高速卷筒绝缘纸折切机的控制系统设计

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应西安西玛电机股份有限公司的要求,为其电机专用卷筒绝缘纸试制一台集折痕与切断二重功能的高速折切机。现行的折痕与切断工艺在国内各电机厂基本处于全手工状态,这种工艺步骤已经不适于大批量的生产任务。经多方查阅资料并进行实地调研,根据市场上现有的折痕机与切纸机两种机械的结构特点并在认真研究了绝缘纸的性能特征后,基于德国某电机厂员工自行设计的一套简陋折切机系统,自行研制和开发基于PLC和交流变频调速技术的折切机械,完成折痕与切纸流水线作业的工艺要求及速度要求.   控制系统作为折切机的关键部分,是本文研究的重点所在。采用可编程控制技术取代传统的继电器或单片机控制,具备成本低,维修方便,可靠性高,扩展空间大等优点。在对三台交流异步电机的速度控制方案选择中,与变极调速、改变转差率调速等调速技术相比,变频调速具有极大的优越性,整个调速系统体积小,重量轻、控制精度高、保护功能完善、工作安全可靠、操作过程简单、通用性强,极大的提高了机器的性能。本系统中将充分体现可编程控制技术和变频调速技术的强大功能以及他们在系统中的灵活应用。   本文内容包括系统的总体方案设计、硬件设计、控制算法的实现以及软件设计。首先阐述了折切机的现状和发展趋势以及变频调速技术的发展和在控制系统中的应用;然后从折切机的机械结构研究入手,介绍了折切机的工作原理以及其结构特征对控制系统的要求;在四种控制方案中选定控制方案并进行方案论证,确定采用基于可编程控制和交流变频调试技术的同步控制方案来保证连续的高速切纸,采用PID控制算法进行多电机的同步控制来满足纸张精度要求。接着重点论述了控制系统的硬件构成、软件设计以及他们的特点。硬件设计包括对PLC、变频器、光电旋转编码器及触摸屏等重要元器件的原理、选型、接线、通讯设置及其在系统中所起到的作用的介绍;软件设计包括PLC程序设计及触摸屏程序设计。PLC程序设计采用模块化设计,模块一为通过采集张力传感器输入的张力信号模拟量与内置的张力预定值进行PID反馈计算来保持纸带恒定张力的程序编写;模块二为对编码器发送的送纸电机及切刀电机转速信号进行高速脉冲计数并进行数据处理来实现纸张定长控制的程序设计。模块三为通过采集光电传感器输入的报警信号来进行断纸及完纸检测的程序编写;模块四为可编程控制器与触摸屏之间的通讯程序设计。触摸屏程序设计在控制系统中是必不可少的部分,整个触摸屏程序采用树型结构,由主画面和参数设置及运行状态监视等相应子画面组成。在每个画面中均可通过功能键切换到其它画面。协助主控制系统完成折痕与切纸流水线作业的工艺要求及速度要求。最后对系统进行了模拟调试,达到了预期的效果。
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