1、基于FANUC數(shù)控系統(tǒng)的布帶纏繞機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)趙軍輝數(shù)控布帶纏繞機(jī)數(shù)控布帶纏繞機(jī):1.張力、壓力、溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)張力、壓力、溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 2.FANUC數(shù)控系統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng) 選型及編程選型及編程張力控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要包括張力控制方案確定（布帶纏繞工藝選用、張力控制機(jī)械設(shè)計(jì)和控制方案）和相關(guān)元器件選型（張力控制器、張力傳感器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等）。布帶纏繞工藝選用平疊纏繞。平疊纏繞可以使布帶增寬，即增加了每層布帶的重疊纏繞，纏繞從錐形的膜胎的端頂繞向膜胎的端底。該機(jī)械設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于安裝，精度高，抗干擾性強(qiáng)。執(zhí)行機(jī)構(gòu)安裝在制動(dòng)輪上產(chǎn)生制動(dòng)力矩，通過(guò)直徑不變的制動(dòng)輪使布帶獲得張力，從而保證制動(dòng)輪前的布帶

2、處于自由狀態(tài)且?guī)ПP(pán)卷徑的變化與張力控制無(wú)關(guān)。制動(dòng)輪的目的是產(chǎn)生張力。布帶按圖示路線繞走，布帶向左運(yùn)動(dòng)而繞上模胎，這時(shí)，制動(dòng)輪施加與布帶運(yùn)動(dòng)方向相反的阻尼力矩，從而張緊布帶，產(chǎn)生張力。需要注意的是這時(shí)布帶仍然向左運(yùn)動(dòng)，磁粉制動(dòng)器處于滑差運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。壓緊輪的作用是防止繞在制動(dòng)輪上的布帶打滑，導(dǎo)輪1的作用是增大布帶在制動(dòng)輪上的包角，增大摩擦力。機(jī)械結(jié)構(gòu)執(zhí)行元件選用磁粉制動(dòng)器。磁粉制動(dòng)器與張力控制器配套使用。控制部分采用西門(mén)子PLC S7-1200西門(mén)子具有組態(tài)功能并且可以通過(guò)屏幕直接觀測(cè)數(shù)據(jù)以及可以通過(guò)鍵盤(pán)進(jìn)行相關(guān)參數(shù)設(shè)定和調(diào)節(jié)，硬件結(jié)構(gòu)由緊湊模塊化結(jié)構(gòu)組成，充分滿(mǎn)足市場(chǎng)的針對(duì)小型PLC的需求。控制方

3、案：張力控制采用閉環(huán)控制系統(tǒng)。張力環(huán)節(jié)通過(guò)PLC S7-1200控制施力機(jī)構(gòu)產(chǎn)生張力。系統(tǒng)首先進(jìn)行預(yù)張力控制，預(yù)張力控制系統(tǒng)首先對(duì)設(shè)備進(jìn)行預(yù)張力調(diào)節(jié)。預(yù)張力控制可以更好的提高系統(tǒng)精度。操作人員在PLC上輸入纏繞制品所需的張力值，PLC S7-1200的輸入信號(hào)通過(guò)與TC950張力控制儀連接的RS485通訊端進(jìn)入TC950張力控制儀，張力控制儀對(duì)磁粉制動(dòng)器發(fā)出指令，并由磁粉制動(dòng)器產(chǎn)生張力，磁粉制動(dòng)器產(chǎn)生的張力施加在布帶上。但是實(shí)際張力與設(shè)定值存在一定偏差，實(shí)際張力通過(guò)傳感器進(jìn)行檢測(cè)，并且張力傳感器會(huì)將檢測(cè)到的實(shí)際值反饋到張力控制儀，控制儀會(huì)通過(guò)實(shí)際測(cè)量值與設(shè)定值對(duì)比，并且對(duì)實(shí)際測(cè)量值開(kāi)始PID調(diào)

4、節(jié)。張力控制儀的數(shù)據(jù)通過(guò)RS485通訊端與PLC S7-1200上的LCD顯示，可以使操作人員更加清楚地觀察并控制纏繞機(jī)的工作。之后系統(tǒng)進(jìn)行張力控制。張力和預(yù)張力控制過(guò)程相同。糾偏機(jī)構(gòu)選型：糾偏系統(tǒng)解決張力的不穩(wěn)定性和輥?zhàn)悠漠a(chǎn)生的破壞。糾偏系統(tǒng)主要有檢測(cè)裝置、PLC、糾偏輥、驅(qū)動(dòng)設(shè)備幾個(gè)結(jié)構(gòu)。偏差檢測(cè)傳感器是該裝置的核心設(shè)備。纏繞設(shè)備在啟動(dòng)前進(jìn)行手動(dòng)位置對(duì)準(zhǔn)，由操作人員按下設(shè)定鍵，糾偏系統(tǒng)可記憶位置值。纏繞設(shè)備開(kāi)始運(yùn)動(dòng)糾偏系統(tǒng)也開(kāi)始檢測(cè)和反饋實(shí)際位置值并且通過(guò)調(diào)節(jié)器隨時(shí)進(jìn)行位置找正。設(shè)備的位置檢測(cè)裝置采用光纖傳感器。光纖傳感器靈敏性極強(qiáng)、體積也比較小。該糾偏系統(tǒng)采用步進(jìn)電機(jī)作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)。步進(jìn)

5、電動(dòng)機(jī)解決了響應(yīng)速度的問(wèn)題。溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)：纏繞溫度分為熱溫度和冷溫度。熱溫度可以更有效地使布帶層進(jìn)行粘連。纏繞溫度高會(huì)使樹(shù)脂粘性降低，導(dǎo)致布帶滑移;纏繞溫度低，纏繞制品的布帶粘接會(huì)受影響。加熱有利于布帶成形。溫度控制系統(tǒng)采用閉環(huán)控制。該系統(tǒng)由PLC控制安裝在壓輥上的電熱絲產(chǎn)生裝置所需要的溫度。由設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)可知熱風(fēng)范圍為50-300以及壓輥溫度范圍室溫到120，選用鎳鉻系中的Cr15Ni60電熱絲。系統(tǒng)實(shí)際值由溫度傳感器檢測(cè)，并將采集后的數(shù)據(jù)通過(guò)溫度控制儀與設(shè)定的溫度值進(jìn)行比較并對(duì)電熱絲溫度進(jìn)行相應(yīng)相應(yīng)調(diào)節(jié)。采集到的實(shí)際值和設(shè)定的溫度值通過(guò)PLC S7-1200的LCD顯示。溫度控制系統(tǒng)溫度

6、傳感器選用熱電偶。熱電偶利用熱電效應(yīng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、測(cè)量范圍寬、不需測(cè)量電路、適用于中高溫。但穩(wěn)定性較差。溫度控制器選用SR93溫度控制儀。SR93溫度控制儀性?xún)r(jià)比高，使用方便，而且它的精度達(dá)到0.3級(jí)，符合本文對(duì)溫度控制儀的要求。壓力控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)： 纏繞時(shí)的工作壓力是指當(dāng)布帶在模胎上進(jìn)行纏繞工作時(shí)，沿著膜胎徑向施加在布帶上的正向壓力。壓力系統(tǒng)的熱壓輥對(duì)布帶層之間的碾壓，可以增強(qiáng)浸膠布帶層之間的粘連，也可以驅(qū)除布帶層之間的氣泡，還可以提高纏繞制品的密度和強(qiáng)度。壓力系統(tǒng)還可以防止布帶產(chǎn)生褶皺現(xiàn)象以及布帶層之間的滑移。壓力的大小與纏繞制品的質(zhì)量好壞密不可分。壓力控制采用半閉環(huán)控制。該裝置的壓力由氣缸產(chǎn)

7、生。PLC根據(jù)用戶(hù)輸入的壓力值對(duì)電磁閥進(jìn)行調(diào)節(jié)從而控制氣缸產(chǎn)生推力。由于纏繞設(shè)備處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，所以無(wú)法對(duì)壓力實(shí)際輸出進(jìn)行測(cè)量，但可以通過(guò)采用壓力傳感器測(cè)量供氣氣壓的方法間接測(cè)量實(shí)際輸出壓力值，得到的間接值通過(guò)比例轉(zhuǎn)化得到實(shí)際壓力值。壓力系統(tǒng)的控制方式是通過(guò)壓力傳感器檢測(cè)的實(shí)際值反饋到壓力控制儀上，壓力控制儀通過(guò)與設(shè)定值對(duì)比，對(duì)實(shí)際壓力進(jìn)行調(diào)節(jié)。并且通過(guò)西門(mén)子PLC S7-1200采集當(dāng)前溫壓力值和寫(xiě)入用戶(hù)設(shè)定值，以及在LCD上顯示當(dāng)前值和設(shè)定值。氣動(dòng)控制相對(duì)于其他傳動(dòng)與控制方式來(lái)說(shuō)具有能源供應(yīng)方式簡(jiǎn)單、氣體便于輸送、體積小、成本低、執(zhí)行部件反應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)，所以本文采用氣動(dòng)控制。氣動(dòng)控制回路如

8、下圖：在氣動(dòng)伺服控制系統(tǒng)中，氣動(dòng)元件起著提高壓力控制的穩(wěn)定性和提高壓力控制系統(tǒng)可靠性的作用。壓力控制回路由氣缸、電磁換向閥、壓力控制器、比例壓力閥和壓力傳感器構(gòu)成。氣缸氣動(dòng)伺服系統(tǒng)的執(zhí)行元件。在閉環(huán)控制中，執(zhí)行元件對(duì)壓力系統(tǒng)具有很大影響，F(xiàn)ESTO公司生產(chǎn)的供氣壓力較小的DNC-125-125-P-Sn低摩擦氣缸可以加快響應(yīng)速度，還可降低系統(tǒng)壓力。電磁控制換向閥的作用是控制氣流進(jìn)出或改變氣體的流動(dòng)方向。本課題選用FESTO的MFH-5/3G-3/8-S-B先導(dǎo)式電磁換向閥。液體壓力范圍上限較高，可任意安裝。本課題采用AL808壓力控制器。壓力傳感器與西門(mén)子PCL S7-1200的RS485通訊

9、接口相連接，用于反饋氣缸的壓力。比例閥對(duì)流量的節(jié)流進(jìn)行的控制通過(guò)電控的方式工作。比例閥利用給定的輸入信號(hào)通過(guò)比例控制流量，比例閥還可以進(jìn)行對(duì)空氣的壓縮。本課題選用FESTO生產(chǎn)的MPPES-3-1/4-6-010比例閥。選用的比例閥響應(yīng)快，可實(shí)現(xiàn)集成控制。壓力系統(tǒng)對(duì)實(shí)際壓力輸出值測(cè)量是通過(guò)對(duì)供氣氣壓的測(cè)量，并進(jìn)行換算間接得到的實(shí)際壓力值。由于系統(tǒng)對(duì)壓力控制的精度較高，本課題采用上海自動(dòng)化儀表股份有限公司生產(chǎn)的BPR一39型壓力傳感器，此傳感器抗震程度高，壽命長(zhǎng)，抗腐蝕性強(qiáng)。FANUC數(shù)控系統(tǒng)由FANUC株式會(huì)社最早推出的電液步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，通過(guò)技術(shù)的不斷改進(jìn)和創(chuàng)新，陸續(xù)推出了滿(mǎn)足各種需求的數(shù)控系統(tǒng)

10、。FANUC 0i-D系列數(shù)控系統(tǒng)是FANUC公司在2008年推出的新產(chǎn)品。FANUC0i-D數(shù)控系統(tǒng)具有功能基于FS32i，可控制5軸，可以實(shí)現(xiàn)4軸同時(shí)聯(lián)動(dòng)，主軸的數(shù)量為2，使用8.4in/10.4in液晶顯示，A1輪廓控制，納米插補(bǔ)，基于伺服電動(dòng)機(jī)的主軸控制，標(biāo)準(zhǔn)嵌入式以太網(wǎng)等特點(diǎn)。FANUC 0i-D數(shù)控系統(tǒng)主要由顯示器和MDI鍵盤(pán)、數(shù)控系統(tǒng)主板（中央處理器、軸和顯示控制卡、儲(chǔ)存器以及電源模塊和各種接口）、伺服放大器及電動(dòng)機(jī)、主軸放大器及電動(dòng)機(jī)、I/O Link和通信模塊構(gòu)成。FANUC 0i-D數(shù)控系統(tǒng)主要對(duì)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)、主軸運(yùn)動(dòng)、顯示和MDI鍵盤(pán)、機(jī)床操作面板和機(jī)床外圍設(shè)備進(jìn)行控制。該纏

11、繞設(shè)備的電氣控制由計(jì)算機(jī)控制裝置和強(qiáng)電控制裝置組成。本課題FANUC數(shù)控車(chē)床電氣控制系統(tǒng)的連接的主電路部分主要由數(shù)控系統(tǒng)電源、接觸器MCC、電抗器、電源模塊、控制電路電源、NC電源等組成。畢業(yè)設(shè)計(jì)主要進(jìn)行伺服電機(jī)及放大器的選用、主軸電機(jī)及放大器的選用和數(shù)控系統(tǒng)PMC地址分配及編程。采用閉環(huán)控制的數(shù)控機(jī)床。閉環(huán)控制的纏繞設(shè)備位置檢測(cè)裝置直接安裝在纏繞設(shè)備運(yùn)動(dòng)部件上，加大了纏繞設(shè)備加工精度。FANUC伺服電機(jī)按特性分為 和 系列。通過(guò)任務(wù)書(shū)給定的數(shù)據(jù)X、Z向可以計(jì)算并選擇電機(jī)。此電機(jī)最大啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩為32Nm，電動(dòng)機(jī)連續(xù)工作最大工作轉(zhuǎn)矩8Nm，放大器型號(hào)為aiSP11。通過(guò)計(jì)算主軸電機(jī)及其放大器可以選

12、擇FANUC交流伺服電機(jī) 。數(shù)控系統(tǒng)PMC編程PMC是數(shù)控機(jī)床用可編程序控制器(Programmable Machine Control,PMC)的英文簡(jiǎn)稱(chēng)。PMC可完成數(shù)控機(jī)床順序邏輯控制。PMC實(shí)質(zhì)上是一種PLC。PMC包括硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩部分。CPU是PMC的核心部件。PMC的工作原理是客戶(hù)的程序輸入到客戶(hù)的存儲(chǔ)器，CPU對(duì)客戶(hù)的程序循環(huán)掃描并順序執(zhí)行。對(duì)客戶(hù)的程序掃描和執(zhí)行可分成輸入采樣階段、程序執(zhí)行階段和輸出刷新階段。iiis4000/83000i22數(shù)控機(jī)床用PMC與外部的信號(hào)交換如上圖。由數(shù)控系統(tǒng)(CNC）測(cè)向可編程序控制器（PMC）測(cè)的信號(hào)傳遞為F，由可編程序控制器（PMC）測(cè)向數(shù)控系統(tǒng)（CNC)測(cè)的信號(hào)傳遞為G，由可編程序控制器（PMC）測(cè)向機(jī)床（MT）側(cè)的信號(hào)傳遞為Y，由機(jī)床（MT）側(cè)向可編程序控制器（PMC）側(cè)的信號(hào)傳遞為X。PMC程序常用梯形圖表達(dá)。梯形圖包括電力軌、梯級(jí)、觸點(diǎn)以及線圈和功能指令。PMC程序第一級(jí)程序用來(lái)處理短脈沖，第二級(jí)程序優(yōu)先級(jí)較低，一級(jí)程序決定程序的循環(huán)周期。PMC程序由內(nèi)部軟件控制，每一個(gè)