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)(存儲(chǔ)版)
【正文】 翻轉(zhuǎn)停止，同時(shí)新放卷軸開(kāi)始旋轉(zhuǎn)。 印刷機(jī)控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) PLCI/O分配 表 1 PLC的 I/O分配表 輸入 輸出 光電發(fā)射器 空轉(zhuǎn) 預(yù)備 運(yùn)行 運(yùn)轉(zhuǎn) 放卷 A 加速 放卷 B 減速 收卷 A 壓輥離 /合 收卷 B 停止 放卷正翻轉(zhuǎn) 放翻轉(zhuǎn)啟停 放卷反翻轉(zhuǎn) 光電接收器 放擺臂 放翻轉(zhuǎn)限位 放膠輥 放換軸 /接料 放切刀 收翻轉(zhuǎn)啟停 收卷正翻轉(zhuǎn) 收翻轉(zhuǎn)限位 收卷反翻轉(zhuǎn) 收換軸 /接料 收擺臂 變頻器故障 收膠輥 /切刀 電鈴 PLC硬件接線(xiàn) PLC的硬件接線(xiàn)如 圖 15所示 ，圖中左側(cè)為輸入信號(hào)元件，包括按鈕 、限位開(kāi)關(guān)等；右側(cè)為輸出執(zhí)行元件，包括中間繼電器、指示燈、電磁閥、交流接觸器等。而料卷軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 mJ 又由料卷轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 rJ 和空軸轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 0rJ 組成， rJ 是時(shí)變的，是卷徑的函數(shù)， 1r是時(shí)間 t 的函數(shù)， 0rJ 是固定值。 1v2vL T壓印膠輥 壓印膠輥版筒 版筒 圖 9 張力產(chǎn)生示意圖 收放卷裝置動(dòng)力學(xué)模型 典 型的印刷機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)包括以下組成部分：電動(dòng)機(jī)、聯(lián)軸器、齒輪傳動(dòng)單元 (齒輪箱 )、滾筒。 從表觀(guān)上看，浮輥系統(tǒng)的擺幅的大小反映了張力控制的有效程度，張力的控制效果就是要使浮輥擺幅最小，理想情況是使浮輥處于垂直位置。 附屬裝置 本課題所研究的多色機(jī)組式凹 版印刷機(jī)的附屬裝置主要包括導(dǎo)向輥，浮輥和一些檢測(cè)機(jī)構(gòu)。 除此之外，浮動(dòng)輥、導(dǎo)向輥等也有牽引料膜的作用。 具體的自動(dòng)放卷和自動(dòng)接料的過(guò)程如下： (1)正常供料，新料卷貼上雙面膠帶，舊料卷快要放完時(shí)，讓回轉(zhuǎn)架反向轉(zhuǎn)動(dòng)。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。 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(xiàn)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(mǎn)足各種材料的工藝特性。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。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。 [關(guān)鍵詞 ]印刷機(jī)；張力控制；變頻器； PLC；自由口通信 The Hardware Design of Printing Machine Control System Based on PLC and Inverter Electrical Engineering and Automation SI Yunkui Abstract： Printing machine is important for daily food packaging. The quality of its product depends on the tension control. The tension control system consist of PLC and inverter is adopted in the modem printing machine. This system has its advantages such as stabilization, small weal and tear and high control precisions so it is applied to multicolors rotogravure printing machines. Following are the main contents of this thesis: outline of working principle and performance of PLC and inverter。 4．編寫(xiě)出 PLC與變頻器自由 口通信協(xié)議，得出新型的控制方案。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。 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。 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。但料卷在高速自動(dòng)切換時(shí)必然會(huì)引起張力的波動(dòng)，而且由質(zhì)量和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量都更大的新卷切換小質(zhì)量和小慣量的舊卷，在控制量的切換上會(huì)形成困難，因此它對(duì)張力控制系統(tǒng)提出了更高的要求。此外，牽引環(huán)節(jié)還可以緩沖收放卷環(huán)節(jié)振動(dòng)時(shí)對(duì)印刷部分產(chǎn)生的沖擊。 (2)收卷部分需要張力的錐度控制，即張力大小隨著收卷料卷直徑的增大而有規(guī)律地減少。由圖 6可知，根據(jù)力矩的平衡定理，當(dāng)浮輥處于垂直位置時(shí)，料 膜的張力等于系統(tǒng)的設(shè)定張力，這樣，可以通過(guò)向氣缸內(nèi)充不同量的氣體，改交系統(tǒng)的設(shè)定張力，從而滿(mǎn)足印刷工藝的要求。 張力模型 張力產(chǎn)生的示意過(guò)程如圖 9所示，料膜由前一輥送出，其線(xiàn)速度為印刷機(jī)械的工作速度 1v ，第二環(huán)節(jié)的線(xiàn)速度為 2v ， T 為紙張卷入第二環(huán)節(jié)的張力，設(shè)紙張的彈性模量為基于 PLC及變頻器的印刷機(jī)控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 8 E ，橫截面積為 A ，兩環(huán)節(jié)之間的長(zhǎng)度為 L ， Lvt /1? 為紙張由第一環(huán)節(jié)到達(dá)第二環(huán)節(jié)的時(shí)間，根據(jù)胡克定律得， dtvvLEAT t )( 20 1 ?? ? 由此可知，若需控制紙張張力，就必須控制 )12 vv ?（ ，即兩環(huán)節(jié)速度差，可見(jiàn)有些張力控制系統(tǒng)實(shí)際上也是線(xiàn)速度跟蹤系統(tǒng)。 在電機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)下，放卷料卷所受動(dòng)力矩為料膜張力所產(chǎn)生的力矩，阻力為電磁轉(zhuǎn)矩和阻力力矩，將多軸傳動(dòng)系統(tǒng)等效為電機(jī)軸上的單軸系統(tǒng)，則放卷裝置加減速和穩(wěn)定工作時(shí)電動(dòng)機(jī)力矩方程為： )(1 ?jdtp dMMi rF mfe ???張 式中 張F(tuán) 料膜張力； 1r 料卷卷徑； eM 電磁轉(zhuǎn)矩； fM 阻力轉(zhuǎn) 矩； mp 極對(duì)數(shù)； ?空間角速度； i傳動(dòng)比； J 單軸等效傳動(dòng)慣量； J 由電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 0J 和料卷的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 mJ 兩部分組成。 本課題選用 CPU226系列 PLC，它適用于復(fù)雜的中小型控制系統(tǒng)，可擴(kuò)展到 248點(diǎn)數(shù)字量和 35路模擬量，有兩個(gè) RS485通信口。當(dāng)前放卷料卷上的材料即將放完時(shí)，手動(dòng)按回轉(zhuǎn)架上的“翻轉(zhuǎn)啟動(dòng)／停止
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