FANUC数控系统PPT

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1、基于FANUC数控系统的布带缠绕机控制系统设计赵军辉数控布带缠绕机数控布带缠绕机:1.张力、压力、温度控制系统设计张力、压力、温度控制系统设计 2.FANUC数控系统数控系统 选型及编程选型及编程张力控制系统设计主要包括张力控制方案确定（布带缠绕工艺选用、张力控制机械设计和控制方案）和相关元器件选型（张力控制器、张力传感器、执行机构等）。布带缠绕工艺选用平叠缠绕。平叠缠绕可以使布带增宽，即增加了每层布带的重叠缠绕，缠绕从锥形的膜胎的端顶绕向膜胎的端底。该机械设计结构简单，易于安装，精度高，抗干扰性强。执行机构安装在制动轮上产生制动力矩，通过直径不变的制动轮使布带获得张力，从而保证制动轮前的布带

2、处于自由状态且带盘卷径的变化与张力控制无关。制动轮的目的是产生张力。布带按图示路线绕走，布带向左运动而绕上模胎，这时，制动轮施加与布带运动方向相反的阻尼力矩，从而张紧布带，产生张力。需要注意的是这时布带仍然向左运动，磁粉制动器处于滑差运转状态。压紧轮的作用是防止绕在制动轮上的布带打滑，导轮1的作用是增大布带在制动轮上的包角，增大摩擦力。机械结构执行元件选用磁粉制动器。磁粉制动器与张力控制器配套使用。控制部分采用西门子PLC S7-1200西门子具有组态功能并且可以通过屏幕直接观测数据以及可以通过键盘进行相关参数设定和调节，硬件结构由紧凑模块化结构组成，充分满足市场的针对小型PLC的需求。控制方

3、案：张力控制采用闭环控制系统。张力环节通过PLC S7-1200控制施力机构产生张力。系统首先进行预张力控制，预张力控制系统首先对设备进行预张力调节。预张力控制可以更好的提高系统精度。操作人员在PLC上输入缠绕制品所需的张力值，PLC S7-1200的输入信号通过与TC950张力控制仪连接的RS485通讯端进入TC950张力控制仪，张力控制仪对磁粉制动器发出指令，并由磁粉制动器产生张力，磁粉制动器产生的张力施加在布带上。但是实际张力与设定值存在一定偏差，实际张力通过传感器进行检测，并且张力传感器会将检测到的实际值反馈到张力控制仪，控制仪会通过实际测量值与设定值对比，并且对实际测量值开始PID调

4、节。张力控制仪的数据通过RS485通讯端与PLC S7-1200上的LCD显示，可以使操作人员更加清楚地观察并控制缠绕机的工作。之后系统进行张力控制。张力和预张力控制过程相同。纠偏机构选型：纠偏系统解决张力的不稳定性和辊子偏心产生的破坏。纠偏系统主要有检测装置、PLC、纠偏辊、驱动设备几个结构。偏差检测传感器是该装置的核心设备。缠绕设备在启动前进行手动位置对准，由操作人员按下设定键，纠偏系统可记忆位置值。缠绕设备开始运动纠偏系统也开始检测和反馈实际位置值并且通过调节器随时进行位置找正。设备的位置检测装置采用光纤传感器。光纤传感器灵敏性极强、体积也比较小。该纠偏系统采用步进电机作为执行机构。步进

5、电动机解决了响应速度的问题。温度控制系统设计：缠绕温度分为热温度和冷温度。热温度可以更有效地使布带层进行粘连。缠绕温度高会使树脂粘性降低，导致布带滑移;缠绕温度低，缠绕制品的布带粘接会受影响。加热有利于布带成形。温度控制系统采用闭环控制。该系统由PLC控制安装在压辊上的电热丝产生装置所需要的温度。由设计任务书可知热风范围为50-300以及压辊温度范围室温到120，选用镍铬系中的Cr15Ni60电热丝。系统实际值由温度传感器检测，并将采集后的数据通过温度控制仪与设定的温度值进行比较并对电热丝温度进行相应相应调节。采集到的实际值和设定的温度值通过PLC S7-1200的LCD显示。温度控制系统温度

6、传感器选用热电偶。热电偶利用热电效应，结构简单、测量范围宽、不需测量电路、适用于中高温。但稳定性较差。温度控制器选用SR93温度控制仪。SR93温度控制仪性价比高，使用方便，而且它的精度达到0.3级，符合本文对温度控制仪的要求。压力控制系统设计： 缠绕时的工作压力是指当布带在模胎上进行缠绕工作时，沿着膜胎径向施加在布带上的正向压力。压力系统的热压辊对布带层之间的碾压，可以增强浸胶布带层之间的粘连，也可以驱除布带层之间的气泡，还可以提高缠绕制品的密度和强度。压力系统还可以防止布带产生褶皱现象以及布带层之间的滑移。压力的大小与缠绕制品的质量好坏密不可分。压力控制采用半闭环控制。该装置的压力由气缸产

7、生。PLC根据用户输入的压力值对电磁阀进行调节从而控制气缸产生推力。由于缠绕设备处于运动状态，所以无法对压力实际输出进行测量，但可以通过采用压力传感器测量供气气压的方法间接测量实际输出压力值，得到的间接值通过比例转化得到实际压力值。压力系统的控制方式是通过压力传感器检测的实际值反馈到压力控制仪上，压力控制仪通过与设定值对比，对实际压力进行调节。并且通过西门子PLC S7-1200采集当前温压力值和写入用户设定值，以及在LCD上显示当前值和设定值。气动控制相对于其他传动与控制方式来说具有能源供应方式简单、气体便于输送、体积小、成本低、执行部件反应速度快等优点，所以本文采用气动控制。气动控制回路如

8、下图：在气动伺服控制系统中，气动元件起着提高压力控制的稳定性和提高压力控制系统可靠性的作用。压力控制回路由气缸、电磁换向阀、压力控制器、比例压力阀和压力传感器构成。气缸气动伺服系统的执行元件。在闭环控制中，执行元件对压力系统具有很大影响，FESTO公司生产的供气压力较小的DNC-125-125-P-Sn低摩擦气缸可以加快响应速度，还可降低系统压力。电磁控制换向阀的作用是控制气流进出或改变气体的流动方向。本课题选用FESTO的MFH-5/3G-3/8-S-B先导式电磁换向阀。液体压力范围上限较高，可任意安装。本课题采用AL808压力控制器。压力传感器与西门子PCL S7-1200的RS485通讯

9、接口相连接，用于反馈气缸的压力。比例阀对流量的节流进行的控制通过电控的方式工作。比例阀利用给定的输入信号通过比例控制流量，比例阀还可以进行对空气的压缩。本课题选用FESTO生产的MPPES-3-1/4-6-010比例阀。选用的比例阀响应快，可实现集成控制。压力系统对实际压力输出值测量是通过对供气气压的测量，并进行换算间接得到的实际压力值。由于系统对压力控制的精度较高，本课题采用上海自动化仪表股份有限公司生产的BPR一39型压力传感器，此传感器抗震程度高，寿命长，抗腐蚀性强。FANUC数控系统由FANUC株式会社最早推出的电液步进电动机，通过技术的不断改进和创新，陆续推出了满足各种需求的数控系统

10、。FANUC 0i-D系列数控系统是FANUC公司在2008年推出的新产品。FANUC0i-D数控系统具有功能基于FS32i，可控制5轴，可以实现4轴同时联动，主轴的数量为2，使用8.4in/10.4in液晶显示，A1轮廓控制，纳米插补，基于伺服电动机的主轴控制，标准嵌入式以太网等特点。FANUC 0i-D数控系统主要由显示器和MDI键盘、数控系统主板（中央处理器、轴和显示控制卡、储存器以及电源模块和各种接口）、伺服放大器及电动机、主轴放大器及电动机、I/O Link和通信模块构成。FANUC 0i-D数控系统主要对进给运动、主轴运动、显示和MDI键盘、机床操作面板和机床外围设备进行控制。该缠

11、绕设备的电气控制由计算机控制装置和强电控制装置组成。本课题FANUC数控车床电气控制系统的连接的主电路部分主要由数控系统电源、接触器MCC、电抗器、电源模块、控制电路电源、NC电源等组成。毕业设计主要进行伺服电机及放大器的选用、主轴电机及放大器的选用和数控系统PMC地址分配及编程。采用闭环控制的数控机床。闭环控制的缠绕设备位置检测装置直接安装在缠绕设备运动部件上，加大了缠绕设备加工精度。FANUC伺服电机按特性分为 和 系列。通过任务书给定的数据X、Z向可以计算并选择电机。此电机最大启动转矩为32Nm，电动机连续工作最大工作转矩8Nm，放大器型号为aiSP11。通过计算主轴电机及其放大器可以选

12、择FANUC交流伺服电机 。数控系统PMC编程PMC是数控机床用可编程序控制器(Programmable Machine Control,PMC)的英文简称。PMC可完成数控机床顺序逻辑控制。PMC实质上是一种PLC。PMC包括硬件系统和软件系统两部分。CPU是PMC的核心部件。PMC的工作原理是客户的程序输入到客户的存储器，CPU对客户的程序循环扫描并顺序执行。对客户的程序扫描和执行可分成输入采样阶段、程序执行阶段和输出刷新阶段。iiis4000/83000i22数控机床用PMC与外部的信号交换如上图。由数控系统(CNC）测向可编程序控制器（PMC）测的信号传递为F，由可编程序控制器（PMC

13、）测向数控系统（CNC)测的信号传递为G，由可编程序控制器（PMC）测向机床（MT）侧的信号传递为Y，由机床（MT）侧向可编程序控制器（PMC）侧的信号传递为X。PMC程序常用梯形图表达。梯形图包括电力轨、梯级、触点以及线圈和功能指令。PMC程序第一级程序用来处理短脉冲，第二级程序优先级较低，一级程序决定程序的循环周期。PMC程序由内部软件控制，每一个功能模块都用子程序进行表达。PMC通过顺序执行，先进行第一级程序再进行后续程序。具体PMC地址分配及编程图见说明书。本文中所提到的一些设计并不是很完善，没有对张力、压力、温度控制中的PID算法进行说明。虽然本文也对纠偏装置进行了简单说明，但是并没有深入了解。由于我的能力有限，再加上时间较为紧迫，对于文章中的一些设计和看法还显得稚嫩，文章中甚至会出现一些错误，望各位老师原谅并加以指正。谢谢观赏！