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

1、 大學畢業(yè)設(shè)計(論文)任務(wù)書課題名稱PLC張力控制系統(tǒng)的設(shè)計 一、畢業(yè)設(shè)計（論文）的內(nèi)容本畢業(yè)設(shè)計（論文）的內(nèi)容主要是介紹一個有實際應(yīng)用意義的PLC張力控制系統(tǒng)。這個系統(tǒng)通過對卷紙的張力大小檢測，根據(jù)參數(shù)來對膜卷，紙卷轉(zhuǎn)速進行控制。從而把張力控制在技術(shù)要求允許的范圍內(nèi)，使生產(chǎn)的產(chǎn)品符合要求。二、畢業(yè)設(shè)計（論文）的要求與數(shù)據(jù)本設(shè)計根據(jù)角度傳感器對張力產(chǎn)生的角度進行檢測，檢測信號通過A/D轉(zhuǎn)換模塊傳送給可編程控制器（PLC），最后由可編程控制器（PLC）根據(jù)送來的參數(shù)對伺服電機、變頻器進行控制，從而實現(xiàn)卷膜、卷紙的張力控制。三、畢業(yè)設(shè)計（論文）應(yīng)完成的工作本畢業(yè)設(shè)計應(yīng)完成一個張力控制系統(tǒng)的設(shè)計，設(shè)

2、計出來的系統(tǒng)應(yīng)能滿足生產(chǎn)的技術(shù)要求，而且具有實際應(yīng)用價值。四、畢業(yè)設(shè)計（論文）進程安排序 號設(shè)計（論文）各階段名稱日 期1選擇畢業(yè)設(shè)計題目3月3日2查找，收集有關(guān)資料 3月4日-3月20日3自學與本設(shè)計有關(guān)的知識理論3月21日-4月15日4確定設(shè)計方案 4月16-5月1日5系統(tǒng)控制框圖，PLCC程序及論文的初步成型5月2日-6月5日6論文修改及定型6月6日-6月13日7論文答辯6月16日五、應(yīng)收集的資料及主要參考文獻本設(shè)計應(yīng)收集有關(guān)PLC、伺服電機、變頻器及角度傳感器資料。本張力控制系統(tǒng)選用松下伺服電機，三菱變頻器，西門子PLC。主要參考文獻有：鄧則名 鄺穗芳編 電器與可編程控制器應(yīng)用技術(shù) 北

3、京：機械工業(yè)出版社 2001三菱電機變頻調(diào)速器FR-A540系列松下Panasonnic MINAS Aseries 伺服電機S7-200中文系統(tǒng)手冊務(wù)書日期：2004發(fā)出任年3月3日 完成期限：2004年6月14日指導教師：李軍 系主任：萬頻 院長：王欽若 目 錄1緒論72認識張力控制系統(tǒng)82.1 張力控制系統(tǒng)初步認識82.1.1 張力控制82.1.2 什么是張力控制系統(tǒng)82.2 PLC簡介92.2.1 PLC介紹92.2.2 PLC的主要特點92.2.3 PLC的一般結(jié)構(gòu)102.2.4 PLC的基本工作原理122.2.5 PLC的選定132.3 認識伺服電機142.4 變頻器綜述152.4

4、.1 變頻器的定義:152.4.2 變頻器的發(fā)展歷史152.4.3 變頻器的用途:162.4.4 變頻器的基本結(jié)構(gòu)和工作原理162.4.5 變頻器控制方式和基本原理172.4.6 變頻器的安裝設(shè)計基本要求182.4.7 變頻器對微機控制板的干擾問題解決192.5 認識傳感器202.5.1 認識傳感器202.5.2 傳感器的選用原則203設(shè)計說明及總體構(gòu)想213.1 設(shè)計要求213.2 項目總體設(shè)計構(gòu)想213.2.1 構(gòu)圖設(shè)想213.2.2 構(gòu)件組成設(shè)想213.2.3 三菱FR-A540系列變頻器233.2.4 角度傳感器234程序設(shè)計245技術(shù)難點及其解決辦法255.1變頻器對微機控制板的干擾

5、255.2 PLC對變頻器的控制256小結(jié)26致 謝27參考文獻28附錄29PLC張力控制系統(tǒng)的設(shè)計摘要：保證卷筒輸出的卷膜具有一個恒定的張力，是卷膜能均勻傳送并且均勻粘在鋁帶上的關(guān)鍵問題。本項目利用功能強大、使用方便、應(yīng)用廣泛的工業(yè)控制裝置可編程控制器（PLC）設(shè)計開發(fā)張力控制系統(tǒng)的重要電氣環(huán)節(jié)：PLC張力控制系統(tǒng)。論文中介紹了PLC、伺服電機、變頻器及傳感器的一些知識，對項目的設(shè)計進行了詳細而專業(yè)的說明關(guān)鍵詞：PLC 張力控機 變頻器 傳制 伺服電感器The Design of The Tension of PLC Control SystemAbstract： A outputs a G

6、um paper that guarantee the Constant dint has a tension settles, is a Gum paper can even transmission and even glue to take the last key problem in the aluminum.This item makes use of the function strong and big, the usage convenience, applied extensive industry control equips the important electric

7、ity link that programmable controller( PLC) in in design development tension control system- PLC tension control system. It introduced the PLC, servo electrical engineering, Change the machine of Frequency and spread the some knowledge that feels the machine in the thesis, to the design proceeding o

8、f the item detailed but professional elucidation.Keyword: PLC tension servo-machine transducer1緒論近年來由于印刷的多樣化及印刷的高速化，張力控制方法被廣泛利用，當前國外對張力控制的利用上已趨于成熟，使用非常普遍，隨著工業(yè)生產(chǎn)的自動化程度不斷地提高，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。當處理一些如食品、藥品、服裝、衣料、香煙等的包裝所使用的紙、玻璃紙、塑料薄膜、鋁箔等紙張、薄片、絲、布等長尺寸材料或產(chǎn)品時，都會用上卷殼

9、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。本論文所完成的項目設(shè)計是介紹一個車牌生產(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到生產(chǎn)的要求。本設(shè)計使用了伺服電機，三菱變頻器、普通電機、西門子可編程控制器（PLC）、角度傳感器。項目中對兩部分張力控制所選用的電機不同，是因為考慮到了生產(chǎn)成本的因素

10、。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格高的伺服電機，而在卷紙回收部分，需要的控制要求比較低，因而選用了廉價但能滿足生產(chǎn)要求的普通電機。設(shè)計中的張力控制系統(tǒng)，在使用傳感器上選擇了角度傳感器。通過對傳送卷膜、卷紙的可動輥與水平面的夾角的測量，來判斷張力大小是否發(fā)生變化。把檢測出轉(zhuǎn)角的模擬量送入控制器PLC中進行控制。2認識張力控制系統(tǒng)2.1 張力控制系統(tǒng)初步認識2.1.1 張力控制在一般的造紙廠、印刷廠、紡織漂染廠、食品廠等當處理一些如紙張、薄片、絲、布長尺寸材料或產(chǎn)品是，都會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

11、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），過大的張力會導致料膜變形甚至短裂，而過小的張力又會使料膜松弛，導致褶皺，或者處理尺寸不準等弊病。這樣就要求在料膜的處理過程，要保持恒定的張力。張力控制的作用就是在料膜動態(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。2.1.2 什么是張力控制系統(tǒng)所謂的張力控制系統(tǒng)就是為實現(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，張力檢測器和磁粉制動器。本項目的張力控制系統(tǒng)包括PLC、伺服電機、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簡介2.2.1 PLC介紹可編程邏輯控

12、制器（Programmable Logic Controller）,簡稱PLC，產(chǎn)生于60年代末，當時只能進行邏輯運算，主要用于順序控制。70年代后期，隨著微電子技術(shù)個計算機技術(shù)的發(fā)展，PLC更多的具有了計算機的功能，不僅用邏輯程序取代了硬接線邏輯，還增加了運算、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遠超出了邏輯控制、順序控制的范圍，故稱為可編程控制器（Programmable Controller），簡稱PC。由于PC易于與個人計算機（Personal Computer）混淆，人們?nèi)粤晳T用PLC作為可編程序控制器的簡稱。PLC本身除了具備

13、可塑性、記憶性，更具可接受多種方式做輸出、輸入控制的強大功能，且穩(wěn)定性及壽命皆高，除了單獨一臺的控制之外，更可進行多臺的連接，易于達成整體自動化的目標，因此已廣受自動控制界的普遍歡迎。尤其是具可更改性，可重復使用，減少因更改造成的資源浪費，是非常環(huán)保的控制器，非常值得推廣。PLC的控制功能是通過存放在儲存器內(nèi)的程序來實現(xiàn)的，如果要對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。2.2.2 PLC的主要特點LC的軟件簡單易學它采用獨具特色的以繼電器梯形圖為基礎(chǔ)的形象編程語言，梯形圖符號的和定義與常規(guī)繼電器展開圖一致，電氣操作人員使用起來的得心應(yīng)手。使用和維護方便硬件配置方便PLC的硬

14、件都是專門生產(chǎn)廠家接一定標準和規(guī)格生產(chǎn)的，市場上可方便買到方便安裝內(nèi)部不需要接線和焊接，只要編寫程序就可以了。使用方便節(jié)點的使用不受次數(shù)限制，只需要考慮輸入、輸出點個數(shù)，選用不同類型的PLC，即可得到滿足。維護方便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，維修時只需要更換插入式模塊，為調(diào)試和維護提供了方便。運動穩(wěn)定可靠PLC是專門為工業(yè)控制設(shè)計，在設(shè)計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)境下與強電設(shè)備一起工作。目前PLC的整機平均無故障工作時間一般可達25萬小時，甚至更長。設(shè)計施工周期短使用PLC來完成一項控制工程，在系統(tǒng)設(shè)計完成后，現(xiàn)場施工和PLC程序設(shè)

15、計可同時進行，周期短，程序的調(diào)試和修改都很方便。PLC在性能上優(yōu)于繼電器邏輯控制，與微型計算機、單片機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，應(yīng)用越來越廣泛。PLC可進行數(shù)字量/模擬量控制，位置控制。特別是采用多種功能的高級編程語言和先進指令系統(tǒng)，還能實現(xiàn)PLC之間和PLC與管理計算機之間的通訊，易于實現(xiàn)柔性加工和制造系統(tǒng)(FMS)。2.2.3 PLC的一般結(jié)構(gòu)用PLC實施控制，是按照一定的算法進行輸入輸出變換，并將變換以物理實現(xiàn)。因此，PLC采用了典型的計算機結(jié)構(gòu)，主要有CPU、ROM、RAM和專門設(shè)計的輸入輸出接口電路等組成。如圖所示：控 制 總

16、線地 址 總 線照明開關(guān)或傳感器輸入 輸出 數(shù)據(jù) 存 儲輸 入 接 口中央處理單 元存儲器輸 出 接 口電動機/電磁裝置繼電器觸點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)示意圖計算機A/D，D/AEPROM其他接口外存接口其他設(shè)備卡式存儲器內(nèi)存 儲器(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)輸入接線端子輸出接線端子圖2.3 PLC邏輯結(jié)構(gòu)示意圖 中央處理器它是PLC的大腦，由中央處理器（CPU）和存儲器等組成。CPU一般由控制電路、運算器和運算器等組成，集成在一個芯片上。CPU按系統(tǒng)程序賦予的功

17、能，接收編程器鍵入的用戶程序和數(shù)據(jù)，存入隨機寄存器RAM（也稱為讀/寫存儲器）中。CPU的主要功能是：從存儲器中讀取指令執(zhí)行指令準備讀取下一條指令處理中斷存儲器存儲器是具有記憶功能的半導體電路，采用存放系統(tǒng)程序、用戶程序、邏輯變量和其他一些信息。輸入、輸出部分用戶設(shè)備輸入PLC的各種控制信號，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轉(zhuǎn)換成中央處理器能夠接受和處理的信號。輸出接口電路將中央處理器送出的弱電控制信號轉(zhuǎn)換成現(xiàn)場需要的強電信號，以驅(qū)動接觸器、電磁閥及電機等被控設(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、

18、存儲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。另外，PLC還配有和各種外圍設(shè)備的接口，可配接編程器、計算機、打印機、錄音機以及A/D、D/A、串行通訊模塊等。 2.2.4 PLC的基本工作原理PLC雖具有微機的許多特點，但它的工作方式與微機有很大的區(qū)別。微機一般采用等待命令工作方式，當有鍵按下或I/O動作則轉(zhuǎn)入相應(yīng)的子程序，沒有則采用繼續(xù)掃描。PLC從第一條指令開始執(zhí)行程序，直到遇到結(jié)束符后又返回到第一條指令，如此周而復始不斷循環(huán)，即從0000首地址存放的第一條用戶程序開始，到用戶程序的最后一個地址，不停的周期掃描，每掃描一次，用戶程序就執(zhí)行一次。其工作過程如圖所示：輸出結(jié)

19、果與編程器計算機等通訊自診斷讀入現(xiàn)場信號執(zhí)行用戶程序圖2.4 PLC工作過程框圖每次掃描用戶程序之前，都要先執(zhí)行故障自診斷程序。自診斷程序。自診斷內(nèi)容：I/O部分、存儲器、CPU等，發(fā)現(xiàn)異常，停機顯示出錯信息；正常則繼續(xù)向下掃描。PLC檢查是否有與編程器、計算機等的通信請求，若有則進行相應(yīng)處理，并把信息送到編程器、計算機顯示。輸入采樣階段：CPU對各個輸入端進行掃描，將輸入端的狀態(tài)送到輸入狀態(tài)寄存器。程序執(zhí)行階段：CPU將指令逐步調(diào)出執(zhí)行輸出刷新階段：當所有的指令執(zhí)行完畢時，集中把輸入狀態(tài)寄存器的狀態(tài)通過輸出部件轉(zhuǎn)換成控制設(shè)備所能接受的電壓或電流信號，以驅(qū)動被控設(shè)備。CPU經(jīng)過這五個階段的過程

20、，為一個掃描周期。完成一個周期后，又重新執(zhí)行上述過程。掃描周期用T來表示。T=（讀入1點時間輸入點數(shù)）（運算速度程序步數(shù)）（輸出1點時間輸出點數(shù)）故障診斷時間PLC與繼電器控制的重要區(qū)別之一就是工作方式不同。繼電器按“并行”方式工作，PLC是以“串行”方式工作的，它避免了繼電器控制的觸點競爭和時序失配問題。公共處理工作有：循環(huán)時間監(jiān)控、外設(shè)服務(wù)及通訊處理等。監(jiān)控循環(huán)時間的目的是避免死循環(huán)，避免程序不能反復不斷地重復執(zhí)行。辦法是用看門狗（Watching dog）。只要循環(huán)超時，它可報警，或作相應(yīng)處理.外設(shè)服務(wù)是讓PLC可接受編程器對它的操作，或通過接口向輸出設(shè)備如打印機輸出數(shù)據(jù).通訊處理是實現(xiàn)

21、PLC與PLC，或PLC與計算機，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PLC控制能力的需要。也就是說，實際的PLC工作過程總是：公共處理-I/O刷新-運行用戶程序-再公共處理-反復不停地重復著。2.2.5 PLC的選定由前面的程序要求，我們可以確定所選定的PLC除了可進行數(shù)字量邏輯控制外，還應(yīng)具有較強的數(shù)據(jù)處理能力（如：數(shù)據(jù)傳送、轉(zhuǎn)換；位操作等等）。而更重要的是，能夠讓操作人員在現(xiàn)場就能方便地輸入?yún)?shù)進行測試。我們決定選擇西門子S7-200系列PLC，包括主模塊：CPU226，模塊EM235。西門子S7-200系列PLC的功能強大，無論是在獨立運行中，或相連成網(wǎng)絡(luò)皆能實

22、現(xiàn)復雜的控制功能，它具有以下特點： 極高的可靠性 極豐富的指令集 便捷、易于掌握的操作 豐富的內(nèi)置集成功能 實時的特性 強勁的通訊功能 豐富的擴展模塊其中：主模塊的CPU226本身集成有24輸入/16輸出共40個數(shù)字量I/O點；可連接7個擴展模塊，最大擴展至28路數(shù)字量I/O點或35路模擬量I/O點；13K字節(jié)程序和數(shù)字存儲空間；6個獨立的30KHz高速計數(shù)器，2個獨立的20KHz高速脈沖輸出，具有PID控制器；2個RS485通訊/編程口，具有PPI通訊協(xié)議、MPI通訊協(xié)議和自由方式通訊能力；I/O端子排可很容易地整體拆卸；可用于較高要求的控制系統(tǒng)，適用于一些復雜的中小型控制系統(tǒng)。其外形結(jié)構(gòu)如

23、圖:圖2.5 S7-200 PLC外形結(jié)構(gòu)圖安裝：S7-200 PLC 設(shè)備設(shè)計成安裝簡便，可以利用安裝孔把模塊固定在一個標準的（DIN）的導軌上，體積小巧的S7-200可以使你更為有效地安排空間。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WindowsNT使用環(huán)境。使用STEP 7-Micro/WIN32時，應(yīng)具有以下設(shè)備：一臺PC機，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，

24、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。2.3 認識伺服電機項目中使用的MINAS系列交流伺服電機，是日本松下電器公司于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)控機床、機器人、輕工機械、紡織機械、自動化生產(chǎn)線、半導體生產(chǎn)等各種有精確調(diào)速、定位要求的場合。松下伺服的

25、特點： 操作面板，控制和使用簡便易行 每套松下伺服驅(qū)動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行調(diào)整，非常適合于現(xiàn)場調(diào)試。面板可顯示運行速度、位置脈沖、實際轉(zhuǎn)矩、接線I/O狀態(tài)、參數(shù)設(shè)定、錯誤原因等大量信息。特別是實際轉(zhuǎn)矩的顯示給設(shè)計、選型提供了極大方便。通過操作面板可以檢查接線狀態(tài)，用戶可用此功能判別接線錯誤，十分有效。穩(wěn)妥方便的自動調(diào)整，剛性調(diào)整更方便 用戶在調(diào)試設(shè)備時可以啟動自動增益調(diào)整功能來調(diào)節(jié)伺服系統(tǒng)的剛性。松下伺服在自動增益調(diào)整時運動范圍?。姍C正轉(zhuǎn)兩圈反轉(zhuǎn)兩圈）運動速度低（約100rpm），所以在磨床等運動行程非常有限的場合運用時非常安全可靠。控制方式多樣化有三種

26、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行復合控制。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、PC機及其他方式非常簡便而廉價地實現(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)定對輸入指令脈沖任意分/倍頻而達到和機械系統(tǒng)的良好配合。保護設(shè)施齊全系統(tǒng)還配有各種自診斷保護措施，硬件軟件雙重保護，并可以勝任三倍過載。一旦發(fā)生錯誤，便立即停機，并告以報警故障原因，在用戶解除故障后方可重新工作，因此可靠性極高。2.4 變頻器綜述2.4.1 變頻器的定義:變頻器是在保證電機原有性能的情況下，通過改變電機的供電頻率和電壓的方式，實現(xiàn)電機轉(zhuǎn)

27、速的調(diào)節(jié)的現(xiàn)代電力電子設(shè)備。它根據(jù)電機不同負載可分別實現(xiàn)節(jié)能、提高生產(chǎn)效率、提高產(chǎn)品質(zhì)量、實現(xiàn)自動化、增加設(shè)備使用壽命并使設(shè)備下型化等用途，廣泛應(yīng)用在鋼鐵、輕工，化學、纖維、汽車、電機（機械）、機床、食品、造紙、水泥、礦業(yè)、煤氣、交通、裝卸搬運、工廠建筑、農(nóng)業(yè)、生活服務(wù)、電力、實驗研究、石油等領(lǐng)域。2.4.2 變頻器的發(fā)展歷史直流電動機拖動和交流電動機拖動先后誕生于19世紀，距今已有100年歷史了。在很長一時期內(nèi)，占整個電力拖動系統(tǒng)80左右的不變速拖動系統(tǒng)中采用的是交流電動機（包括異步電動機和同步電動機），而在需要進行調(diào)速控制的拖動系統(tǒng)中則基本上采用的是直流電動機。而交流電動機相對直流電動機來

28、說結(jié)構(gòu)簡單，便于維護，適用的場合更廣。因此，很久以來，人們希望在許多場合下能用可調(diào)速的交流電動機來代替直流電動機，并在交流電動機的調(diào)速控制方面進行可大量的研究開發(fā)工作。但直到20世紀70年代，交流調(diào)速系統(tǒng)的研究開發(fā)成果未能夠令人滿意。隨著同時期內(nèi)電力電子技術(shù)的發(fā)展。作為交流調(diào)速系統(tǒng)中心的變頻技術(shù)也得到了顯著的發(fā)展，并逐漸進入了實用階段。19世紀80年代，日本三菱電機公司推出了交流電機的變壓變頻調(diào)速(VVVF)的電梯，首先把變頻器運用于電梯技術(shù)。從而開始了變頻器的廣泛應(yīng)用，目前變頻器不但在傳統(tǒng)的電力拖動系統(tǒng)得到了廣泛的應(yīng)用，而且?guī)缀跻呀?jīng)擴展到了工業(yè)生產(chǎn)的所有領(lǐng)域，并且在空調(diào)、洗衣機、電冰箱等家電

29、產(chǎn)品中也得到了廣泛應(yīng)用。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化是變頻器的主要特點.采用變頻器對交流異步電動機進行調(diào)速控制,可以很方便地進行電動機的正反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換,進行高頻度的起停運轉(zhuǎn);可以調(diào)節(jié)電動機加減速的時間,使變速運行更加平滑,啟動電流更加小;可以對電動機進行連續(xù)調(diào)速,最高速度不受電源的影響;通過內(nèi)部的制動回路,可以進行電氣制動,必要時還可以加入直流電壓,進行直流制動;低速時可保持恒轉(zhuǎn)矩輸出,進行轉(zhuǎn)矩提升;容易實現(xiàn)對現(xiàn)有交流拖動系統(tǒng)的改造;在功率匹配合適的情況下,可以用一臺變頻器驅(qū)動多臺電動機;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

30、診斷和保護功能(過壓,欠壓,過流,過載,短路等故障的檢測與顯示)等等.2.4.4 變頻器的基本結(jié)構(gòu)和工作原理變頻器的基本結(jié)構(gòu)變頻器技術(shù)是一門綜合性的技術(shù)，它建立在控制技術(shù)、電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)和計算機技術(shù)的基礎(chǔ)之上，并隨著這些基本技術(shù)的發(fā)展而不斷得到發(fā)展。在變頻器幾十年的發(fā)展過程中，出現(xiàn)過多種類型的變頻器，下面主要介紹目前比較流行的變頻器的基本構(gòu)成。如圖所示：逆變電路直流中間電路整流電路交流電 頻率電(商用電源) 壓可調(diào)控制電路圖2.6 變頻器的基本結(jié)構(gòu)一般三相變頻器的整流電路是由三相全波整流橋組成，主要是對工頻外部電源進行整流，給中間電路、逆變電路及控制電路供電。中間電路的作用是對整流輸

31、出進行平滑，以保證逆變電路及控制電路能得到較高質(zhì)量的直流電源，平滑電路的主要構(gòu)成與整流電路有關(guān)，若整流輸出是電壓源，則平滑電路的主要元件是大容量是電解電容，若整流輸出是電流源，則平滑電路的主要元件是大圖容量電感。除此之外，中間電路還包括有制動電阻和其它輔助電路。逆變電路是變頻器的主要部件，其作用是在控制電路的控制下，將平滑電路輸出的直流電轉(zhuǎn)換為頻率和電壓均任意可調(diào)的交流電。逆變器的輸出就是變頻器的輸出?？刂齐娐钒ㄖ骺刂齐娐?、信號檢測電路、門極驅(qū)動電路、外部接口電路、保護電路等。主要作用是將檢測到的各種信號送至運算電路。使運算電路能根據(jù)要求為變頻器主電路提供必要的門極驅(qū)動信號，并對變頻器和電機

32、提供必要的保護?？刂齐娐愤€有A/D和D/A接口，使變頻器能與外部設(shè)備配合使用?？刂齐娐返膬?yōu)劣決定了變頻器性能的優(yōu)劣。變頻器基本工作原理逆變電路是變頻器的重要部分，要了解變頻器的工作原理，只須了解逆變部分的工作原理。我們知道，逆變部分的作用是將直流電轉(zhuǎn)變?yōu)轭l率和電壓均可調(diào)的交流電。下圖為一個簡單的三相逆變電路，在這個電路中，六個開關(guān)組成一個三相橋式電路，依次打開和關(guān)斷這六個開關(guān)，就可以在輸出端得到相位相差120 度的交流電。S1S3S5直流電壓U/V/WES4S6 S2 圖2.7 三相逆變電路原理開關(guān)頻率不同，輸出交流電的頻率就不同，同時，輸出電壓的平均值也不同了，這就達到變頻變壓的目的。當然，

33、實際變頻器內(nèi)部的電路比這個復雜很多，還包括其它很多的輔助器件。2.4.5 變頻器控制方式和基本原理在本實驗中，采用的是變頻變壓(VVVF)方式，主要是通過調(diào)節(jié)電源頻率來調(diào)速。由電機拖動理論可知，在調(diào)頻的同時，電機的輸出轉(zhuǎn)矩也同時發(fā)生變化，為了達到較理想的轉(zhuǎn)矩特性，在改變電流頻率時，電樞電壓也必須有相應(yīng)的改變，滿足=常數(shù)分析如下：因為電機輸出轉(zhuǎn)矩與磁通有關(guān)，T=CT 1I2COS其中CT為常數(shù)，1為每極磁通，I2為轉(zhuǎn)子電流，COS為功率因數(shù)。而MIM其中M為勵磁電感，IM為勵磁電流。又有E=j2fMIM=j2f因此，要使磁通不變，只要使=常數(shù)即可。但由于感應(yīng)電動勢E不便測量和控制，而電源電壓VE

34、,故只要使=常數(shù)便可使條件近似滿足。故變頻調(diào)速就是變頻變壓調(diào)速。2.4.6 變頻器的安裝設(shè)計基本要求變頻器應(yīng)該安裝在控制柜內(nèi)部。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、進風的大元件。 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300mm。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，一定要用膠帶嚴格密封或者采用假面板替換，防止粉塵大量進入變頻器內(nèi)部。對變頻器要進行定期維護，及時清理內(nèi)部的粉塵等。其它的基本安裝、使用要求必須遵守用戶手冊上的有關(guān)。2.4.7 變頻器對微機控制板的干擾問題解決

35、在注塑機、電梯等的控制系統(tǒng)中，多采用微機或者PLC進行控制，在系統(tǒng)設(shè)計或者改造過程中，一定要注意變頻器對微機控制板的干擾問題。由于用戶自己設(shè)計的微機控制板一般工藝水平差，不符合EMC國際標準，在采用變頻器后，產(chǎn)生的傳導和輻射干擾，往往導致控制系統(tǒng)工作異常，因此需要采取必要措施。良好的接地。電機等強電控制系統(tǒng)的接地線必須通過接地匯流排可靠接地，微機控制板的屏蔽地，最好單獨接地。對于某些干擾嚴重的場合，建議將傳感器、I/O接口屏蔽層與控制板的控制地相連。給微機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，可以有效抑制傳導干擾。另外在輻射干擾嚴重的場合，如周圍存在GSM、或

36、者小靈通機站時，可以對微機控制板添加金屬網(wǎng)狀屏蔽罩進行屏蔽處理。圖2.8 微機控制板的電源抗干擾措施對擬傳感器檢測輸入和模擬控制信號進行電氣屏蔽和隔離。在變頻器組成的控制系統(tǒng)設(shè)計過程中，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。因為變頻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，建議一定采用屏蔽電纜，并在傳感器側(cè)或者變頻器側(cè)實現(xiàn)遠端一點接地。如果干擾仍舊嚴重，需要實現(xiàn)DC/DC隔離措施?？梢圆捎脴藴实腄C/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。2.5 認識傳感器2.5.1 認識傳感器人們通常將能把非電量

37、轉(zhuǎn)換為電量的器件稱為傳感器，傳感器實質(zhì)上是一種功能塊，其作用是將來自外界的各種信號轉(zhuǎn)換成電信號。它是實現(xiàn)測試與自動控制系統(tǒng)的首要環(huán)節(jié)。傳感器技術(shù)是現(xiàn)代信息技術(shù)的主要內(nèi)容之一，信息技術(shù)包括計算機技術(shù)、通信技術(shù)和傳感器技術(shù)。計算機和通信技術(shù)發(fā)展極快，相當成熟，對此運用自如的工程技術(shù)人員也非常多，但精通而靈活使用傳感器技術(shù)的工作者卻很少，這是因為傳感器應(yīng)用技術(shù)都需要使用模擬技術(shù)，而模擬技術(shù)有很多問題難以解決。為了適應(yīng)現(xiàn)代科學技術(shù)的發(fā)展，世界眾多國家都把傳感器技術(shù)列為現(xiàn)代的關(guān)鍵技術(shù)之。傳感器是實現(xiàn)自動檢測和自動控制的首要環(huán)節(jié)。如果沒有傳感器對原始參數(shù)進行精確可靠的測量，那么無論是信號轉(zhuǎn)換或信息處理，或

38、都最佳數(shù)據(jù)的顯示與控制都是不可能實現(xiàn)的。傳感器的分類:傳感器的檢測對象非常多，主要有數(shù)量、長度、面積、立體、位置、含量、線性變位、旋轉(zhuǎn)變位、畸變、壓力、轉(zhuǎn)矩、流量、流速、加速度、振動、成分配比、水分、離子濃度、混濁度、粒狀體、比重密度、傷痕、濕度、熱量、溫度、火災、煙、有害氣體和氣味等29 種。按檢測功能可分為檢測溫度、壓力、濕度、流量、流速、磁場、光通道等，其中最常用的是溫度傳感器，其次是壓力、流量傳感器。傳感技術(shù)的重要性，可以毫不夸張地說，從飛往茫茫太空的宇宙飛船到游弋于浩瀚海洋的各種艦艇船只，從各種復雜的工程系統(tǒng)到人們生活中的衣食住行，幾乎都離不開各種各樣的傳感器，傳感技術(shù)對科學的各個領(lǐng)

39、域起著不可估量的巨大的作用。本項目主要研究的是壓力傳感器和溫度變送器在熱熔焊接機中的應(yīng)用。2.5.2 傳感器的選用原則傳感器千差萬別，即便對于相同種類的測定量也可采用不同工作原理的傳感器，因此，要根據(jù)需要選用最適宜的傳感器。(1)測量條件如果誤選傳感器，就會降低系統(tǒng)的可靠性。為此，要從系統(tǒng)總體考慮，明確使用的目的以及采用傳感器的必要性，絕對不要采用不適宜的傳感器與不必要的傳感器。測量條件列舉如下，即測量目的，測量量的選定，測量的范圍，輸入信號的帶寬，要求的精度，測量所需要的時間，過輸入發(fā)生的頻繁程度。(2)傳感器的性能選用傳感器時，要考慮傳感器的下述性能，即精度，穩(wěn)定性，響應(yīng)速度，模擬信號或者

40、數(shù)字信號，輸出量及其電平，被測對象特性的影響，校準周期，過輸人保護。(3)傳感器的使用條件傳感器的使用條件即為設(shè)置的場所，環(huán)境(濕度、溫度、振動等)，測量的時間，與顯示器之間的信號傳輸距離，與外設(shè)的連接方式，供電電源容量。3設(shè)計說明及總體構(gòu)想3.1 設(shè)計要求本設(shè)計要使卷膜勻速地輸送,自動使卷膜均勻地粘貼在鋁帶上,卷紙能夠正?；厥?能夠符合安全、快速、準確、均勻加工的要求。3.2 項目總體設(shè)計構(gòu)想3.2.1 構(gòu)圖設(shè)想本系統(tǒng)設(shè)想圖如下:圖3.1系統(tǒng)設(shè)想圖3.2.2 構(gòu)件組成設(shè)想S7-200 PLC中央處理單元采用CPU226，CPU226集成了24輸入/16輸出共40個數(shù)字量I/O點?？蛇B接7個擴

41、展模塊，最大擴展至248路數(shù)字量I/O點或35路模擬量I/O點，13K字節(jié)程序和數(shù)字存儲空間。6個獨立的30kHz高速計數(shù)器，2路獨立的20kHz高速脈沖輸出，具有PID控制器。用于較高要求的控制，具有更多的輸入/輸出點，更強的模塊擴展能力，更快的運行速度和功能更強的內(nèi)部集成特殊功能?？赏耆m應(yīng)于一些復雜的中小型控制系統(tǒng)。模擬量擴展模塊EM235尺寸：71.2*80*62mm 重量：186g 功耗：2w點數(shù)：4路模擬量輸入，2路模擬量輸出伺服電機（Panasonic MINAS Aseries）本項目選用伺服電機是MINAS A系列全數(shù)字式交流伺服電機，具體采用額定輸出功率較小的MSMA系列：

42、額定輸出功率400W；額定轉(zhuǎn)速5000r/min。特長：小慣量、小中容量。A系列特征：采用松下公司獨特算法，使速度頻率響應(yīng)提高2倍，達到500HZ；定位超調(diào)整定時間縮短為以往產(chǎn)品的1/4。 具有共振抑制和控制功能：可函蓋機械的剛性不足，從而實現(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，進一步提高系統(tǒng)精度。 具有一系列方便使用的功能： 1）內(nèi)藏頻率解析功能（FFT）,從而可檢測出機械的共振點，便于系統(tǒng) 調(diào)整。 2）有兩種自動增益調(diào)整方式：常規(guī)自動增益調(diào)整和實時自動增益調(diào)整。 3）配有RS485，RS232C通信口，上位控制器可同時控制多達16個軸。 電機防護等級達I

43、P65,環(huán)境適應(yīng)性強。 電機可配用多種編碼器，適應(yīng)各種用戶需要： 1）普通型：2500p/r增量式編碼器。 2）高精度型：17位型（217）增量式編碼器 3）特殊型217位型（217）絕對式編碼器。圖3.2伺服電機型號構(gòu)成說明圖3.2.3 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）；采用先進磁通矢量控制方式，調(diào)速比可達1：120（0.560Hz）可拆卸式風扇和接線端子，維護方便；內(nèi)置RS485通信口，可插擴展卡符合全世界主要通信標準；PID等多種功能適合各種應(yīng)用場合。柔性PWM，實現(xiàn)更低噪音運行；特點：配備各種功能配備PID功能，更適合風機

44、、水泵負載；高速頻率控制和碰停功能；停電時減速停止控制；順序制動控制；風機水泵專用控制功能。維護方便通過風扇ON/OFF控制，延長風扇壽命，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。3.2.4 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)部磁迴路的機械結(jié)構(gòu), 把角度的機械轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)化為電信號變化，實現(xiàn)無電接觸點的測量角度，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電流信號或05V，1-5V電壓信號，實現(xiàn)傳感器和變送器一體化.本產(chǎn)品帶有基準和滿度的調(diào)節(jié)，方便修正和調(diào)節(jié)測量范圍。特點及應(yīng)用：壽命長，可靠性高、可

45、連續(xù)分辨、耐環(huán)境污染。方便應(yīng)用于各類需要測量角度和角位移的設(shè)備和工作場合。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。正面（角度刻度端）反面（引線輸出端）圖3.3 角度傳感器外形尺寸示意圖：4程序設(shè)計主程序: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 /裝入采樣時間=0.1秒MOVR 30.0, VD1 /裝入積分時間=30分MOVR 30.0, VD124 /關(guān)閉微分作用MOVB

46、 100, SMB34 /設(shè)定定時中斷0發(fā)生的時間間隔為100msATCH INT_0, 10 /設(shè)置定時中斷以執(zhí)行PID計算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)變換成實數(shù)/R 32000.0, AC0 /標準化累加器中的值 MOVR AC0, VD100 /把標準化的PV值存入TABLE表NETWORK 2 /在自動方式下執(zhí)行PID控制LD I0.0 /一旦進入自動方式,就執(zhí)行PIDPID VB100, 0NETWORK 3 /把Mn轉(zhuǎn)換成16位整數(shù)

47、,Mn為單極性且非負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)難點及其解決辦法5.1變頻器對微機控制板的干擾系統(tǒng)設(shè)計或者改造過程中，一定要注意變頻器對微機控制板的干擾問題。由于用戶自己設(shè)計的微機控制板一般工藝水平差，不符合EMC國際標準，在采用變頻器后，產(chǎn)生的傳導和輻射干擾，往往導致控制系統(tǒng)工作異常，因此需要采取必要措施。 良好的接地。電機等強電控制系統(tǒng)的接地線必須通過接地匯流排可靠接地，微機控制板的屏蔽地

48、，最好單獨接地。對于某些干擾嚴重的場合，建議將傳感器、I/O接口屏蔽層與控制板的控制地相連。給微機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，可以有效抑制傳導干擾。另外在輻射干擾嚴重的場合，如周圍存在GSM、或者小靈通機站時，可以對微機控制板添加金屬網(wǎng)狀屏蔽罩進行屏蔽處理。圖5.1 微機控制板的電源抗干擾措施對擬傳感器檢測輸入和模擬控制信號進行電氣屏蔽和隔離。在變頻器組成的控制系統(tǒng)設(shè)計過程中，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。因為變頻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。如果干擾仍舊嚴重，需要實現(xiàn)DC/DC隔離

49、措施?？梢圆捎脴藴实腄C/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對變頻器的控制本項目的難點之二就是通過PLC實現(xiàn)對變頻器的控制及PLC對伺服電機的控制，也就是達到調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速的目的。作為變頻調(diào)速系統(tǒng)中的控制核心部分的變頻器，可以通過變頻器的控制面板或端子進行運行參數(shù)的設(shè)置,啟動或停止變頻器運行,讀取各種變頻器運行數(shù)據(jù)等等。在該項目的設(shè)計中我們采用了用PID控制的方法用PLC控制變頻器。6小結(jié)本畢業(yè)設(shè)計對項目進行了的初步論述。緒論分析了PLC在張力控制的應(yīng)用。第一章詳細地介紹張力控制系統(tǒng)的特性和各種應(yīng)用場合，以及詳細的介紹了PLC、變頻器、伺服電機、傳感器

50、的工作原理及概況。第二章對方案進行確定。方案中采用的PLC、傳感器、伺服電機、變頻器的詳細參數(shù)、型號。在選擇構(gòu)成項目的各種構(gòu)件時，考慮到了技術(shù)因素和經(jīng)濟因素。第三章是對整個項目的個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。第四章是對整體項目中可能會遇到的問題難題及其解決的辦法思路。本畢業(yè)設(shè)計在實際應(yīng)用中是有巨大現(xiàn)實意義及很大的經(jīng)濟效應(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)當中，極大的提高了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品的合格率，隨著科學技術(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的各行業(yè)。此次設(shè)計，還有以下幾點的體會：計之前要有一個宏觀系統(tǒng)的思路。宏

51、觀系統(tǒng)思路不僅僅是要對設(shè)計任務(wù)的進行結(jié)構(gòu)細化，還要將這些細化任務(wù)進行合理科學的安排，這樣才能使得設(shè)計的整個過程進行得有序，提高設(shè)計質(zhì)量。以嚴謹?shù)目茖W態(tài)度對待設(shè)計中的每一個細節(jié)。首先在思想上必須重視畢業(yè)設(shè)計，對于設(shè)計中的任何一個問題都要認真對待。閱讀大量的參考資料，綜合運用學過的知識。認真閱讀設(shè)備的手冊和資料，有助我們熟悉設(shè)備的操作，減少不必要的錯誤，提高工作效率。要有團體合作精神。本次設(shè)計，由四個同學共同完成。在設(shè)計過程中，我們始終保持良好的團隊精神，互相學習和交流經(jīng)驗，終于順利完成了設(shè)計任務(wù)。通過畢業(yè)設(shè)計，我們都得到了一次很好的鍛煉，自身能力有了較大的提高，這必將對我們今后的學習、工作、生活

52、產(chǎn)生重要影響。致 謝本文是在我的導師李 老師的悉心指導下完成的，從論文的選題到設(shè)計、寫作以及諸多環(huán)節(jié)導師都傾注了大量心血。由于本次設(shè)計涉及到一些新內(nèi)容和新方向，李老師在百忙中抽出寶貴的時間給予我們硬件和技術(shù)上最大的指導和支持。我們在設(shè)計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節(jié)的解決方案。導師認真務(wù)實的科研態(tài)度和無私、高尚的、為人師表的學者風范不僅教給我端正的科學態(tài)度，更重要的是教給我科學辨證的思維方式及做人原則。使我們受益非淺。在此謹向?qū)熤乱灾孕牡母兄x！ 四年來，學院的各位領(lǐng)導、老師給予我許多熱忱的關(guān)懷和無私的教導，在此表示最衷心的感謝！參考文獻鄧則名、鄺穗芳編 電器與可編程控制器應(yīng)用技術(shù) 北京：機械工業(yè)出版社 2001松下Panasonnic MINAS Aseries 伺服電機三菱電機變頻調(diào)速器FR-A540系列S7-200中文系統(tǒng)手冊附錄附表1 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位/010V，11位/05V，端子：12位/-1