SY-4Γφ660X2300壓延技改機電一體化畢業(yè)論文設計

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1、 三明職業(yè)技術學院 畢業(yè)作業(yè) 作業(yè)形式： 畢 業(yè) 設 計 作業(yè)題目：SY-4Γφ660X2300壓延技改 姓 名： X X X 學 號： 1411080019 所 在 系： 機 械 電 子 系 專 業(yè)： 機電一體化技術 年(班)級： 2017屆函授班 學 制： 指導教師：

2、 完成日期： 2016年12月10日 摘 要 壓延機的發(fā)展歷史可以追溯到1830年，那時的壓延機是用于橡膠制品加工的，塑料PVC壓延機是從橡膠壓延機逐漸演變過來的。塑料PVC壓延機在塑料機械產(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備，主要用于膠料壓膜、紡織物貼膠、膠膜帖合等關鍵工藝。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)的設備2003年6月投入使用。該產(chǎn)品技術含量低，四輥調(diào)速器采用模擬量直流調(diào)速器，調(diào)速系統(tǒng)反應慢，該壓延機的操作速度速比完全是靠主操作手憑經(jīng)驗觀察產(chǎn)品的松緊來調(diào)整速度，升降速速度要很慢

3、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)結構簡單，調(diào)速平滑穩(wěn)定，性能好、效率高、節(jié)能性好，易于實現(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，來提高設備的穩(wěn)定性和運行水平，降低備件成本。 關鍵詞：壓延機；直流調(diào)速器；S7300PL 目 錄 前言······································

4、·················································3頁 第一章 緒論·············································································4頁 1.1壓延機的發(fā)展現(xiàn)狀································································4頁 1.2本設計要完成的工作及要求····················································4頁 第二章 調(diào)速器的改造

5、·································································5頁 2.1直流電機控制······································································5頁 2.2直流電機轉速調(diào)節(jié)原理和實現(xiàn)方案···········································6頁 2.3 勵磁回路的改造··································································7頁 2.

6、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·······································

7、················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··········································

8、···································12頁 第四章 效益分析·····································································13頁 結束語··················································································14頁 參考文··················································································15頁

9、 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口設備，在當時設計是比較先進的，但是現(xiàn)在很多備品備件很難買到。另外，即使能買到備件，也需要從國外進口，價格比較昂貴。此外設備的模擬量輸入、調(diào)整、運算、輸出均為模擬電子線路實現(xiàn)。由于模擬電子線路的固有缺點，造成設備模擬量部分存在著調(diào)整困難、設定值漂移、維護困難、可靠性差等缺點。 生產(chǎn)線卷繞控制全部也采用電子電路板

10、進行控制，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壓延機的發(fā)展現(xiàn)狀 隨著高新技術的飛速發(fā)展，許多傳統(tǒng)的塑料膜制品也開始實現(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、膜結構停車棚、防爆通風管、圍油欄以及各種大型的水上充氣游樂場，沖浪板等健身器材。這些在傳統(tǒng)塑膠產(chǎn)品基礎上利用高新技術改造的塑膠制品，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，設備的技術水平參差不齊，大多數(shù)加工企業(yè)的設備都需要技術

11、改造。這幾年來，我國的塑料壓延機行業(yè)的技術進步十分顯著，尤其是壓延機的技術水平與國外產(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，所有對塑料壓延設備的精度要求越來越高。 1.2本設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)的設備2003年6月投入使用。該產(chǎn)品技術含量低，四輥調(diào)速器采用模擬量直流調(diào)速器，調(diào)速系統(tǒng)反應慢，該壓延機的操作速度速比完全是靠主操作手憑經(jīng)驗觀察產(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

12、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。為促進生產(chǎn)的持續(xù)發(fā)展，為提高企業(yè)經(jīng)濟效益和社會效益服務。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，來提高設備的穩(wěn)定性、效率、機械性能和運行水平，降低備件成本，易于實現(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，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，其性能遠遠超越原模擬調(diào)速器，其采用測速反饋時控制精度為0.1%，采用

13、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)。對電動機的電樞回路、勵磁回路、測速機以及可控硅等進行監(jiān)測控制，不僅提高了設備的穩(wěn)定性、減少了設備故障維修時間，還可以較方便地設定電動機的過載電流的大小和時間，更好地保護電動機。 為此，我們利用國慶檢修對此進行了改造。下面我以壓延機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： 直流電機型號：MGL-132-L 功率：31KW； 電樞電流：88A 電樞電壓：400V； 勵磁電壓：190V

14、 勵磁電流：4.2A。 由于壓延機四輥是三閉環(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直流電機控制電路 該系統(tǒng)中直流電機控制電路的原理圖如圖：1-1所示。 圖1－1直流電機控制電路原理圖 直流電機的四象限運動，分別對應正轉、正轉制動、反轉、反轉制動。全橋式驅動電路的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，一組導通，則另一組必須關斷。當GPB0輸出為高電平，VT1、VT2、VT3導

15、通時，VT4、VT5、VT6關斷，電動機兩端加正向電壓，可以實現(xiàn)電動機的正轉或反轉制動；當GPB0輸出為低電平，VT4、VT5、VT6導通時，VT1、VT2、VT3關斷，電動機兩端為反向電壓，電動機的反轉或正轉制動。R2和R1通過分壓起到限流保護的作用，R6和C1、R8和C2構成消抖去干擾電路。 2.2直流電機轉速調(diào)節(jié)原理和實現(xiàn)方案 直流電機的轉速n和其他參量的關系可以表示為： 式中Ua------電樞供電電壓（V）； Ia-------電樞電流（A）； Φ-------勵磁磁通（Wb）； Ra------電樞回路總電阻（Ω）； CE------電勢系數(shù)，，p為電磁對數(shù)，

16、a為電樞并聯(lián)支路數(shù)，N為導體數(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Ua； 改變勵磁Φ。 由第二種方法知道，直流電機轉速與加在電機兩端電壓有關，故可選用單片機產(chǎn)生PWM方波，經(jīng)驅動電路放大后驅動電機旋轉。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行數(shù)字編碼的方法，PWM控制為脈沖寬度調(diào)制，保持開關周期不變，調(diào)制導通時間。脈寬調(diào)速系統(tǒng)歷史久遠，但缺乏高速大功率開關器件，未能及時在生產(chǎn)實際中推廣應用。后來，由于大功率晶體管（GTR），特別是IGBT功率

17、器件，使直流電動機脈寬調(diào)速系統(tǒng)才獲得迅猛發(fā)展。 2.3勵磁回路的改造 直流電機端電壓經(jīng)過電壓互感器降壓后輸入到測量單元，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勵磁電壓值，相應地改變了電機的勵磁，單電機負載增大而使電機電壓下降時調(diào)節(jié)器使自動可控硅整流的控制角減小，以增大電機的勵磁，當電機減少負荷時，其操作以上述相反，減少勵磁來維持電機端電壓為給定值。 原壓延機勵磁供給分為前壓延、后壓延、主機三部分，系統(tǒng)只要送控制電源直流電機勵磁和風機就送上。在壓延機待機時浪

18、費電力資源且對設備不利，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1－2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)速器冷卻風扇故障報警。所有的報警點都并聯(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

19、的故障監(jiān)測功能，能提供詳細的報警代碼。并通過集電極開路的三極管輸出，如圖：1-3。 圖1－3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

20、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的限制，為減小改造風險。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1－4 S5的輸出和S7的輸入連接圖 圖1－5 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

21、織物張力為： F=sy/l∫t1t2(V1- V2)dt F=k1∫t1t2⊿Vdt 式中：F：張力； S織物面積；K1：變換系數(shù)，K1= sy/l l:兩傳動點間的距離；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)變送器放大為標準信號0-10V后送給PLC。在PLC與設定張力值進行比較后進行PI運算，從而改變調(diào)速器的給定，達到設定張力，并使干燥輥或冷卻輥與主機的速度保持恒定。圖1－6全線給定的控制示意圖。 圖1－6全線給定控制圖 3.2.2卷繞控制 1）工作原理

22、 兩單元之間的織物張力為： F=K∫0T(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)的設計思想是將直接張力控制與擾動補償結合起來。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)，利用計算機的除法器計算出轉速給定信號Ugn,即 Ugn=Ugv/D 由于轉速給定Ugn能夠適應卷徑的變化，使得卷徑擾動得到補償，保證線速度基本保持不變。張力調(diào)節(jié)器的輸出信號實際只起到微調(diào)作用。張力傳感器檢測卷取張力。 2）控制方式 壓延機的卷取張力是通過調(diào)節(jié)后牽引與1?；?＃卷取之間的速度差來產(chǎn)生的。由操作

23、人員設定張力，通過PLC程序進行運算，和設定張力進行比較，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。 為了保證壓延機在生產(chǎn)過程中前、后蓄布架保持在一恒定位置運行，在蓄布架上安裝無接觸式線型霍爾傳感器進行位置檢測，并將信號送到PLC進行控制，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）用標準砝碼對張力傳感器進行校準。 3）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

24、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板國外進口價格近3000元，改造后可不再使用。每套調(diào)速器可以節(jié)約：60000+3000-9000＝54000元。 該生產(chǎn)線共使用了1

25、0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：100000-20000＝80000元。 4.2間接經(jīng)濟效益 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，一旦設備出現(xiàn)故障將造成公司停產(chǎn)，損失巨大。由于所采用的模

26、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，嚴重影響公司生產(chǎn)計劃完成。 通過改造，既保證設備備件的供給又大幅度降低了采購費用，同時由于采用的是數(shù)字控制設備，大大降低設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。所以說這次改造對保證壓延機長周期穩(wěn)定運行的意義遠比節(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。有待于進一步進行研究，在今后工作中采取更先進的控制方式，來加以改進，使張力控制系統(tǒng)更加穩(wěn)

27、定。 結束語：畢業(yè)設計期間，在指導老師的精心指導下和公司的工程師指導下完成了這次個畢業(yè)輪，這不單是完成一份任務，更重要的是對我參加函授大專學習的一個成績總結，提高了我的理論與實踐相結合的應用，提高了我的實踐能力工作能力。學到了PLC和變頻器從安裝到程序編寫和整機調(diào)試的操作過程。 參考文獻 [1]王也仿主編，可編程控制器應用技術。北京：機械工業(yè)出版社，2001 [2]廖常初主編.PLC編程與應用。北京：機械工業(yè)出版社，2001. [3]王衛(wèi)兵主編.PLC系統(tǒng)通信、擴展與網(wǎng)絡互連技術。北京：機械工

28、業(yè)出版社,2001. [4]李愛平等編.制造系統(tǒng)與設備的控制。上海：同濟大學出版社，1998 [6]呂汀,石紅梅編變頻技術原理與應用。北京:國防工業(yè)出版社,2000. [7]陳立周.電氣測量。北京:機械工業(yè)出版社,2002. [8趙明主編.工廠電氣控制設備。北京:機械工業(yè)出版社,1985. [9]應崇實主編.電機及拖動基礎。北京：機械工業(yè)出版社,1998. 致謝語 3年的函授學習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。本論文是在我的導師張琳芳老師的親切關懷和耐心的指導下完成的，無論是在論文的選題、構思和資料收集方面，還是在論文的研究方法以及成文定稿方面，我都得到了導師悉心細致的指點和無私的幫助。 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，關心、幫助我的同學和朋友們表示衷心地感謝！ 15