三菱FA产品在卷取机改造上的应用.docx

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1、三菱FA产品在卷取机改造上的应用史怀光导语：本文介绍了卷取机的运行特点。采用了三菱变频器，三菱PLC，三菱张力控制设备等三菱FA产品在卷取机设备改造上进展应用。【摘要】本文介绍了卷取机的运行特点。采用了三菱变频器，三菱PLC，三菱张力控制设备等三菱FA产品在卷取机设备改造上进展应用。【关键词】：卷取机、FX3UPLC、LX-050TD、FR-A700变频器、LM-10PD、RS485通讯。引言：某家薄膜消费厂家使用的卷取机因设备老化，经常出现元器件损坏状况，影响正常消费。现决定使用三菱FA产品对该机器的卷曲机构进展全面的改造。1.卷取机工作原理1.1普通卷取机工作流程。从材料的传递方向将系统分

2、为牵引机构A，牵引机构B，储能机构，偏心机构，卷取机构，卷轴切换机构，座台进退机构，推料机构共8个局部。首先将材料粘贴在A卷取轴上，设置牵引机构橡胶轮A的转速、材料的张力之后，按下启动按钮，材料依次经过储能器，牵引轴B，偏心机构后被卷取轴卷取。当一卷即将完毕收卷时，需要换卷。此时卷轴切换机构的转盘旋转，A、B两轴位置对调。待收卷完毕后按下A轴停顿按钮，此时A轴停顿卷取。此时储能机构的提升架开场上升到上止点后提升架停顿上升，始终保持材料一定的张力。这时将材料裁断，重新粘贴在B轴上。按下B轴启动按钮后，B轴开场收卷。牵引轴B以快于橡胶轴A的速度将提升架降至下基准点。进入下基准点后，牵引轴B与张力检

3、测单元A配合保证材料在前段传输经过中张力恒定。一卷收卷完成后，按下推料前进按钮，推料机构将材料推出卷取轴。此时使用搬运机械手将材料搬运到适宜的存放处。材料收卷经过中可能需要座台前进后退，这时按下前进后退按钮，电磁阀会通电，切换油路的导通与断开，控制座台的前进后退。当需要调整各段材料之间的间隙时，调节偏心机构的偏心辊直到间隙到达要求。1.2卷取机的具体介绍牵引机构A。牵引机构A即橡胶轴A。橡胶轴A轴由驱动器驱动电机牵引材料由流延机进入储能器。2牵引机构B。牵引机构B由PID控制板，B轴驱动器，B轴牵引电机，气压阀以及压辊构成。牵引轴B同样由B轴驱动器驱动电机驱动。开场卷取之前，需将调节气压阀的压

4、力使牵引轴B与压辊之间有一定的压力，保证材料不能被反拖进储能器。当按下新卷卷取启动按钮后，牵引轴B以1.2倍于橡胶轴A的速度牵引材料将提升架拉至下基准点。至下基准点之后，牵引轴B会继续根据储能架上浮动辊电位计的电压反应值在PID控制板上进展运算，PID控制板输出一定的补偿值来调节变频器，通过速度补偿来保证材料恒张力。当卷轴切换时，牵引轴B停顿，压辊与牵引轴B之间材料保持静止状态。3储能机构。储能机构是该卷取机构中相比照较重要的一个机构。储能器由储能架，电位计，力矩控制器，力矩电机，齿轮箱，冷却系统构成。提升架上安装2个接近开关，分别为上止点A，下止点B。力矩控制器驱动力矩电机C，电机C经过减速

5、箱与传动链连接，电机旋转使传动链产生一个恒定的提升力。当卷轴切换时，提升架为保持张力恒定会上升。假如在储能架架提升到上止点A之前启动新卷卷取，提升架会下降。假如提升架到达上止点A后，仍没有承受到新卷启动指令恳求，提升架会一直保持待新卷启动指令被触发。启动新卷后，提升架会在20S内匀速拖降至下止点B。到下止点B后，牵引轴B切换控制方式，与浮动辊配合运转。此外该系统中安装了一套冷却系统，专门为力矩电机散热。4偏心机构偏心机构主要由一个偏心压辊组成。调节压辊的高度，裁切出的材料相对程度产生一定的角度，角度大小由压辊下压的程度确定。5卷取机构卷取机构是控制机构的核心，是整个系统的最终目的。卷取的好坏决

6、定产品的质量。所以卷取机构的重要性不言而喻。卷取机构主要组成:PID控制板，浮动辊，电位计，伺服压力阀，收卷变频器A，收卷电机A与减速箱，收卷变频器B，收卷电机B与减速箱。当A轴或者B轴启动按钮按下后，PID控制板根据浮动辊的位置反应，输出一定的电压值驱动变频器A或者B,进而驱动卷取电机旋转实现卷取功能。变频器采用转矩控制形式，保持材料卷取经过中张力的恒定。收卷经过中要考虑卷径的变化，该机构采用气压阀压力的变化实现锥度控制功能，6卷轴切换机构卷轴切换机构由转盘，内啮合齿轮，多段轴，接近开关，旋转电机组成。当卷轴切换开关按下后，旋转电机D旋转驱动A,B轴齿轮，使圆盘旋转，待B轴运行到接近开关处，

7、电机D停顿旋转。2.系统电气元件的构成以及功能介绍；1.改造系统示意图2.改造明细如下：1将原先执行逻辑控制的GEPLC以及模块更换，取而代之的是三菱FX3U系列PLC控制系统。FX3U系列PLC作为FX2N系列的晋级产品，其根本性能大幅提升：1.FX3UCPU处理速度到达了0.065us/根本指令。2.内置了高达64K步的大容量RAM存储器。3.大幅增加了内部软元件的数目。4.强化了指令的功能，提供了多达209条应用指令，包括像与三菱变频器通讯的指令，CRC计算指令，产生随机数指令等等。2更换原有的PID控制板，采用FX3UPLC进展PID控制。该机器上目前采用的PID张力控制板是一款专门的

8、PID运算放大电路。相比目前的PLC，PID控制器的运算速度较慢，调节范围较小，体积较大，兼容性较差。而采用三菱FX3U系列PLC后，系统的抗干扰才能也有了很大程度的进步。3拆卸浮动辊与电位计，采用张力检测器LX-050TD，LM-10PD与PLC组合进展全闭环恒张力控制。之前采用的浮动辊与电位计组合，通过浮动辊上电位计的电压变化来显示张力的变化。与张力检测器直接相比，该方式需要经过转换计算，速度响应性较差。使用检测辊时易受气源气压，浮动辊自重以及调节人的人为因素影响。电位计的精度较差，无法实时显示材料的实际张力。采用张力表与张力检测器后，以材料张力直接为监控对象，实时检测；检测辊自重影响可自

9、动消除；材料包角影响自动消除；微张力也可监控；4使用PLC程序实现锥度控制，拆下伺服气压阀。该机器之前通过控制伺服气压阀的压力来调节浮动辊的张力。压力降低，浮动辊回位所需的弹力降低，以此来降低目的张力的设定值。如今PLC内部采用卷径计算方法，随着卷径变化收卷张力线性变化，以此来实现自由设定的锥度控制。省去原有的压力装置，机械构造更加简单。5采用10.4寸GT1275-VNBA人机触摸屏，替换原有的复杂开关按钮以及相关的电缆连接线。该机器之前好多操纵由分布在机器四周的开关按钮执行。操纵人员往往需要互相协作才能将机器运转。更换成触摸屏后，机器的集成化程度有所进步，方便用户的操纵。且节省了原有的很多

10、复杂繁琐的配线，取而代之的是一条和PLC的通讯线GT01-C30R4-8P.此方式能尽可能的防止漏电的发生。此外，采用人机界面后客户可实时操纵与监控机器的运行状态。当机器发生故障时，通过查看历史记录会更方便我们进展故障诊断。6采用三菱A700系列变频器替换原有的艾默生SP系列变频器，并与PLC进展485通讯。A700系列变频器作为三菱性能最高端变频器之一，代表目前变频器开展程度。采用A700系列变频器驱动带编码器的电机实现高性能的矢量控制：闭环矢量控制下，变频器可到达比无传感器矢量控制时更高精度和更快速度响应的性能。速度控制范围1:1500；速度波动率：0.01%；速度响应300rad/s。转

11、矩控制范围1:50；并具零速控制和伺服锁定功能。可低速时连续输出100%转矩，非常合适于放卷/收卷等场合。之前该机器上的变频器控制通过与PLC外部接线实现。由于外部干扰问题，在使用模拟量控制变频器运转时出现误差。且无法将变频器数据传输至PLC。该工程采用了FX3U-485BD通讯模块，利用RS-485通讯协议FX3UPLC与各变频器之间组成一条通讯网络。PLC可实时控制变频器的正转、反转、停顿，读取和更改当前变频器的频率、转矩。7采用三相普通异步电机加变频器的控制方式替换原有的力矩电机以及相关冷却机构。之前储能架采用力矩电机加力矩控制器的控制方式保证一定的提升力。由于该电机长时间运行，电机发热

12、较严重。所有专门配置了一套冷却系统帮电机散热。8现决定采用3kw普通电机与FR-A740-3.7K变频器组合，采用扭矩控制方式，外加制动单元，制动电阻，保证电机提供力矩的同时也不会出现过热现象。更换原有的低压控制电路元器件。取而代之的是三菱低压断路器，空气开关等。3.改造工程的施行。此次改造工程耗时25天。主要施行步骤如下：1拆下机器上原有的浮动辊、电位计，在原先部位安装张力检测器LX-050TD。将LM-10PD张力表安装在醒目位置并与张力检测器连接。2拆下原有的力矩电机以及冷却系统。更换成普通3.7kw三相异步电机加FR-A740-3.7K变频器。且将变频器与制动电阻连接。之后移除原有的冷

13、却系统。3拆下原有老化的艾默生变频器,换上相对应的三菱A700变频器。且将各变频器采用通讯线连接成网络、4安装PLC以及相关模块等，待全部元器件安装完毕进展程序编写。4.机器的现场调试。1使用LM-10PD张力表对张力检测器LX-050TD进展零点校正以及跨距的调整。步骤如下：A)确定张力检测器正确安装。B)如下列图所示依次设定张力表的最大量程，张力检测器的类型，张力显示的单位，张力表输出电压范围，检测器的个数。C)通过张力表，在材料不通过的情况下进展检测器调零。按下AUTOZERO键后，待数码显示管为0时表示检测器调零完成。D)调零成功完成后。将一段铁丝绳按讲明书所示缠绕在压辊上。取一只重量

14、为40KG的重物作为砝码挂在绳的一边，另一端固定。此时按下AUTODISP按钮，待显示管为400N时讲明跨距调整成功。2)变频器参数的设置。操纵形式：参数Pr79=0通讯站号：参数Pr331=0通讯速率：参数Pr332=96通讯停顿位长：参数Pr333=10通讯奇偶校验：参数Pr334=2通讯校验时间间隔：参数Pr336=9999通讯等待时间：参数Pr337=9999通讯开场形式选择：参数Pr340=1网络运行形式开场通讯有无CR/LF选择：参数Pr341=0有CR参数写入选择：参数Pr77=2可以在所有运行形式中写入参数5.程序的编写：1逻辑程序的编写。逻辑程序与之前机器上GEPLC程序相差

15、不大，这里就不再做逐一介绍2PID控制程序的编写。本工程核心程序是两段PID的控制程序以及模拟量收集程序。程序如下：3变频器通讯程序的编写。工程中主要使用PLC与变频器之间RS485通讯来驱动变频器。程序如下：6.调试经过中碰到的问题以及解决方案1调试中发现材料张力超出张力检测器量程。张力检测器选用的是三菱最大量程LX-50TD，但在调试经过中发现LM-10PD过载报警,检查接线，并使用程度仪重新校正张力检测器，发现无故障。后卸掉负载检查轴承安装，轴承安装正常。后测量加载时张力检测器之间的电压为160mV，后卸载后电压为30mV。确定材料的张力确实过大。这时决定将张力检测器安装位置旋转180度

16、。之后重新校正发现张力表显示400N,表示材料显示正常.2)材料在加速，减速，启动，停顿运行出现跳动。该机器之前采用的是浮动辊加压力阀来控制材料的张力，在启动，停顿及加减速时浮动辊可以起到缓冲的作用。但在换成张力检测器之后，直接检测张力，无缓冲。此时要求控制的响应速度要快，且PLC与变频器配合要更恰当。此时在程序中减小变频器加速与减速时间，重新调整PID控制程序中的P和I。反复的加速和减速，反复的调节直到材料各个情况下运行正常。3)在材料收卷经过中，平安踏板踩下后，材料停顿收卷。再次启动收卷，发现B轴偶然经常出现滞后现象。检查机械构造后发现B轴的减速箱一侧的光滑油液位较低。更换光滑油后，发现减

17、速箱工作噪音减小，滞后现象消除。4)机器运转经过中，PLC附件出现火花，FX3U-4AD-ADP模块被烧毁。经观察发现，消费现场静电比拟严重。之后重新将PLC与其他电器元器件做了专用接地。机器运转至今3个月，机器运转正常。消费经过中发现，每次暂停后，机器再运转，料筒上的材料出现横向偏移，内送外紧。经检查发现每次暂停后，卷径被复位，导致此时收卷时张力为初始张力，张力过大。重新编写暂停程序，材料收卷正常。6调试经过中变频器乱跳故障码E7。在起初变频器单独调试经过中运转正常，所有变频器同时启动，发现变频器开场跳故障码E7。后参考机器原有的控制柜发现，其中安装很多的隔离变压器。将变频器输出侧都连接在隔

18、离变压器，发现故障码消除。7.改造后的效果该工程采用了直接检测材料的张力，直接转矩控制驱动电机旋转。相比之前的采用浮动棍控制的速度控制，响应速度更快。材料张力的稳定性更好。而且采用转矩控制，材料在启动之前，要对系统进展预驱动，这样防止了材料在启动瞬间的褶皱或者材料拉断等现象。且客户能实时监测各材料的张力，更好的方便消费控制，进步产品质量。此次改造除了张力控制方面，主电路也做了一定的优化。采用响应较快的空气断路器，电磁接触器等元器件，替换原有的老化元器件，防止出现元器件损坏导致系统崩溃的现象。此外采用触摸屏替换原有的机械开关，简化系统的控制线路，进步了设备的集成度，方便操纵人员的操纵，监视以及故

19、障查询。8.客户评价。1.产品质量进步。机器未改造前，卷取材料厚的膜问题不大，但当卷取材料比拟薄的膜时，张力较小时，波动较大，卷出来的材料边沿不是很整洁。现机器已运作三个月，张力控制比拟平稳。产品质量由原先的60%进步到80%。且实时检测材料上的张力，方便客户在线调整。2.易操纵，减少人力本钱。原先操纵人员每次开机需要至少2人以上同时协作，如今只需将材料粘贴在料筒上，使用人机界面操纵1人就可以正常消费。参考文献：1)三菱通用变频器FR-A700使用手册应用篇2)LM-10PD产品使用讲明书3)LX-TD产品使用手册4)FX3U/FX3UC用户手册模拟量控制篇5)FX3U系列微型可编程控制器编程手册根本应用指令讲明书