冶金行业喷印标记执行机构及其控制系统的研制

摘要

产品的喷印标记是物流管理最为关键的部分，是成品机组及中间产品的必备环节，其喷印标记质量及有无不仅仅涉及企业的形象问题，而且中间产品的标记有无将严重影响产品数据的延续性与后续工序的生产，尤其是对今后的根据用户定单组织多规格小批量的生产方式影响更大。冶金喷印标记设备融合了机械、电气、气动、计算机、检测及控制编程技术，是一个典型的机电一体化系统。
　　本课题是根据宝钢集团提出的技术要求，研制针对冶金行业的喷印机构及其控制系统，实现该类产品的国产化，填补国内无冶金喷印机成套技术与产品的空白，改变目前只能依赖昂贵的进口设备的局面，把握国内未来冶金喷印标识设备的潜在市场，该研究的开展将很有意义。
　　首先根据系统的技术指标设计喷印标记执行机构。该机构具有两个自由度，带动喷枪进行走行，本课题对比了实现两自由度走行的几种方案，考虑到冶金行业工作条件的特殊性，设计了用连杆传递运动的机构，使其能够适应工业现场的高温环境，有利于保护电机。考虑到对工作稳定性的要求，选择了两组交流伺服电机作为驱动元件。
　　然后进行了控制系统的设计，采用了PLC+交流伺服系统的方案。由于机构带动喷枪走行属于位置控制，间接进行速度控制，对于交流伺服系统来说选择位置控制模式，即进行脉冲量控制，选择了PLC作为控制器，通过两个高速脉冲输出端口来控制两组交流伺服系统。另外，PLC能够与上位计算机使用RS-232C串口进行通信。
　　在硬件平台的基础上，设计了将待喷印字符转化为喷枪走行轨迹，然后按照该轨迹进行两轴联动控制的控制算法，并用PLC梯形图语言实现。
　　最后在整个系统平台上对软硬件进行了联合调试，进行了机构反应距离的补偿，确定了最佳喷印速度，验证了硬件系统的可靠性和控制算法的正确性。

目录

冶金行业喷印标记执行机构及其控制系统的研制

RESEARCH OF IMPLEMENT MECHANISM AND CONTROL SYSTEM FOR MARK JET PRINTING IN METALLURGY

摘要

Abstract

绪 论

1.1 课题背景

1.2 冶金行业喷印标记设备应用概述

1.3 冶金喷印标记的关键技术

1.4 国内外冶金喷印标记设备提供商综述

1.5 本课题主要研究的内容

第2章 喷印标记执行机构的设计

2.1 引言

2.2 冶金喷印标记系统整体方案

2.3 喷印标记机构的设计

2.4 电机参数的计算

2.5 本章小结

第3章 喷印标记控制系统的设计

3.1 引言

3.2 控制系统的设计

3.3 硬件选型

3.4 本章小结

第4章 喷印标记控制算法研究

4.1 引言

4.2 轨迹控制算法的研究

4.3 基于插补算法字符喷印的实现

4.4 本章小结

第5章 系统实验

5.1 引言

5.2 实验平台

5.3 字符喷印控制算法的验证

5.4 机构反应距离的测定

5.5 本章小结

结论

参考文献

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致谢