CN109308044A - 不停机复卷机电气控制***及其控制方法 - Google Patents

不停机复卷机电气控制***及其控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种经济型不停机复卷机电气控制***及其控制方法，采用可编程控制器+触摸屏+变频器+同步伺服+异步伺服综合控制***，可编程控制器通过变频器对各传动电机进行调速控制和反馈监控，主传动电机、原纸放卷***电机为异步伺服电机，压轴传动电机、下复卷辊传动电机为同步伺服电机，主电机变频器带动主传动电机异步伺服作为主传动，压轴变频器和下复卷辊变频器采集主轴线速度做跟随运动和原纸放卷***变频器采集主电机编码器信号做位置跟随运动。可编程控制器、触摸屏及变频器***与复卷机无缝衔接实现不停机复卷机生产过程自动化，生产效率高，车速高，产能1T/h以上，具有可靠性高，操作简便，维修方便的优点。

Description

不停机复卷机电气控制***及其控制方法
技术领域
本发明涉及纸后加工设备领域，具体地说，是涉及一种不停机复卷机电气控制***及其控制方法。
背景技术
复卷机生产线控制***是整条生产线的关键，复卷机的放卷部分、复卷部分、收卷部分、理料部分都需按照控制***的要求有序工作。传统的控制***采用运动控制器+同步伺服***+变频器***的方案，方案结构复杂，组成部件多，故障概率高，运行维护复杂，调试困难，运行维护成本高。而且，传统的控制***在进行纸卷规格更换等调整时都需要先停机，调整参数后再重新运行，运动控制器+同步伺服***+变频器***的控制***调试复杂，参数多，耗时长，导致减低连续生产时间，生产效率降低。
应用PLC和触摸屏的控制技术，通过简易电气***完成不停机复卷机的生产过程自动化，提高了生产效率，稳定了产品质量，简化了调节维修，节省了人工。通过触摸屏简易参数调整就可以完成规格替换调整，有着非常好的生产效益。
发明内容
本发明的目的在于克服上述传统技术的不足之处，提供一种结构简化、组成部件少、运行维护容易、能够不停机调试修改参数、成本低、生产效益高的不停机复卷机电气控制***及其控制方法，实现不停机复卷机生产过程自动化。
本发明的目的是通过以下技术措施来达到的：
不停机复卷机电气控制***，包括传动电机和控制***，其特征在于：
所述控制***包括可编程控制器、指令输入装置和变频器，所述传动电机上设有电机编码器，所述变频器、传动电机和电机编码器构成闭环控制；
所述传动电机包括主传动电机、压轴传动电机、下复卷辊传动电机和原纸放卷***电机，所述主传动电机设有主电机编码器，所述压轴传动电机设有压轴电机编码器，所述下复卷辊传动电机设有下复卷辊电机编码器，所述原纸放卷***电机设有放卷电机编码器，所述主传动电机的主传动轴设有主轴测速编码器；
所述变频器包括主电机变频器、压轴变频器、下复卷辊变频器和原纸放卷***变频器，所述主电机变频器控制主传动电机并通过主电机编码器构成闭环控制，所述压轴变频器控制压轴传动电机并通过压轴电机编码器构成闭环控制，所述下复卷辊变频器控制下复卷辊传动电机并通过下复卷电机编码器构成闭环控制，所述原纸放卷***变频器控制原纸放卷***电机并通过放卷电机编码器构成闭环控制；
所述可编程控制器与指令输入装置通过以太网口连接并通讯；
所述可编程控制器具有数字量输出、模拟量输入和模拟量输出，所述可编程控制器的模拟量输入接收主传动电机的主轴线速度信号，所述可编程控制器的模拟量输出连接主电机变频器进行速度控制，所述可编程控制器的数字量输出连接压轴变频器、下复卷辊变频器和原纸放卷***变频器进行逻辑控制；
主电机变频器采集主电机速度信号并输出差分分频信号通过原纸放卷***变频器控制原纸放卷***电机做位置跟随运动。
作为一种优选方案，所述主传动电机、原纸放卷***电机为异步伺服电机，所述压轴传动电机、下复卷辊传动电机为同步伺服电机。所述主传动电机和原纸放卷***电机采用异步伺服，所述压轴传动电机和下复卷辊传动电机采用同步伺服。
作为一种优选方案，所述可编程控制器与主电机变频器、压轴变频器、下复卷辊变频器和原纸放卷***变频器以RS485口连接并通讯。
作为一种优选方案，指令输入装置包括触摸屏和/或无线遥控***。
作为一种优选方案，所述无线遥控***包括与可编程控制器通过以太网口连接并通讯的遥控接收机、与遥控接收机无线通讯的遥控发射机，所述遥控发射机设置有点动、停机、加速、减速四种控制按钮。
作为一种优选方案，所述主传动电机、压轴传动电机、下复卷辊传动电机、原纸放卷***电机分别连接有刹车制动装置，所述可编程控制器连接有急停按钮，按下急停按钮时主传动电机、压轴传动电机、下复卷辊传动电机、原纸放卷***电机的刹车制动装置动作刹车停机，在2秒内停机。原纸放卷***电机连接的刹车制动装置是机械刹车，主传动电机、压轴传动电机、下复卷辊传动电机连接的刹车制动装置为电流制动刹车，所述电流制动刹车由变频器制动停机功能完成。
作为一种优选方案，所述可编程控制器为三菱FX5U系列PLC。
作为一种优选方案，所述原纸放卷***电机为一台或多台，所述每台原纸放卷***电机分别由对应的原纸放卷***变频器控制。一台原纸放卷***电机对应一台原纸放卷***变频器和放卷电机编码器，构成一组闭环控制的原纸放卷***。在本发明中原纸放卷***医设立两组最优，也可以只用单组或者多达六组。两组即可节省更换原纸辊的时间，显著提高工作效率。
不停机复卷机电气控制方法，包括以下步骤：
步骤一、开机，可编程控制器的数字量输出启动信号和主机频率至主电机变频器、压轴变频器、下复卷辊变频器和原纸放卷***变频器，进入正常复卷作业状态，可编程控制器通过主电机变频器带动主传动电机异步伺服作为主传动，主轴测速编码器采集主传动电机的主轴线速度信号输出至压轴变频器、下复卷辊变频器驱动压轴传动电机、下复卷辊传动电机做跟随运动，主电机变频器采集主电机编码器位置信号并输出差分分频信号至原纸放卷***变频器以控制原纸放卷***电机做位置跟随运动；
步骤二、可编程控制器采集复卷长度计数器信号和绝对值编码器，到达计数条件时，同时绝对值编码器角度符合工作条件时可编程控制器给定压轴变频器、下复卷辊变频器信号，使伺服脱离速度同步状态，压轴传动电机、下复卷辊传动电机进入独立凸轮运行状态，独立完成凸轮曲线一个周期，运行完特定凸轮曲线后立即切换到与主机速度同步状态。
作为一种优选方案，在步骤二中，所述压轴变频器、下复卷辊变频器在自定义凸轮运行状态时凸轮设定的曲线和速度与主传动速度比例跟随。
本发明所采用的技术方案是可编程控制器（即PLC）+触摸屏+变频器+同步伺服+异步伺服综合控制***，可编程控制器通过变频器对各传动电机进行调速控制和反馈监控，主传动电机、原纸放卷***电机为异步伺服电机，压轴传动电机、下复卷辊传动电机为同步伺服电机。主电机变频器带动主传动电机异步伺服作为主传动，压轴变频器和下复卷辊变频器采集主轴线速度做跟随运动和原纸放卷***变频器采集主电机编码器信号做位置跟随运动。
当PLC未给定压轴变频器和下复卷辊变频器凸轮信号时，压轴变频器、下复卷辊变频器和原纸放卷***变频器都跟随主传动做速度同步，到达工艺条件时，同时PLC检测绝对值编码器断纸位置信号，然后分别给压轴变频器和下复卷辊变频器凸轮启动信号，此时压轴变频器和下复卷辊变频器脱离速度跟随同步状态，进入自定义凸轮运行状态，按照凸轮设定的曲线和速度（与主传动速度比例跟随）独立完成凸轮曲线一个周期，周期长度由变频器凸轮数据设定，周期结束后压轴变频器和下复卷辊变频器立即切换到与主轴的速度跟随状态。凸轮运行的同时配合主机其他工艺动作，协作完成断纸过程。
所述控制***选择三菱FX5U系列PLC，该CPU的以太网口连接威伦触摸屏，进行ETHERNET通讯，CPU的RS485口连接变频器进行通讯，使用modbus协议与变频器进行数据交换，压轴变频器和下复卷辊变频器的凸轮数据与曲线通过PLC的RS485写入，原纸放卷***变频器的电子齿轮比也是通过RS485写入。
CPU本体自带的模拟量输入用来监控主电机变频器的运行频率，模拟量输出用来设定主电机变频器的频率，通过CPU集成的模拟量输入输出对主电机进行调速控制和反馈监控，这样配置就不在需要专门的通信模块和运动控制模块。
本发明中CPU为主体的控制***包含了手动操作，回零操作，自动运行，故障报警，IO监控，通信控制，模拟量控制，计数设置，各动作时间及延时设置等。CPU的控制及功能实现都可以按照公开的参数和功能要求进行配置，属于常规设置，不详述。
本发明中的控制***中引入了无线遥控***，设置点动，停机，加速，减速四种控制状态。设备换纸或者断纸时，单人可方便操作机器进行引纸，安全可靠，避免多人配合不当引发的安全问题。
由于采用了上述技术方案，与现有技术相比，本发明公开了一种经济型不停机复卷机电气控制***及其控制方法，利用可编程控制器、触摸屏及变频器***能够与复卷机无缝衔接配合，实现不停机复卷机生产过程自动化，生产效率高，车速高，产能1T/h以上，具备各种断纸保护，过载保护等保护性功能，全部采用变频器***，一般维修人员都可以操作，具有可靠性高，操作简便，维修方便的优点。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。
附图说明
附图1是本发明一种不停机复卷机电气控制***的结构示意图。
具体实施方式
实施例1：如附图1所示，一种不停机复卷机电气控制***，所述控制***包括可编程控制器、指令输入装置和变频器，所述传动电机上设有电机编码器，所述变频器、传动电机和电机编码器构成闭环控制；
具体讲，所述传动电机包括主传动电机、压轴传动电机、下复卷辊传动电机、第一原纸放卷***电机和第二原纸放卷***电机，所述主传动电机设有主电机编码器，所述压轴传动电机设有压轴电机编码器，所述下复卷辊传动电机设有下复卷辊电机编码器，所述第一原纸放卷***电机设有第一放卷电机编码器，所述第二原纸放卷***电机设有第二放卷电机编码器，所述主传动电机的主传动轴设有主轴测速编码器；
所述变频器包括主电机变频器、压轴变频器、下复卷辊变频器和、第一原纸放卷***变频器和第二原纸放卷***变频器，所述主电机变频器控制主传动电机并通过主电机编码器构成闭环控制，所述压轴变频器控制压轴传动电机并通过压轴电机编码器构成闭环控制，所述下复卷辊变频器控制下复卷辊传动电机并通过下复卷电机编码器构成闭环控制，所述第一原纸放卷***变频器控制第一原纸放卷***电机并通过第一放卷电机编码器构成闭环控制，所述第二原纸放卷***变频器控制第二原纸放卷***电机并通过第二放卷电机编码器构成闭环控制；
所述可编程控制器与指令输入装置通过以太网口连接并通讯；
所述可编程控制器具有数字量输出、模拟量输入和模拟量输出，所述可编程控制器的模拟量输入接收主传动电机的主轴线速度信号，所述可编程控制器的模拟量输出连接主电机变频器进行速度控制，所述可编程控制器的数字量输出连接压轴变频器、下复卷辊变频器和原纸放卷***变频器进行逻辑控制；
主电机变频器采集主电机速度信号并输出差分分频信号通过第一原纸放卷***变频器和第二原纸放卷***变频器分别控制第一原纸放卷***电机和第二原纸放卷***电机做位置跟随运动。
本实施例中，原纸放卷***变频器和原纸放卷***电机设置有两组，以实现两组复卷***交替，设备能够持续复卷作业而不会因更换原纸卷耽搁时间，更进一步的，也可以将两者继续扩展至六组甚至更多。
所述主传动电机为异步伺服电机，所述压轴传动电机、下复卷辊传动电机、第一原纸放卷***电机和第二原纸放卷***电机为同步伺服电机。所述主传动电机、第一原纸放卷***电机和第二原纸放卷***电机采用异步伺服，所述压轴传动电机、下复卷辊传动电机采用同步伺服，所有电机均使用闭环控制***。
所述可编程控制器与主电机变频器、压轴变频器、下复卷辊变频器、第一原纸放卷***变频器、第二原纸放卷***变频器以RS485口连接并通讯。
指令输入装置包括触摸屏和无线遥控***。所述无线遥控***包括与可编程控制器通过以太网口连接并通讯的遥控接收机、与遥控接收机无线通讯的遥控发射机，所述遥控发射机设置有点动、停机、加速、减速四种控制按钮。
所述主传动电机、压轴传动电机、下复卷辊传动电机、第一原纸放卷***电机和第二原纸放卷***电机分别连接有刹车制动装置，所述可编程控制器连接有急停按钮，按下急停按钮时主传动电机、压轴传动电机、下复卷辊传动电机、第一原纸放卷***电机和第二原纸放卷***电机的刹车制动装置动作刹车停机，在2秒内停机。其中第一原纸放卷***电机和第二原纸放卷***电机连接的刹车制动装置为机械刹车，主传动电机、压轴传动电机、下复卷辊传动电机连接的刹车制动装置为电流制动刹车，所述电流制动刹车由变频器制动停机功能完成。
在本实施例中，所述可编程控制器采用三菱FX5U系列PLC，所述触摸屏采用威纶通触摸屏。当然，只要能够实现本发明要求的功能，也可以使用其他厂家和型号的产品代替。
实施例2：一种应用上述不停机复卷机电气控制***进行不停机复卷机电气控制方法，包括以下步骤：
步骤一、开机，可编程控制器的数字量输出启动信号和主机频率至主电机变频器、压轴变频器、下复卷辊变频器和原纸放卷***变频器，进入正常复卷作业状态，可编程控制器通过主电机变频器带动主传动电机异步伺服作为主传动，主轴测速编码器采集主传动电机的主轴线速度信号输出至压轴变频器、下复卷辊变频器驱动压轴传动电机、下复卷辊传动电机做跟随运动，主电机变频器采集主电机编码器位置信号并输出差分分频信号至原纸放卷***变频器以控制原纸放卷***电机做位置跟随运动；
步骤二、可编程控制器采集复卷长度计数器信号和绝对值编码器，到达计数条件时，同时绝对值编码器角度符合工作条件时可编程控制器给定压轴变频器、下复卷辊变频器信号，使伺服脱离速度同步状态，压轴传动电机、下复卷辊传动电机进入独立凸轮运行状态，独立完成凸轮曲线一个周期，运行完特定凸轮曲线后立即切换到与主机速度同步状态。其中，所述压轴变频器、下复卷辊变频器在自定义凸轮运行状态时凸轮设定的曲线和速度与主传动速度比例跟随。
本发明所采用的技术方案是可编程控制器（即PLC）+触摸屏+变频器+同步伺服+异步伺服综合控制***，可编程控制器通过变频器对各传动电机进行调速控制和反馈监控，主传动电机、第一原纸放卷***电机和第二原纸放卷***电机为异步伺服电机，压轴传动电机、下复卷辊传动电机为同步伺服电机。主轴测速编码器采集主传动电机的主轴线速度信号驱动压轴传动电机、下复卷辊传动电机做跟随运动，主电机变频器采集主电机编码器信号并输出两组差分分频信号驱动第一原纸放卷***电机和第二原纸放卷***电机做位置跟随运动；
当PLC未给定压轴变频器和下复卷辊变频器凸轮信号时，压轴变频器、下复卷辊变频器、第一原纸放卷***变频器和第二原纸放卷***变频器都跟随主传动做速度同步，到达工艺条件时，同时PLC检测绝对值编码器断纸位置信号，然后分别给压轴变频器和下复卷辊变频器凸轮启动信号，此时压轴变频器和下复卷辊变频器脱离速度跟随同步状态，进入自定义凸轮运行状态，按照凸轮设定的曲线和速度（与主传动速度比例跟随）独立完成凸轮曲线一个周期，周期长度由变频器凸轮数据设定，周期结束后压轴变频器和下复卷辊变频器立即切换到与主轴的速度跟随状态。凸轮运行的同时配合主机其他工艺动作，协作完成断纸过程。
所述控制***选择三菱FX5U系列PLC，该CPU的以太网口连接威伦触摸屏，进行ETHERNET通讯，CPU的RS485口连接变频器进行通讯，使用modbus协议与变频器进行数据交换，压轴变频器和下复卷辊变频器的凸轮数据与曲线通过PLC的RS485写入，第一原纸放卷***变频器和第二原纸放卷***变频器的电子齿轮比也是通过RS485写入。
CPU本体自带的模拟量输入用来监控主电机变频器的运行频率，模拟量输出用来设定主电机变频器的频率，通过CPU集成的模拟量输入输出对主机进行调速控制和反馈监控，这样配置就不在需要专门的通信模块和运动控制模块，不仅仅是简化了架构，更大幅度减少了设备出故障的概率，显著提高了设备无故障持续运行时间，减少了维护需求，降低了运行维护成本。
所述控制***中引入了无线遥控***，设置点动，停机，加速，减速四种控制状态。设备换纸或者断纸时，单人可方便操作机器进行引纸，安全可靠，避免多人配合不当引发的安全问题。

Claims (10)

1.不停机复卷机电气控制***，包括传动电机和控制***，其特征在于：
所述控制***包括可编程控制器、指令输入装置和变频器，所述传动电机上设有电机编码器，所述变频器、传动电机和电机编码器构成闭环控制；
所述传动电机包括主传动电机、压轴传动电机、下复卷辊传动电机和原纸放卷***电机，主传动电机的主传动轴设有主轴测速编码器；
所述变频器包括主电机变频器、压轴变频器、下复卷辊变频器和原纸放卷***变频器，所述主电机变频器控制主传动电机，所述压轴变频器控制压轴传动电机，所述下复卷辊变频器控制下复卷辊传动电机，所述原纸放卷***变频器控制原纸放卷***电机；
所述可编程控制器与指令输入装置通过以太网口连接并通讯；
所述可编程控制器具有数字量输出、模拟量输入和模拟量输出，所述可编程控制器的模拟量输入接收主传动电机的主轴线速度信号，所述可编程控制器的模拟量输出连接主电机变频器进行速度控制，所述可编程控制器的数字量输出连接压轴变频器、下复卷辊变频器和原纸放卷***变频器进行逻辑控制；
主电机变频器采集主电机速度信号并输出差分分频信号通过原纸放卷***变频器控制原纸放卷***电机做位置跟随运动。
2.根据权利要求1所述的不停机复卷机电气控制***，其特征在于：所述主传动电机和原纸放卷***电机为异步伺服电机，所述压轴传动电机、下复卷辊传动电机为同步伺服电机。
3.根据权利要求1所述的不停机复卷机电气控制***，其特征在于：所述可编程控制器与主电机变频器、压轴变频器、下复卷辊变频器、原纸放卷***变频器以RS485口连接并通讯。
4.根据权利要求1所述的不停机复卷机电气控制***，其特征在于：所述指令输入装置包括触摸屏和/或无线遥控***。
5.根据权利要求4所述的不停机复卷机电气控制***，其特征在于：所述无线遥控***包括与可编程控制器通过以太网口连接并通讯的遥控接收机、与遥控接收机无线通讯的遥控发射机，所述遥控发射机设置有点动、停机、加速、减速四种控制按钮。
6.根据权利要求1所述的不停机复卷机电气控制***，其特征在于：所述主传动电机、压轴传动电机、下复卷辊传动电机和原纸放卷***电机分别连接有刹车制动装置，所述可编程控制器连接有急停按钮，按下急停按钮时主传动电机、压轴传动电机、下复卷辊传动电机和原纸放卷***电机的刹车制动装置动作刹车停机，在2秒内停机。
7.根据权利要求1所述的不停机复卷机电气控制***，其特征在于：所述可编程控制器为三菱FX5U系列PLC。
8.根据权利要求1所述的不停机复卷机电气控制***，其特征在于：所述原纸放卷***电机为一台或多台，所述每台原纸放卷***电机分别由对应的原纸放卷***变频器控制。
9.不停机复卷机电气控制方法，包括以下步骤：
步骤一、开机，可编程控制器的数字量输出启动信号和主机频率至主电机变频器、压轴变频器、下复卷辊变频器和原纸放卷***变频器，进入正常复卷作业状态，可编程控制器通过主电机变频器带动主传动电机异步伺服作为主传动，主轴测速编码器采集主传动电机的主轴线速度信号输出至压轴变频器、下复卷辊变频器驱动压轴传动电机、下复卷辊传动电机做跟随运动，主电机变频器采集主电机编码器位置信号并输出差分分频信号至原纸放卷***变频器以控制原纸放卷***电机做位置跟随运动；
步骤二、可编程控制器采集复卷长度计数器信号和绝对值编码器，到达计数条件时，同时绝对值编码器角度符合工作条件时可编程控制器给定压轴变频器、下复卷辊变频器信号，使伺服脱离速度同步状态，压轴传动电机、下复卷辊传动电机进入独立凸轮运行状态，独立完成凸轮曲线一个周期，运行完特定凸轮曲线后立即切换到与主机速度同步状态。
10.根据权利要求9所述的不停机复卷机电气控制方法，其特征在于：在步骤二中，所述压轴变频器、下复卷辊变频器在自定义凸轮运行状态时凸轮设定的曲线和速度与主传动速度比例跟随。
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