【正文】 0 的自由口模式 ................................................ 13 三菱變頻器專用協(xié)議 ................................................. 13 PLC 與變頻器的連接 ................................................. 13 程序設計 ........................................................... 14 基于 PLC及變頻器的印刷機控制系統(tǒng)的硬件設計 結束語 ................................................................... 15 參考文獻 ................................................................. 16 致謝 ..................................................................... 17 基于 PLC及變頻器的印刷機控制系統(tǒng)的硬件設計 1 1 引言 課題背景 隨著人們物質文化生活水平的提高和消費觀念的改變，國內(nèi)包裝市場近十年來每年以 20％以上的速度增長，而且印刷的質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，在國外一直有著穩(wěn)定的發(fā)展。近十多年來，隨著新技術、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，給凹版印刷技術帶來更為廣闊的發(fā)展前景。 上個世紀 70年代以來，凹版印刷機的發(fā)展經(jīng)歷了幾個發(fā)展階段。無論在生產(chǎn)率方面還是在操作自動化方面，都在不斷地提 高和改進。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) — 伺服電機無軸控制系統(tǒng)幾個發(fā)展階段。而在我國，變頻驅動系統(tǒng)才起步不久，印刷水平相對比較落后，與世界先進的印刷技術還有一定的差距。 課題的研究目的和內(nèi)容 凹版印刷機是一個復雜的控制對象，主要表現(xiàn)在以下幾個方面，一是它各環(huán)節(jié)之間耦合強，常常是一個環(huán)節(jié)張力發(fā)生波動，對其他環(huán)節(jié)的張力也會造成影響；二是時變性，即對象隨著時間的推移不斷變化，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，機械的安裝精度 和料卷的偏心等?；谝陨先N原因，凹版印刷機控制起來非常復雜。 本課題的主要工作如下： 本課題以交流變頻驅動的凹版印刷機及其張力控制系統(tǒng)為研究對象，推導了擺輥檢測系統(tǒng)模型，迸一步完善了料卷轉徑和轉動慣量和實時擾動模型。在上述模型的基礎上，針對目前已在使用的七電機控制系統(tǒng)，改進現(xiàn)有 PLC程序，設計整個系統(tǒng)的控制程序；同時，利用 PLC與變頻器的 RS485通信接口，開發(fā)出 PLC與變頻器自由口通信協(xié)議，克服由于使用擴展通信模塊而帶來的系統(tǒng)響應速度慢的缺點，以求達到更加快速、穩(wěn)定的張力控制效果。 2 印刷機控制系統(tǒng)的 總體方案設計 七電機張力控制系統(tǒng) 凹印機控制系統(tǒng)主要是由 PLC與七臺變頻器（分別控制兩臺放卷、兩臺收卷電機以及主電機、入料牽引、出料牽引電機各一臺）組成的，簡稱為七電機控制方式。在控制工程中使用了 PC機或者高端的 PLC作為上位機，以一臺或多臺 PLC作為下位機，每臺下基于 PLC及變頻器的印刷機控制系統(tǒng)的硬件設計 2 位機通過可編程擴展模塊與若干臺智能設備 (包括變頻器 )進行通信，從而實現(xiàn)分布式控制，可以實現(xiàn)復雜的控制功能。 目前處于領先地位的控制系統(tǒng)使用單臺 PLC，通過數(shù)字量輸出控制七個變頻器的啟動及停止，通過模擬量輸出擴展模塊 EM232調(diào)整變頻器的運 轉速度指令。這樣大大節(jié)省了 PLC通信網(wǎng)絡的成本，但是 PLC的 I/O點數(shù)是有限制的，使用擴展模塊控制變頻器影響了整機的功能擴展并且由于模塊的 A/D轉換影響系統(tǒng)的運行速度。 PLC控制變頻調(diào)速系統(tǒng) 隨著電力電子技術、微電子技術和現(xiàn)代控制理論的快速發(fā)展，交流變頻技術已經(jīng)廣泛應用到工業(yè)生產(chǎn)中。利用變頻器對交流電動機進行調(diào)速控制的張力系統(tǒng)，可以實現(xiàn)大范圍內(nèi)高效連續(xù)調(diào)速控制，容易實現(xiàn)放卷、收卷方向的正反轉切換，在不停機換軸時減少由于張力波動產(chǎn)生的廢料等。在進行調(diào)速控制時，可以通過控制變頻器的輸出頻率使電動機工作 在轉差率較小的范圍，電動機的調(diào)速范圍較寬，并可以達到提高運行效率的目的。 由 PLC和變頻器及其電機組成的印刷機控制系統(tǒng)，通過控制驅動印刷版筒的主電機以及放卷、入料牽引、出料牽引、收卷各個電機的線速度同步來達到張力穩(wěn)定，具有響應快速的特點，并且可以提供良好的設定功能，以滿足各種材料的工藝特性。 系統(tǒng)組成方案 整機控制采用西門子 S7— 200系列 PLC、三菱變頻器 F700，以及浮動輥上的旋轉電位器組成的閉環(huán)控制系統(tǒng)。浮動輥上的電位器檢測當前浮動輥位置，亦即張力狀況，以模擬電壓信號反饋給 PLC； PLC根據(jù)任 務要求及自身程序，計算出相應輸出，通過自由 圖 1 張力系統(tǒng)示意圖 基于 PLC及變頻器的印刷機控制系統(tǒng)的硬件設計 3 口通信讀取變頻器工作狀態(tài)，并向變頻器發(fā)出指令，保證各個電機工作在同步狀態(tài)，使張力保持穩(wěn)定。 張力系統(tǒng)示意圖 如圖 1所示，整機張力實際上分為四段張力：放卷、入料至印刷、印刷至出料、收卷。 PLC是整個系統(tǒng)的核心部分。系統(tǒng)中主要執(zhí)行元件的動作均由 PLC的輸出點控制， PLC根據(jù)設計要求，時刻調(diào)整輸出指令。 變頻器的工作原理如圖 2所示，將動力電源經(jīng)過三相全波整流、直流平滑以后，通過 PWM(脈寬調(diào)制 )方式對逆變電路得 半導體開關元件進行開閉，并通過調(diào)整輸出脈沖的寬度，將平滑電路輸出的直流電源轉換為頻率和電壓都任意可調(diào)的交流電源，來實現(xiàn)對異步電動機的調(diào)速控制。 圖 2 變頻器的結構框圖 系統(tǒng)通電以后， PLC即開始掃描各個輸入點的狀態(tài)，以及檢查通信口是否可用。當連接至 PLC的開關量輸入端的“啟動”、“加速”等按鈕依次動作以后， PLC根據(jù)用戶編寫的程序，向變頻器發(fā)送指令。在 PLC發(fā)送的數(shù)據(jù)包中，速度指令對應著變頻器的模擬量速度指令輸入，變頻器正是根據(jù)這個指令來調(diào)整 PWM控制 電路的輸出。 當工作環(huán)境發(fā)生變化 (如材料松緊程度、機器運行速度、收放卷的直徑大小等 )，張力隨即改變，浮動輥的位置也發(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做出相應的加減速動作，以恢復張力的平穩(wěn)。 3 張力控制分析 凹印機各個部分的工作過程 放卷部分 放卷部分主要由放卷回轉架組成。 放卷回轉架簡化示意圖如圖 3所示，它由可以在垂直平面自由轉動的兩個裝料軸組成。放卷部分有自己的傳動機構，通過調(diào)整放卷電機輸出頻率，可以使放卷的料膜達到期望的速度 。 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