焊丝拔丝机张力控制系统研究与开发

论文摘要

北京诺飞金属材料有限责任公司的铝焊丝活套式拔丝机设备是共识生产的核心设备,主要是依靠电机带动卷筒,由卷筒产生的摩擦力,将原料丝（铝或钢）经过多级拉丝模拉伸后,一次性地把金属丝冷拉成成品丝的一种专用设备。原设备是进口的二手设备,控制技术落后,控制精度和稳定性都很差,严重影响了生产。活套式拔丝机采用直流电机拖动,能够实现较大范围无级调速,扩大了卷筒之间延伸率的选用范围,而且活套在拉拔过程中对每一个卷筒都产生了一个拉力或反拉力。在有活套拉力和有活套反拉力的拉拔中,能使拉拔力减小,延长拉丝模寿命并减少动能消耗。本课题研究基于活套式拔丝机的基本工作原理,采用SIEMENS公司S7-300系列PLC中最高端的S7-318-2DP,全数字直流调速装置6RA70和人机界面TP177B,设计出了一套基于Profibus-DP,总线的转速与转矩双闭环直流调速控制系统,能够很好地解决电动机的起动过程及稳态运行,并且保证系统在理论上电机转速无静态误差。该系统充分发挥了全数字直流调速的优越性,提高了拉丝的质量和拉拔的速度。主要工作如下：（1）从铝焊丝的加工工艺及拔丝机的结构特点入手,采用张力-转速-转矩三闭环直流调速方案,深入研究了张力控制以及转速控制的原理,完成了张力闭环以及转速闭环的增量型数字PI调节器的设计,并给出了系统设计框图。（2）基于SIEMENS公司S7-300系列PLC中最高端的S7-318-2DP,全数字直流调速装置6RA70和人机界面TP177B,设计了系统的硬件电路,包括主回路及控制回路。同时通过张力-转速-转矩三闭环直流调速算法,Profibus-DP,总线通讯,设备各部分操作的逻辑控制软件,给出了系统软件流程图及各子模块的具体实现。（3）在原有的机械设备的基础上：,实现了整个设备的电控系统的搭建,完成了整机调试,保障了安全稳定高效运行,给出了应用结果与结论。该系统已经成功地应用于北京诺飞金属材料有限责任公司的铝焊丝活套式拔丝机。应用结果表明：该控制系统硬件结构更加简单,便于维修,运行更加稳定,操作更加方便,提高了作业率,并完全实现了实时自动控制。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的来源、目的和意义
• 1.2 拉丝机控制系统简介
• 1.2.1 拉丝机概述
• 1.2.2 拉丝机的分类
• 1.2.3 常用控制系统方案及特点
• 1.3 论文研究内容的安排
• 第二章 双闭环不可逆直流调速系统
• 2.1 双闭环系统的组成和基本原理
• 2.2 转速与电流双闭环直流自动调速系统的工作过程
• 2.2.1 启动过程
• 2.2.2 负载变化时自动调速过程
• 2.2.3 电动机堵转过程
• 2.3 双闭环系统动态数学模型
• 2.4 双闭环系统的特点
• 2.4.1 串极调速使设计和调整便利
• 2.4.2 可获得较理想的起动性能
• 2.4.3 抗电网电压扰动性能好
• 2.4.4 静特性能好
• 第三章 活套式拉丝机的张力控制策略
• 3.1 活套式拉丝机的基本原理
• 3.2 张力控制系统数学模型的建立
• 第四章 活套式拉丝机电控系统的硬件设计
• 4.1 系统的硬件组成
• 4.2 系统各组成部分说明
• 4.2.1 S7-300系列PLC简介
• 4.2.2 全数字直流调速装置简介
• 4.2.3 现场总线技术简介
• 4.3 系统各组成部分电路
• 4.3.1 电源动力输出电路
• 4.3.2 直流调速器外围电路
• 第五章 活套式拉丝机电控系统的软件设计
• 5.1 STEP 7软件简介
• 5.1.1 STEP7软件基本功能介绍
• 5.1.2 STEP7标准软件包的扩展应用
• 5.1.3 人机接口
• 5.1.4 用户程序中的块
• 5.2 硬件组态
• 5.3 PLC与6RA70直流调速装置间的通讯
• 5.3.1 通讯协议
• 5.3.2 通讯参数设置
• 5.3.3 程序的实现
• 5.4 PLC程序
• 5.4.1 系统逻辑控制部分
• 5.4.2 系统张力控制算法程序
• 5.4.3 系统通讯程序
• 5.5 触摸屏监控系统的实现
• 5.5.1 人机界面简介
• 5.5.2 画面设计
• 5.5.3 PLC和触摸屏MPI通信的实现
• 第六章 现场调试
• 6.1 系统调试过程
• 6.2 应用效果
• 结论
• 参考文献
• 在学研究成果
• 致谢