【正文】 cer tension control system, this control method is characterized by: Run a reliable, mechanical wear is small, high control accuracy. Through my internship in the print factory of the contacts and understanding to integrate theory with practice, through plc, converters, munications and other technology to build a PLC and inverter as the core of a plete webfed offset press Tension Control System . 1. An overview of inverters and PLC working principle and performance。 3. In the mathematical model developed on the basis of the system control applications. First, PID control algorithm is used for the control strategy to verify the model is reasonable.Through the pletion of the above paper in order to achieve constant tension control, the purpose of improving print quality to meet production needs.Key Words：Tension control。 PLC44 / 47目 錄摘 要 IVAbstract V第1章 緒論 3 3 凹版印刷機(jī)工藝以及印刷原理 3 凹版印刷機(jī)的發(fā)展歷史 3 課題的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 3 三電機(jī)張力控制系統(tǒng)介紹 3 PLC控制變頻調(diào)速系統(tǒng) 4 論文的研究目的和內(nèi)容 4 論文結(jié)構(gòu) 5第2章 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案 6 印刷機(jī)控制系統(tǒng)的基本設(shè)計(jì)步驟和設(shè)計(jì)功能 6 基本設(shè)計(jì)步驟 6 印刷機(jī)變頻器控制系統(tǒng)的基本設(shè)計(jì)功能 6 基本工作流程 7 系統(tǒng)的組成方案 7第3章 系統(tǒng)的硬件選擇及接線原理 10 10 電動(dòng)機(jī) 10 張力傳感器 10 變頻器 11 PLC的選取 12 熱繼電器的選擇 12 系統(tǒng)的硬件接線 12 系統(tǒng)主電路接線圖 13 PLC的I/O分配表 13 PLC外部I/O連接 14 收卷、放卷變頻器(前后牽引變頻器)端子接線圖 14 主牽引變頻器端子接線圖 16第4章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 17 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 17 系統(tǒng)總流程圖 17 三菱PLC的PID設(shè)定 18 系統(tǒng)梯形圖 22結(jié)論 25參考文獻(xiàn) 26附錄一 27附錄二 42附錄三 43致謝 46不要?jiǎng)h除行尾的分節(jié)符，此行不會(huì)被打印千萬(wàn)不要?jiǎng)h除行尾的分節(jié)符，此行不會(huì)被打印。打印前，不要忘記把上面“Abstract”這一行后加一空行第1章 緒論 本文來(lái)源于對(duì)外包裝印刷機(jī)生產(chǎn)設(shè)計(jì)實(shí)例的研究，目的是進(jìn)一步完善一套基于可編程控制器(PLC)技術(shù)與變頻器技術(shù)的電機(jī)張力控制系統(tǒng)。此種印刷方式具有以下優(yōu)點(diǎn): 1．印刷油墨層厚實(shí)，圖像色澤好，層次豐富，效果高清。 3．印刷系統(tǒng)使用周期長(zhǎng)，并且具有故障報(bào)警維修的特性。 凹版印刷機(jī)的發(fā)展歷史20世紀(jì)五十年代在中國(guó)上海建業(yè)義華機(jī)器制造股份有限公司制成了第一臺(tái)凹版印刷機(jī)。隨后一些工廠也制成了印刷塑料薄膜的卷筒材料凹印機(jī)。 課題的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀19世紀(jì)以來(lái)，凹版印刷機(jī)的發(fā)展經(jīng)歷了如下幾個(gè)發(fā)展階段。體現(xiàn)在張力控制方面表現(xiàn)為經(jīng)歷了磁粉張力系統(tǒng)—交流電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速控制系統(tǒng)—伺服電動(dòng)機(jī)無(wú)軸控制系統(tǒng)幾個(gè)發(fā)展階段。 三電機(jī)張力控制系統(tǒng)介紹凹版印刷機(jī)控制系統(tǒng)主要是由可編程控制器與三臺(tái)變頻器(分別控制放卷電機(jī)、收卷電機(jī)和主電機(jī))組成的，這種控制方式簡(jiǎn)稱為三電機(jī)同步控制方式。目前最為領(lǐng)先的控制系統(tǒng)當(dāng)屬使用單臺(tái)可編程控制器，通過(guò)數(shù)字量輸出控制三個(gè)變頻器的啟動(dòng)或者停止，通過(guò)模擬量輸出擴(kuò)展模塊EM232調(diào)整變頻器的運(yùn)轉(zhuǎn)速度指令。 PLC控制變頻調(diào)速系統(tǒng)由變頻器、電機(jī)和可編程控制器組成的印刷機(jī)控制系統(tǒng)，通過(guò)控制驅(qū)動(dòng)印刷版筒的主電機(jī)以及放卷和收卷兩個(gè)個(gè)電機(jī)的線速度同步來(lái)達(dá)到張力的穩(wěn)定，具有影響反應(yīng)速度的特點(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。n＝60轉(zhuǎn)速n與頻率f成正比，頻率f的改變會(huì)導(dǎo)致電機(jī)速度的變換，當(dāng)頻率f在0～50Hz變化的通用范圍內(nèi)時(shí)，轉(zhuǎn)速的變換將會(huì)有著很大的幅度和范圍。交流與直流的轉(zhuǎn)換是變頻器的特點(diǎn)，首先通過(guò)轉(zhuǎn)換我們平常用的50Hz頻率的交流電變成方向不改變的直流電，然后通過(guò)逆變?cè)僮兓亟涣麟?，其電壓與頻率均可控制。所以說(shuō)印刷機(jī)系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的控制系統(tǒng)，本文著重?cái)⑹隽税及嬗∷C(jī)的工作過(guò)程，工作原理，控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)等針對(duì)基于PLC的變頻器控制凹版印刷機(jī)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，從而達(dá)到令張力恒定的目的。本論文的主要工作如下：本系統(tǒng)將 PLC與變頻器有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，采用以被印刷材料的張力數(shù)值為主控參數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)印刷機(jī)的張力的有效控制，使印刷機(jī)制品達(dá)到理想的效果。在介紹印刷機(jī)基本結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，深入分析了印刷機(jī)的工作原理，闡述了PLC的優(yōu)點(diǎn)及特點(diǎn)，重點(diǎn)分析了印刷機(jī)的硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)，研究并提出了基于PLC凹版印刷機(jī)變頻器控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)方案。第二章介紹了印刷機(jī)控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案，整個(gè)系統(tǒng)需要完成的設(shè)計(jì)功能。第四章著重介紹了PID模塊的軟件編寫，及部分軟件設(shè)計(jì)。下面分為兩個(gè)部分，分別為軟件設(shè)計(jì)和硬件電路的設(shè)計(jì)，首先進(jìn)行硬件設(shè)計(jì)，包括外部電路的設(shè)計(jì)和對(duì)PLC的安裝配線。當(dāng)硬件和軟件編寫工作完成之后，進(jìn)行工控現(xiàn)場(chǎng)的調(diào)試，根據(jù)設(shè)計(jì)是否符合要求，調(diào)整硬件或者軟件，依次來(lái)完成設(shè)計(jì)要求。圖21 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟 印刷機(jī)變頻器控制系統(tǒng)的基本設(shè)計(jì)功能本設(shè)計(jì)為滿足凹版印刷機(jī)張力恒定的要求，系統(tǒng)的具體設(shè)計(jì)要求如下：1．本系統(tǒng)的控制對(duì)象為對(duì)凹版印刷機(jī)的變頻器進(jìn)行控制，進(jìn)而對(duì)整個(gè)印刷機(jī)各環(huán)節(jié)的張力進(jìn)行控制。3．運(yùn)用張力傳感器測(cè)定運(yùn)行系統(tǒng)的張力，當(dāng)張力數(shù)值超過(guò)設(shè)定報(bào)警上限時(shí)，發(fā)出報(bào)警信號(hào)。 基本工作流程 1．在整個(gè)系統(tǒng)開(kāi)始工作之前先按下警鈴按鈕，此時(shí)是為了避免出現(xiàn)不必要的意外事故。3．當(dāng)印制品的前牽引和后牽引處的張力都達(dá)到穩(wěn)定時(shí)，主牽引才開(kāi)始運(yùn)轉(zhuǎn)。5．當(dāng)線速度達(dá)到1015米/分鐘的時(shí)候，才對(duì)主牽引停止加速，當(dāng)人工調(diào)節(jié)印刷套準(zhǔn)之后達(dá)到套準(zhǔn)要求，再次按下加速按鈕繼續(xù)加速運(yùn)行。 系統(tǒng)的組成方案整機(jī)控制采用三菱FX2N16MR系列PLC、變頻器以及張力傳感器組成的閉環(huán)控制系統(tǒng)。系統(tǒng)示意圖如圖22所示，整臺(tái)機(jī)器的張力控制實(shí)際分為三段張力：放卷、收卷、印刷。系統(tǒng)中主要執(zhí)行元件動(dòng)作均由可編程控制器輸出點(diǎn)控制，PLC根據(jù)設(shè)計(jì)要求，時(shí)刻調(diào)整輸出指令。圖23 變頻器的結(jié)構(gòu)框圖系統(tǒng)上電之后，可編程控制器即開(kāi)始掃描各個(gè)輸入點(diǎn)的狀態(tài)，并且檢查通信接口是否可用。在PLC發(fā)送數(shù)據(jù)包中，速度指令對(duì)應(yīng)著變頻器的模擬量指令輸入，變頻器正是根據(jù)這個(gè)指令來(lái)調(diào)整PWM控制電路的輸出。進(jìn)而達(dá)到張力的穩(wěn)定。圖24 基于PLC與變頻器的恒張力控制過(guò)程示意圖第3章 系統(tǒng)的硬件選擇及接線原理 基于凹版印刷機(jī)系統(tǒng)的特點(diǎn)，需要選擇規(guī)格一定的電動(dòng)機(jī)、傳感器、PLC以及變頻器，本節(jié)主要介紹硬件的選擇過(guò)程。下面的簡(jiǎn)要的介紹一下三相異步交流電動(dòng)機(jī)：1．工作原理：當(dāng)電動(dòng)機(jī)的三項(xiàng)定子繞組(各相差120度電角度)，通入三項(xiàng)交流電后，將產(chǎn)生一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，該旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)切割轉(zhuǎn)子繞組，從而在轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電流(轉(zhuǎn)子繞組是閉合通路)，載流的轉(zhuǎn)子導(dǎo)體在定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)作用下將產(chǎn)生電磁力，從而在電機(jī)轉(zhuǎn)軸上形成電磁轉(zhuǎn)矩，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)，并且電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)方向相同[3]。原因有三點(diǎn)：首先，張力太小會(huì)導(dǎo)致紙帶松弛、褶皺、套印不準(zhǔn)等弊病發(fā)生；其次，張力過(guò)大，會(huì)增加機(jī)器的負(fù)荷和增加紙帶的應(yīng)力，且超過(guò)其強(qiáng)度極限就會(huì)斷裂；最后，張力不穩(wěn)定，紙帶會(huì)發(fā)生跳動(dòng)，以至于會(huì)出現(xiàn)套印不準(zhǔn)、重影等問(wèn)題?；谝陨蠁?wèn)題，本文采用的是測(cè)量壓力的電位器式壓力傳感器，其原理為當(dāng)張力發(fā)生改變時(shí)將壓力傳遞給彈簧管，此時(shí)彈簧管發(fā)生一定的角位移，接著電位器產(chǎn)生一個(gè)數(shù)值的變化，電阻值也隨之改變，得到一個(gè)電壓信號(hào)，傳遞給PLC進(jìn)行下一步的工作。圖32 壓力傳感器工作原理根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求選取施密特公司的TSB1,此款傳感器的特點(diǎn)為連續(xù)測(cè)量低高張力范圍的膠片、繃帶、塑料薄膜等寬體材料的張力。 變頻器首先通過(guò)轉(zhuǎn)換我們平常用的50Hz頻率的交流電變成方向不改變的直流電，然后通過(guò)逆變?cè)僮兓亟涣麟?，其電壓與頻率均可控制。例如數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊可將一定的數(shù)字量轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的模擬量(電壓或電流)輸出，這種轉(zhuǎn)換具有較高的精度。1．模擬量模塊輸出信號(hào)的選擇：通過(guò)對(duì)模擬量模塊連接端子的選擇，可以得到兩種信號(hào)，0~10V或0~5V電壓信號(hào)以及4~20mA電流信號(hào)。 2．模擬量模塊的增益及偏置調(diào)節(jié)：模塊的增益可設(shè)定為任意值?？蓪?duì)模塊進(jìn)行偏置調(diào)節(jié)，例如數(shù)字量0~4000對(duì)應(yīng)010V。1．主牽引變頻器：： 此種變頻器含有一個(gè)高速脈沖輸出端子(可選為開(kāi)路集電極式)，0kHz~50kHz的方波信號(hào)輸出，可實(shí)現(xiàn)設(shè)定頻率、輸出頻率等物理量的輸出。MD320系列的輸入輸出端子數(shù)：5個(gè)DI(雙向輸入，1個(gè)高速口)，2個(gè)AI，2個(gè)DO(1個(gè)高速口)，1個(gè)AO，1個(gè)繼電器(可擴(kuò)展I/O)。 PLC的選取選取三菱FX2N16MR系列，8個(gè)模擬量輸入、8個(gè)繼電輸出輸出。FX2N 是FX系列中功能最強(qiáng)、運(yùn)行速度最快的PLC。當(dāng)這些特殊功能的模塊和擴(kuò)展板被使用時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)模擬量的控制、位置的控制和聯(lián)網(wǎng)通信等功能。根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求，當(dāng)線路發(fā)生故障時(shí)，需要切斷電路以保證系統(tǒng)整體不會(huì)受到損壞，所以選取熱繼電器起到保護(hù)系統(tǒng)的作用。 系統(tǒng)主電路接線圖如圖33所示，該印刷機(jī)變頻器控制系統(tǒng)有三臺(tái)變頻器，分別拖動(dòng)三臺(tái)電動(dòng)機(jī)。三個(gè)熱繼電器KR1～KR3分別對(duì)三臺(tái)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行保護(hù)，避免電動(dòng)機(jī)在過(guò)載時(shí)可能產(chǎn)生的過(guò)熱損壞。同時(shí)，具有四個(gè)輸出，分別為運(yùn)行指示燈、警鈴、前牽引變頻器、后牽引變頻器、主牽引變頻器。表31 PLC的 I/O接口分配表輸入輸出序號(hào)名稱地址序號(hào)名稱地址1啟動(dòng)按鈕SB1X0001運(yùn)行指示燈Y0012急停按鈕SB2X0012警鈴Y0023加速按鈕SB3X0023主牽引變頻器Y0044減速按鈕SB4X0034后牽引變頻器Y0055報(bào)警按鈕SB5X0045前牽引變頻器Y006 PLC外部I/O連接根據(jù)設(shè)計(jì)需求，選取三菱FX2N16MR CPU 控制核心FX2N系列可編程控制器?；局噶睿涸贔X2N系列右側(cè)可連接輸入輸出擴(kuò)展模塊和特殊功能模塊,基本單元內(nèi)置2軸獨(dú)立最高100kHz定(晶體管輸出型)擁有四個(gè)模擬量輸入四個(gè)模擬量輸出通道。 收卷、放卷變頻器(前后牽引變頻器)端子接線圖，此變頻器的特點(diǎn)為控制方式：無(wú)速度傳感器矢量控制、有速度傳感器矢量控制、V/F控制。通過(guò)多種參數(shù)的組合能夠精確實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)控制。十六段速度控制、擺頻控制廣泛應(yīng)用在拉絲、線纜、紡織、化纖、電梯、印刷包裝機(jī)械、健身機(jī)械、機(jī)床等行業(yè)。多功能輸入輸出擴(kuò)展卡有5個(gè)(DI6～DI10)多功能數(shù)字輸入端子，1個(gè)(AI3)模擬量輸入端子。圖35 前、后牽引變頻器的端子接線圖 主牽引變頻器端子接線圖主牽引變頻器的端子接線圖如下圖36，主牽引變頻器的作用是控制整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的主電機(jī)，當(dāng)前后牽引變頻器運(yùn)行達(dá)到穩(wěn)定時(shí)，按下啟動(dòng)按鈕，此時(shí)主變頻器才起到控制作用。適用于Q、QnU、QS、QnA、AnS、AnA、FX等全系列可編程控制器。 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)的軟件部分由GX DEVELOPER ，編程界面如圖41所示，基于三菱FX2N16MR的PLC進(jìn)行了印刷機(jī)系統(tǒng)變頻器控制的設(shè)計(jì)。按下啟動(dòng)按鈕，此時(shí)控制凹版印刷機(jī)印刷部分的主電機(jī)還不開(kāi)始運(yùn)行，而控制前牽引和后牽引的將根據(jù)張力傳感器所測(cè)的張力值大小，通過(guò)張力傳感器將張力變化的大小轉(zhuǎn)換為電信號(hào)反饋到PLC當(dāng)中進(jìn)行比例、積分、微分運(yùn)算后，再輸出給前牽引變頻器和后牽引變頻器，通過(guò)編碼器，對(duì)張力進(jìn)行進(jìn)一步的調(diào)節(jié)。按下加速按鈕，此時(shí)主牽引才進(jìn)行啟動(dòng)加速。前牽引和后牽引初的張力傳感器在整個(gè)控制過(guò)程都檢測(cè)所在處的張力值是否發(fā)生變化，目的將張力的大小調(diào)節(jié)到穩(wěn)定平衡的狀態(tài)。圖42 系統(tǒng)流程圖 三菱PLC的PID設(shè)定1．FX2N的PID指令PID指令的編號(hào)為FNC88，源操作數(shù)［S1］、［S2］、[S3]和目標(biāo)操作數(shù)[D]均為數(shù)據(jù)寄存器D，16位指令，占9個(gè)程序步。源操作數(shù)［S3］占用從［S3］開(kāi)始的25個(gè)數(shù)據(jù)寄存器。PID指令是用來(lái)調(diào)用PID運(yùn)算程序，在PID運(yùn)算開(kāi)始之前，應(yīng)使用MOV指令d的參數(shù)見(jiàn)表41設(shè)定值預(yù)先寫入對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)寄存器中。如果目標(biāo)操作數(shù)[D]有斷電保持功能，應(yīng)使用初始化脈沖M8002的常開(kāi)觸點(diǎn)將其復(fù)位。PID指令可以在定時(shí)中斷、子程序、步進(jìn)指令和轉(zhuǎn)移指令內(nèi)使用，但是應(yīng)將［S3］＋7清零(采用脈沖執(zhí)行的MOV指令)之后才能使用?？刂茀?shù)的設(shè)定和 PID運(yùn)算中的數(shù)據(jù)出現(xiàn)錯(cuò)誤時(shí)，“運(yùn)算錯(cuò)誤”標(biāo)志M8067為ON，錯(cuò)誤代碼存放在D8067中。PID控制器有4個(gè)主要的參數(shù)Kp、TI、TD和TS需整定，無(wú)論哪一個(gè)參數(shù)選擇得不合適都會(huì)影響控制效果。在P(比例)、I(積分)、D(微分)這三種控制作用中，比例部分與誤差信號(hào)在