卧式铝箔分卷机电控系统设计..ppt

1、卧式铝箔分卷机电控系统设计,主讲人: 高瑞龙,第一章绪论,1.1铝箔在生活中的应用 一种用金属铝直接压延成薄片的烫印材料，其烫印效果与纯银箔烫印的效果相似，故又称假银箔。由于铝的质地柔软、延展性好，具有银白色的光泽，如果将压延后的薄片，用硅酸钠等物质裱在胶版纸上制成铝箔片，还可进行印刷。但铝箔本身易氧化而颜色变暗，摩擦、触摸等都会掉色，因此不适用于长久保存的书刊封面等的烫印。 铝箔因其优良的特性，广泛用于食品、饮料、香烟、药品、照相底板、家庭日用品等的包装材料；电解电容器材料；建筑、车辆、船舶、房屋等的绝热材料；还可以作为装饰的金银线、壁纸以及各类文具印刷品和轻工产品的装潢商标等。在上述各种用

2、途中，能最有效地发挥铝箔性能点的是作为包装材料。铝箔是柔软的金属薄膜，不仅具有防潮、气密、遮光、耐磨蚀、保香、无毒无味等优点，而且还因为其有优雅的银白色光泽，易于加工出各种色彩的美丽图案和花纹，因而更容易受到人们的青睐。特别是铝箔与塑料和纸复合之后，把铝箔的屏蔽性与纸的强度、塑料的热密封性融为一体，进一步提高了作为包装材料所必需的对水汽、空气、紫外线和细菌等的屏蔽性能，大大拓宽了铝箔的应用市场。由于被包装的物品与外界的光、湿、气等充分隔绝，从而使包装物受到了完好的保护。尤其是对蒸煮食品的包装，使用这种复合名箔的材料，至少可以保证食物一年以上不变质。而且，加热和开包都很方便，深受消费者的欢迎。

3、随着人民生活水平的提高和旅游事业的发展，啤洒、汽水等饮料和罐头食品的需求量日益增多，这些都需要有现代化的包装与装潢，以利于国际市场上的竞争。近年来，为适应市场要求，人们开发出了屏蔽性好的塑料薄膜和喷镀箔等包装材料，但它们的综合性能都不如过涂层和层压加工能得到弥补和改善。因此可以说，铝箔是具有多种优良性能，比较完美的包装材料，在诸多领域中都充分显示出它广阔的应用前景。 为了提高轧制效率和铝箔产品的质量，现代化铝箔轧机向大卷、宽幅、高速、自动化四个方向发展。当代铝箔轧机的辊身宽度已达2200mm以上，轧制速度达到2000m/min以上，卷重达到20t以上。相应的轧机自动化水平也大大提高，普遍安装了

4、厚度控制系统(AGC)，大多数安装了板形仪(AFC)。铝箔工业正面临一个高速发展的时期。,1.2铝箔的分类 铝箔的分类有多种方法，按铝箔的厚度、形状、状态或材质都可以进行分类。 铝箔按厚度差异可分为厚箔、单零箔和双零箔。厚箔：厚度为0102mm的箔。单零箔：厚度为0Olmm和小于01mm的箔。双零箔：所谓双零箔就是在其厚度以mm为计量单位时小数点后有两个零的箔，通常为厚度小于0.0075mm的铝箔。用英文表达时，厚箔称为“heavy gaugefoil。国外有时把厚度40ltm的铝箔称为light gauge foil，而把厚度40btm的铝箔统称为heavy gaugefoil。 铝箔按形状

5、可分为卷状铝箔和片状铝箔。铝箔深加工毛料大多数呈卷状供应，只有少数手工业包装场合才用片状铝箔。 铝箔按状态可分为硬质箔、半硬箔和软质箔。硬质箔：轧制后未经软化处理(退火)的铝箔，不经脱脂处理时，表面卜有残汕。因此硬质箔在印刷、贴合、涂层之前必须进行脱脂处理，如果用于成形加工则可直接使用。半硬箔：铝箔硬度(或强度)在硬质箔和软质箔之间的铝箔，通常用于成形加工。软质箔：轧制后经过充分退火而变软的铝箔，材质柔软，表面没有残油。目前大多数应用领域，如包装、复合、电工材料等，都使用软质箔。 铝箔按表面状态可分为一面光铝箔和两面光铝箔。一面光铝箔：双合轧制的铝箔，分卷后一面光亮， 面发乌，这样的铝箔称为一

6、面光铝箔。一面光铝箔的厚度通常不超过o025mm。两面光铝箔：单张轧制的铝箔，两画和轧辊接触，铝箔的两面因轧辊表面粗糙度不同又分为镜面二面光铝箔和普通二面光铝箔。二面光铝箔的厚度一般不小于001mm。 铝箔按加上状态可分为素箔、压花箔、复合箔、涂层箔、上色铝箔和印刷铝箔。素箔：轧制后不经仟何其他加工的铝箔，也称光箔。压花箔：表面上压有各种花纹的铝箔。复合箔：把铝箔和纸、塑料薄膜、纸板贴合在起形成的复合铝箔。涂层箔：表面上涂有各类树脂或漆的铝箔。上色铝箔：表面上涂有单一颜色的铝箔。印刷铝箔：通过印刷在表面上形成各种花纹、图案、文字或画面的铝箔，可以是一种颜色，最多的可达12种颜色。,第二章 分卷

7、机电控系统设计方案,2.1铝箔分卷机综述 1综述 铝箔分卷机是铝箔加工中的精整设备，将铝箔轧机进行叠轧轧制(双合轧制)后的一卷双张铝箔分为两卷单张并剪切有一定宽度、卷径长度的铝箔成品。铝箔分卷是铝箔生产的重要工序，分卷机的剪切质量对铝箔的质量和成品率有着重要影响。铝箔生产要求分卷机机列速度稳定、开卷及卷取张力恒定、张力梯度、控制精度高，同时必须要有高的生产效率来满足铝箔规模化生产的需要。由于进口铝箔分卷机引进费用相对高，部分铝箔生产企业无能力购置进口分卷机。这里结合铝箔生产实际论述立式铝箔分卷机的结构特点及分卷机的设计要点。 2设备组成 铝箔分卷机由上料系统、分卷系统、卸料系统及电控系统组成。

8、分卷系统由开卷机、剪切刀轴、导辊及卷取机等设备组成是分卷机的核心部分。上料系统由上料小车，开卷机组成。卸料系统由卸料小车、卷取轴夹紧装置和卷材小车组成。其中：开卷机、传动导辊、剪切刀轴及卷取机由电机驱动。 3工艺流程 首先利用上料系统按照手动或自动方式将铝箔轧机轧制的成品铝箔送到开卷机上；然后根据产品需要设定剪切宽度，经分切系统中的刀盘分切成不同宽度的成品箔，由上下卷取机分别卷取成卷，再由分切系统中的卸料杆将卷取机上的成品铝箔卷送出分切系统；此后利用卸料系统按照手动或自动方式将成品铝箔卷从分切系统中的卸料杆上取走，再将空卷轴送到分切系统，然后将成品铝箔送到存储台上；最后通过拔轴系统将卷轴从成品

9、铝箔卷中拔出，从而完成本工艺段操作。 4主要技术参数 铝箔分卷机的主要技术参数如下： a.来料宽度：1000mm1850mm b.来料厚度：2（0.006mm0.03mm） c.来料外径：2200mm（Max）,d.分切条数：Max.6条 h.张力控制精度：1 f.机列速度：1000M/min（Max） g.速度控制精度：0.1 e.成品外径：800mm（Max） 然而，对于较小直径的深孔(如632mm)用上述高速钢深孔钻头加工出现了不能断屑，导致堵屑而无法使用的情况。为此，我们对于较小直径深孔钻头进行了进一步研制，效果同样很理想。 5关键结构 1剪切机构 根据分卷铝箔厚度不同，铝箔分卷机配有

10、两套剪切刀轴，分别使用蝶形刀片和剃须刀片，每套剪切刀轴由上刀轴、下刀轴组成，上刀轴根据剪切的需要可安装蝶形刀片或剃须刀片，下刀轴通过更换下刀片适应剪切刀片，满足不同厚度铝箔的剪切。剪切不同厚度的铝箔时通过操作机构可以快速更换剪切刀轴，剪切过程中刀片与刀槽的剪切位置极为关键，可通过刀轴摆动调节和刀架上的调整机构来调整刀片与刀槽的深度和位置。剪切铝箔厚度00060015mm时采用剃须刀片进行剪切，铝箔厚度大于0015mm或更厚的箔材，采用碟形刀片进行剪切。 2卷取机构 铝箔分卷机布置有上、下两套卷取机。两套卷取机的结构和控制方式相同，每台卷取机与驱动电机联接。根据用户对铝箔成品卷的要求不同，卷取轴

11、分为75mm和d150mm两种。卷取机同时满足两种卷取轴的使用。卷取轴在生产中需要快速与卷取机相连，实现卷取、卸卷、上轴等步骤，卷取轴两端与传动连接部位为采用滚动轴承与弧齿连接的结构，保证每一次上轴位置与分卷机内的各导辊平行、传动可靠。卷取机的驱动电机采用交流变频控制技术，驱动电机要保证卷取张力梯度的稳定。随着卷取卷径的增加，卷取张力是线性递减的，称为张力梯度。如在卷取过程中，张力恒定会使铝箔料卷内、外部软硬不一，控制张力梯度的目的就是使铝箔料卷的内、外软硬一样。因此卷取机的张力控制精度是保证成品卷质量的关键。卷取轴在工作时，铝箔料卷垂直表面上有2个压平辊紧紧压靠在铝箔料卷上，为了保证成品铝箔

12、的产品质量，卷取过程中要通过合理地调整压平辊的面压值和卷取张力来控制分卷的平整度和铝箔卷取密度。,3卸卷机构 完成铝箔成品卷的卸卷、抽卷取轴等工作，提高铝箔分卷机的工作效率。它由卸卷小车、卷取轴夹紧装置和卷材小车组成。当卷取的铝箔成品卷达到工艺要求后，分卷机停止工作，卸卷小车驶向分卷机，把起上、下卷取轴及铝箔成品卷，同时驶向卷轴夹紧装置和卷材小车，将两带有卷取轴的铝箔成品卷放在卷材小车上，通过夹紧装置取轴，卸卷小车行走，完成抽取卷取轴等工作。 2.2铝箔生产工艺的特点 铝箔分卷机首先是要稳定、高速工作，工作时对通过的铝箔不能出现影响铝箔表面质量的任何缺陷。由于分卷铝箔厚度在0006003mm，

13、作用在分卷铝箔上的拉力很小，最小张力值为t25N。加之铝箔生产需要长期稳定的工作，所以对铝箔分卷机的设计和制作提出了很高的要求。国内部分企业早在几年前就开始研制铝箔分卷机，但由于各种原因设计、制造的铝箔分卷机还存在许多不如人意的方面，关键在于没有深入了解铝箔生产工艺对生产设备的特殊要求，分卷机的关键部件的设计、制作存在不足而造成。 。,第三章 张力控制方案原理介绍,对张力的控制有两个途径，一是可控制电机的输出转矩，二是控制电机转速，对这两个途径，md300设计了两种张力控制模式。 卷取机采用张力控制系统，开卷机、刀轴采用速度控制系统。由开卷机速度控制系统控制机列速度，因而速度不会失控；力控制系

14、统来调节，开卷张力通过改变刀轴电机输出转矩的大小和方向来调节。当刀轴电机输出转矩很小，仅用于维持刀辊群转动时，开卷张力等于两个卷取机张力之和；当刀轴电机输出转矩与导辊群转动方向相同并增大时，开卷张力等于两个卷取机张力与刀轴电机产生的拉力之和；当刀轴电机输出转矩与导辊群转动方向相反并增大时，刀轴电机分担了一部卷取机对开卷机的拉力，开卷张力随之减少。 3.1开环转矩控制模式 开环是指没有张力反馈信号，变频器仅靠控制输出频率或转矩即可达到控制目的，与开矢量或闭环矢量无关。转矩控制模式是指变频器控制的是电机的转矩，而不是频率，输出频率是跟随材料的速度自动变化。 根据公式F=T/R（其中f为材料张力，t

15、为收卷轴的扭矩，r为收卷的半径）可看出，如果能根据卷径的变化调整收卷轴的转矩，就可以控制材料上的张力，只来源于收卷轴的转矩，收卷轴的转矩的转矩主要作用于材料上。 Md系列变频器在闭环矢量（有速度传感器矢量控制）下可以准确的控制点机输出转矩，使用这种控制模式，必须加装编码器 3.2与开环转矩模式有关的功能模块： 1、 张力设定部分：用以设定张力，实际使用中张力的设定值应与所用材料；卷曲成型的要求等实际情况相对而定，需由使用者设定。张力锥度可以锥度可以控制张力随卷径增加而递减，用于改善收卷成型的效果。 2、 卷径计算部分：用于计算或获得卷径信息，如果用线速度计算卷径需要用到线速度输入部分，如果用好

16、厚度累计计算卷径需要到厚度累计计算卷径相关参数功能部分。 3、 转矩补偿部分：电机的输出转矩在加减速时有一部分要用来克服收放卷辊的转动惯量，变频器中关于惯量补偿部分可以通过适量的参数设置自动地根据加减速速率进行转矩补偿，使系统在加减过程中仍获得稳定的张力。摩,擦补偿可以克服系统阻力对张力产生的影响 3.3闭环速度控制模式 闭环是指需要张力的位置检测反馈信号构成闭环调节，速度控制模式是指变频器根据反馈信号调节输出变频，而达到控制目的，速度模式变频器可工作在无速度传感器矢量控制;有速度传感器矢量控制和v/f控制三种方式中的任何一种。 该控制模式的原理是通过材料线速度于实际计算一个匹配频率设定值f1

17、，在通过张力位置反馈信号进行pid运算产生一个频率调整值f2，最终频率输出为f=f1+2。F1可以基本使收放卷棍的线速度于材料线速度基本匹配，然后f2部分只需稍微调整即可满足控制需求，很好的解决了闭环控制中响应快速性和控制稳定性地矛盾。 这种模式下，张力设定部分无效，在fa-00pid给定源中设定系统控制的目标值，控制的结果是使张力位置的反馈信号稳定在pid的给定值上。特别注意，在用位置信号如张力摆杆；浮动辊做反馈时，改变设定值pid给定不一定能够改变实际张力的大小，改变张力的大小，改变张力的大小需要更改机械上的配置如张力摆杆或浮动辊的配重。 3.4与闭环速度模式有关的功能模块 1、 pid部

18、分：主要在fa组设定，fh组中第二组pid参数可以起到辅助作用。在其他部分都设定无误后，最终的控制效果需要调节pid参数。 2、 线速度输出部分：这部分比较重要，有两个作用，一是通过线速度计算变频器的匹配频率，二是可通过线速度计算卷径。 3、 卷径计算部分：计算实际卷径，变频器获取线速度和实际卷径后可以获取变频器的匹配频率。当用线速度计算卷径时，若变频器算得的卷径于实际卷径有偏差，说明线速度输入有偏差，通过卷径计算结果可以修正线速度输入。注意一点的是用线速度和卷径计算的匹配频率值并非变频器的实际输出频，用线速度和运行频率计算卷径时用到的运行频率是变频器的实际输出频率，所以逻辑上并不矛盾。 4、

19、 第二组pid参数部分：当只用第一组pid参数无法满足全过程的控制时，可利用第二组pid参数，例如在小卷时调整第一组pid参数获得较好效果，满足时调整第二组pid参数获得较好效果，这样在全程就能都达到较好的效果。,3.5控制方法 如果我们在卷取机卷径从小到大的变化中，先保持电动机磁通恒定为电动机最小磁场磁通，而电枢电流Ia随卷径D的增大成比例增大，使Ia/D保持恒定,即可保证张力T恒定；在卷径D增大到一定程度后，保持电枢电流Ia恒定，而磁通随卷径D的增大成比例增大，使/D保持恒定，这样也可以保证张力T恒定。因此在整个卷径变化范围内均可保证张力T恒定。 在此机列中，采用卷径分段式张力控制法使程序

20、简单，控制精度高，运行更加可靠。,第四章电气控制原理,。,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,第五章 分卷机电控系统设计书,5.1机列概述（1）铝箔分卷机由上料系统、分切系统、卸料系统和拔轴系统组成。立式铝箔分卷机中上料系统主要由上料小车及其轨道、检测开关组成，其中上料小车分为提升部分和行走部分，提升部分由交流电动机驱动，行走部分由交流双速电动机驱动。分切系统主要由开卷机、刀轴导辊群（以下简称刀轴）和1#、2#卷取机、卸料杆、开卷机液压系统等设备组成，其中开卷机、刀轴和1#、2#卷取机由直流电动机驱动，卸料杆由交流双速电动机驱动。卸料系统由门架和轨道组成，其中门架分

21、为行走部分、提升部分和翻转部分，它们均由交流双速电动机驱动。拔轴系统主要由拔轴部分和存储台部分组成，拔轴部分又分为行走部分和夹紧部分，拔轴的行走部分由交流电动机驱动，拔轴的夹紧部分由气动系统控制；存储台部分由气动系统控制。 （2）工艺流程首先利用上料系统按照手动或自动方式将铝箔轧机轧制的成品铝箔送到开卷机上；然后根据产品需要设定剪切宽度，经分切系统中的刀盘分切成不同宽度的成品箔，由上下卷取机分别卷取成卷，再由分切系统中的卸料杆将卷取机上的成品铝箔卷送出分切系统；此后利用卸料系统按照手动或自动方式将成品铝箔卷从分切系统中的卸料杆上取走，再将空卷轴送到分切系统，然后将成品铝箔送到存储台上；最后通过

22、拔轴系统将卷轴从成品铝箔卷中拔出，从而完成本工艺段操作。 5.2主要技术指标a.来料宽度：1000mm1850mmb.来料厚度：2（0.006mm0.03mm）c.来料外径：2200mm（Max）d.分切条数：Max.6条e.成品外径：800mm（Max）f.机列速度：1000M/min（Max）g.速度控制精度：0.1h.张力控制精度：15.3机列电气控制系统,本机列电气控制系统主要由可编程控制器（PLC德国SIMENSE公司产品）、交流辅助电动机控制部分和全数字直流控制器(英国C.T公司的MENTOR-II系列产品)组成。1PLC系统介绍本机列的PLC系统采用PROFIBUS总线结构的主从

23、方式,这样较大提高了系统的可靠性。本机列的PLC系统共设有五个站，其中以S7-3152DPCPU作为主站；用两个ET200M作为两个分站，用于现场的检测开关、操作台上操作开关的检测和液压系统、气动系统、交流辅助电动机的控制；本PLC系统另外两个分站分别为S7-224分站和操作屏OP27分站，其中操作屏OP27分站设在主操作台上，主要用于来料直径、来料宽度、来料厚度、卷轴初始直径、停车直径和停车长度等参数的设定，显示开卷机、卷取机、刀轴的状态和其它重要开关的状态，从而使操作手操作更方便、直观。主CPU采用S7-3152DPCPU，其主要完成本机列中上料系统、卸料系统和拔轴系统的自动方式下的控制和

24、手动方式下的控制以及开卷系统、分切系统的逻辑控制（包括直流驱动部分的逻辑控制），还管理各从站之间的通讯；S7-224分站专门用于分卷机的卷径计算、张力控制和机列速度的控制。 2直流驱动系统 MENTOR-II系列全数字的直流电机驱动器具有典型的双闭环控制特性，全数字菜单式参数设定，并可再线调整，可编程的模拟量和数字量输入输出，速度反馈可选择电枢电压、测速发电机和光电编码器，电流环参数自整定功能，装置自检功能，可以实现缺相、过流、过载、过压、超速、失磁等故障检测和报警。一旦发生故障，立即封锁脱扣，同时记忆故障时刻控制器内的所有动态数据并显示故障信息，为查找故障原因提供最大的帮助。 为保证系统工作

25、的快速性，所有直流驱动器均采用四象限装置。 5.4分切系统的控制 分切系统主要由开卷机、刀轴和1#、2#卷取机组成（如图1）。其机列张力在刀轴夹辊被分为两段：卷取机和刀轴之间形成卷取张力，开卷机和刀轴之间形成开卷张力。,1张力形成的方式 在本机列系统中，卷取机采用张力控制系统，开卷机、刀轴采用速度控制系统。在本方式中，由开卷机速度控制系统控制机列速度，因而速度不会失控；力控制系统来调节，开卷张力通过改变刀轴电机输出转矩的大小和方向来调节。当刀轴电机输出转矩很小，仅用于维持刀辊群转动时，开卷张力等于两个卷取机张力之和；当刀轴电机输出转矩与导辊群转动方向相同并增大时，开卷张力等于两个卷取机张力与刀

26、轴电机产生的拉力之和；当刀轴电机输出转矩与导辊群转动方向相反并增大时，刀轴电机分担了一部卷取机对开卷机的拉力，开卷张力随之减少。 2卷取机张力控制的方法在机列运行中卷取机电动机的转矩MD为：MD=TD/(2i)+MD+MO(1) 式中: T-卷取张力,单位为N D-卷取铝箔卷直径,单位为m MD-电动机动态转矩,单位Nm M0-电动机空载转矩,单位Nm i-机械传动比 在机列恒速运行中,MD=0。忽略M0（在程序中补偿）， 而得出：MD=TD/(2i) (2) 卷取机卷取张力：T=2iMD/D (3),卷取机线速度为：V=DnD/(60i)单位为m/s (4) 卷取机电动机功率：P=MDnD/

27、975单位为KW (5) 将(4)、(5)式代入(3)式得到：T=MDnD/(30V) =102P/V =0.102CenDIa/(DnD/(60i) =1.95Cei(/D)Ia(6) 因1.95Cei为常数,故令K=1.95Cei 则T=K(/D)Ia (7) 从(7)式中可以看出,如果我们在卷取机卷径从小到大的变化中，先保持电动机磁通恒定为电动机最小磁场磁通，而电枢电流Ia随卷径D的增大成比例增大，使Ia/D保持恒定,即可保证张力T恒定；在卷径D增大到一定程度后，保持电枢电流Ia恒定，而磁通随卷径D的增大成比例增大，使/D保持恒定，这样也可以保证张力T恒定。因此在整个卷径变化范围内均可保证张力T恒定。 在此机列中，采用卷径分段式张力控制法使程序简单，控制精度高，运行更加可靠。 3卷径测量的方法 在本机列中的刀轴导辊群的一个导辊（导辊直径为D2）上装一光电编码器，每旋转一圈发出的脉冲数为m2，卷径为D的开卷机或者卷取机转过一圈所通过的铝材长度与装光电编码器的导辊转过D/D2圈所通过的铝