毕业设计卷绕生产线的设计.doc
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1、 中文摘要卷绕系统是一种常用的控制系统,广泛应用于塑料收卷、钢铁、包装、造纸、印刷、染织等生产过程中。本设计介绍了一种常见的卷绕生产线计算机控制系统,阐述了系统的构成、主要功能和实现方法。该生产线系统具有性能稳定可靠,操作简单,维修方便,应用领域广等特点。本系统主要以PLC为控制核心,组态软件作为监控层,对系统的信号进行采集和控制。放卷采用磁粉离合器的被动放卷张力控制方式,主牵引采用三菱FR-A540-1.5K变频器控制交流电动机进行牵引驱动,收卷采用常州宏大HVSG三相直流可控硅调速装置驱动直流电机进行主动收卷张力控制方式。在放卷和收卷中均使用三菱LE-40MTA-E张力控制器产品对张力进行
2、检测和控制。在生产运行过程中为了防止产品在卷绕过程中产生偏移,放卷时利用气动液压自动纠偏装置,收卷时应用光电纠偏装置对其进行调整。这样使得生产工艺更完善,产品质量更好。关键字:卷绕系统、张力控制、纠偏装置、组态软件 ABSTRACT The winding system is one kind of commonly used control system, widely applies in the plastic receives production processes and so on the volume, steel and iron, packing, papermaking,
3、 printing, dyeing and weaving. This design introduced one kind of common coiling production line computer control system, elaborated systems constitution, the major function and realize the method. This production line system has the stable property to be reliable, the simplicity of operator, the se
4、rvice is convenient, application domain broad and so on characteristics. This system mainly take PLC as the control core, the configuration software takes the monitoring level, carries on gathering and the control to systems signal. Puts the volume to use the magnetic powder coupling to put the volu
5、me tensity control mode passively, advocates the hauling to use the Mitsubishi FR-A540-1.5K frequency changer control motor to carry on the hauling actuation, receives the volume to use Changzhou great HVS-G three-phase cocurrent silicon-controlled rectifier speeder actuation direct current machine
6、to carry on receives the volume tensity control mode on own initiative. In puts the volume and receives in the volume to use the Mitsubishi LE-40MTA-E tensity controller product to carry on the examination and the control to the tensity. In production movement process to prevent the product to have
7、the displacement in the coiling process, puts when the volume uses the air operated - hydraulic pressure to correct an error to install, receives when the volume the application electro-optic automatically corrects an error to install makes the adjustment to it. Like this causes the technique of pro
8、duction to be more perfect, the product quality is better.Keywords: The winding system、The tensity control、Corrects an error to install、 The configuration software 目 录文摘要1ABSTRACT2目 录3第一章 收、放卷张力控制应用概述51.1行业应用51.2收、放卷张力控制分类51.3卷取方式分类比较61. 4分设计选用61.4.1放卷方式的选用61.4.2收卷方式的选用7第二章 自动卷绕生产线设计概况82.1系统简介82.2系统
9、构成及原理92.3系统技术指标102.4 系统设计原则10第三章 系统主要部件设计113.1张力控制系统设计113.1.1放卷张力控制113.1.2收卷张力控制123.2 主牵引设计143.3收卷驱动设计153.4 纠偏装置设计163.4.1放卷纠偏163.4.2 收卷纠偏17第四章 生产线电气设计184.1 电气原理图设计184.2 PLC程序设计214.3 组态软件设计22第五章 设计小结24参考文献25附录26致谢28第一章 收、放卷张力控制应用概述1.1行业应用在工业生产的很多行业,都要卷绕生产线对物料进行放卷,加工,收卷,其中放卷和收卷时要保持张力的恒定,以提高产品的质量。诸如造纸、
10、印刷印染、包装、电线电缆、纺织、皮革、金属箔加工、纤维、橡胶、冶金等行业都被广泛应用。在变频技术还没有成熟以前,通常采用直流控制,以获得良好的控制性能。随着变频技术的日趋成熟,出现了矢量控制变频器、张力控制专用变频器等一些高性能的变频器。其控制性能已能和直流控制性能相媲美。由于交流电动机的结构、性价比、使用、维护等很多方面都优于直流电动机,矢量变频控制正在这些行业被越来越广泛的应用,有取代直流控制的趋势。张力控制,就是要控制卷取物体时保持物体相互拉长或者绷紧的力。早期的工业应用中,张力控制并未引起人们足够的重视。直到人们对卷取材料的质量和表面质量提出越来越严格要求的时候,张力控制技术才逐渐被各
11、国电气工程师重视起来,特别是张力应用最广泛的纤维、造纸、塑料薄膜、电线、印刷品、磁带等轻工业中,带材或线材的收放卷张力对产品的质量起着至关重要的作用。在许多包装机械设备上,如分切机、印刷机、复合机等在卷材的生产加工过程中,即在收卷和放卷的过程中,卷筒直径是变化的,直径的变化会引起卷材张力的变化,张力太小,卷材容易松弛产生向漂移:张力太大,则又会导致卷材表面起皱甚至断裂。因而在收卷和放卷的过程中,为保证生产的质量及效率,保持恒定的张力是很重要的。 1.2收、放卷张力控制分类放卷出的物料通过主牵引引出后不可能自行卷取,所以收卷都是主动收卷。它和主动放卷方式分法大体相同,可分为:动力+阻尼直流电机力
12、矩电机交流电机伺服电机放卷轴上无主动力,它的动作要靠其他设备牵引,这样的方式叫被动放卷。放卷轴上自身提供动力,它的动作不需要其它设备牵引,这样的方式叫做主动放卷。一、按被动放卷方式分磁粉离合器气动抱闸二、按主动放卷方式分直流电机交流电机力矩电机伺服电机其中力矩电机又可以分为直流力矩电机和交流力矩电机 1.3卷取方式分类比较1、直流电机 具有调速范围广,调速特性平滑,过载能力较强,起动和制动转矩也较大。通过改变输入电压就可以改变电动机的转速,因此可以用降低电压的方法获得较低的转速;但同步性能不怎么好,响应慢。2、力矩电机 力矩电机具有低转速、大扭矩、过载能力强、响应快、特性线性度好、力矩波动小等
13、机械特性;但张力控制不稳定,线性不好。3、交流电机 用交流电机变频调速取代直流电机调压调速,借助松紧架实现织物张力恒定和线速度一致,故障率低、同步性能好;但致命缺点是起动冲击大,会对电网及设备造成不利影响。4、伺服电机 具有自动调整、高速高响应、低振动等优点;但伺服电动机控制成本高,不易推广。5、气动抱闸 成本低、转矩大,过载能力强;但具有较大的冲击力,需单独连接气源。1. 4分设计选用1.4.1放卷方式的选用磁粉离合器是利用电磁效应下的磁粉来传递转矩的,具有激磁电流和传递转矩基成线性关系、响应速度快、结构简单、无冲击、无振动、无噪音、无污染等优点,是一种多用途性能优越的自动控制元件。应用示意
14、图(用于张力控制)如图1-1所示。图1-1应用示意图放卷的张力由放卷装置中的磁粉离合器的制动转矩控制,随着卷绕物的卷径的不断减小必须不断减小制动转矩,图中用张力检测器来检测卷绕物的张力,由张力控制仪自动控制磁粉离合器的转矩,使张力恒定。当激磁电流保持不变时,转矩将会稳定的传递,不受滑差的影响。因此,只要控制电流,即能控制转矩的大小。可用很小的激磁电流控制很大的传递功率。在转矩超载情况下,自动滑差运行起到过载保护作用。所以,本设计选用磁粉离合器的被动防卷方式。1.4.2收卷方式的选用根据电机转矩的变化与卷材卷径成正比的原理来实现恒张力控制。可以不需要磁粉制动器/磁粉离合器,直接通过张力控制仪及张
15、力传感器调节直流调速器控制直流电机,就可以实现恒张力控制。在保证设计要求的条件下,具有经济、可靠、运行平稳、负载能力强、维修成本低的特点。故本设计采用经济实用的直流电机收卷方式。第二章 自动卷绕生产线设计概况2.1系统简介本系统为计算机控制的收放卷生产线系统,该系统由机械装置、PC机、PLC、张力控制器、变频器、直流调速机、纠偏控制器等组成。可以通过自动操作和手动操作控制生产线的运行。系统的侧视图和俯视图如下图2-1所示。图2-1侧视图和俯视图2.2系统构成及原理卷绕系统是一种常用的控制系统,广泛应用于造纸,印刷,染织等生产过程中。本系统运用PLC为控制核心,PLC不仅具有较强的开关处理能力,
16、还具有模拟量处理能力。但PLC本身的监控能力较差,将计算机与PLC结合使用,既可以充分利用计算机强大的人机对话功能,提高PLC的控制能力和范围,又可以简化控制系统的结构。同时PLC具有体积小,编程简单,抗干扰能力强的优点。卷绕生产线系统由一台交流电机和一台直流电机驱动,交流电机转速由变频器控制,为了控制前后张力,采用放卷张力控制器和收卷张力控制器各一台,放卷张力控制器控制磁粉离合器,从而调节放卷辊的转速。收卷张力控制器控制直流电机的转速,当交流电动机转速增加时,前后张力控制器分别控制磁粉离合器和直流电动机,使前后张力趋于平衡。为防止所卷产品纵向偏移,在前后各安装气动纠偏装置和光电纠偏装置。图2
17、-2为系统原理图。图2-2系统原理图根据系统的功能要求,我们采用三菱公司FX2N-64MR、FX2N-4DA、FX2N-4AD分别作为下位机、数模转换模块、模数转换模块。PLC是本系统的核心,负责现场信号采集和处理,对于各种开关量来说,较简单的控制采用PLC直接驱动,对于功率较大和复杂的控制,则由PLC与控制器一起来控制,整个系统可以采用自动控制和手动控制两种工作方式。检测信号由变送器送入PLC的A/D模块,参数设定值通过D/A送入目标控制器,控制变频器和张力控制器的给定值,达到控制张力和电动机转速的目的。A/D,D/A模块均是4通道模块,4个A/D通道用来转换交、直流电动机的转速及放卷辊与收
18、卷辊的半径,变送器把转速和卷径信号送入A/D,再从上位机上读出。4个D/A通道用来把上位机设定的交、直流电动机及前后张力控制器的参数设定值转换成控制信号,分别控制转速和张力。上位机采用组态王6.5作为生产线的监控层,用可视化界面,实时动态的显示生产线各个环节的工作状态,并可配打印进行瞬时和定时报表打印,还可在设备出现故障或被控量超出控制范围时发出声光报警,对现场生产过程进行适时监控和操作。2.3系统技术指标生产线的相关技术指标1、生产线的最大线速度: 30m/min2、生产线的最小卷径: 100mm3、生产线的最大卷径: 500mm4、生产线的张力精度: 0.21kg5、生产线的纠偏精度: 0
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