【正文】 盤(pán)組成。顯示屏的作用是可以觀(guān)察菜單及其說(shuō)明、所設(shè)定的功能參數(shù)、查詢(xún)運(yùn)行參數(shù)和故障信息。鍵盤(pán)是供用戶(hù)進(jìn)行菜單選擇、設(shè)定和查 詢(xún)功能參數(shù)、向機(jī)內(nèi)主控板發(fā)出各種指令的。 國(guó)內(nèi)生產(chǎn)變頻器的品牌有：匯川、英威騰、臺(tái)達(dá)、正弦、四方等；歐美變頻器品牌主要包括： ABB、西門(mén)子、丹佛斯、羅克韋爾、艾默生等；其他還有富士三菱、安川、歐姆龍等日本變頻器和韓國(guó)變頻器等。值得一提的是，雖然國(guó)產(chǎn)變頻器的發(fā)展起步較晚，起點(diǎn)較低，但是經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的積累，已經(jīng)在特種、專(zhuān)用變頻器上有了一些成績(jī)，但是到目前為止，依然還是歐美變頻器為主流，產(chǎn)品定位高端，占據(jù)中國(guó)內(nèi)地大量的份額。 可編程序控制器的應(yīng)用 可編程序控制器（習(xí)慣上簡(jiǎn)稱(chēng) PLC）是一種以微處理器 為核心的數(shù)字式電子裝置，它能夠存儲(chǔ)各種指令，實(shí)現(xiàn)順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)、算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理和通訊等功能，對(duì)工業(yè)設(shè)備和過(guò)程進(jìn)行控制可編程序控制器是一種以微處理器為核心的電子系統(tǒng)，它是在繼電器控制和計(jì)算機(jī)控制的基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)的一種新型工業(yè)自動(dòng)控制裝置西門(mén)子 S7200 系列 PLC 作為本控制系統(tǒng)的核心，處理本系統(tǒng)所有的控制工作。 人機(jī)界面技術(shù)的應(yīng)用 工業(yè)人機(jī)界面 (Human Machine Interface)，簡(jiǎn)稱(chēng) HMI，也就是工業(yè)觸摸屏，是一種智能化操作控制顯示裝置。作為新一代的智能化顯示和操 作的設(shè)備，它畢業(yè)論文 第 26 頁(yè) 第 26 頁(yè)完全可以替代一些傳統(tǒng)電氣控制系統(tǒng)中的常見(jiàn)設(shè)備，比如按鈕、旋轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)、指示燈等。 觸摸屏的主要功能如下：第一、數(shù)據(jù)的輸入與顯示，比如一些模擬量的給定，通過(guò)觸摸屏給定相當(dāng)方便；第二、系統(tǒng)的操作狀態(tài)方面的實(shí)時(shí)信息顯示，比如可以實(shí)時(shí)的顯示一些連續(xù)變化的量：溫度、壓力等。如果在觸摸屏上設(shè)置觸摸控制元件，則可把觸摸屏作為操作面板進(jìn)行控制操作；第三、可以進(jìn)行報(bào)警處理以及打印工作；第四、可以對(duì)設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，以曲線(xiàn)或者動(dòng)畫(huà)等形式描繪控制系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。 本控制系統(tǒng)中的變頻器選用西門(mén)子公司的 Micro Master 440 型矢量變頻器。德國(guó)西門(mén)子公司的 Micro Master 440（以下簡(jiǎn)稱(chēng)為 MM440）系列通用變頻器是用于控制三相交流電動(dòng)機(jī)速度的變頻器，有多種型號(hào)可供選擇，恒定轉(zhuǎn)矩控制方式時(shí)的額定功率范圍為 120W～ 200kW，可變轉(zhuǎn)矩控制方式的額定功率最高可達(dá) 250kW。 MM440 變頻器由微處理器控制，采用目前主流的絕緣柵雙極性晶體管 IGBT（ Insulated Gate Bipolar Transistor）作為功率輸出器件，其可靠性很高并且功能很豐富，比如其脈沖寬度調(diào)制的開(kāi)關(guān)頻率是可選的， 因而降低了電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的噪聲。 MM440 變頻器的保護(hù)功能既全面又完善，為變頻器和電動(dòng)機(jī)提供了良好的保護(hù) 減速機(jī)的應(yīng)用 減速機(jī)是一種可以傳遞動(dòng)力的裝置，利用大小齒輪咬合之后的轉(zhuǎn)速與齒數(shù)之間的比 較關(guān)系，將電機(jī)的速度減小到所需要的速度輸出，并且能夠得到較大的轉(zhuǎn)矩。在目前控制機(jī)械和日常生活中，都廣泛的運(yùn)用了減速機(jī)，比如說(shuō)機(jī)械工業(yè)所用的加工機(jī)具及自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備；船舶、汽車(chē)、機(jī)車(chē)等交通工具中所用到的減速機(jī)構(gòu)；建筑用的重型機(jī)具；日常生活中常見(jiàn)的鐘表等需要速度和轉(zhuǎn)矩進(jìn)行轉(zhuǎn)換的設(shè)備。簡(jiǎn)而言之，減速機(jī)的作用為：降低轉(zhuǎn) 速、增加轉(zhuǎn)矩。減速機(jī)的分類(lèi)：減速機(jī)的種類(lèi)繁多，型號(hào)各異，不同種類(lèi)有不同的用途。 減速器按照傳動(dòng)類(lèi)型可分為齒輪型減速機(jī)、蝸輪蝸桿型減速機(jī)和行星齒輪型減速機(jī)； 按照傳動(dòng)級(jí)數(shù)不同可分為單級(jí)和多級(jí)減速機(jī)；按照齒輪形狀可分為圓柱齒輪減速機(jī)、圓錐齒輪減速機(jī)和圓錐－圓柱齒輪減速機(jī)；按照傳動(dòng)的布置形式又可分為展開(kāi)式、分流式和同軸式減速機(jī) . 畢業(yè)論文 第 27 頁(yè) 第 27 頁(yè)行星齒輪減速機(jī)主要傳動(dòng)結(jié)構(gòu)為：太陽(yáng)輪、行星輪、外齒圈。行星減速機(jī)因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)的原因，單級(jí)減速最小為 3，最大一般不超過(guò) 10，常見(jiàn)減速比為： 10，減速機(jī)級(jí)數(shù)一般不超過(guò) 3。相對(duì)其他減速機(jī)，行星減速機(jī)具有高剛性，高精度（單級(jí)可做到 1 分以?xún)?nèi)），高傳動(dòng)效率（單級(jí)在 97%～ 98%），高的扭矩 /體積比，終身免維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)。因?yàn)檫@些優(yōu)點(diǎn)，行星減速機(jī)多數(shù)是安裝在步進(jìn)電機(jī)和伺服電機(jī)上，用來(lái)降低轉(zhuǎn)速，提升扭矩，匹配慣量。 本控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中考慮到 2 號(hào)切紙輥的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量較大，所需拖動(dòng)其運(yùn)行的電機(jī)具有較大的輸出扭矩，而具有較大輸出扭矩的伺服電機(jī)在造價(jià)上是巨大的，因此為伺服電動(dòng)機(jī)配置一臺(tái)減速機(jī)，所選減速機(jī)為行星齒輪型減速機(jī)。 切長(zhǎng)到 650mm 時(shí)候，伺服驅(qū)動(dòng)器會(huì)報(bào) （過(guò)電壓）的故 障，不滿(mǎn)足廠(chǎng)家的指定要求（ 600mm）。 IS560AT025I 型號(hào)的驅(qū)動(dòng)器要求的最小制動(dòng)電阻的電阻為 44 歐姆，功率為 800 瓦。后來(lái)更換一個(gè)電阻為 50 歐姆，功率為 1000 瓦的制動(dòng)電阻，相同的送紙速度下，切長(zhǎng)可以設(shè)定到 620mm 時(shí)候報(bào) ，但是驅(qū)動(dòng)器運(yùn)行幾分鐘后制動(dòng)電阻已經(jīng)變的紅熱，時(shí)而冒出火花，明顯功率達(dá)不到要求。伺服驅(qū)動(dòng)器正常的母線(xiàn)電壓為 540V，由上面的章節(jié)已知伺服電機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中要拖動(dòng)大慣量的切紙輥進(jìn)行不斷的加減速運(yùn)動(dòng)，伺服電機(jī)處于持續(xù)發(fā)電狀態(tài)，導(dǎo)致母線(xiàn)電壓會(huì)超過(guò) 540V，但最大允許為 700～ 800V。根據(jù)如下規(guī)則進(jìn)行制動(dòng)電阻的電阻和功率的選型，首先計(jì)算制動(dòng)電阻的阻值： R=U/Ie～2U/Ie=700/16～ 700*2/16=～ （歐姆），其中 U 為制動(dòng)時(shí)候的母線(xiàn)電壓，取 700V， Ie為伺服電機(jī)的額定電流 16A，因此確定阻值為 46 歐姆，然后計(jì)算制動(dòng)電阻的功率： P＝ ED%*U2/R=（ ～ ） *7002/46=～ （瓦），其中 ED%為制動(dòng)使用系數(shù)，取值為 ～ ，因此確定功率為 5000 瓦。安裝電阻為 46 歐姆，功率為 5000 瓦的制動(dòng)電阻后制動(dòng)效果良好，達(dá)到設(shè)計(jì)要求。 接近開(kāi)關(guān)的問(wèn)題 一開(kāi)始，安裝好接近開(kāi)關(guān)之后，要保證接近開(kāi)關(guān)檢測(cè)到信號(hào)的位置就是切紙刀的切點(diǎn)位置，這樣切刀每旋轉(zhuǎn)一次都要在切點(diǎn)的位置校正一次切點(diǎn)，避免切點(diǎn)偏移，導(dǎo)致切紙誤差變大。通過(guò)顯示參數(shù) H0b03 可以顯示輸入端子 DI 的高低電平狀態(tài)， IS560 驅(qū)動(dòng)器的 6 個(gè)數(shù)字量輸入端子中 DI5 和 DI6 是高速 畢業(yè)論文 第 28 頁(yè) 第 28 頁(yè)DI，用于接接近開(kāi)關(guān)采集的原點(diǎn)信號(hào)。在更換驅(qū)動(dòng)器系統(tǒng)之前，系統(tǒng)的軟件版本號(hào)是 ，當(dāng)切紙輥正常 旋轉(zhuǎn)的時(shí)候，接近開(kāi)關(guān)檢測(cè)的信號(hào)并不能每次都會(huì)在參數(shù) H0b03 中顯示，直觀(guān)感覺(jué)是驅(qū)動(dòng)器“丟”信號(hào)了，即使電機(jī)在轉(zhuǎn)速很低的時(shí)候（ 30rpm）也不能正確顯示。 為了驗(yàn)證接近開(kāi)關(guān)信號(hào)的可靠性，把接近開(kāi)關(guān)接到 PLC 的輸入端子上，輸出端子接到驅(qū)動(dòng)器上，這時(shí)候可以看到 PLC 的輸入端子的指示燈和接近開(kāi)關(guān)的信號(hào)檢測(cè)指示燈是同時(shí)亮和滅的，但是驅(qū)動(dòng)器這邊還是之前那樣，因此可知驅(qū)動(dòng)器顯示參數(shù) H0b03 出現(xiàn)問(wèn)題，這個(gè)問(wèn)題直到更換驅(qū)動(dòng)器系統(tǒng)軟件（軟件版本號(hào)為 ）之后才得到解決。切點(diǎn)修正參數(shù) H1412=1， 有切點(diǎn)修正功能防止在切紙輥長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行之后切點(diǎn)發(fā)生偏移，使切紙誤差增大。后來(lái)把用于被接近開(kāi)關(guān)檢測(cè)的鐵片被加工的更窄，有 10mm 左右。 此外，生產(chǎn)車(chē)間環(huán)境比較復(fù)雜，伺服電動(dòng)機(jī)、編碼器、變頻器的地線(xiàn)沒(méi)有接好，現(xiàn)場(chǎng)原先沒(méi)有接地裝置，在最開(kāi)始運(yùn)行的時(shí)候，變頻器對(duì)伺服電動(dòng)機(jī)的反饋編碼器信號(hào)有干擾作用，使伺服驅(qū)動(dòng)器報(bào)故障，影響生產(chǎn)。后來(lái)，做好了接地而且理順了電機(jī)線(xiàn)與編碼器線(xiàn)的走線(xiàn)，情況得到改善。 1送紙速度波動(dòng)大。可能電機(jī)速度不穩(wěn)，或者送紙測(cè)長(zhǎng)機(jī)構(gòu)造成信號(hào)不穩(wěn)； 2選型不合理。例如電機(jī)速度太低，可能是傳動(dòng) 比太小造成。或者速度太高，如超過(guò)了額定轉(zhuǎn)速； 3切刀加減速太劇烈。一般在剪切長(zhǎng)度比切刀周長(zhǎng)短很多，或者送紙速度很高時(shí)出現(xiàn)； 4編碼器安裝不妥。例如與電機(jī)不同心、打滑等； 5剪切點(diǎn)信號(hào)受干擾。單次剪切周期進(jìn)來(lái)兩個(gè)剪切點(diǎn)信號(hào)。 現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試 增益參數(shù)的調(diào)節(jié) 首先，通過(guò) H0d02（轉(zhuǎn)動(dòng)慣量辨識(shí)功能）對(duì)負(fù)載的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量進(jìn)行辨識(shí)工作，現(xiàn)場(chǎng)的切紙輥很重，通過(guò)辨識(shí)之后的慣量比大約為 ，位置環(huán)增益參數(shù) H0802 調(diào)節(jié)到一個(gè)較小的數(shù)值， ，當(dāng)送紙車(chē)速較快的時(shí)候，可以適當(dāng) 減小該參數(shù)的值；當(dāng)送紙車(chē)速較慢的時(shí)候，可是適當(dāng)增加該參數(shù)的值。其次，通過(guò)后臺(tái)軟件監(jiān)控伺服系統(tǒng)的速度波形來(lái)調(diào)節(jié)速度環(huán)增益 H0800、速度環(huán)積分時(shí)間參數(shù) H0801 的值，原則是往波形光滑的方向調(diào)節(jié)。最終，畢業(yè)論文 第 29 頁(yè) 第 29 頁(yè)H0800==。 減速機(jī)的問(wèn)題 最初為伺服電機(jī)配置了一臺(tái)普通齒輪減速機(jī)，當(dāng)時(shí)減速機(jī)與切刀輥之間有一定的匡量，之后，切紙機(jī)斷斷續(xù)續(xù)的運(yùn)行了將近半年的時(shí)間，到車(chē)間之后發(fā)現(xiàn)減速機(jī)的匡量比半年前更加嚴(yán)重，而且減速機(jī)的輸出軸與切紙輥的連接部分也出現(xiàn)了松動(dòng)，在驅(qū)動(dòng)器 上選擇參數(shù) H0d11（ JOG 功能）使能，按一下啟動(dòng)按鈕并在較短時(shí)間松開(kāi)的時(shí)候甚至能清楚的看到減速機(jī)軸轉(zhuǎn)動(dòng)一下，而切紙輥紋絲不動(dòng)的現(xiàn)象。在伺服使能，切紙輥找到并定位在原點(diǎn)的時(shí)候，切紙輥在原點(diǎn)處晃動(dòng)很厲害，定位很困難。經(jīng)過(guò)分析，原因應(yīng)該是由于伺服系統(tǒng)的“電子凸輪”運(yùn)行方式控制伺服電機(jī)在運(yùn)行的時(shí)候不斷的進(jìn)行加減速運(yùn)動(dòng)，加速了減速機(jī)中齒輪的磨損，造成齒輪的回程間隙變大，齒輪之間的間隙也加速了減速機(jī)輸出軸與切紙輥之間連接處的連接鍵的磨損，從而造成減速機(jī)與切紙輥之間的匡量。普通齒輪減速機(jī)的回程間隙等參數(shù)不能滿(mǎn)足伺服 電機(jī)的要求，因此確定需要更換行星齒輪型減速機(jī)。 更換行星齒輪型減速機(jī)之后，切紙輥的定位非常準(zhǔn)確，在原點(diǎn)的位置切刀能夠穩(wěn)定準(zhǔn)確的“定住”而不發(fā)生晃動(dòng)。切紙輥的可控性變好了，排除了由于齒輪間隙造成的一些非線(xiàn)性的不確定的因素。 制動(dòng)電阻的問(wèn)題 原系統(tǒng)所配制動(dòng)電阻的電阻為 88 歐姆，功率為 2021 瓦。當(dāng)送紙車(chē)速在 60m/min， 需要注意的其它問(wèn)題 出現(xiàn)的問(wèn)題 （ 1）參數(shù)設(shè)置不正確，伺服電機(jī)運(yùn)行不正常。由于編碼器安裝的線(xiàn)數(shù)和位置導(dǎo)致參數(shù) H1301 和 H1303 設(shè)置出現(xiàn)錯(cuò) 誤。 （ 2）驅(qū)動(dòng)器運(yùn)行信號(hào)的輸入，即檢測(cè)送紙速度的編碼器安裝位置不準(zhǔn)確，直接影響切紙精度。 （ 3）機(jī)械上的問(wèn)題，即送紙輥的減速機(jī)與送紙輥之間的連接軸里面的尼龍棒被磨損變細(xì)，連接軸出現(xiàn)松動(dòng)。 解決方法 （ 1）編碼器的線(xiàn)數(shù)要看清楚，如果編碼器安裝在電機(jī)軸上，那么 H1303 主 畢業(yè)論文 第 30 頁(yè) 第 30 頁(yè)軸周長(zhǎng)是實(shí)際周長(zhǎng)經(jīng)過(guò)減速機(jī)的變速比的折算之后的值。 （ 2）制作測(cè)速輪，將測(cè)速輪直接壓在從壓光機(jī)出來(lái)的紙張上，這樣測(cè)出來(lái)的速度就是最接近于紙張的實(shí)際速度。注意：測(cè)速輪的直徑越小、編碼器的線(xiàn)數(shù)越高，測(cè)速精度越高，切紙精度就越 高。 （ 3）解決辦法是重新加工尺寸合適的尼龍棒，避免連接軸晃動(dòng)，并且每個(gè)一段時(shí)間就要更換一次尼龍棒。 畢業(yè)論文 第 31 頁(yè) 第 31 頁(yè)致謝 值此我論文完成之際，衷心感謝我的導(dǎo)師龔木容教授幾個(gè)月來(lái)嘔心瀝血的培養(yǎng)！ 導(dǎo)師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目蒲兴悸?、?shí)事求是的治學(xué)態(tài)度、淵博的學(xué)識(shí)、敬業(yè)的精神、對(duì)科研工作敏銳的洞察能力是我永遠(yuǎn)學(xué)習(xí)的楷模。幾個(gè)月來(lái)，導(dǎo)師不僅在學(xué)術(shù)上給予精心指導(dǎo)，生活上也得到了導(dǎo)師悉心的幫助。在此再次謹(jǐn)向?qū)煆堓x教授致以最誠(chéng)摯的謝意！ 衷心感謝亞太森博（山東）漿紙有限公司高旺、騰以輝師傅、師傅等在我論文完成過(guò)程中提供的許多有益的 幫助！ 特別感謝亞太森博（山東）漿紙有限公司侯國(guó)軍主任，莊嚴(yán)工程師！他們?cè)谡撐耐瓿蛇^(guò)程中給予了我很大的幫助！ 作者：相恒禎 2021 年 4 月 畢業(yè)論文 第 32 頁(yè) 第 32 頁(yè)