《线材自动卷绕装置控制系统的设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《线材自动卷绕装置控制系统的设计（18页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、.目 录1绪论11.1课题提出与研究意义11.2 线材卷绕系统的发展现状22 线材卷绕系统的特点与应用场合32.1线材自动卷绕系统的特点32.2线材自动卷绕系统的优点32.3 线材自动卷绕系统的应用领域43 线材自动卷绕系统的设计要求53.1 线材自动卷绕系统的控制要求53.2 线材自动卷绕系统中被控对象和元件之间的逻辑控制关系54 PLC控制系统设计原则64.1可编程控制器的简介64.2 PLC 的一般结构64.3 PLC产品一些常见的技术指标64.4 PLC的选用原则74.5 PLC控制系统设计基本的原则74.6 PLC控制系统设计的基本内容84.7 PLC控制系统设计的一般步骤84.8
2、PLC控制系统设计的方法95 线材自动卷绕系统的设备选型95.1 线材自动卷绕系统设计图95.2 PLC的选型105.3 触摸屏的选型105.4 变频器的选型105.5 旋转编码器的选型115.6 步进电动机的选型115.7 步进电机驱动器的选型115.8 其他设备选型126 线材自动卷绕系统的理论设计126.1 线材自动卷绕系统的初步设计126.2 卷绕的进入速度识别126.3 卷绕速度计算136.4 线材卷绕导向部分136.5 卷绕的长度测定146.6 卷绕的误差补偿147 线材自动卷绕系统的程序设计157.1 IO分配157.2 程序设计158 线材自动卷绕系统的触摸屏画面设计248.1
3、 触摸屏画面设计概述248.2 触摸屏画面的设计249 线材自动卷绕系统主轴卷绕部分设计289.1 MMX-440C 变频器与三相异步电动机的链接289.2 变频器的参数设置与接线28总结30参考文献31附录32线材自动卷绕系统设计材料清单32致谢33.1绪论1.1课题提出与研究意义在工业生产中,有时需要对生产出的线材进行卷绕或要将线材卷绕规定的匝数如变压器线圈,缠绕到规定直径的卷轴上。在过去的工业生产过程中,该卷绕系统对线材的长度计量和张紧度把握是通过机械或人力来完成的。这样的卷绕方法效率低下,精度较差。对于卷绕有弹性的线材时容易造成拉伸线材变形或卷绕过松的现象。特别需要注意的是,这类机械的
4、卷绕系统只能适应于一种特定弹性和直径的线材,同时也只能适应特定直径和宽度的卷轴。因此需要对现有非自动卷绕系统进行必要的自动化更新或改造。而线材自动卷绕装置是由PLC进行软件卷绕控制。其线材的进入速度通过旋转编码器测得。线材的直径、卷轴的直径和宽度由触摸屏直接输入。当需要改变卷绕线材或卷轴的参数时。只需通过触摸屏改变相应的参数,免去了机械卷绕系统的机械调试工作。相较其它非自动卷绕系统,由PLC控制的自动卷绕系统成本低廉、操作简便、构造简单、便于维护、精度高、效率高。可以替代现有的工业生产中使用的非自动线材卷绕系统。线材绕系统是一种将线材尤其是有弹性的线材卷绕到规定直径的轴上的机构。它和线材生产机
5、构一同工作。在卷绕过程中,线材生产部分相当于放卷机,卷绕机相当于是收卷机。只有线材生产部分和卷绕机进行同步转动,也就是说只有当放卷机和收卷机的速度保持一致时,才不会对线材造成损害。由于线材生产部分放卷机在转动过程中速度是接近保持不变的,卷绕机在卷绕过程中,收卷直径会越来越大,因此放卷到收卷的传输线速度越来越大,这就需要不断的降低线材卷绕机主轴的卷绕速度以配合放卷的速度。从而达到同步收放的效果。这也是我在设计中的重点和难点我在这次毕业设计中,首先是对卷绕机的机械传动设备和辅助设备进行设计。再对其控制系统提出自己的方案。我对其控制系统所设计的方案是由一台三相异步电动机驱动线材卷绕机主轴转动的速度。
6、由旋转编码器测量线材生产速度既放卷速度,并把检测到的信号传递给可编程控制器PLC,同时,根据线材直径和卷绕长度由Siemens TP-177B触摸屏输入确定卷绕速度和卷绕长度。由可编程控制器PLC通过计算、把结果传递给变频器,再由变频器控制电动机转速。从而达到收放同步的效果。另外根据线材直径,PLC还需要控制步进电动机实现线材卷绕的导向问题。1.2 线材卷绕系统的发展现状线材卷绕系统应用于线材或胶管的生产制造、加工等领域。在该系统发展初期,是通过硬性的机械拖动来完成线材的圈绕动作。此时的圈绕系统动力多由靠变电压调速的直流拖动电机实现卷绕动作。这种卷绕系统的优点是结构简单,操作直观。但是,这种卷
7、绕系统由于机械设计的原因大多只能适应一种线材和单一的卷轴。当需要更换另外直径的线材或其他型号的卷轴时。需要调试甚至更换相应的卷绕机械机构以改变卷绕的线速度。另外还需要改变导向机构。此外,这样线材卷绕系统的卷绕线速度和导向机构的移动速度与移动距离是通过机械结构计算,这样的机械变速机构结构复杂,容易磨损,需要定期的维护,且调试、维护这样的系统需要很高的机械基础,维护成本很高。目前的半自动卷绕系统多使用变频器驱动三相交流异步电动机或使用步进电动机、伺服电动机以实现卷绕的直接、精确控制。此外,线材导向机构也简化了机械部分。直接应用步进电动机或伺服电动机实现精确的导向。控制这些电动机实现卷绕动作的多为单
8、片机或可编程逻辑控制器PLC。在工业生产中,由于生产环境中存在的众多的干扰原。如电机启动,触点的接通、关断,以及电力变流设备对电源的干扰。要求这样的控制设备要具有较强的抗干扰性能。由于PLC具有较强的抗干扰性能和多样的功能。目前,比较成熟的线材卷绕系统多是以PLC作为线材卷绕系统的控制器。卷绕动作由PLC控制相关电机和气动执行元件完成。能十分方便的嵌入到各类生产工业生产线中。日益复杂、精确的工业生产过程要求未来的线材卷绕系统的智能化程度较高。最基本的要求是具有人性化的简便智能操作界面。同时对相应的控制精度、控制稳定性也提出了更高的要求。在要求高速度、高精度、高可靠性、人性化的操作操作界面、具有
9、自主故障判断功能、维修简便的同时。还要使单机价格不断下降、机械结构模块化、可升级、可重构化发展。2线材卷绕系统的特点与应用场合2.1线材自动卷绕系统的特点线材自动卷绕装置是一种将线材尤其是有弹性的线材卷绕到规定直径的轴上的的机构。它和线材生产机构一同工作。在卷绕过程中,线材生产部分相当于放卷机,卷绕机相当于是收卷机。只有线材生产部分和卷绕机进行同步转动,也就是说只有当放卷机和收卷机的速度保持一致时,才不会对线材造成损害。由于线材生产部分放卷机在转动过程中速度是接近保持不变的,卷绕机在卷绕过程中,收卷直径会越来越大,因此在卷绕拖动电机转速不变的情况下,收卷的线速度越来越大,这就需要不断的降低线材
10、卷绕机主轴的卷绕速度以配合放卷的速度。从而达到同步收放的效果。这也是我在设计中的重点和难点我在这次毕业设计中,首先是对卷绕机的机械传动设备和辅助设备进行设计。再对其控制系统提出自己的方案。我对其控制系统所设计的方案是由一台三相异步电动机驱动线材卷绕机主轴转动的速度。由旋转编码器测量线材生产速度既放卷速度,并把检测到的信号传递给可编程控制器PLC,同时,根据线材直径和卷绕长度由Siemens TP-177B触摸屏输入确定卷绕速度和卷绕长度。由可编程控制器PLC通过计算、把结果传递给变频器,再由变频器控制电动机转速。从而达到收放同步的效果。另外根据线材直径,PLC还需要控制步进电动机实现线材卷绕的
11、导向问题。2.2线材自动卷绕系统的优点这样的自动卷绕系统具有如下优点:1.节省了人力资源卷绕工作有线材卷绕系统自动完成控制卷绕。可以作到无人值守。当卷绕到规定长度或系统传感器检测到卷绕故障时,机器停机报警。这时才需要人工完成更换卷轴或进行维修工作。节省人力资源。2.提高了工作效率线材自动卷绕装置相叫较半自动卷绕系统。其卷绕张力控制是由PLC自动控制完成。在出现卷绕误差时也是由PLC自动完成误差补偿。其卷绕动作连续、快速。提高了工作效率。 3.操作简便容易在卷绕生产过程中,操作人员是通过触摸屏操作该自动卷绕系统。省去了机械卷绕系统中需要的机械设备调试。减轻了操作人员的劳动强度。操作界面简单、直观
12、,操作简便、容易。4. 提高了安全性可靠性在该线材自动卷绕系统中。操作人员不必去接触有可能转动的机械部分,只需要通过触摸屏操作卷绕系统。因此提高了该线材卷绕系统的操作安全性。由于省去了部分机械卷绕装置的机械测速、变速部分。简化了该卷绕系统的机械结构,减少了零件总数。提高了设备运转的可靠性。5. 减少了制造与维修成本该线材自动卷绕系统设计结构简单。大部分功能通过PLC的软件实现。简化了生产难度和生产成本。同时,由于结构简单,维修变得更加容易,减少了维修难度与维修成本。2.3 线材自动卷绕系统的应用领域 1、线材生产、加工部门在线材的生产与加工领域,无可避免的就是各种型号的线材要根据不同的需要卷绕
13、在不同大小的卷轴上。特别是弹性线材和热的塑胶线材如热的胶管的卷绕。其对卷绕张力控制要求十分精确。否则会造成线材卷绕的不均匀甚至损坏线材。而一般的半自动机械控制的卷绕系统结构复杂,成本高昂,在卷绕这些线材时需要极其严格的调试和改造。但仍不能满足卷绕的要求。但由PLC控制的线材自动卷绕系统结构简单,调试方便,控制精度高,完全能够满足卷绕这些弹性线材的性能要求。而且操作、维护简便。 2、生产成品需要线材卷绕流程的部门在某些线圈例如变压器的生产过程中。需要对某种线材进行规定长度或规定匝数的精确卷绕。该线材自动卷绕系统能够通过修改触摸屏的卷绕参数就能满足规定的要求。而半自动机械卷绕装置则需要调整甚至修改
14、机械结构改变卷绕的变比。有一定的操作与调试难度。因此,该线材自动卷绕装置能够满足生产成品需要线材卷绕流程的部门进行高精度的线材卷绕要求。3线材自动卷绕系统的设计要求3.1线材自动卷绕系统的控制要求在线材自动卷绕系统的设计中,要求有给定输入速度由旋转编码器实现。应用触摸屏输入线材直径、卷绕长度、卷轴直径和卷轴宽度由线材直径、卷轴宽度和卷轴直径确定卷绕速度。不同的参数在卷绕中线速度不同再参考给定输入速度确定最终的卷绕速度。在系统运行中。应在触摸屏中有相应的监控情况。此外,由于在卷绕过程中存在误差。还应在卷绕中加入张紧度测试。在过松或过紧时,自动调节卷绕速度,并要求在触摸屏中有相应的故障指示。3.2
15、线材自动卷绕系统中被控对象和元件之间的逻辑控制关系给定输入速度的测定：由旋转编码器实现线材参数包括线材直径、卷绕长度：通过用户对触摸屏输入数据实现卷轴参数包括卷轴直径、卷轴宽度：通过用户对触摸屏输入数据实现监控卷绕情况包含已卷绕长度：通过触摸屏显示监控卷绕线材的导向机构：通过步进电动机驱动卷绕主轴的驱动：通过变频器控制的三相异步交流电动机实现卷绕长度和卷绕圈数的测定：通过旋转编码器实现4 PLC控制系统设计原则4.1可编程控制器的简介可编程控制器过去简称PC,为区别于个人计算机,现一般简称PLC。它采用可编程序的存储器,用来存储用户指令,完成确定的逻辑、顺序、定时、计数、运算和一些确定的功能是通过数字或模拟的输入输出,来控制各种类型的机械设备或生产过程。PLC不采用固定接线万式,比继电器控制系统设计周期短、更改容易、接线简单、成本低,而且把计算机的功能和继电器控制系统结合起来,使控制更为容易。同时,它还有简单易学、使用和维护方便、运行稳定可靠及设计周期短的特点。4.2 PLC 的一般结构中央处理器、存储器、输入接口电路、输出接口电路。4.3 PLC产品一些常见的技术指标输入/输出点数 即指PLC外部输入、输出端子数。这是重要的一项技术指标。扫描速度一般以
