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类型分切原理.ppt

  • 上传人:精品资料
  • 文档编号:10018102
  • 上传时间:2019-09-29
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    1、三、制膜生产线控制原理,一)可编程控制器目前任何一种先进的工业设备的控制部分都涉及到PLC,所以在介绍三菱生产线之前先介绍一下可编程控制器。 1、可编程控制器的发展 最初的可编程逻辑控制器(programmable Logic Controller简称PLC),只能进行逻辑运算;随着计算机技术的发展,可编程逻辑控制器的功能不断扩展和完善,其功能远远超过了逻辑控制、顺序控制的范围,已经具备了模拟量控制、过程控制以及远程通信等强大功能,所以美国电气制造商协会(NEMA)将其正工命名为可编程控制器(programmable controller),简称PC,但为和个人计算机(personal com

    2、puter)简称PC相区别,可编程控制器仍简称PLC。目前很多工业设备的全过程控制目前都已采用PLC。计算机、PLC及网络技术已能使BOPP生产线实现集中控制,并通过生产控制过程中的生产数据同生产管理有机的结合起来。,2、可编程控制的优点: 控制精度高,可满足高质量薄膜的生产工艺要求。 系统响应快,可实现集中控制管理,有利于降低成本。 自动化程度高,功能完善,目前的PLC几乎可以完成所有的工业控制任务,可减少人工劳动强度。 在线编程:在工业现场,可用手持笔记本对PLC进行编程,PLC联网后,可在网络的任一位置对PLC编程。 人机界面,便于参数及规格的调整。 可详细记录各种数据及历史值,方便工艺

    3、比较、优化参数。 具有故障诊断功能,可减少维修时间,提高开机率。 PLC具有通俗化的编程语言 梯形图:用软接点、软触发器、软件计时器和计数器来代表相应的物理部件,进行逻辑运算,完成时间上的顺序控制,语句表,逻辑图,3、PLC的一般结构PLC硬件系统由CPU、存储器、通信接口、输入输出电路和电源电路组成。 CPU:是PLC的核心,所有PLC的动作都需要CPU的参与。 存储器:系统程序:PLC生产厂家赋予PLC功能的程序。 用户程序:由设备厂家编制开发,用于指导设备动作,进行工业控制的程序。 数据:包括PLC运行中的各种数据,例如,I/0/、定时、计数、保持、模拟量各种标志等。 一般系统程序存放在

    4、EEPROM中,而用户程序存在后备电池支持的RAM或EPROM中。 电源模块:大都是开关电源,在输入电压大幅波动时,输出电压仍很稳定,用于向PLC的CPU、存储器及输入、输出卡提供工作电源。 数字输入模块:是PLC与现场工业设备连接的电路,现场的开关量通过输入模块进入PLC, 生产线的按钮、接近开关、行程开关、接触器辅助触点等信号可接入数字输入模块,PLC可识别设备运行状态、完成启动、停止信号的输入。 在三菱生产线中主要处理料位开关信号、马达故障信号、上料三通阀位置反馈信号、按钮输入信号等开关量信号等、接近开关或行程开关传送的位置信号。,数字输出模块:PLC输出的开关量信号通过数字输出卡输出到

    5、现场设备。当设备满足启动条件时,PLC会送出开关量信号控制终端设备的启动或一些气动元件的动作等。在三菱生产线中主要是输出开关量信号通过中间继电器或接触器,控制马达起动停止、输出给指示灯信号、料仓上料三通阀切换、压辊电磁阀的动作指令等。 模拟输入模块:0-正负10V、0-20mA、4-20mA等都属于模拟信号,称重元件、压力元件、温度元件等产生的mv或mA信号通过信号放大器放大成标准信号后会接入模拟输入模块,模拟输入模块将模拟信号转化为PLC能够识别的数字信号并送入CPU。三菱生产线模拟输入卡主要处理挤出机的压力传感器的信号输入、粉碎机电流信号、辅助卷绕扭矩设定、TD夹具张力信号输入等、称重信号

    6、、超声波料位信号等。 1、remote I/O:是做为PLC的扩展,安装地现场的输入输出装置,可大量的节约信号电缆。现场的输入输出信号可接入后送入PLC 模拟输出模块:在生产线上应用最广泛的场合是用于速度控制,当在终端计算机上输入相应的速度时,这个速度值会送入PLC,PLC通过计算将其转变为相应电压的数字量信号,再通过模拟输出模块将数字量信号转化为模拟量信号,输出到变频器做为速度参考点。三蓁PLC模拟输出卡主要输出所有非主驱动的变频马达的如辊合料斗搅拌马达速度参考点、上料旋转阀的速度参考点、引膜链条电机速度参考点、TD夹具张力显示、MD辅助卷绕扭矩显示等。 通信接口:PLC的CPU卡上至少有一

    7、个RS232或RS485通信接口,可实现与上位计算机或编程器的通信。PLC上还有通信模块,可以实现网络通信(与其它PLC连成网络),四、图纸元器件说明,Mc xxx,M xxx,PG xxx,Hxxx,AR xxx,SV xxx,GL xxx,六、过程控制中的PID调节,双向拉伸塑料薄膜设备中需要控制的工艺参数包括温度、压力、速度、厚度等。这些参数的控制仍然采用传统的PID控制。PID控制是利用模拟量信号误差信号的比例放大、积分、微分产生多种控制信号的控制装置。通常在PLC程序中把PID程序编成一个功能块,通过调用PID功能块来进行闭环控制。每个控制回路的过程数据都存储在一个数据块中,通过修改

    8、数据块中的数据,可以适应不同的闭环控制过程。,1、采样:因电压、电流等模似量值通常会因干扰而产生较大的波动,如果用瞬时采样值进行控制计算,会产生较大的误差。在BOPP工业控制中的采用的是平均值法,用几次采样值来代替前值。其原理是每采样一次都与n-1历史采样值相加,使其与历史值相关联,减少瞬间干扰的影响。 整定:PLC及计算机系统能识别的是二进制、八进制、十六进制的数字量,所而模拟信号(温度、压力、速度等)信号从现场采样进入PLC的模拟输入卡,通过该卡的A/D转换器将信号转化为数字量,再传送给PLC的CPU进行控制运算。,2、比例控制 将实际值与设定值进行比较,产生误差信号,通过计算后产生输出调

    9、节现场设备。,3、积分控制作用 输出M是根据误差信号E改变的速率而改变的。如果误差信号的变化速度加倍,则输出M的值变化也加倍,如果误差为零,输出M的值也保持不变。,4、微分控制作用 是使控制器具而高灵敏度,采用微分控制的作用的1个优点是能够反映误差信号变化的速率,并能在误差信号值变得过大之前,产生1个而效的修正,因此微分控制可使误差信号提前,从而引进1个早期的修正作用,并且有助于增加系统的稳定性。,2、三菱生产温度控制原理,1)薄膜拉伸的过程实质上是高分子聚合物的从融化到结晶的物理变化过程。要求挤出机各区、辊表面温度要十分稳定和均匀,温度波动应小于正负1度。挤出温度的波动、模头温度的微小的变化

    10、会明显影响挤出片材的厚度公差。因此温度控制在双向拉伸塑料薄膜的生产过程中是一个极其重要的工艺参数。 挤出部分共有4台挤出机,主挤出机为串联挤出机,挤出机各区及熔融线各区均设有加热器及水冷系统,经各区的测温元件将温度信号反馈给PLC,形成闭环控制,所有温度控制均采用PID控制,温度控制精度可控制在0.1度之内。模头为三层共挤模头,模唇开度靠手动或模头螺栓自动调节。 纵拉机采用热油直接对辊筒进行加热,每个区温度通过改变电动调节阀的流量进行控制。 横拉机采用热油对换热器内空气进行加热后,由风机将热空气送至风桶风部。,2)温度的检测和控制,采用接触式温度传感器: 1)热电偶:通过电动势的变化进行测温。

    11、 在温度变化时,通过测温头的铂铑合金 产生电动势,热电偶的检测灵敏度较低, (需要加补偿导线) 2)热电阻:通过电阻的变化经进行测温, 铂、铜、镍热电阻的优点是测温准确, 电阻温度系数变化小,精度很高,做为 测温元件效果较好,目前已得到广泛应用, 缺点是在振动环境下易坏。不同型号的热 电阻均而电阻与温度的对应曲线,根据电 阻的变化来测定温度的变化。,1)生产时,1#主挤出机3区温度比设定温度高,造成故障的原因有以下几种:在生产时,冷却电磁阀损坏,(一般是由于水垢引起,需打开清理,但清理时需关闭循环泵,所以生产时无法清理),造成加热器没有冷却。 固态断电器击穿,加热器一直加热,断电用电阻档测量。

    12、2)3区温度比设备温度低检查主电源开关是否跳开,在加热起动状态下测量固态断电器输出端是否有电压。 如无输出,检查保险及固态断电器是否损坏。 如保险损坏,检查加热器是否有损坏后再更换保险。 如以上均正常,检查冷却水阀是否阻塞,处于常开状态。 检查测温元件是否松或损坏。 检查温度控制模块。,二、生产线升速时间的控制 1)收卷臂最大转速下生产线速度:v, 收卷臂最大转速:n3”卷芯直径:d,齿轮减速比:Iv=*n*d/i=3.14*3000rpm*0.096m/3=904.32/3=301m/min,2) 当设备转速为900m/min,升速时间设定为120S时,设备时按如下曲线运行。,启动设备,设备

    13、从T0开始加速,按设定升速时间120S应达到900m/min速度,但当速度达到301m/min时(电机3000RPM),已达到96mm卷芯的最高速度,在t1-t3时间内收卷臂线速度V需依靠收卷卷芯的增大来完成,根据目前讲量的情况,需326秒才能达到设备转速900m/min.目前计算机上设备的升速时间不能起到太大的作用,只能改善TO-T1的时间。,3) 如想解决升速设定时间与实际升速时间不符的问题,有以下途径:,改变齿轮减速比(但损失扭矩) 改变电机转速(从3000-4000RPM) 增大卷芯直径如果想在一开始升速时能按预定时间达到设备转速900m/min D=900*i/(*n)=900*3/

    14、3000*3.14=0.286m/min.,三、分切机速度控制原理,S7-400,SIMADYN,设定值传送,变 频器,变 频器,变 频器,变 频器,变 频器,Profibus2,设定值,故障信号,速度反馈,反馈速度做为设备显示速度,分切机显示的速度为6.0辊马达测速元件检测的速度。 分切机转速设定后,启动分切机,根据以下条件收卷臂在生产线速度基准上进行升速:张力:张力速度曲线、张力直径曲线、张力宽度曲线迭加计算出张力值,升速时间。 6.0辊的速度(显示速度):按设定速度及升速时间进行升速。2.0、4.5、4.6辊的速度按计算机设定好的速差计算出参考速度。放卷速度控制:摆动辊角度传感器的信号送

    15、入simadyn,PLC计算出速度调整值,与6.0辊的速度及放卷张力设定值进行迭加计算出放卷电机速度。,四、分切机膜边摆动的工作原理,1、控制流程图,2、控制原理 将主控制台上及现场的摆动控制按钮打到自动上,当设备启动后,膜边感应器工作,检测到的信号通过变送器放大为0-20mA信号,并通过I/U转变为0-10V信号送入控制系统simadyn。 有膜时:5-6V (由于薄膜透明度原因,0-10V信号只有5-6V) 无膜时:0V(如有偏差,调整膜边感应器) 元件被档一半时:2.5V 膜边感应器档住或不档时,信号应在2.5V两侧是平衡的,如不平衡,可通过调整变送器达到平衡(电压是通过测量I/U出口得

    16、到的)调整需将主控制台上的摆动控制按钮打到手动位置。 控制系统symadyn按计算机的设定值(摆动速度、范围)控制感应器左右移动,通过摆动电机变频器控制放卷台摆动,保证膜边档在感应器的中间位置,实际位置的显示通过位置线性测量装置(内侧预置了若干个检测点,当外部的磁环随设备摆动时,可测量位置)实现。中心位置检测元件定义为0点。,五、放卷的停止直径控制原理,在进行放卷电机的直径及速度控制中,所设定的放卷停止直径和预设的放卷直径及厚度是在控制中将要用到的。,di,1)满卷直径的计算,根据公式d=v/(*n) 先按计算机预设的直径值,并已知分切机启动时的运行速度(从刀槽辊测速知分切机速度),可计算出电

    17、机转速,先以其做为目标转速启动。当速度达到20m/min后,开始计算母卷直径。此时分切机速度及放卷电机转速已知,可计算出母卷直径d,这个直径是随着母卷的变化而不断计算的,在运行过程中,摆动辊发挥作用并起调节转速的作用。 如果分切吊装的辊是断膜辊,而直径与预设直径相差很大的情况下,会造成起速过慢或过快,从而造成串边。,2)开始减速停止直径的计算,如果保证设备在直径506时正好停下来,需要先计算出减速时的直径da,并在所计算的母卷直径达到减速直径da时发出减速停车指令,并综合计算降速时间的影响。,减速直径da与设定停机直径di之间的截面积:A,影响计算准确性的因素主要有2个方面: 厚度设定值 母辊

    18、的平整度(由于摆动辊频繁摆动,调整放卷速度,放卷速度的不稳定及与分切速度的不一致导致计算偏差较大。,张力控制: 张力控制是指能够持久地控制原料在设备上输送时的张力的能力。这种控制对机器的任何运行速度都必须保持有效,包括机器的加速、减速和匀速。即使在紧急停车情况下,也应有能力保证被分切物不破损。张力控制的稳定与否直接关系到分切产品的质量。若张力不足,原料在运行中产生漂移,会出现分切复卷后成品纸起皱现象;若张力过大,原料又易被拉伸或拉断,使分切复卷后成品产生尺寸偏差或出现接头。一般情况下,车速比较快,控制精度要求比较高,其中张力控制是其控制的核心。,一、分切工艺,张力的形成有多种实现形式,但其基本

    19、原理都是一致的。如简图所示:,一、分切工艺,设张力为F ,收料卷运行线速度为V1 , 放料卷运行线速度为V2 ,根据胡克定律可得张力F: , 式中:为原料的弹性模量;为原来的横截面积;L为原料牵引长度;t为原料传送时间,t=L/ V1 。由此可见,张力的形成是一个积分环节。,一、分切工艺,张力产生波动和变化的因素往往比较复杂,其主要影响因素大致有以下几个方面: (1) 机器的升降速变化必然会引起整机张力的变化。 (2) 分切机在收、放卷过程中,收卷和放卷直径是不断变化的,直径的变化必然会引起原料张力的变化。放卷在制动力矩不变的情况下,直径减少,张力将随之增大。而收卷则相反,如果收卷力矩不变时,

    20、随着收卷直径增大,张力将减少。这是在运行中引起原料张力变化的主要因素。,一、分切工艺,(3) 母卷的松紧度变化同时会引起整机张力的变化。 (4) 分切原材料材质的不均匀性。如材料弹性的波动,材料纵向或横向厚度变化等,料卷的质量偏心,以及生产环境温度、湿度变化,也会对整机的张力波动带来影响。 (5) 分切机的各传动机构(如导向辊、浮动辊、展平辊等)存在不平衡以及气压不稳等因素。,一、分切工艺,收卷张力 为了保证收卷张力从初卷至终卷整个过程中的张力稳定,有必要进行多种张力的补正。 引起收卷张力变动的主要原因如下: (1)机械方面的机械损耗所引起的变化(回转数和卷取重量) (2)接触辊的接触压力(接

    21、压量和收卷速度) (3)加减速时的卷轴惯性(加减速时间和卷芯及收卷重量) (4)收卷电机的特性 以上这些因素可以通过速度、接触压力、重量的变化自动补正来获得最适合的张力。,一、分切工艺,收卷张力 康普收卷张力控制:,一、分切工艺,收卷压力 收卷压力就是指收卷站接触压辊于收卷表面作用的作用力。压辊与膜卷呈弹性接触状态,通过设定的压力向膜卷施加正向压力(接触压力)。它的作用有以下两点: (1)防止膜卷震动,起接触支撑作用。 (2)驱赶空气,控制膜卷内带入空气量,防止膜卷收卷过松或过紧。,一、分切工艺,收卷压力 在卷取过程中,在接触辊表面及薄膜内面、接触辊上部的薄膜表面及产品卷的表面都带进空气,如图

    22、所示:,一、分切工艺,收卷压力 带入的空气同速度有关,a处最好不要带入空气,但b处,由于带入的空气同产品卷的硬度有关,在初卷至终卷的整个过程中对整个产品宽度需适量及均等地带入空气才能满足对产品卷的表面硬度的要求。当然为得到理想的表面硬度,接触压力的控制及接触辊的形状是非常重要的。,一、分切工艺,收卷压力 康普收卷压力控制:,一、分切工艺,国外分切机起步较早,美国的杜森百瑞(DUSENBERY)于20世纪50年代制造出第一台薄膜分世机,至今仅过短短的50年,分切机的技术和能力有了惊人的发展,康普(KAMPF)公司等已经能生产幅宽10米,工作速度达1200m/min以上的大型分切机。目前能生产2米

    23、以上高速独立臂中心收卷分切机的厂家主要集中在欧美及日本等地。如英国阿托拉斯(ATLAS)、德国康普(KAMPF)、格贝尔(GOEBEL)、意大利铁坦(TITAN)、日本的不二铁(FUJI) 等。利用这些厂家生产的分切机都可获得满意的收卷质量。,一、分切设备及技术发展,二、分切设备简介,Universal 680A,二、分切设备简介,Universal 680A 加工材料 : 15-60m BOPP 薄膜宽度 : 8300mm 母卷直径 : 最大1200mm 成品卷直径 : 1200mm 分切宽度 : 325 - 2400mm 成品卷芯重量: 2000公斤 收卷站数量 : 14个 成品卷卷芯 :

    24、 3”和6”内径纸板和塑料卷芯, 最少外径92mm 卷芯公差 : 3” -0 +0.4mm: 6” -0 +0.6mm 分切系统 : 剃刀片在槽沟内分切 机器速度 : 最高1200米/每分钟,Universal 650A,二、分切设备简介,Universal 650A 加工材料 : 15-120m CPP 薄膜宽度 : 最大:5200mm, 最小:4400mm 母卷直径 : 最大1200mm 成品卷直径 : 1200mm 分切宽度 : 325 - 2400mm 成品卷芯重量: 1000公斤 收卷站数量 : 8个 成品卷卷芯 : 3”和6”内径纸板和塑料卷芯, 最少外径92mm 卷芯公差 : 3

    25、” -0 +0.4mm: 6” -0 +0.6mm 分切系统 : 剃刀片在槽沟内分切及圆刀分切 机器速度 : 最高800米/每分钟,二、分切设备简介,二、分切设备简介,放卷部分 2个固定独立底盘固定在地上支撑放卷座在线性轴承上移动。 2个锥型卡头在放卷座上提取放卷芯。 放卷座包括夹紧头是由电机驱动进行夹紧和放松。 在夹紧之后,通过摇摆或导边两者由AC伺服电机作横向移动。 母卷吊装是利用吊车把母卷从上吊下。放卷台有2条轨道, 空卷芯可在轨道上横移, 从放卷位向后滚出。,二、分切设备简介,膜边感应器: 数量:1 类型:由反射光线控制膜边(探测头) 工作行程:75mm 探测头摆动驱动 数量:1 探测

    26、头移动:齿轮电机 工作行程:75mm 680A膜边感应器行程50mm。,二、分切设备简介,带驱动的摇摆补偿辊: 表面柔软及超轻辊 (碳纤维材质, 表面平滑) 2个用来支撑补偿辊的旋转臂 2个产生动力来抗衡薄膜的张力的气动气缸 2个器用于紧急停机吸震 1台驱动电机 特点:包角大,接近90度,避免母卷不圆带来的张力波动。 680A无驱动摇摆辊,二、分切设备简介,输送部分 4根驱动橡胶输送辊 其中2根S型输送辊,使薄膜呈S型输送,确保收卷及放卷的张力分离。 一侧带有独立驱动的引膜链条。 由V-形带驱动的可调节弓形展平辊。 刀槽辊:槽距5mm,槽宽1.5mm,槽与槽之间的宽度3.5mm,槽深2.5mm

    27、。 半自动调节, 显示屏显示了实际位置与设定点之间的差别。工把刀具移至差别是0为止。 680A少一根输送辊,二、分切设备简介,分切部分 9个和11个刀架,刀片在凹槽内分切,。 采用数码显示及槽沟助找器手动调刀。 1根不锈钢质驱动式刀槽轴, 刀槽节距5mm, 槽宽1.5mm, 槽与槽之间的宽度3.5mm, 槽深2.5mm。 680A为15个刀架,同为刀片槽内分切 680A全自动调刀。,二、分切设备简介,分切部分 3根菱形花纹包胶输送辊,用于将分切后的膜幅分开。 这些辊均由各自的交流电机驱动和用数码调节。它们的速度可作1%的调整,调节步级为0.01%。它们都配置了紧急停车用的碟式辅助制动器。,二、

    28、分切设备简介,收卷部分 8个和10个独立的收卷站 双侧驱动,每侧由一台AC伺服电机驱动; 分切宽度325-2400mm(取决于材料厚度, 膜卷宽度及直径;收卷站可以机械式联接以结合多达4台驱动电机用于一个收卷站); 机械式膨胀卷芯夹头, 3”内径和6”内径; 每个收卷臂有一个安全装置避免收卷臂在机器运作期间移位,二、分切设备简介,收卷部分 收卷站的定位由操作人员手动调节。调刀时,在一数字式显示器上显示出实际位置和设定位置之间的差值。操作人员手动移动调位装置,待其到达正确位置时,按下按钮由一直流电机驱动将收卷臂移至所需的位置。 收卷臂具有配对功能。配对时,将一驱动的收卷臂直接移至另一收卷臂处并用

    29、一配对轴将这二个收卷臂联接在一起。 680A收卷站14个,全自动定位。,五、重点问题分析,起始皱纹 张力分切张力随膜卷直径变大而递减,这样避免出现端面星形等情况发生,通常张力递减幅度控制在85%左右。但由于起始皱纹问题,初始张力变化不易太明显,甚至在初始阶段维持一定张力不变。如下图:,五、重点问题分析,起始皱纹 张力,五、重点问题分析,起始皱纹 压力 通过调试,当适当加大压力时折皱增多,减小压力时折皱减少,说明较轻的压力有利于纸芯处膜淤积空气的排出。 根据以上情况,在小的压力下施以大的张力会怎样呢?结果出现底皱的现象大致相同,但此时小的压力会因压不实而造成膜卷窜边,不可采用。 压力小底皱少,但小的压力会造成窜边。设想增加压力随速度的增长量F0-V,即开机时,靠近纸芯处的速度低,压力增长量小,当原易出现底皱的一段过去后,同时速度已升到位,压力随之上长,其值增加,这样既减少底皱又防止窜边。,五、重点问题分析,起始皱纹 压力 但是纸芯处的压力不能无限制地小,因太小会使内部收卷太松,纸芯处膜卷的端面会出现放射状条纹,使膜产生横折。要调整到膜卷端面既无放射状条纹又可最大限度的减少底皱为止。如下图:,五、重点问题分析,起始皱纹 压力,

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