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东北林业大学毕业设计塑料薄膜分切机控制系统设计摘要随着电力电子技术以及计算机控制技术的发展，使得PLC在机械自动化领域得到了 广泛的应用。由于PLC的功能强大、使用容易、可靠性高，常被用来作为现代自动化设备 的控制核心。在本设计中，为了提高薄膜分切机的自动化程度，分析了普通薄膜分切机的 机械、电气控制原理，采用PLC作为薄膜分切机控制系统的核心，实现对分切机的收卷、牵引、吹边电机的同步控制，保留主电路，由PLC取代复杂的电气连线控制，设计出PLC 控制电路。大大简化了电路，从而降低了机床的故障，更加便于控制，也降低了维修的难 度。另外，在张力检测与控制方面，采用压力探头与张力自动控制仪构成闭合的回路，控 制放卷速度，属于闭环控制方式。相对于缺少反馈环节的开环控制，闭环控制更加有助于 提高分切机控制系统的精度与稳定性，保证薄膜分切始终处于一个稳定的张力环境中，对 提高薄膜质量以及生产效率具有很大的意义。关键词：可编程控制器；张力控制；分切机；闭环控制东北林业大学毕业设计The Control System Design of Film Slitter MachineAbstractWith the development of the power electronics technology and the computer control technology,the PLC has been widely applied in the field of machine automation.PLC is very powerful,easy to use,and has high reliability.lt is often used as the control core of the modern automation equipment.In this design,to improve the degree of automation of Film Slitter,analyzing the machinical and electrical principle of the ordinary Film Slitter,using the PLC as the core of the control system,achieving the synchronical control of the traction,winding,blowding side of the Film Slitter.We should retain the main circuit,use the PLC replace the complex electrical connections,design the control cicuit of the PLC.This design simplifies the circuit greatly and reduces the fault of the machanine.lt is very easy to control and can reduce the diffculty of repairment.On the other hand,Using the pressure probe and the automatic tension control device can control the speed of unwinding in the area of the tension detection and control.All of this are the closed-loop control method.Relative to the open-loop control which lacks the feedback loops,the closed-loop link can help improve the accuracy and the stability of the control system in the Flim Slitter.This can guarantee that the Flim Slitter always is in a stable environment and has the great significance of improving the quality and the efficiency.Key words：PLC;Tension Control;Slitter Machine;Closed-loop Control东北林业大学毕业设计目录摘要Abstract1绪论.11.1 塑料薄膜分切机概述及现状.11.2 薄膜分切机未来的发展趋势.22塑料薄膜分切机控制系统整体方案设计.32.1 薄膜分切机的基本结构.32.1.1 薄膜分切机放卷机构.42.1.2 磁粉制动器.52.1.3 张力检测系统.52.1.4 薄膜分切机的收卷机构.72.2 塑料薄膜分切机的整体方案设计.72.2.1 塑料薄膜分切机的工作过程.72.2.2 薄膜分切机总体控制方案的设计.83塑料薄膜分切机控制系统硬件设计及实现.93.1 电动机电气控制线路设计.93.2 张力自动检测控制部分设计.113.3 液压控制系统设计.123.4 PLC控制部分设计.134塑料薄膜分切机控制系统软件设计及实现.184.1 PLC梯形图整体方案设计.184.2 PLC程序语句表.205结论.22参考文献致谢东北林业大学毕业设计塑料薄膜分切机控制系统的设计1绪论1.1塑料薄膜分切机概述及现状分切机是一种将纸张、塑料薄膜、等多种材料分切成按照制造需要规格尺寸的 一种机械装置。大多数是用于机械生产中的分切部分的包装机械。塑料薄膜分切机 只能用来分切塑料薄膜，通常由放卷机构、收卷机构、牵引机构、制动机构、刀具、电动机、张力控制系统及相关液压传动控制系统等组成。目前，我国国内的分切机发展水平还比较落后，无论是外形、功能、还有性价比上都 落后于发达国家的水平。国内的分切机生产商主耍集中在浙江杭州、无锡、苏州、还有北 京、广州等地，这些都是都是机械行业比较发达的区域。而在其他机械行业相对落后的地 域，分切机生产和制造还是很有发展潜力的。目前，国内对分切机的使用可以分为多个阶 段：第一阶段一般大部分用于一次分切，也就是指主要是对宽幅原材料的分切。一次分切 主要提供给供应链生产下一方，加工企业客户的分切为二次分切，或三次分切。近几年来,随着市场竞争的越演越烈，竞争达到了白热化，为给下游客户提供更好、更完善的加工服 务，制膜生产厂商也加入了二次分切的竞争之中。随着近几年由于国家对制造业的大力支 持，国内制造业得到了迅速的发展，国产分切机在一次分切中也有了很大的进步。虽然国 内分切机的价钱比较便宜，一般在60万-120万左右，但是其性能无法满足加工要求。以 前，国内所使用的高精度、高速分切机的分切设备主要是从国外花很高的价钱进口，而且 从国外所引进的高精度、高速度分切机等高档的分切设备是不具备知识产权的，这就意味 着即使研究出高档的分切机的组成，也不能大量的生产用于国内的分切设备。在早期国内 的分切机结构比较简单，分切速度大约只能在100m/min左右，在收卷张力的控制还为手 动控制，这样就大大的降低了分切的精度。在这种落后的水平下，对分切工艺和对分切材 料的特性要求上,都达不到高精度的分切要求。特别是在控制分切系统和分切物的特性上,无法达到工艺上的结合，从而降低了生产工艺的严密性和合理性。后来，国内的分切机加 以改进，收卷系统用离合器控制，电机控制传动和收卷，速度可以上升到200m/min,可 以说比早期的分切机有了很大的进步。现在，国内已经生产出全自动高度分切机，运用模 拟电子控制和数字电子控制相结合的控制方式，速度至少可以达到300mm/min。国内的 分切机设备技术经过不断的研究与开发，已经在速度、宽幅、控制、稳定性等方面有了显 著的提高，数字化控制方向已成为国内高精度、高速分切机的发展方向。虽然国内的分切 机较早期有了很大的进步，但是还是有几点主要的缺点：首先，实际分切速度低，都在 200m/min以下；其次，在收卷系统中，表面中心收卷方式为主要的收卷方式，这样就分 切机的分切范围就受到了限制。另外，收卷质量不稳定，大部分机器都没有自动追踪收卷 装置，这样就导致了对工人的技能依赖性高，在收卷时无法脱离工人的控制即手动控制;对于那些高速的分切机，价格又高、零件的替换性不强、导致维修成本增大、保养费用增 大。反观国外的分切机设备，第一套薄膜分切机是美国的杜森百瑞(DUSENBERY)在1东北林业大学毕业设计20世纪50年代制造出来。目前的技术已经颇为成熟，性能高，基本上能够满足所有的加 工要求。相对国内比较落后的一次分切技术，国外的技术已经领先国内。在一次分切中使 用最多的是德国康普，德国康普的控制系统是集程序控制，硬件组态和交流调速于一体的。英国的埃特拉斯采用三台西门子PLC（主PLC、内部收卷PLC、外部收卷PLC）控制，自动化程度相对较高；日本的分切机在一次分切中使用的很少。但是价格相对较高。国外 这些在分切机领域中发展较快的生产商,就是利用了中国没有这样在性能和指标能达到他 们的高精端的分切机设备，才高价卖到中国，赚取巨大的商业利益。德国康普（KAMPF）公司在分切机领域中已经处于领先地位，他们已经生产了宽幅为10m,分切速度达到 1200m/min大型分切机,是国内先进分切机分切材料速度的3-4倍。目前，国际上主要的高 精度、高速分切机制造商集中在欧美及日本等地区。已经生产出2m以上独立臂中心收卷 分切机。像英国阿托拉斯（ATLAS）、德国康普（KAMPF）等这些公司都可以生产出上 述的高端的分切机设备。他们是世界上高精度、高速、高端分切机的代表制造厂商，代表 了在世界上分切机领域先进的生产力。他们主要采用FPC（灵活方式控制系统）、对话式 键盘操作及数据化现实卷取数据、高性能的废边卷绕机构、高质量的摩擦传动轴、操作更 加便捷、更加人性化、外形上也在不影响工艺生产制造的基础上，尽量考虑采用美观大方 的外形等方面提高产品的质量和性能。国外的分切机主要有以下几个优点：首先，在控制系统中多采用数字化自动化控制,这样就节省了人力的资源，也大大的提高了分切的精度；其次，在分切过程中，分切机考 虑了对于材料的特性与机器的工艺相结合的重要步骤，对于材料的分切结果，有了重大的 提高；在稳定性上，也有高质量的保障。分切机能够在高速、高精度的分切基础上保障稳 定的运行；最后，在外观上，也作出了重大的改进，使得机器外形简洁、结构简单。1.2薄膜分切机未来的发展趋势我国近些年来，软包装发展迅速，虽然只有20多年的时间，但是在软包装上的发展 丝毫不逊色于国际平均水平。它的迅速发展主要基于运用国际上先进包装设备。目前，广 东、江苏无锡、浙江温州、海宁等地都有了较大规模的软包装加工基地。他们所生产的机 械设备性能稳定、价格适中，能够满足基本的加工要求。这些先进的设备使得国内的软包 装业迅速发展。但是由于最近的20年是国际加工制造业发展最为迅速的20年，使得国际 上很多的大型制造设备更新换代，技术不断创新。反观国内，发展的比较缓慢，没有跟上 国际创新的步伐，致使国内软包装行业落后于国际水平。国内不得不重新进口软包装设备,这就意味着软包装成本的增加，以及一系列相关费用的增加。因此，我们必须制造出高效、高速、高精度、自动化的先进包装设备，缩小与国际先进水平的差距，降低国内软包装业 的成本，拥有自主产权的领先国际水平的包装技术。在未来分切机设备的设计上，一是高 效、高速、高性能是未来发展的主要方向。“三高”原则是在当今竞争激烈的机械市场上 有一席之地的必须因素。另外，降低制造成本，使大型的设备更加简洁、方便、稳定，也 是重要的发展设计方向。同时，分切设备与前道工序的衔接，省去人力或者机械搬运环节,使得整个生产线的生产加工、分切、包装、运输成为一体化的加工设备。二是分切设备要 具有灵活性和简洁性，用于设备的搬运与组装。三是在控制系统中采用PLC人机界面电 脑可控的自动化，也就是数字自动化控制，这样的操作系统可以方便设备的操作和故障的 排查，在输入需要的加工程序后，控制系统可自行检测故障，并诊断排除故障。四是分切 机要降低能耗、节能环保、减少污染，必要时需要对废料进行回收，加工及再次利用。2东北林业大学毕业设计2薄膜分切机控制系统整体方案设计2.1 薄膜分切机的基本结构如图2-1所示是所需要设计的薄膜分切机立体示意图:图2塑料薄膜分切机立体示意图该薄膜分切机所要求达到的主要技术参数如下:放卷最大直径6 1800mm收卷最大直径4)1800mm放卷宽度范围5002000mm收放卷用纸管直径内径67 6mm外径692mm分切宽度50mm 1800mm最高机械速度450m/min最高分切速度400 m/min张力设定范围330kg张力控制精度 0.30kg牵引电机功率3.00kw油泵电机功率1.50kw吹边风机功率0.55kw机器总功率5.05kw机器外形尺寸2500 X 1000 X 1000mm机器重量2500kg3东北林业大学毕业设计分切材料 0.0150.2mm薄膜薄膜分切机的主要基本机械部分主要是由放卷辐、制动结构、分切刀架、两个收卷辐、牵引辐、定位辐以及由几个需要保持张力的棍子构成的张力检测装置和液压传动系统组 成 如图2-1所示。牵引电机采用的是福建闽东电机有限公司生产的Y100L2-4型3kw的 三相交流异步电动机驱动大包角双收卷辐;吹边风机军用的是霸州市光华机械有限公司生 产的YZA7 122型550W三相异步电动机；油泵电机采用的是台湾SHEN YU 3-PHASE INDUCTION MOTOR,功率为1.5kw；收卷采用的是佛山市顺德区大良帖威机械厂生产 的上下气胀轴；变频器采用的是欧瑞传动电气有限公司生产的E1000-0037 T3型设备进行 对牵引电机变频；液压传动装置中所使用的行程阀是上海东升仪器仪表有限公司生产的 LXW5-11N1型限位开关；液压传动装置中使用的电磁换向阀是由上海杰和有限公司生产 的MFB12-37型电磁换向阀，作用是通过电磁铁的通断电来控制执行元件的动作；张力控 制中用到的张力自动控制仪上海张力自动化设备有限公司生产的US-60MTA型仪器来进 行对加工过程中薄膜张力的自动控制，便于分切的同时可以提高加工精度及加工质量；磁 粉制动器采用的是南通市海安县磁力机有限公司生产的磁粉制动器，具有响应速度快、结 构简单、无污染、无噪音、无冲击振动节约能源等优点；照明灯采用的家庭用的一般普通 用的照明等即可，用于夜间加工时使用方便。图24薄膜分切机基本结构及走料图2.1.1 薄膜分切机放卷机构分切机的放卷机构一般可分为主动放卷和被动放卷两种方式。本薄膜分切机的放卷机 构采用的是被动放卷方式。方法是磁粉制动器与自动张力控制仪及张力检测传感器配套,组成自动闭环张力控制系统，通过采用张力控制仪控制磁粉制动器，从而达到控制放卷辐 的运行速度，以免发生放卷辐发生飞车现象，造成不必要的损失。这种控制模式是比较简 单的开环张力控制。而且磁粉制动器具有结构简单、执行单元成本低、容易控制的特点，特别是在实际的操作过程中，当实际张力的大小通过电流直接调节，使得操作简单、准确,4东北林业大学毕业设计有利于进一步提高产品质量。2.1.2磁粉制动器磁粉制动器以磁粉作为工作介质，以激磁电流为控制手段，达到控制制动转矩或传递 转矩的目的。磁粉制动器的输出转矩与激磁电流线性关系良好，与转速无关，具有响应速 度快、结构简单等优点。首先可以用于张力自动控制系统，磁粉制动器与自动张力控制仪及张力检测传感器配 套，可组成自动闭环张力控制系统，广泛应用于印刷、包装、造纸及纸品加工等设备；其 次可用于转矩转速功率测试系统，磁粉制动器与转矩转速传感器、转矩转速功率测量配套,可组成成套转矩转速功率测试系统，广泛应用于动力机械、传动机械输入、输出的转矩、转速、功率、效率的动态和静态检测。磁粉制动器具有以下几个特点：1）可以进行大范围的控制；2）可以达到连续滑动运转；3）可以得到安定的扭力；4）无鸣叫声，动作面的滞滑现象会发生于摩擦方式，但是在此不会出现，而且也不 会发出连接声，所以运转相当安静；5）热容量很大，由于使用了耐热性能优越的磁粉以及运用了理想的冷却方法，即使 是过于严酷的连续滑动运转，也可以安心使用；6）可以达到平顺的连续及驱动状态，由于静摩擦系数和动摩擦系数几乎一样，所以 完全连接时不会产生震荡，可以因应负载加减速度；2.1.3张力检测系统张力控制分为手动、半自动、全自动控制三种。本薄膜分切机采用的是全自动控制方 式，当薄膜材料在受到拉伸力的时候，会发生一定的张紧力，薄膜材料在张紧力的作用下 会发生一定的变形，如果这种变形在弹性范围内，那么在张紧力撤销以后材料可以自行恢 复；一旦超过了变形范围，材料则会发生皮坏，不会恢复成原样。这样就可以知道不同的 薄膜材料的张力需要设定在一定的张力范围才可以，可以保证走料平稳，易于分切。张力 产生的机理可以用图2-2所示说明。图2-2张力产生原理图如上图所示，料膜从前一送料辐输出，薄膜的线速度为VI,第二辐子的线速度为V2,当料膜卷入第二辐子时张力为T,薄膜的弹性模量为E,薄膜横截面积为A,第一辐子和 5东北林业大学毕业设计第二辐子间的长度为L,则薄膜由第一辐子到第二辐子需要的时间为t=Vl/L,根据力学 胡克定律可得：FA rT=（V2-VI）力根据上述公式我们可以知道，若需要对薄膜分切过程中的张力进行控制，就必须要控 制（V2-V1）,也就是要控制两个辐子之间的速度差才可以，所以在薄膜分切过程中张力 控制系统来实时控制薄膜所产生的张力。在分切过程中，有很多的原因，都会导致塑料薄膜的张力发生变化。主要原因有如下 几种：（1）塑料薄膜在收卷和放卷的过程中，由于放卷直径是在不断的减小，而收卷直径 是在不断的增大，收卷和放卷过程中直径的不断变化当然会造成塑料薄膜的张紧力也随之 不断的变化，放卷过程中薄膜直径不断减少，在制动力矩不变的前提下，薄膜所产生的张 力将不断增大；收卷则完全相反。（2）薄膜分切机的底座、各导辐等制造精度肯定存在一 定程度的偏差，这就使得薄膜分切机在机械加工时产生一定程度上的振动，从而会造成塑 料薄膜的张力产生一定的波动；另外，机械各零件在进行装配时产生的装配误差同样会对 塑料薄膜的张力产生一定的影响。（3）在分切机工作的过程中，当某一环节的速度突然发 生变化时，势必会造成薄膜的张力也随之产生突变，从而影响塑料薄膜的分切质量。（4）任何物体在运动的过程中，都会有一定的惯性，当要想改变物体的运动状态时，系统会变 得不稳定，需耍进行相应的能量补偿；同样在薄膜分切机的张力发生变化时，张力系统会 发生变化，需要对张力进行补偿。为了克服上述问题，本张力检测系统采用张力传感器进 行张力检测，张力传感器如图2-3所示安装。2圣图2.3张力检测器受力分析简图进行分切时，材料张力F（N）与检测负荷Gd之间有如下关系（检测辐质量设为M）：Gd=KoXF+KMgKo=（sini+sin2）/cosa 0K=cos B/cos a 0 g=10m/s26东北林业大学毕业设计Ko是根据通薄膜角氏、仇的变化而随之相应变化的系数，如果向拉伸负荷方向送薄膜时,应为负值；K是根据基准角B的变化而变化的比例常数。2.1.4薄膜分切机的收卷机构该薄膜分切机的收卷机构采用主电机通过带动牵引幅连续转动，同时将已经缠绕好薄 膜的前后压辐通过液压控制回路，压在牵引辐上，利用牵引辐和收卷压辐之间的摩擦力带 动前后收卷辐连续转动，从而将已经通过分切刀分切好的定尺寸薄膜整齐的缠绕在收卷辐 上，直到放卷薄膜分切完成为止。在分切之前，需要在前后收卷压辐上安装好与生产薄膜相对应的纸管。通过向气胀轴 中通入高压空气，使气胀轴对纸管进行定位，防止在分切加工的过程中，发生移动和错位,造成不必要的损失。在收卷过程中所用到的气胀轴（如图2-4所示）就是一种特殊制作的收卷轴，也就 是当通过高压充气之后，表面的键条可以凸起，放气后表面的键条又可以迅速的回收；在 收卷的过程中，只需要自己配备气源即可，使用极为方便。而且充气时间短，效率高，一 般只需要3秒钟就可以完成充气和放气。图2-4收卷压辐上气胀轴示意图2.2塑料薄膜分切机的整体方案设计2.2.1塑料薄膜分切机的工作过程1）在接通电源之前需要做好以下几个方面的准备工作：（1）将待分切的料膜通过叉 车安装固定在分切机的放卷轴上，用顶块固定加紧；（2）根据所要求薄膜分切具体尺寸将 分切刀的位置固定在相应的位置，用来切取合格的料膜；（3）把卷取分切好薄膜的纸管套 在前后收卷辐的气胀轴上，用气泵向前后收卷辐中的气胀轴里打入高压空气，使得键条和 7东北林业大学毕业设计纸管的内壁紧密的咬合（4）将薄膜料卷的引头按照走料图所示的路线缠绕好，并且用胶 带粘在前后收卷辐上；（5）按下控制面板上的前后收卷辐控制按钮，使前后收卷辐与牵引 辐紧密压合（6）手动使得牵引辐慢速转动，这样收卷辐就考牵引辐与收卷辐之间的摩擦 力转动，试运行一段时间，使得薄膜走料平滑，薄膜表面平整无褶；2）准备工作完成之后，先通过按下控制面板上电源控制按钮接通电源，然后按下吹 边风机按钮，使吹风机开始工作；3）首先让牵引辐的电机在比较低速的情况下运行，一段时间后，如果薄膜没有发生 很大的褶皱，表面光滑平整，而且张力自动监测仪上所设定的张力值与张力传感器所检测 出的数值相差无几，则可以通过旋转控制面板上的主机调速按钮，让牵引电机在高速情况 运行，直到完成改卷薄膜的分切工作为止；否则，需要重新调整塑料薄膜的位置，这样通 过反复调整，以保证分切后塑料薄膜能够达到所需要的要求；4）当放卷辐上的塑料薄膜完成分切后，首先要将牵引电机速度减小，等到速度下降 之后，关闭电源按钮即可；然后通过按下前后收卷辐气胀轴的泄气按钮，释放出原来通入 的高压气体，使得链条与纸管的内壁完全分离，便于卸下分切好的薄膜，进行下一步的包 装与运送；2.2.2薄膜分切机总体控制方案的设计薄膜分切机采用PLC控制方案，控制系统的示意图如图2-5所示：图2-5薄膜分切机控制系统示意图该塑料薄膜分切机需要用电机带动以下电机：用三角带与牵引辐连接的主电机、用于 吹边机构中的风机、液压控制中的油泵电机。在控制系统中，若是按照以往的经验，采用 一定数量的继电器、接触器控制，势必会增大控制系统的安装、接线工作量，降低控制系 统的工作可靠性，增大故障率和维修工作量。而采用微机控制方案或者PLC控制方案来 控制的话，则不需要采用硬件继电器，可以克服以上所有的缺点。由于牵引电机有调速的 要求，因此在牵引电机电路中应该连入一个变频器，实现变频要求，其余的电机直接连接 PLC的输出端子，通过程序完成对三台电机的启动与停止控制；为了能够准确控制前后 收卷辐子的位置，该薄膜分切机采用液压控制系统完成对收卷辐动作的控制，使用三个电 磁换向阀配合，而且采用限位开关最为动作转换信号，液压缸外接一段齿条，通过齿轮齿 条的啮合，将液压执行元件的直线运动转换成收卷辐子的反复回转，这种控制方法结构简 单、易于控制、定位精确。8东北林业大学毕业设计3控制系统硬件设计及实现3.1 电动机电气控制线路设计虽然吹边风机、油泵电机、牵引电机的控制接线各不相同，但是它们都可以采用三相 电源供电，因此可以将它们的主电路绘制在一起，这样便于系统的设计与分析检查。牵引 电机主要是给牵引辐提供动力来源，保持连续的旋转运动，完成收卷工作；油泵电机主要 是用在液压控制前后收卷辐的动作网路中；吹边电机主要是讲分切下的废边通过风道吹到 固定的地方，便于不影响收卷正常进行。如图3-1所示为吹边风机、油泵电机、牵引电机 的电气接线图：PE L3 L2 L1关 开 气 空R 一曲电FillFU2 1KM2 4II速度显示KM3 3电机正向运行RJ2EEE制动蜘RJ3最嬴 风机电机器Er媛器B,一J口热缝电密RJ18朝陶机图3-1薄膜分切机各电动机电气接线图9东北林业大学毕业设计为了防止薄膜分切机工作时，电路中的短路造成电流过大从而使电路负载不能正常工 作，因此在每个电动机的接线中都需要串接一个熔断器，进行短路保护；一旦电路中出现 短路情况，熔断器会立刻发生断路，切断电机的电源，起到保护电路的作用，功能相当于 家庭所用的保险丝。而且在每一个电动机网路中都需要串入热保护继电器对每个电机进行 热保护，防止负载过大造成电机不能正常运行。由于在加工的过程中需要进行牵引电机速 度的调节工作因此在牵引电机的回路中串入变频器，从而完成对牵引电机速度的调节工 作；同时在变频器的输出端接入速度显示表，从而可以直观的显示出实时的主机速度。该薄膜分切机牵引电机调速所使用的调速方式为变频调速，使用的是欧瑞传动电气有 限公司生产的E1000-0037 T3型变频器。选择合适的变频器对电动机的调速非常重要，在 变频器的选型过程中，主要遵循以下原则：（1）是频器的功率和电动机额定电流匹配，由 于功率因数及电动机效率不同，同一功率同一电压等级的电动机，其额定电流有较大差异,所以选择变频器的功率和电动机的额定电流相匹配。（2）负载性质和变频器类型要相匹配。如图3-2所示为欧瑞公司生产的变频器接线示意图：制动单元电抗器制动电阻。D 3GQ E1 13mt回*子 v 裁示J*矗0q.典正里N回蠢出十 11,就内容北所育功率!.n体以实为淮三相变频器标准配线图（NPN方式）图3-2欧瑞公司生产的变频器及接线说明示意图变频器的基本参数设定：变频器面板上有显示器和按键，显示器可以显示输出的频率、输出电压、电流、设定 参数等。参数输入方法不同厂家的变频器会用所不同，使用者必须输入的参数也就有以下 几项：（1）控制方式参数：a：频率控制方式：面板控制；用端子由外部模拟信号（010V或420mA）控制b：启停控制方式：面板控制电动机启停；用端子由外部开关信号控制电动机启停10东北林业大学毕业设计C：正反控制方式：面板控制电动机正反转方向；用端子由外部开关信号控制电动机 正反选转方向d:通讯控制方式：利用通信接口或总线进行频率、启停或正反转控制（2）被驱动电动机的参数：包括额定功率、额定电流、额定电压、额定转速、电动 机极数、电动机空载电流、电动机阻抗、电动机感抗等（3）主要控制参数：电源电压（AC380V）、输出最小频率（如0Hz）、输出最大频 率（如50Hz）、升速时间（如0.13600s）、降速时间（如0.13600s）、转矩提升方式、矢量方式或直接转矩控制选择在电动机需要变频调速的时候，只需要根据不同的调速要求设定不同的方式和参数即 可完成功能要求。3.2 张力自动检测控制部分设计分切机的张力控制通常来说可以有三种方式：（1）手动控制（2）半自动控制（3）全 自动控制，本薄膜分切机采用的是全自动控制方式。需要的关键设备是张力自动控制仪。如下图3-3所示为本薄膜分切机采用的张力自动控制仪：图3-3张力自动控制仪实物图在许多工业生产物料的卷绕过程中，由于物料卷径的变化以及其他因素的影响，物料 张力在不断的变化,为了使物料的张力保持一致就需要及时调整阻尼装置的阻力矩或收卷 力矩。在放卷端，放料的张力是依设于放料端的磁粉制动器的扭矩而定，为了保持张力的一 致，必须按卷径的大小来加大或减小传递转矩张力的控制分为手动控制和自动控制，手动 张力控制器即稳流电源是依放料卷径的变化而分阶段手动调节磁粉制动器的激磁电流，从 而获得一致的张力。当薄膜材料在受到拉伸力的时候，会发生一定的张紧力，薄膜材料在张紧力的作用下 会发生一定的变形，如果这种变形在弹性范围内，那么在张紧力撤销以后材料可以自行恢 11东北林业大学毕业设计复；一旦超过了变形范围，材料则会发生皮坏，不会恢复成原样。这样就可以知道不同的 薄膜材料的张力需要设定在一定的张力范围才可以，可以保证走料平稳，易于分切。如图3-4所示为薄膜分切机张力控制系统接线图：PELS麟制暑 左雅力探头 梅财剧图3-4薄膜分切机张力检测控制系统接线图左右侧压力探头就相当于两个压力传感器，当张力辐的两端受力有所变化时，两个压 力探头就会将所检测到的变化信号传送到张力自动检测控制仪;张力自动控制仪将外界传 送来的检测信号转换成控制核心能够识别的信号，并与使用者所设定的张力数值进行比 较，得出偏差数值；这种偏差数值就可以反映当前薄膜分切过程中所受的张力大小；而后 张力自动控制仪就会将这种偏差信号转化成电流或者电压信号，传送给磁粉制动器，磁粉 制动器根据电流的不同输出不同的力矩，来控制放卷辐的速度；放卷辐速度的变化从而影 响薄膜的分切速度，从而使薄膜所受的张紧力不断变化；张力传感器所检测到的张力值也 随之发生改变，是偏差值越来越小；直到张力传感器传送来的数值接近张力自动控制仪所 设定的数值或或者偏差值在预设的范围内即可。采用张力自动控制仪与左右侧压力探头构成张力检测系统，属于闭环控制类型，可以 实现薄膜分切过程中的张力完全自动控制，正是本设计的创新点之一。3.3液压控制系统设计与机械、电气、气压传动方式相比，液压系统具有以下明显的优点：12东北林业大学毕业设计1）从结构上看，传递相同功率，传动装置的体积小、重量轻、惯性小、结构紧凑。2）从工作性能上看，动作快速性好，控制简单，操纵方便、省力，便于实现自动化。3）从使用维护上看，安全可靠，易实现系列化、标准化。4）所有采用液压技术的设备安全可靠性好。5）经济：液压可塑性和可变性很强，适应性强。6）液压易于微机控制等新技术相结合，构成“机-电-液-光”一体化已成为世界发展 的潮流，便于实现数字化。该薄膜分切机的前臂与后臂的动作都采用液压系统进行控制，主要是控制动作为前后 臂的张开与闭合。在油泵电机工作的情况下，电磁阀A1得电，前后臂均不动作，保持现 有的状态；当电磁阀A1失电，B1得电，控制前臂的两个同步油缸同时动作，让前臂张 开，与牵引辐分离；当A1失电，B1失电，前臂动作正好与之相反，前臂与牵引辐仅仅 贴合；当前臂张开一定的程度，碰到行程阀，行程阀发出信号使得A1得电，前臂停止张 开。后臂则是通过B3和B4得失电，控制张开与闭合，动作命令与前臂类似。如图3-5 所示为该液压系统示意图：图3-5前后收卷辐液压系统图3.4PLC控制部分设计可编程控制器（Programmable Controller,PC）是在可编程序逻辑控制器（Programmable Logic Controller,PLC）基础上发展而来，为避免与个人计算机的简称PC混淆，所以人 们习惯用PLC代表可编程控制器。目前，PLC有一体式和模块式两种外在形式，一体式 13东北林业大学毕业设计PLC是把PLC的电源、中央处理单元（CPU）、存储器、一定数量的I/O做在一起，形成 一个整体。这种PLC成本较低，如西门子公司的S7200、OMRON公司的CPMIA、三 菱电机公司的FX2N等；模块式PLC是由不同功能的模块拼装组合而成，模块种类有：电源模块、CPU模块、数字输入模块、数字输出模块、模拟输入模块、模拟输出模块、通信模块、定位模块、计数模块等，根据工程需要，把一定数量的模块组合到一个底板上 构成一个灵活拼装的PLC,这种PLC相对于一体式PLC成本要高，但是功能和控制规模 也更强大。可编程控制器具有抗干扰能力强、可靠性高、编程简单易学、便于掌握等优点。可编 程控制器的主要技术指标：（1）输入/输出点数（2）扫描速度（3）存储容量（4）指令系 统（5）内部寄存器。在选择PLC时，需要从以上几个方面综合考虑，选择合适的PLC进行设计。本课题 采用西门子S7200CPU226实现对分切机各电动机的启停控制。CPU226模块24输入/16 输出共40个数字量I/O点，I/O端子排很容易地整体拆卸，用于较高要求的控制系统，具 有更多的输入输出点，更强的模块扩展能力，更快的运行速度和功能更强的内部集成特殊 功能，可完全适应于一些复杂的中小型控制系统。如图3-6为CPU226AC电源/DC输入/继电器输出端子连接图：图3-6 CPU226AC电源/DC输入/继电器输出端子连接图如图所示，DC输入端由1M、10.011.4构成第一组和由2M、11.512.7构成的第二组,1M和2M分别为各组公共端，DC24V的负极接公共端1M和2M,输入开关的一端接到 DC24V的正极，输入开关的另一端连接到CPU226各输入端；其中N（-）,IL,Q0.0Q0.3 为第一组，N（-）、2L、Q0.4Q1.0为第二组，N（-）、3L、QL1Q1.7为第三组，各组的 公共端分别为IL、2L和3L,第一组负载电源的一端N接负载的N（-）端，电源的另一 端L（+）接到继电器输出端的1L端，负载的另一端分别接到CPU226各继电器输出端子,第二组和第三组类似。14东北林业大学毕业设计如图3-7所示为该薄膜分切机的PLC电气接线图输入部分:L3/-PE-24Y直流电源后胃保护网 前胃保护阀 后胃行程网 前臂行程阀 风机热保护 栗机热保护 主机热保护 照明开关 后臂下降 后胃上升 前曾下降 前臂上升 风机电机关 风机电机开 油泵电机关 油泵电机开 牵引电机关 牵引电机开图3-7薄膜分切机的PLC电气接线图输入部分示意图PLC输入部分主要是外部的操作按钮，主要有牵引电机开、牵引电机关、油泵电机 开、油泵电机关、风机电机开、风机电机关、前臂上升、前臂下降、后臂上升、后臂下降、主电机热保护、油泵电机热保护、风机电机热保护、前臂行程阀、后臂行程阀、前臂保护其中的按钮部分主要是分布在控制面板上，这样便于操作者对薄膜分切机床进行控 制。如图3-8为该薄膜分切机的控制面板示意图，按钮对应着PLC电气接线图中的输入 部分如图3-9所示为该薄膜分切机的PLC电气接线图输出部分：15东北林业大学毕业设计引泵机磁 磴破藏匿同照照源机机机电电电换 换换枷换组联明将指封指日机机后 自后自由电1灯示示示示线线线冏 阀同阀阀器同圈酎1 B1B2B3B4图3-9薄膜分切机的PLC电气接线图输出部分PLC输出模块主要是外部控制的一些输出，主要有牵引电机的起停控制、油泵电机 的起停控制、风机电机的起停控制、电磁换向阀A、电磁换向阀B、前照明灯、后照明灯、电源指示、主机指示、风机指示、泵机指示。如下表3-1所示为该薄膜分切机所使用到的一些基本元件简单介绍：表3-1 薄膜分切机所使用到的一些基本元件列表序号名称型号数量1空气开关DZ47-63 C3212熔断器RT16-0093接触器CJ0Z-4034变频器E1000-0037 T315电位器WS16-416中间继电器MY2NJ17电磁换向阀S-DSG-0238牵引电机Y100L2-419油泵电机VP-15-F/43110风机电机YZA7 122111张力自动控制仪US-60MTA112热继电器MR2-11.5/Z313制动电阻RXG20114磁粉制动器MFL-100K115照明灯E27 B22216指示按钮LA39-A117压力探头HNCC-QB21824V电源T100D119按钮开关LA39-A1120可编程控制器S7-200 CPU226121行程开关LXW5-11N14可编程控制器主要应用于一些工业场合，那里环境比较恶劣，存在各种干扰信号会对 PLC造成影响，因此在PLC的安装使用过程中，需要考虑PLC的抗干扰措施。主要可以 从以下几个方面提高PLC的抗干扰能力：输入信号电缆、输出信号电缆和各种其他电缆 16东北林业大学毕业设计都要分开铺设，不能混在一起；需要独立的接地线，不能和其他接地线接在一起共同接地;PLC的电器柜要注意远离那些会产生电磁干扰的装置。17东北林业大学毕业设计4薄膜分切机控制系统软件设计PLC在整个控制系统中，起着十分关键的作用，所有的开关量均需要进入到PLC中，通过程序控制PLC的输出，达到控制分切机动作的要求。通过采用PLC编程控制，分切