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畢業(yè)設(shè)計-切紙機交流伺服傳動系統(tǒng)軟件設(shè)計-wenkub

2022-12-14 19:25:10 本頁面
 

【正文】 制。 PLC 與變頻器之間采用 RS485 通訊方式 。 方案確定 通過以上分析可以得出,采用變頻傳動控制的技術(shù)方案不能滿足切紙機控制的要求,應(yīng)該采用交流伺服傳動的技術(shù)方案。需要注意的是,送紙輥精度的分析是在單純變頻控制時的精度分析。 。由式 27可以看出,切紙精度與切紙長度 L、切刀傳動絕對誤差成正比,與工作速度 V成反比。 變頻調(diào)速方案分析 目前,市場上一般高性能的矢量變頻器說明書上都標(biāo)有編碼器閉環(huán)穩(wěn)態(tài)精度為%,編碼器閉環(huán)動態(tài)精度為 %。一般間距控制范圍在 10%~ 30%之間。為了保證紙垛的良好形態(tài),紙張速度要適中速度變化小,所以要求 2傳送帶在車速低時速度大于車速,當(dāng)速度高時要求速度低,紙頁就會重疊打結(jié)。根據(jù)式 28 可以得出 kL??? ( 29) 切紙絕對誤差 L? 不變,傳動系統(tǒng)的速度比例控制精度是在切長 L 為最小值時要求最高,若 △ L =,L=1300mm, 則切紙機控制要求要達到 ﹪ 。如 ABB 變頻器采用通訊給定的精度為 1/10000,那么這就是切紙刀的速度控制給定精度。 ( 1)送紙輥機械減速比設(shè)計 設(shè)切紙機工作最大車速為 Vmax m/ min,舒展輥、 1送紙輥、 2送紙輥要求與車速同步,所以最大工作速度就是最大車速 Vmax。當(dāng)切紙紙機運行過程中出現(xiàn)意外事故,威脅到設(shè)備安全及人身安全時才可使用。 本系統(tǒng)的控制采用 PLC 全數(shù)字速度鏈控制,在控制現(xiàn)場設(shè)置 OP 操作臺對 8 個傳動點進行控制,由 PLC 對這些操作信號進行處理,并把各傳動點的信號發(fā)送給對應(yīng)的變頻器和伺服單元去執(zhí)行 ,可以對各傳動點實現(xiàn)全部控制功能。 缺點是: a、 操作不便,調(diào)整車速時不易掌握調(diào)整量的大?。?b、 易干擾,在車間里由于各種干擾源的存在,模擬量的傳送易受干擾,影響系統(tǒng)精度。 切紙機的速度鏈控制工作原理為: 在 切 紙機 分布式 傳動中,由于各相鄰傳動點之間切紙機交流伺服傳動系統(tǒng)軟件設(shè)計 5 的速度應(yīng)保持一定的比例,且在車速調(diào)整過程中,應(yīng)滿足只影響本級和本級以后的各傳動點,而不影響前面各傳動的速度,這樣每傳動點在前一級的基礎(chǔ)上可以調(diào)整并把速度信號傳送給下一級形成一個鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu),即為速度鏈。為方便控制,在操作側(cè)還設(shè)有 方正度調(diào)節(jié)指示器,顯示偏移值 [5]。而徑向裝刀時,切削力與刀片的方向垂直, 在刀片中產(chǎn)生彎曲應(yīng)力,易造成刀片的變形和損壞。轉(zhuǎn)刀在刀輥上的安裝方式有徑向 裝刀和切向裝刀 2 種。下圓刀的周速一般比紙幅速度快 10%~ 15%以取得光滑整齊的切口。 ( d) 由拍紙裝置、 液壓 控制的升降臺等組成的接紙部分。 本文將 著重介紹 雙 刀輥式切紙機的結(jié)構(gòu) 、 特 點及傳動方案 [4]。閘刀式切紙機用于將大尺寸平張紙切成較小尺寸的紙頁,回轉(zhuǎn)式切紙機用于將卷筒紙切成 規(guī)格的 平張紙。 (3)現(xiàn)有 國產(chǎn) 切紙設(shè)備的速度一般為 60m/min以下,在切紙機械向高速、自動化的發(fā)展趨勢下,有必要開發(fā)新一代的高速切紙機械增強企業(yè)的競爭 [4]力 。 因此,設(shè)計一種面向國際水平,結(jié)構(gòu)合理,尤其控制精度高的新一代高速高精度切紙機至關(guān)重要。即使是對大型企業(yè)而言,大量購進進口設(shè)備也是巨額的投資。 國內(nèi)外切紙機現(xiàn)狀比較 國內(nèi) 切紙機 機械的水平 與國外有相當(dāng)?shù)牟罹唷? ( 2)數(shù)字顯示切紙機 數(shù)字顯示切紙機的最大改進就是將推紙器的位置尺寸通過位置傳感器以數(shù)字顯示出來,一目了然,但推紙器的定位仍需手動調(diào)整,效率偏低。 隨著印刷行業(yè)的技術(shù)進步,印刷機的速度越來越快,對切紙機提出了更高效率、更高質(zhì)量的要求。至 2021 年底,全國印刷企業(yè)估計超過 10 萬家。切紙機交流伺服傳動系統(tǒng)軟件設(shè)計 1 1 緒論 課題背景 切紙機是一種紙張加工設(shè)備,它廣泛應(yīng)用于印刷業(yè)、包裝業(yè),特種行業(yè)和加工業(yè)等十多個相關(guān)行業(yè),并已經(jīng)逐漸成為這些行業(yè)不可缺少的關(guān)鍵設(shè)備。而且大部分的是切印小產(chǎn)品,如商標(biāo)、不干膠切片、卡片等,采用 切紙機對其加工更是投入少,收效快的一種選擇。 ( 1) 普通式機械切紙機 普通機械切紙機的電氣結(jié)構(gòu)簡單,較耐用,生產(chǎn)廠家較多,售價也低,固在市場上使用的仍然 很多 。 ( 3)微機程控切紙機 微機程控切紙機采用信號記憶存儲裝置或微處理機存儲指令程序,其推紙 機的前進,后退和定位都由電腦自動完成,而且根據(jù)不同的裁切要求,可以編寫不同的裁切程序,并長期保存 , 需要時可隨時調(diào)用。切紙車速低,造紙行 業(yè) 生產(chǎn)效率難以提高 。因此在市場對紙業(yè)技術(shù)裝備水平和投資成本提出更高要求的情況下,需要加快改變國內(nèi) 切紙機 機械行業(yè)落后狀況,在引進技術(shù)的基礎(chǔ)上,消化吸收和開發(fā)經(jīng)濟實用的先進 切 紙裝備,以適應(yīng)造紙工業(yè)發(fā) 展 [3]。 課題意義 切紙機械是造紙業(yè)的靈魂,而造紙工業(yè)在整個國民經(jīng)濟中占有重要的地位。 本課題將通過對切紙機不同分部的傳動工藝過程分析,綜合切紙機傳動特點,分析切紙機長度與減速比之間的關(guān)系,確定機械設(shè)計減速比參數(shù)和切紙機傳動技術(shù)方案。由于回轉(zhuǎn)式切紙機的送紙和切紙裝置僅作連續(xù)運動,其結(jié)構(gòu)較簡單、生產(chǎn)能力高, 且能同時裁切 3 種不同的長寬規(guī)格,因此回轉(zhuǎn)式切紙機得到了廣泛的應(yīng)用。 雙刀切紙機的組成部分 普通雙 刀切紙機 一般 由 4 部分組成 ,其工作過程如圖 21 所示 : ( a) 由退紙架和張力檢測裝置等組成的恒張 力退紙部分 。 紙 卷 輸 送紙 卷 輸 送退 紙 架退 紙 架導(dǎo) 紙 輥導(dǎo) 紙 輥縱 切 機 構(gòu)縱 切 機 構(gòu)送 紙 輥送 紙 輥橫 切 幾 個橫 切 幾 個排 紙 門排 紙 門送 紙 傳 送 帶送 紙 傳 送 帶碼 紙 臺碼 紙 臺 圖 21 雙刀切紙機結(jié)構(gòu)圖 切紙機的切紙部分 ( 1)縱切裝置 縱切裝置 通常 采用剪切式結(jié)構(gòu),它主要 由 3~ 8 對直徑為 180~ 200 mm的上下回刀組成。考慮到每 4~ 6 個月要磨刀 1 次,下刀軸操作側(cè)設(shè)有快速連接機構(gòu),以便下刀的拆換和安裝。 徑向裝刀結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)刀裝在刀輥的半徑方向上,而切向裝刀的結(jié)構(gòu)則在大致與刀輥外圓成切線的方向上裝設(shè)轉(zhuǎn)刀。 橫切刀片由厚 14~ 20mm、寬 70~ 120mm、長度比紙幅寬度長 100~ 150mm 的鋼板制成,目前均采用 復(fù)合 結(jié)構(gòu),刀體為普通碳素鋼,而刀刃用耐磨性好且高硬度(58~62HRC)的優(yōu)質(zhì)工具鋼制造。 切紙機的傳動要求分析 切紙機的工藝及操作要求分析 橫切系統(tǒng)是切紙機系統(tǒng)中最重要的一個生產(chǎn)環(huán)節(jié),生產(chǎn)工藝對其的要求主要有兩條:一是保證剪切的精度,二是刀刃切紙時的速度必須與紙前進的速度同步 (線速度相等 ),因此這是一個典型的速度與位置雙跟蹤的高精度定長剪切系統(tǒng),由于送紙的速度是隨時變化的,要求剪切的紙板的長度規(guī)格也是變化的, 因此對控制系統(tǒng)提出了較高的要求,這主要取決于兩個方面的因素: 一是控制系統(tǒng)要有足夠精確與快速的運算能力 。一般來說速度鏈可分為兩類: ( a)摸擬式速度鏈:這種速度鏈在分布式 切 紙機直流傳動中應(yīng)用較多。 ( b)數(shù)字式速度鏈:數(shù)字式速度鏈根據(jù)操作又可分為按鍵式 和 觸摸屏式,根椐控制器又可分為速度鏈控制器式 、 電動電位器 式 、 PLC 控制式 、 工業(yè)控制計算機式,但無論是哪一種方式都具有操作方便、準(zhǔn)確、抗干擾力強等優(yōu)點。 具體控制功能如下: 1) 起動 /停止:用于控制本分部電機的起停控制。 4)切長 設(shè)定:設(shè)置切紙長度。 1與 2送紙輥輥徑相同,所以減速比相同,設(shè)送紙輥機械減速比為 i, 直徑為 D, 電機采用四極電機,轉(zhuǎn)速為 n0=1500r/min,則 : 陜西科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(設(shè)計說明書) 6 圖 22 切紙機傳動分布示意圖 0 m a xnDnV D iiV??? ? ? ? ( 21) ( 2)切紙刀機械減速比設(shè)計 設(shè)切紙長度為 L,切紙刀每旋轉(zhuǎn)一圈,切一張紙。 設(shè)給定轉(zhuǎn)速精度為 n? ,根據(jù)式 22,每分鐘切紙數(shù)量變化為: nm i??? ( 25) 則切紙精度 為 : 切紙機交流伺服傳動系統(tǒng)軟件設(shè)計 7 ? ?mm LLmL ?? ????? ( 26) 由于 △ mm, △ LL,由式 25,式 26 可以推出: 2m L nL nLL m im iV? ? ?? ? ? ? ( 27) 由此可以得出,切紙機精度與切紙機工作速度 V、切長 L、減速比 i 及傳動精度有關(guān)系,減速比越大越有利于提高切紙精度。所以控制要求、比例控制精度高于造紙機。 (1) 1傳送帶控制特性 設(shè)切紙機工作速度為 1V , 1傳送帶工作速度為 2V ,紙頁在傳送帶上的間距為 X,陜西科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(設(shè)計說明書) 8 根據(jù)式 23 可以得出 1V Lm? 2 ()V L X m?? 2211nV LXn V L??? ( 210) 由此可以得出, 1傳送帶與切紙速度之間是速度比例控制方式,根據(jù)式 210 可以精確計算 控制紙頁在傳送帶上的間距。 其它傳動點控制特性 弧形輥主要用來舒展紙頁,使其平整,所以要求速度略高于紙頁速度,是速差控制。變頻器通訊數(shù)字給定精度一般為 10000 對應(yīng) 50Hz,所以給定精度為 。 所以只要其能夠滿足大切長低速度要求,則高速時一定可以滿足要求。我們分析工作速度為 30m/min,切長為 1300mm 工作點。如果在送紙輥到切紙刀另加位置閉環(huán),則該結(jié)論不成 立。 切紙機交流伺服傳動系統(tǒng)軟件設(shè)計 11 3 切紙機傳動控制系統(tǒng)方案 分析 傳動方案分析 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 切紙機基本控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖 31 所示。 P L CR S 4 8 5O P弧 形 輥縱 切刀1 傳 送帶2 傳 送帶1 送 紙輥1 切 紙刀2 送 紙輥2 切 紙刀圖 31 切紙機控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 切紙機傳動由弧形輥、 縱切刀、傳送帶、送紙輥和切刀 (橫切) 組成,弧形輥主要作用是舒展紙頁,防止起皺,所以其速度與紙 頁 同步或略快;縱切刀一般需要比紙速快 倍左右;傳送帶主要是帶動切好的成品紙頁,形成紙垛。所以送紙輥和切紙刀的控制可以有兩種控制方案:一種是送紙輥采用變頻傳動,切紙刀采用 伺服傳動,這種技術(shù)方案成本比較低,主要是充分利用交流伺服的功能,但是有許多公司伺服控制器陜西科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(設(shè)計說明書) 12 并不支持;另外一種是送紙輥、切紙刀均采用伺服傳動。 ( 1)主控配置 切紙機傳動系統(tǒng)共有 8 個傳動點。 PLC 高速脈沖輸出,對伺服進行給定,伺服單元選擇位置模式來控制傳動點電機的轉(zhuǎn)速, PLC 與變頻器之間采用RS485 通訊方式 ,組成以觸摸屏為操作終端的高速數(shù)字通訊網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。 3)緊急停車:緊急停車功能。 ( 3)故障顯示等 在變頻器進線配電流互感器指示進線電流,在操作臺上配直流電壓表指示變頻器輸出電流。 設(shè)備選型 在切紙機控制中 , 切紙機的送紙輥與切刀之間的控制實際上是高精度的速比控制 ,切紙機交流伺服傳動系統(tǒng)軟件設(shè)計 13 對交流伺服采用位置指令作為給定輸入 , 控制給定信號的頻率就可以控制電機的速度。 切紙機傳動控制過程中伺服單元給定采用脈波控制方式, PLC 利用RS485 總線與變頻器完成切紙機速度鏈控制。 ( 2)速度鏈結(jié)構(gòu): 速度鏈結(jié)構(gòu)要求可以形成分支子鏈,切紙機速度鏈結(jié)構(gòu)是以主鏈為主的多分支結(jié)構(gòu)。 首先對各傳動點進行數(shù)字抽象,確定速度鏈中各傳動點編號,此編號應(yīng)與變頻器內(nèi)部地址一致。故只須對位置寄存器初始化,即可構(gòu)成任意分支速度鏈。 圖 32 速度鏈控制系統(tǒng) 原理圖 在 PLC 內(nèi),我們檢測到車速調(diào)節(jié)信號則改變車速單元值, 1 點處的速度就為第一臺控制器的運行速度設(shè)定值,將其送第一臺控制器執(zhí)行,并送給第二臺計算。圖中就包含了調(diào)速操作指令的速度值,將它送給第二臺變頻器執(zhí)行,同時送下一級計算。 伺服系統(tǒng)由位置環(huán)、速度環(huán)、電流環(huán)構(gòu)成多閉環(huán)系統(tǒng) ,每個環(huán)路由伺服系統(tǒng)自身的任務(wù)計算進行控制 ,并利用數(shù)字量和數(shù)學(xué)模型保證控制系統(tǒng)的精度。 圖 41 伺服控制系統(tǒng)原理圖 伺服驅(qū)動器接收到連續(xù)變化的位置指令信號時 ,將此信號與實際位置反饋信號進行比較 ,產(chǎn)生差值 。 位置控制器具有加減速控制的功能。因機械而發(fā)生振動時 ,振動頻率可由濾波陷波器設(shè)定達到收陜西科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(設(shè)計說明書) 16 斂振動的效果。位置模式也支持直接負(fù)載外環(huán)檢測位置信號, 此時 信號就由直接的最終負(fù)載端的檢測裝置來提供了,這樣的優(yōu)點在于可以減少中間傳動過程中的誤差,增加了整個系統(tǒng)的定位精 度。 ( 3) 位置控制: 位置控制模式一般是通過外部輸入的脈沖的頻率來確定轉(zhuǎn)動速度的大小,通過脈沖的個數(shù)來確 定轉(zhuǎn)動的角度,也有些伺服可以
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