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印刷機(jī)走紙與收卷部分的同步控制解決方案
印刷機(jī)械 瀏覽量:71次

一.概述

在紙張印刷生產(chǎn)過程中,存在收放卷等有關(guān)卷取操作的工序,紙張張力在動(dòng)態(tài)地變化。張力過小,紙張會(huì)松弛起皺,在橫向上也會(huì)走偏,引起卷筒邊緣參差不齊;張力過大,會(huì)導(dǎo)致紙張拉伸過度,在紙張的表面會(huì)出現(xiàn)隆起的筋條,嚴(yán)重的甚至?xí)辜垙堊冃螖嗔选楸WC生產(chǎn)效率紙張的表面質(zhì)量和卷筒邊緣的整齊程度,保持恒定的張力是十分必要的。本系統(tǒng)是通過控制走紙輥與收卷輥速度的方法來(lái)保證紙張上受到的張力恒定的,屬于速度的同步控制。

二.方案內(nèi)容

1.系統(tǒng)構(gòu)成

系統(tǒng)由一臺(tái)走紙變頻器(優(yōu)利康YD33P7 T4 BN)一臺(tái)收卷變頻器(優(yōu)利康YD37P5 T4 BN),一臺(tái)2.2kW走紙電動(dòng)機(jī),一臺(tái)3.7kW收卷電動(dòng)機(jī),一個(gè)浮動(dòng)輥位置識(shí)別用電位器,兩個(gè)編碼器、一塊優(yōu)利康PG-B卡,輸入輸出濾波器(可選),一臺(tái)艾莫生EC10 PLC與2路模擬量輸入模塊,2路模擬量輸出模塊構(gòu)成。

主要機(jī)械部分有走紙輥,浮動(dòng)輥,測(cè)長(zhǎng)輥,浮動(dòng)輥汽缸,收卷輥。

2.系統(tǒng)描述與框圖

系統(tǒng)通過控制走紙輥與收卷卷筒上的紙張線速度一致來(lái)保證紙張上受到的張力恒定,張力大小由浮動(dòng)輥上汽缸的壓力決定(由于浮動(dòng)輥擺動(dòng)幅度不大,所以改變汽缸的壓力就能改變紙張所受的張力)。由于收卷運(yùn)行過程中收卷卷筒的直徑是不斷變化的,要控制收卷線速度與走紙線速度一致,必須在收卷過程中將收卷卷筒的直徑實(shí)時(shí)地算出來(lái)。

用一臺(tái)優(yōu)利康YD53P7控制走紙電機(jī),控制紙張的運(yùn)行速度,它工作于開環(huán)矢量控制模式,頻率指令由PLC的一個(gè)AO口給定,此信號(hào)由PLC開關(guān)量輸入口的升速/降速按鈕控制(按住升速鈕速度慢慢平穩(wěn)上升,按住降速鈕速度慢慢平穩(wěn)下降)。收卷電機(jī)速度由一臺(tái)優(yōu)利康YD37P5 T4 BN變頻器控制,它工作于閉環(huán)矢量模式,頻率指令也由PLC的一個(gè)AO口給定,這個(gè)頻率指令與走紙變頻器的頻率指令、走紙輥與收卷輥的直徑比、機(jī)械傳動(dòng)比、浮動(dòng)輥電位器檢測(cè)出的位置量有關(guān)。兩個(gè)AO的指令是通過計(jì)算后同時(shí)給出的。收卷編碼器用于收卷輥單位時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)過的圈數(shù)檢測(cè)與收卷電機(jī)的矢量控制,測(cè)長(zhǎng)編碼器用于檢測(cè)單位時(shí)間內(nèi)走紙的長(zhǎng)度。浮動(dòng)輥檢測(cè)電位器輸出的模擬量送到PLC的AI口,用于檢測(cè)紙張受力大小的情況與浮動(dòng)輥的位置,給收卷輥速度作出補(bǔ)償。

3.設(shè)備動(dòng)作流程

  1. 按收卷啟動(dòng)鈕,PLC控制變頻器用一個(gè)很低的速度啟動(dòng)收卷電機(jī),將浮動(dòng)輥慢慢拉至中間位置,到位后利用優(yōu)利康變頻器的零伺服功能鎖定住電機(jī),使浮動(dòng)輥保持在中間位置。在此過程中測(cè)長(zhǎng)輥也隨紙張同步運(yùn)動(dòng),結(jié)合收卷輥轉(zhuǎn)過的圈數(shù)可自動(dòng)求得收卷卷筒直徑
  2. 按走紙啟動(dòng)鈕,接著按住升速鈕,紙張開始運(yùn)動(dòng),達(dá)到需要的車速后松開升速鈕
  3. 運(yùn)行過程中可以用升速/降速鈕隨意改變車速
  4. 收卷臨近完成時(shí)將速度降為0,并按總停鈕停止

4.頻率指令的計(jì)算

1.卷徑的計(jì)算公式:

D=L/(派×N)

式中D為收卷卷筒直徑, L為單位時(shí)間內(nèi)走紙的長(zhǎng)度, N為單位時(shí)間內(nèi)收卷輥轉(zhuǎn)過的圈數(shù)。

L=nc

式中n為單位時(shí)間內(nèi)測(cè)長(zhǎng)輥轉(zhuǎn)過的圈數(shù),由測(cè)長(zhǎng)輥編碼器獲得,c為測(cè)長(zhǎng)輥的周長(zhǎng)。

2. 頻率指令的計(jì)算:

系統(tǒng)控制的是收卷卷筒線速度與走紙線速度相等,故V1=V2。走紙輥速度與收卷輥速度的關(guān)系就是走紙輥與收卷卷筒直徑的關(guān)系。

所以:

F1=f×(d/D) ×i

式中F1為收卷輥電機(jī)基本速度, f為走紙輥電機(jī)速度,由升速/降速按鈕決定,D為收卷卷筒直徑,d為走紙輥直徑,i為減速比。

由于還有著其他影響控制精度的因素存在,比如機(jī)械損耗、紙張的柔韌性、加減速時(shí)負(fù)載的慣性變化、電機(jī)等執(zhí)行機(jī)構(gòu)的特性等,所以引入了浮動(dòng)輥的檢測(cè), 當(dāng)紙張受力發(fā)生變化時(shí),浮動(dòng)輥相應(yīng)擺動(dòng),變化量由電位器檢測(cè)得到,并對(duì)收卷電機(jī)基本速度作出修正, 修正量F2為:

F2=浮動(dòng)輥的偏差量×F1×X

浮動(dòng)輥的偏差量為浮動(dòng)輥中間位置與實(shí)際位置量的差,X為系數(shù),此系數(shù)的最佳值需要在調(diào)試中尋找。

為了防止系統(tǒng)在調(diào)整時(shí)產(chǎn)生過沖現(xiàn)象, 修正量F2應(yīng)被限制在F1的5%~15%之內(nèi)

最終收卷輥的給定頻率F為:

F= F1±F2

5.PLC控制

  1. PLC的I/O:

X0為測(cè)長(zhǎng)輥脈沖輸入,X1為收卷輥脈沖輸入,X2為收卷啟動(dòng),X3為走紙啟動(dòng),X4為總停,X5為升速,X6為降速

Y3為走紙輥啟動(dòng),Y4為收卷輥啟動(dòng),Y5為收卷輥電機(jī)的零伺服信號(hào)

2AD模塊的CH1為浮動(dòng)輥檢測(cè)輸入

2DA的CH1為走紙輥頻率,CH2為收卷輥頻率

  1. 程序流程:

1.初始化;上電后自動(dòng)寫入運(yùn)算需要輥的直徑、周長(zhǎng)、派機(jī)械減速比、編碼器線數(shù)、浮動(dòng)輥中間位置值等常量信息

2.浮輥拉起保持;

3.加減速;通過兩個(gè)按鈕使車速平穩(wěn)升降

4.編碼器脈沖采集;利用高速計(jì)數(shù)指令采集各輥單位時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)過的圈數(shù)

5.實(shí)時(shí)卷徑計(jì)算

6.給收輥頻率的計(jì)算;算出收卷輥基本頻率與浮動(dòng)輥反饋補(bǔ)償量后疊加

7.輸出模擬量頻率指令

6、變頻器參數(shù)

1.收卷變頻器YD57P5:

A1-01=4
A1-02=有PG矢量控制
B9-01=10;零伺服增益,按需要調(diào)整
C1-01=0;加減速時(shí)間由PLC控制,為了使兩電機(jī)的響應(yīng)相同,所以設(shè)置為0
C1-02=0
C2-01=0
C2-02=0
C2-03=0
C2-04=0
C6-01=2
E1-01=380
E1-04=80;收卷卷筒在空卷時(shí)直徑小,為了能與送紙速度同步,所以增大設(shè)定,與減速比和系統(tǒng)最大速度有關(guān)
E1-05=380
E1-06=50
E1-13=380
E2-01=8.8
E2-02=1.63
E2-03=3.56
E2-05=2.416
E2-07=0.36
E2-08=0.61
F1-01=612;碼器線數(shù),由于編碼器安裝于收卷卷筒上,所以要乘以減速比
F1-05=1
H1-01=72;多功能端子零伺服功能碼
L3-04=0;為了防止浮動(dòng)輥跳動(dòng),運(yùn)轉(zhuǎn)中不允許失速保護(hù)動(dòng)作

2.變頻器YD57P5:

A1-01=4
A1-02=無(wú)PG矢量控制
C1-01=0;加減速時(shí)間由PLC控制,為了使兩電機(jī)的響應(yīng)相同,所以設(shè)置為0
C1-02=0
C2-01=0
C2-02=0
C2-03=0
C2-04=0
C6-01=2
E1-01=380
E1-04=50
E1-05=380
E1-06=50
E1-08=25.1
E1-10=4.6
E2-01=5
E2-02=1.51
E2-03=2.25
E2-05=6.902
E2-07=0.36
E2-08=0.62
L3-04=0;為了防止浮動(dòng)輥跳動(dòng),運(yùn)轉(zhuǎn)中不允許失速保護(hù)動(dòng)作

7.調(diào)試

1.對(duì)電機(jī)進(jìn)行自學(xué)習(xí)

2.讓電機(jī)轉(zhuǎn)一下,觀察讀入的脈沖數(shù)是否正確

3.啟動(dòng)后慢慢拉起浮動(dòng)輥的頻率,調(diào)整零伺服的位置值和鎖定力B9-01

4.PLC內(nèi)升降速的曲線,過陡容易造成OC與OV,負(fù)載慣量大且升降速曲線陡的話可以加裝制動(dòng)電阻

5.調(diào)整浮動(dòng)輥電位器角度,使浮動(dòng)輥在中間位置時(shí)輸出為5V

6.讓系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn),觀察加減速與勻速運(yùn)行時(shí)浮動(dòng)輥的波動(dòng)情況,此時(shí)可以調(diào)整公式中的X與補(bǔ)償量上下限值

7.觀察整個(gè)收卷啟停過程,調(diào)整各參數(shù)使系統(tǒng)性能最佳

三、總結(jié)

收卷輥直徑變化可以達(dá)到8倍,工作時(shí)車速在180m/min范圍內(nèi)可調(diào),在收卷過程中啟動(dòng)加速與停止減速過程中浮動(dòng)輥擺動(dòng)幅度不超過±5cm,調(diào)速與勻速運(yùn)行過程中浮動(dòng)輥擺動(dòng)幅度不超過±1cm。

原系統(tǒng)采用磁粉離合器控制,主要缺點(diǎn)為車速不能高,運(yùn)行時(shí)易造成磁粉高速磨擦產(chǎn)生高溫而縮短其壽命(生產(chǎn)效率受影響,易損,需常維護(hù)),能耗大等。

至此,可以很明顯的看出,現(xiàn)有設(shè)備仍然保持了不亞于其原系統(tǒng)控制特性(高精度的張力控制要求),而且比原有的控制系統(tǒng)效率更高,使得系統(tǒng)有著明顯的生產(chǎn)自動(dòng)化特性。