（电气工程专业论文）apex150轮胎胶挤出生产线速度控制系统的技术改造.pdf

a p e x l 5 0 轮胎胶挤出生产线速度控制系统的技术改造 1 1 e c h n i c a l i m p r o v e m e m o fs p e e dc o n t r o ls y s t e mo f a p e xl5 0t y r e e x t r u d e rp r o d u c t i o nl i n e a b s t r a c t w i t hc u s t o m s i n c r e a s i n g l y1 1 i g hr e q u i r e m e n t so n 幽eq u a l i t ) ，o f p r o d u c t s ，s o m el o n g - u s e d e q u i p m e n ti nm a l l u f 如t u r ec a nn o tm c e tt h ed e m a n do fp r o d u c t i o n t h i sr e s e a r c hi so nt h c t e c h n i c a li m p r o v e m e n to ft h es t r e t c ho fp r o d u c t s ，w h i c hr e s u b 缸) mt h eu n s t e a d y s p e e d c o m r o l l i n gs y s t e m o f t h e a p e x l 5 0e x t r u d e rp r o d u c t i o n l i n c f i r s t l y ad e t a i l e di n t r o d u c t i o no ft h ee q u i p m e n t sm a l 【e u p 、c o n 仃o la f l do p e r a t i o ni s p r e s e n t e d t h e n ，t h em a 协r e a s o nf o rt h es t r e t c ho fp r o d u c t si se x p l a i n e d ，w h i c hi i e si nt h ef 犯t t h a tt h es p e e db e t w e e nt h ec o o l i n gs y s t e ma n dt h ew i n d i n g u ps y s t e mi so n l yc o n t m l l e db y h i l oe l e c t r i c a ls w i t c h t h e r e f o r e ，t h ec h a l l g eo fs p e e dm a yb eg r e a tw i t h i nas h o r tt i m e f o r d i f f e r e n tp r o d u c t s ，t h eh i g h e s tc h 锄g i n gr a t eo fs p e e dc o u l dr e a c h4 0 ，b u tt h er e q u i r e d c h a n g i n gr a t eo f s p e e db yt h em a l l u f a c t u r ed e p a n m e n t s h o u l dn o tb eh i 曲e rt h a r i1 0 s e c o n d l y ，af e wt y p i c a lt y p e so ft e n s i o nw i n d i n g u pd e v i c e sa r ed e e p l yd i s c u s s e d a c c o r d i n g t ot h es p e c i 矗cc o n d t i o n so f 伽i se q u i p m e n t ，i t i sd e t e h n i n e dt h a tt h e d r i v e n b y c e n t e rj u m p i n g i d l l e rp o s i t i o nt e n s i o nw i n d i n g u pd e v i c ei s t h em o s ta p p r o p r i a t e o p t i o n 1 na d d i t i o n ，b a s e do nt b er e q u i r e m e n t so ft h ep r e c i s i o na i l dq u a l i t yb yt h em a i l u f a c t u r e d e p a n m e mo nm ee q u i p m e n t t h en e w c o m r o l l e ra l l dt h es e n s o ra r es e l e c t e d f i l l a l l y ，s i n c eh i l oe l e c t r i c a ls w i t c hc 锄n o tl i m i t t h ec h a l l g i n gm t eo fs p e e dl o w e rt h a i l 10 p ic o n t r 0 1 l e ri sc h o s e nt od ot | l er e a l t i m ea n df 如tt e s to nt h ec o n 仃o l l i n g o b j e c t h o w e v e r ，b e c a u s et h es i z e 、s p e co ft h ew i n d i n g u pp r o d u c t sk e 印c h a l l g i n g ，s i m p l ep i c o n t r o l l e rc a nn o tb es u i t a b l ef o ra l lt y p e s ，a n di ti sl 州t od e f i n et b ec o n t r o l l i n gp a r a m e t e r s o ft e n s i o nc o n t r o li n 仃a d i t i o n a lp ic o n t m l l e lb a s e do nt h et f a d i t i o n a lp ia 由u s t i n g ，t h e s e l f a d j u s t i n go fp ip a r 锄e t e ro fm en e wt y p eo fc o n t r o l l e r i sr e a l i z e dt h r o u 曲f h z z y r e a s o n i n 吕a c c o r d i n gt ot h ew a r pa i l dt h ec h a n g i n gr a t eo fw 唧t h u s t h es y s t e mc o u l db o t h h a v et h er o b u s t n e s sf r o m 血z 巧c o n t r o la l l dn i c es t e a d yp r e c i s i o n 舳mp ic o n t r o i w i t ht h ea p p l i c a t i o no f 毗7s e l f 二a d j u s t i n gp ic o m r o l l e rt ow i n d i n 哥u pt e n s i o nc o n t r o l s v s t e mo ft h ea p e x l5 0e x t m d e rp r o d u c t i o nl i n ei np a s tt w om o n t h s ，s o m ep r o b l e m s ，w h i c h - “ 沈日i f 业人学硕 ：学位论文 r c s u l t 疔o mt h ec h a l l g e so fs p e e da n dt 1 1 ep r o d u c ts p e c ，s u c ha sw r o n gb r e a d ma n dw r o n g w e 适h tw e r el a r g e l yr e d u c e d t h eq u a l i t yo fw i n d i n 争u pw a sd r a m 砒i c a l l yi m p r o v e d t h e c h a n g i n gr a t eo fs p e e do fa l lp m d u c t sd e c r e a s e d t ol e s st h a nl o i ti s p r o v e db y e x p e r i m e n t a lr e s e a r c ha n de n g i n e e r i n gr o u t i n em a tt h ec o m m l l i n gc h a r a c t e r i s t i c so fs y s t e m h a sb e e nc o n s i d e r a b i yi m p r o v e db y 印p l y i n g 如z z ys e l f - a d j u s t i n go fp a r a m e t e r st o t h e t r a d 主t i o n a lp ic o n t m l l e la n dt h e r e f b r ei t 、w u l dh a v e伊e a tp r o m i s ei nw i n d i n g u p t e n s i o n c o n t r o ls y s t e m k e y w o r d s ：w i n d i n g u ps y s t e m ， t e n s i o nc o n t r o i ，p ic o n t r 0 i ， f u z z yc o n t r o i ， s e l f _ a d j u s t j n g ，p ic o n t r o i i e r 独创性说明 本人郑重声明：所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工 作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方 外，论文中不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含为获得 沈阳工业大学或其他教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同 工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说明并表 示了谢意。 签名：盘笙塑日期：至竺! z 笙必目 关于论文使用授权的说明 本人完全了解沈阳工业大学有关保留、使用学位论文的规定，即： 学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公 布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论 文。 ( 保密的论文在解密后应遵循此规定) 躲趣缢亟翩躲銎攀吼掣 沈琦ih 世人学硕+ 学位论文 1 课题的来源及选题的依据 1 1a p e x l 5 0 轮胎胶挤出生产线简介 a p e x l 5 0 轮胎胶挤出生产线主要用于生产子午线轮胎的三角胶、胎侧胶。该生产 线主要由供料机、a p e x l 5 0 挤出机( 包括液压机头、液压站、温控装置) 、接取装置、 冷却装置及卷取装置组成。 1 1 1 供料机 供料机的作用是将常温宽胶片连续供给挤出机。在供料机靠近胶盘的这一端，设有 一个金属探测器，用于检测胶片中是否含带金属，当探测到有会属之后，供料机将延时 停机，同时发出声光报警信号，由工人将含带会属的胶片裁掉后，重新启动，供料机继 续运行供胶。供料机靠近挤出机喂料口端有一可摆动输送带的头架，由气缸支撑。头架 摆轴上安装有电位器，可以自动调节供料机的线速度与主机速度相匹配。 1 1 2a p e x l 5 0 挤出机 该机由a p e x l 5 0 挤出机体、温度控制系统、液压机头、液压站组成。 ( 1 ) a p e x l 5 0 挤出机体工作原理 电动机经v 型传动带将动力传给减速器；减速器 又经花键副将动力传给螺杼，同时经一齿轮副将部分动力传给喂料辊，这样胶料从喂料 口连续喂入，在机筒、螺杆、销钉的相互作用下，得到输送、搅拌、剪切、压缩并均匀 塑化。在机头口型作用下，胶料呈一定形状挤出。 ( 2 ) 温度控制系统温度控制系统用来控制整个挤出机( 机头、机筒螺杆、喂料辊等) 的温度。丌车| j 电加热器通电，将循环介质( 软化水) 加热后，经泵进入挤出机各段进 行预热，使机器各段按工艺要求达到预热温度后开车。丌车后胶料塑化产生大量的热量， 由循环介质带出，通过热交换器由冷却水将热量带走。 ( 3 ) 液压机头液压机头主要由上模、下模、墙板、锁门、横梁、导杆、流道板、口 型框板、预口型板、口型板、口型插板及油缸等部分组成。下模与墙板连接，墙板背面 固定在挤出机前端法兰上，流道板装在下模凹腔内。上模通过铰链机构可相对于墙板与 下模作翻转及合拢运动。上、下模是靠左、右锁门斜面锁紧。通过锁紧油缸动作，推动 a p e x l 5 0 轮目胶挤山生产线速度控制系统的技术改造 横梁，带动导杆使锁门往回拉。使上模推紧于墙板的同时与其下模加紧，口型框板、预 口型板、d 型板装在一起组成口弛装胃。口型装置的央紧靠口型插板通过油缸完成。除 口型装胃的转丌及合拢靠手动外，液压机头其它部分的动作郜靠油缸来完成，而且有一 定的顺序。每一步动作与动作之间有相互联锁关系，只有前一动作完成以后，后一动作 才能进行。每步动作是否到位，由接近开关检测。 ( 4 ) 液压系统该机液压系统由液压站和六条相互独立的液压回路组成。这六条网路 分别是上捅板油缸网路、下插板油缸回路、上模歼合油缸凹路、插销油缸叫路、锁门锁 紧油缸回路、锁门丌合油缸回路。液压站包括油箱、油泵、电机、过滤器、溢流阀、减 压阀、阀板、压力继电器、电磁换向阀、液控单向阀、单向节流阀、单向阀等主要液压 元件。 1 1 _ 3 接取装置 接取装置是接墩挤出机挤出的制品，并使制品经自然收缩后进入下道工序。该部分 主要由可摆动的接取滚道架，主、被动辊筒，托板，输送带，托辊，张紧装置，打字装 置，机架，传动系统等组成。此装置以一个可下摆和抬起的接取滚道架作过桥，将挤出 机挤出的橡胶制品通过一组铝托辊，引向接取输送皮带后输送到另一个装嚣。 1 1 4 冷却装置 冷却装置是对上道工序接取装置输送过柬的橡胶制品进行自然冷却以及可对多达4 条的型胶进行分离定位后进入下道工序。该部分运输带分三层，主要由主、被动辊筒， 托板，运输带，托辊，张紧装臀，分胶装置，机架，传动系统等组成。 1 1 5 双工位卷取装置 双工位卷取装置为双工位轴式卷取机。把从挤出机挤出的制品，经冷却后以轴卷取 的方式衬上挚布卷在工字轮上待用。陔设备主要由机架、换工位传动部分、卷轴传动部 分、卷取架、挚布导丌架、扩布辊、定位支架、轮子及行程丌哭等组成。为了达到轴卷 取，卷轴的传动采用直流电机。山直流控制系统使卷取过程中摹本保持恒线速度卷取。 沈饵 f ：业人学硕十学位论文 为满足同时收卷多个小条制品时，各分盘需用到四条挚布的要求。所以本设备上每个工 位设有四根方轴，可同时放置四个挚布卷，挚布放出的张力由气控制动器实现并可调制 动力矩。 1 1 6 光电开关安装架 光电丌关安装架有两种。一种是上、下两排光电开关，每排三个，安装在接取装置 与冷却装置之间。另一种是上、中、下三排光电丌关，每一排三个，安装在冷却装置与 双工位卷取机之间。根据胶长处于不同的高度位置，光电开关分别发出信号，从而控制 生产线上机关设备的工作速度，以达到生产线工作速度同步之目的。 1 1 7a p e x l 5 0 轮胎胶挤出生产线示意图 图1 1 为a p e x l 5 0 轮胎胶挤出生产线主要组成部分分布示意图。 卷职装置 冷却装置 接职装置 n 。x 工幺飞一- 少、吣酋 图1 1a p e x l 5 0 挤出生产线示意幽 f i g 1 1d i a g r a mo f a p e x l 5 0e x t r u d e rp r o d u c t i o n l i n e 挤出机 1 2a p e x l 5 0 轮胎胶挤出生产线的电气传动与自动控制系统简介 1 2 1 概述 a p e x l 5 0 轮胎挤出机生产线的电气传动点与控制的主要对象为：挤出机直流电机 ( 1 8 5 k w ) 一台，供料机直流电机( 2 2 k w ) 台，接取装置直流电机( 1 5 k w ) 台， 浮动辗 浮动辊 a p e x l5 0 轮胎胶挤出生产线速度控制系统的技术改造 冷却装罱直流电机( 3 k w ) 一台，收卷装嚣双工作直流机( 2 2 k w ) 二台及液压机头 个。控制要求为：熬条线能连续甲稳运行，按工艺要求实现三角胶及型胶的挤出，冷却 及卷取。为此要求各直流电机能协调运转，速度匹配，稳定可靠及操作简单，维护方便。 为此，六台直流机的驱动器均选用英国c t 的m e n t o ri i 型全数字直流调速器( m 5 5 0 一台、m 2 5 丘台) ，液压机头的自动丌合模及锁紧控制选用同本三菱公司的p l c 来完成。 1 2 2 系统组成 整条生产线的电气控制部分由五个电控柜，一个主操作台，四个分操作箱及三个分 按钮盒组成。 ( 1 ) 五个电控柜 1 号柜：电源柜。整条生产线的电源由此供给，控制整条生产线电源。 2 号柜：主机传动柜。控制挤出机电机的启、停及调速。 3 号柜：供料机传动及液压机头控制柜。控制供料机启停，凋速及与主机速度协调； 控制液压机头顺序动作。 4 号柜：接敢装置及冷却装置传动柜。控制接耿机及冷却电机的启、停、调速及速 度同步运行。 5 号柜：双工位卷取传动柜，控制卷取无张力卷取，并能与生产线速度同步及工位 变换( 换卷时使用) 。 ( 2 ) 主操作台 指示部分：可以指示供料机、主机、液压机头、接取装置、冷却装置等的工作状态 及故障报警情况。 操作部分 1 ) 可以操作整条生产线的制作电源及紧急停机； 2 ) 供料机的联运调整； 3 ) 液压机头的合模开模，液压油泵的启停及丌模冷卸等功能； 4 ) 主电机的肩停、凋速及润滑油泵的启停； 沈日l i ：业人学硕卜学位论文 5 1 接取装置的启停，调速及冷却装置单机联动转换 ( 3 ) 四个分操作箱 1 ) 号操作箱：供料机操作箱。指示供料机的工作状态，能操作供料机启停，调速， 单机联动，转换，并能操作整条线紧急停机。 2 ) 号操作箱：冷却装置操作箱。指示冷却装置工作状态：能操作冷却装置的启停及 单机调速。 。3 ) 号操作箱：1 工位卷取操作箱。指示l 工位电机工作状态，能操作1 工位电机的 启停及单机调速，单机联动转换，斜度给定，工位变换。 4 ) 号操作箱：2 工位卷取操作箱。其功能与1 工位操作箱相同。 ( 4 ) 三个分按钮盒 l 号按钮盒：供料机按钮盒。具有紧急停机，供料机启停，点动，复位等功能。 2 、3 号按钮盒：卷取装置按钮盒。具有紧急停机，卷取装置启停，工位变换等功 能。 1 ，2 3 生产线的主要技术指标 ( 1 ) 主机螺卡1 i 转速：0 3 5r m i n ( 2 ) 供料机线速度：o 5 “m i n ( 3 ) 生产线速度：o 1 5m m i n ( 4 ) 接取线速度：l m l 5l y l m i n ( 5 ) 冷却线速度：1 0 一1 5l i l m i n ( 6 ) 卷取线速度：l o 1 5i i m i n ( 7 ) 全线装机容量：2 6 0k w 1 3a p e x l 5 0 轮胎胶挤出生产线的使用与操作 该生产线由五大部分组成郎：主机、供料机、接取装置、冷却装置及卷取装置，在 每部分单独调试好的情况下，可进行证常运转操作。 1 3 1 开机 a p e x l 5 0 轮胎胶挤出生产线速度控制系统的技术改造 在开机前，将电控柜上的所有“内控外控”开关置于“外控”位置，将所有电控 柑内的宅气丌关合上，然后，将总电源丌关合上，再合上主操作台上的控制电源丌关。 这样，就町以进行各部分的操作。 1 3 2 主机的操作 当主机温控装置各区段温度均达到设定值后，方能开动主机。进行负荷试车。 ( 1 ) 在主操作台上，按下“油泵启动”按钮启动油泵。 ( 2 ) 在主操作台上，按下“主机启动”按钮，启动主机和电机的风机。 f 3 ) 在主操作台上，旋转主机的调速电位器，调节主机的转速到：i = 艺要求值。 ( 4 ) 需要停机时，将调速电位器反时针旋到底，按下“主机停机”及“油泵停机”即 可。 1 3 3 液压机头的操作 ( 1 ) 在主操作台上，按下“液眶泵启动”按钮， ( 2 1 j 辱“试机一运行”开关置于“运行”。 f 3 1 按“合模”按钮，进行合模动作。 ( 4 ) 当需要丌模时，要先按“开模冷却”按钮， 按“开模”按钮，进行开模动作。 1 3 4 供料机的操作 启动液压泵。 待“允许丌模”指示灯常亮时，才能 ( 1 ) 供料机操作箱上的“单机一联动”丌关置于“单机”，按“启动”按钮，启动供 料机运转，调节供料机速度，将胶片送入挤出机，然后，将“单机一联动”按钮胃于“联 于”，在主操作台上，调节“供料机调度”电位器，将供料机的速度调节到与主机速度 匹配。 ( 2 1 当会属探测器，检测到与金属时，供料机将延时停机，并报警。操作者在供料机 按钮盒上，利用点动按钮，将会属调剑适当位置，以便裁剪，然后，按复位按钮，弭藿 新启动供料机。 沈h i ：业人学硕十学侍论文 ( 3 ) 当需要停机进，在操作箱上，按“停机”按钮即可。 1 3 5 接取装置的操作 ( 1 ) 在主操作台上，按下“接取装置启动”按钮，启动接取装置运转。 ( 2 ) 调节接取装黄调速电位器，将接取装置的速度调节到与主机速度匹配。 ( 3 ) 需要停机时，按下“接取装置停机”按钮即可。 1 3 6 冷却装置的操作 ( 1 ) 将主机操作台上冷却装置的“单机一联动”开关置于“单机”位置。 ( 2 ) 在冷却操作箱上，按下“启动”按钮，冷却装置运转。 ( 3 ) 调节“速度调节”电位器，将冷却装置的速度调节到与接取装置的速度匹配，并 使胶条处于上、下光电开关之阳j 。 ( 4 ) 将主机操作台上的“单机一联动”开关最于“联动”位置。 ( 5 ) 需要停机时。按下“接取装置停机”按钮即可。 1 3 7 卷取装置的操作 ( 1 ) 将操作箱上的“单机一联动”开关置于“单机”启动，卷取装置运转，将挚句 转好，停机等待工作。 ( 2 ) 按工位转换按钮，将需要工作的卷取电机移到工作位。 ( 3 ) 将胶条放于收卷盘上，然后启动收卷电机运转，旋转“单机调速”电位器，调节 收卷速度，使胶条处于中间光电丌关及下部光电开关之间。 ( 4 ) 将操作箱上的“单机一联动”开关嚣于“联动”。 ( 5 ) 观察胶条单环的移动情况，调节“斜度调节”电位器，使胶条单环处于中、下光 电开关之闻。 ( 6 ) 当卷满，需要换卷时，将胶片剪断，启动工位电机，进行工位更换。 ( 7 ) 重复( 3 ) 至( 6 ) 的操作程序。 1 3 8 停机 a p e x l 5 0 轮胎胶挤【l j 生产线速度控制系统的技术改造 在停机前，将各部分的电机全部停机，然后，将主操作台的控制电源1 ：关置于“o f f ” 位置，并将钥匙取出，再将主电源开关置于“o f f ”位置l l z j 。 1 4 课题的引出 从以上的介绍中可以看出原来接取装置、冷却装置、卷取装置的速度在单动中是靠 手动调节控制，在联动中足根据胶条是否挡住光电丌关架上的光电丌关进行速度控制， 但光电丌关反馈的只是单一的丌关曼，将信号传送给电机驱动器后，与操作给定速度进 行叠加，驱动器经过计算输出固定的信号控制电机以固定转速转动，这样使接取装霄、 冷却装置、卷取装置以同样的角速度进行旋转，图1 2 为冷却接取装置与冷却装置控制 示意图，图1 3 为冷却装置与卷取装置控制示意图。 幽1 2 接取装置与冷却装置控制示意图 f g 1 2d i a g f a mo 九h ec o n t r o lo f t a k e o v e rd e v i c ea n dc o o i i n gd e v i c e 反光板 闪为接耿装置勺冷却装置在生产过程中速度变化较小，所以产品在它们之问产生的 沈ri l ：业人学硕十学位论文 拉伸变形很小，完全能够满足生产需要。 卷取装置 反光板 幽1 r 3 冷却装置与卷取装置控制示意| 玺i f 嘻1 3d j a 掣a mo f t h ec o n t m io f c o oj i n gd e v i c ea r i dw i n d i n g u pd e v i c e 因为卷取装置丌始卷取时，卷取半径比较小，线速度比较慢，与冷却装置的速度相 匹配，所以不会对产品产生拉伸现象，但当卷取半径较大时，还是原来的卷取速度，产 品的线速度就会变的很大，超过冷却传送带速度，使卷取装置的速度在高速与低速之间 频繁变化，使产品产生拉伸现象，这样就使操作者在卷取将要结束时经常通过手动柬调 节卷取速度，浪费了大量的人力、物力，同时随着质量部门对产品质量要求的提高，现 有的a p e x l 5 0 轮胎胶挤出生产线冷却装置、卷取装置速度变化只有高速、低速两种变 化形式已经完全不能满足要求，表1 1 所示数据是改造前冷却传送带速度设定后，实际 速度的变化率，此种变化率直接反映出对产品的拉伸程度。生产部门通过多次试验总结 出：速度变化率在l o 以内生产出的产品完全符合质量要示。 垒! ! 茎! ! ! 丝堕坠堕坐尘兰垡望壁丝型墨竺塑壁查堕堡 表i l 改造前冷却装置速度变化率 t a b 1 1t h ec h a n g i n gr a t eo f s p e e d0 f c o o i i n gd e v i c eb e f o r em o d 讯ca f l o n 。慧翁崩代码鎏嫠篙妻实糕警述等慧述譬化率 3 6 闹 3 7 周 3 8 周 9 1 3 6 8 2 5 4 6 8 9 9 4 8 7 4 88 4 3 6 2 6 1 8 4 8 ，3 1 0 1 9 2 | 3 1 8 3 9 6 3 1 1 2 0 5 1o 沈目i1 业人学硕 学竹论文 2 张力导开和卷取装置介绍 目前，大约有2 5 3 0 种的卷取装置用在不同的工业场合，用于卷取片状材料，如钢 带，塑料，纸张，橡胶片及其他类似的材料。卷取和导开装置满足了这些原料的运输， 存放及再进一步加工和使用的需求。 从工艺的角度看，都有张力和精度的要求。张力和精度较差时，可能造成材料本身 的物理形状的变化而不满足工艺要求。 最常见的类型是中心驱动卷取装置。电机驱动卷取轮的中心卷轴，当卷取轮的直径 随材料的卷取而增大时，驱动电机的角速度在逐渐减小，以保持线速度的恒定；表面卷 取装置被应用在造纸 亍业，其电机直接驱动卷轴轮的表面。 有各种各样的控制构成图，这主要是装置构成及要求不同，变化的量也不同，如被 卷取材料的力的变化( 如钢，铝带等) ，材料的宽度有时也是变化的，卷轴的直径，生 产线的线速度，卷轴的半径变化范固，张力精度要求等等。 张力可以通过调整卷取电机的电流得到控制和调节，跳辊的位置，可以由电位器， 差动变压器，光电传感器，超声波传感器等进行测量。张力可以由应变测量传感器测出， 可编程控制器及驱动器的功能块可以完成电机速度及电流的运箅及调节。以达到控制被 卷取物料的张力1 6 l 。 下面将讨论几种张力卷取的方式，同时结合本生产线的实际情况以便找到一种经 济、实用且满足工艺要求的方法。 2 1 中心驱动的跳辊定位张力卷取装置 见图2 1 ，被称作跳辊定位卷取装置。材料上的张力取决于跳辊的位置及其机构的 加载结构。跳辊的位置是一个独立的控制环。假设对于某种特定的材料生产线的速度是 恒定的，卷取装置结构本身要求主轴的驱动速度随卷取半径的增加而减少，在以速度为 对象的驱动控制中，外部的控制环应提供一个速度修正信号，此信号应叠加到驱动器的 速度参考信号，以完成速度随半径的增加而连续减少的目的。 眷取主轴的线速度应等于生产线的主速度。据张力的要求，以确定跳辊的位置。同 时，随着半径变化，以跳辊位置为对象的外控制环应提供一个修正信号给驱动器( 即修 a p e x l 5 0 轮胎胶挤出生产线速度控制系统的技术改造 币信号来自于跳辊) f 3 1 。 弋谴蹴 2 2 中心驱动的张力检测卷取装置 见图2 2 中，被卷取的材料穿过各自由棍子，在一个自由辊e 加装张力检测单元， 系统将依据张力的测量值去控制中心驱动器的速度。外部的张力控制环应有独立的控制 器，以便消除和计算由于惯性，摩擦等环节带来的偏差。 捌2 2 张力检测卷取装置 f i g 2 2w i n d i n g - u pd e v i c ef o rt e n s i o nt e s t 2 3 中心驱动器的外径测量卷取装置 见图2 3 ，如果在卷取轴的外径上舸i 装一个半径洲最传感器。那么依据半径的变化 可修i f i 驱动器的速度，以使其保持与生产线的j 二速度一致。这也是一种方法，但需要考 沈雠ff 。业大学硕十学忙论文 虑的是有时材料本身不允许有测量辊的存在以及当卷轮变化时，必须重新标定测量信号 的零点等4 1 。 幽2 3 外径测昔卷取装置 f 培2 3w i n d i n 争u pd e v i c ef 研t h em e a s u r eo f e x t e m a id i a m e t e r 2 4 中心驱动的以线速度为目标的卷取装置 见图2 4 ，这种系统多用于直流卷取中。直流电机的电枢电流和电压应被两个独立 的控制环完成。电枢电流由一个内环控制器完成，也就是有独立的电流参考信号提供。 可由操作工给出，是张力的设定。生产线的线速度信号作为电襁电压的调节参考，应加 装一个测速度传感器，以测量线速度，但注意，测量线速度的辊子不能打滑。同时应有 保护电路以防止材料断开时，卷取轴的转速过快可能会对操作人员和设备造成伤害。 幽2 4 线速度控制卷取装置 f i g 2 4w i n d i n g u pd e v i c ef o rt h ec o n t r o jo f l i n es p e e d i n g a p e x l 5 0 轮胎胶挤u j 生产线速度控制系统的技术政造 2 5 表面驱动的速度调节卷取装置( 有张力传感器) 见图2 5 ，表面驱动辊的线速度与生产线的线速度足一样的，张力传感器的信号作 为辅助信号形成外环控制，以便满足张力的需求5 1 。 幽2 5 表面驱动的速度调1 7 卷取装置 f 9 2 5d r i v e n - b y s u 恤ew n d i n g u pd e v i c ef o rs p e e da d j u s t i n g 沈刚i ：业人学硕十学位论文 3 改造方案的确定 3 1 确定卷取装置 根据第二章提到的5 种类型的张力卷取装置。结合a p e x l 5 0 的实际情况，首先， 受接取装置、冷却装置、卷取装置实际安装位置的限制，无法加装新的机械辊子，所以 无法加装线速度测量单元；其次，因为卷取的卷轮有4 种，规格不同，如果加装测量半 径的传感器，实际的位置较难找；最后因为该设备生产的产品为橡胶产品，非常容易变 形、拉伸，所以表面驱动的速度调节卷取装置和中心驱动的张力检测卷取装置都不适合。 经过综合分析和考虑及成本的控制要求。决定用跳辊位置为控制对象的方法完成此装置 改造。这样投资少，施工容易，也能满足工艺要求。 3 2 确定新的冷却装置与卷取装置的控制方式 将卷取浮动辊高、低位光电歼关更换为能够连续检测浮动辊位置的传感器，由p l c 通过对浮动辊位置变化的计算来控制卷取装置的速度，新的控制示意图如图3 1 【砌l 。 a p e x l5 0 轮胎胶挤出生产线述度控制系统的技术改造 蚓3 1 新的冷却皱置与卷取装置控制示意幽 f i g 3 1d i a g r a mo fn e wc 0 0 i i n gd e v i c ea n dw i n d i n g - u pd e v i c e 3 3 选定新硬件 3 3 1 选定浮动辊位置传感器 u g a g et 3 0 系统是超声波检测方面一种操作简便、效果理想的超声波测距传感 器，简单的按键设定方式可满足各种应用场合，特别是不同高度物体的分拣。每个传感 器均有一个模拟量和一个丌关量输出端，它们可以设定为具有相同的检测窗口，也可以 分别设定为具有不同的检测窗口，每个输出还可设定为以设定点为中心的1 0 m m 宽的检 测窗口。主要性能指标如表3 1 所示1 9 圳】： 沈目if 业人。鞠项t 学位论文 表3 1u - g a g et 3 0 性能指标表 n 出3 1u g a g et 3 0s d e c i f i c a t i o n 项目性能 后缀为a ：近点1 5 0 m m ；远点1 m 检测范同 后缀为b ：近点3 0 0 m m ；远点2 m 供电电压 供电保护电路 输出形式 输出响应时间 电流输出州：1 2 2 4 v d c ( 最人波纹度1 0 ) ，空载电流9 0 m a 电压输出型：1 5 - 2 4 v d c ( 最人波纹度1 0 ) ，空载电流9 0 m a 反极性和瞬时过电压保护 开关鼙输出：当坡测物体位于检测窗口内，s p s t 嘲态开芙输出导通，根 据剐号不同，可选n p n 或p n p 西种输出 模拟带输山：根据型号不同，可选电压或电流两种输山，通过不同设定 顺序，可以设定为增耸或减量输出 开关餐输山： 后缀为a ：4 8 m s 后绣为b ：9 6 m s 模拟量输出： 后缀为a ：4 8 m s ，每1 6 m s 更新一次 f f 亓缀为b ：9 6 m s ，每3 2 m s 更新一次 1 7 a p e x l 5 0 轮胎胶挤山生产线速度控制系统的技术改造 输出参数 输出保护 检测性能， 被洲物为2 5 以 卜1 0 c mxl o c m 的铝板 凋1 y 结构 防护等级 接线方式 作环境 振动雨j 机械冲击 ( 续) 开关餐输出：最大电流1 0 0 m a 截r 状态漏电流：小丁5 u a 导通状态电压降：1 0 m a 时小r 1 v ，1 0 0 m a 时小r 1 5 v 模拟蕈输j j j ： 电压输出：o 1 0 v d c ( 最小负载阻抗1 k ) 电流输出：4 2 0 m a ( 负载为l q r m a x ) r 。a x = 生遴生压：2 y 2 0 m a 过载保护：短路保护；瞬时过压保护：上电后误脉冲保护 模拟苗输出分辨率：检测距离的士0 2 5 模拟鳞线性度：满惦样的士0 5 重复精度：检测距离的土o 2 5 最小检测窗口： 1 0 m m 开关鼙同筹： 2 5 m m 检测窗口设定：通过按键或远样设定端改定检测窗口，设定的先后顺序 决定增苗或减鹫输山 加l 矧的热塑聚酯外壳 防水设计，防护等级i e ci p 6 7 ；n e m a 6 p 2 m 或9 mp v c 电缆，或5 芯e u m 接插件 温度：2 0 剑+ 7 0 晟人相对温度：1 0 0 符合2 0 2 f 标准。2 0 1 a 方式( 振动：最人频率1 0 一6 0 h z ，舣向振幅 1 5 m m ，最人加速度1 0 g ) 也符合i e c 9 4 7 5 2 标准；3 0 g ，1 l m s ，卜止 怯波 1 8 沈刚i 。业人学硕十学位论文 从u g a g et 3 0 系统的各项性能指标来看完全能够满足我们的实际需求，结合 a p e x l 5 0 轮胎胶挤出生产线浮动辊的浮动量，我们选定后缀为a 的超声波传感器。 3 3 2 选定p l c 因为原有p l c 为同本三菱产品，缺乏备件且不便于维护，同时米其林公司考虑备 件的统一性，降低技术人员需要掌握多种控制系统使用的复杂性，控制系统都选用a b 公司的产品，所以将原有的p l c 更换为a b 公司的s l c 5 0 4 【l ，1 2 j ；图3 2 为s l c 5 0 4 外观图片 幽3 2s l c 5 0 4 外观图片 f i g 3 2a p p e a r a n c ep h o t o g r a p ho fs l c - 5 0 4 s l c5 0 0 系列p l c 是罗克韦尔自动化公司所属的a b 提供的高品质、高可靠的产 品。s l c5 0 0 t m 系列可编程控制器稳定可靠、性能卓越，适合于广泛应用的紧凑型可 编程控制器。从食品加工到钢铁制造，无论是单机使用还是分布式控制应用，s l c 5 0 0 都能提供稳定可靠、高性价比的解决方案。 功能强大：完成任务更多配置灵活：需要费用更省 s l c5 0 0 有多款不同容量和内置通讯接口的处理器可选。提供最大容量最多可达 6 4 k 字( 1 2 8 k 字节) 的数据程序内存，精心设计的控制内核保证了同样功能程序对内 存的占用率只有其它竞争产品的5 0 不到：s l c5 0 0 的模块化i 0 系统提供了包括开关 量、模拟量和专用模块在内的6 0 多种i o 模块。高密度模拟量模块，如1 6 a i 和8 a o 模块让用户可以在更少的空间进行更多的过程监控。s l c 5 0 0 系统还能提供符合i e e e c 3 7 9 0 要求的专业化监控系统产品。 稳定可靠：无论是单机应用，还是分布式控制在单一平台上，s l c5 0 0 就能实现 a p e x l 5 0 轮胎胶挤出生产线速度控制系统的技术改造 高速离敖控制和过程控制。对于类似灌装线和包装机的快速动作控制s l c 5 0 0 也非常适 合。对于在可靠性方面有更高要求的场合，s l c 5 0 0 还有硬件冗余系统可供用户选择。 此外，功能全面的诊断功能让使用过程中的故障排查变得简单。 贯通全厂直至信息层的通讯功能一一内置不同通讯接口的s l c 5 0 0 系列处理器，提 供多种控制器联网方式供用选择，以构成不同要求的工业监控网络。内置以太网接口 的s l c5 0 5 系列支持以太网通汛，内置d h + 口的s l c5 0 4 系列支持d h + 网高速对等通 讯。如果不需要以太网或d h + 嘲，用户还可以选择内置d h 4 8 5 通讯的s l c5 0 3 系列旧 i 4 1 。 应用广泛的多种现场总线集成：s l c 5 0 0 提供了与各类“智能”设备的现场总线接 口，这类设备包括各种传感器、按钮、马达启动器、现场操作员站和传动设备等等，这 就意味着： 节点成本低并且易于集成 安装成本低并且布线少 附加的智能设备诊断信息和快速故障排查 ( 1 ) 国际标准也是中国国标的g b t1 8 5 8 3d e v i c e n e t t m 现场总线 通过1 7 4 7 s d n d e v i c e n e t t m 扫描器模块，连接现场设备和i o 站。 ( 2 ) 远程i o ( r 1 0 ) 现场总线通过1 7 4 7 s n 扫描器模块。连接现场r 1 0i 0 站( 配 置1 7 4 7 a s b 适配器模块) 、传动装胃、现场操作员沾、第三方设备以及其它许多r i o 兼容产品。图3 3 为s l c 一5 0 4 模块配置图。 沈阳：r 业大学硕士学位论文 4 6 、 i ，_ l 。二 o”、c 、od、o ) 一 一 晶口口 、。o、d山、d 寸寸寸寸 卜 、 卜 卜 p 一 1一_ l 1 寸、o 、 = 也n j 1 r 一 忑 瞳 图3 3s l c 一5 0 4 模块配置图 f i 昏3 3m o d u l ec o n f i g u r a l i o no fs l c 一5 0 4 2 l t口一zl山寸卜一了一n 囊。 i 寸口一zi啦寸卜一c!町 a p e x l 5 0 轮胎胶挤生产线速度控制系统的技术改造 4 程序算法及编程 4 1 冷却装置与卷取装置速度控制程序算法 虽然卷取装置与冷却装置的线速度是正比例关系，但由于卷取的直径会越来越大所 以要考虑卷径的变化，卷取电机的角速度与冷却装置速度成正比、与卷径成反比。由于 卷取工字轮规格较多，无法安装测径传感器来检测卷径，所以只能采用p i 运算来动念 跟随冷却装胃的速度，通过积分运算来消除卷径变化的影响。实践证明p i 控制町以很 好的解决无直径测壤传感器的产品卷取问题，但本设备由于产品规格有很多种，生产线 最小速度为4 8 m m i n ，最大速度为8 8 n 1 m i n ，卷取工字轮也分为大小两种，所以同一套 p i 参数不能适用所有规格，需要根据产品选择不同的p i 参数。但由于产品数趋不吲定， 且产品的生产指标也会经常调整，所以无法根据产品来选择相应的p i 参数，为提高p i 控制系统的控制性能和适用范围，必须根据偏差实时地改变凰、k 这两个参数，即实时 调节p i 控制器的增益。本文提出的模糊自校正控制器使p i 调节器参数跟随系统误差变 化而动态变化，从而具备了模糊控制较强鲁棒性和p i 控制女0 弱稳态误差的功能。这样 既能降低超调，减小振荡，又能消除系统稳定时存在的静差，是一种两全其荚的选择。 4 2p i d 控制器介绍 4 2 1p i d 算法介绍 p i d 基本算法是这样的，控制器的输出是与控制器的输入( 误差) 成正比，与输入 的积分成正比和与输入的导数成f 比的三个分量