SY-4Γφ660X2300壓延技改機(jī)電一體化畢業(yè)論文設(shè)計

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1、三明職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)作業(yè)作業(yè)形式： 畢 業(yè) 設(shè) 計 作業(yè)題目：SY-4660X2300壓延技改 姓 名： X X X 學(xué) 號： 1411080019 所 在 系： 機(jī) 械 電 子 系 專 業(yè)： 機(jī)電一體化技術(shù) 年(班)級： 2017屆函授班 學(xué) 制： 指導(dǎo)教師： 完成日期： 2016年12月10日 摘 要壓延機(jī)的發(fā)展歷史可以追溯到1830年，那時的壓延機(jī)是用于橡膠制品加工的，塑料PVC壓延機(jī)是從橡膠壓延機(jī)逐漸演變過來的。塑料PVC壓延機(jī)在塑料機(jī)械產(chǎn)品中重型高精度產(chǎn)品，是塑料PVC制品加工過程中的基本設(shè)備，主要用于膠料壓膜、紡織物貼膠、膠膜帖合等關(guān)鍵工藝。公司的第一條四輥壓延生產(chǎn)線為十四年前20

2、02年3月生產(chǎn)的設(shè)備2003年6月投入使用。該產(chǎn)品技術(shù)含量低，四輥調(diào)速器采用模擬量直流調(diào)速器，調(diào)速系統(tǒng)反應(yīng)慢，該壓延機(jī)的操作速度速比完全是靠主操作手憑經(jīng)驗(yàn)觀察產(chǎn)品的松緊來調(diào)整速度，升降速速度要很慢才能控制好產(chǎn)品的厚薄度。壓延控制系統(tǒng)PLC已經(jīng)過時，故障率高，維修配件要到國外購買并且很耗時間維修成本也高。因此壓延機(jī)的改造對提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低成本是非常重要和必要的。具體的改造內(nèi)容為：1、對壓延四輥模擬量直流調(diào)速器改為變頻器調(diào)速系統(tǒng)，變頻器調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)速平滑穩(wěn)定，性能好、效率高、節(jié)能性好，易于實(shí)現(xiàn)自動化操作。2、把該生產(chǎn)線的給定控制板改成西門子PLC，來提高設(shè)備的穩(wěn)定性和運(yùn)行水平，降低備件成

3、本。關(guān)鍵詞：壓延機(jī)；直流調(diào)速器；S7300PL目 錄前言3頁第一章 緒論4頁1.1壓延機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀4頁1.2本設(shè)計要完成的工作及要求4頁第二章 調(diào)速器的改造5頁2.1直流電機(jī)控制5頁2.2直流電機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)原理和實(shí)現(xiàn)方案6頁2.3 勵磁回路的改造7頁2.4 報警回路的改造8頁2.5調(diào)試8頁第三章 給定系統(tǒng)的改造10頁3.15S和S7輸入輸出的連接10頁3.2全線給定的形成和張力控制10頁3.2.1壓延張力控制的改造10頁3.2.2卷繞控制11頁3.2.3調(diào)試12頁第四章 效益分析13頁結(jié)束語14頁參考文15頁致謝16頁前 言公司的“S”四輥壓延生產(chǎn)線壓延生產(chǎn)線為十余年前由意大利進(jìn)口設(shè)備，在當(dāng)時設(shè)

4、計是比較先進(jìn)的，但是現(xiàn)在很多備品備件很難買到。另外，即使能買到備件，也需要從國外進(jìn)口，價格比較昂貴。此外設(shè)備的模擬量輸入、調(diào)整、運(yùn)算、輸出均為模擬電子線路實(shí)現(xiàn)。由于模擬電子線路的固有缺點(diǎn)，造成設(shè)備模擬量部分存在著調(diào)整困難、設(shè)定值漂移、維護(hù)困難、可靠性差等缺點(diǎn)。生產(chǎn)線卷繞控制全部也采用電子電路板進(jìn)行控制，調(diào)節(jié)電位器多，工作不穩(wěn)定，故障頻繁，維修成本高。第一章 緒論1.1壓延機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀隨著高新技術(shù)的飛速發(fā)展，許多傳統(tǒng)的塑料膜制品也開始實(shí)現(xiàn)高性能化和功能化。它們遍及農(nóng)業(yè)用的薄膜、生活用品的雨衣等各個方面，還主要有：環(huán)保的充氣玩具、皮劃艇、膜結(jié)構(gòu)停車棚、防爆通風(fēng)管、圍油欄以及各種大型的水上充氣游樂場

5、，沖浪板等健身器材。這些在傳統(tǒng)塑膠產(chǎn)品基礎(chǔ)上利用高新技術(shù)改造的塑膠制品，為塑膠工業(yè)今后的發(fā)展開辟了新的途徑。我國塑料壓延加工企業(yè)很多，遍布全國各地，設(shè)備的技術(shù)水平參差不齊，大多數(shù)加工企業(yè)的設(shè)備都需要技術(shù)改造。這幾年來，我國的塑料壓延機(jī)行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步十分顯著，尤其是壓延機(jī)的技術(shù)水平與國外產(chǎn)品的差距大大縮小，在控制水平、產(chǎn)品內(nèi)部質(zhì)量和外觀造型等方面均取得顯著改觀。在塑料薄膜加工工業(yè)中，近幾年來對壓延薄膜的厚度公差、平整度、收縮、關(guān)澤度、透明度等方面的質(zhì)量要求越來越高，所有對塑料壓延設(shè)備的精度要求越來越高。1.2本設(shè)計要完成的工作及要求公司的第一條四輥壓延生產(chǎn)線為十四年前2002年3月生產(chǎn)的設(shè)備20

6、03年6月投入使用。該產(chǎn)品技術(shù)含量低，四輥調(diào)速器采用模擬量直流調(diào)速器，調(diào)速系統(tǒng)反應(yīng)慢，該壓延機(jī)的操作速度速比完全是靠主操作手憑經(jīng)驗(yàn)觀察產(chǎn)品的松緊來調(diào)整速度，升降速速度要很慢才能控制好產(chǎn)品的厚薄度，無自動輥距調(diào)整裝置、無半成品測厚顯示裝置、無半成品測溫顯示裝置等。為促進(jìn)生產(chǎn)的持續(xù)發(fā)展，為提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益和社會效益服務(wù)。本課題針對壓延四輥模擬量直流調(diào)速器為變頻器調(diào)速系統(tǒng)，把該生產(chǎn)線的給定控制板改成西門子PLC，來提高設(shè)備的穩(wěn)定性、效率、機(jī)械性能和運(yùn)行水平，降低備件成本，易于實(shí)現(xiàn)自動化操作。第二章 調(diào)速器的改造該生產(chǎn)線原采用了西門子80年代生產(chǎn)的模擬量直流調(diào)速器，另外，該調(diào)速器由于是模擬量直流調(diào)速器

7、，它的控制精度和穩(wěn)定性比數(shù)字量直流調(diào)速器要，系統(tǒng)的保護(hù)功能也比較差。而改造后擬采用的西門子調(diào)速器，其性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越原模擬調(diào)速器，其采用測速反饋時控制精度為0.1%，采用編碼器反饋時控制精度為0.006%，并且升降速時間連速可調(diào)，能自行優(yōu)化調(diào)速器電流環(huán)和電壓環(huán)參數(shù)。對電動機(jī)的電樞回路、勵磁回路、測速機(jī)以及可控硅等進(jìn)行監(jiān)測控制，不僅提高了設(shè)備的穩(wěn)定性、減少了設(shè)備故障維修時間，還可以較方便地設(shè)定電動機(jī)的過載電流的大小和時間，更好地保護(hù)電動機(jī)。為此，我們利用國慶檢修對此進(jìn)行了改造。下面我以壓延機(jī)四輥為例探討整個系統(tǒng)的調(diào)速器的改造過程。調(diào)速系統(tǒng)的參數(shù)和新調(diào)速器的選擇：直流電機(jī)型號：MGL-132-L 功率

8、：31KW；電樞電流：88A 電樞電壓：400V；勵磁電壓：190V 勵磁電流：4.2A。由于壓延機(jī)四輥是三閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)，外環(huán)為張力環(huán)。在壓延機(jī)啟動和張力較小時，四輥會工作在逆變狀態(tài)。所以選擇西門子6R2830-6DV61 100A四象限調(diào)速器。2.1直流電機(jī)控制電路該系統(tǒng)中直流電機(jī)控制電路的原理圖如圖：1-1所示。圖11直流電機(jī)控制電路原理圖直流電機(jī)的四象限運(yùn)動，分別對應(yīng)正轉(zhuǎn)、正轉(zhuǎn)制動、反轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)制動。全橋式驅(qū)動電路的6只晶體管都工作在斬波狀態(tài)。VT1、VT2、VT3為一組，VT4、VT5、VT6為一組，兩組的狀態(tài)互補(bǔ)，一組導(dǎo)通，則另一組必須關(guān)斷。當(dāng)GPB0輸出為高電平，VT1、VT2、

9、VT3導(dǎo)通時，VT4、VT5、VT6關(guān)斷，電動機(jī)兩端加正向電壓，可以實(shí)現(xiàn)電動機(jī)的正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)制動；當(dāng)GPB0輸出為低電平，VT4、VT5、VT6導(dǎo)通時，VT1、VT2、VT3關(guān)斷，電動機(jī)兩端為反向電壓，電動機(jī)的反轉(zhuǎn)或正轉(zhuǎn)制動。R2和R1通過分壓起到限流保護(hù)的作用，R6和C1、R8和C2構(gòu)成消抖去干擾電路。2.2直流電機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)原理和實(shí)現(xiàn)方案直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速n和其他參量的關(guān)系可以表示為：式中Ua-電樞供電電壓（V）；Ia-電樞電流（A）；-勵磁磁通（Wb）；Ra-電樞回路總電阻（）；CE-電勢系數(shù)，p為電磁對數(shù)，a為電樞并聯(lián)支路數(shù)，N為導(dǎo)體數(shù)。可知調(diào)速方法：改變電樞回路總電租Ra；改變電樞供電電壓U

10、a；改變勵磁。由第二種方法知道，直流電機(jī)轉(zhuǎn)速與加在電機(jī)兩端電壓有關(guān)，故可選用單片機(jī)產(chǎn)生PWM方波，經(jīng)驅(qū)動電路放大后驅(qū)動電機(jī)旋轉(zhuǎn)。PWM基本原理沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)上時，其效果基本相同。PWM(Pulse Width Modulation)是一種對模擬信號電平進(jìn)行數(shù)字編碼的方法，PWM控制為脈沖寬度調(diào)制，保持開關(guān)周期不變，調(diào)制導(dǎo)通時間。脈寬調(diào)速系統(tǒng)歷史久遠(yuǎn)，但缺乏高速大功率開關(guān)器件，未能及時在生產(chǎn)實(shí)際中推廣應(yīng)用。后來，由于大功率晶體管（GTR），特別是IGBT功率器件，使直流電動機(jī)脈寬調(diào)速系統(tǒng)才獲得迅猛發(fā)展。2.3勵磁回路的改造直流電機(jī)端電壓經(jīng)過電壓互感器降壓后輸入到測量

11、單元，電壓訊號在測量單元中經(jīng)測量比較后，將電壓偏差量輸入到放電單元放大，并作為移相單元的控制電壓以相應(yīng)改變觸發(fā)器單元的觸發(fā)脈沖相位角，從而改變了自動可控硅的控制角和交流勵磁機(jī)勵磁電壓值，相應(yīng)地改變了電機(jī)的勵磁，單電機(jī)負(fù)載增大而使電機(jī)電壓下降時調(diào)節(jié)器使自動可控硅整流的控制角減小，以增大電機(jī)的勵磁，當(dāng)電機(jī)減少負(fù)荷時，其操作以上述相反，減少勵磁來維持電機(jī)端電壓為給定值。原壓延機(jī)勵磁供給分為前壓延、后壓延、主機(jī)三部分，系統(tǒng)只要送控制電源直流電機(jī)勵磁和風(fēng)機(jī)就送上。在壓延機(jī)待機(jī)時浪費(fèi)電力資源且對設(shè)備不利，改造后，我們采用啟動時送勵磁，停止延時5S斷勵磁。原調(diào)速器沒有勵磁監(jiān)控功能，它采用CS377板上微電壓

12、繼電器（1.5V），通過串聯(lián)在勵磁回路的兩顆功率二極管分壓使微電壓繼電器吸合如圖：1-2圖12老調(diào)速器的勵磁檢測由于CS377板已使用近10年，且無備件更換。在國內(nèi)可替換產(chǎn)品，現(xiàn)改用西門子6R2330-6DV61調(diào)速器后，具有較先進(jìn)的勵磁監(jiān)控功能，可以省去該電路板。2.4報警回路的改造原調(diào)速器設(shè)有過載報警、快速保險熔斷報警、可控硅散熱片溫度報警以及調(diào)速器冷卻風(fēng)扇故障報警。所有的報警點(diǎn)都并聯(lián)一個發(fā)光二極管然后串聯(lián)送給PLC。新調(diào)速器有良好的故障監(jiān)測功能，能提供詳細(xì)的報警代碼。并通過集電極開路的三極管輸出，如圖：1-3。圖13新調(diào)速器的報警輸出2.5調(diào)試 在改造前測量原調(diào)速器在給定為5.7V時，電

13、樞電壓為301V。更換為6R2330-6DV61調(diào)速器后，按照調(diào)速器的使用手冊設(shè)置好調(diào)速器的各參數(shù)，然后采用調(diào)速器的本控給定將電位器調(diào)到5.7V，然后調(diào)整R1和R2使調(diào)速器的P08等于301V。第三章 給定系統(tǒng)的改造由于原系統(tǒng)的PLC采用的是西門子S5-115，該系列的PLC已屬過時產(chǎn)品，備件難以購買。所以改造后給定系統(tǒng)采用西門子S7300PLC（CPU：315-2DP 為中央處理單元）。用模擬量輸出連接調(diào)速器的給定，輸入模塊連接張力變送器和超聲波的的輸出。3.1 S5和S7輸入和輸出的連接由于改造時間和技術(shù)的限制，為減小改造風(fēng)險。我們盡可能的不改變原S5的程序，把S5原來控制給定的輸出直接接

14、在S7的輸入上，把原來給定板輸出到S5的通過S7處理后送到S5的輸入口上。這樣原S5的程序基本不改變。圖14 S5的輸出和S7的輸入連接圖圖15 S7的輸出和S5的輸入連接圖3.2全線給定的形成和張力控制3.2.1壓延張力控制的改造1）工作原理兩單元之間的織物張力為：F=sy/lt1t2(V1- V2)dtF=k1t1t2Vdt式中：F：張力； S織物面積；K1：變換系數(shù)，K1= sy/ll:兩傳動點(diǎn)間的距離；y：織物的彈性模量所以只要保持兩個傳動單元之間的線速度差恒定，就可以保持張力恒定。2）控制方式將張力傳感器的信號經(jīng)變送器放大為標(biāo)準(zhǔn)信號0-10V后送給PLC。在PLC與設(shè)定張力值進(jìn)行比較

15、后進(jìn)行PI運(yùn)算，從而改變調(diào)速器的給定，達(dá)到設(shè)定張力，并使干燥輥或冷卻輥與主機(jī)的速度保持恒定。圖16全線給定的控制示意圖。圖16全線給定控制圖3.2.2卷繞控制1）工作原理兩單元之間的織物張力為：F=K0T(V1- V2)dt所以只要保持兩個傳動單元之間的速度差恒定，就可以保持張力恒定。本系統(tǒng)的設(shè)計思想是將直接張力控制與擾動補(bǔ)償結(jié)合起來。具體說就是根據(jù)卷徑的變化信號產(chǎn)生的卷徑信號D(在卷取處安裝超聲波傳感器用來檢測卷取卷繞半徑的變化)，利用計算機(jī)的除法器計算出轉(zhuǎn)速給定信號Ugn,即Ugn=Ugv/D由于轉(zhuǎn)速給定Ugn能夠適應(yīng)卷徑的變化，使得卷徑擾動得到補(bǔ)償，保證線速度基本保持不變。張力調(diào)節(jié)器的輸

16、出信號實(shí)際只起到微調(diào)作用。張力傳感器檢測卷取張力。2）控制方式壓延機(jī)的卷取張力是通過調(diào)節(jié)后牽引與1或2卷取之間的速度差來產(chǎn)生的。由操作人員設(shè)定張力，通過PLC程序進(jìn)行運(yùn)算，和設(shè)定張力進(jìn)行比較，控制調(diào)速器的給定，使卷取的卷繞線速度和后牽引保持一致，張力基本保持恒定。為了保證壓延機(jī)在生產(chǎn)過程中前、后蓄布架保持在一恒定位置運(yùn)行，在蓄布架上安裝無接觸式線型霍爾傳感器進(jìn)行位置檢測，并將信號送到PLC進(jìn)行控制，用來改變前后牽引的速度。3.2.3調(diào)試1）PLC分別給每一臺調(diào)速器送相同的給定，用轉(zhuǎn)速表分別測出各段的線速度。然后計算出全線線速度相同時的各臺調(diào)速器的給定比例。2）用標(biāo)準(zhǔn)砝碼對張力傳感器進(jìn)行校準(zhǔn)。3

17、）加入張力控制，調(diào)整程序并改變干燥輥和冷卻輥的PID調(diào)節(jié)器，使前后壓延張力穩(wěn)定。4）加入前后蓄布架的位置控制，調(diào)整程序并改變前牽引和后牽引的PID調(diào)節(jié)器及位置傳感器的作用，使前后前后蓄布架穩(wěn)定。5）通過測量并計算卷取和后牽引的速度變化關(guān)系，調(diào)整程序并改變1#卷取和2#卷取PID調(diào)節(jié)器使卷繞張力穩(wěn)定。第四章 效益分析4.1直接經(jīng)濟(jì)效益原老調(diào)速器所用調(diào)速板CS913和觸發(fā)板CS086D+E購買價格共計4.5萬元，若購買整套100A的調(diào)速器估價在6萬元。改造后所用的西門子調(diào)速器6R2330-6DV61 100A價格僅為9000元。原CS377板國外進(jìn)口價格近3000元，改造后可不再使用。每套調(diào)速器可

18、以節(jié)約：60000+3000-900054000元。該生產(chǎn)線共使用了10臺調(diào)速器，若備用3臺調(diào)速器，可以節(jié)約16萬元以上。并且今后長期會帶來更大的經(jīng)濟(jì)效益。該生產(chǎn)線的給定控制板共有電路板19塊，每塊購買價格約10000元，若備10塊（因有不同的規(guī)格），需100000元或者更高。改造后使用的西門子PLC，所有模塊和CPU備一套也只需要20000元左右，并且可以與公司的其它設(shè)備備件統(tǒng)一，節(jié)約了備件成本。給定板備件可以節(jié)約：100000-2000080000元。4.2間接經(jīng)濟(jì)效益原使用的調(diào)速器和給定板現(xiàn)國外已經(jīng)停止生產(chǎn)，如果需要購買必須通過COMERIO公司在歐洲定做，價格十分昂貴且供貨周期長，一旦

19、設(shè)備出現(xiàn)故障將造成公司停產(chǎn)，損失巨大。由于所采用的模板為模擬量模板，因此即使有備件更換在調(diào)試時也需花較大時間，嚴(yán)重影響公司生產(chǎn)計劃完成。通過改造，既保證設(shè)備備件的供給又大幅度降低了采購費(fèi)用，同時由于采用的是數(shù)字控制設(shè)備，大大降低設(shè)備故障及備件更換調(diào)試時間。并且在這次改造中，我們只更換了部分調(diào)速器，可用換下來的作為備件，避免浪費(fèi)。所以說這次改造對保證壓延機(jī)長周期穩(wěn)定運(yùn)行的意義遠(yuǎn)比節(jié)省數(shù)十萬元要重要得多。4.3存在的問題和今后的打算由于該系統(tǒng)在卷繞控制上所采用超聲波傳感器工作時易受外界干擾，導(dǎo)致所檢測的簾布卷徑不夠精密，從而使系統(tǒng)的卷繞張力不夠穩(wěn)定。有待于進(jìn)一步進(jìn)行研究，在今后工作中采取更先進(jìn)的控

20、制方式，來加以改進(jìn)，使張力控制系統(tǒng)更加穩(wěn)定。結(jié)束語：畢業(yè)設(shè)計期間，在指導(dǎo)老師的精心指導(dǎo)下和公司的工程師指導(dǎo)下完成了這次個畢業(yè)輪，這不單是完成一份任務(wù)，更重要的是對我參加函授大專學(xué)習(xí)的一個成績總結(jié)，提高了我的理論與實(shí)踐相結(jié)合的應(yīng)用，提高了我的實(shí)踐能力工作能力。學(xué)到了PLC和變頻器從安裝到程序編寫和整機(jī)調(diào)試的操作過程。參考文獻(xiàn)1王也仿主編，可編程控制器應(yīng)用技術(shù)。北京：機(jī)械工業(yè)出版社，20012廖常初主編.PLC編程與應(yīng)用。北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2001.3王衛(wèi)兵主編.PLC系統(tǒng)通信、擴(kuò)展與網(wǎng)絡(luò)互連技術(shù)。北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2001.4李愛平等編.制造系統(tǒng)與設(shè)備的控制。上海：同濟(jì)大學(xué)出版社，199

21、86呂汀,石紅梅編變頻技術(shù)原理與應(yīng)用。北京:國防工業(yè)出版社,2000.7陳立周.電氣測量。北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2002.8趙明主編.工廠電氣控制設(shè)備。北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1985.9應(yīng)崇實(shí)主編.電機(jī)及拖動基礎(chǔ)。北京：機(jī)械工業(yè)出版社,1998. 致謝語3年的函授學(xué)習(xí)生活在即將劃上一個句號，而于我的人生來說卻僅僅只是一個逗號。本論文是在我的導(dǎo)師張琳芳老師的親切關(guān)懷和耐心的指導(dǎo)下完成的，無論是在論文的選題、構(gòu)思和資料收集方面，還是在論文的研究方法以及成文定稿方面，我都得到了導(dǎo)師悉心細(xì)致的指點(diǎn)和無私的幫助。同時，我還要感謝一下一起完成畢業(yè)論文小組的同學(xué)們和同事們，如果沒有你們的支持和傾心的協(xié)助，我是無法解決這些困難和疑惑，最終能夠讓本文順利完成。最后，再次對那些在論文完成過程中，關(guān)心、幫助我的同學(xué)和朋友們表示衷心地感謝！15