《利用plc实现恒线速卷绕修改完.》由会员分享，可在线阅读，更多相关《利用plc实现恒线速卷绕修改完.（33页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、题目: PLC实现恒线速卷绕系统设计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。它要求系统能连续地控制料带再设备上运行时的张力，并且要在规定的速度范围内能有效控制，包括加速、减速及匀速运行。工业生产上常采用闭环张力控制系统，由张力传感器直接检测料带的实际张力值，然后把张力值转换成张力信号反馈给张力控制器，通过与预先设定的张力值进行比较，计算出控制信号，自动控制执行单元即使实际张力值与给定张力值相等，从而达到张力稳定的目的。 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，
2、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；恒线速；PLC目录第一章 收、放卷张力控制应用概述41.1行业应用41.2收、放卷张力控制分类41.3卷取方式分类比较51. 4分设计选用51.4.1放卷方式的选用51.4.2收卷
3、方式的选用6第二章 卷绕系统设计概况72.1系统简介72.2系统构成及原理82.3系统技术指标92.4 FX2N-4DA详细说明92.5 系统设计原则10第三章 系统主要部件设计123.1张力控制系统设计123.1.1放卷张力控制123.1.2收卷张力控制133.2 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173.4.2 收卷纠偏17第四章 卷绕系统电气设计194.1 电气原理图设计194.2 PLC发展史224.3 PLC的概念及特点224.3.1 PLC的概念224.3.2 PLC的特点234.4 PLC的基本结构234.5 PLC的工作原理254.6
4、PLC的性能指标254.7 PLC程序设计264.8组态软件设计28第五章 设计小结29参考文献30附录31致谢33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、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
5、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
6、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
7、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、
8、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
9、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 卷绕系统设计概况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
10、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，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
11、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2-2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
12、，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
13、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： 0.51mm6、生产线的功率： 6.5kw2.4 FX2N-4DA详细说明三菱FX2N-4DA是一款模拟量模块。首先给大家介绍一下模拟量模块的工作原理。模拟量模块是将压力、液位、温度等信号转化为 1-5V，4-20mA（也有别的信号的，如0-10V，0-5V等）然后交给PLC进行处理的。PLC是不知道具体电压或者电流信号的
14、大小的。所以，我们要用一个数字来表示它的大小，然后告诉PLC，PLC才能知道输入的电压、电流信号具体有多大。数字量输入输出信号就是开关量信号，1或者0。模拟量信号有2种，电压或者电流信号 ，一般是变送器传过来的信号，比如用压力变送器检测水管压力，它会输出一个模拟信号4-20ma或者0-10V的信号给PLC，PLC来进行数据处理。 举个例子来说，我们现在测到温度是20度（量程0-50度，输出范围是1-5V），此时温度传感器产生的电压值是 (5-1)*20/50=1.6V（仪表特性必须是线性的才可以这么算）。PLC的模拟量输入模块收到1.6V的输入后，会将其转变成一个数字量。例如，我们用的模拟量输
15、入模块的分辨率是 0-4000对应1-5V的。那么，2.0V 就应该对应 (4000-0)/(5-1)*1.6=1600。就是说，PLC在读到模拟量输入模块给它的数字1600之后它就能知道，从温度传感器感应到的温度是20度。在上面例子中，传感器的量程和输出范围是由传感器来决定的。而模拟量输入模块的分辨率是由模拟量模块决定的。模拟量输出模块的作用刚好和输入模块相反，它是将数字信息转化成 1-5V、4-20mA时用的。FX2N-4DA参数：项目输出电压输出电流模拟量输出范围：DC-10至10V 外部负载电阻2千欧到1兆欧：0至20mA 外部负载电阻：500欧 数字输出带符号的16位2进制 对数值有效位：11位和符号位（1位） 分辨率5mV(10V1/2000)20mA20mA1/10
