【導(dǎo)讀】所有引用別人的觀點(diǎn)或文字，無(wú)論曾否發(fā)表，無(wú)論是紙質(zhì)或電子版，都必須注明出處或加以注釋。凡轉(zhuǎn)引文獻(xiàn)資料，應(yīng)如實(shí)說(shuō)明。對(duì)已有學(xué)術(shù)成果的介紹、評(píng)論、引用和注釋，應(yīng)力求客觀、公允、準(zhǔn)確。偽造、篡改文獻(xiàn)和數(shù)據(jù)等，均屬學(xué)術(shù)不端行為致謝一項(xiàng)科研成果或技術(shù)創(chuàng)新,往往不是獨(dú)自一人可以完成的,還需。論文作者的科學(xué)態(tài)度和論文具有真實(shí)、廣泛的科學(xué)依據(jù)，也反映出該論文的起點(diǎn)和深度。3)著錄參考文獻(xiàn)能起索引作用。4)著錄參考文獻(xiàn)有利于節(jié)省論文篇幅。課程考試通過(guò)了，但論文在答辯時(shí)被評(píng)為不合格，那么就不會(huì)授予他學(xué)位。核心期刊審核時(shí)間一般為4個(gè)月，須經(jīng)過(guò)初審、復(fù)審、終審三道程序。國(guó)家沒(méi)有對(duì)期刊進(jìn)行級(jí)別劃分。國(guó)家級(jí)期刊主管單位是國(guó)家部門(mén)或直屬部門(mén)。可編程控制器作為控制系統(tǒng)的核心裝置，功能強(qiáng)大、性能穩(wěn)定可靠。概述了可編程控制器PLC的現(xiàn)狀及其在包裝機(jī)械上應(yīng)用的可能性和前景。關(guān)鍵詞:包裝機(jī);PLC;張力控制;自適應(yīng)控制;同步控制;WinCC;Step7。

　　

【正文】 ED 點(diǎn)亮 。如輸出電路過(guò)載，則 LED 閃爍 。輸出電流長(zhǎng)期在 5A到 7A 之間時(shí)，輸出電壓下降，電源壽命縮短 。電流超過(guò) 7A 時(shí)，電壓跌落，跌落后可自動(dòng)恢復(fù) 。如輸出短路，則輸出電壓為 OV, LED 變暗，在短路消失后電壓自動(dòng)恢復(fù)。 在實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)中，接地是抑制干擾使系統(tǒng)可靠工作的主要辦法。如能把接地和屏蔽正確結(jié)合起來(lái)使用，可以解決大部分千擾問(wèn)題。在確定所有的模塊并組建 S7 300系統(tǒng)時(shí)要選擇合適的電源模塊。其選擇準(zhǔn)則是電源模塊的輸出功率必須大于 CPU 模塊與所有 I/O 模塊之和，并且要有 30%左右的余量。故在設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)考慮每塊模塊的電流消耗和功 率損耗是非常必要的。表 21列出了在 24V 直流負(fù)載電源下，所選用的各種 S7300 模塊的電流損耗以及從 24V 負(fù)載電源吸取的電流。機(jī)架 0 上 24V 電源由CPU3152DP 向其它模板供電、另外插入 IM360, CP3435 各 1 塊， SM331 模擬輸入板2塊， SM332 數(shù)字輸出板 4塊。這些模塊從 S7300背板總線吸取的電流為 : 350+70+2*60+4*80=860 (mA) 沒(méi)有超過(guò) CPU3152DP 所能轉(zhuǎn)供的電流 。 機(jī)架 1 上由 24V電源通過(guò) IM361 向其它模板供電，另外插入 SM322 共 3塊，數(shù)字輸入板 SM321 共 4塊，這些模塊從 S7300 背板總線吸取的電流為 : 70*3+4*25=310 ( mA ) 也沒(méi)有超過(guò) IM361 所能轉(zhuǎn)供的電流 0. 8A。 那么各模塊從 24V電源吸取的總電流為 : 1000+600+2*60+3*100+4*1+500+4*80=2844 (mA) 考慮到電源應(yīng)留有一定的余量，所以電源模塊應(yīng)選 PS307 （ 5A ） 。 成都信息工程學(xué)院畢業(yè)論文 第 ２２ 頁(yè) 共 42 頁(yè) 變頻器的選擇 考慮到張 力控制系統(tǒng)對(duì)速度控制精度要求比較高，但負(fù)載不大的特點(diǎn)，在選擇變頻器時(shí)選用了西門(mén)子 SIMOVERT MASTER DRIVES 6SE70VC 矢量型變頻器⒀ (容量在 2. 237kw，屬于小功率變頻器 )，配套電機(jī)則是西門(mén)子專用帶光電編碼器交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī) (3相， 380460V)。該系列變頻器采用最新的矢量控制技術(shù)、從而提高了系統(tǒng)的控制精度和動(dòng)態(tài)響應(yīng)精度。同時(shí)，由于其內(nèi)部有開(kāi)關(guān)量連接器和模擬量連接器及各種功能數(shù)據(jù)組，加上提供的豐富的自由功能模塊和自由控制方式，使該系統(tǒng)變頻器較多應(yīng)用于高動(dòng)態(tài)性能傳動(dòng)系統(tǒng) 的頻率控制、轉(zhuǎn)速控制和轉(zhuǎn)矩控制。滿足了不同控制系統(tǒng)的要求。特別是在近年來(lái)投產(chǎn)的造紙機(jī)電氣傳動(dòng)系統(tǒng)中較多采用了這種工程型變頻器來(lái)組態(tài)系統(tǒng)。反映出這種變頻器在造紙傳動(dòng)中的卓越性能⒁。 6SE70 系列變頻器功能強(qiáng)大、組態(tài)靈活，能適合各種場(chǎng)合的應(yīng)用需要。 傳感器與執(zhí)行機(jī)構(gòu) 卷紙包裝機(jī)控制系統(tǒng)中主要的傳感器以開(kāi)關(guān)量提供給 PLC，作為操作決策的依據(jù)，這些開(kāi)關(guān)輸入量有 : 開(kāi)關(guān) 3工位的行程開(kāi)關(guān) 、皮帶、推紙機(jī)的自動(dòng)停用和工作信號(hào) 、電磁閥等的電源信號(hào)等 PLC 的控制輸出大多是一些開(kāi)關(guān)輸出信號(hào)，如送料機(jī)、工藝盤(pán)電機(jī)，皮帶的啟動(dòng)等，這些信號(hào)經(jīng)功率放大驅(qū)動(dòng)對(duì)應(yīng)的包裝執(zhí)行機(jī)構(gòu)。 本章小結(jié) 本章分析了卷紙包裝機(jī)工藝流程和包裝各動(dòng)作的時(shí)序及包裝機(jī)速度的影響因素及提高方法，設(shè)計(jì)了包裝機(jī)控制系統(tǒng)的控制方案、運(yùn)行方式及硬件的選擇和組態(tài)，并成都信息工程學(xué)院畢業(yè)論文 第 ２３ 頁(yè) 共 42 頁(yè) 詳細(xì)介紹了組態(tài)的各模塊。 第三章 電控系統(tǒng)電路及各功能模塊的設(shè)計(jì) 卷紙包裝機(jī)用三相異步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，由專用的變頻器電源供電，轉(zhuǎn)速通過(guò)變頻調(diào)速實(shí)現(xiàn)。另外幾臺(tái)小功率輔助電機(jī)分別用于驅(qū)動(dòng)開(kāi)卷機(jī)構(gòu)，切紙機(jī)構(gòu)，送料機(jī)構(gòu)，插紙板，夾鉗機(jī)械手等。對(duì)于該包裝機(jī)的控制系統(tǒng)，主要有原包裝紙放料過(guò)程中的張力控制，送料過(guò)程中的同步控制，包裝過(guò)程控制等。工藝盤(pán)的轉(zhuǎn)動(dòng)是由三相異步電機(jī)通過(guò)皮帶傳動(dòng)帶動(dòng)的，各加工工位的動(dòng)作是通過(guò)順序邏輯控制電磁閥，以壓縮空氣、氮?dú)馔苿?dòng)氣缸，從而帶動(dòng)機(jī)械結(jié)構(gòu)移動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。 供電線路 如圖 31所示，三相電源由滑線引入電氣柜中，經(jīng)由一個(gè)總進(jìn)線空氣開(kāi)關(guān) ( QS1)后供給系統(tǒng)的控制回路及電機(jī)主電路部分。其控制部分則用一個(gè) 1KW 的變壓器 (TC2)將 380V 的電壓變?yōu)?220V，并且在輸出側(cè)分成五路，分別提供給工控機(jī)、 PLC, PLC輸入回路、 PLC 輸出回路和繼電器回路。這樣便于將故障分散， 并且有利于調(diào)試和檢修。在 QS1 前引出的一路電源是為了給空調(diào)器和照明燈供電用，因?yàn)樗鼈儗儆诟綄僭O(shè)備，與控制無(wú)關(guān)所以從 QSl 之前引出，以便在檢修時(shí)也不影響其正常使用。 ⒈主電機(jī)的啟動(dòng)控制 主電機(jī)啟動(dòng)前，主操縱離合器應(yīng)處于拉開(kāi)狀態(tài)，確保主電機(jī)輕載啟動(dòng)。若所有的檢測(cè)和控制條件均有效，則按 下啟動(dòng)按鈕可使主電機(jī)輕載低速啟動(dòng)，并在一定時(shí)間延遲后自動(dòng)控制變頻器的高速運(yùn)轉(zhuǎn)。若機(jī)器出現(xiàn)故障，則應(yīng)立即切斷電源，并且進(jìn)行機(jī)成都信息工程學(xué)院畢業(yè)論文 第 ２４ 頁(yè) 共 42 頁(yè) 械制動(dòng)，確保機(jī)器的安全。 ⒉變頻器的運(yùn)轉(zhuǎn)控制 變頻器的運(yùn)轉(zhuǎn)控制主要有運(yùn)轉(zhuǎn)啟動(dòng)、速度自動(dòng)設(shè)定、故障報(bào)警停機(jī)故障提示和解除故障狀態(tài)。 ⒊送卷紙電機(jī)的控制 在主電機(jī)啟動(dòng)后，送紙電機(jī)應(yīng)自動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)，保證下紙道中有充足的卷紙供推紙板使用，并且要求在 JS3 傳感器 (檢測(cè)推紙板是推還是退 )的控制下有高低速自動(dòng)切換功能。當(dāng)主機(jī)停下來(lái)時(shí)，送卷紙電機(jī)不應(yīng)馬上停止，必須經(jīng)過(guò)一段延時(shí)后再停，否則將會(huì)出現(xiàn)下紙道短時(shí)缺紙 或紙道堵塞的現(xiàn)象，影響主電機(jī)的再次啟動(dòng)。 裝料工位 1 要達(dá)到高速包裝，紙片和紙球需要快速地送到 1 工位，因此就必須考慮電機(jī)的速度響應(yīng)性。步進(jìn)電機(jī)從靜止加速到工作轉(zhuǎn)速 (一般為每分鐘幾百轉(zhuǎn) )需要 200∽ 400 毫秒。交流伺服系統(tǒng)的加速性能較好，以松下 MSMA 400W 交流伺服電機(jī)為例，從靜止加速到其額定轉(zhuǎn)速 3000RPM 僅需幾毫秒，可用于要求快速啟停的控制場(chǎng)合 [⒃。因此我們選用交流伺服電機(jī)作為裝料機(jī)構(gòu)的執(zhí)行電機(jī)。在這個(gè)工位上，推紙空心臺(tái)推動(dòng)己切好的包裝紙片，托盤(pán)推桿推動(dòng)紙球 同時(shí)以相同的速度前進(jìn)，當(dāng)壓到紙片到位行程開(kāi)關(guān)時(shí)，推紙空心板停止，當(dāng)壓到托盤(pán)到位行程開(kāi)關(guān)時(shí)，托盤(pán)停止。卷紙和包裝紙已進(jìn)入該工位，電機(jī)帶動(dòng)工藝盤(pán)繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)插紙板向前運(yùn)動(dòng)，托盤(pán)推桿和推紙空心臺(tái)退回原位。包裝紙推紙空心臺(tái)和卷紙托盤(pán)推桿要自動(dòng)往返于工藝盤(pán)和地面之間以完成送料動(dòng)作，其控制線 [⒂、⒄如圖 32所示。 成都信息工程學(xué)院畢業(yè)論文 第 ２５ 頁(yè) 共 42 頁(yè) 為了在正式工作前調(diào)整推紙空心臺(tái)和卷紙托盤(pán)推桿的位置，本線路設(shè)有操作選擇控制，由按鈕 SB2 和中間繼電器 KA 組成。若要調(diào)整他們的位置，就不能按選擇按鈕SB2，這樣 KA不得電其常開(kāi)觸點(diǎn)斷開(kāi)，電動(dòng)機(jī)正 反轉(zhuǎn)控制電路只能完成點(diǎn)動(dòng)控制。推板位置調(diào)準(zhǔn)后，按下 SB2 使 KA 得電，其常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制電路才能實(shí)現(xiàn)連續(xù)動(dòng)作。工藝盤(pán)的底部裝有行程開(kāi)關(guān) SQa, SQb, SQc, SQp,包裝機(jī)底部裝有行程開(kāi)關(guān) SQd,SQg(推板處在裝料位 )， 當(dāng) KT2 延時(shí)到，即在 1 工位裝料完成時(shí)， KT2 常開(kāi)觸點(diǎn)閉合， KMd， KMr 得電并互鎖，兩電機(jī)反轉(zhuǎn)，推紙空心臺(tái)和托盤(pán)推桿同時(shí)下降，分別壓動(dòng) SQd. SQg 時(shí) ,下降停止。當(dāng)工藝盤(pán)轉(zhuǎn)到 V3 或 V7 槽時(shí)，壓動(dòng)行程開(kāi)關(guān) SQa, KT1 得電，當(dāng)延時(shí)到，其常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，放紙空心 臺(tái)和托盤(pán)推桿同時(shí)上升，重復(fù)上述操作， SQp 為到工位 1 時(shí)的行程開(kāi)關(guān)，延時(shí) 150 毫秒后，工藝盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)放紙空心臺(tái)和托盤(pán)推桿下降。 SQa 為到工位 2 時(shí)的行程開(kāi)關(guān) ,當(dāng)?shù)竭_(dá)此處時(shí)，發(fā)出進(jìn)料信號(hào)，放紙空心臺(tái)和托盤(pán)推桿上升。 夾鉗抓緊、旋轉(zhuǎn)、窩邊工位 2 成都信息工程學(xué)院畢業(yè)論文 第 ２６ 頁(yè) 共 42 頁(yè) 如圖 33所示，當(dāng)?shù)竭_(dá) V2 或 V6槽時(shí)，由該位的行程開(kāi)關(guān)發(fā)出信號(hào)，夾鉗機(jī)構(gòu)軸向電機(jī)動(dòng)作，打開(kāi)氣缸電磁閥，使兩端的夾鉗機(jī)構(gòu)沿軸向運(yùn)動(dòng)，到限位開(kāi)關(guān)時(shí)，軸向運(yùn)動(dòng)停止，夾鉗機(jī)構(gòu)徑向運(yùn)動(dòng)電磁閥打開(kāi)，三個(gè)夾桿同時(shí)順著導(dǎo)軌徑向運(yùn)動(dòng)，當(dāng)觸到抓緊開(kāi)關(guān)時(shí)，抓緊動(dòng)作結(jié)束。延時(shí) 50ms,在此時(shí)間段中，主電機(jī)帶動(dòng)該機(jī)構(gòu)軸旋轉(zhuǎn) 90度，延時(shí)結(jié)束，軸向電機(jī)繼續(xù)動(dòng)作，完成窩邊動(dòng)作。然后徑向電機(jī)反轉(zhuǎn)，夾緊裝置松開(kāi)，同時(shí)軸向電機(jī)反轉(zhuǎn)，使夾鉗機(jī)構(gòu)退回的原位。 成都信息工程學(xué)院畢業(yè)論文 第 ２７ 頁(yè) 共 42 頁(yè) 卸料工位 3 當(dāng)?shù)竭_(dá)此工位時(shí)，由于已越過(guò)卷紙的支撐平臺(tái)，包裝好的卷紙由于重力作用，自動(dòng)落入成品庫(kù)中。 、分切部分的張力控制 卷紙包裝機(jī)有一套傳動(dòng)系統(tǒng)，包括放卷，切斷，每個(gè)部分由一臺(tái)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)。從放卷到切斷，包裝紙是連續(xù)的，當(dāng)機(jī)器起動(dòng)時(shí)，由上位機(jī)發(fā)出命令，主速節(jié)點(diǎn)的電機(jī)開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)通知其它各節(jié)點(diǎn)開(kāi) 始協(xié)調(diào)動(dòng)作，以保證各段包裝紙的線速度一致，從而使張力趨于穩(wěn)定，停機(jī)時(shí)同樣如此。在升降速過(guò)程中，主速節(jié)點(diǎn)必須發(fā)送升降速標(biāo)志給其它各節(jié)點(diǎn)，使他們?cè)诳刂聘髯詮埩r(shí)作出相應(yīng)的補(bǔ)償，這個(gè)過(guò)程要求響應(yīng)快。當(dāng)某一段張力出現(xiàn)允許范圍內(nèi)的抖動(dòng)時(shí)，系統(tǒng)也應(yīng)該作出上述反應(yīng)。由主速節(jié)點(diǎn)測(cè)量到的包裝紙線速度必須實(shí)時(shí)傳到放卷節(jié)點(diǎn)，當(dāng)某一軸上的包裝紙即將放完時(shí)，該部分的另一軸應(yīng)該提前轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)，并且線速度和主速節(jié)點(diǎn)傳過(guò)來(lái)的速度值保持一致，這樣才能實(shí)現(xiàn)無(wú)速度差轉(zhuǎn)接，以減少?gòu)U料。機(jī)器運(yùn)行過(guò)程中，一旦某個(gè)部分出現(xiàn)故障，其測(cè)控節(jié)點(diǎn)應(yīng)將信息立即傳往 上位機(jī)，上位機(jī)發(fā)出急停命令使下位機(jī)各節(jié)點(diǎn)同時(shí)對(duì)各自電機(jī)進(jìn)行直流制動(dòng)。 成都信息工程學(xué)院畢業(yè)論文 第 ２８ 頁(yè) 共 42 頁(yè) 在分切的過(guò)程中，由于放卷輥上包裝紙的直徑越放越小，放卷機(jī)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的變化范圍很大，采用一般的控制方法難以取得滿意的控制效果。而采取基于 PLC的自適應(yīng)控制方法則可消除系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量變化的影響，達(dá)到優(yōu)良的控制效果。 包裝紙分切機(jī)調(diào)節(jié)原理簡(jiǎn)介 在分切時(shí)，為了使包裝紙平整、伏貼，必須使包裝紙保持一定的張力。包裝紙分切機(jī)是一種采用調(diào)節(jié)輥的張力控制系統(tǒng)。其放卷機(jī)控制系統(tǒng)原理如圖 3— 4 所示。 工作時(shí)首先根據(jù)紙厚通過(guò)上位機(jī)設(shè)定所需 張力，該張力是通過(guò)氣壓加至調(diào)節(jié)輥上而產(chǎn)生的。由于調(diào)節(jié)輥所受到的向下的力 Fg 是重力和氣壓力的合力，該力是一個(gè)恒定的力，調(diào)節(jié)輥所受到的向上的力則是包裝紙的張力 T1和 T2。因此，只要調(diào)節(jié)輥處于靜止或勻速運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，包裝紙的張力就是該恒定力的一半，亦即張力亦是一個(gè)恒定的力。分切機(jī)主傳動(dòng)變頻器控制主傳動(dòng)電機(jī)跟隨控制面板上速度，電位器的設(shè)定值運(yùn)動(dòng)，放卷機(jī)變頻器及傳動(dòng)電機(jī)的作用是控制包裝紙的放卷速度，使調(diào)節(jié)輥穩(wěn)定在平衡點(diǎn)附近，以間接地控制張力。調(diào)節(jié)輥的位置通過(guò)電位器檢出后送 PLC，放卷輥的直徑通過(guò)超聲波測(cè)距儀檢出后送 PLC。 PLC 內(nèi)部根據(jù)分切機(jī)主傳動(dòng)的速度、調(diào)節(jié)輥的位置、以及放卷輥的直徑等數(shù)據(jù)，經(jīng)運(yùn)算得到并輸出放卷機(jī)變頻器的給定頻率，控制放卷機(jī)的運(yùn)行。使其線速度與分切機(jī)的線速度同步。從而使調(diào)節(jié)輥保持在中間位置。 成都信息工程學(xué)院畢業(yè)論文 第 ２９ 頁(yè) 共 42 頁(yè) 放卷部分 放卷部分恒張力控制的變化是由于原卷材半徑的變化，造成放卷電機(jī)轉(zhuǎn)矩的變化，根據(jù)放卷半徑的檢測(cè)方法⒅，以放卷筒為研究對(duì)象，根據(jù)圖 35 受力關(guān)系，建動(dòng)態(tài)力矩平衡方程 : 成都信息工程學(xué)院畢業(yè)論文 第 ３０ 頁(yè) 共 42 頁(yè) 張力控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn) 1)基本控制思想 由于帶膜放卷輥的直徑變化范圍很大，放卷輥的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量變化范圍很大，亦即控制對(duì) 象的參數(shù)變化范圍很大，若控制器采用定參數(shù)的 PID 調(diào)節(jié)方法必定得不到滿意的控制效果。因此系統(tǒng)中采用了自適應(yīng)控制原理。 自適應(yīng)控制是隨著計(jì)算機(jī)的發(fā)展和普及而發(fā)展起來(lái)的一種新型自動(dòng)控制技術(shù)。其控制作用是基于一定的數(shù)學(xué)模型和一定的性能指標(biāo)綜合出來(lái)的，采用的是“預(yù)測(cè)一辨識(shí)一控制”的方法，通過(guò)辨識(shí) (包括對(duì)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、參數(shù)、性能指標(biāo)等的辨識(shí) )而獲得自適應(yīng)能力。一個(gè)典型的自適應(yīng)控制系統(tǒng)如圖 36所示，與一般反饋控制系統(tǒng)的區(qū)別成都信息工程學(xué)院畢業(yè)論文 第 ３１ 頁(yè) 共 42 頁(yè) 在于增加了參考模型和自適應(yīng)控制器⒆，因此增加了幾個(gè)參數(shù)。在自適應(yīng)控制系統(tǒng)中，一般反饋控制作用和自適 應(yīng)控制作用同時(shí)存在。當(dāng)信號(hào) e(t)進(jìn)入自適應(yīng)控制回路后，經(jīng)運(yùn)算產(chǎn)生適當(dāng)?shù)恼{(diào)整作用，直接改變控制器的參數(shù)，從而使系統(tǒng)的輸出 y (t)逐步與模型輸出 Ym(t)接近，直到 y(t)=Ym (t)即偏差信號(hào) e(t)=0，自適應(yīng)調(diào)整過(guò)程就自動(dòng)停止，控制器參數(shù)也就自動(dòng)整定完畢⒇。 在張力控制系統(tǒng)中利用自適應(yīng)控制，使變頻器工作在轉(zhuǎn)速開(kāi)環(huán)的方式下，此時(shí)變頻器及電機(jī)的傳遞函數(shù)可近似為一個(gè)慣性環(huán)節(jié)和積分環(huán)節(jié)。其中積分系數(shù)與放卷輥的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量成正比。而放卷輥的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量與其直徑的平方成正比。通過(guò)將轉(zhuǎn)速實(shí)際值反饋給 PLC，經(jīng) PLC 形