SY-4Γφ660X2300压延技改--机电一体化毕业论文设计毕业论文.doc

三明职业技术学院

毕业作业

作业形式： 毕 业 设 计
作业题目：SY-4Γφ660X2300压延技改

姓 名： X X X
学 号： 1411080019
所 在 系： 机 械 电 子 系
专 业： 机电一体化技术
年(班)级： 2017届函授班
学 制：
指导教师：
完成日期： 2016年12月10日

摘 要

压延机的发展历史可以追溯到1830年，那时的压延机是用于橡胶制品加工的，塑料PVC压延机是从橡胶压延机逐渐演变过来的。塑料PVC压延机在塑料机械产品中重型高精度产品，是塑料PVC制品加工过程中的基本设备，主要用于胶料压膜、纺织物贴胶、胶膜帖合等关键工艺。公司的第一条四辊压延生产线为十四年前2002年3月生产的设备2003年6月投入使用。该产品技术含量低，四辊调速器采用模拟量直流调速器，调速系统反应慢，该压延机的操作速度速比完全是靠主操作手凭经验观察产品的松紧来调整速度，升降速速度要很慢才能控制好产品的厚薄度。压延控制系统PLC已经过时，故障率高，维修配件要到国外购买并且很耗时间维修成本也高。因此压延机的改造对提高产品质量、降低成本是非常重要和必要的。具体的改造内容为：1、对压延四辊模拟量直流调速器改为变频器调速系统，变频器调速系统结构简单，调速平滑稳定，性能好、效率高、节能性好，易于实现自动化操作。2、把该生产线的给定控制板改成西门子PLC，来提高设备的稳定性和运行水平，降低备件成本。

关键词：压延机；直流调速器；S7300PL

目 录

前言·······················································································3页
第一章 绪论·············································································4页
1.1压延机的发展现状································································4页
1.2本设计要完成的工作及要求····················································4页
第二章 调速器的改造·································································5页
2.1直流电机控制······································································5页
2.2直流电机转速调节原理和实现方案···········································6页
2.3 励磁回路的改造··································································7页
2.4 报警回路的改造··································································8页
2.5调试··················································································8页
第三章 给定系统的改造····························································10页
3.15S和S7输入输出的连接·······················································10页
3.2全线给定的形成和张力控制··················································10页
3.2.1压延张力控制的改造························································10页
3.2.2卷绕控制·······································································11页
3.2.3调试·············································································12页
第四章 效益分析·····································································13页
结束语··················································································14页
参考文··················································································15页
致谢·····················································································16页

前 言

公司的“S”四辊压延生产线压延生产线为十余年前由意大利进口设备，在当时设计是比较先进的，但是现在很多备品备件很难买到。另外，即使能买到备件，也需要从国外进口，价格比较昂贵。此外设备的模拟量输入、调整、运算、输出均为模拟电子线路实现。由于模拟电子线路的固有缺点，造成设备模拟量部分存在着调整困难、设定值漂移、维护困难、可靠性差等缺点。
生产线卷绕控制全部也采用电子电路板进行控制，调节电位器多，工作不稳定，故障频繁，维修成本高。

第一章 绪论

1.1压延机的发展现状
随着高新技术的飞速发展，许多传统的塑料膜制品也开始实现高性能化和功能化。它们遍及农业用的薄膜、生活用品的雨衣等各个方面，还主要有：环保的充气玩具、皮划艇、膜结构停车棚、防爆通风管、围油栏以及各种大型的水上充气游乐场，冲浪板等健身器材。这些在传统塑胶产品基础上利用高新技术改造的塑胶制品，为塑胶工业今后的发展开辟了新的途径。
我国塑料压延加工企业很多，遍布全国各地，设备的技术水平参差不齐，大多数加工企业的设备都需要技术改造。这几年来，我国的塑料压延机行业的技术进步十分显著，尤其是压延机的技术水平与国外产品的差距大大缩小，在控制水平、产品内部质量和外观造型等方面均取得显著改观。在塑料薄膜加工工业中，近几年来对压延薄膜的厚度公差、平整度、收缩、关泽度、透明度等方面的质量要求越来越高，所有对塑料压延设备的精度要求越来越高。

1.2本设计要完成的工作及要求
公司的第一条四辊压延生产线为十四年前2002年3月生产的设备2003年6月投入使用。该产品技术含量低，四辊调速器采用模拟量直流调速器，调速系统反应慢，该压延机的操作速度速比完全是靠主操作手凭经验观察产品的松紧来调整速度，升降速速度要很慢才能控制好产品的厚薄度，无自动辊距调整装置、无半成品测厚显示装置、无半成品测温显示装置等。为促进生产的持续发展，为提高企业经济效益和社会效益服务。本课题针对压延四辊模拟量直流调速器为变频器调速系统，把该生产线的给定控制板改成西门子PLC，来提高设备的稳定性、效率、机械性能和运行水平，降低备件成本，易于实现自动化操作。

第二章 调速器的改造
该生产线原采用了西门子80年代生产的模拟量直流调速器，另外，该调速器由于是模拟量直流调速器，它的控制精度和稳定性比数字量直流调速器要，系统的保护功能也比较差。
而改造后拟采用的西门子调速器，其性能远远超越原模拟调速器，其采用测速反馈时控制精度为0.1%，采用编码器反馈时控制精度为0.006%，并且升降速时间连速可调，能自行优化调速器电流环和电压环参数。对电动机的电枢回路、励磁回路、测速机以及可控硅等进行监测控制，不仅提高了设备的稳定性、减少了设备故障维修时间，还可以较方便地设定电动机的过载电流的大小和时间，更好地保护电动机。
为此，我们利用国庆检修对此进行了改造。下面我以压延机四辊为例探讨整个系统的调速器的改造过程。
调速系统的参数和新调速器的选择：
直流电机型号：MGL-132-L 功率：31KW；
电枢电流：88A 电枢电压：400V；
励磁电压：190V 励磁电流：4.2A。
由于压延机四辊是三闭环直流调速系统，外环为张力环。在压延机启动和张力较小时，四辊会工作在逆变状态。所以选择西门子6R2830-6DV61 100A四象限调速器。

2.1直流电机控制电路
该系统中直流电机控制电路的原理图如图：1-1所示。

图1－1直流电机控制电路原理图

直流电机的四象限运动，分别对应正转、正转制动、反转、反转制动。全桥式驱动电路的6只晶体管都工作在斩波状态。VT1、VT2、VT3为一组，VT4、VT5、VT6为一组，两组的状态互补，一组导通，则另一组必须关断。当GPB0输出为高电平，VT1、VT2、VT3导通时，VT4、VT5、VT6关断，电动机两端加正向电压，可以实现电动机的正转或反转制动；当GPB0输出为低电平，VT4、VT5、VT6导通时，VT1、VT2、VT3关断，电动机两端为反向电压，电动机的反转或正转制动。R2和R1通过分压起到限流保护的作用，R6和C1、R8和C2构成消抖去干扰电路。

2.2直流电机转速调节原理和实现方案
直流电机的转速n和其他参量的关系可以表示为：

式中Ua------电枢供电电压（V）；
Ia-------电枢电流（A）；
Φ-------励磁磁通（Wb）；
Ra------电枢回路总电阻（Ω）；
CE------电势系数，，p为电磁对数，a为电枢并联支路数，N为导体数。
可知调速方法：
改变电枢回路总电租Ra；
改变电枢供电电压Ua；
改变励磁Φ。
由第二种方法知道，直流电机转速与加在电机两端电压有关，故可选用单片机产生PWM方波，经驱动电路放大后驱动电机旋转。PWM基本原理冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果基本相同。PWM(Pulse Width Modulation)是一种对模拟信号电平进行数字编码的方法，PWM控制为脉冲宽度调制，保持开关周期不变，调制导通时间。脉宽调速系统历史久远，但缺乏高速大功率开关器件，未能及时在生产实际中推广应用。后来，由于大功率晶体管（GTR），特别是IGBT功率器件，使直流电动机脉宽调速系统才获得迅猛发展。

2.3励磁回路的改造
直流电机端电压经过电压互感器降压后输入到测量单元，电压讯号在测量单元中经测量比较后，将电压偏差量输入到放电单元放大，并作为移相单元的控制电压以相应改变触发器单元的触发脉冲相位角，从而改变了自动可控硅的控制角和交流励磁机励磁电压值，相应地改变了电机的励磁，单电机负载增大而使电机电压下降时调节器使自动可控硅整流的控制角减小，以增大电机的励磁，当电机减少负荷时，其操作以上述相反，减少励磁来维持电机端电压为给定值。
原压延机励磁供给分为前压延、后压延、主机三部分，系统只要送控制电源直流电机励磁和风机就送上。在压延机待机时浪费电力资源且对设备不利，改造后，我们采用启动时送励磁，停止延时5S断励磁。
原调速器没有励磁监控功能，它采用CS377板上微电压继电器（1.5V），通过串联在励磁回路的两颗功率二极管分压使微电压继电器吸合如图：1-2

图1－2老调速器的励磁检测
由于CS377板已使用近10年，且无备件更换。在国内可替换产品，现改用西门子6R2330-6DV61调速器后，具有较先进的励磁监控功能，可以省去该电路板。

2.4报警回路的改造
原调速器设有过载报警、快速保险熔断报警、可控硅散热片温度报警以及调速器冷却风扇故障报警。所有的报警点都并联一个发光二极管然后串联送给PLC。
新调速器有良好的故障监测功能，能提供详细的报警代码。并通过集电极开路的三极管输出，如图：1-3。

图1－3新调速器的报警输出

2.5调试
在改造前测量原调速器在给定为5.7V时，电枢电压为301V。更换为6R2330-6DV61调速器后，按照调速器的使用手册设置好调速器的各参数，然后采用调速器的本控给定将电位器调到5.7V，然后调整R1和R2使调速器的P08等于301V。

第三章 给定系统的改造

由于原系统的PLC采用的是西门子S5-115，该系列的PLC已属过时产品，备件难以购买。所以改造后给定系统采用西门子S7300PLC（CPU：315-2DP 为中央处理单元）。用模拟量输出连接调速器的给定，输入模块连接张力变送器和超声波的的输出。
3.1 S5和S7输入和输出的连接
由于改造时间和技术的限制，为减小改造风险。我们尽可能的不改变原S5的程序，把S5原来控制给定的输出直接接在S7的输入上，把原来给定板输出到S5的通过S7处理后送到S5的输入口上。这样原S5的程序基本不改变。

图1－4 S5的输出和S7的输入连接图

图1－5 S7的输出和S5的输入连接图

3.2全线给定的形成和张力控制
3.2.1压延张力控制的改造
1）工作原理
两单元之间的织物张力为：
F=sy/l∫t1t2(V1- V2)dt
F=k1∫t1t2⊿Vdt
式中：F：张力； S织物面积；K1：变换系数，K1= sy/l
l:两传动点间的距离；y：织物的弹性模量
所以只要保持两个传动单元之间的线速度差恒定，就可以保持张力恒定。
2）控制方式
将张力传感器的信号经变送器放大为标准信号0-10V后送给PLC。在PLC与设定张力值进行比较后进行PI运算，从而改变调速器的给定，达到设定张力，并使干燥辊或冷却辊与主机的速度保持恒定。图1－6全线给定的控制示意图。

图1－6全线给定控制图
3.2.2卷绕控制
1）工作原理
两单元之间的织物张力为：
F=K∫0T(V1- V2)dt
所以只要保持两个传动单元之间的速度差恒定，就可以保持张力恒定。
本系统的设计思想是将直接张力控制与扰动补偿结合起来。具体说就是根据卷径的变化信号产生的卷径信号D(在卷取处安装超声波传感器用来检测卷取卷绕半径的变化)，利用计算机的除法器计算出转速给定信号Ugn,即
Ugn=Ugv/D
由于转速给定Ugn能够适应卷径的变化，使得卷径扰动得到补偿，保证线速度基本保持不变。张力调节器的输出信号实际只起到微调作用。张力传感器检测卷取张力。
2）控制方式
压延机的卷取张力是通过调节后牵引与1＃或2＃卷取之间的速度差来产生的。由操作人员设定张力，通过PLC程序进行运算，和设定张力进行比较，控制调速器的给定，使卷取的卷绕线速度和后牵引保持一致，张力基本保持恒定。
为了保证压延机在生产过程中前、后蓄布架保持在一恒定位置运行，在蓄布架上安装无接触式线型霍尔传感器进行位置检测，并将信号送到PLC进行控制，用来改变前后牵引的速度。

3.2.3调试
1）PLC分别给每一台调速器送相同的给定，用转速表分别测出各段的线速度。然后计算出全线线速度相同时的各台调速器的给定比例。
2）用标准砝码对张力传感器进行校准。
3）加入张力控制，调整程序并改变干燥辊和冷却辊的PID调节器，使前后压延张力稳定。
4）加入前后蓄布架的位置控制，调整程序并改变前牵引和后牵引的PID调节器及位置传感器的作用，使前后前后蓄布架稳定。
5）通过测量并计算卷取和后牵引的速度变化关系，调整程序并改变1#卷取和2#卷取PID调节器使卷绕张力稳定。

第四章 效益分析

4.1直接经济效益
原老调速器所用调速板CS913和触发板CS086D+E购买价格共计4.5万元，若购买整套100A的调速器估价在6万元。改造后所用的西门子调速器6R2330-6DV61 100A价格仅为9000元。原CS377板国外进口价格近3000元，改造后可不再使用。每套调速器可以节约：60000+3000-9000＝54000元。
该生产线共使用了10台调速器，若备用3台调速器，可以节约16万元以上。并且今后长期会带来更大的经济效益。
该生产线的给定控制板共有电路板19块，每块购买价格约10000元，若备10块（因有不同的规格），需100000元或者更高。改造后使用的西门子PLC，所有模块和CPU备一套也只需要20000元左右，并且可以与公司的其它设备备件统一，节约了备件成本。给定板备件可以节约：100000-20000＝80000元。

4.2间接经济效益
原使用的调速器和给定板现国外已经停止生产，如果需要购买必须通过COMERIO公司在欧洲定做，价格十分昂贵且供货周期长，一旦设备出现故障将造成公司停产，损失巨大。由于所采用的模板为模拟量模板，因此即使有备件更换在调试时也需花较大时间，严重影响公司生产计划完成。
通过改造，既保证设备备件的供给又大幅度降低了采购费用，同时由于采用的是数字控制设备，大大降低设备故障及备件更换调试时间。并且在这次改造中，我们只更换了部分调速器，可用换下来的作为备件，避免浪费。所以说这次改造对保证压延机长周期稳定运行的意义远比节省数十万元要重要得多。
4.3存在的问题和今后的打算
由于该系统在卷绕控制上所采用超声波传感器工作时易受外界干扰，导致所检测的帘布卷径不够精密，从而使系统的卷绕张力不够稳定。有待于进一步进行研究，在今后工作中采取更先进的控制方式，来加以改进，使张力控制系统更加稳定。

结束语：毕业设计期间，在指导老师的精心指导下和公司的工程师指导下完成了这次个毕业轮，这不单是完成一份任务，更重要的是对我参加函授大专学习的一个成绩总结，提高了我的理论与实践相结合的应用，提高了我的实践能力工作能力。学到了PLC和变频器从安装到程序编写和整机调试的操作过程。

参考文献

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[7]陈立周.电气测量。北京:机械工业出版社,2002.
[8赵明主编.工厂电气控制设备。北京:机械工业出版社,1985.
[9]应崇实主编.电机及拖动基础。北京：机械工业出版社,1998.

致谢语

3年的函授学习生活在即将划上一个句号，而于我的人生来说却仅仅只是一个逗号。本论文是在我的导师张琳芳老师的亲切关怀和耐心的指导下完成的，无论是在论文的选题、构思和资料收集方面，还是在论文的研究方法以及成文定稿方面，我都得到了导师悉心细致的指点和无私的帮助。
同时，我还要感谢一下一起完成毕业论文小组的同学们和同事们，如果没有你们的支持和倾心的协助，我是无法解决这些困难和疑惑，最终能够让本文顺利完成。
最后，再次对那些在论文完成过程中，关心、帮助我的同学和朋友们表示衷心地感谢！
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