畢業(yè)設(shè)計(jì)-基于plc及變頻器的印刷機(jī)控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)-文庫(kù)吧
2024-11-13 19:19 本頁(yè)面
【正文】 0 的自由口模式 ................................................ 13 三菱變頻器專(zhuān)用協(xié)議 ................................................. 13 PLC 與變頻器的連接 ................................................. 13 程序設(shè)計(jì) ........................................................... 14 基于 PLC及變頻器的印刷機(jī)控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 結(jié)束語(yǔ) ................................................................... 15 參考文獻(xiàn) ................................................................. 16 致謝 ..................................................................... 17 基于 PLC及變頻器的印刷機(jī)控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 1 1 引言 課題背景 隨著人們物質(zhì)文化生活水平的提高和消費(fèi)觀念的改變，國(guó)內(nèi)包裝市場(chǎng)近十年來(lái)每年以 20％以上的速度增長(zhǎng)，而且印刷的質(zhì)量和品位也在不斷的提高。而凹版印刷作為一種重要的印刷方法，在國(guó)外一直有著穩(wěn)定的發(fā)展。近十多年來(lái)，隨著新技術(shù)、新材料的不斷出現(xiàn)，特別是包裝、裝潢和建材工業(yè)的發(fā)展，給凹版印刷技術(shù)帶來(lái)更為廣闊的發(fā)展前景。 上個(gè)世紀(jì) 70年代以來(lái)，凹版印刷機(jī)的發(fā)展經(jīng)歷了幾個(gè)發(fā)展階段。無(wú)論在生產(chǎn)率方面還是在操作自動(dòng)化方面，都在不斷地提 高和改進(jìn)。體現(xiàn)在張力控制方面表現(xiàn)為經(jīng)歷了磁粉張力系統(tǒng) — 交流變頻調(diào)速控制系統(tǒng) — 伺服電機(jī)無(wú)軸控制系統(tǒng)幾個(gè)發(fā)展階段。而在我國(guó)，變頻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)才起步不久，印刷水平相對(duì)比較落后，與世界先進(jìn)的印刷技術(shù)還有一定的差距。 課題的研究目的和內(nèi)容 凹版印刷機(jī)是一個(gè)復(fù)雜的控制對(duì)象，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面，一是它各環(huán)節(jié)之間耦合強(qiáng)，常常是一個(gè)環(huán)節(jié)張力發(fā)生波動(dòng)，對(duì)其他環(huán)節(jié)的張力也會(huì)造成影響；二是時(shí)變性，即對(duì)象隨著時(shí)間的推移不斷變化，主要表現(xiàn)在收放料卷徑的不斷變化，這給選擇控制器造成了很大的難度；三是不確定性，例如，機(jī)械的安裝精度 和料卷的偏心等?；谝陨先N原因，凹版印刷機(jī)控制起來(lái)非常復(fù)雜。 本課題的主要工作如下： 本課題以交流變頻驅(qū)動(dòng)的凹版印刷機(jī)及其張力控制系統(tǒng)為研究對(duì)象，推導(dǎo)了擺輥檢測(cè)系統(tǒng)模型，迸一步完善了料卷轉(zhuǎn)徑和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和實(shí)時(shí)擾動(dòng)模型。在上述模型的基礎(chǔ)上，針對(duì)目前已在使用的七電機(jī)控制系統(tǒng)，改進(jìn)現(xiàn)有 PLC程序，設(shè)計(jì)整個(gè)系統(tǒng)的控制程序；同時(shí)，利用 PLC與變頻器的 RS485通信接口，開(kāi)發(fā)出 PLC與變頻器自由口通信協(xié)議，克服由于使用擴(kuò)展通信模塊而帶來(lái)的系統(tǒng)響應(yīng)速度慢的缺點(diǎn)，以求達(dá)到更加快速、穩(wěn)定的張力控制效果。 2 印刷機(jī)控制系統(tǒng)的 總體方案設(shè)計(jì) 七電機(jī)張力控制系統(tǒng) 凹印機(jī)控制系統(tǒng)主要是由 PLC與七臺(tái)變頻器（分別控制兩臺(tái)放卷、兩臺(tái)收卷電機(jī)以及主電機(jī)、入料牽引、出料牽引電機(jī)各一臺(tái)）組成的，簡(jiǎn)稱(chēng)為七電機(jī)控制方式。在控制工程中使用了 PC機(jī)或者高端的 PLC作為上位機(jī)，以一臺(tái)或多臺(tái) PLC作為下位機(jī)，每臺(tái)下基于 PLC及變頻器的印刷機(jī)控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 2 位機(jī)通過(guò)可編程擴(kuò)展模塊與若干臺(tái)智能設(shè)備 (包括變頻器 )進(jìn)行通信，從而實(shí)現(xiàn)分布式控制，可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制功能。 目前處于領(lǐng)先地位的控制系統(tǒng)使用單臺(tái) PLC，通過(guò)數(shù)字量輸出控制七個(gè)變頻器的啟動(dòng)及停止，通過(guò)模擬量輸出擴(kuò)展模塊 EM232調(diào)整變頻器的運(yùn) 轉(zhuǎn)速度指令。這樣大大節(jié)省了 PLC通信網(wǎng)絡(luò)的成本，但是 PLC的 I/O點(diǎn)數(shù)是有限制的，使用擴(kuò)展模塊控制變頻器影響了整機(jī)的功能擴(kuò)展并且由于模塊的 A/D轉(zhuǎn)換影響系統(tǒng)的運(yùn)行速度。 PLC控制變頻調(diào)速系統(tǒng) 隨著電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)和現(xiàn)代控制理論的快速發(fā)展，交流變頻技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用到工業(yè)生產(chǎn)中。利用變頻器對(duì)交流電動(dòng)機(jī)進(jìn)行調(diào)速控制的張力系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)大范圍內(nèi)高效連續(xù)調(diào)速控制，容易實(shí)現(xiàn)放卷、收卷方向的正反轉(zhuǎn)切換，在不停機(jī)換軸時(shí)減少由于張力波動(dòng)產(chǎn)生的廢料等。在進(jìn)行調(diào)速控制時(shí)，可以通過(guò)控制變頻器的輸出頻率使電動(dòng)機(jī)工作 在轉(zhuǎn)差率較小的范圍，電動(dòng)機(jī)的調(diào)速范圍較寬，并可以達(dá)到提高運(yùn)行效率的目的。 由 PLC和變頻器及其電機(jī)組成的印刷機(jī)控制系統(tǒng)，通過(guò)控制驅(qū)動(dòng)印刷版筒的主電機(jī)以及放卷、入料牽引、出料牽引、收卷各個(gè)電機(jī)的線速度同步來(lái)達(dá)到張力穩(wěn)定，具有響應(yīng)快速的特點(diǎn)，并且可以提供良好的設(shè)定功能，以滿足各種材料的工藝特性。 系統(tǒng)組成方案 整機(jī)控制采用西門(mén)子 S7— 200系列 PLC、三菱變頻器 F700，以及浮動(dòng)輥上的旋轉(zhuǎn)電位器組成的閉環(huán)控制系統(tǒng)。浮動(dòng)輥上的電位器檢測(cè)當(dāng)前浮動(dòng)輥位置，亦即張力狀況，以模擬電壓信號(hào)反饋給 PLC； PLC根據(jù)任 務(wù)要求及自身程序，計(jì)算出相應(yīng)輸出，通過(guò)自由 圖 1 張力系統(tǒng)示意圖 基于 PLC及變頻器的印刷機(jī)控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 3 口通信讀取變頻器工作狀態(tài)，并向變頻器發(fā)出指令，保證各個(gè)電機(jī)工作在同步狀態(tài)，使張力保持穩(wěn)定。 張力系統(tǒng)示意圖 如圖 1所示，整機(jī)張力實(shí)際上分為四段張力：放卷、入料至印刷、印刷至出料、收卷。 PLC是整個(gè)系統(tǒng)的核心部分。系統(tǒng)中主要執(zhí)行元件的動(dòng)作均由 PLC的輸出點(diǎn)控制， PLC根據(jù)設(shè)計(jì)要求，時(shí)刻調(diào)整輸出指令。 變頻器的工作原理如圖 2所示，將動(dòng)力電源經(jīng)過(guò)三相全波整流、直流平滑以后，通過(guò) PWM(脈寬調(diào)制 )方式對(duì)逆變電路得 半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件進(jìn)行開(kāi)閉，并通過(guò)調(diào)整輸出脈沖的寬度，將平滑電路輸出的直流電源轉(zhuǎn)換為頻率和電壓都任意可調(diào)的交流電源，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速控制。 圖 2 變頻器的結(jié)構(gòu)框圖 系統(tǒng)通電以后， PLC即開(kāi)始掃描各個(gè)輸入點(diǎn)的狀態(tài)，以及檢查通信口是否可用。當(dāng)連接至 PLC的開(kāi)關(guān)量輸入端的“啟動(dòng)”、“加速”等按鈕依次動(dòng)作以后， PLC根據(jù)用戶(hù)編寫(xiě)的程序，向變頻器發(fā)送指令。在 PLC發(fā)送的數(shù)據(jù)包中，速度指令對(duì)應(yīng)著變頻器的模擬量速度指令輸入，變頻器正是根據(jù)這個(gè)指令來(lái)調(diào)整 PWM控制 電路的輸出。 當(dāng)工作環(huán)境發(fā)生變化 (如材料松緊程度、機(jī)器運(yùn)行速度、收放卷的直徑大小等 )，張力隨即改變，浮動(dòng)輥的位置也發(fā)生變化，浮輥電位器反饋給 PLC的電壓隨之改變， PLC的 PID控制器將調(diào)整輸出指令，變頻器也就控制電機(jī)做出相應(yīng)的加減速動(dòng)作，以恢復(fù)張力的平穩(wěn)。 3 張力控制分析 凹印機(jī)各個(gè)部分的工作過(guò)程 放卷部分 放卷部分主要由放卷回轉(zhuǎn)架組成。 放卷回轉(zhuǎn)架簡(jiǎn)化示意圖如圖 3所示，它由可以在垂直平面自由轉(zhuǎn)動(dòng)的兩個(gè)裝料軸組成。放卷部分有自己的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，通過(guò)調(diào)整放卷電機(jī)輸出頻率，可以使放卷的料膜達(dá)到期望的速度 。 整流電路 直流中間電路 逆變電路 控制電路 交流電 頻率或電壓可調(diào)的交流電 基于 PLC及變頻器的印刷機(jī)
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