横切割机的电气传动系统设计

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1、横切割机的电气传动系统设计摘要横切割机是板材生产中的重要设备，一般由开卷机、飞剪车、切边机、矫直机、风 机与传送台、电气控制柜和操作台等组成。控制系统是横切机的核心部分，控制系统的 先进性决定着产品质量和生产效率的高低，研究设计调速系统则是控制核心。首先分析 了横切机的各部分工作原理，采用 S7-200PLC 小型的可编程控制器实现对调速系统控制 选择了 MM440变频器，了解变频器的参数及其工作原理，学习了变频器的调试方法完 成变频调速，控制电机的启停和正反转，使其能够正常工作。通过控制电机的转速负反 馈来实现调速。采用变频调速系统，共有三套调速装置分别控制开卷机、矫直机和飞剪 电机，经过

2、PLC 的协调，实现高质、高效的生产。通过计算选择合适的电机、驱动转 换器以及制动电阻的尺寸。我们设计的控制方案应该能够有效的提高横切机的工作效率 并且大大提高剪切精度和速度。关键词： 横切机；变频器；调速系统；PLCElectric cross cutter transmission system designsAbstractCross-cutting machine is an important plate production equipment, generally by unwinding, flying shear car, trimming machine, straight

3、ening machine, fan and transfer stations, electrical control cabinet and console components. Control system is the core of cross-cutting machine, the control systems advanced nature determines the product quality and production level of efficiency, the study design speed control system is the contro

4、l center. Firstly, the various parts of the working principle of cross-cutting machine, using a programmable controller for small S7-200PLC of speed control system. Select the MM420 drive, and how it works to understand the parameters of the inverter, learning ways to debug complete VVVF inverter to

5、 control the motor start and stop and reversing, to enable them to work properly. By controlling the motor speed negative feedback to achieve speed. Frequency control system, a total of three speeder control the uncoiler, leveler and shears motor, coordinated PLC, to achieve high-quality, efficient

6、production. By selecting the appropriate calculation of motor, drive converters and braking resistor. We designed the control program should be able to effectively improve the efficiency of cross-cutting machine, and greatly improve cutting accuracy and speed.Keywords: cross-cutting machine; frequen

7、cy converter; speed control system; PLC目录1绪论 11.1 背景 11.2 介绍研究对象 21.3 研究内容 32 横切机系统及其理论研究42.1 横切机各个部分工作原理 42.1.1 开卷部分 42.1.2 切边与卷边部分 52.1.3 矫直机与飞剪 52.1.4 风机和垛板台 62.2横切机的变频调速系统 62.2.1 参数设置 82.2.2 正反转控制 92.3 S7200PLC 的应用112.4 提高控制精度的措施123变频器的选择 133.1变频器的工作原理133.2变频器控制153.3变频器给定频率的计算153.4变频器的基本参数及常规调试方

8、法163.4.1 加减速时间 163.4.2 转矩提升 163.4.3 电子热过载保护 163.4.4 频率限制 173.4.5 偏置频率 173.4.6 电磁干扰问题的解决 174 横切机的驱动 184.1横切机驱动数据184.2电机的选择214.3选择驱动器转换器224.4制动电阻的尺寸22结论 26致谢 27参考文献 2 8附录 A 铝带速度公式 29附录 B MM440 变频器端口接线图 301 绪论1.1 背景在纸板、金属板材加工等工业生产过程中，经常需要对其进行高精度定长切割，而 横切割机就能出色完成这项工作。原材料的硬度、厚度、柔韧度不同的条件影响，一般 横切机设计成为专用机组，

9、并且在结构、执行机构、传动系统及控制设备等方面具有非 常强的针对性。例如有专门为造纸行业设计的纸板纸张横切机，钢铁行业有钢板横切机， 铝行业使用独有的铝带材横剪机组等等。以前的旧式横切机受困于技术，所以比较落后，自动化程度低，并且剪切动作也主 要由人控制，整个生产过程在人工干预的条件下下，无论是生产效率和质量都不高，达 不到要求。横切机通常安装在生产线的末端，它的性能对产品的质量起着决定性的作用，他是 一种十分复杂的的机电设备，为了提高生产效率，国际上横切机的更新换代的速度非常 快，原来的横切机性能不稳定，效率低下，需要人工参与的地方比较多，随着科技的进 步，现在生产的横切割机都具备了很高的自

10、动化程度，生产效率大大提高。但是目前来 说中国的横切机技术还不是特别先进，与国际顶尖水平还有差距，因此，我们要更加努 力研发更先进的横切割机。随着经济的飞速发展，人们对各行业的发展都提出了新的要求，而对于横切机控制 系统来说，也将向着精度高、速度快、操作容易、性能稳定、维护方便、配置简单的方 面发展，这就给横切系统制造厂商提出了新的控制要求朝着专业化设备发展。因此， 高性能的横切系统将随着相应高品质产品的需求而带来更为宽广的应用市场。如今，人们越来越重视产品质量和生产效率，同时计算机控制技术趋于成熟，各种 高性能的横切割机在市场的刺激下迅速发展起来。例如玻璃切割机和钢卷整平横切机等 等，基本都

11、采用了微机控制技术、定长设置技术、速度实时监测的技术、块数设置专业 技术、完善的交直流调速技术和自动计数等功能，剪切速度和精度都达到了较高的水平， 还发展了很多的扩展功能，例如如声光报警和自动装卸等装置。作为工业生产中的重要设备，横切机的剪切精度、剪切速度、自动化程度的高低将 直接影响到生产效率和产品质量，因此须要达到很高的技术。它里面应用了计算机自动 控制、电机调速、人机工程等多种技术，研究价值十分重大。横切机组剪切不同板材时的切割方式也不同。对于低硬度的材料，如纸板等，进行 定常剪切时采用旋转式切刀；而钢质板材的硬度高，这就要求剪刀硬度也要很高，一般 是板材达到一定长度后，传输设备停止运行

12、，然后进行剪切；对硬度适中的材料，如铝 材等，一般都是采用随动剪切，即在板材运动过程中，进行剪切，对于剪切速度有着很 高的要求。此外，针对不同的切割对象，切割时横切机组采用的电气传动方式也不相同，随着 交流调速技术飞速发展，高性能调速系统越来越受欢迎,在高控制性能的工业生产中，通 常采用西门子变频器的调速功能来满足高控制性能要求。横切机的自动控制系统，一般把电气控制线路与 PLC 控制结合起来，这种控制方案， 能提高系统可靠性、降低故障率，使维修方便等优点。 国内的横切机还停留在技术落后、生产工艺较差、效率不高的阶段，还处于工业化的初 期，而美国、日本、欧洲的横切机已经十分先进。我国板材生产总

13、产量的大国，居世界 第二位。增长幅度居世界首位的国家，预计在未来的几年有可能超过美国。但纵观横切 机目前的技术水平，美国领先我们很多。但未来几十年，我们会在这段时间内快速发展， 减小与发达国家的差距。国内制定了该行业的发展目标，即：横切机所在的生产线向机 电一体化、智能化的方向发展；以控制理论和微机技术为先导，引进新的控制技术、加 大自主开发的份额；促进机械技术和自动化技术结合程度，推进板材生产线的一体化进 程，进而加快研发先进的横切机。1.2 介绍研究对象本次主要研究毫米级厚度的铝带材横切机。它是意大利 Gabella Macchine 公司所生 产。实物如图 1.1 所示。该横切机组由开卷

14、机、飞剪车、切边机、矫直机、风机与传送台、电气控制柜、操 作台等组成。系统主要的接触器、继电器以及交流电动机调速装置都装配在电气控制柜 内。此横切机组的调速部分采用了交流调速技术，共有三套调速装置，一套控制开卷部 分的电动机，一套控制矫直电动机，最后一套控制飞剪车电动机，共同在 plc 协调控制 下完成调速工作。图 1.1 意大利 Gabelle Macchine 公司 spezzonatura 横切机1.3 研究内容横切机核心部分就是控制系统，而这次的任务主要是完成对横切机控制部分的设计。 横切机的机械部分相对来说问题比较容易解决，在市场上可以买到各种所需的配件，磨 损老化严重的机械一般更换

15、新的即可。最棘手的还是控制方面的问题，每种横切机之间并不通用，不同厂家有专门属于自 己的硬件与其相应匹配的软件。这就使得横切机的控制系统多种多样，不利于整体统一。 PLC是整个系统的大脑，占据主导地位，在它的指挥下周边设备才能协调工作，共同完 成生产任务。所以，一旦它发生故障问题，横切机就不能完成生产任务，造成很大的经 济损失。而相关的资料寻找起来非常困难，修复损毁的控制部分就会更加困难。通过设计改造后的横切机，各项指标都要优于原来的设备指标，同时也要保证工作 速度和产品质量，能使生产效率有大幅度的提高，为此我们要到现场进行调研和学习相 应的理论研究。本次毕业设计的主要是利用(PLC)来实现对横切机的自动控制，研究设计横切机的 调速系统等。2 横切机系统及其理论研究2.1 横切机各个部分工作原理2.1.1 开卷部分开卷机结构如图2.1所示图2.1 开卷部分示意图电磁阀是开卷部分的主要执行机构，运卷车进行（图中未给出）左移和右移，开卷臂的上升、下降，铝带的卷筒支架进行左移、右移，动作装置包括开卷电机和开卷臂电机。在转滚下方有运卷车轨道，铝带卷筒由运卷车运至转滚处，由吊车配合装到转滚上。 通过控制按钮，开卷臂可上升或下降，使小转滚压紧铝带卷筒，开卷臂原动力由液压站 提供1。在开卷臂上有一开卷臂电机，此电机带动小转滚转动，用以协助铝带卷筒开卷。由交流调速装置对开卷电机