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基于模块化的复卷机电控系统优化设计

作　者: 尹海
导　师: 孟彦京
学　校: 陕西科技大学
专　业: 电力电子与电力传动
关键词: 复卷机模块化电力电子器件 PROFINET 智能化
分类号: TS734
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 49次
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内容摘要

造纸机虽影响着成品纸卷的质量，但复卷作为造纸的最后一道工序对成品纸卷的质量也起着关键的作用，也就是说对复卷机电控系统提出了较高的要求。考虑到目前国内复卷机电控系统的发展现状，本文基于模块化设计的思想对系统硬件、软件进行了分析并且以实际工程项目为背景，优化设计复卷机电控系统。本文首先对模块化设计方法进行了简要概述，针对复卷机直流传动系统特点，对直流驱动装置功率模块、主板电路以及装置的接口电路进行了分析。对于功率模块，文中分析了晶闸管、阻容电路中电阻和电容等电力电子器件的特性以及选型依据；还对主板电路、励磁模块各自完成的功能及它们的关系进行了论述；接口电路作为驱动装置的关键环节，文章主要阐述了电力电子器件对接口电路的要求、种类以及选型等问题。通过对复卷机机械工艺以及复卷机电控系统特点的分析对复卷机进行模块划分，分别分析了复卷机的工艺要求、成品纸卷的质量标准及复卷机工作原理，然后建立复卷机各自机械模块力学模型以及控制系统的数学模型。通过找出影响复卷成品纸卷质量的相关因素对其进行优化分析，其中主要探讨了复卷机前后底辊转矩差即底辊负荷分配的控制方案及优化分析、压纸辊压力控制方案及优化分、退纸辊张力控制方案与优化分析。控制系统程序需结合复卷机的工艺要求和其所要执行的控制任务进行设计，基于对复卷机的控制方法分析以及控制功能模块化的程序设计思想，分别设计各部分子程序模块，例如负荷分配、压力控制模块、张力控制模块、通讯模块等，在以后对复卷机程序进行设计时则只需要对以上子程序模块中的部分参数进行修改即可满足不同功率大小的复卷机对控制系统的要求。还研究了PROFINET在复卷机控制系统中的应用。设计了一套以矢量变频器G120为执行机构、PLC为控制核心的实用性和先进性很强的复卷机交流传动系统，该系统的抗干扰性能相对于PROFIBUS或MODBUS在工业现场更强，数据交换速度也提高了很多，提高了复卷机工作的稳定性。文章最后对整个工作进了总结，并对复卷机电控系统的发展趋势进行了展望，使复卷机传动系统向更加高速、智能化的方向发展。

全文目录

摘要  5-7
ABSTRACT  7-11
1 绪论  11-15
  1.1 引言  11
  1.2 复卷机电控系统国内外发展状况及趋势  11-13
  1.3 课题的提出及意义  13-14
  1.4 论文研究的主要内容  14-15
2 复卷机模块化设计方法概述  15-20
  2.1 模块化设计方法简介  15
  2.2 模块化设计概念  15-17
  2.3 模块化设计的优点  17-20
3 复卷机电控系统中驱动装置的设计  20-33
  3.1 功率模块设计  20-26
    3.1.1 现代电力电子器件的发展  20-21
    3.1.2 晶闸管的额定参数  21-22
    3.1.3 功率器件额定电压的选型  22-23
    3.1.4 功率器件额定电流的选型  23-25
    3.1.5 器件工作时需要注意的事项  25-26
  3.2 装置驱动电路分析  26-30
    3.2.1 晶闸管器件对驱动电路的要求  26-27
    3.2.2 驱动电路的选型  27-30
  3.3 装置控制电路的选型  30-33
    3.3.1 主板的选型  30-31
    3.3.2 励磁模块的选型分析  31-32
    3.3.3 控制电路的控制目标分析  32-33
4 复卷机工艺要求与控制模型的优化分析  33-49
  4.1 复卷机的机械结构简介  33
  4.2 复卷机工作原理及控制工艺  33-37
    4.2.1 复卷机工作原理简介  33-34
    4.2.2 复卷机控制工艺分析  34-37
  4.3 控制系统数学模型及其优化分析  37-49
    4.3.1 压纸辊压力数学模型及优化分析  37-42
    4.3.2 前后底辊转矩差数学模型及其控制系统优化分析  42-44
    4.3.3 退纸辊张力控制系统优化分析  44-49
5 复卷机电控系统设计  49-67
  5.1 系统的硬件设计  49-53
    5.1.1 4300/2000 下引纸复卷机简介  49
    5.1.2 系统的控制结构  49-50
    5.1.3 6RA70 相关参数设置和功能介绍  50-52
    5.1.4 PROFIBUS 通讯模块设计  52-53
  5.2 控制系统的程序设计  53-59
    5.2.1 模块化程序的设计  53-55
    5.2.2 压纸辊压力控制程序设计  55-57
    5.2.3 前后底辊转矩差控制程序设计  57
    5.2.4 张力控制程序设计  57-59
  5.3 HMI 的设计  59-61
    5.3.1 硬件准备及其程序下载  59-60
    5.3.2 HMI 的功能  60-61
  5.4 工业以太网在复卷机控制系统中的设计设想  61-67
    5.4.1 PROFINET 协议结构分析  61-63
    5.4.2 硬件选型及网络组态  63-65
    5.4.3 G120 的 IP 地址设置  65-66
    5.4.4 PROFINET 和 PROFIBUS-DP 的比较  66-67
6 结论  67-69
致谢  69-70
参考文献  70-73
攻读学位期间发表的学术论文目录  73-74

基于模块化的复卷机电控系统优化设计

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