积分时间常数，其设定值太大会降低响应速度，在负载转动惯量比较大或机械系统中有振动因素的场合，如果这个值设定能过的过小，机械系统也会发生振动。根据现场调试和经验积累，参数的计算如式所示。计算出结果大于。位置环控制由于速度调节器采用调节器，且位置环截至频率远小于速度环各时间常数的倒角，因此速度环的闭环传递函数可近似等效为阶惯性环节。简化后，数字式位置控制等效传递函数为式中，为位置环增益，他决定了位置环的响应速度，增大它可以改善对位置指令的跟随性能，但是过大容易产生超调。理论上设定值可以根据式设定。位置控制模式中的加减速控制当伺服电机带动负载从点运动到另点时，为了保证运动的平稳和准确定位，在起动和停止时要进行加减速控制。本系统的位置控制模式中，为了保证每次喷印距离的准确性，采用了伺服电机的位置斜坡功能，对位置指令加减速时间常数进行了设定，控制伺服电机的起调时间。通过此功能使同步编码器发出指令后，即使是在伺服电机处于运行时启动，同步运行也可以平稳的开始。还由于采用闭环控制，编码器随时可以检测脉冲的差值，返回到输入端，参与系统的控制，使定位准确，精度高。位置指令采用阶跃输入时的运行图如图所示。图位置指令改变时运行图因为速度环采用控制可以使电机在位置指令发生很大变化，位置误差变化大导致速度指令发生很大变化时，也能够在起动，停止时平稳的加减速，使系统运动平稳。伺服电机速度曲线图如图所示。图速度曲线图为了保证每次喷印距离不变，不产生累积误差，系统采用了原点定位的功能，在每次开机工作时需要进行次原点定位，保证了每批钢管的喷标位置样。根据所设的位置控制原理，电机在碰到原点定位的传感器后，减速运行，等待检测到编码器返回的零点脉冲，在转动转第二次检测到这个脉冲后，在原点停止，定位成功。然后开始喷印循环操作。程序设计.软件及编程软件包括系统程序和用户程序，系统程序用户不能修改，用户程序则由用户根据控制对象的要求进行编制。程序设计语言的标准由国际电工委员会提出，指定了程序设计的语法和语义。该标准定义了如下几种程序设计语言。指令列表结构文本功能块语言梯形图顺序功能图这几种语言中，梯形图应用的最为广泛，因为它既能表达电气工程师熟悉的继电器控制线路又能表达各种特殊功能，包括算术运算，数据传送通讯，中断刷新，子程序的调用，堆栈操作，表格操作等。除梯形图外还有用于超小型可编程控制器使用的布尔代数，但它只能进行逻辑运算和少数表达功能。顺序功能图是专为顺序控制而设计的，便于模块化编程并缩短了程序扫描时间，其应用也越来越多。而随着的发展，有些中高档编程器也采用语言等。.编程方式使用编程。用文件块的形式管理用户编写的程序及程序运行所需要的数据。这样，的程序组织明确，结构清晰，易于修改。通常，用户程序由组织块功能块功能数据块构成。其中，是系统操作程序与用户应用程序在各种条件下的接口界面，用于控制程序的执行。每个包含套可编程的块，不同的块执行不同的功能。是主程序循环块，控制各个功能的循环执行，调用为了实现控制功能而编写的功能功能块。功能块实际上是用户子程序，是由个数据结构与该功能的参数表完全相同的数据块构成，该是背景数据块，存放在背景数据块中，数据在结束后继续保持。功能包含经常使用的例行程序，是无存储区的逻辑块，的临时变量存储在局部数据堆栈中。数据块是用户定义的用于存储数据的存储区，也可以被打开或关闭。可以是属于个的背景数据也可以是属于通用的全局数据块，用于或。.程序设计由于整个控制软件涉及多个控制器，多种通讯协议，多个工位并行工作，因此单独靠或单独靠上位机监控程序无法协调所有设备安全顺利的工作。整个控制程序要由几个部分相互配合，统协调。控制实现测长打标涂色喷标和步进梁的工作上位机监控程序则读取测长光电管状态和编码器数值来计算钢管长度，读取钢管重量，并将喷标和打标的字符发送到喷标控制器和打标控制器。若上位机监控程序和协调不好，就可能会引起数据与实际钢管错位，喷标信息或打标信息不能正常发送，最后导致整个系统崩溃，给用户造成重大损失。为了解决这个问题，使系统能够正常稳定地工作，系统软件要求上位机监控程序和之间确保同步执行，通过种通讯协议来协调。通讯协议主要有三次等待和三次通讯。介绍下系统的工作流程点击自动按钮，进行系统自检，与上位机监控程序先进行握手通讯，将握手信号置为，并进入等待三。上位机开始对称重仪表打标控制器和喷标控制器进行通讯检测。当上位机确认通讯成功以后，将握手信号清为。检测到握手信号为后，退出等待三，开始测长打标涂色喷标工作。测长打标涂色和喷标工位都正确完成后，将各工位完成信号置为，并进入等待二。上位机读到各工位完成信号为后，开始计算钢管长度，读取称重工位重量。上位机完成这些工作后，将各工位完成信号清。读到信号为后，退出等待二，开始移动步进梁，置位等待。当步进梁离开原点后置位钢管数据移位状态。在钢管数据移位状态内，上位机也将钢管信息移个位。当步进梁将钢管从个工位移到下个工位后置位循环准备信号。上位机读到循环准备信号为后，将需要喷标和打标的信息分别发送过去，发送成功后复位循环准备。读到循环准备信号为后退出等待和钢管移位状态，开始下轮循环，进行测长称重打标涂色和喷标。喷标流程设计喷标工位要求喷标速度快平稳以及精度高，因此采用伺服电机来实现喷标定位，因此采用伺服电机来实现喷标定位，达到了相应的精度。并且应用方便，调试简单，只需在伺服放大器上调节参数就可以完成各种功能。伺服系统的速度及方向由外部脉冲发生器来决定。选用西门子系列的定位模块来控制伺服电机的定位。它主要有以下功能模式控制提供手动自动参考点模式增量等模型控制。应用时需要设置相应的参数，可以通过的监控界面来设置。定位实现了轴的精确定位，能够从简单的点到点定位到复杂的模型加工。数字输入与输出包括个数字量输入和个数字量输出。喷标系统中采用个输入作为电机参考点模式下原点定位用的原点开关和原点返回开关。软件限位开关可以在软件中设置电机的最大行程来限制电机的运动。过程中断。错误诊断通过调用函数，来实现对内部错误外部错误和外部通道错误的诊断。数据存储通过调用函数，对进行读写请求执行模式控制控制和反馈信号。前章已经提及可以通过电子齿轮比的设定来协调电机脉冲反馈当量和脉冲和指令脉冲当量。喷标系统中指令脉冲是由来发出，模块其内部也需要设置电机每转的进给量和电机每转脉冲反馈量，它的设置应该跟伺服放大器里面的设置如电子齿轮比和电机脉冲反馈量相致，否则就会出现通过读取内部存储器存储的所谓的实际位置跟电机的实际位置相差很大，从而导致定位不准确。模块还可以设置加减速来实现对位置指令的跟随程度。喷标系统在进入自动工作状态前，定要先进行原点定位，满足进入自动工作状态的条件，否则不能正常工作，产生错误。喷标系统的工作步骤如下检测满足进入自动工作状态条件后，检测到钢管到位且需要喷印，气缸下降到下限位，启动电机运动，在设置位置处发喷标开始信号给喷标控制器，开始喷标，到达终点，喷头上升至触发上限位传感器后进行清洗，清洗完毕，置位喷标完成，并退出程序。同样的，若喷标工位没有钢管，则直接认为喷标完成若该钢管认为是坏管，不需要喷印，也直接认为喷标完成。图是自动喷标的流程图。图自动喷标的流程图喷标系统的生产效率要求高，平均秒过根管，其中包括小车初始化原点判断及喷印标记完成时间，要求输入输出模块的响应时间要短。根据现场传感器的个数电机，变频器交流伺服电机的控制点数气路系统电磁阀控制点数以及为系统预留的输出点数的原则进行计算，共需点数点。其中包括有无管判断小车原点判断喷头控制器喷头下降时间判断喷头受阻判断报警初始状态判断正向喷标信号反向喷标信号喷头清洗信号伺服电机控制变频器控制电磁阀等.程序设计特点程序的模块化设计提高了编程效率，使程序的调试和维护简单可靠方便通过技术储备和资源共享，缩短控制系统的设计调试周期软件的实用性强，可以以软件结构的不变和程序的少变区适应控制功能和工艺的变化软件具有良好的可移植性和可扩展性，积木式的程序结构通过模块结合可编制大型通用程序，并适合多个程序员开发。.脉冲编码器脉冲编码器是种旋转式脉冲发生器，把机械转角变成电脉冲，是种常用的角位移传感器。同时也可作速度检测装置。脉冲编码器的分类与结构脉冲编码器分为光电式接触式和电磁感应式三种。光电式的精度与可靠性都优于其他两种，因此数控机床上只使用光电式脉冲编码器。光电式脉冲编码器的结构如图所示。在个圆盘的圆周上刻有等间距线纹，分为透明和不透明的部分，称为圆光栅。圆光栅与工作轴起旋转。与圆光栅相对，平行放置个固定的扇形薄片，称为指示光栅，上面制有相差节距的两个狭缝辨向狭缝。此外，还有个零位狭缝每转发出个脉冲。脉冲发生器通过十字连接头或键与伺服电动机相连。图光电式脉冲编码器的结构图脉冲编码器输出波形二脉冲编码器的工作原理当圆光栅与工作轴起转动时，光线透过两个光栅的线纹部分，形成明暗相间的条纹。光电元件接受这些明暗相间的光信号，并转换为交替变换的电信号。该电信号为两组近似于正弦波的电流信号和，如图所示。和信号相位相差，经放大和整形变成方形波。通过两个光栅的信号，还有个“每转脉冲”，称为相脉冲，该脉冲也是通过上述处理得来的。脉冲用来产生机床的基准点。后来的脉冲被送到计数器，根据脉冲的数目和频率可测出工作轴的转角及转速。其分辨率取决于圆光栅的圈数和测量线路的细分倍数。三光电脉冲编码器的应用光电脉冲编码器在数控机床上用作位置检测装置，将检测信号反馈给数控系统。其反馈给数控系统有两种方式是适应带加减计数要求的可逆计数器，形成加计数脉冲和减计数脉冲二是适应有计数控制和计数要求的计数器，形成方向控制信号和计数脉冲。脉冲编码器的主要技术参数是机械轴每转过转输出的脉冲个数，简称每转过转输出的脉冲个数，简称每转脉冲数。数控机床伺服系统中常用脉冲编码器有等。在高速，高精度数字伺服系统中，应用高分辨率的脉冲编码器，如,和等，目前已有每转万个脉冲编码器。总结本文在对钢管喷标系统的功能和要达到的性能指标进行研究的基础上，完成了喷标系统的设计。本论文主要做了以下工作对国内外产品的开发现状进行了研究，论证了喷标系统开发的必要性，并进行了方案研究和论证。对喷标系统进行了总体方案设计，具体包括硬件组成工作原理和具体设计方案等。立柱横梁的设计。对喷标系统的立柱横梁进行了详细设计，主要包括齿轮齿条的设计伺服电机的选取，给出了控制系统的特点。根据喷标系统的功能要求，针对系统的硬件特点，对程序进行了模块化设计。对程序的流程,配电原理图进行了详细设计。致谢在指导老师的指导和同学的帮助下，为期学期的毕业设计终于接近尾声。我的这篇毕业论文的完成，首先应当归功于指导老师崔增柱。他无论是在资料整理还是在论文的撰写等各个方面都给予了大量的指导和帮助，令我不但完成了论文，也学到了许多书本上学不到的知识，受益匪浅，特致以深深的感谢。参考文献邱宣怀.机械设计.北京高等教育出版社，龚桂义.机械设计课程设计指导书.北京高等教育出版社,谢铁邦.互换性与技术测量.华中科技大学出版社，周宏甫.机械制造技术基础.北京高等教育出版社，哈尔滨工业大学理论力学教研室.理论力学.高等教