本科 畢業(yè)設(shè)計(jì) PLC張力控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1、目錄1 緒論22 張力控制系統(tǒng)的初步認(rèn)識(shí)32.1 張力控制系統(tǒng)32.1.1 張力控制32.1.2 張力控制系統(tǒng)32.2 PLC的使用42.2.1 PLC介紹42.2.2 S7-200可編程控制器（Micro PLC）112.3 伺服電機(jī)122.3.1 松下伺服的特點(diǎn)122.4 變頻器132.4.1 變頻器的組成132.4.2 頻器的工作原理132.4.3 變頻器的用途132.4.4 變頻器的安裝設(shè)計(jì)基本要求142.5 傳感器153 項(xiàng)目說明及定型163.1 項(xiàng)目要求163.2 項(xiàng)目總體設(shè)計(jì)構(gòu)想163.2.1 構(gòu)圖設(shè)想163.2.2 構(gòu)件組成設(shè)想164 程序設(shè)計(jì)204.1程序設(shè)計(jì)205 技術(shù)難點(diǎn)

2、及其解決辦法215.1變頻器對(duì)微機(jī)控制板的干擾215.2 PLC對(duì)變頻器的控制226 項(xiàng)目小結(jié)23致謝24參考文獻(xiàn)24附錄251 緒論隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，工業(yè)生產(chǎn)的自動(dòng)化程度不斷地提高，PLC在工業(yè)生產(chǎn)上具有普遍的應(yīng)用，如造紙業(yè)、紡織業(yè)、橡皮業(yè)、薄膜加工業(yè)等等。而PLC張力控制在上述工業(yè)中具有關(guān)鍵的作用。在一般的造紙廠、印刷廠、紡織漂染廠、食品廠等，當(dāng)處理一些如紙張、薄片、絲、布等長(zhǎng)尺寸材料或產(chǎn)品時(shí)，都會(huì)用上卷殼及滾筒組成的加工生產(chǎn)線，因而，放料作業(yè)的張力控制，便成為通用的基礎(chǔ)技術(shù)。張力控制的作用就是在料膜動(dòng)態(tài)處理過程中，保持恒定的張力，抑制外來干擾引起的張力動(dòng)。本論文所完成的項(xiàng)目設(shè)計(jì)是介

3、紹一個(gè)車牌生產(chǎn)線上壓膜流程的張力控制系統(tǒng)。在車牌生產(chǎn)線上，要求把薄膜（一種塑料）牢牢地粘貼在鋁片上，這就需要嚴(yán)格地控制好放膜卷傳送薄膜的張力，使薄膜的張力保持恒定，如果張力小于恒定值薄膜不能正常傳送，張力大于恒定值有可能把薄膜拉斷，張力過大過小都不能達(dá)到生產(chǎn)的要求。本設(shè)計(jì)使用了伺服電機(jī)，三菱變頻器、普通電機(jī)、西門子可編程控制器（PLC）、角度傳感器。項(xiàng)目中對(duì)兩部分張力控制所選用的電機(jī)不同，是因?yàn)榭紤]到了生產(chǎn)成本的因素。在卷膜傳送部分，需要的控制要求高，因而選用在性能好但價(jià)格高的伺服電機(jī)，而在卷紙回收部分，需要的控制要求比較低，因而選用了廉價(jià)但能滿足生產(chǎn)要求的普通電機(jī)。設(shè)計(jì)中的張力控制系統(tǒng)，在使

4、用傳感器上選擇了角度傳感器。通過對(duì)傳送卷膜、卷紙的可動(dòng)輥與水平面的夾角的測(cè)量，來判斷張力大小是否發(fā)生變化。把檢測(cè)出轉(zhuǎn)角的模擬量送入控制器PLC中進(jìn)行控制。2 張力控制系統(tǒng)的初步認(rèn)識(shí)2.1 張力控制系統(tǒng)2.1.1 張力控制在一般的造紙廠、印刷廠、紡織漂染廠、食品廠等當(dāng)處理一些如紙張、薄片、絲、布長(zhǎng)尺寸材料或產(chǎn)品是，都會(huì)用上卷殼及滾筒組成的加工生產(chǎn)線，因而，放料作業(yè)的張力控制，便成為通用的基礎(chǔ)技術(shù)。以料膜為例，在放卷，收卷以及供料過程中，料膜上要保持一定的張力（或者稱之為拉伸力），過大的張力會(huì)導(dǎo)致料膜變形甚至短裂，而過小的張力又會(huì)使料膜松弛，導(dǎo)致褶皺，或者處理尺寸不準(zhǔn)等弊病。這樣就要求在料膜的處理

5、過程，要保持恒定的張力。張力控制的作用就是在料膜動(dòng)態(tài)處理過程中，保持恒定的張力，抑制外來干擾引起的張力抖動(dòng)。2.1.2 張力控制系統(tǒng)所謂的張力控制系統(tǒng)就是為實(shí)現(xiàn)張力控制而必須的系統(tǒng)構(gòu)成，典型的張力控制系統(tǒng)包括張力控制器，張力檢測(cè)器和磁粉制動(dòng)器。本項(xiàng)目的張力控制系統(tǒng)包括PLC、伺服電機(jī)、變頻器、傳感器。下圖為一放卷張力控制系統(tǒng)示意圖:圖2.1 張力控制系統(tǒng)示意圖2.2 PLC的使用2.2.1 PLC介紹可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller）,簡(jiǎn)稱PLC，產(chǎn)生于60年代末，當(dāng)時(shí)只能進(jìn)行邏輯運(yùn)算，主要用于順序控制。70年代后期，隨著微電子技術(shù)個(gè)計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展

6、，PLC更多的具有了計(jì)算機(jī)的功能，不僅用邏輯程序取代了硬接線邏輯，還增加了運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送和處理等功能，而且做到了小型化或超小型化。這種采用微電腦技術(shù)的工業(yè)控制器裝置的功能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了邏輯控制、順序控制的范圍，故稱為可編程控制器（Programmable Controller），簡(jiǎn)稱PC。由于PC易于與個(gè)人計(jì)算機(jī)（Personal Computer）混淆，人們?nèi)粤?xí)慣用PLC作為可編程序控制器的簡(jiǎn)稱。PLC的控制功能是通過存放在儲(chǔ)存器內(nèi)的程序來實(shí)現(xiàn)的，如果要對(duì)控制功能做必要的修改，只需改變軟件指令即可，使硬件軟件化。(1)PLC的工作原理：PLC是基于電子計(jì)算機(jī)，且適用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)工作的電控制器。它源

7、于繼電控制裝置，但它不像繼電裝置那樣，通過電路的物理過程實(shí)現(xiàn)控制，而主要靠運(yùn)行存儲(chǔ)于PLC內(nèi)存中的程序，進(jìn)行入出信息變換實(shí)現(xiàn)控制。PLC基于電子計(jì)算機(jī)，但并不等同于普通計(jì)算機(jī)。普遍計(jì)算機(jī)進(jìn)行入出信息變換，多只考慮信息本身，信息的入出，只要人機(jī)界面好就可以了。而PLC則還要考慮信息入出的可靠性、實(shí)時(shí)性，以及信息的使用等問題。特別要考慮怎么適應(yīng)于工業(yè)環(huán)境，如便于安裝，抗干擾等問題。PLC雖然以微處理器為核心，并具有微機(jī)的許多特點(diǎn)，但它的工作方式卻與微機(jī)有很大不同。微機(jī)一般采用等待命令和中斷的工作方式，而PLC則是采用"順序掃描、不斷循環(huán)"的方式進(jìn)行工作的，包括輸入采樣、系統(tǒng)處理

8、、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新四個(gè)階段。完成上述四個(gè)階段稱為一個(gè)掃描周期。在整個(gè)運(yùn)行期間，PLC的CPU以一定的掃描速度重復(fù)執(zhí)行這四個(gè)階段。 輸入采樣階段：順序訪問PLC的所有輸入單元的信號(hào)狀態(tài)，將其放入輸入緩沖區(qū)內(nèi)。 系統(tǒng)處理階段：對(duì)系統(tǒng)工作狀態(tài)進(jìn)行檢查，對(duì)連接的I/O單元及外部設(shè)備進(jìn)行定期服務(wù)。 用戶程序執(zhí)行階段：執(zhí)行預(yù)先設(shè)定的用戶程序，將處理結(jié)果分別放入動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)區(qū)和輸出緩沖區(qū)。 輸出刷新階段：將輸出緩沖區(qū)的所有信號(hào)送到輸出單元，刷新輸出單元鎖存器的原有狀態(tài)。(2)PLC的主要特點(diǎn):.LC的軟件簡(jiǎn)單易學(xué)它采用獨(dú)具特色的以繼電器梯形圖為基礎(chǔ)的形象編程語言，梯形圖符號(hào)的和定義與常規(guī)繼電器展開圖一致，

9、電氣操作人員使用起來的得心應(yīng)手。使用和維護(hù)方便1)硬件配置方便 PLC的硬件都是專門生產(chǎn)廠家接一定標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)格生產(chǎn)的，市場(chǎng)上可方便買到。2)方便安裝 內(nèi)部不需要接線和焊接，只要編寫程序就可以了。3)使用方便 節(jié)點(diǎn)的使用不受次數(shù)限制，只需要考慮輸入、輸出點(diǎn)個(gè)數(shù)，選用不同類型的PLC，即可得到滿足。4)維護(hù)方便 PLC內(nèi)部有很多監(jiān)控程序，能檢查出自身的故障，而且接線少，維修時(shí)只需要更換插入式模塊，為調(diào)試和維護(hù)提供了方便。運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定可靠PLC是專門為工業(yè)控制設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)和制造過程中采用了多層次抗干擾和精選元件措施，可在惡劣的環(huán)境下與強(qiáng)電設(shè)備一起工作。目前PLC的整機(jī)平均無故障工作時(shí)間一般可達(dá)25萬小時(shí)，

10、甚至更長(zhǎng)。設(shè)計(jì)施工周期短使用PLC來完成一項(xiàng)控制工程，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成后，現(xiàn)場(chǎng)施工和PLC程序設(shè)計(jì)可同時(shí)進(jìn)行，周期短，程序的調(diào)試和修改都很方便。綜上所述，PLC在性能上優(yōu)于繼電器邏輯控制，與微型計(jì)算機(jī)、單片機(jī)一樣也是一種用于工業(yè)控制的理想工具。近年來，PLC的集成度越來越高，功能越來越強(qiáng)，應(yīng)用越來越廣泛。PLC可進(jìn)行數(shù)字量/模擬量控制，位置控制。特別是采用多種功能的高級(jí)編程語言和先進(jìn)指令系統(tǒng)，還能實(shí)現(xiàn)PLC之間和PLC與管理計(jì)算機(jī)之間的通訊，易于實(shí)現(xiàn)柔性加工和制造系統(tǒng)(FMS)。(3)PLC的一般結(jié)構(gòu)用PLC實(shí)施控制，是按照一定的算法進(jìn)行輸入輸出變換，并將變換以物理實(shí)現(xiàn)。因此，PLC采用了典型的

11、計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)，主要有CPU、ROM、RAM和專門設(shè)計(jì)的輸入輸出接口電路等組成，如圖所示?？?制 總 線地 址 總 線照明開關(guān)或傳感器輸入 輸出 數(shù)據(jù) 存 儲(chǔ)輸 入 接 口中央處理單 元存儲(chǔ)器輸 出 接 口電動(dòng)機(jī)/電磁裝置繼電器觸點(diǎn)模擬量輸入行程開關(guān)接觸器或其他執(zhí)行裝置編 程 單 元電 源 單 元圖2。2 PLC結(jié)構(gòu)示意圖(4)邏輯結(jié)構(gòu)中央處理器它是PLC的大腦，由中央處理器（CPU）和存儲(chǔ)器等組成。CPU一般由控制電路、運(yùn)算器和運(yùn)算器等組成，集成在一個(gè)芯片上。CPU按系統(tǒng)程序賦予的功能，接收編程器鍵入的用戶程序和數(shù)據(jù)，存入隨機(jī)寄存器RAM（也稱為讀/寫存儲(chǔ)器）中。CPU的主要功能是：1)從存儲(chǔ)器

12、中讀取指令2)執(zhí)行指令3)準(zhǔn)備讀取下一條指令4)處理中斷存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器是具有記憶功能的半導(dǎo)體電路，采用存放系統(tǒng)程序、用戶程序、邏輯變量和其他一些信息。計(jì)算機(jī)A/D，D/AEPROM其他接口外存接口其他設(shè)備卡式存儲(chǔ)器內(nèi)存 儲(chǔ)器(ROMRAM)鍵 盤與顯 示中央處理器 CPU輸入接口 (繼電器或晶體管)輸入接口 (光耦合)輸出接線端子輸入接線端子圖2.3PLC邏輯結(jié)構(gòu)示意圖輸入、輸出部分用戶設(shè)備輸入PLC的各種控制信號(hào)，如：操作按鈕、限位開關(guān)、選擇開關(guān)及其他一些傳感器輸出的開關(guān)量或模擬量等，通過輸入接口電路將這些信號(hào)轉(zhuǎn)換成中央處理器能夠接受和處理的信號(hào)。輸出接口電路將中央處理器送出的弱電控制信號(hào)轉(zhuǎn)換

13、成現(xiàn)場(chǎng)需要的強(qiáng)電信號(hào)，以驅(qū)動(dòng)接觸器、電磁閥及電機(jī)等被控設(shè)備的執(zhí)行元件。電源單元電源單元是將交流電轉(zhuǎn)換成供PLC的中央處理器、存儲(chǔ)器等電子電路工作所需要的直流電，PLC大都采用開關(guān)式穩(wěn)壓電源。(5)可編程控制器實(shí)現(xiàn)控制的過程：輸入刷新-再運(yùn)行用戶程序-再輸出刷新-再輸入刷新-再運(yùn)行用戶程序-再輸出刷新永不停止地循環(huán)反復(fù)地進(jìn)行著。圖中所示的流程圖反映的就是上述過程。它也反映了信息的時(shí)間關(guān)系。有了上述過程，用PLC實(shí)現(xiàn)控制顯然是可能的。因?yàn)椋河辛溯斎胨⑿?，可把輸入電路監(jiān)控得到的輸入信息存入PLC的輸入映射區(qū)；經(jīng)運(yùn)行用戶程序，輸出映射區(qū)將得到變換后的信息；再經(jīng)輸出刷新，輸出鎖存器將反映輸出映射區(qū)的狀態(tài)

14、，并通過輸出電路產(chǎn)生相應(yīng)的輸出。又由于這個(gè)過程是永不停止地循環(huán)反復(fù)地進(jìn)行著，所以，輸出總是反映輸入的變化的。只是響應(yīng)的時(shí)間上，略有滯后。當(dāng)然，這個(gè)滯后不宜太大，否則，所實(shí)現(xiàn)的控制不那么及時(shí)，也就失去控制的意義。 為此，PLC的工作速度要快。速度快、執(zhí)行指令時(shí)間短，是PLC實(shí)現(xiàn)控制的基礎(chǔ)。事實(shí)上，它的速度是很快的，執(zhí)行一條指令，多的幾微秒、幾十微秒，少的才零點(diǎn)幾，或零點(diǎn)零幾微秒。而且這個(gè)速度還在不斷提高中。圖中所示的過程是簡(jiǎn)化的過程，實(shí)際的 PLC工作過程還要復(fù)雜些。除了 I/O刷新及運(yùn)行用戶程序，還要做些公共處理工作。 公共處理工作有：循環(huán)時(shí)間監(jiān)控、外設(shè)服務(wù)及通訊處理等。監(jiān)控循環(huán)時(shí)間的目的是避

15、免"死循環(huán)"，避免程序不能反復(fù)不斷地重復(fù)執(zhí)行。辦法是用看門狗"（Watching dog）。只要循環(huán)超時(shí)，它可報(bào)警，或作相應(yīng)處理.外設(shè)服務(wù)是讓PLC可接受編程器對(duì)它的操作，或通過接口向輸出設(shè)備如打印機(jī)輸出數(shù)據(jù).通訊處理是實(shí)現(xiàn)PLC與PLC，或PLC與計(jì)算機(jī)，或PLC與其它工業(yè)控制裝置或智能部件間信息交換的。這也是增強(qiáng)PLC控制能力的需要。也就是說，實(shí)際的PLC工作過程總是：公共處理-I/O刷新-運(yùn)行用戶程序-再公共處理-反復(fù)不停地重復(fù)著圖2.4 PLC運(yùn)行流程圖2.2.2 S7-200可編程控制器（Micro PLC）(1)特點(diǎn)：這一系列的產(chǎn)品可以滿足多種多樣的自

16、動(dòng)化控制需求，下圖展示了一臺(tái)Micro PLC，它具有緊湊的設(shè)計(jì)、良好的擴(kuò)展性、低廉的價(jià)格以及強(qiáng)大的功能指令，使得S7-200可以近乎完美滿足小規(guī)模的控制要求。此外，豐富的CPU類型和電壓等級(jí)使其在解決用戶的工業(yè)自動(dòng)化問題時(shí)，具有很強(qiáng)的適應(yīng)性。圖2。5 S7-200 PLC(2)安裝： S7-200 PLC 設(shè)備設(shè)計(jì)成安裝簡(jiǎn)便，可以利用安裝孔把模塊固定在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的（DIN）的導(dǎo)軌上，體積小巧的S7-200可以使你更為有效地安排空間。(3)推薦設(shè)備：STEP 7-MicroWIN 32，3.0版是基Windows的應(yīng)用軟件，它支持32位Windows 95，Windows 98和WindowsN

17、T使用環(huán)境。使用STEP 7-Micro/WIN32時(shí)，應(yīng)具有以下設(shè)備：·一臺(tái)PC機(jī)，CPU為80586或更高的處理器，16M內(nèi)存；或者是裝有STEP 7-Micro/WIN32的西門子編程器（例如PG 7400，最低要求為：CPU 80486，8M內(nèi)存。·以下一種設(shè)備：一根連接到通訊口的PC/PPI電纜一個(gè)通訊處理器（CP）卡·VGA顯示器·至少50M的硬盤空間·Window95、Window98、Window NT4.0 Microsoft Windows所支持的鼠標(biāo)。2.3 伺服電機(jī)項(xiàng)目中使用的MINAS系列交流伺服電機(jī)，是日本松下電器公

18、司于1990年投入批量化生產(chǎn)的全新全數(shù)字化（位置、速度、電流三環(huán)全數(shù)字化）的交流伺服。由于內(nèi)部控制采用32位DSP，運(yùn)用IGBTPWM控制方式，因此系統(tǒng)響應(yīng)快、精度高、體積小，目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床、機(jī)器人、輕工機(jī)械、紡織機(jī)械、自動(dòng)化生產(chǎn)線、半導(dǎo)體生產(chǎn)等各種有精確調(diào)速、定位要求的場(chǎng)合。2.3.1 松下伺服的特點(diǎn) (1)操作面板，控制和使用簡(jiǎn)便易行每套松下伺服驅(qū)動(dòng)器上都配有操作面板，各種參數(shù)和控制方式均可通過操作面板實(shí)行調(diào)整，非常適合于現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試。面板可顯示運(yùn)行速度、位置脈沖、實(shí)際轉(zhuǎn)矩、接線I/O狀態(tài)、參數(shù)設(shè)定、錯(cuò)誤原因等大量信息。特別是實(shí)際轉(zhuǎn)矩的顯示給設(shè)計(jì)、選型提供了極大方便。通過操作面板可

19、以檢查接線狀態(tài)，用戶可用此功能判別接線錯(cuò)誤，十分有效。(2)穩(wěn)妥方便的自動(dòng)調(diào)整，剛性調(diào)整更方便用戶在調(diào)試設(shè)備時(shí)可以啟動(dòng)自動(dòng)增益調(diào)整功能來調(diào)節(jié)伺服系統(tǒng)的剛性。松下伺服在自動(dòng)增益調(diào)整時(shí)運(yùn)動(dòng)范圍小（電機(jī)正轉(zhuǎn)兩圈反轉(zhuǎn)兩圈）運(yùn)動(dòng)速度低（約100rpm），所以在磨床等運(yùn)動(dòng)行程非常有限的場(chǎng)合運(yùn)用時(shí)非常安全可靠。(3)控制方式多樣化有三種控制方式可供選擇：速度控制方式、位置控制方式、轉(zhuǎn)矩控制方式以上三種方式也可進(jìn)行復(fù)合控制。其中位置控制方式極具特色，用戶可以采用電子線路、單片機(jī)、PC機(jī)及其他方式非常簡(jiǎn)便而廉價(jià)地實(shí)現(xiàn)數(shù)控功能。系統(tǒng)中還配備了“電子齒輪”功能，也就是說可以通過參數(shù)設(shè)定對(duì)輸入指令脈沖任意分/倍頻而達(dá)

20、到和機(jī)械系統(tǒng)的良好配合。(4)保護(hù)設(shè)施齊全系統(tǒng)還配有各種自診斷保護(hù)措施，硬件軟件雙重保護(hù)，并可以勝任三倍過載。一旦發(fā)生錯(cuò)誤，便立即停機(jī)，并告以報(bào)警故障原因，在用戶解除故障后方可重新工作，因此可靠性極高。2.4 變頻器2.4.1 變頻器的組成變頻器主要由整流（交流變直流）、濾波、再次整流（直流變交流）、制動(dòng)單元、驅(qū)動(dòng)單元、檢測(cè)單元微處理單元等組成的。2.4.2 頻器的工作原理把市電（380V、50Hz）通過整流器變成平滑直流，然后利用半導(dǎo)體器件（GTO、GTR或IGBT）組成的三相逆變器，將直流電變成可變電壓和可變頻率的交流電，由于采用微處理器編程的正弦脈寬調(diào)制（SPWM）方法，使輸出波形近似正

21、弦波，用于驅(qū)動(dòng)異步電機(jī)，實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速。上述的兩次變換可簡(jiǎn)化為ACDCAC（交直交）變頻方式。利用變頻器可以根據(jù)電機(jī)負(fù)載的變化實(shí)現(xiàn)自動(dòng)、平滑的增速或減速，基本保持異步電機(jī)固有特性轉(zhuǎn)差率小的特點(diǎn)，具有效率高、范圍寬、精度高且能無級(jí)變速的優(yōu)點(diǎn)，這對(duì)于水泵，風(fēng)機(jī)等設(shè)備是很適用的。2.4.3 變頻器的用途提高生產(chǎn)率生產(chǎn)質(zhì)量節(jié)約能源和控制功能的高度自動(dòng)化是變頻器的主要特點(diǎn).采用變頻器對(duì)交流異步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行調(diào)速控制,可以很方便地進(jìn)行電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換,進(jìn)行高頻度的起停運(yùn)轉(zhuǎn);可以調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)加減速的時(shí)間,使變速運(yùn)行更加平滑,啟動(dòng)電流更加小;可以對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行連續(xù)調(diào)速,最高速度不受電源的影響;通過內(nèi)部的制動(dòng)回路,可以

22、進(jìn)行電氣制動(dòng),必要時(shí)還可以加入直流電壓,進(jìn)行直流制動(dòng);低速時(shí)可保持恒轉(zhuǎn)矩輸出,進(jìn)行轉(zhuǎn)矩提升;容易實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)有交流拖動(dòng)系統(tǒng)的改造;在功率匹配合適的情況下,可以用一臺(tái)變頻器驅(qū)動(dòng)多臺(tái)電動(dòng)機(jī);通過與PLC等控制設(shè)備的連接可以組成高性能的控制系統(tǒng);完善的故障診斷和保護(hù)功能(過壓,欠壓,過流,過載,短路等故障的檢測(cè)與顯示)等等.2.4.4 變頻器的安裝設(shè)計(jì)基本要求(1) 變頻器應(yīng)該安裝在控制柜內(nèi)部。(2) 變頻器最好安裝在控制柜內(nèi)的中部;變頻器要垂直安裝，正上方和正下方要避免安裝可能阻擋排風(fēng)、進(jìn)風(fēng)的大元件。 (3) 變頻器上、下部邊緣距離控制柜頂部、底部、或者隔板、或者必須安裝的大元件等的最小間距，應(yīng)該大于

23、300mm。如圖中的H1，H2間距所示。圖2.6 變頻器安裝(4)如果特殊用戶在使用中需要取掉鍵盤，則變頻器面板的鍵盤孔，一定要用膠帶嚴(yán)格密封或者采用假面板替換，防止粉塵大量進(jìn)入變頻器內(nèi)部。(5)對(duì)變頻器要進(jìn)行定期維護(hù)，及時(shí)清理內(nèi)部的粉塵等。(6)其它的基本安裝、使用要求必須遵守用戶手冊(cè)上的有關(guān)說明;如有疑問請(qǐng)及時(shí)聯(lián)系相應(yīng)廠家技術(shù)支持人員。2.5 傳感器無接觸角度傳感器（也稱電位器）是兩個(gè)性能相同的串聯(lián)半橋式SMR元件與轉(zhuǎn)動(dòng)永磁體或磁軛之間的無接觸感應(yīng)而形成的角度傳感器。它具有無觸點(diǎn)、無噪聲、無磨損、低轉(zhuǎn)矩、高靈敏度、高可靠性、360°連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)、高響應(yīng)比特性好的特點(diǎn)。它可以廣泛應(yīng)用于

24、航空、電子、機(jī)械、紡織、輕工、船舶工業(yè)自動(dòng)化控制、位置與角度的測(cè)量與控制、儀表儀器、記錄儀表、閥門控制、光闌控制、縫紉機(jī)械、機(jī)器人研發(fā)等領(lǐng)域。本傳感變送器采用新型的SMR(磁敏電阻)元件作為敏感元件，利用內(nèi)部磁迴路的機(jī)械結(jié)構(gòu), 把角度的機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)變化，實(shí)現(xiàn)無電接觸點(diǎn)的測(cè)量角度，角位移的變化，并經(jīng)精密集成放大電路,在確定的角度區(qū)間，線性輸出420mA電流信號(hào)或05V，1-5V電壓信號(hào)，實(shí)現(xiàn)傳感器和變送器一體化.本產(chǎn)品帶有基準(zhǔn)和滿度的調(diào)節(jié)，方便修正和調(diào)節(jié)測(cè)量范圍。 壽命長(zhǎng)，可靠性高、可連續(xù)分辨、耐環(huán)境污染。方便應(yīng)用于各類需要測(cè)量角度和角位移的設(shè)備和工作場(chǎng)合。特別適合應(yīng)用在鋼鐵、石油、電力

25、、交通等行業(yè)，角度、角位移監(jiān)控的設(shè)備上。3 項(xiàng)目說明及定型3.1 項(xiàng)目要求項(xiàng)目要求:本設(shè)計(jì)能使卷膜勻速地輸送,自動(dòng)使卷膜均勻地粘貼在鋁帶上,卷紙能夠正?；厥?能夠適應(yīng)安全、快速、準(zhǔn)確、均勻加工的要求。3.2 項(xiàng)目總體設(shè)計(jì)構(gòu)想3.2.1 構(gòu)圖設(shè)想圖3.1 系統(tǒng)構(gòu)圖3.2.2 構(gòu)件組成設(shè)想(1)S7-200 PLC中央處理單元采用CPU226，CPU226集成了24輸入/16輸出共40個(gè)數(shù)字量I/O點(diǎn)?？蛇B接7個(gè)擴(kuò)展模塊，最大擴(kuò)展至248路數(shù)字量I/O點(diǎn)或35路模擬量I/O點(diǎn)，13K字節(jié)程序和數(shù)字存儲(chǔ)空間。6個(gè)獨(dú)立的30kHz高速計(jì)數(shù)器，2路獨(dú)立的20kHz高速脈沖輸出，具有PID控制器。用于較高

26、要求的控制，具有更多的輸入/輸出點(diǎn)，更強(qiáng)的模塊擴(kuò)展能力，更快的運(yùn)行速度和功能更強(qiáng)的內(nèi)部集成特殊功能?？赏耆m應(yīng)于一些復(fù)雜的中小型控制系統(tǒng)。模擬量擴(kuò)展模塊EM235尺寸：71.2*80*62mm 重量：186g 功耗：2w點(diǎn)數(shù)：4路模擬量輸入，2路模擬量輸出圖3.2 EM235(2)伺服電機(jī)（Panasonic MINAS Aseries）本項(xiàng)目選用伺服電機(jī)是MINAS A系列全數(shù)字式交流伺服電機(jī)，具體采用額定輸出功率較小的MSMA系列：額定輸出功率400W；額定轉(zhuǎn)速5000r/min。特長(zhǎng)：小慣量、小·中容量。A系列特征：采用松下公司獨(dú)特算法，使速度頻率響應(yīng)提高2倍，達(dá)到500HZ；

27、定位超調(diào)整定時(shí)間縮短為以往產(chǎn)品的1/4。 具有共振抑制和控制功能：可函蓋機(jī)械的剛性不足，從而實(shí)現(xiàn)高速定位。具有全閉環(huán)控制功能：通過外接高精度的光柵尺，構(gòu)成全閉環(huán)控制，進(jìn)一步提高系統(tǒng)精度。具有一系列方便使用的功能： 內(nèi)藏頻率解析功能（FFT）,從而可檢測(cè)出機(jī)械的共振點(diǎn)，便于系統(tǒng) 調(diào)整 有兩種自動(dòng)增益調(diào)整方式：常規(guī)自動(dòng)增益調(diào)整和實(shí)時(shí)自動(dòng)增益調(diào)整 配有RS485，RS232C通信口，上位控制器可同時(shí)控制多達(dá)16個(gè)軸. 電機(jī)防護(hù)等級(jí)達(dá)IP65,環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)電機(jī)可配用多種編碼器，適應(yīng)各種用戶需要 普通型：2500p/r增量式編碼器。 高精度型：17位型（217）增量式編碼器 特殊型217位型（217）絕

28、對(duì)式編碼器。圖3.3 伺服電機(jī)型號(hào)說明(3)三菱FR-A540系列變頻器功能范圍：0.4800KW（3相380V，F(xiàn)R-A540（L）系列）；采用先進(jìn)磁通矢量控制方式，調(diào)速比可達(dá)1：120（0.560Hz）可拆卸式風(fēng)扇和接線端子，維護(hù)方便；內(nèi)置RS485通信口，可插擴(kuò)展卡符合全世界主要通信標(biāo)準(zhǔn)；PID等多種功能適合各種應(yīng)用場(chǎng)合。柔性PWM，實(shí)現(xiàn)更低噪音運(yùn)行；特點(diǎn)1)配備各種功能配備PID功能，更適合風(fēng)機(jī)、水泵負(fù)載；高速頻率控制和碰停功能；停電時(shí)減速停止控制；順序制動(dòng)控制；2)維護(hù)方便通過風(fēng)扇ON/OFF控制，延長(zhǎng)風(fēng)扇壽命，更換方便；可拆卸式的控制段子使維修和安裝方便；參數(shù)設(shè)定可保存在參數(shù)單元中

29、。(4)角度傳感器本傳感變送器采用新型的SMR(磁敏電阻)元件作為敏感元件，利用內(nèi)部磁迴路的機(jī)械結(jié)構(gòu), 把角度的機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)變化，實(shí)現(xiàn)無電接觸點(diǎn)的測(cè)量角度，角位移的變化，并經(jīng)精密集成放大電路,在確定的角度區(qū)間，線性輸出420mA電流信號(hào)或05V，1-5V電壓信號(hào)，實(shí)現(xiàn)傳感器和變送器一體化.本產(chǎn)品帶有基準(zhǔn)和滿度的調(diào)節(jié)，方便修正和調(diào)節(jié)測(cè)量范圍。特點(diǎn)及應(yīng)用：壽命長(zhǎng)，可靠性高、可連續(xù)分辨、耐環(huán)境污染。方便應(yīng)用于各類需要測(cè)量角度和角位移的設(shè)備和工作場(chǎng)合。特別適合應(yīng)用在鋼鐵、石油、電力、交通等行業(yè)，角度、角位移監(jiān)控的設(shè)備上。主要技術(shù)指標(biāo)：型    號(hào)：WYT-AT-2

30、工作電壓：DC24V±10%線性量程：0° 90°( *可選擇其他量程 )輸出信號(hào)：420mA 或 *05V 使用溫度：-30 +60相對(duì)濕度：95±3% RH精    度：0.1% ;0.2% FS防護(hù)等級(jí)：IP65抗電絕緣：500V外形尺寸：* 83×(77mm) 軸為6 長(zhǎng)22 mm外殼材料：鋁合金*傳感器360度可轉(zhuǎn).長(zhǎng)度77,以實(shí)際說明書為準(zhǔn)4 程序設(shè)計(jì)4.1程序設(shè)計(jì)主程序:LD SM0.1 /在首次掃描調(diào)用初始話程序SBR0CALL SBR_0子程序:LD SM0.0MOVR 0.5, VD104 /裝

31、入設(shè)定值50%MOVR 0.25, VD122 /裝入回路增益0.25MOVR 0.1, VD166 /裝入采樣時(shí)間=0.1秒MOVR 30.0, VD1 /裝入積分時(shí)間=30分MOVR 30.0, VD124 /關(guān)閉微分作用MOVB 100, SMB34 /設(shè)定定時(shí)中斷0發(fā)生的時(shí)間間隔為100msATCH INT_0, 10 /設(shè)置定時(shí)中斷以執(zhí)行PID計(jì)算ENI /允許中斷,子程序SBR0結(jié)束中斷程序:NETWORK 1 LD SM0.0 ITD AIW0, AC0 /把單極性模擬量存入累加器DTR AC0, AC0 /把32位整數(shù)變換成實(shí)數(shù)/R 32000.0, AC0 /標(biāo)準(zhǔn)化累加器中的

32、值 MOVR AC0, VD100 /把標(biāo)準(zhǔn)化的PV值存入TABLE表NETWORK 2 /在自動(dòng)方式下執(zhí)行PID控制LD I0.0 /一旦進(jìn)入自動(dòng)方式,就執(zhí)行PIDPID VB100, 0NETWORK 3 /把Mn轉(zhuǎn)換成16位整數(shù),Mn為單極性且非負(fù)LD SM0.0MOVR VD108, AC0 /把輸出值傳送到累加器*R 32000.0, AC0 /累加器中為刻度值ROUND AC0, AC0 /把實(shí)數(shù)轉(zhuǎn)換成32位整數(shù)DTI AC0, QW0 /把16位整數(shù)寫到模擬輸出5 技術(shù)難點(diǎn)及其解決辦法5.1變頻器對(duì)微機(jī)控制板的干擾系統(tǒng)設(shè)計(jì)或者改造過程中，一定要注意變頻器對(duì)微機(jī)控制板的干擾問題。由

33、于用戶自己設(shè)計(jì)的微機(jī)控制板一般工藝水平差，不符合EMC國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，在采用變頻器后，產(chǎn)生的傳導(dǎo)和輻射干擾，往往導(dǎo)致控制系統(tǒng)工作異常，因此需要采取必要措施。 (1) 良好的接地。電機(jī)等強(qiáng)電控制系統(tǒng)的接地線必須通過接地匯流排可靠接地，微機(jī)控制板的屏蔽地，最好單獨(dú)接地。對(duì)于某些干擾嚴(yán)重的場(chǎng)合，建議將傳感器、I/O接口屏蔽層與控制板的控制地相連。 (2) 給微機(jī)控制板輸入電源加裝EMI濾波器、共模電感、高頻磁環(huán)等，成本低。如圖所示，可以有效抑制傳導(dǎo)干擾。另外在輻射干擾嚴(yán)重的場(chǎng)合，如周圍存在GSM、或者小靈通機(jī)站時(shí)，可以對(duì)微機(jī)控制板添加金屬網(wǎng)狀屏蔽罩進(jìn)行屏蔽處理。圖5.1 微機(jī)控制板的電源抗干擾措施（3）對(duì)

34、擬傳感器檢測(cè)輸入和模擬控制信號(hào)進(jìn)行電氣屏蔽和隔離。在變頻器組成的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中，建議盡量不要采用模擬控制，特別是控制距離大于1M，跨控制柜安裝的情況下。因?yàn)樽冾l器一般都有多段速設(shè)定、開關(guān)頻率量輸入輸出，可以滿足要求。如果非要用模擬量控制時(shí)，建議一定采用屏蔽電纜，并在傳感器側(cè)或者變頻器側(cè)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)端一點(diǎn)接地。如果干擾仍舊嚴(yán)重，需要實(shí)現(xiàn)DC/DC隔離措施?？梢圆捎脴?biāo)準(zhǔn)的DC/DC模塊，或者采用V/F轉(zhuǎn)換，光藕隔離再采用頻率設(shè)定輸入的方法。5.2 PLC對(duì)變頻器的控制本項(xiàng)目的難點(diǎn)之二就是通過PLC實(shí)現(xiàn)對(duì)變頻器的控制及PLC對(duì)伺服電機(jī)的控制，也就是達(dá)到調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。作為變頻調(diào)速系統(tǒng)中的控制核心部

35、分的變頻器，可以通過變頻器的控制面板或端子進(jìn)行運(yùn)行參數(shù)的設(shè)置,啟動(dòng)或停止變頻器運(yùn)行,讀取各種變頻器運(yùn)行數(shù)據(jù)等等。在該項(xiàng)目的設(shè)計(jì)中我們采用了用PID控制的方法用PLC控制變頻器。6 項(xiàng)目小結(jié)項(xiàng)目小結(jié)本畢業(yè)設(shè)計(jì)對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行了的初步論述。緒論分析了PLC在張力控制的應(yīng)用。第一章詳細(xì)地介紹張力控制系統(tǒng)的特性和各種應(yīng)用場(chǎng)合，以及詳細(xì)的介紹了PLC、變頻器、伺服電機(jī)、傳感器的工作原理及概況。第二章對(duì)方案進(jìn)行確定。方案中采用的PLC、傳感器、伺服電機(jī)、變頻器的詳細(xì)參數(shù)、型號(hào)。在選擇構(gòu)成項(xiàng)目的各種構(gòu)件時(shí)，考慮到了技術(shù)因素和經(jīng)濟(jì)因素。第三章是對(duì)整個(gè)項(xiàng)目的個(gè)部分電氣連接圖和輸入輸出的斷口方配方案及程序的設(shè)計(jì)。第四章

36、是對(duì)整體項(xiàng)目中可能會(huì)遇到的問題難題及其解決的辦法思路。 本畢業(yè)設(shè)計(jì)在實(shí)際應(yīng)用中是有巨大現(xiàn)實(shí)意義及很大的經(jīng)濟(jì)效應(yīng)，利用PLC來控制張力的方法被廣泛應(yīng)用在造紙業(yè)、印刷業(yè)、紡織漂染業(yè)、食品業(yè)當(dāng)中，極大的提高了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品的合格率，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷成熟和發(fā)展，PLC張力控制技術(shù)將越來越深入到社會(huì)的各行業(yè)。致謝本次設(shè)計(jì)能夠順利完成，我們必須要衷心的感謝我們的指導(dǎo)老師 李老師的指導(dǎo)和學(xué)院老師的關(guān)心。由于本次設(shè)計(jì)涉及到一些新內(nèi)容和新方向，李老師在百忙中抽出寶貴的時(shí)間給予我們硬件和技術(shù)上最大的指導(dǎo)和支持。我們?cè)谠O(shè)計(jì)的過程中也遇到了很多自己解決不了的問題，而李老師也給予我們要注意的問題的提示和一些細(xì)節(jié)的解決

37、方案。使我們受益非淺。 四年來，學(xué)院的各位領(lǐng)導(dǎo)、老師給予我許多熱忱的關(guān)懷和無私的教導(dǎo)，在此表示最忠心的感謝！對(duì)于參加我的論文答辯的各位老師，在此獻(xiàn)上我崇高的敬意和誠(chéng)摯的感謝！參考文獻(xiàn)1、松下Panasonnic MINAS Aseries 伺服電機(jī)2、三菱電機(jī)變頻調(diào)速器500系列3、鄧則名 鄺穗芳編 電器與可編程控制器應(yīng)用技術(shù) 北京：機(jī)械工業(yè)出版社 20014、S7-200中文系統(tǒng)手冊(cè)附錄附錄一：三菱變頻器FR-A540控制特性控制方式柔性PWM控制/高載波頻率PWM控制可選擇V/F控制）最佳勵(lì)磁控制輸出頻率范圍0.5至120Hz頻率設(shè)定分辨率模擬輸入0.015Hz/60Hz(端子2輸入：12

38、位/010V，11位/05V，端子：12位/-10+10V，11位/-5+5V）數(shù)字輸入0.01Hz頻率精度模擬量輸入時(shí)最大輸出頻率的±0.2%以內(nèi)(25±10），數(shù)字量輸入時(shí)設(shè)定輸入頻率的0.01%以內(nèi)電壓/頻率特性基底頻率可在0120Hz任意設(shè)定，可選擇恒轉(zhuǎn)矩或變轉(zhuǎn)矩曲線。轉(zhuǎn)矩提升手動(dòng)轉(zhuǎn)矩提升加/減速時(shí)間設(shè)定03600秒（可分別設(shè)定加速和減速時(shí)間），可選擇直線型或S-型加/減速模式直流制動(dòng)動(dòng)作頻率（0120Hz，動(dòng)作時(shí)間（010sec),電壓（030%）可變失速防止動(dòng)作水平可設(shè)定動(dòng)作電流（0120%可變），可選擇是否使用這種功能運(yùn)行特性頻率設(shè)定信號(hào)模擬量輸入05VDC，

39、010VDC。0±10VDC，420mADC數(shù)字量輸入使用操作面板或參數(shù)單元3位BCD或12位二進(jìn)制輸入（當(dāng)使用FR-A5AX選件時(shí)）啟動(dòng)信號(hào)可分別選擇正轉(zhuǎn)，反轉(zhuǎn)和啟動(dòng)信號(hào)自保持輸入（三線輸入）輸入信號(hào)多段速度選擇最多可選擇7種速度（每種速度可在0120Hz內(nèi)設(shè)定，運(yùn)行速度可通過PU（FR-DU04/FR-PU04）改變第二加/減速度選擇03600秒（最多可分別設(shè)定2種不同的加/減速時(shí)間）點(diǎn)動(dòng)運(yùn)行選擇具有點(diǎn)動(dòng)運(yùn)行模式選擇端子電流輸入選擇可選擇輸入頻率設(shè)定信號(hào)420mADC（端子四）瞬時(shí)停止再啟動(dòng)選擇瞬時(shí)停止時(shí)是否再啟動(dòng)外部過熱保護(hù)輸入在外部安裝的過熱繼電器當(dāng)使變頻器停止時(shí)的接點(diǎn)輸入連

40、接FR-HC變頻器運(yùn)行許可輸入和瞬時(shí)停電檢測(cè)輸入外部直流制動(dòng)開始信號(hào)直流制動(dòng)開始的外部輸入PID控制有效進(jìn)行PID控制時(shí)的選擇PU，外部操作的切換從外部進(jìn)行PU外部操作切換PU，運(yùn)行的外部互鎖從外部進(jìn)行PU。運(yùn)行的互鎖切換輸出停止變頻器輸出瞬時(shí)切斷（頻率，電壓）報(bào)警復(fù)位解除保護(hù)功能動(dòng)作時(shí)的保持狀態(tài)運(yùn)行功能上，下限頻率設(shè)定，頻率跳變運(yùn)行，外部熱繼器輸入選擇，極性可逆選擇，瞬時(shí)停電再啟動(dòng)運(yùn)行，工頻電源-變頻器切換運(yùn)行，正轉(zhuǎn)/反轉(zhuǎn)限制，運(yùn)行模式選擇，PID控制，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行（RS-485）輸出信號(hào)運(yùn)行狀態(tài)可從變頻器正在運(yùn)行，頻率到達(dá)，瞬時(shí)電源故障，頻率檢測(cè)，第二頻率檢測(cè)，正在PU模式下運(yùn)行，運(yùn)負(fù)荷報(bào)警，電子過電流保護(hù)預(yù)報(bào)警