基于伺服电动机的硅钢片横剪线自动控制系统设计

摘要

本课题受浙江兴基源电气设备有限公司的委托，致力于设计一条基于伺服电动机的HJ400硅钢片横剪线自动控制系统。制定了横剪线控制系统的设计方案，从硬件设计与软件编程两个方面入手，经过现场的调试，最终满足了厂方提出的控制要求。
　　 本条横剪线系统采用三菱FX-3U系列PLC，附加了高速计数模块和模拟量输出模块，同时使用西门子触摸屏进行监控，以三菱MR-J2伺服驱动器和三菱FR-E740变频器作为主要的执行设备。最终构建出以PLC为控制核心，并结合变频调速、人机界面监控、PID算法控制、送料误差补偿的高水平自动控制系统。
　　 系统硬件设计上主要是对控制设备的型号进行选型，并设计系统的控制原理图、设备布局图及设备接线图。系统最终设计出1个控制柜和3个操作台。系统的软件设计主要是通过GXWorks编程软件，对PLC进行软件编程，编写HJ400硅钢片横剪线生产工艺流程中各设备的运行控制程序。同时通过WinccFlexible编程软件对触摸屏进行组态画面的编写设计。方便操作员在触摸屏上对整条生产线的参数进行设置、修改和监控，使控制系统的控制更加简单、更加方便和直观。
　　 在本条硅钢片横剪线自动控制系统设计中，首先需要对生产线各部分的控制原理进行研究，继而制定出各部分的控制方案。系统的关键技术送料机构送料精度、送料机构和开卷机的同步速控制问题。本文重点研究了开卷机调速控制和送料机构的伺服驱动控制，并提出了基于三菱FR-E740变频调速器PID参数控制的同步速控制方案，同时利用PLC软件编写程序控制器提高算法的控制精度，达到比较理想的控制效果。
　　 HJ400硅钢片横剪线设计完成后，已经投入生产。本文对调试运行过程也进行了介绍。在调试过程中，发现的分料故障和送料精度差等问题均已排除。整条生产线的控制功能完善，操作方便，横剪线运行也较稳定，开卷机和送料机构同步速控制精确，其功能指标均达到了厂方的要求，提高了企业的生产效率，为企业取得了良好的经济效益，达到了课题预期的目标。

目录

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CONTENTS

摘要

第一章 绪论

1．1 概述

1．2 课题的背景及意义

1．3 本文研究的主要内容

第二章 硅钢片横剪生产线生产工艺及控制要求

2．1 硅钢片横剪线的工艺流程

2．2 硅钢片横剪线的基本构成

2．3 横剪机组工艺参数

2．4 成品规格及要求

2．5 横剪线的主要被控对象

2．6 本章小结

第三章 控制系统的硬件设计

3．1 硅钢片横剪线控制系统总体方案设计

3．2 横剪线系统中的主控设备简介

3．2．1 主控制器件的选择

3．2．2 三菱PLC FX3U-80MT性能

3．2．3 高速适配器模块FX3U-4HSX-ADP

3．2．4 模拟量输出模块FX3U-4DA

3．2．5 旋转编码器的选择

3．3 伺服送料控制系统的设计

3．3．1 三菱MR-J2S系列伺服驱动器及伺服电机

3．3．2 伺服驱动器控制原理图

3．4 开卷机变频调速控制系统设计

3．4．1 三菱FR-E740变频器

3．4．2 变频器控制原理图

3．5 辅助定位控制系统的设计

3．5．1 三菱MR-E70伺服驱动器

3．5．2 辅助定位伺服驱动器控制原理图

3．6 本章小结

第四章 HJ-400硅钢片横剪线控制系统的软件设计

4．1 控制系统软件设计基本功能

4．2 HJ400硅钢片横剪线控制系统PLC主程序

4．2．1 横剪线控制系统PLC程序的建立

4．2．2 横剪线控制系统PLC程序总体结构

4．3 横剪线送料子程序设计

4．3．1 HJ400硅钢片横剪线送料系统程序设计

4．3．2 硅钢片横剪速度的设定

4．4 HJ400硅钢片横剪线控制同步速子程序设计

4．4．1 同步速度控制数学模型

4．4．2 速度检测子程序的设计

4．4．3 开卷给定计算子程序

4．5 HJ400硅钢片横剪线控制系统人机界面设计

4．5．1 触摸屏Smart line 1000的主要功能特点

4．5．2 控制系统对人机界面的基本要求

4．5．3 HJ400硅钢片横剪线控制系统触摸屏程序设计

4．6 本章小结

第五章 HJ400硅钢片横剪线控制系统的调试运行

5．1 HJ400硅钢片横剪线控制系统的安装

5．2 硅钢片横剪线的现场调试步骤

5．3 硅钢片横剪线伺服送料部分的调试

5．3．1 伺服驱动器的参数设定

5．3．2 送料误差补偿调试

5．4 硅钢片横剪线同步速部分的调试

5．4．1 变频器的参数设定

5．4．2 同步系数K值的设定

5．4．3 变频器PID参数自整定的调试

5．5 调试过程中的主要问题

5．6 本章小结

总结与展望

附图

参考文献

致谢