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基于人机界面的电池极片生产线PLC控制基于人机界面的电池极片生产线PLC控制

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编号:    大小:291.08KB    格式:PDF    上传时间:2015-04-17
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资源描述:
基 于人机界面的电池极片生产线 PLC 控制*关玉明 朱 博 刘 伟 许 波( 河北工业大学 机械学院 ,天津 300130)Automatic battery pole producing device with PLC Based on HMIGUAN Yu-ming, ZHU Bo, LIU Wei, XU Bo( Hebei University of technology, Tianjin 300130, China)文章编号 : 1001-3997( 2009) 01-0160-02【摘 要 】采用 PLC 和触摸屏实现对电池极片生产线的控制,控制系统以可编程控制器为控制核心,触摸屏为人机接口,使系统控制界面友好,简单直观,便于操作,在实际应用中取得了明显效果 。关键词: PLC;人机界面;电池极片生产线【Abstract】The control system of battery electrode machine with PLC and HMI is introduced. Thecontrol system takes the programmable controller as its core, and the touch screen as human-machine in-terface, thus the system is friendly arid easily in operation. The system has come into operation and thepractical operation shows the system design is stable and reliable, meets the expected requirement of de-sign.Key words: PLC; HMI; Battery electrode machine*来稿日期: 2008-03-27 *基金项目:国家自然科学基金项目( 50675058)中图分类号: TH16, TP273 文献标识码: A1 引言随着各种新型电池的应用范围越来越广,电池极片生产设备的重要性将日益突出 。电池生产的可靠性 、一致性 、连续化生产 、无污染等新的制造工艺的不断升级,对电池设备提出了新的要求 。极片制备技术是电池生产的关键技术之一,电池极片的质量决定着电池质量的好坏 。目前国内电池极片设备生产电池极片有填充量小 、厚度不均匀 、着粉强度差 、表面不平整,边缘有毛刺等众多影响电池性能和质量的问题 。PLC 作为一种控制设备,用它单独构成一个控制系统是有局限性的,主要是无法进行实时监控,也不能显示报警信息 、进行参数的修改与设定,没有良好的界面,我们选用人机界面来弥补这些不足 。改进后的生产线采用 PLC 和触摸屏实现对伺服系统的精准控制,使控制系统模块化,简化设备结构的同时,使操作更加简便 、直观,排除了操作环境和个人因素的影响,得到高质量的电池极片 。2 生产流程极片上卷完毕后,从放卷辊放出,用压辊压实后切去毛边并将极片六等分 。中间过程用张力传感器实时测定张力值,与张力仪上预先设定的张力值比较,进行张力控制 。经纠偏机构自动检测 、微调极片的边线位置 。经轧辊压实后,用切刀将边缘毛刺切去,再用张力控制系统 、纠偏机构进行调整,最后卷绕在收卷辊上,得到成品 。机器运行时,为保证在去除毛刺同时得到适当极片张力,并保持极片薄厚均匀性,必须保证切边动作与极片辊压同步进行,使输出的线速度与主电机轧辊的线速度保持同步 。在启动的同时,收卷电机启动运转,张力控制仪自动加电运行,检测极片的张力并控制磁粉制动器和磁粉离合器以保证极片的张力在一定精度下和设定值一致 。纠偏系统保证极片不会出现蛇形走偏现象 。如图 1 所示,为极片轧制工艺流程图 。图 1 极片轧制工艺流程3 控制系统硬件架构控制系统主要由触摸屏和 PLC、伺服系统组成, eViewMT4400 工业触摸屏作为人机界面,主要用于显示设备和系统状态的实时信息,可产生相应的开关信息或输入数值,与 PLC 进行数据交换 。PLC 选用 FX1N-24MT,负责按钮 、光电旋转编码器和其它信号的输入,以及发出信号去控制继电器 、变频器 、伺服放大器等电气元件,进而控制各设备和电机的运行 。由张力控制仪结合张力传感器和磁粉离合器 、磁粉制动器来实现对张力的控制 。本系统选用轴输入 、轴输出 、机座支撑 、自然冷却磁粉离合器Machinery Design & Manufacture机械设计与制造第 1 期2009 年 1 月160FL200.J 型;磁粉制动器选用轴联结 、机座支撑磁粉制动器 FZ200.J/Y 型, SC-4 型智能张力控制仪 。纠偏系统是用光电纠偏仪通过光电传感器检测极片偏移量然后控制小功率电机来调整极片的偏移 。选用海安兰菱机电设备有限公司的 JP-2 型光电纠偏系统,其纠偏精度可达到 ±0.5mm。采用分辨率为 2000ppr 光电旋转编码器 。4 系统的软件架构4.1 PLC 的功能分析与设计根据设备的运行过程,分析4.1.1PLC 主要要完成的工作( 1)主电机的启动控制:按下启动按钮后,电机低速启动,经过一段时间再调速到工作转速 。按下停止或急停按钮时主电机停止 。通过触摸屏可对电机的转速进行调节,以得到满意的生产速度 。( 2)变频器的运转控制:主要是运转启动 、停止 、速度自动设定 、故障报警停止和解除故障状态 。( 3)伺服系统的运转控制:伺服系统的运转控制主要有运转启动 、跟随速度调节 、故障报警停止等 。( 4)收卷电机的控制:主电机启动后,收卷电机以额定转速自动运转 。电池极片生产线需要配置如下的不同性质的 I/O 点: 3 个开关量输入; 1 个脉冲输入; 1 个模拟量输出; 1 个脉冲输出; 6 个开关量输出 。系统控制采用三菱 FX1N-24MT 可编程控制器及其模拟输出模块 。4.1.2 程序主要实现的功能( 1)利用触摸屏为变频器设定频率,并由 PLC 和 D/A 输出模块转化成( 0-10) V 的模拟量输出给变频器的模拟输入端子;( 2)由编码器测量轧辊的转速,将速度信息用增量脉冲的形式输入到 PLC 中,在 PLC 内部利用 SPD 指令进行速度测量,按一定比例关系输出脉冲给伺服放大器去控制伺服电机,控制切刀线速度和轧辊线速度同步 。程序的流程图设计,如图 2 所示 。图 2 程序总体流程图FX2N-2DA 型模拟输出模块用于将 12 位的数字值转换成为2 点模拟输出,并将它们输入到变频器等设备中 。PLC 内部数据寄存器 D5 用于设定变频器的频率,本系统要使用 BFM#16 的低8 位用于保持 D/A 转换的下端 8 位数据和 BFM#17 的低端 3 位用于控制 D/A 转换时的数据保持和开启指定的转换通道 。因为要移动的是寄存器 D5 下端的 12 位数据,而数据寄存器 D 是 16 位的,因此要先把寄存器 D5 内部的数据扩展到辅助继电器 M0-M15 中,然后分两次传送到 D/A 模块的 BFM#16 单元中(先移动并保持下端 8 位数据,再移动上端 4 位数据)对轧辊进行测速,进行比例转换后由 PLC 输出高速脉冲给伺服放大器,主要用到高速处理指令 SPD 和 PLSY。由增量光电旋转编码器输出的高速脉冲串经 X0 输出给 PLC,在 PLC 内部用脉冲密度指令 SPD 对脉冲串密度进行测量,即测定轧辊的转速 。数据寄存器( D1)对脉冲进行计数,到达规定时间即将计数结果存放到另一个数据寄存器( D0)中,寄存器( D2)用于测定剩余时间 。这样 D0 中存放的值就代表了轧辊转速的大小,再乘以一个比例系数,将其放在 D10 中用于控制输出脉冲串的频率大小,以控制伺服电机转速 。4.2 触摸屏的设计系统选用的是 eView的 MT4400系列,通过触摸屏要实现以下功能:变频器运行频率的设定 、系统监控 、调试维护 、报警信息等 。4.2.1 操作界面设计在触摸屏上将给定频率的数值存储寄存器 D25 中,界面上添加调节频率按钮,实现频率实时可调功能 。D25 内的值通过急停按钮,系统开关复位,从程序上保证了系统运行的安全性 。变频器运行频率界面,如图 3 所示 。图 3 变频器运行频率的设定界面4.2.2 监控画面的设计触摸屏的主要任务是对整个系统的运行进行监控,包括所有功能部件的监控元件 。如图 4 所示 。图 4 触摸屏监控界面第 1 期关玉明等:基于人机界面的电池极片生产线 PLC 控制*161
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xiaomao上传于2015-04-17

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