基于PLC的胶辊缠绕包覆生产线自动控制系统研究与开发

摘要

本文在总结国内外胶辊制造现状和水平的基础上，结合企业原有胶辊缠绕包覆生产线的生产情况，利用成熟的可编程控制技术，对胶辊缠绕包覆生产过程的自动化改造技术进行研究，开发出一套具备手/自动覆胶功能、高性能、高可靠性的胶辊缠绕包覆生产线自动控制系统.该系统的硬件主要由PLC、触摸式可编程终端、挤出机、工作台、辊芯旋转工作台、压胶装置、纠偏装置、气缸、光栅尺、温度/压力传感器等组成. 本文的主要研究内容有以下几个方面: (1)研究了胶辊缠绕包覆生产线自动控制系统的总体设计.分析了原胶辊缠绕包覆生产线存在的问题，研究了新胶辊缠绕包覆生产线的设备构成和工艺流程.通过对胶辊缠绕包覆生产线控制要求的分析，确定PLC控制方案为胶辊缠绕包覆生产线自动控制系统的实施方案，分析了该自动控制系统的控制原理，并给出了该自动控制系统的主要功能和主要器件选型. (2)研究了胶辊缠绕包覆生产线自动控制系统中变频调速技术、伺服电机驱动技术和步进电机驱动技术的应用.设计了挤出机和辊芯旋转工作台的变频调速系统，利用Modbus-RTU通信协议实现了PLC与变频器的实时数据通信，实现了挤出机出胶速度和辊芯旋转速度的平滑调节.通过PLC对步进电机和伺服电机的控制，实现了相应设备的旋转角度、速度和位置的运动控制. (3)运用PLC任务编程思想进行了整个控制系统的PLC程序结构设计，并编写了主控任务和其他分支任务的程序.运用PID控制算法实现了挤出机的温度控制和气缸的气压控制；设计了设备的原点搜索控制算法；编写了胶辊缠绕包覆的手动覆胶和自动覆胶控制程序；给出了挤出机和辊芯旋转工作台的变频调速系统程序设计流程；对提高控制系统的抗干扰能力的措施和故障诊断的规律也进行了研究. (4)运用CX-Designer开发了触摸式可编程终端控制程序，实现了整个系统的设备控制和手/自动覆胶功能.利用串行通信，实现了终端与PLC的实时通信.通过终端程序的开发，实现了生产线各个设备的运行状况显示、生产配方管理、温度趋势曲线和系统实时报警等功能.另外，还实现了胶辊缠绕包覆生产现场的实时动画模拟.

目录

文摘

英文文摘

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第一章绪论

1.1 PLC控制技术概述

1.1.1 PLC系统的基本结构

1.1.2 PLC的特点、应用领域和发展趋势

1.2国内外胶辊生产技术的发展历史和现状

1.2.1国外胶辊生产技术的发展状况

1.2.2国内胶辊生产技术的发展状况

1.3本课题的提出背景、来源、目的和意义

1.4本课题研究的主要内容

第二章胶辊缠绕包覆生产线自动控制系统总体设计

2.1原胶辊缠绕包覆生产线存在的问题

2.2胶辊缠绕包覆生产线的设备构成和工艺流程

2.2.1胶辊缠绕包覆生产线的设备构成

2.2.2胶辊缠绕包覆生产线的工艺流程

2.3胶辊缠绕包覆生产线的控制要求

2.4自动控制系统方案确定和原理分析

2.4.1系统控制方案确定

2.4.2系统硬件组成

2.4.3系统控制原理分析

2.5自动控制系统的主要功能和主要器件选型

2.5.1系统的主要功能

2.5.2系统的主要器件选型

2.6本章小结

第三章胶辊缠绕包覆生产线电机控制技术研究

3.1胶辊生产线电机控制回路连接

3.2胶辊生产线自动控制系统PLC模块配置和I/O地址分配

3.2.1 PLC各模块的地址分配

3.2.2 PLC本体I/O地址分配

3.2.3 PLC扩展模块I/O地址分配

3.3胶辊生产线变频调速系统设计

3.3.1变频控制的基本原理

3.3.2变频调速系统总体设计

3.3.3变频器的选型依据

3.3.4 Modbus通信协议及其在PLC与变频器通信中的应用

3.4 PLC对步进电机的控制

3.4.1 PLC控制步进电机的一般方式

3.4.2步进电机驱动器的控制

3.4.3 PLC控制步进电机的实现

3.5 PLC对伺服电机的控制

3.5.1伺服电机的工作原理和控制方式

3.5.2伺服电机的控制原理

3.5.3 PLC控制伺服电机的实现

3.6本章小结

第四章胶辊缠绕包覆生产线PLC控制程序设计

4.1任务编程

4.1.1任务编程的结构和特点

4.1.2任务的类型划分

4.1.3任务编程中循环任务的状态转换

4.2基于任务编程的胶辊生产线自动控制系统PLC程序设计

4.2.1编程工具及其使用

4.2.2系统主控任务程序设计

4.2.3 PID恒温恒压控制算法设计

4.2.4原点搜索算法设计

4.2.5手动覆胶任务程序设计

4.2.6自动覆胶任务程序设计

4.2.7变频调速系统程序设计

4.3系统的抗干扰性设计和故障诊断

4.3.1系统的抗干扰性设计

4.3.2系统的故障诊断

4.4本章小结

第五章胶辊缠绕包覆生产线终端控制技术研究

5.1触摸式可编程终端的特点和功能

5.2触摸式可编程终端的使用流程

5.3胶辊缠绕包覆生产线终端控制技术研究

5.3.1触摸式可编程终端的选型和通信链接

5.3.2触摸式可编程终端的主要功能对象

5.3.3胶辊缠绕包覆生产线终端程序设计

5.4本章小结

第六章总结与展望

6.1全文工作总结

6.2今后工作的设想与展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文及科研成果

致谢