【正文】 統(tǒng)，則收卷部分電動(dòng)機(jī)力矩方程為： )(1 ?jdtp dMi rFM mfe ??? 張 控制系統(tǒng)綜述 張力控制不僅是印刷控制的必要組成，而且是核心部分，張力控制的效果直接關(guān)系到印刷質(zhì)量的優(yōu)劣，其控制系統(tǒng)如圖 13所示： 位置控制器 速度控制器 被控對(duì)象電位計(jì) 擺輥 張力模型*UU?主速度給定0nn?*n ?*vv?T?圖 13 張力控制系統(tǒng)簡(jiǎn)圖 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)，閉環(huán)控制系統(tǒng)如圖 14所示。它具有極高的可靠性、豐富的指令集和內(nèi)置的集成功能、強(qiáng)大的通信能力和品種豐富的擴(kuò)展模塊，在我國(guó)應(yīng)用非常廣泛。 P L C 運(yùn)行通訊設(shè)置 ， 允許接受中斷發(fā)送運(yùn)行指令接受數(shù)據(jù)存儲(chǔ) ， 變換子程序通訊設(shè)置子程序反傳指令子程序正傳指令子程序如果接受的首字符為S T X ， 接受存儲(chǔ)改字符接收存儲(chǔ)第二字符 ，校驗(yàn)碼初始化接收存儲(chǔ)其他字符 ， 計(jì)算校驗(yàn)碼直至接收到 ETX接收存儲(chǔ)第一個(gè)校驗(yàn)字符接收存儲(chǔ)第二個(gè)校驗(yàn)字符 ， 并檢查與 P L C 計(jì)算出的校驗(yàn)碼是否相符主程序 子程序 中斷程序 圖 17 自由口通信程序框圖 主程序主要是調(diào)用通信設(shè)置子程序和各控制指令子程序，并發(fā)送各種運(yùn)行和監(jiān)示指令。 最后感謝評(píng)閱本論文的各位老師，感謝他們對(duì)本人論文提出的寶貴意見(jiàn)。 PLC對(duì)變頻器進(jìn)行運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控、運(yùn)行頻率設(shè)置、啟動(dòng)、停止等操作。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”按鈕，回轉(zhuǎn)架自動(dòng)翻轉(zhuǎn)，到達(dá)初始位置時(shí)由于限位開(kāi)關(guān)的作用自動(dòng)停止，同時(shí)切刀擺臂落下。 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。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，從而滿足印刷工藝的要求。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。 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。 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。 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。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。 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。 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)。 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)。 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。 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 PLC的硬件接線如 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。在自由端口模式下，使用發(fā)送指令 XMT和接受指令 RCV，可以發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。本文主要完成了一下幾個(gè)方面的工作： (1) 在對(duì)張力控制系統(tǒng)進(jìn)行理論分析的基礎(chǔ)上，建立了系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型； (2)進(jìn)行了 PLC和變頻器硬件部分的設(shè)計(jì)； (3)實(shí)現(xiàn)了 PLC和變頻器的自由口通信。 基于 PLC及變頻器的印刷機(jī)控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 16 參考文獻(xiàn) [1] 西門(mén)子公司． SIMATIC S7200可編程序控制器系統(tǒng)手 冊(cè)． 2021年 2月 02版： 415． [2] 張燕賓．變頻調(diào)速應(yīng)用實(shí)踐．北京：機(jī)械工業(yè)出版社． 2021： 6265． [3] 何煒德．塑料印刷入門(mén)．浙江科學(xué)技術(shù)出版社． 1999年 5月： 9192 [4] 郁漢琪主編，電氣控制與可編程序控制器應(yīng)用技術(shù) [M]．南京：東南大學(xué)出版社， 2021： 141154。通過(guò)指定的通信端口 (PORT)發(fā)送存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)。按“壓輥離／合”按鈕，各個(gè)印刷單元的壓印膠輥壓下。最后一級(jí)傳動(dòng)軸是小齒輪與滾筒同軸，且小齒輪與輸出軸相連，而齒輪箱的輸出軸是用來(lái)驅(qū)動(dòng)兩個(gè)滾筒的。 擺棍 氣缸 圖 5 浮輥系統(tǒng)示意圖 由于本印刷系統(tǒng)沒(méi)有配備直接的張力檢測(cè)機(jī)構(gòu)和線速度實(shí)時(shí)檢測(cè)機(jī)構(gòu)，使得浮輥在張力控制系統(tǒng)中承擔(dān)著相當(dāng)重要的作用。 (3)新料卷加速到同步， PLC程序根據(jù)人機(jī)界面上設(shè)定的新料卷直徑，以及當(dāng)前機(jī)組的線速度給定，對(duì)新料卷進(jìn)行加速，加速到與舊料卷同步。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。無(wú)論在生產(chǎn)率方面還是在操作