基于PLC和變頻器的包裝印刷機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)模板

基于PLC和變頻器的包裝印刷機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)資料內(nèi)容僅供參考，如有不當(dāng)或者侵權(quán)，請(qǐng)聯(lián)系本人改正或者刪除?；赑LC和變頻器為核心的包裝印刷機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)姓名系名專業(yè)指導(dǎo)老師5月6日摘要利用模擬或數(shù)字載體將媒質(zhì)(如色料)轉(zhuǎn)移到承印物上的過(guò)程,叫做印刷。印刷是獲得高質(zhì)量,大批量印刷品的最重要的復(fù)制過(guò)程,卷筒紙膠印機(jī)主要用來(lái)印刷雜志,報(bào)紙等印刷品,它的產(chǎn)品質(zhì)量取決于張力控制。現(xiàn)代印刷機(jī)幾乎無(wú)一例外地采用了變頻器張力控制系統(tǒng),這種控制方式的特點(diǎn)是:運(yùn)行可靠、機(jī)械磨損小、控制精度高,適用于高速多套色凹版印刷機(jī)。經(jīng)過(guò)本人在日邦印刷廠實(shí)習(xí)經(jīng)歷和對(duì)凹版印刷機(jī)的接觸與了解,理論結(jié)合實(shí)踐,PLC,變頻器,通信技術(shù)構(gòu)建一個(gè)以PLC和變頻器為核心的完整的卷筒紙膠印機(jī)張力控制系統(tǒng)論文主要內(nèi)容如下:1．概述了變頻器與PLC的工作原理和性能;2．推導(dǎo)了浮輥檢測(cè)系統(tǒng)模型、變頻器交流異步電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)模型,完善了收放料裝置的動(dòng)力學(xué)模型、張力模型、收料張力控制模型;3．在數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上,開(kāi)發(fā)了系統(tǒng)控制應(yīng)用程序。4．編寫(xiě)出PLC與變頻器自由口通信協(xié)議,得出新型的控制方案。關(guān)鍵詞:印刷機(jī);張力控制;變頻器;PLCAbstractVectorusinganalogueordigitalmedia(eg,pigment)transferredtothesubstratesontheprocess,calledtheprinting.Printingistoobtainhigh-quality,high-volumeprintedcopyofthemostimportantprocess,weboffsetpressismainlyusedtoprintmagazines,newspapersandotherprintedmatter,itdependsonthetensioncontrolproductquality.Modernweboffsetpresshasgenerallyfollowedthetransducertensioncontrolsystem,thiscontrolmethodischaracterizedby:Runareliable,mechanicalwearissmall,highcontrolaccuracy.Throughmyinternshipintheprintfactoryofthecontactsandunderstandingtointegratetheorywithpractice,throughplc,converters,communicationsandothertechnologytobuildaPLCandinverterasthecoreofacompleteweb-fedoffsetpressTensionControlSystem.1.AnoverviewofinvertersandPLCworkingprincipleandperformance;2.Derivationofthedancingrollerinspectionsystemmodel,andimproveddynamicmodelUnwindingtensionmodel;3.Inthemathematicalmodeldevelopedonthebasisofthesystemcontrolapplications.First,PIDcontrolalgorithmisusedforthecontrolstrategytoverifythemodelisreasonable.Throughthecompletionoftheabovepaperinordertoachieveconstanttensioncontrol,thepurposeofimprovingprintqualitytomeetproductionneeds.KeyWords:Tensioncontrol;inverter;PLC目 錄TOC\o"1-3"\h\u摘要 IVAbstract V第1章緒論 31.1 1.1課題背景 31.1.1凹版印刷機(jī)工藝以及印刷原理 31.1.2凹版印刷機(jī)的發(fā)展歷史 31.2課題的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 31.2.1三電機(jī)張力控制系統(tǒng)介紹 31.2.2PLC控制變頻調(diào)速系統(tǒng) 41.3論文的研究目的和內(nèi)容 41.4論文結(jié)構(gòu) 5第2章系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案 62.1印刷機(jī)控制系統(tǒng)的基本設(shè)計(jì)步驟和設(shè)計(jì)功能 62.1.1基本設(shè)計(jì)步驟 62.1.2印刷機(jī)變頻器控制系統(tǒng)的基本設(shè)計(jì)功能 62.2基本工作流程 72.3系統(tǒng)的組成方案 7第3章系統(tǒng)的硬件選擇及接線原理 101.2 3.1硬件選擇 103.1.1電動(dòng)機(jī) 103.1.2張力傳感器 103.1.3變頻器 113.1.4PLC的選取 123.1.5熱繼電器的選擇 123.2系統(tǒng)的硬件接線 123.2.1系統(tǒng)主電路接線圖 133.2.2PLC的I/O分配表 133.2.3PLC外部I/O連接 143.2.4收卷、放卷變頻器(前后牽引變頻器)端子接線圖 143.2.5主牽引變頻器端子接線圖 16第4章系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 174.1系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 174.1.1系統(tǒng)總流程圖 174.1.2三菱PLC的PID設(shè)定 184.2系統(tǒng)梯形圖 22結(jié)論 25參考文獻(xiàn) 26附錄一 27附錄二 42附錄三 43致謝 46緒論1.1課題背景本文來(lái)源于對(duì)外包裝印刷機(jī)生產(chǎn)設(shè)計(jì)實(shí)例的研究,目的是進(jìn)一步完善一套基于可編程控制器(PLC)技術(shù)與變頻器技術(shù)的電機(jī)張力控制系統(tǒng)。凹版印刷機(jī)工藝以及印刷原理凹版印刷方式作為包裝印刷市場(chǎng)上最好的印刷方式泛的被應(yīng)用,因?yàn)閷?duì)于被用為包裝材料的的薄膜、紙、鋁箔和除此之外的其它材料,都能夠使用該類型的印刷機(jī)對(duì)其進(jìn)行印制。此種印刷方式具有以下優(yōu)點(diǎn):1．印刷油墨層厚實(shí),圖像色澤好,層次豐富,效果高清。2．印刷品無(wú)縫隙,廣泛應(yīng)用于印制連續(xù)圖印刷品的工業(yè)生產(chǎn)中。3．印刷系統(tǒng)使用周期長(zhǎng),而且具有故障報(bào)警維修的特性。4．此種印刷方法對(duì)油品要求較低,因此能夠?qū)Χ喾N材質(zhì)的印刷物進(jìn)行印刷。凹版印刷機(jī)的發(fā)展歷史20世紀(jì)五十年代在中國(guó)上海建業(yè)義華機(jī)器制造股份有限公司制成了第一臺(tái)凹版印刷機(jī)。20世紀(jì)七十年代上海人民機(jī)器廠制成單張紙單色凹印機(jī),二十世紀(jì)八十年代北京人民機(jī)器廠制成卷筒紙四色凹印機(jī)。隨后一些工廠也制成了印刷塑料薄膜的卷筒材料凹印機(jī)。凹印機(jī)在中國(guó)的生產(chǎn)數(shù)量不是太多,品種相對(duì)也較少,在印刷工業(yè)中凹版印刷這種印制方式占的比重也比較小。課題的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀19世紀(jì)以來(lái),凹版印刷機(jī)的發(fā)展經(jīng)歷了如下幾個(gè)發(fā)展階段。無(wú)論在生產(chǎn)率方面還是在操作自動(dòng)化方面,都在不斷的提高和改進(jìn)。體現(xiàn)在張力控制方面表現(xiàn)為經(jīng)歷了磁粉張力系統(tǒng)—交流電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速控制系統(tǒng)—伺服電動(dòng)機(jī)無(wú)軸控制系統(tǒng)幾個(gè)發(fā)展階段。在中國(guó),變頻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)才起步不久,在伺服電機(jī)無(wú)軸驅(qū)動(dòng)方面的研究也不多,本文基于這種原因,以變頻驅(qū)動(dòng)的凹版印刷機(jī)為研究對(duì)象,基于三電機(jī)張力控制系統(tǒng)進(jìn)行理論研究工作,為以后的五軸驅(qū)動(dòng)開(kāi)發(fā)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。三電機(jī)張力控制系統(tǒng)介紹凹版印刷機(jī)控制系統(tǒng)主要是由可編程控制器與三臺(tái)變頻器(分別控制放卷電機(jī)、收卷電機(jī)和主電機(jī))組成的,這種控制方式簡(jiǎn)稱為三電機(jī)同步控制方式。實(shí)際應(yīng)用中采用PC機(jī)或者可編程控制器作為上位機(jī),以一臺(tái)或多臺(tái)PLC作為下位機(jī),每臺(tái)下位機(jī)經(jīng)過(guò)PLC擴(kuò)展模塊與若干臺(tái)智能設(shè)備進(jìn)行通信,從而實(shí)現(xiàn)分布式控制,能夠?qū)崿F(xiàn)復(fù)雜的控制功能。當(dāng)前最為領(lǐng)先的控制系統(tǒng)當(dāng)屬使用單臺(tái)可編程控制器,經(jīng)過(guò)數(shù)字量輸出控制三個(gè)變頻器的啟動(dòng)或者停止,經(jīng)過(guò)模擬量輸出擴(kuò)展模塊EM232調(diào)整變頻器的運(yùn)轉(zhuǎn)速度指令。這樣就節(jié)約了可編程控制器通信網(wǎng)絡(luò)的自身成本,可是PLC的輸入輸出點(diǎn)數(shù)是有限制的,使用擴(kuò)展模塊控制變頻器影響了整機(jī)的功能擴(kuò)展而且由于模塊的模擬量數(shù)字量轉(zhuǎn)換影響系統(tǒng)的運(yùn)行速度。PLC控制變頻調(diào)速系統(tǒng)由變頻器、電機(jī)和可編程控制器組成的印刷機(jī)控制系統(tǒng),經(jīng)過(guò)控制驅(qū)動(dòng)印刷版筒的主電機(jī)以及放卷和收卷兩個(gè)個(gè)電機(jī)的線速度同步來(lái)達(dá)到張力的穩(wěn)定,具有影響反應(yīng)速度的特點(diǎn),而且能夠提供良好的設(shè)定功能,以滿足各種材料的工藝特性。最近幾年,因?yàn)樽冾l器的應(yīng)用范圍越來(lái)越寬,而且各個(gè)廠家生產(chǎn)的變頻器所具有的技術(shù)也在日益完善,因此使用變頻器對(duì)電動(dòng)機(jī)的電源進(jìn)行改造已經(jīng)成為提高能源利用率,進(jìn)一步節(jié)約能源的主要方法。n＝60

f(1－s)/p(1-1)表1-1式1-1中各量含義式中變量所代表的含義(單位)n電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速(rad/min)f電動(dòng)機(jī)的頻率(Hz)s電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差率P電動(dòng)機(jī)的極對(duì)數(shù)表1-1為式(1-1)各變量的物理意義。轉(zhuǎn)速n與頻率f成正比,頻率f的改變會(huì)導(dǎo)致電機(jī)速度的變換,當(dāng)頻率f在0～50Hz變化的通用范圍內(nèi)時(shí),轉(zhuǎn)速的變換將會(huì)有著很大的幅度和范圍。而我們一般所用的變頻調(diào)速的原理就是經(jīng)過(guò)頻率在電源上的改變實(shí)現(xiàn)的。交流與直流的轉(zhuǎn)換是變頻器的特點(diǎn),首先經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換我們平常見(jiàn)的50Hz頻率的交流電變成方向不改變的直流電,然后經(jīng)過(guò)逆變?cè)僮兓亟涣麟?其電壓與頻率均可控制。論文的研究目的和內(nèi)容凹版印刷機(jī)是一個(gè)復(fù)雜的控制對(duì)象,主要表現(xiàn)在幾個(gè)方面:首先,幾個(gè)環(huán)節(jié)彼此相關(guān)性強(qiáng),其中一個(gè)環(huán)節(jié)的張力發(fā)生變化,其它環(huán)節(jié)的張力也會(huì)隨之產(chǎn)生變化;其次,因?yàn)橛∷⒉牧系牟馁|(zhì)不同,紙卷不圓或紙張的不均勻,印刷滾筒的凹槽或其它因素都會(huì)引起紙帶張力的波動(dòng);最后,各種外界因素(例如機(jī)器拖動(dòng)不穩(wěn)定)也可能影響到整個(gè)系統(tǒng)的工作狀態(tài)。因此說(shuō)印刷機(jī)系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的控制系統(tǒng),本文著重?cái)⑹隽税及嬗∷C(jī)的工作過(guò)程,工作原理,控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)等針對(duì)基于PLC的變頻器控制凹版印刷機(jī)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng),從而達(dá)到令張力恒定的目的。以便獲得更高品質(zhì)的印刷制品。本論文的主要工作如下:本系統(tǒng)將PLC與變頻器有機(jī)地結(jié)合起來(lái),采用以被印刷材料的張力數(shù)值為主控參數(shù),實(shí)現(xiàn)對(duì)印刷機(jī)的張力的有效控制,使印刷機(jī)制品達(dá)到理想的效果。PLC控制系統(tǒng)具有對(duì)印刷機(jī)的電機(jī)過(guò)熱保護(hù)、故障報(bào)警等功能特點(diǎn),為印刷機(jī)控制系統(tǒng)提供一條新途徑。在介紹印刷機(jī)基本結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上,深入分析了印刷機(jī)的工作原理,闡述了PLC的優(yōu)點(diǎn)及特點(diǎn),重點(diǎn)分析了印刷機(jī)的硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì),研究并提出了基于PLC凹版印刷機(jī)變頻器控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)方案。論文結(jié)構(gòu)論文主要分為個(gè)部分:第一章為緒論,主要介紹了凹版印刷機(jī)的發(fā)展歷史,論文的主要研究目的,論文的研究意義。第二章介紹了印刷機(jī)控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案,整個(gè)系統(tǒng)需要完成的設(shè)計(jì)功能。第三章闡述了系統(tǒng)各部分的硬件構(gòu)成及原理。第四章著重介紹了PID模塊的軟件編寫(xiě),及部分軟件設(shè)計(jì)。系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案印刷機(jī)控制系統(tǒng)的基本設(shè)計(jì)步驟和設(shè)計(jì)功能基本設(shè)計(jì)步驟基于PLC的設(shè)計(jì),首先要確定控制對(duì)象及其控制范圍,接下來(lái),要對(duì)PLC的型號(hào)進(jìn)行選定,針對(duì)控制對(duì)象的要求,分配I/O點(diǎn)數(shù)。下面分為兩個(gè)部分,分別為軟件設(shè)計(jì)和硬件電路的設(shè)計(jì),首先進(jìn)行硬件設(shè)計(jì),包括外部電路的設(shè)計(jì)和對(duì)PLC的安裝配線。軟件設(shè)計(jì)包括對(duì)程序的設(shè)計(jì)和程序編完成以后對(duì)程序的調(diào)試,如果程序調(diào)試沒(méi)有經(jīng)過(guò),那么就會(huì)回到程序編寫(xiě)上來(lái)。當(dāng)硬件和軟件編寫(xiě)工作完成之后,進(jìn)行工控現(xiàn)場(chǎng)的調(diào)試,根據(jù)設(shè)計(jì)是否符合要求,調(diào)整硬件或者軟件,依次來(lái)完成設(shè)計(jì)要求?；赑LC系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟圖如圖2-1所示。圖2-1系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟印刷機(jī)變頻器控制系統(tǒng)的基本設(shè)計(jì)功能本設(shè)計(jì)為滿足凹版印刷機(jī)張力恒定的要求,系統(tǒng)的具體設(shè)計(jì)要求如下:1．本系統(tǒng)的控制對(duì)象為對(duì)凹版印刷機(jī)的變頻器進(jìn)行控制,進(jìn)而對(duì)整個(gè)印刷機(jī)各環(huán)節(jié)的張力進(jìn)行控制。2．本系統(tǒng)為手動(dòng)和自動(dòng)兩種工作模式,具有故障報(bào)警、運(yùn)行指示燈、控制電機(jī)的加速、減速等功能。3．運(yùn)用張力傳感器測(cè)定運(yùn)行系統(tǒng)的張力,當(dāng)張力數(shù)值超過(guò)設(shè)定報(bào)警上限時(shí),發(fā)出報(bào)警信號(hào)。當(dāng)張力數(shù)值介于設(shè)定數(shù)值之間時(shí),將張力信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)輸入經(jīng)PID運(yùn)算后,輸出給變頻器,控制電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行。基本工作流程1．在整個(gè)系統(tǒng)開(kāi)始工作之前先按下警鈴按鈕,此時(shí)是為了避免出現(xiàn)不必要的意外事故。2．按下啟動(dòng)按鈕,此時(shí)控制凹版印刷機(jī)印刷部分的主電機(jī)還不開(kāi)始運(yùn)行,而控制前牽引和后牽引的將根據(jù)張力傳感器所測(cè)的張力值大小,經(jīng)過(guò)張力傳感器將張力變化的大小轉(zhuǎn)換為電信號(hào)反饋到PLC當(dāng)中進(jìn)行比例、積分、微分運(yùn)算后,再輸出給前牽引變頻器和后牽引變頻器,經(jīng)過(guò)編碼器,對(duì)張力進(jìn)行進(jìn)一步的調(diào)節(jié)。3．當(dāng)印制品的前牽引和后牽引處的張力都達(dá)到穩(wěn)定時(shí),主牽引才開(kāi)始運(yùn)轉(zhuǎn)。4．按下加速按鈕,此時(shí)主牽引才進(jìn)行啟動(dòng)加速。5．當(dāng)線速度達(dá)到10-15米/分鐘的時(shí)候,才對(duì)主牽引停止加速,當(dāng)人工調(diào)節(jié)印刷套準(zhǔn)之后達(dá)到套準(zhǔn)要求,再次按下加速按鈕繼續(xù)加速運(yùn)行。6．前牽引和后牽引初的張力傳感器在整個(gè)控制過(guò)程都檢測(cè)所在處的張力值是否發(fā)生變化,目的將張力的大小調(diào)節(jié)到穩(wěn)定平衡的狀態(tài)。系統(tǒng)的組成方案整機(jī)控制采用三菱FX2N-16MR系列PLC、變頻器以及張力傳感器組成的閉環(huán)控制系統(tǒng)。張力傳感器將當(dāng)前的張力轉(zhuǎn)化為電信號(hào),以模擬信號(hào)反饋給可編程控制器;此時(shí),PLC根據(jù)任務(wù)要求以及自身程序,計(jì)算出相應(yīng)輸出,經(jīng)過(guò)自由口通信讀取變頻器工作狀態(tài),并向變頻器發(fā)出指令,保證各個(gè)電機(jī)工作在同步狀態(tài),使張力保持穩(wěn)定。系統(tǒng)示意圖如圖2-2所示,整臺(tái)機(jī)器的張力控制實(shí)際分為三段張力:放卷、收卷、印刷。其中可編程控制器為整個(gè)系統(tǒng)組成的核心部分。系統(tǒng)中主要執(zhí)行元件動(dòng)作均由可編程控制器輸出點(diǎn)控制,PLC根據(jù)設(shè)計(jì)要求,時(shí)刻調(diào)整輸出指令。圖2-2系統(tǒng)示意圖變頻器的工作原理如圖2-3所示,將動(dòng)力電源經(jīng)過(guò)三相全波整流、直流平滑以后,經(jīng)過(guò)脈寬調(diào)制方式對(duì)逆變電路的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件進(jìn)行開(kāi)啟或者關(guān)斷,而且經(jīng)過(guò)調(diào)整輸出脈沖的寬度,將平滑電路輸出的直流電源轉(zhuǎn)換為頻率和電壓都任意可調(diào)的交流電源,來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速控制。圖2-3變頻器的結(jié)構(gòu)框圖系統(tǒng)上電之后,可編程控制器即開(kāi)始掃描各個(gè)輸入點(diǎn)的狀態(tài),而且檢查通信接口是否可用。當(dāng)連接至PLC的開(kāi)關(guān)量輸入端的啟動(dòng)、加速等按鈕依次動(dòng)作以后,PLC根據(jù)用戶編寫(xiě)的程序,向變頻器發(fā)送指令。在PLC發(fā)送數(shù)據(jù)包中,速度指令對(duì)應(yīng)著變頻器的模擬量指令輸入,變頻器正是根據(jù)這個(gè)指令來(lái)調(diào)整PWM控制電路的輸出。當(dāng)張力發(fā)生變化(如材料松緊程度、機(jī)器運(yùn)行速度、收放卷直徑的大小等影響因素),張力傳感器作用,經(jīng)過(guò)張力傳感器轉(zhuǎn)化為電信號(hào)把引力信號(hào)反饋到PLC進(jìn)行PID運(yùn)算后,輸出給前牽引變頻器和后牽引變頻器,進(jìn)行張力調(diào)節(jié),在主牽引運(yùn)轉(zhuǎn)前薄膜的張力就達(dá)到穩(wěn)定。進(jìn)而達(dá)到張力的穩(wěn)定。如圖2-4所示為基于PLC與變頻器的恒張力控制過(guò)程示意圖。圖2-4基于PLC與變頻器的恒張力控制過(guò)程示意圖系統(tǒng)的硬件選擇及接線原理3.1硬件選擇基于凹版印刷機(jī)系統(tǒng)的特點(diǎn),需要選擇規(guī)格一定的電動(dòng)機(jī)、傳感器、PLC以及變頻器,本節(jié)主要介紹硬件的選擇過(guò)程。電動(dòng)機(jī)本論文中的電動(dòng)機(jī)用于牽引印刷材質(zhì),達(dá)到放入印刷系統(tǒng)和從印刷系統(tǒng)中卷取后取出的目的,同時(shí)經(jīng)過(guò)電機(jī)的轉(zhuǎn)速達(dá)到對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的加速減速的目的,因此采用交流三相異步電動(dòng)機(jī),選取的交流電動(dòng)機(jī)的規(guī)格為額定電壓為380v、額定功率為3000w、轉(zhuǎn)數(shù)為3000r/min。下面的簡(jiǎn)要的介紹一下三相異步交流電動(dòng)機(jī):1．工作原理:當(dāng)電動(dòng)機(jī)的三項(xiàng)定子繞組(各相差120度電角度),通入三項(xiàng)交流電后,將產(chǎn)生一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng),該旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)切割轉(zhuǎn)子繞組,從而在轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電流(轉(zhuǎn)子繞組是閉合通路),載流的轉(zhuǎn)子導(dǎo)體在定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)作用下將產(chǎn)生電磁力,從而在電機(jī)轉(zhuǎn)軸上形成電磁轉(zhuǎn)矩,驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn),而且電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)方向相同[3]。圖3-1三相異步電動(dòng)機(jī)的基本構(gòu)造圖張力傳感器張力傳感器在印刷機(jī)變頻器控制系統(tǒng)中的作用為:卷筒紙印刷時(shí),應(yīng)保證紙帶在印刷過(guò)程中張力大小保持恒定不變。原因有三點(diǎn):首先,張力太小會(huì)導(dǎo)致紙帶松弛、褶皺、套印不準(zhǔn)等弊病發(fā)生;其次,張力過(guò)大,會(huì)增加機(jī)器的負(fù)荷和增加紙帶的應(yīng)力,且超過(guò)其強(qiáng)度極限就會(huì)斷裂;最后,張力不穩(wěn)定,紙帶會(huì)發(fā)生跳動(dòng),以至于會(huì)出現(xiàn)套印不準(zhǔn)、重影等問(wèn)題。特別是機(jī)器啟動(dòng)、停車(chē)時(shí),張力不穩(wěn),會(huì)造成斷紙、擁紙等影響印刷質(zhì)量的問(wèn)題。基于以上問(wèn)題,本文采用的是測(cè)量壓力的電位器式壓力傳感器,其原理為當(dāng)張力發(fā)生改變時(shí)將壓力傳遞給彈簧管,此時(shí)彈簧管發(fā)生一定的角位移,接著電位器產(chǎn)生一個(gè)數(shù)值的變化,電阻值也隨之改變,得到一個(gè)電壓信號(hào),傳遞給PLC進(jìn)行下一步的工作。工作原理如圖3-2。圖3-2壓力傳感器工作原理根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求選取施密特公司的TSB1,此款傳感器的特點(diǎn)為連續(xù)測(cè)量低高張力范圍的膠片、繃帶、塑料薄膜等寬體材料的張力。五個(gè)張力范圍可選:從0-100cN到0-cN,導(dǎo)線輪的寬度可在下7mm到20mm之間調(diào)節(jié)輪子的寬度應(yīng)與被測(cè)材料的寬度相匹配。變頻器首先經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換我們平常見(jiàn)的50Hz頻率的交流電變成方向不改變的直流電,然后經(jīng)過(guò)逆變?cè)僮兓亟涣麟?其電壓與頻率均可控制。本次設(shè)計(jì)中采用模擬量控制變頻器,三菱PLC有許多的特殊功能模塊,而模擬量模塊則是其中的一種,它包括數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊和模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊。例如數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊可將一定的數(shù)字量轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的模擬量(電壓或電流)輸出,這種轉(zhuǎn)換具有較高的精度。在設(shè)計(jì)一個(gè)控制系統(tǒng)時(shí),常常會(huì)需要對(duì)電機(jī)的速度進(jìn)行控制,利用PLC的模擬量控制模塊的輸出來(lái)對(duì)變頻器實(shí)現(xiàn)速度控制則是一個(gè)經(jīng)濟(jì)而又簡(jiǎn)便的方法[4]。1．模擬量模塊輸出信號(hào)的選擇:經(jīng)過(guò)對(duì)模擬量模塊連接端子的選擇,能夠得到兩種信號(hào),0~10V或0~5V電壓信號(hào)以及4~20mA電流信號(hào)。這里選擇0-10V的信號(hào)進(jìn)行控制變頻器。2．模擬量模塊的增益及偏置調(diào)節(jié):模塊的增益可設(shè)定為任意值。然而如果要得到最大12位的分辨率可使用0~4000。可對(duì)模塊進(jìn)行偏置調(diào)節(jié),例如數(shù)字量0~4000對(duì)應(yīng)0-10V。本次設(shè)計(jì)中選取的三個(gè)變頻器均為MD320型號(hào)的,根據(jù)所帶動(dòng)電機(jī)的適配功率不同,分別選擇了MD320T7.5GB的變頻器和MD320T3.7GB的變頻器。1．主牽引變頻器:根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求選用深圳匯川MD320T7.5GB變頻器:此種變頻器含有一個(gè)高速脈沖輸出端子(可選為開(kāi)路集電極式),0kHz~50kHz的方波信號(hào)輸出,可實(shí)現(xiàn)設(shè)定頻率、輸出頻率等物理量的輸出。一個(gè)數(shù)字式輸出端子(可擴(kuò)展至兩個(gè))一個(gè)繼電器輸出端子(可擴(kuò)展至兩個(gè))一個(gè)模擬輸出端子(可擴(kuò)展至兩個(gè)),分別可選0/4mA~20mA或0/2V~10V,可實(shí)現(xiàn)設(shè)定頻率、輸出頻率等物理量的輸出。MD320系列的輸入輸出端子數(shù):5個(gè)DI(雙向輸入,1個(gè)高速口),2個(gè)AI,2個(gè)DO(1個(gè)高速口),1個(gè)AO,1個(gè)繼電器(可擴(kuò)展I/O)。2．收卷、放卷變頻器:都選用深圳匯川MD320Y3.7GB變頻器:此種變頻器輸入電壓:單相220V、三相380V、電源容量(KVA):1.0~40、輸入電流(A):5.4~62、輸出電流(A):2.3~69、適配電機(jī)(kW):0.4~30。PLC的選取選取三菱FX2N-16MR系列,8個(gè)模擬量輸入、8個(gè)繼電輸出輸出。編程指令很強(qiáng),運(yùn)行速度很快,可適用于要求較高的場(chǎng)合。FX2N是FX系列中功能最強(qiáng)、運(yùn)行速度最快的PLC?；局噶顖?zhí)行時(shí)間高達(dá)0.08μs,超過(guò)了許多大、中型PLC,FX2N的用戶存貯器容量可擴(kuò)展到16K,FX2N的I/O點(diǎn)數(shù)最大可擴(kuò)展到256點(diǎn),FX2N有多種模擬量輸入輸出模塊、高速計(jì)數(shù)器模塊、脈沖輸出模塊、位置控制模塊、RSRS--232C/RS232C/RS--422/RS422/RS--485485串行通信模塊或功能擴(kuò)展板、模擬定時(shí)器擴(kuò)展板等。當(dāng)這些特殊功能的模塊和擴(kuò)展板被使用時(shí),能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)模擬量的控制、位置的控制和聯(lián)網(wǎng)通信等功能。熱繼電器的選擇熱繼電器的原理為當(dāng)流入熱繼電器的電流經(jīng)過(guò)繼電器中的熱元件而且產(chǎn)生熱量時(shí),熱繼電器中含有的不同膨脹系數(shù)的金屬片受熱膨脹,發(fā)生變形,當(dāng)變形到達(dá)一定程度時(shí),這種變形程度就會(huì)使連桿也發(fā)生相應(yīng)的變化,造成整個(gè)電路中的控制電路斷開(kāi),電路的斷開(kāi)必然導(dǎo)致整個(gè)電路沒(méi)有通電,從而主電路也就斷開(kāi),此時(shí)電動(dòng)機(jī)就停止運(yùn)行,這就是利用繼電器對(duì)電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)過(guò)載保護(hù)的基本原理。根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求,當(dāng)線路發(fā)生故障時(shí),需要切斷電路以保證系統(tǒng)整體不會(huì)受到損壞,因此選取熱繼電器起到保護(hù)系統(tǒng)的作用。系統(tǒng)的硬件接線本節(jié)著重介紹了系統(tǒng)主電路、PLC接線圖、AD和DA模塊的接線圖以及變頻器端子接線圖。系統(tǒng)主電路接線圖如圖3-3所示,該印刷機(jī)變頻器控制系統(tǒng)有三臺(tái)變頻器,分別拖動(dòng)三臺(tái)電動(dòng)機(jī)。合上空氣開(kāi)關(guān)后,當(dāng)KM1、KM2、KM3主觸點(diǎn)閉合時(shí),電動(dòng)機(jī)為變頻運(yùn)行模式,此時(shí)變頻器控制電動(dòng)機(jī)的動(dòng)作,從而改變當(dāng)前的張力情況。三個(gè)熱繼電器KR1～KR3分別對(duì)三臺(tái)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行保護(hù),避免電動(dòng)機(jī)在過(guò)載時(shí)可能產(chǎn)生的過(guò)熱損壞。圖3-3系統(tǒng)主電路圖PLC的I/O分配表本系統(tǒng)中共有三個(gè)輸入,分別為啟動(dòng)按鈕SB1、急停按鈕SB2、加速按鈕SB3、減速按鈕SB4、報(bào)警按鈕SB5。同時(shí),具有四個(gè)輸出,分別為運(yùn)行指示燈、警鈴、前牽引變頻器、后牽引變頻器、主牽引變頻器。PLC的I/O分配表如表3-1所示。表3-1PLC的I/O接口分配表輸入輸出序號(hào)名稱地址序號(hào)名稱地址1啟動(dòng)按鈕SB1X0001運(yùn)行指示燈Y0012急停按鈕SB2X0012警鈴Y0023加速按鈕SB3X0023主牽引變頻器Y0044減速按鈕SB4X0034后牽引變頻器Y0055報(bào)警按鈕SB5X0045前牽引變頻器Y006PLC外部I/O連接根據(jù)設(shè)計(jì)需求,選取三菱FX2N-16MRCPU控制核心FX2N系列可編程控制器?？刂埔?guī)模:16~256點(diǎn)內(nèi)置8K容量的EEPROM存儲(chǔ)器,最大能夠擴(kuò)展到16K,CPU運(yùn)算處理速度0.55~0.7μS/?；局噶?在FX2N系列右側(cè)可連接輸入輸出擴(kuò)展模塊和特殊功能模塊,基本單元內(nèi)置2軸獨(dú)立最高100kHz定(晶體管輸出型)擁有四個(gè)模擬量輸入四個(gè)模擬量輸出通道。如圖3-4為PLC外部接線圖以及模擬量輸入、模擬量輸出模塊接線圖,圖中X0~X7為八個(gè)輸入繼電器接口,Y0~Y7為八個(gè)輸出繼電器接口。收卷、放卷變頻器(前后牽引變頻器)端子接線圖本文采用深圳匯川MD320T3.7GB,此變頻器的特點(diǎn)為控制方式:無(wú)速度傳感器矢量控制、有速度傳感器矢量控制、V/F控制?？刂茖?duì)象:速度控制與轉(zhuǎn)矩控制兩種。經(jīng)過(guò)多種參數(shù)的組合能夠精確實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)控制。PID算法:先進(jìn)的PID算法,響應(yīng)快速且適應(yīng)性強(qiáng)。十六段速度控制、擺頻控制廣泛應(yīng)用在拉絲、線纜、紡織、化纖、電梯、印刷包裝機(jī)械、健身機(jī)械、機(jī)床等行業(yè)。圖3-4PLC外部I/O接線圖MD320系列變頻器有豐富的擴(kuò)展卡選配件,包括I/O擴(kuò)展卡、Modbus卡、RTU總線卡、供水?dāng)U展卡等。多功能輸入輸出擴(kuò)展卡有5個(gè)(DI6～DI10)多功能數(shù)字輸入端子,1個(gè)(AI3)模擬量輸入端子。如圖3-5為前牽引變頻器和后牽引變頻器的端子接線圖。圖3-5前、后牽引變頻器的端子接線圖主牽引變頻器端子接線圖主牽引變頻器的端子接線圖如下圖3-6,主牽引變頻器的作用是控制整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的主電機(jī),當(dāng)前后牽引變頻器運(yùn)行達(dá)到穩(wěn)定時(shí),按下啟動(dòng)按鈕,此時(shí)主變頻器才起到控制作用。圖3-6主牽引變頻器端子接線圖系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)GXDEVELOPER是三菱PLC的編程軟件。適用于Q、QnU、QS、QnA、AnS、AnA、FX等全系列可編程控制器。支持梯形圖、指令表、SFC、ST及FB、Label語(yǔ)言程序設(shè)計(jì),網(wǎng)絡(luò)參數(shù)設(shè)定,可進(jìn)行程序的線上更改、監(jiān)控及調(diào)試,具有異地讀寫(xiě)PLC程序功能。系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)本系統(tǒng)的軟件部分由GXDEVELOPERVER.7實(shí)現(xiàn),編程界面如圖4-1所示,基于三菱FX2N-16MR的PLC進(jìn)行了印刷機(jī)系統(tǒng)變頻器控制的設(shè)計(jì)。圖4-1GXDEVELOPERVER.7編程界面系統(tǒng)總流程圖系統(tǒng)的控制流程為:在整個(gè)系統(tǒng)開(kāi)始工作之前先按下警鈴按鈕,此時(shí)是為了避免出現(xiàn)不必要的意外事故。按下啟動(dòng)按鈕,此時(shí)控制凹版印刷機(jī)印刷部分的主電機(jī)還不開(kāi)始運(yùn)行,而控制前牽引和后牽引的將根據(jù)張力傳感器所測(cè)的張力值大小,經(jīng)過(guò)張力傳感器將張力變化的大小轉(zhuǎn)換為電信號(hào)反饋到PLC當(dāng)中進(jìn)行比例、積分、微分運(yùn)算后,再輸出給前牽引變頻器和后牽引變頻器,經(jīng)過(guò)編碼器,對(duì)張力進(jìn)行進(jìn)一步的調(diào)節(jié)。當(dāng)印制品的前牽引和后牽引處的張力都達(dá)到穩(wěn)定時(shí),主牽引才開(kāi)始運(yùn)轉(zhuǎn)。按下加速按鈕,此時(shí)主牽引才進(jìn)行啟動(dòng)加速。當(dāng)線速度達(dá)到10-15米/分鐘的時(shí)候,才對(duì)主牽引停止加速,當(dāng)人工調(diào)節(jié)印刷套準(zhǔn)之后達(dá)到套準(zhǔn)要求,再次按下加速按鈕繼續(xù)加速運(yùn)行。前牽引和后牽引初的張力傳感器在整個(gè)控制過(guò)程都檢測(cè)所在處的張力值是否發(fā)生變化,目的將張力的大小調(diào)節(jié)到穩(wěn)定平衡的狀態(tài)。其控制流程圖如圖4-2。圖4-2系統(tǒng)流程圖三菱PLC的PID設(shè)定1．FX2N的PID指令PID指令的編號(hào)為FNC88,源操作數(shù)［S1］、［S2］、[S3]和目標(biāo)操作數(shù)[D]均為數(shù)據(jù)寄存器D,16位指令,占9個(gè)程序步。［S1］和［S2］分別用來(lái)存放給定值SV和當(dāng)前測(cè)量到的反饋值PV,［S3］~[S3]＋6用來(lái)存放控制參數(shù)的值,運(yùn)算結(jié)果MV存放在［D］中。源操作數(shù)［S3］占用從［S3］開(kāi)始的25個(gè)數(shù)據(jù)寄存器。

PID指令是用來(lái)調(diào)用PID運(yùn)算程序,在PID運(yùn)算開(kāi)始之前,應(yīng)使用MOV指令d的參數(shù)見(jiàn)表4-1設(shè)定值預(yù)先寫(xiě)入對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)寄存器中。如果使用有斷電保持功能的數(shù)據(jù)寄存器,不需要重復(fù)寫(xiě)入。如果目標(biāo)操作數(shù)[D]有斷電保持功能,應(yīng)使用初始化脈沖M8002的常開(kāi)觸點(diǎn)將其復(fù)位。PID指令能夠同時(shí)多次使用,可是用于運(yùn)算的[S3]、[D]的數(shù)據(jù)寄存器元件號(hào)不能重復(fù)。PID指令能夠在定時(shí)中斷、子程序、步進(jìn)指令和轉(zhuǎn)移指令內(nèi)使用,可是應(yīng)將［S3］＋7清零(采用脈沖執(zhí)行的MOV指令)之后才能使用。

控制參數(shù)的設(shè)定和PID運(yùn)算中的數(shù)據(jù)出現(xiàn)錯(cuò)誤時(shí),”運(yùn)算錯(cuò)誤”標(biāo)志M8067為ON,錯(cuò)誤代碼存放在D8067中。PID指令采用增量式PID算法,控制算法中還綜合使用了反饋量一階慣性數(shù)字濾波、不完全微分和反饋量微分等措施,使該指令比普通的PID算法具有更好的控制效果。PID控制器有4個(gè)主要的參數(shù)Kp、TI、TD和TS需整定,無(wú)論哪一個(gè)參數(shù)選擇得不合適都會(huì)影響控制效果。在整定參數(shù)時(shí)應(yīng)把握住PID參數(shù)與系統(tǒng)動(dòng)態(tài)、靜態(tài)性能之間的關(guān)系。在P(比例)、I(積分)、D(微分)這三種控制作用中,比例部分與誤差信號(hào)在時(shí)間上是一致的,只要誤差一出現(xiàn),比例部分就能及時(shí)地產(chǎn)生與誤差成正比的調(diào)節(jié)作用,具有調(diào)節(jié)及時(shí)的特點(diǎn)。比例系數(shù)Kp越大,比例調(diào)節(jié)作用越強(qiáng),系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精度越高;可是對(duì)于大多數(shù)系統(tǒng),Kp過(guò)大會(huì)使系統(tǒng)的輸出量振蕩加劇,穩(wěn)定性降低。積分作用與當(dāng)前誤差的大小和誤差的歷史情況都有關(guān)系,只要誤差不為零,控制器的輸出就會(huì)因積分作用而不斷變化,積分部分才不再變化。因此,積分部分能夠消除穩(wěn)態(tài)誤差,提高控制精度,可是積分作用的動(dòng)作緩慢,可能給系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性帶來(lái)不良影響。積分時(shí)間常數(shù)TI增大時(shí),積分作用減弱,系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能(穩(wěn)定性)可能有所改進(jìn),可是消除穩(wěn)態(tài)誤差的速度減慢。微分部分是根據(jù)誤差變化的速度,提前給出較大的調(diào)節(jié)作用。微分部分反映了系統(tǒng)變化的趨勢(shì),它較比例調(diào)節(jié)更為及時(shí),因此微分部分具有超前和預(yù)測(cè)的特點(diǎn)。微分時(shí)間常數(shù)TD增大時(shí),超調(diào)量減小,動(dòng)態(tài)性能得到改進(jìn),可是抑制高頻干擾的能力下降。選取采樣周期TS時(shí),應(yīng)使它遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于系統(tǒng)階躍響應(yīng)的純滯后時(shí)間或上升時(shí)間。為使采樣值能及時(shí)反映模擬量的變化,TS越小越好。可是TS太小會(huì)增加CPU的運(yùn)算工作量,相鄰兩次采樣的差值幾乎沒(méi)有什么變化,因此也不宜將TS取得過(guò)小。2．PID控制說(shuō)明表4-1

PID控制參數(shù)及設(shè)定源操作數(shù)參

數(shù)設(shè)定范圍或說(shuō)明備

注［S3］采樣周期(Ts)1~32767ms不能小于掃描周期［S3］+1動(dòng)作方向(ACT)Bit0:0為正作用、為反作用Bit1:0為無(wú)輸入變化量報(bào)警1為有輸入變化量報(bào)警Bit2:0為無(wú)輸出變化量報(bào)警1為有輸出變化量報(bào)警Bit3~Bit15不用［S3］+2輸入濾波常數(shù)(L)0~99(%)對(duì)反饋量的一階慣性數(shù)字濾波環(huán)節(jié)［S3］+3比例增益(Kp)1~32767(%)［S3］+4積分時(shí)間(TI)0~32767(×100ms)0與∝作同樣處理［S3］+5微分增益(KD)0~100(%)［S3］+6微分時(shí)間(TD)0~32767(×10ms)0為無(wú)微分［S3］+7~[S3]+19——PID運(yùn)算占用［S3］+20輸入變化量(增方)警報(bào)設(shè)定值0~32767由用戶設(shè)定ACT(［S3］+1)為K2~K7時(shí)有效,即ACT的Bit1和Bit2至少有一個(gè)為1時(shí)才有效;當(dāng)ACT的Bit1和Bit2都為0時(shí),［S3］+20~［S3］+24無(wú)效［S3］+21輸入變化量(減方)警報(bào)設(shè)定值0~32767［S3］+22輸出變化量(增方)警報(bào)設(shè)定值0~32767［S3］+23輸出變化量(減方)警報(bào)設(shè)定值0~32767［S3］+24警報(bào)輸出Bit0:輸入變化量(增方)超出;Bit1:輸入變化量(減方)超出;Bit2:輸出變化量(增方)超出;Bit3:輸出變化量(減方)超出PID控制,實(shí)際中也有PI和PD控制。PID控制器就是根據(jù)系統(tǒng)的誤差,利用比例、積分、微分計(jì)算出控制量進(jìn)行控制的。

比例(P)控制:比例控制是一種最簡(jiǎn)單的控制方式。其控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)成比例關(guān)系。當(dāng)僅有比例控制時(shí)系統(tǒng)輸出存在穩(wěn)態(tài)誤差。

積分(I)控制

:在積分控制中,控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)的積分成正比關(guān)系。對(duì)一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng),如果在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后存在穩(wěn)態(tài)誤差,則稱這個(gè)控制系統(tǒng)是有穩(wěn)態(tài)誤差的或簡(jiǎn)稱有差系統(tǒng)。為了消除穩(wěn)態(tài)誤差,在控制器中必須引入”積分項(xiàng)”。積分項(xiàng)對(duì)誤差取決于時(shí)間的積分,隨著時(shí)間的增加,積分項(xiàng)會(huì)增大。這樣,即便誤差很小,積分項(xiàng)也會(huì)隨著時(shí)間的增加而加大,它推動(dòng)控制器的輸出增大使穩(wěn)態(tài)誤差進(jìn)一步減小,直到等于零。因此,比例+積分(PI)控制器,能夠使系統(tǒng)在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后無(wú)穩(wěn)態(tài)誤差。

微分(D)控制:在微分控制中,控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)的微分(即誤差的變化率)成正比關(guān)系。

自動(dòng)控制系統(tǒng)在克服誤差的調(diào)節(jié)過(guò)程中可能會(huì)出現(xiàn)振蕩甚至失穩(wěn)。其原因是由于存在有較大慣性組件(環(huán)節(jié))或有滯后組件,具有抑制誤差的作用,其變化總是落后于誤差的變化。解決的辦法是使抑制誤差的作用的變化”超前”,即在誤差接近零時(shí),抑制誤差的作用就應(yīng)該是零。這就是說(shuō),在控制器中僅引入”比例”項(xiàng)往往是不夠的,比例項(xiàng)的作用僅是放大誤差的幅值,而當(dāng)前需要增加的是”微分項(xiàng)”,它能預(yù)測(cè)誤差變化的趨勢(shì),這樣,具有比例+微分的控制器,就能夠提前使抑制誤差的控制作用等于零,甚至為負(fù)值,從而避免了被控量的嚴(yán)重超調(diào)。因此對(duì)有較大慣性或滯后的被控對(duì)象,比例+微分(PD)控制器能改進(jìn)系統(tǒng)在調(diào)節(jié)過(guò)程中的動(dòng)態(tài)特性。下面是PID控制器參數(shù)整定的一般方法:

PID控制器的參數(shù)整定是控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心內(nèi)容。它是根據(jù)被控過(guò)程的特性確定PID控制器的比例系數(shù)、積分時(shí)間和微分時(shí)間的大小。PID控制器參數(shù)整定的方法很多,概括起來(lái)有兩大類:一是理論計(jì)算整定法。它主要是依據(jù)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型,經(jīng)過(guò)理論計(jì)算確定控制器參數(shù)。這種方法所得到的計(jì)算數(shù)據(jù)未必能夠直接用,還必須經(jīng)過(guò)工程實(shí)際進(jìn)行調(diào)整和修改。二是工程整定方法,它主要依賴工程經(jīng)驗(yàn),直接在控制系統(tǒng)的試驗(yàn)中進(jìn)行,且方法簡(jiǎn)單、易于掌握,在工程實(shí)際中被廣泛采用。PID控制器參數(shù)的工程整定方法,主要有臨界比例法、反應(yīng)曲線法和衰減法。三種方法各有其特點(diǎn),其共同點(diǎn)都是經(jīng)過(guò)試驗(yàn),然后按照工程經(jīng)驗(yàn)公式對(duì)控制器參數(shù)進(jìn)行整定。但無(wú)論采用哪一種方法所得到的控制器參數(shù),都需要在實(shí)際運(yùn)行中進(jìn)行最后調(diào)整與完善?，F(xiàn)在一般采用的是臨界比例法。利用該方法進(jìn)行

PID控制器參數(shù)的整定步驟如下:(1)首先預(yù)選擇一個(gè)足夠短的采樣周期讓系統(tǒng)工作;(2)僅加入比例控制環(huán)節(jié),直到系統(tǒng)對(duì)輸入的階躍響應(yīng)出現(xiàn)臨界振蕩,記下這時(shí)的比例放大系數(shù)和臨界振蕩周期;(3)在一定的控制度下經(jīng)過(guò)公式計(jì)算得到PID控制器的參數(shù)。

3．PID參數(shù)的設(shè)定靠經(jīng)驗(yàn)及工藝的熟悉,參考測(cè)量值跟蹤與設(shè)定值曲線,從而調(diào)整P\I\D的大小。比例I/微分D=2,具體值可根據(jù)儀表定,再調(diào)整比例帶P,P過(guò)頭,到達(dá)穩(wěn)定的時(shí)間長(zhǎng),P太短,會(huì)震蕩,永遠(yuǎn)也打不到設(shè)定要求[6]。系統(tǒng)梯形圖本設(shè)計(jì)主要為針對(duì)前牽引和后牽引根據(jù)前牽引擺臂和后牽引擺臂所測(cè)張力大小進(jìn)行調(diào)節(jié),從而達(dá)到平衡,這也是由PLC控制凹版印刷機(jī)三電機(jī)同步的核心。1．整個(gè)系統(tǒng)梯形圖:系統(tǒng)警鈴:本條梯形圖中X004常開(kāi)觸點(diǎn)為報(bào)警按鈕,X001常閉觸點(diǎn)在此處代表急停,圖中Y002常開(kāi)觸點(diǎn)代表警鈴輸出,本條梯形圖,當(dāng)系統(tǒng)未啟動(dòng)之前警鈴按鈕按下,即此時(shí)X004被接通,系統(tǒng)的警鈴開(kāi)始鳴響,此時(shí)系統(tǒng)警鈴響的目的是防止系統(tǒng)突然啟動(dòng),造成意外事故,警鈴響起,起到警醒的作用。2．整個(gè)系統(tǒng)啟動(dòng)的條件:下圖中(X004)為上升沿為有效電平報(bào)警按鈕,即當(dāng)系統(tǒng)警鈴按鈕(X004)被接通一次后,產(chǎn)生一個(gè)上升沿此時(shí)這條指令開(kāi)始執(zhí)行,(X001)為急停常閉觸點(diǎn),M2為輔助繼電器,能夠當(dāng)做一個(gè)選擇通道,下圖中當(dāng)(X004)接通則M2構(gòu)成自鎖,整個(gè)系統(tǒng)一直供電,系統(tǒng)啟動(dòng)過(guò)程完成。3．啟動(dòng)整個(gè)系統(tǒng):此時(shí)系統(tǒng)按下啟動(dòng)按鈕,即此時(shí)(X000)被接通,M2由于上條語(yǔ)句構(gòu)成自鎖,(Y001)為系統(tǒng)指示燈,當(dāng)系統(tǒng)啟動(dòng)按鈕被按下此時(shí)系統(tǒng)指示燈被點(diǎn)亮,而且構(gòu)成自鎖,此時(shí)系統(tǒng)主變頻運(yùn)行(Y004)、后變頻運(yùn)行(Y005)、前變頻運(yùn)行(Y006)基于通道M2的指示而接通或者斷開(kāi)。4．系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)后加速過(guò)程:當(dāng)系統(tǒng)加速按鈕SB2被接通時(shí),(X002)此時(shí)被接通,啟動(dòng)后的M2也被接通,此時(shí)輸出的變頻器調(diào)速指令存放在通道(M10)中,圖中M0和M11為控制系統(tǒng)加速上限和減速下限的標(biāo)志,下文會(huì)提到。5．系統(tǒng)減速過(guò)程:當(dāng)系統(tǒng)減速按鈕SB3被按下時(shí),此時(shí)線圈(X003)被閉合,啟動(dòng)后滿足啟動(dòng)條件,此時(shí)(M11)為存放減速數(shù)據(jù)的通道,圖中(M1)為控制減速下限的通道。6．加減速計(jì)數(shù):圖中M10和M11為加速減速數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的通道其中之一接通,則該語(yǔ)句生效,當(dāng)主牽引變頻器開(kāi)始工作之后,計(jì)數(shù)器C200開(kāi)始計(jì)數(shù),能夠計(jì)數(shù)600個(gè)。7．設(shè)定加速上限和減速下限:當(dāng)系統(tǒng)計(jì)數(shù)次數(shù)大于等于500次時(shí),M0通道被接通,則常閉觸點(diǎn)(M0)此時(shí)動(dòng)作為關(guān)閉,完成對(duì)加速過(guò)程斷電,此時(shí)加速結(jié)束。當(dāng)系統(tǒng)計(jì)數(shù)小于等于0次時(shí),M1被接通,則常閉觸點(diǎn)(M1)此時(shí)動(dòng)作為斷開(kāi)完成對(duì)減速過(guò)程斷電,此時(shí)減速過(guò)程結(jié)束。結(jié)論本文較完整的討論了基于凹版印刷機(jī)的變頻器控制系統(tǒng)PLC設(shè)計(jì)的原理、硬件組成、軟件構(gòu)成。針對(duì)凹版印刷機(jī)控制系統(tǒng)中的速度控制問(wèn)題,進(jìn)行了研究與分析,提出了使用張力傳感器與PLC中的PID模塊組合進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的研究方法,取得的成果如下:研究了三菱FX2N-16MR系列可編程邏輯控制器的特點(diǎn),模塊組成以及編程方法。提出了一種采用張力傳感器的力-電轉(zhuǎn)換裝置使比較抽象的張力檢測(cè)轉(zhuǎn)變成我們能夠?qū)崟r(shí)檢測(cè)的電信號(hào)。利用PLC模塊的PID調(diào)節(jié)原理對(duì)整個(gè)控制系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制運(yùn)算,提高了整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性,使印刷的質(zhì)量更高。基于變頻器調(diào)速原理的廣泛應(yīng)用,采用變頻器對(duì)電機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制。在原有控制原理的基礎(chǔ)上對(duì)凹版印刷機(jī)印刷部分加入主變頻調(diào)速電機(jī)使得系統(tǒng)在穩(wěn)定的基礎(chǔ)上能夠加速運(yùn)行,提高了效率。綜上所述,本文對(duì)凹版印刷機(jī)的PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)采用PLC控制變頻器調(diào)速的基本方法,綜合的運(yùn)用了閉環(huán)控制,反饋調(diào)節(jié)的基本原理,在原有的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)加入加速裝置的新創(chuàng)意,提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和效率,在今后的工作中將會(huì)繼續(xù)研究這方面的問(wèn)題。這次畢業(yè)設(shè)計(jì)基本的完成了任務(wù)書(shū)的要求,實(shí)現(xiàn)了照度的檢測(cè)與顯示,可是由于設(shè)計(jì)者的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)水平有限,系統(tǒng)還存在許多不足和缺陷,應(yīng)該在今后的學(xué)習(xí)中繼續(xù)深入研究,進(jìn)一步完善。參考文獻(xiàn)關(guān)昭軍等．變頻器調(diào)速裝置使用淺析．電工文摘,,(10):25~42張錦燊．基于PLC和變頻器的印刷機(jī)控制系統(tǒng)．中山大學(xué)碩士學(xué)位論文,:10~30張靜俠等．采用PLC控制凹版印刷機(jī)三電機(jī)同步．職業(yè),,6(32):8~8藍(lán)鼎銘．可編程序控制器學(xué)術(shù)分析．華章,,9(31):9~10孫玉榮等．專用三相異步電動(dòng)機(jī)和普通三相異步電動(dòng)機(jī)用于變頻調(diào)速的比較．中國(guó)市場(chǎng),,5(14):12~13吳海燕．變頻器的諧波干擾和負(fù)載的匹配．現(xiàn)代企業(yè)教育,,5(16):3~4王志強(qiáng)．非晶帶材厚度自動(dòng)控制的研究．東北大學(xué)碩士學(xué)位論文,:4~5方向明．基于PLC的先進(jìn)控制策略的研究與應(yīng)用．東北大學(xué)碩士學(xué)位論文,:16~20黃慧敏．通用變頻器應(yīng)用中的問(wèn)題及對(duì)策．礦山機(jī)械,,5(11):30~35曹玉泉,王主恩．異步電機(jī)變頻調(diào)速技術(shù)(二)．油氣田地面工程,1991,2(2):15~30劉錚,賈斌,馬麗輝．基于交流異步電機(jī)變頻調(diào)速及多種調(diào)速系統(tǒng)的對(duì)比．機(jī)電信息,,1(9):10~15李肇果．電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)常見(jiàn)故障及快速排除方法．自動(dòng)化與儀器儀表,,10(3):3~5CynthiaCooper．ProgrammableLogicController[J]．thefreewikipediaencyclopedia,:16~20[MK]Chung．Optimumvaluesofdesignvariablesversusspecificspeedforcentrifugalpumps[J]．ProceedingoftheInstitutionofMechanicalEngineers,:10~19ValenzuelaMA,LorenzRD．Electroniclineshaftingcontrolforpapermachinedrives．IEEETransactionsonIndustryApplications,:10~30

附錄一ONE、PLCoverviewProgrammablecontrolleristhefirstinthelate1960sintheUnitedStates,thencalledPLCprogrammablelogiccontroller(ProgrammableLogicController)isusedtoreplacerelays.Fortheimplementationofthelogicaljudgment,timing,sequencenumber,andothercontrolfunctions.TheconceptispresentedPLCGeneralMotorsCorporation.PLCandthebasicdesignisthecomputerfunctionalimprovements,flexible,genericandotheradvantagesandrelaycontrolsystemsimpleandeasytooperate,suchastheadvantagesofcheappricescombinedcontrollerhardwareisstandardandoverall.Accordingtothepracticalapplicationoftargetsoftwareinordertocontrolthecontentoftheuserproceduresmemorycontroller,thecontrollerandconnectingtheaccusedconvenienttarget.Inthemid-1970s,thePLChasbeenwidelyusedasacentralprocessingunitmicroprocessor,importexportmoduleandtheexternalcircuitsareused,large-scaleintegratedcircuitsevenwhenthePLCisnolongertheonlylogical(IC)judgmentfunctionsalsohavedataprocessing,PIDconditioninganddatacommunicationsfunctions.InternationalElectrotechnicalCommission(IEC)standardspromulgatedprogrammablecontrollerforprogrammablecontrollerdraftmadethefollowingdefinition:programmablecontrollerisadigitalelectroniccomputersoperatingsystem,specificallyforapplicationsintheindustrialdesignenvironment.Itusedprogrammablememory,usedtoimplementlogicintheirinternalstorageoperations,sequencecontrol,timing,countingandarithmeticoperations,suchasoperatinginstructions,andthroughdigitalandanaloginputandoutput,thecontrolofvarioustypesofmachineryorproductionprocesses.Programmablecontrollerandrelatedperipherals,andindustrialcontrolsystemseasilylinkedtoformawhole,toexpanditsfunctionaldesign.Programmablecontrollerfortheuser,isanon-contactequipment,theprocedurescanbechangedtochangeproductionprocesses.Theprogrammablecontrollerhasbecomeapowerfultoolforfactoryautomation,widelypopularreplication.Programmablecontrollerisuser-orientedindustriesdedicatedcontrolcomputer,withmanydistinctivefeatures.First,highreliability,anti-interferencecapability;Second,programmingvisual,simple;Third,adaptabilitygood;Fourthfunctionalimprovements,strongfunctionalinterface.TWO、HistoryofPLCProgrammableLogicControllers(PLC),acomputingdeviceinventedbyRichardE.Morleyin1968,havebeenwidelyusedinindustryincludingmanufacturingsystems,transportationsystems,chemicalprocessfacilities,andmanyothers.Atthattime,thePLCreplacedthehardwiredlogicwithsoft-wiredlogicorso-calledrelayladderlogic(RLL),aprogramminglanguagevisuallyresemblingthehardwiredlogic,andreducedtherebytheconfigurationtimefrom6monthsdownto6days[MoodyandMorley,1999].AlthoughPCbasedcontrolhasstartedtocomeintoplace,PLCbasedcontrolwillremainthetechniquetowhichthemajorityofindustrialapplicationswilladhereduetoitshigherperformance,lowerprice,andsuperiorreliabilityinharshenvironments.Moreover,accordingtoastudyonthePLCmarketofFrostandSullivan[1995],anincreaseoftheannualsalesvolumeto15millionPLCsperyearwiththehardwarevalueofmorethan8billionUSdollarshasbeenpredicted,thoughthepricesofcomputinghardwareissteadilydropping.TheinventorofthePLC,RichardEMorley,fairlyconsidersthePLCmarketasa5-billionindustryatthepresenttime.ThoughPLCsarewidelyusedinindustrialpractice,theprogrammingofPLCbasedcontrolsystemsisstillverymuchrelyingontrial-and-error.Alikesoftwareengineering,PLCsoftwaredesignisfacingthesoftwaredilemmaorcrisisinasimilarway.Morleyhimselfemphasizedthisaspectmostforcefullybyindicating`Ifhouseswerebuiltlikesoftwareprojects,asinglewoodpeckercoulddestroycivilization.”P(pán)articularly,practicalproblemsinPLCprogrammingaretoeliminatesoftwarebugsandtoreducethemaintenancecostsofoldladderlogicprograms.ThoughthehardwarecostsofPLCsaredroppingcontinuously,reducingthescantimeoftheladderlogicisstillanissueinindustrysothatlow-costPLCscanbeused.Ingeneral,theproductivityingeneratingPLCisfarbehindcomparedtootherdomains,forinstance,VLSIdesign,whereefficientcomputeraideddesigntoolsareinpractice.ExistentsoftwareengineeringmethodologiesarenotnecessarilyapplicabletothePLCbasedsoftwaredesignbecausePLC-programmingrequiresasimultaneousconsiderationofhardwareandsoftware.Thesoftwaredesignbecomes,thereby,moreandmorethemajorcostdriver.Inmanyindustrialdesignprojects,morethanofthemanpowerallocatedforthecontrolsystemdesignandinstallationisscheduledfortestinganddebuggingPLCprograms.Inaddition,currentPLCbasedcontrolsystemsarenotproperlydesignedtosupportthegrowingdemandforflexibilityandreconfigurabilityofmanufacturingsystems.Afurtherproblem,impellingtheneedforasystematicdesignmethodology,istheincreasingsoftwarecomplexityinlarge-scaleprojects.TheobjectiveofthisthesisistodevelopasystematicsoftwaredesignmethodologyforPLCoperatedautomationsystems.Thedesignmethodologyinvolveshigh-leveldescriptionbasedonstatetransitionmodelsthattreatautomationcontrolsystemsasdiscreteeventsystems,astepwisedesignprocess,andsetofdesignrulesprovidingguidanceandmeasurementstoachieveasuccessfuldesign.Thetangibleoutcomeofthisresearchistofindawaytoreducetheuncertaintyinmanagingthecontrolsoftwaredevelopmentprocess,thatis,reducingprogramminganddebuggingtimeandtheirvariation,increasingflexibilityoftheautomationsystems,andenablingsoftwarereusabilitythroughmodularity.Thegoalistoovercomeshortcomingsofcurrentprogrammingstrategiesthatarebasedontheexperienceoftheindividualsoftwaredeveloper.Three、nowofPLCFromthestructureisdividedintofixedPLCandModulePLC,thetwokindsofPLCincludingCPUboard,I/Oboard,displaypanel,memoryblock,power,theseelementsintoadonotremoveoverall.ModuletypePLCincludingCPUmodule,I/Omodules,memory,thepowermodules,bottomoraframe,thesemodulescanbeaccordingtocertainrulescombinationconfiguration.Intheuserview,adetailedanalysisoftheCPU'sinternalunnecessary,butworkingmechanismofeverypartofthecircuit.TheCPUcontrolworks,byitreadsCPUinstruction,interpretstheinstructionandexecutesinstructions.Butthepaceofworkbyshocksignalcontrol.Unitworkunderthecontrollercommandusedinadigitalorlogicoperation.Incomputingandstorageregisterofcomputationresult,itisalsoamongthecontrollercommandandwork.CPUspeedandmemorycapacityistheimportantparametersforPLC,itsdeterminesthePLCspeedofwork,IOPLCnumberandsoftwarecapacity,solimitstocontrolsize.CentralProcessingUnit(CPU)isthebrainofaPLCcontroller.CPUitselfisusuallyoneofthemicrocontrollers.Aforetimethesewere8-bitmicrocontrollerssuchas8051,andnowtheseare16-and32-bitmicrocontrollers.Unspokenruleisthatyou’llfindmostlyHitachiandFujicumicrocontrollersinPLCcontrollersbyJapanesemakers,SiemensinEuropeancontrollers,andMotorolamicrocontrollersinAmericanones.CPUalsotakescareofcommunication,interconnectednessamongotherpartsofPLCcontrollers,programexecution,memoryoperation,overseeinginputandsettingupofanoutput.Systemmemory(todaymostlyimplementedinFLASHtechnology)isusedbyaPLCforaprocesscontrolsystem.Asideform.thisoperatingsystemitalsocontainsauserprogramtranslatedformaladderdiagramtoabinaryform.FLASHmemorycontentscanbechangedonlyincasewhereuserprogramisbeingchanged.PLCcontrollerswereusedearlierinsteadofPLASHmemoryandhavehadEPROMmemoryinsteadofFLASHmemorywhichhadtobeerasedwithUVlampandprogrammedonprogrammers.WiththeuseofFLASHtechnologythisprocesswasgreatlyshortened.Reprogrammingaprogrammemoryisdonethroughaserialcableinaprogramforapplicationdevelopment.Usermemoryisdividedintoblockshavingspecialfunctions.Somepartsofamemoryareusedforstoringinputandoutputstatus.Therealstatusofaninputisstoredeitheras”1”oras”0”inaspecificmemorybit/eachinputoroutputhasonecorrespondingbitinmemory.Otherpartsofmemoryareusedtostorevariablecontentsforvariablesusedinusedprogram.Forexample,timevalue,orcountervaluewouldbe