橡膠四輥壓延機自動控制系統(tǒng)

1、論文 課 題 橡膠四輥壓延機自動控制系統(tǒng)學(xué) 院 教育中心 專 業(yè) 年 級 學(xué) 號 姓 名 導(dǎo) 師 定稿日期： 年 月 日第 15 頁橡膠四輥壓延機自動控制系統(tǒng)摘 要本文介紹了國內(nèi)四輥壓延機的發(fā)展現(xiàn)狀，以及存在問題，同時介紹了可編程控制器的工作原理，選型依據(jù)。設(shè)計了一種基于PLC的全自動四輥壓延機，介紹了工作原理，并設(shè)計了電路，并根據(jù)直流電動機具有良好的起、制動性能，宜于在大范圍內(nèi)平滑調(diào)速，在許多需要調(diào)速或快速正反向的電力拖動領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。近年來，在電力電子變換器中以晶閘管為主的可控器件已經(jīng)基本被功率開關(guān)器件所取代，因而變換技術(shù)也由相位控制轉(zhuǎn)變成脈寬調(diào)制（PWM）；交流可調(diào)拖動系統(tǒng)正逐

2、步取代直流拖動系統(tǒng)。然而，直流拖動控制畢竟在理論上和實踐上都比較成熟，而且我國早期的許多工業(yè)生產(chǎn)機械都是采用直流拖動控制系統(tǒng)，所以它在工業(yè)生產(chǎn)中還占有相當(dāng)大的比重，短時間內(nèi)不可能完全被交流拖動系統(tǒng)所取代。而調(diào)速系統(tǒng)按照不同的標(biāo)準(zhǔn)又可分為不同的控制系統(tǒng)。但是，從一定角度上來說，可以把調(diào)速系統(tǒng)籠統(tǒng)的分為開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)和閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、容易實現(xiàn)、維護方便，但是它的靜態(tài)和動態(tài)性能往往不能滿足生產(chǎn)和控制要求。而閉環(huán)控制系統(tǒng)可以很好的解決這些問題，因此在實際生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用。其中，轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)控制直流系統(tǒng)是性能最好、應(yīng)用最廣的直流調(diào)速系統(tǒng)。本次課程設(shè)計是關(guān)于對基于PLC的四輥壓

3、延機系統(tǒng)的設(shè)計說明。該系統(tǒng)具體主要關(guān)于1.四輥壓延機的結(jié)構(gòu)參數(shù)說明.2.PLC的介紹。3.PLC的選型方案設(shè)計。4.調(diào)速系統(tǒng)方案進(jìn)行比較論證，包括主電路方案和控制回路方案。 關(guān)鍵詞：四輥壓延機，PLC，調(diào)速AbstractIs introduced in this paper the current situation of the development of the domestic four roll calender, and existing problems, and introduces the working principle of the programmable cont

4、roller, selection basis. Design a kind of based on PLC automatic four roll calender, detailing the selection of Siemens S7-200 PLC and the same type of S7-300 S7-400PLC, according to the design requirements of input and output of the PLC I / O for the distribution, and the preparation of the ladder

5、diagram of the system is running. Introduces the working principle, and the design of the circuit, and according to the DC motor has a good starting and braking performance, is suitable for the wide range speed smoothly, in many of the need for speed or fast forward and reverse drag in the field of

6、electricity has been widely used. In the power electronic converter, the thyristor controlled device has been replaced by the power switch device, and the transformation technology is transformed into the pulse width modulation (PWM) by the phase control. However, DC drive control is more mature in

7、theory and practice, and many industrial production machinery in our country is the use of DC drive control system, so it occupies a large proportion in industrial production.The speed control system can be divided into different control systems according to different standards. However, from a cert

8、ain point of view, it can be divided into the speed control system is generally divided into open loop speed control system and closed-loop speed control system. Open loop speed control system is simple in structure, easy to implement and easy to maintain, but its static and dynamic performance can

9、not meet the requirements of production and control. The closed-loop control system can be a good solution to these problems, so it has been widely used in the actual production. Among them, the speed and current double closed-loop control of DC system is the best performance, the most widely used D

10、C speed control system.This course is designed to illustrate the design of the four roll calender system based on PLC.The system is mainly about the specific structural parameters of 1 four roll calender that the introduction of.2.PLC. 3.PLC selection scheme design. 4 speed control system scheme for

11、 comparison, including the main circuit and control circuit scheme。Keywords: four roll calender, PLC, speed目錄1緒論11.1工藝簡介11.2設(shè)計內(nèi)容與要求11.3四輥壓延機概況21.4四輥壓延機的技術(shù)特點和發(fā)展現(xiàn)狀22 方案設(shè)計32.1電力拖動方案設(shè)計32.2雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)框圖設(shè)計63 軋輥電機主電路設(shè)計（各主要元器件參數(shù)計算）53.1變壓器參數(shù)計算83.2晶閘管參數(shù)計算83.3平波電抗器參數(shù)計算103.4接觸器參數(shù)計算123.5自動空氣開關(guān)參數(shù)計算133.6制動電阻計算133.7各保護

12、元器件參數(shù)計算144 控制電路設(shè)計174.1雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)電路設(shè)計174.1.1控制回路接線圖194.2調(diào)節(jié)器參數(shù)計算214.2.1電流調(diào)節(jié)器參數(shù)計算214.2.2轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器參數(shù)計算234.3觸發(fā)電路設(shè)計255調(diào)距電機與油泵電機主電路設(shè)計275.1調(diào)距電機主電路設(shè)計275.2油泵電機主電路設(shè)計276. 主令控制電路設(shè)計286.1PLC接線圖設(shè)計286.2I/O表296.3梯形圖306.4指令圖327. 可調(diào)電加熱恒溫系統(tǒng)設(shè)計347.1溫度變送系統(tǒng)設(shè)計347.1.1DDZ-III型熱電偶變送器原理357.1.2熱電偶367.1.3一般溫度變送器的線性化方法367.2溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)設(shè)計367.3溫度

13、控制系統(tǒng)設(shè)計377.3.1輸入電路377.3.2比例微分電路387.3.3比例積分電路387.3.4輸出電路398心得體會419參考文獻(xiàn)4210致謝431 緒論壓延機的概況壓延機室根據(jù)輥筒數(shù)目可以分為：兩輥，三輥，四輥，五輥和六輥等，兩輥壓延機應(yīng)用廣泛，可以加工低碳鋼，銅銀鉗鋁，有色金屬板等材料等，三輥壓延機應(yīng)用的較少，生產(chǎn)類型比較單一，四輥壓延機滾筒線速度要求可以較高，而且壓延的產(chǎn)品厚度均勻，表面光潔程度很高，但是四輥壓延機價格昂貴，設(shè)備復(fù)雜，五輥壓延機和六輥壓延機的壓延效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)強于其他種類的壓延機，但是由于設(shè)備占地面積大，維修困難等問題，目前僅為專門生產(chǎn)某種產(chǎn)品而使用，還沒有得到普遍的推廣

14、使用。四輥壓延機的技術(shù)特點和發(fā)展現(xiàn)狀：圖1.2 四輥壓延機實物圖壓延機具有效率高、精度高等特點。其中Z型輥筒排列合理，能減少輥筒的彈性變形，便于供料，因此應(yīng)用較廣。壓延機的工作原理：壓延工藝的必要工作條件之一：膠料與輥筒的摩擦角必須大于接觸角，膠料才會被拉入輥距中去。四輥壓延機在壓延工作的過程中，輥筒是在一定的速比下工作的，使膠料進(jìn)一步捏合及增加可塑度，最后通過最小輥距，被壓延成具有一定的厚度和寬度的膠片；在輥筒擠壓力的作用下，把膠片擠壓在紡織物或鋼絲簾布上。有的需壓成一定花紋和形狀，有的需要將多層不同用途、顏色、及形狀的膠片聯(lián)合在一起。壓延機分兩種：1 .普通壓延機：國內(nèi)廣泛使用的是普通四輥

15、壓延機是610×1730型四輥壓延機。2.精密壓延機：除了具備普通壓延機的主要零部件外，還采用了一系列提高壓延機精度、壓延機速度及方便操作的措施。主要有：斜型、S型（700×1800）、Z型。國內(nèi)對壓延機的據(jù)不穩(wěn)定性研究比較多，但對壓延機的整體穩(wěn)定性的研究比較少，少有的研究也是數(shù)學(xué)模型比較復(fù)雜，并且不能全面的表述壓延機的整體情況，大多數(shù)學(xué)者的研究都是單一的研究壓延機輥筒的的強度，從有限元分析的結(jié)果來改善結(jié)構(gòu)，優(yōu)化后的結(jié)果也是進(jìn)行靜力學(xué)分析，無視了壓延機在工作時，機架的穩(wěn)定對生產(chǎn)的影響，國內(nèi)生產(chǎn)的壓延機在壓延過程中，胚料的流動性較差， 輥筒的軸承會產(chǎn)生彎曲變形，對壓延制品產(chǎn)生

16、不良的影響，壓延制品中間厚兩邊薄的現(xiàn)象經(jīng)常發(fā)生，雖然四輥壓延機在加工產(chǎn)品厚度誤差較小等方面的性能已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過兩輥壓延機，但四輥壓延機復(fù)雜的結(jié)構(gòu)以及極高的價格和它的維修難度大燈特點，令一般廠家望而卻步，更不用說廠房造價成本和設(shè)備運行及維護費用。中國四輥壓延機產(chǎn)業(yè)發(fā)展出現(xiàn)的問題中，許多情況不容樂觀，如產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不合理、產(chǎn)業(yè)集中于勞動力密集型產(chǎn)品；技術(shù)密集型產(chǎn)品明顯落后于發(fā)達(dá)工業(yè)國家；生產(chǎn)要素決定性作用正在削弱；產(chǎn)業(yè)能源消耗大、產(chǎn)出率低、環(huán)境污染嚴(yán)重、對自然資源破壞力大；企業(yè)總體規(guī)模偏小、技術(shù)創(chuàng)新能力薄弱、管理水平落后等。2 方案設(shè)計2.1電力拖動方案設(shè)計由電動機理論知，直流電動機的機械特性方程為式中

17、直流電動機的轉(zhuǎn)速（r/min）電動機的額定電壓(v)：電動機電樞電路總電阻()電動勢常數(shù)(v·minr)；轉(zhuǎn)矩常數(shù)，T電動機電磁轉(zhuǎn)矩(N·m)；電動機磁通(wb)。由上式可見，實現(xiàn)電動機調(diào)速方法有1)改變電動機電樞電壓。2)改變勵磁磁通。3)改變電樞回路的附加電阻。三種調(diào)速方法的性能比較對于要求在一定范圍內(nèi)無級平滑調(diào)速的系統(tǒng)來說，以調(diào)節(jié)電樞供電電壓的方式為最好。改變電阻只能有級調(diào)速；減弱磁通雖然能夠平滑調(diào)速，但調(diào)速范圍不大，往往只是配合調(diào)壓方案，在基速（即電機額定轉(zhuǎn)速）以上作小范圍的弱磁升速。因此，自動控制的直流調(diào)速系統(tǒng)往往以調(diào)壓調(diào)速為主。直流調(diào)速系統(tǒng)的控制方案比較常用的有

18、開環(huán)控制、轉(zhuǎn)速負(fù)反饋閉環(huán)控制和雙閉環(huán)控制。2.2雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)框圖設(shè)計雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)中設(shè)置了兩個調(diào)節(jié)器, 即轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器(ASR)和電流調(diào)節(jié)器(ACR), 分別調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和電流, 即分別引入轉(zhuǎn)速負(fù)反饋和電流負(fù)反饋。兩者之間實行嵌套連接，且都帶有輸出限幅電路。轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的輸出限幅電壓決定了電流給定電壓的最大值；電流調(diào)節(jié)器ACR的輸出限幅電壓限制了電力電子變換器的最大輸出電壓。由于調(diào)速系統(tǒng)的主要被控量是轉(zhuǎn)速, 故把轉(zhuǎn)速負(fù)反饋組成的環(huán)作為外環(huán), 以保證電動機的轉(zhuǎn)速準(zhǔn)確跟隨給定電壓, 把由電流負(fù)反饋組成的環(huán)作為內(nèi)環(huán), 把轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出當(dāng)作電流調(diào)節(jié)器的輸入，再用電流調(diào)節(jié)器的輸出去控制電力電子變換

19、器UPE，這就形成了轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。圖2.1 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)框圖 為了獲得良好的靜、動態(tài)性能，轉(zhuǎn)速和電流兩個調(diào)節(jié)器一般都采用PI調(diào)節(jié)器。這樣構(gòu)成的雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)。軋輥主驅(qū)動電機的主回路線路圖如下圖2.2 軋輥主驅(qū)動電機的主回路線路圖8 心得體會通過本次畢業(yè)設(shè)計，我對運動控制等多門課程有了更深刻的認(rèn)識，尤其是直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。同時，在這次課程設(shè)計中，我們要用到很多以前學(xué)的課程知識，比如電力電子，工廠供電，半導(dǎo)體變流等，通過此次設(shè)計我們很好的鞏固了以前所學(xué)的知識，而且提高了自己綜合運用各種知識的能力。畢設(shè)過程中，根據(jù)步驟計算編寫出每個模塊的功能，要使整個系統(tǒng)能夠良好地工作，每一個模

20、塊都要精確計算協(xié)調(diào)工作，否則整個系統(tǒng)將完成，通過畢設(shè)，對雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)有了更深刻的了解。傳統(tǒng)的雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器一般采用比例積分調(diào)節(jié)器，采用這種調(diào)節(jié)器存在兩個問題：一是飽和限幅問題；二是系統(tǒng)在啟動過程中必然存在的轉(zhuǎn)速超調(diào)問題。這些問題都有待進(jìn)一步的研究和改進(jìn)。經(jīng)過12周的設(shè)計，過程曲折可謂一語難盡。在此期間我曾經(jīng)迷茫沒有頭緒也擔(dān)心無法完成。從開始時沖滿好奇到最后完成的小小成就感，點點滴滴無不令我回味無長。通過這次課程設(shè)計使我懂得了理論與實際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識與實踐相結(jié)合起來，從理論中得出結(jié)論，才能真正發(fā)揮用處，從而提高自己的動手能力

21、和獨立思考的能力。在畢設(shè)的過程中遇到問題層出不窮，要一個人完成一個獨立的畢設(shè)難免會遇到困難，同時在畢設(shè)過程中發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處，對以前所學(xué)過的知識沒有太多的理解及深刻的掌握。經(jīng)過本次畢設(shè)，我收獲知識的同時，還吸收了經(jīng)驗。通過查找大量資料，請教老師，從不知道做什么，到慢慢理解自己畢設(shè)的內(nèi)容及結(jié)構(gòu)，在各種能力上也都有了提高。更重要的是，在畢設(shè)過程中，我學(xué)習(xí)到了獨立學(xué)習(xí)的方法。日后生活工作中必能學(xué)以致用。6主令控制電路設(shè)計6.1 PLC接線圖設(shè)計圖6.1 調(diào)距電動機接線圖6.4指令表表6.3 調(diào)距離電機指令表：表6.4 油泵電機指令9參考文獻(xiàn)1 張進(jìn)秋.可編程控制器原理及應(yīng)用實例M北京，機械工業(yè)出版社.2005.2 李名雨.電機與電器M北京，北京理工大學(xué)出版社.19983 高和.可編程控制器應(yīng)用技術(shù)與設(shè)計實例M 北京，人民郵電出版社.20044 韓常PLC編程及應(yīng)用M 北京機械工業(yè)出版社20055 魯遠(yuǎn)棟PLC機電控制系統(tǒng)應(yīng)用設(shè)計技術(shù)M 北京電子工業(yè)出版社.2006.3.6 郝鴻安常用模擬集成電路應(yīng)用手冊M 北京，人民郵電出版社.1991.7