橡膠四輥壓延機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)

1、論文 課 題 橡膠四輥壓延機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)學(xué) 院 教育中心 專 業(yè) 年 級(jí) 學(xué) 號(hào) 姓 名 導(dǎo) 師 定稿日期： 年 月 日第 15 頁(yè)橡膠四輥壓延機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)摘 要本文介紹了國(guó)內(nèi)四輥壓延機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀，以及存在問(wèn)題，同時(shí)介紹了可編程控制器的工作原理，選型依據(jù)。設(shè)計(jì)了一種基于PLC的全自動(dòng)四輥壓延機(jī)，介紹了工作原理，并設(shè)計(jì)了電路，并根據(jù)直流電動(dòng)機(jī)具有良好的起、制動(dòng)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(dòng)領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。近年來(lái)，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(dòng)系統(tǒng)正逐

2、步取代直流拖動(dòng)系統(tǒng)。然而，直流拖動(dòng)控制畢竟在理論上和實(shí)踐上都比較成熟，而且我國(guó)早期的許多工業(yè)生產(chǎn)機(jī)械都是采用直流拖動(dòng)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(shí)間內(nèi)不可能完全被交流拖動(dòng)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(lái)說(shuō)，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(jiǎn)單、容易實(shí)現(xiàn)、維護(hù)方便，但是它的靜態(tài)和動(dòng)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(wèn)題，因此在實(shí)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(jì)是關(guān)于對(duì)基于PLC的四輥壓

3、延機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)說(shuō)明。該系統(tǒng)具體主要關(guān)于1.四輥壓延機(jī)的結(jié)構(gòu)參數(shù)說(shuō)明.2.PLC的介紹。3.PLC的選型方案設(shè)計(jì)。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(jī)，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 In the power electronic converter, the thyristor controlled device has been replaced by the power switch device, and the transformation technology is transformed into the pulse width modulation (PWM) by the phase control.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(jiǎn)介11.2設(shè)計(jì)內(nèi)容與要求11.3四輥壓延機(jī)概況21.4四輥壓延機(jī)的技術(shù)特點(diǎn)和發(fā)展現(xiàn)狀22 方案設(shè)計(jì)32.1電力拖動(dòng)方案設(shè)計(jì)32.2雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)框圖設(shè)計(jì)63 軋輥電機(jī)主電路設(shè)計(jì)（各主要元器件參數(shù)計(jì)算）53.1變壓器參數(shù)計(jì)算83.2晶閘管參數(shù)計(jì)算83.3平波電抗器參數(shù)計(jì)算103.4接觸器參數(shù)計(jì)算123.5自動(dòng)空氣開關(guān)參數(shù)計(jì)算133.6制動(dòng)電阻計(jì)算133.7各保護(hù)

12、元器件參數(shù)計(jì)算144 控制電路設(shè)計(jì)174.1雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)174.1.1控制回路接線圖194.2調(diào)節(jié)器參數(shù)計(jì)算214.2.1電流調(diào)節(jié)器參數(shù)計(jì)算214.2.2轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器參數(shù)計(jì)算234.3觸發(fā)電路設(shè)計(jì)255調(diào)距電機(jī)與油泵電機(jī)主電路設(shè)計(jì)275.1調(diào)距電機(jī)主電路設(shè)計(jì)275.2油泵電機(jī)主電路設(shè)計(jì)276. 主令控制電路設(shè)計(jì)286.1PLC接線圖設(shè)計(jì)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(jì)347.1溫度變送系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(jì)367.3溫度

13、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(huì)419參考文獻(xiàn)4210致謝431 緒論壓延機(jī)的概況壓延機(jī)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(jī)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(jī)應(yīng)用的較少，生產(chǎn)類型比較單一，四輥壓延機(jī)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(jī)價(jià)格昂貴，設(shè)備復(fù)雜，五輥壓延機(jī)和六輥壓延機(jī)的壓延效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)強(qiáng)于其他種類的壓延機(jī)，但是由于設(shè)備占地面積大，維修困難等問(wèn)題，目前僅為專門生產(chǎn)某種產(chǎn)品而使用，還沒(méi)有得到普遍的推廣

14、使用。四輥壓延機(jī)的技術(shù)特點(diǎn)和發(fā)展現(xiàn)狀：圖1.2 四輥壓延機(jī)實(shí)物圖壓延機(jī)具有效率高、精度高等特點(diǎn)。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(jī)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(huì)被拉入輥距中去。四輥壓延機(jī)在壓延工作的過(guò)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(guò)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(jī)分兩種：1 .普通壓延機(jī)：國(guó)內(nèi)廣泛使用的是普通四輥

15、壓延機(jī)是6101730型四輥壓延機(jī)。2.精密壓延機(jī)：除了具備普通壓延機(jī)的主要零部件外，還采用了一系列提高壓延機(jī)精度、壓延機(jī)速度及方便操作的措施。主要有：斜型、S型（7001800）、Z型。國(guó)內(nèi)對(duì)壓延機(jī)的據(jù)不穩(wěn)定性研究比較多，但對(duì)壓延機(jī)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(jī)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(jī)輥筒的的強(qiáng)度，從有限元分析的結(jié)果來(lái)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(wú)視了壓延機(jī)在工作時(shí)，機(jī)架的穩(wěn)定對(duì)生產(chǎn)的影響，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的壓延機(jī)在壓延過(guò)程中，胚料的流動(dòng)性較差， 輥筒的軸承會(huì)產(chǎn)生彎曲變形，對(duì)壓延制品產(chǎn)生不良的影響，壓延制品中間

16、厚兩邊薄的現(xiàn)象經(jīng)常發(fā)生，雖然四輥壓延機(jī)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(guò)兩輥壓延機(jī)，但四輥壓延機(jī)復(fù)雜的結(jié)構(gòu)以及極高的價(jià)格和它的維修難度大燈特點(diǎn)，令一般廠家望而卻步，更不用說(shuō)廠房造價(jià)成本和設(shè)備運(yùn)行及維護(hù)費(fèi)用。中國(guó)四輥壓延機(jī)產(chǎn)業(yè)發(fā)展出現(xiàn)的問(wèn)題中，許多情況不容樂(lè)觀，如產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不合理、產(chǎn)業(yè)集中于勞動(dòng)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(guó)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(duì)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(jì)2.1電力拖動(dòng)方案設(shè)計(jì)由電動(dòng)機(jī)理論知，直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性方程為式中直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速（r/m

17、in）電動(dòng)機(jī)的額定電壓(v)：電動(dòng)機(jī)電樞電路總電阻()電動(dòng)勢(shì)常數(shù)(vminr)；轉(zhuǎn)矩常數(shù)，T電動(dòng)機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩(Nm)；電動(dòng)機(jī)磁通(wb)。由上式可見，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)調(diào)速方法有1)改變電動(dòng)機(jī)電樞電壓。2)改變勵(lì)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(duì)于要求在一定范圍內(nèi)無(wú)級(jí)平滑調(diào)速的系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，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(jí)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(jī)額定轉(zhuǎn)速）以上作小范圍的弱磁升速。因此，自動(dòng)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

18、雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)框圖設(shè)計(jì)雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)中設(shè)置了兩個(gè)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(shí)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(dòng)機(jī)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器UPE，這就形成了轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。圖

19、2.1 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)框圖 為了獲得良好的靜、動(dòng)態(tài)性能，轉(zhuǎn)速和電流兩個(gè)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(dòng)電機(jī)的主回路線路圖如下圖2.2 軋輥主驅(qū)動(dòng)電機(jī)的主回路線路圖8 心得體會(huì)通過(guò)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我對(duì)運(yùn)動(dòng)控制等多門課程有了更深刻的認(rèn)識(shí)，尤其是直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。同時(shí)，在這次課程設(shè)計(jì)中，我們要用到很多以前學(xué)的課程知識(shí)，比如電力電子，工廠供電，半導(dǎo)體變流等，通過(guò)此次設(shè)計(jì)我們很好的鞏固了以前所學(xué)的知識(shí)，而且提高了自己綜合運(yùn)用各種知識(shí)的能力。畢設(shè)過(guò)程中，根據(jù)步驟計(jì)算編寫出每個(gè)模塊的功能，要使整個(gè)系統(tǒng)能夠良好地工作，每一個(gè)模塊都要精確計(jì)算協(xié)調(diào)工作，否則整個(gè)系統(tǒng)將完成，通過(guò)

20、畢設(shè)，對(duì)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(gè)問(wèn)題：一是飽和限幅問(wèn)題；二是系統(tǒng)在啟動(dòng)過(guò)程中必然存在的轉(zhuǎn)速超調(diào)問(wèn)題。這些問(wèn)題都有待進(jìn)一步的研究和改進(jìn)。經(jīng)過(guò)12周的設(shè)計(jì)，過(guò)程曲折可謂一語(yǔ)難盡。在此期間我曾經(jīng)迷茫沒(méi)有頭緒也擔(dān)心無(wú)法完成。從開始時(shí)沖滿好奇到最后完成的小小成就感，點(diǎn)點(diǎn)滴滴無(wú)不令我回味無(wú)長(zhǎng)。通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)使我懂得了理論與實(shí)際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合起來(lái)，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(dòng)手能力和獨(dú)立思考的能力。在畢設(shè)的過(guò)程中遇到問(wèn)題層出不窮

21、，要一個(gè)人完成一個(gè)獨(dú)立的畢設(shè)難免會(huì)遇到困難，同時(shí)在畢設(shè)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處，對(duì)以前所學(xué)過(guò)的知識(shí)沒(méi)有太多的理解及深刻的掌握。經(jīng)過(guò)本次畢設(shè)，我收獲知識(shí)的同時(shí)，還吸收了經(jīng)驗(yàn)。通過(guò)查找大量資料，請(qǐng)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(guò)程中，我學(xué)習(xí)到了獨(dú)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(jì)6.1 PLC接線圖設(shè)計(jì)圖6.1 調(diào)距電動(dòng)機(jī)接線圖6.4指令表表6.3 調(diào)距離電機(jī)指令表：表6.4 油泵電機(jī)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(shí)例M北京，機(jī)械工業(yè)出版社.2005.2 李名雨.電機(jī)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(jì)實(shí)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(jī)械工業(yè)出版社20055 魯遠(yuǎn)棟PLC機(jī)電控制系統(tǒng)應(yīng)用設(shè)計(jì)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(cè)M 北京，人民郵電出版社.1991.7 童