论文总字数：17185字

摘 要

卷绕机是薄膜生产工艺中必不可少的设备之一。本文利用PLC控制系统，实现了薄膜卷绕机的恒张力控制。根据现场模拟量控制变频器，及时调节张力大小，保持张力恒定；采用触摸屏实现人机交互，对现场设备进行实时监控。利用传感器和接近开关对现场情况进行检测，及时发现、处理系统异常和警告。该系统主要包括西门子S200系列PLC、K-TP 178micro触摸屏、变频器等部件。系统运行时，PLC 根据设定值调节变频器进而控制卷绕速度，通过现场测得的张力调节变频器实现张力恒定。系统运行结果表明：系统运行稳定，卷绕紧密、美观，没有出现叠膜、塌边等现象，生产效率高、速度快。

关键词：可编程控制器 绕卷 变频器 恒张力

The design of film coiling machine with tension control system

Abstract

Winding machine is one of the most important equipment in the film production process. In this paper, we used the PLC control system, realized the constant tension control of thin film winding machine. According to field analog control frequency converter, we can adjust the tension size timely, in order to keep the tension constant; Adopt touch screen to realize human-machine interaction, real-time monitoring of field devices. Using sensors and a proximity switch to test the field situation, timely detection and treatment system anomalies and warning. The system mainly include Siemens S200 series PLC, K–TP micro touch screen, inverter and other components. System is running, PLC according to the set value and control winding speed frequency converter, through the field measured tension adjusting the frequency converter to realize constant tension. The system running results show that the system runs stably, winding closely, beautiful, the phenomenon such as the collapse edge, fold membrane do not appear, This equipment run effectively with a high speed.

Keywords：PLC ; winding ; the inverter ; constant tension

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1课题背景 1

1.2本课题研究目的 1

1.3课题研究前景 2

1.4本文主要工作 2

第二章 张力控制方案的选择 3

2.1张力控制的概念和原理 3

2.1.1间接法张力控制 4

2.1.2直接法张力控制 4

2.2超声波式控制 4

2.3浮动辊式控制 5

2.4超声波浮动辊混合式控制 6

2.4.1张力的检测 6

2.4.2放卷方式的选用 7

2.4.3收卷方式的选用 8

2.5硬件介绍 8

2.5.1西门子S200系列PLC 8

2.5.2西门子K-TP178micro触摸屏 9

2.5.3西门子MicroMaster420变频器 10

2.5.4磁粉离合器 11

第三章 控制系统的设计 14

3.1硬件设计 14

3.2软件设计 15

3.2.1触摸屏设计 15

3.2.2程序设计 17

第四章 控制系统参数设计 22

4.1 技术要求 22

4.2参数计算 22

4.3材料张力值与检测负载值的关系 23

第五章 系统调试 25

5.1 S7-200参数设置 25

5.2 触摸屏项目文件的下载 26

结 语 28

参考文献 29

致 谢 30

附录 31

第一章 绪论

1.1课题背景

现代社会经济不断发展，工业上对各类薄膜的需求量不断增长，这样对薄膜卷绕卷质量要求不断提高；与此同时，同类企业竞争不断增大，为了在市场竞争中处于优势，除了确保薄膜卷的精度，还要不断提高薄膜的卷绕效率。由此可见，市场上迫切需要一台高精度、高效率的薄膜绕卷设备。绕卷机是薄膜生产、加工企业的关键设备，那么，绕卷机的改良成为重中之重。

卷绕机是将大面积片状的物质按照一定的方案绕成卷的设备。按照机器运行方式，可分为：手动卷绕机、半自动卷绕机、全自动卷绕机。就锂电池卷绕机和电容器卷绕机而言，购买者通常都会按照产地来分类，主要分为：国产卷绕机、韩国卷绕机、日本卷绕机。一般小规模的电池生产厂家都会选择国产卷绕机，主要是因为价格低。接到大的单子的电池厂家使用的卷绕机基本都是使用韩国卷绕机和日本卷绕机，例如BYD、ATL、BAK、力神、三星、LG等。近年来韩国高丽机电KOEM的锂电池卷绕机和电容器卷绕机占据了很大的市场份额，主要是因为技术成熟稳定、价格适中、售后服务很及时。

目前，国内生产金属化薄膜电容器的全自动卷绕机都是从瑞士、意大利、日本等国家引进，花费了大量的外汇。迄今为止，国内除了少数厂家制造半自动卷绕机外，还没有厂家能够生产制造全自动金属化薄膜卷绕机。国内各金属化电容器生产厂家迫切希望对金属化薄膜电容器全自动卷绕机开展研究并实现国产化，该项研究对我国电力电容器行业具有十分重要的现实意义。

因此，我们利用西门子S7-200及其K-TP 178micro触摸屏，设计一套薄膜卷绕机。经验证，该装置绕卷速度快、精度高，具有极大的推广价值。

1.2本课题研究目的

本文以在卷绕过程中实现恒张力控制为目标，提高卷绕精度和卷绕速度，确保卷绕产品质量，同时能适应不同的卷绕半径。张力控制是指能够持久的控制带材设备卷绕时的张力的能力。这种控制在机器的任何运行速度下都必须保持有效，包括机器的加速、减速和匀速。张力控制精度对绕卷材料的质量有很大的影响，张力过大会使加工材料产生拉伸变形；张力过小会使材料层与层之间产生应力变形，造成收卷不整齐，直接影响加工质量。

张力大小不稳定会使材料产生跳动,导致材料不平整、重叠等问题。因此，为了保证生产的质量及效率，必须设计一套恒张力控制系统来进行产品加工。因而，张力控制，便成为通用的基础技术。张力控制的作用就是在材料处于绕卷过程中时，保持恒定的张力，消除外来干扰引起的张力抖动。

1.3课题研究前景

进口的薄膜卷绕设备卷绕速度快、卷绕精度高，但是价格昂贵。国产设备虽然价格便宜，但是性能远比不上进口设备。在实际生产中，国内的企业主要还是依赖进口设备，以提高产品的质量和市场竞争力。我国是生产电容器电子元器件的大国，研制这种设备可降低我们对电容器卷绕机进口的依赖，因此该项目的研究对我国经济发展具有重要的意义。

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