基于Profibus的酸洗线卷取机张力控制系统设计

论文摘要

本课题以“浙江宏峰铜业集团”1号酸洗线项目为背景,提出了系统全线自动化控制方案,包括电气传动系统设计和机组工艺控制设计,实现了酸洗机列的自动控制功能。在铜带酸洗的生产过程中,卷取系统的张力控制直接影响着成品的质量。本文提出了一种基于西门子S7-300 PLC和Ansaldo SPDM全数字直流调速装置的间接张力控制方法,这种方法控制精度高、线路简单、能实时有效的控制卷取张力。为了构成企业信息网络的底层,本文还设计了基于Profibus-DP现场总线的通信网络,实现了Ansaldo SPDM全数字直流调速装置与主控S7-300 PLC之间,操作台上S7-200 PLC与主控S7-300 PLC间的Profibus-DP网络通信和主操作台触摸屏与主控S7-300 PLC间的MPI网络通信。高效的实现了系统各部分间的信息交换。本文主要完成以下几方面的工作:（1）设计了酸洗线控制系统的全线自动化控制方案,完成电气传动装置的选型,设计了电气传动装置的控制电路。根据机组工艺控制过程,编写了机组工艺控制程序。采用带材边缘自动对中控制系统（EPC）,实现了卷取机上的带材边缘整齐。（2）对Profibus现场总线进行了深入的研究,分析了其特点及其在工厂自动化系统中的位置。设计了基于Profibus-DP现场总线的通信系统。实现了系统各部分间高效的信息交换。（3）研究了卷取机张力控制的原理,提出了卷取机空载力矩补偿和动态力矩补偿的具体方法。分析了卷取机卷筒实时卷径计算方法的偏差,提出了实时卷径的算法,并给出了通过S7-300PLC和Ansaldo SPDM全数字直流调速装置实现这种算法的具体过程。在这些基础上,分析了卷取过程中的张力,设计了卷取机张力控制系统。（4）完成了系统调试,达到了预先的设计指标,在实际应用中取得了很好的效果。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 选题背景及研究意义
• 1.2 卷取机张力控制国内外研究概况
• 1.3 现场总线PROFIBUS 技术概述
• 1.4 主要研究内容
• 2 酸洗工艺流程及主要设备
• 2.1 酸洗工艺流程
• 2.2 机列主要技术参数
• 2.3 S7-300 系列PLC 简介
• 2.4 全数字直流调速装置简介
• 2.5 小结
• 3 全线自动化控制方案设计
• 3.1 电气传动系统设计
• 3.1.1 传动装置选型
• 3.1.2 传动装置电路
• 3.2 机组工艺控制
• 3.2.1 工艺控制过程
• 3.2.2 工艺控制程序
• 3.3 带材边缘自动对中的实现
• 3.4 小结
• 4 基于PROFIBUS-DP 现场总线的通信系统设计
• 4.1 PROFIBUS-DP 现场总线技术
• 4.1.1 Profibus-DP 协议结构和特性
• 4.1.2 Profibus-DP 基本功能和扩展功能
• 4.1.3 Profibus 现场总线在工厂自动化系统中的位置及常见配置形式
• 4.2 通信系统网络结构设计
• 4.3 系统硬件组态设计
• 4.4 S7-300PLC 与SPDM 装置间通信的实现
• 4.4.1 本系统 Profibus-DP 的数据通信格式
• 4.4.2 SPDM 装置调整
• 4.4.3 通信程序
• 4.5 S7-300PLC 和S7-200PLC 间通信的实现
• 4.6 S7-300PLC 和触摸屏间MPI 通信的实现
• 4.7 小结
• 5 卷取机张力控制系统设计
• 5.1 卷取机张力控制原理
• 5.1.1 连续带材生产线中的张力控制方法
• 5.1.2 间接张力控制分析
• 5.2 间接张力控制的力矩补偿方法
• 5.2.1 空载力矩补偿
• 5.2.2 动态力矩补偿
• 5.3 实时卷径测量算法
• 5.3.1 卷径计算方法
• 5.3.2 卷径计算偏差分析及克服方法
• 5.3.3 实时卷径的算法
• 5.4 张力控制设计
• 5.4.1 卷取过程张力分析
• 5.4.2 张力控制系统设计
• 5.5 小结
• 6 系统调试
• 6.1 系统调试过程
• 6.2 应用效果
• 6.3 小结
• 7 结论
• 7.1 总结
• 7.2 存在的问题及展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• 攻读学位期间所发表的论文