单片机控制卷纸机的设计说明书.doc

本 科 毕 业 设 计 第 PAGE 3 页 共 NUMPAGES 31 页 1 引言 卷纸机是配置在造纸机最末端的一个联动设备。它的主要功能是将纸机生产出的纸幅卷成纸辊，便于后加工工序进一步加工。 卷纸机不仅用于纸机上，还广泛用于机外涂布和机外压光等整饰生产线上进行再卷取。 在纸张生产中，卷纸也是非常重要的技术之一。卷纸机的性能直接影响卷纸质量、纸卷结构、纸张损失、纸机和后加工工序的整体生产效率以及企业的经济效益；同时，还影响印刷用户的印刷质量、印刷效率和印刷过程的运行性能。因此，近10多年来，世界各国也包括我国的广大造纸工作者和造纸机械制造厂商，都在努力研究改进卷纸技术和提高卷纸机性能。 在20世纪80年代前的100多年里，世界各国的造纸机主要是使用传统的老式卷纸机，也称作第一代卷纸机。而在1992年出现了第二代卷纸机。20世纪末又出现了崭新的现代卷纸机，也称第三代卷纸机，诸如Valmet公司的OptiReel Plus卷纸机、Voith Sulzer公司的Sirius卷纸机和原Beloit公司的TNT卷纸机。 20世纪90年代造纸机的发展空前迅猛，新概念、新技术、新装备不断涌现，纸机设计车速高达2500m/min；与此同时，涂布、超级压光等后加工技术也有了长足的进步，在试验厂，涂布机的运行速度高达3000 m/min。随后，卷纸技术也取得了同步发展，采用了新设计理念，应用了许多新技术、新装备和现代调控技术，获得了可喜的成果。 本课题设计的是单片机控制的卷纸机，相信它会以其结构简单，使用灵活、方便，易于控制等优点进入造纸业市场。 2 本课题的具体方案 2.1 设计要求 本次毕业设计的内容是单片机控制卷纸机的设计。 技术要求： 能将纸张生产线生产出来的纸卷绕成卷轴纸。卷绕速度要求：50~100m/min； 要卷的纸的宽度可调，最大850mm，最小210mm； 要求进纸的速度能平稳上升或下降； 并且能测量显示生产纸的长度； 纸张运行过程中，如出现断纸现象，要求立即停机报警。 2.2 本设计的组成 本设计主要由两部分组成：机械部分和控制部分。机械部分主要由电气控制系统、卷纸系统和液压控制系统三部分构成；电气部分是由单片机组成的中央控制单元，尤其实现对整个系统的控制。 2.3 卷纸机的工作原理 图2.1 卷纸机的工作原理图 本设计为一台单片机控制的卷纸机，它是用于纸张生产厂的一种设备，纸张生产线生产出来的纸可以再次自动卷绕，达到一定的紧度。并且进纸的速度能平稳上升或下降，还能测量显示生产纸的长度。纸张运行过程中，如出现断纸现象，可以立即停机报警。 纸材进入牵引辊后经过张力传感器，在张力传感器的控制下，纸材被收卷电机卷入卷纸辊上。 本设计卷成卷的最大直径为450mm。 3 中央控制系统 中央控制系统是整套卷纸机控制系统的控制中枢，采用单片机实现上述系统的协调控制，并且通过一台图形显示界面将整套系统运行时的重要参数显示给操作员。转速控制采用了可以调节速度的直流电机调速系统；驱动电路由晶闸管电路构成；控制电路主要包括转速给定、转速反馈、比例-积分-微分调节器，以及晶闸管脉冲触发电路；走纸的长度控制主要由纸长设定和纸长脉冲反馈构成。 4 电气传动系统 电气系统中，由于交流电动机调速困难，直流电动机调速性能好，所以，采用直流传动。所使用的调速单元均为全数字式调速单元。采用一个直流电动机带动卷纸辊。 4.1 电动机的选择 在此系统中，由于所选择负载的转矩并不太大，所以选择3.0kW的直流电动机即可满足要求。 所选直流电动机的型号和技术数据如下表4.1所示： 表4.1 直流电动机的型号及技术参数 型号 额定功率/kW 额定电压/V 额定电流/A 额定转速/(r/min) 励磁电压/V 励磁方式 励磁电流/A Z2-41 3.0 220 17.0 1500 220 并 0.607 5 纸宽调节装置 由于所设计的卷纸机要求可以卷210mm~850mm不等宽度的纸，所以此设计的卷纸机中采用一端固定，一端滑动的方案，而两端都安装有可以拆开的对开式滑动轴承，为保证卷纸辊可以方便装入。此设计装置要求对于每一种不同宽度的纸要有和它匹配的不同长度的卷纸辊，但长度不一的卷纸辊的共同特点是，他们的两个端部必须一样，这才能保证其顺利安装到滑动轴承上。本设计采用手动安装方式更换不同的卷纸辊。 6 卷纸系统的设计 6.1卷绕系统张力模型 张力控制系统实质上是一种输入量按某种可调节的衰减规律而变化的特殊的随动系统。张力的控制可以说是卷纸机系统控制的核心，要实现良好的张力控制，建立一个数学模型进行分析是必要条件。我们假定纸在传动辊上没有滑动摩擦，只有粘滞摩擦，纸的线速度等于胶辊的线速度。考虑两个连续胶辊，从前一个胶辊的第一接触点到后一个胶辊的第一