定长切割飞剪机系统课设

东北大学秦皇岛分校课程设计用纸第1页目录第一章绪论.........................................................21.1课程设计的目的................................................21.2课程设计的要求................................................2第二章设计组成.....................................................22.1SinamcisS120.................................................22.2控制对象......................................................32.3S120变频器的特点.............................................32.4STARTER软件的控制原理及系统..................................4第三章设计内容.....................................................63.1STARTER软件的基本功能........................................63.2DCC的组成及基本功能..........................................63.3设计思想......................................................73.4设计图........................................................73.5Trace圆盘位置...............................................8四、结束语..........................................................9五、参考文献........................................................9东北大学秦皇岛分校课程设计用纸第2页第一章绪论1.1课程设计的目的橡胶、钢铁等都是以卷装形式运输，但使用时需切割成定长，本系统利用双圆盘模拟定长切割飞剪系统的工作过程1.2课程设计的要求（1）PC机与S120变频器用以太网方式连接，设备工作电压为220V；（2）通过实验室模型模拟该系统，两个圆盘，1号圆盘旋转速度恒定，开关量触发后2号圆盘启动并开始追踪1号圆盘位置，二者保持同步状态旋转90度后2号圆盘停止运行；（3）由物理按钮控制2号圆盘启动，2号按钮触发一次，2号圆盘执行一次追踪；（4）追踪过程通过DCC编程实现；第二章设计组成2.1SinamcisS120①主要部件有：控制单元、电源模块、电机模块/功率模块、编码器信号转换模块、端扩展模块东北大学秦皇岛分校课程设计用纸第3页②：Drive_CliQ③所有模块之间通过Drive_CliQ网络通讯④多轴控制系统：2.2控制对象旋转运动定位与同步两个圆盘，一大一小，前后放置2.3S120变频器的特点S120是西门子推出全新的集V/F、矢量控制及伺服控制为一体的驱动控制系统，它不仅能控制普通的三相异步电动机，还能控制同步电机、扭矩电机和直线电机。同时，S120还具有模块化设计，可以提供高性能的单轴和双轴驱动，功率范围：0.12kw-4500kw，具有广泛的工业应用价值。由于其具有很高的灵活性能，S120可以完美的满足应用中日益增长的对驱动系统轴数量和性能的要求。①高度灵活”的模块化设计允许不同功率等级与控制性能的单元自由组合，所有的系统组件之间都具有高度的兼容性，同时还可以通过简单的并联就可实现功率的增容。②一网到底”的通讯技术上位通讯支持标准的PROFIBUSDP现场总线或新一代高速工业以太网技术PROFINET,可以方便的集成到工厂的IT环境，传动组件之间采用独特的DRIVE-CLIQ通讯。东北大学秦皇岛分校课程设计用纸第4页③一心多用”的多机控制技术一个控制单元就可控制多达四台的逆变和一台的整流，所需数据都保存在控制单元中，在控制单元内就能建立轴间连接和控制，保证系统安全可靠运行。④能化的驱动组件链路DRIVE-CLIQ基于网络技术的全新传动串行通讯，用于传动组件之间的通讯。DRIVE-CLIQ组件都有一个电子名牌，各项技术数据都将自动装载到控制单元中，从而读取控制拓扑结构，实现SINAMICS驱动系统的自动配置。⑤置并联的“无环流设计”由于选用了新一代高性能IGBT和独特的均流控制技术，装置并联增容时，只需满足最短电机电缆的要求即可，而无需笨重而昂贵的平衡电抗或输出电抗器⑥象限运行的“IGBT智能整流”全新的IGBT整流-SLM，在实现四现象运行的基础上，成功避免了故障，又免除了传统晶闸管正反桥整流/回馈所需的自耦变压器，大大提高了传动系统的可靠性。2.4STARTER软件的控制原理及系统2.4.1伺服控制因为控制器S120内部的电流环、速度环和位置环行了比一般变频更精确的控制技术和算法，功能也比传统变频器强大很多，借助它的调试软件Starter能够满足各种运动控制。机械负载转矩检测电动机电流控制功能（矢量或伺服）电流控制速度控制位置控制S速度给定速度给定转矩给定位置给定东北大学秦皇岛分校课程设计用纸第5页2.4.2控制算法在控制系统中，调节器最常用的控制规律是PID控制。所谓PID控制，就是指根据系统偏差g(f)=r(t)-c(t)的比例P、积分I、微分D环节，通过线性组合构成控制量对控制对象进行的控制。实际的运行经验和理论分析都表明，PID控制器具有结构简单、稳定性好、可靠性高等优点。常规PID控制系统原理框图如图所示：比例积分微分执行器对象传感器R(t)U(t)+-C(t)PID调节器的控制规律是])()(e1)([)(t0dttdeKdttTteKtUDip其中为pK比例系数，iT为积分时间常数，DK为微分时间常数，PID调节器各校正环节的作用如下：1)比例环节即时成比例地反应控制系统的偏差信号P(f)，偏差一旦产生，调节器立即产生控制作用以减小偏差。2)积分环节主要用于消除静差，提高系统的无偏差度。积分作用的强弱取决于积分时间常数乃，Ti越大，积分作用越弱，反之越强。3)微分环节能反应偏差信号的变化趋势(变化速率)，并能在偏差信号的值变得太大之前在系统中引入一个有效的早期修正信号，从而加快系统的动作速度，减少调节时间。在控制回路中三个环节的使用PID调节规律如下：东北大学秦皇岛分校课程设计用纸第6页（1）伺服的电流环PID常数一般都是驱动器内部设定好的，操作使用者不需要更改。（2）速度环主要进行PI（比例和积分），因为比例就是增益，所以我们要对速度增益和速度积分时间常数进行合适的调节才能达到理想效果。（3位置环主要进行P（比例）调节。对此我们只要设定位置环的比例增益就好。总结：位置环、速度环的参数调节没有一个固定值，要根据具体的外部负载的机械传动连接方式、负载的运动方式、负载惯量、对速度、加速度要求以及本身的转子惯量等等很多条件来决定，调节的简单方法是根据外部负载的情况进行大体经验的范围内将增益从小往大调，积分时间常数从大往小调，以不出现震动超调的稳态值为最佳值进行设定。当进行位置模式需要调节位置环时，最好先调节速度环（此时位置环的比例增益设定在经验值的最小值），调节速度环稳定后，在调节位置环增益，适量逐步增加，位置环的响应最好比速度环慢一点，不然也容易出现速度震荡。第三章设计内容3.1STARTER软件的基本功能①点动②回零③MDI④程序步⑤限位3.2DCC的组成及基本功能3.2.1组成DCC由两部分组成：DCC功能库以及DCC编辑器其中：DCC编辑器是一种基于CFC的编程系统，它提供了一个编辑平台，在这个平台上，用户可以自由组合各种功能块，实现所要求的功能。DCC功能库是包含了预制功能块的库。也有两种不同的库文件：SINAMICS库和SIMOTION库3.2.2基本功能DCC的基本功能包括：①逻辑功能(Logic):逻辑与、或、非、定时、计数、脉冲、选择开关等。东北大学秦皇岛分校课程设计用纸第7页②运算功能(Arithmetic):加/减/乘/除、最大/最小值、数值取反、20点XY坐标取值等。③数据类型转换(Conversion):位-字、字-位、整数/实数/字之间的转换等。④闭环控制(Closed-loop):P/PI控制器、积分器、斜坡发生器等。⑤工艺功能(Technology):直径计算、惯量计算、摇摆功能、CAM控制器等。⑦系统功能(System):数据取样、读写参数等3.3设计思想一号圆盘通过STARTER软件的点动功能设定恒定的速度转动，二号圆盘通过STARTER软件的MDI功能实现追踪并同步90°停止，二号圆盘经过DCC的编程实现MDI的速度和位置模式的切换，追踪过程MDI启动速度模式，同步走90°过程切换到MDI的位置模式3.4设计图3.4.1STARTER编程东北大学秦皇岛分校课程设计用纸第8页3.4.1DCC编程3.5Trace圆盘位置东北大学秦皇岛分校课程设计用纸第9页四、结束语这次课程设计通过对西门子S120的一些基本操作，实现了对定长切割飞剪系统运动过程的模拟。在此期间，我学习了西门子s120的编程方法，同时学习并掌握了STARTER软件中点动、回零、MDI、程序步等基础定位功能，五、参考文献《S120功能手册》《S120调试手册》《DCCSinamics使用指南》《A0088_S120的基本定位功能》《S120DCC标准块DCC_Function_Manual_0212_chs》