高精度切纸机的控制研究

摘要

伴随着造纸技术的提高，对切纸机所剪切的纸张质量要求也越来越高。切纸机控制系统的性能直接决定了所生产纸张的品质，切纸机的剪切精度要高于整个造纸设备的其他部分。本文针对切纸机控制精度问题，设计了一套送纸辊和退纸辊以变频调速控制，切纸辊以伺服电子凸轮控制的高精度切纸控制系统。本文的主要内容如下：
　　（1）切纸机结构、原理及运行分析
　　本文首先介绍了切纸机的机械结构，对它的工作原理和工艺流程进行了描述，分析了整个切纸机控制系统所涉及到的有关技术和设计问题。对设定的纸张剪切长度和切纸辊的周长之间进行比较，分析了切纸辊在进行纸幅剪切过程中的三种运动状态，最终得出要使切纸机的剪切精度得以提高，送纸辊采取变频调速控制，切纸辊采取伺服控制。
　　（2）切纸机的送纸辊、退纸辊和切纸辊控制设计
　　切纸机控制系统的设计中对送纸辊和退纸辊采用变频调速进行速度控制，分别在送纸辊和退纸辊安装编码器，将自己的速度反馈到各自的变频器中，构成速度闭环控制。对切纸辊采用模糊逻辑和 PID控制算法相结合的控制策略，设计了切刀位置模糊PID控制器。使用伺服驱动器内的电子凸轮功能进行速度跟随控制，在送纸辊安装能够准确测量纸张速度的编码器，将其测量的纸幅速度作为主速度输入到伺服驱动器中，伺服驱动器根据切长和纸速等数据计算得电子凸轮曲线，驱动伺服电动机对纸张速度进行实时的跟随，伺服电机的编码器向驱动器反馈脉冲数，驱动器对电动机输出轴的位置进行修正。
　　（3）系统的硬件选型及参数设计
　　对整个控制进行硬件选型和参数设置，主要包括PLC、触摸屏、变频器、伺服驱动器及一些通讯线的接线。对电子凸轮的具体实现过程进行了分析和设置，对系统产生的干扰进行分析并提出解决办法。
　　（4）系统的软件设计
　　软件设计采用模块化编程思想，对送纸辊、退纸辊、切纸辊分别编写控制子程序。利用汇川伺服驱动器内的电子凸轮功能，编程实现了切刀位置控制算法；利用运动控制器内的TABLE变量，建立模糊控制查询表，编制查表程序，以实时查询的方式在线修正运动控制器 PID参数，实现切刀精确定位控制；利用西门子触摸屏编程软件Wincc Flexible进行触摸屏控制界面的编写和下载。
　　整个控制系统经过近一年的运行，达到了最初的设计目标，切纸精度高，可以控制在±0.5mm,得到用户的充分肯定。

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英文摘要

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1 绪论

1.1研究目的和意义

1.2国内外的现状与发展

1.3主要内容及章节安排

2切纸机的结构与控制系统分析

2.1切纸机的机械结构及工作原理

2.2切纸机的控制系统中应用到相关技术

2.3切纸辊运行状态分析

2.4本章小结

3 切纸机控制系统设计

3.1送纸辊的速度控制

3.2切纸辊的速度控制

3.3切纸机的张力控制与分析

3.4切纸机整个控制系统的方案设计

3.5本章小结

4 切纸机控制系统的硬件选择与设计

4.1切纸机控制系统的硬件介绍与选型

4.2切纸机控制系统中的通讯设置

4.3电子凸轮的具体实现

4.4干扰分析及解决办法

4.5本章小结

5 切纸机控制系统的软件设计

5.1送纸辊速度控制程序设计

5.2切纸辊速度控制程序设计

5.3退纸辊张力控制程序设计

5.4模糊PID算法子程序设计

5.5触摸屏操作界面

5.6本章小结

6 总结与展望

6.1本文的工作总结

6.2未来工作展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

攻读硕士学位期间参与的科研项目

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