柔性成型钢管生产线张力控制系统设计与研究

论文摘要

目前钢管加工行业有一种最新的柔性成型技术FFX(Flexible Forming Exact),这项技术可以在同一条管道生产线上生产出各种用户定制直径的钢管(圆管或方管),改善了以往钢管生产线加工产品单一的弊端。FFX生产线在入口(Entry)段要执行打开钢卷,平稳送料工序。在这一过程中有技术要求:开卷时要保持钢卷承受适当的张力,不能过大,也不能过小。由于后续工段对钢材料的加工建立在入口段平稳入料的基础之上,因此张力控制的技术指标就是在开卷入料时既要保证一定的张力,又要保证一定的速度。文章针对此项目入口段的张力控制进行了研究。张力控制在现代工厂中运用非常广泛,在轧钢、印刷、纺织、烟草、以及电线生产行业都有普遍的应用。张力的优化控制对产品质量的提高尤为重要。文中分析了Entry段开卷的具体流程以及张力的产生机理,建立了钢卷张力的数学模型。针对开卷中钢卷直径不断在缩小,文中引用了修正算法来计算不断变化着的钢卷直径,以达到更好的控制效果。随后阐述了项目中张力控制的实现方法,同时设计了基于西门子S7—300PLC、Micromaster440变频器、MP277人机监控界面的张力控制系统。原生产线采用了闭环PID控制,本人将控制系统进行了改进,提出了模糊张力控制算法。并尝试通过PLC梯形图予以实现,在Matlab7.0环境下仿真后,结果表明采用模糊控制能够取得较好的控制效果,能够满足张力控制系统快速、稳定、准确的要求。最后,进行了经验总结,讨论了当前的不足之处,提出了进一步工作的方向。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 FFX钢管生产线简述
• 1.1.1 背景介绍
• 1.1.2 FFX生产线介绍
• 1.1.3 Entry段张力控制介绍
• 1.2 立项意义
• 1.3 张力控制研究现状
• 1.3.1 直接张力控制
• 1.3.2 间接张力控制
• 1.3.3 复合张力控制
• 1.4 本文所完成的工作及论文的内容安排
• 1.5 本章小结
• 第二章 张力控制模型的建立
• 2.1 张力控制系统模型
• 2.2 控制系统钢卷直径的获取
• 2.2.1 获取实时钢卷直径数值的算法
• 2.2.2 卷径修正值计算
• 2.3 PWM变频器简化控制模型
• 2.4 本章小结
• 第三章 PLC控制系统设计
• 3.1 控制系统总体设计
• 3.2 S7-300PLC硬件
• 3.3 编程软件SIMANTIC Manager
• 3.4 MICROMASTER440变频器
• 3.5 变频器与PLC的通讯
• 3.6 PROFIBUS总线协议
• 3.6.1 PROFIBUS简介
• 3.6.2 PROFIBUS站点分类
• 3.6.3 PROFIBUS组网
• 3.7 本章小结
• 第四章 模糊张力控制算法设计
• 4.1 模糊逻辑和模糊控制
• 4.2 模糊控制器的结构
• 4.3 模糊张力控制算法设计
• 4.4 模糊控制的特点
• 4.5 本章小结
• 第五章 张力控制系统模拟仿真
• 5.1 模糊控制系统仿真构建
• 5.2 仿真结果分析
• 第六章 张力控制系统的实现
• 6.1 PID控制系统
• 6.1.1 系统硬件实现
• 6.1.2 系统软件实现
• 6.2 模糊张力控制系统
• 6.2.1 系统硬件搭建
• 6.2.2 系统软件实现
• 6.2.3 系统实现步骤及成果
• 6.3 本章小结
• 总结
• 攻读学位期间取得的研究成果
• 参考文献
• 致谢