧焊装置的应用针对企业对钢件产品需要一定厚度的低熔点合金的要求，提出了电弧焊接 【8】 。该焊接技术主要采用有 PLC 和触摸屏所组成的控制系统，进行设计。而且该装置具备平面内直线、圆弧线焊缝连接、立体面缝焊的焊接功能。实践表明，该装置的控制系统具有良好的人机界面，控制方便，焊接过程指示直观、全面，焊接效率高、质量高妾稳定性好等优点。该新技术在航空航天、船舶、化工、矿山等行业具有良好的应用前景。6 PLC 与触摸屏的发展趋
17、势随着科学技术的发展，PLC 会有更大的发展 9。从技术上看，计算机技术的新成果会更多地应用于可编程控制器的设计和制造上，会有运算速度更快、存储容量更大、智能更强的品种出现；从产品规模上看，会进一步向超小型及超大型方向发展；从产品的配套性上看，产品的品种会更丰富、规格更齐全，完美的人机界面、完备的通信设备会更好地适应各种工业控制场合的需求；从市场上看，各国各自生产多品种产品的情况会随着国际竞争的加剧而打破，会出现少数几个品牌垄断国际市场的局面，会出现国际通用的编程语言；从网络的发展情况来看，可编程控制器和其它工业控制计算机组网构成大型的控制系统是可编程控制器技术的发展方向。目前的计算机集散控制
18、系统 D CS (Distributed Control System)【10】 中已有大量的可编程控制器应用。伴随着计算机网络的发展，可编程控制器作为自动化控制网络和国际通用网络的重要组成部分，将在工业及工业以外的众多领域发挥越来越大的作用 【11】 。由于 PLC 技术不断的更新，触摸屏与此同时也会不断的更新，会朝着一个更方便、更广泛的，更智能化的方向发展。同时会成为人们未来生活中不可缺少的部分。7 总结PLC 与触摸屏未来发展不仅取决于产品本身的发展，还取决于与其它控制系统和管理设备的集成情况。而且 PLC 与触摸屏之间的通信 【12】 会更加紧密，它们之间的应用会涉及的更广、更远。PL
19、C 与触摸屏技术的提高必将推动工业化的发展，而且会越来越体现它们的重要性。参考文献1 黄净.电气控制与可编程序控制器M.北京：机械工业出版社,2005.2 John R. Hackworth, Frederick D. Hackworth, Jr. Programmable Logic Controllers :ProgrammingM Methods and Applications. Prentice Hall,2003.4.3 钟福金，吴晓梅.可编程序控制器M.南京:东南大学出版,2003.4 张万忠，孙晋.可编程控制器入门与应用实例M.北京:中国电力出版社,2005.5 刘文生.PLC
20、 与触摸屏的综合应用J.辽宁师专学报,2009,(3).1114.6 张桂香.电气控制与 PLC 应用M.北京：化学工业出版社,2003.7 王俊恒 ， 高洪明，张广军，吴林. PLC 及触摸屏控制系统在薄壁方管焊接中的设计和应用J.焊接学报,2006,（6）：1214.8 周方明，黄志杰，李涛，何天刚，郭勇.基于 PLC 和触摸屏技术的自动电弧钎焊装置控制系统研究J. 中国科学院上海冶金研究所,2000.（7）: 813.9 魏跃国,陈彬兵.PLC 技术的发展趋势J.科技信息(科学教研),2008,(22): 1215.10 欧阳三泰,周琴,欧阳希.软 PLC 控制技术综述J.电气传动,20
21、05,(09): 1113.11 D. W. Russell, Production monitoringJ.ACMS ,Interface Gaithersburg, MD.，1989,8,24(7)：580583.12 郭宗仁等遍.可编程序控制器及其通信网络技术M.北京：人民邮电出版社,1989.毕业论文（20_ _届）集装箱前框间断自动焊接的实现摘 要前框作为集装箱的重要组成部件，其质量的好坏影响到整个集装箱的使用寿命及承重能力，并且此工件人工焊接难度很大，焊点之间的距离要求非常高，一不小心，就会出废品。文章主要介绍的是一个能适应不同箱子焊接距离不一样要求的自动间断焊接调试控制装置。针对
22、上述问题设计的系统以三菱 FX2N-32MR-001 为核心装置，采用罗升 TD220 文本显示器输入焊接参数，富士 FRNO.4G11S 变频器调速电机，码盘接近开关计数，运用一定的编程技巧，高效而简便地实现间断自动焊接系统的一些基本控制功能。该系统由硬件和软件部分组成，硬件部分包含了各部分装置的技术参数，原理图以及操作界面，软件部分包含了流程图和梯形图，它具有稳定可靠、抗干扰能力强、界面友好和效率高等特点。关键词：前框；PLC；自动焊接 AbstractFront frame as an integral component of container, its quality is goo
23、d or bad impacting on the life of the container and the load-bearing capacity, and this piece is very difficult for manual welding, the requirements of the distance between solder joints is very high, carelessly, it will be waste.Article focuses on a device which can adapt to different boxes of diff
24、erent requirements of welding distance for automatic discontinuous debug control. The system designs for the issue taking Mitsubishi FX2N-32MR-001 as the core device, using Rose TD220 text display for inputting welding parameters, with Fuji FRNO.4G11S inverter altering motor, with encoder proximity
25、switch counting, taking use of certain programming techniques, efficiently and easily achieving discontinuous automatic welding system for some basic control functions.The system consists of hardware and software components, hardware parts of the device contains technical data, schematics and user interface, the software part consists of a flow chart and ladder, it has stable and strong anti-interference ability, friendly interface and high productivity , etc.Keywords: Front Frame; PLC; Automatic Welding
