电子轴印刷机控制系统的开发与设计

论文摘要

电子轴传动印刷机具有抗干扰能力强、数字化、高速化、精度高、结构简单等优点,是当前壁纸印刷行业的发展趋势。本文以实际项目为背景,对电子轴传动的印刷机控制系统进行了深入研究。文中首先介绍电子轴印刷机系统的工作原理和系统特性,结合电子轴印刷机的控制要求和控制难点,确定电子轴印刷机控制系统的总体设计方案。在此基础上对印刷机收放卷张力控制及印刷单元的同步控制进行了详细分析。通过探讨收放卷单元张力、卷径及线速度的关系,我们采用张力闭环PID控制器的输出来计算实时卷径及电机的同步转速,使收放卷单元能与印刷单元保持精确的同步。在印刷单元同步控制方面则采用平行式电子齿轮同步方式并对因扰动引起的位置误差进行补偿,设计了模糊自整定PID控制器来进行误差修正,这样即保持了模糊控制的优点,又可以最终消除系统偏差,提高了同步精度,很好地满足了系统的动态同步要求。本控制系统采用西门子公司Simotion D445伺服控制系统及Simatic S7-300 PLC,利用Profibus-DP、MPI、DriveCliQ协议的混合组网方式,构成了一个中型运动控制系统。文中对控制系统的硬件配置、网络组态及控制程序的设计进行了详细介绍,最后给出了系统的调试过程及运行效果。本文所开发的电子轴印刷机控制系统已经运行了6月有余,印刷精度高、速度快,控制性能良好,运行安全稳定。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景与意义
• 1.2 电子轴印刷机的国内外现状
• 1.3 本文的主要工作
• 1.4 本章小结
• 第二章 电子轴印刷机控制系统分析
• 2.1 电子轴印刷机系统构成分析
• 2.1.1 壁纸印刷设备构成与工艺
• 2.1.2 电子轴印刷机原理及特点
• 2.2 电子轴多轴同步控制方式
• 2.2.1 并联式虚拟主轴同步控制
• 2.2.2 串联主从式同步控制
• 2.2.3 电子齿轮同步控制
• 2.3 电子轴印刷机控制系统方案设计
• 2.3.1 电子轴印刷机控制要求
• 2.3.2 电子轴印刷机控制方案
• 2.4 本章小结
• 第三章 电子轴印刷机系统控制策略
• 3.1 变频器控制策略
• 3.2 收放卷的张力控制策略
• 3.2.1 收放卷的基本方式
• 3.2.2 收放卷张力控制
• 3.3 电子轴印刷机同步控制策略
• 3.3.1 Simotion闭环控制系统
• 3.3.2 伺服电机的矢量控制
• 3.3.3 主从轴位置同步控制
• 3.3.4 闭环系统误差分析
• 3.4 模糊自整定PID补偿器的调节
• 3.4.1 PID控制器与模糊控制
• 3.4.2 模糊自整定PID控制
• 3.4.3 模糊自整定PID补偿器设计
• 3.4.4 模糊自整定PID补偿器仿真
• 3.5 本章小结
• 第四章 电子轴印刷机控制系统硬件设计
• 4.1 系统硬件总体设计
• 4.2 传感器的选择
• 4.2.1 增量式编码器
• 4.2.2 色标传感器
• 4.2.3 镜面反射式传感器
• 4.2.4 接近传感器
• 4.2.5 温度传感器
• 4.3 伺服控制器SIMOTION选型
• 4.3.1 Simotion控制器选型
• 4.3.2 SimotionD控制系统模块
• 4.4 可编程控制器PLC选型
• 4.4.1 PLC的CPU选型
• 4.4.2 IO模块选型
• 4.5 人机界面选型
• 4.6 本章小结
• 第五章 电子轴印刷机控制系统软件设计
• 5.1 控制系统网络设计与实现
• 5.1.1 Profibus DP协议与MPI协议
• CliQ协议'>5.1.2 Drive_CliQ协议
• 5.1.3 系统网络设计
• 5.1.4 系统网络组态
• 5.2 控制系统SIMOTION SCOUT软件设计
• control'>5.2.1 印刷机主控程序mian_control
• 5.2.2 虚拟主轴控制
• 5.2.3 找零控制
• 5.2.4 印刷单元的预套准控制
• 5.2.5 印刷机自动套准控制
• 5.2.6 印刷机收放卷控制
• 5.2.7 印刷机控制系统故障处理
• 5.3 控制系统PLC软件设计
• 5.4 WINCC FLEXIBLE人机界面程序设计
• 5.5 本章小结
• 第六章 系统调试与运行
• 6.1 现场调试
• 6.1.1 控制柜调试
• 6.1.2 联机调试
• 6.2 运行效果
• 6.3 本章小结
• 第七章 结论及展望
• 参考文献
• 攻读学位期间取得的研究成果
• 致谢