（机械工程专业论文）基于mcgs组态监控技术的溢流染色机集散控制系统研究.pdf

r e s e a r c ho fd i s t r i b u t e dc o n t r o ls y s t e mf o ro v e r f l o wd y e i n gm a c h i n e b a s e do nm c g s m o n i t o r i n gc o n f i g u r a t i o nt e c h n o l o g y b y j ic h e n gk a i u n d e rt h es u p e r v i s i o no f a s s o c i a t ep r o f l ig u o p i n g at h e s i ss u b m i t t e dt ot h eu n i v e r s i t yo fj i n a n i np a r t i a lf u l f f i l m e n to ft h er e q u i r e m e n t s f o rt h ed e g r e eo fm a s t e ro f e n g i n e e r i n g u n i v e r s i t yo fj i n a n j i n a n ，s h a n d o n g ，p r c h i n a m a y , 2 0 1 2 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究所取得 的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或 撰写过的科研成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式 标明。本人完全意识到本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名：冀承勃u 日期： zpf2 罨。 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解济南大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留或向国家有 关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借鉴；本人授权济南大学 可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其 他复制手段保存论文和汇编本学位论文。 口公开口保密(年，解密后应遵守此规定) 论文作者签名：冀汞翕 师签名赤，虱白噍p m 苦譬 济南大学硕士学位论文 目录 第一章绪论j 1 1 1 研究背景及意义1 1 2 国内外染色机研究现状2 1 2 1 国外染色机研究现状2 1 2 2 国内染色机研究现状3 1 3 国内外组态监控技术3 1 4 课题的主要研究内容4 第二章溢流染色机集散控制系统设计7 2 1 染色机概述7 2 1 1 溢流染色机工作原理7 2 1 2 溢流染色机染色工艺分析7 2 2 集散控制系统的需求分析8 2 2 1 功能要求一8 2 2 2 性能要求8 2 3 集散控制系统总体方案设计9 2 4 本章小结9 第三章溢流染色机的p l c 控制系统设计与分析1 1 3 1p l c 控制系统硬件的设计1l 3 1 1 系统硬件结构设计1 1 3 1 2 系统主回路设计11 3 2 控制器p l c 的选择1 2 3 2 1p l c 的输入输出信号1 2 3 2 2p l c 的选型13 3 3 变频器控制电动机的设计1 3 3 3 1 变频调速原理1 4 3 3 2 变频调速的控制方式1 4 3 3 3 变频器的选型15 3 3 4 变频器与p l c 通讯15 基于m c g s 组态监控技术的溢流染色机集散控制系统研究 曼曼曼! 曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼! 曼曼皇曼曼曼舅曼曼曼曼曼皇蔓曼曼曼曼曼! 曼曼曼曼曼蔓曼曼曼曼曼! 曼曼! 鼍曼! ! ! 曼曼曼曼曼! 曼璺曼曼曼曼舅舅 3 3 5 主循环泵与提布辊的速度控制1 7 3 4 温度信号的采集与处理18 3 4 1 温度采集原理l8 3 4 2 温度检测部分分析1 8 3 4 3 温度采集程序设计2 0 3 5p l c 控制系统软件设计2 l 3 6 本章小结2 4 第四章溢流染色机的组态监控系统设计2 5 4 1 工程建立2 5 4 2 实时数据库构造2 5 4 3 用户窗口组态2 6 4 3 1 封面设计2 6 4 3 2 组态监控系统主界面设计2 7 4 3 3 系统实时数据界面设计2 7 4 3 4 系统报警信息界面设计2 8 4 3 5 单染色机监控系统界面设计2 8 4 3 6 单染色机监控系统数据报警界面设计一2 9 4 3 7 单染色机监控系统实时曲线界面设计2 9 4 4 运行策略组态3 0 4 5 设备窗口组态3 0 4 6 主控窗口组态3 0 4 7 工程运行及调试31 4 8 本章小结3 2 第五章基于m c g s 的染色工艺管理系统开发3 3 5 1 新功能构件的需求分析3 3 5 2 新功能构件的实现方法3 3 5 3 新功能构件接口规范3 3 5 4 利用开发向导生成框架3 4 5 5 数据库的设计3 5 5 5 1 利用a c c e s s 数据库建立表格3 6 i l 济南大学硕士学位论文 5 5 2 数据库的链接3 6 5 5 3 窗体的设计3 7 5 6 测试和挂接功能构件3 8 5 7 本章小结- 3 9 第六章基于r s 一4 8 5 集散控制系统通讯的实现一4 1 6 1 基于r s 一4 8 5 集散控制系统通讯的实现4 1 6 1 1 集散控制系统通讯原理4 l 6 1 ，2m c g s 通讯设置4 2 6 。1 3p l c 通讯设置，4 3 6 1 4 硬件连接4 4 6 1 5 设备调试4 5 6 2 系统调试及运行结果4 5 6 2 1 系统调试4 5 6 2 2 运行结果4 7 6 3 本章小结4 7 第七章结论和展望。4 9 7 1 结 仑4 9 7 2 展望5 0 参考文献5 1 致谢5 5 i i i 基于m c g s 组态监控技术的溢流染色机集散控制系统研究 济南大学硕士学位论文 摘要 纺织工业是我国工业的重要组成部分，不仅影响到国家经济的发展，而且关系到社 会人民群众的生活质量。而染色机是纺织工业中重要的染色设备，其自动化程度的高低 对纺织产品优劣起到决定性作用，并直接关系到企业的经济效益和长远发展。但是，目 前我国染色机自动化水平与发达国家相比较还有很大差距，自动化控制技术还不够成 熟，更谈不上先进，还有待完善，因此，染色机自动化的研究也就成为我国纺织行业研 究的重中之重。 本文提出的基于m c g s 组态监控技术的溢流染色机集散控制系统研究是以济南市 市委、市政府组织的“泉城学者”建设工程招标项目“高效环保型小浴比溢流染色机的 研制”为依托，以常温常压溢流染色机为研究对象，设计出p l c 现场控制系统和组态监 控系统，建立了溢流染色机集散控制系统，目的是提高染色机自动化水平，实现多台染 色机最优化控制，进行集中的监视和操作。 分析了溢流染色机的工作原理和染色工艺，概括总结了集散控制系统所需要的功能 要求和性能要求，提出了基于m c g s 组态监控技术溢流染色机集散控制系统总体方案。 介绍了溢流染色机的p l c 控制系统设计方案，完成了系统硬件结构设计，设计出 染色机电气控制的主回路，利用p l c 和温度传感器实现温度信号的采集与处理，利用 p l c 和变频器实现对电动机的控制。 利用m c g s 组态软件完成溢流染色机的组态监控系统设计，在软件组态环境中， 完成工程的框架结构，建立新工程，构造实时数据库，设计人机界面，组态运行策略、 设备窗口和主控窗口；在软件运行环境中，采用模拟数据的方法，完成工程运行及调试。 通过开发m c g s 功能构件逐步建立染色工艺管理系统，介绍了新功能构件的需求 分析，提出了新功能构件实现的方法和其接口规范，利用开发向导生成功能构件的框架， 阐述了数据库建立的过程，完成功能构件测试和挂接，新构件实现所需功能。 基于r s 4 8 5 的集散控制系统实现通讯与调试，完成集散控制系统软件和硬件连接； 系统主要从四个部分包括染色机基本工艺动作、上位机和下位机之间的通信、温度检测 及变频器控制电动机进行调试。经试验调试，系统达到设计要求。 通过设计与调试，逐步建立起一套基于m c g s 组态监控技术的溢流染色机集散控 制系统，该系统大大提高了染色机自动化水平，在纺织企业中有着良好的应用前景。 关键词：溢流染色机；组态监控技术；集散控制系统；r s 一4 8 5 v 基于m c g s 组态监控技术的溢流染色机集散控制系统研究 济南大学硕士学位论文 a b s t r a c t t h et e x t i l ei n d u s t r yw h i c hi st h em a i nc o m p o n e n to fo u rc o u n t r yi n d u s t r y , n o to n l y a f f e c t st h ec o u n t r y se c o n o m i cd e v e l o p m e n t ，b u ta l s oi nr e l a t i o nt ot h eq u a l i t yo fs o c i a ll i f e d y e i n gm a c h i n ei so n eo fi m p o r t a n td y e i n ge q u i p m e n ti nt h et e x t i l ei n d u s t r y o fc o u r s e ，t h e a u t o m a t i o nd e g r e eo fd y e i n gm a c h i n ep l a y sad e c i s i v er o l ei nt h eq u a l i t yo ft e x t i l ep r o d u c t ， a n di sd i r e c t l yr e l a t e dt ot h ee c o n o m i ce f f i c i e n c yo fe n t e r p r i s e sa n dl o n g t e r md e v e l o p m e n t a tp r e s e n tt h ea u t o m a t i o nl e v e lo fd y e i n gm a c h i n ei no u rc o u n t r ys t i l li sl o w e rc o m p a r e dt o d e v e l o p e dc o u n t r i e s t h ea u t o m a t i o nc o n t r o lt e c h n o l o g yw h i c hi sn o tm a t u r ey e ta n dm u c h l e s s a d v a n c e d ，h a v ey e tt ob ei m p r o v e d t h e r e f o r e ，t h er e s e a r c h o fd y e i n gm a c h i n e a u t o m a t i o nh a sb e c o m et h ef o c u si nt h ef i e l do ft h et e x t i l ei n d u s t r yi no u rc o u n t r y i nt h i sp a p e r , t h er e s e a r c ho f d i s t r i b u t e dc o n t r o ls y s t e mf o ro v e r f l o wd y e i n gm a c h i n eb a s e d o nm c g sm o n i t o r i n gc o n f i g u r a t i o nt e c h n o l o g yi sp u tf o r w a r d t h ew o r ki ss u p p o r t e db y q u a n c h e n gs c h o l a rc o n s t r u c t i o np r o j e c tb i d d i n gp r o j e c t ，w h o s en a m ei sd e v e l o p m e n to f e n v i r o n m e n tp r o t e c t i o nt y p el o wb a t hr a t i oo v e r f l o wd y e i n gm a c h i n e ，o r g a n i z e db yt h e m u n i c i p a lp a r t yc o m m i t t e ea n dt h em u n i c i p a lg o v e r n m e n t o f t h ej i n a nc i t y i no r d e rt oi m p r o v e t h el e v e lo fa u t o m a t i o no ft h ed y e i n gm a c h i n ea n da c h i e v em a n yd y e i n gm a c h i n e sc o n t r o l l e d ， c e n t r a l i z e dm o n i t o r i n ga n do p e r a t i o n ，t h en o r m a lt e m p e r a t u r ea n dp r e s s u r eo v e r f l o wd y e i n g m a c h i n ei sc o n s i d e r e da st h er e s e a r c ho b j e c t ，a n dt h ep l cf i e l dc o n t r o ls y s t e ma n dt h e c o n f i g u r a t i o nm o n i t o r i n gs y s t e ma r ed e s i g n e d ，a n do v e r f l o wd y e i n gm a c h i n e sd i s t r i b u t e d c o n t r o ls y s t e mi se s t a b l i s h e d t h r o u g ha n a l y s i st h ep r i n c i p l eo fw o r ka n dt h ed y e i n gp r o c e s so fo v e r f l o wd y e i n g m a c h i n e ，w es u m m a r i z e t h e d i s t r i b u t i n g c o n t r o l s y s t e m n e e d e df o r f u n c t i o n a la n d p e r f o r m a n c er e q u i r e m e n t s t h en e x tt h eo v e r a l lp r o g r a mt h a ti sd i s t r i b u t e dc o n t r o ls y s t e mf o r o v e r f l o wd y e i n gm a c h i n eb a s e do nm c g sm o n i t o r i n gc o n f i g u r a t i o nt e c h n o l o g yi sp r o p o s e d t h i st h e s i si n t r o d u c e st h a tt h ed e s i g n e dp r o g r a mo fp l cc o n t r o ls y s t e ma b o u to v e r f l o w d y e i n gm a c h i n e t h es y s t e mh a r d w a r es t r u c t u r ea n dt h em a i nl o o pe l e c t r i c a lc o n t r o lo ft h e d y e i n gm a c h i n ea r ed e s i g n e df r o mt h ed e s i g n e dp r o g r a m t h et e m p e r a t u r es i g n a la c q u i s i t i o n a n dp r o c e s s i n gw e r ea c h i e v e dt h r o u g ht h ea p p l i c a t i o no ft h ep l ca n dt h et e m p e r a t u r es e n s o r t h em o t o rc o n t r o la l s oi sa c h i e v e dt h r o u g ht h ea p p l i c a t i o no fp l ca n di n v e r t e r v i i 基于m c g s 组态监控技术的溢流染色机集散控制系统研究 t h r o u g hm c g sc o n f i g u r a t i o ns o f t w a r et h ec o n f i g u r a t i o nm o n i t o r i n gs y s t e mo ft h e o v e r f l o w d y e i n gm a c h i n e i s c o m p l e t e d i n s o f t w a r e c o n f i g u r a t i o ne n v i r o n m e n t ，t h e f r a m e w o r ks t r u c t u r eo ft h e p r o j e c ti sc r e a t e d ，t h e r e a l t i m ed a t a b a s ei sc o n s t r u c t e d ， m a n - m a c h i n ei n t e r f a c ei sd e s i g n e d ，a n dt h eo p e r a t i o ns t r a t e g y , t h ed e v i c ew i n d o wa n dt h e m a s t e rw i n d o wa r ed e s i g n e d i ns o f t w a r eo p e r a t i n ge n v i r o n m e n t ，t h ep r o j e c tr u n n i n ga n d d e b u g g i n ga r ec o m p l e t e dt h r o u g ha n a l o gd a t a t h r o u g ht h ed e v e l o p m e n to ft h em c g sf u n c t i o n a lc o m p o n e n tt h ed y e i n gp r o c e s s m a n a g e m e n ts y s t e mi se s t a b l i s h e dg r a d u a l l yt h i ss y s t e mi n t r o d u c e st h en e e d sa n a l y s i so f n e wf u n c t i o n a lc o m p o n e n t ，a n dp r o p o s e st h en e wf e a t u r e sa n di n t e r f a c es p e c i f i c a t i o n so f c o m p o n e n ti m p l e m e n t a t i o n ，a n du t i l i z e s t h ed e v e l o p m e n tw i z a r dt og e n e r a t et h ef r a m e w o r k o ff u n c t i o n a lc o m p o n e n t s ，a n dd e s c r i b e st h ep r o c e s so fd a t a b a s ec o m p l e t i o n ，a n dc o m p l e t eo f t h e f u n c t i o n a lc o m p o n e n tt e s t i n ga n dm o u n tn e wc o m p o n e n t st oa c h i e v et h er e q u i r e d f u n c t i o n a l i t y b a s e do nr s - 4 8 5b u sd i s t r i b u t e dc o n t r o ls y s t e mc o m m u n i c a t i o na n dc o m m i s s i o n i n gh a s a c h i e v e d w ec o m p l e t ed i s t r i b u t e dc o n t r o ls y s t e ms o f t w a r ea n dh a r d w a r ec o n n e c t i o n s ；s y s t e m f r o mt h ep r o c e s sa c t i o no ft h ef o u rp a r t si sc a r r i e do nc o m m i s s i o n i n g ，i n c l u d i n gd y e i n g m a c h i n e p r o c e s sa c t i o n ，b e t w e e nu p p e r m a c h i n ea n dt h el o w e rp o s i t i o nm a c h i n e c o m m u n i c a t i o n ，t e m p e r a t u r ed e t e c t i o na n di n v e r t e rc o n t r o l l i n gm o t o r c u r r e n t l y ，t h r o u g h s y s t e mc o m m i s s i o n i n g ，v a r i o u sd e s i g nr e q u i r e m e n tw a ss a t i s f i e d t h r o u g hs y s t e md e s i g n i n ga n dc o m m i s s i o n i n g ，w eg r a d u a l l ye s t a b l i s had i s t r i b u t e d c o n t r o ls y s t e mf o ro v e r f l o wd y e i n gm a c h i n eb a s e do nm c g sm o n i t o r i n gc o n f i g u r a t i o n t h e s y s t e mh a sg r e a t l yi n c r e a s e dt h el e v e lo fa u t o m a t i o na b o u tt h ed y e i n gm a c h i n e ，a n dh a sa g o o dp r o s p e c to fa p p l i c a t i o ni nt h et e x t i l ee n t e r p r i s e s k e yw o r d s ：o v e r f l o wd y e i n gm a c h i n e ；c o n f i g u r a t i o nm o n i t o r i n gt e c h n o l o g y ；d i s t r i b u t e d c o n t r o ls y s t e m ；r s - 4 8 5 v i i i 济南大学硕士学位论文 1 1 研究背景及意义 第一章绪论 纺织工业是我国工业的重要组成部分，不仅影响到国家经济的发展，而且关系的社 会人民群众的生活质量。而染色机是纺织工业中重要的染色设备，其自动化程度的高低 对纺织产品优劣起到决定性作用，并直接关系到企业的经济效益。因此，必须提高染色 机自动化程度，加大机电一体化的开发应用，逐步实现管控一体化，走一条符合我国国 情的纺织工业化道路【1 1 。 目前随着市场经济的飞跃发展和科学技术的不断进步，我国染色机控制系统自动化 水平有了一定程度的提高，染色工艺技术得到了改进，纺织产品的质量有了改善，但是 我们的技术还不够成熟，更谈不上先进，还有待完善，而染色机的自动化水平直接影响 到企业的现在效益和长远发展，因此，染色机自动化的研究也就成为纺织行业研究的重 中之重【引。 经过几十年的发展，我国已是世界上最大的纺织品生产和出口国，在世界纺织市 场中占有重要的地位。但是与发达国家相比较还存在很大差距，纺织企业技术创新能力 差，产品更新时间长，没有自己的优势品牌，更不能主动有效地利用市场需求，制约了 纺织工业的发展，自动化程度较低就成为其中一个突出的问题。在车间里染色工序被手 工操作还大量存在，造成工序间衔接精确性低，不能有效地实施信息共享，不能对染色 机进行实时监控，就造成染色质量的下降；而在国外发达国家，染色机的自动化程度比 较高，在一个车间内七、八工人就可以完成一系列的生产管理工倒引。企业的自动化水 平并不是仅仅体现在单机水准上，更强调一个或多个车间多台染色机组成系统的整合能 力和信号反应速度，真正的实现生产数据和工艺参数的自动检测和控制，形成计算机管 理系统。 考虑到企业对染色机自动化控制的要求，并从企业的实际应用技术能力和承受的经 济能力出发，设计了一套全新的控制方案，提出并设计了基于m c g s 组态监控技术的 溢流染色机集散控制系统的总体方案。该系统大大提高了染色质量与染色设备的自动 化、连续化、智能化水平，降低了生产成本，增强了企业的竞争力。该系统是对染色机工 作的技术革新，在纺织企业中有着良好的应用前景。 1 2 国内外染色机研究现状 1 2 1 国外染色机研究现状 自上世纪六十年代，世界上第一台喷射染色机出现以来，各个国家相继开始了各种 染色机的研制工作，随后染色机得到初步应用，其中研究水平比较高的有德国、意大利 等发达国家。 七十年代，出现了真正的喷射染色机，在染色过程中加热、冷却和保温等工序大多 采用人工操作，既浪费了人力，又造成染色产品色泽粗糙和质量差。 八十年代，染色机多采用仪表加继电器控制系统，其稳定性差，难以保证工艺控制 精度；染液喷嘴压力用手动阀门来调节，导布辊的转速用滑差电机或机械式无级调速器 来调速，这种控制方式准确性低，产品质量不稳定，系统运行和维护成本高 到了九十年代，由于计算机技术的广泛应用，染色机发展迅速。主缸、副缸温度的 控制，提布辊速度设定与检测，染料的供给等，均由计算机来完成，并有操作指示、报 警等功能，机电一体化程度较高，有的采用集散控制系统。例如意大利的伊尔马( i l m a ) 公司的溢流型喷射机配有加速溢流型织物驱动装置和布速电子检测装置，使织物染色均 匀，获得良好的色泽和手感；德国第斯( t h i e s ) 公司高温高压染色机的采用交流变频 技术为液泵、提布辊调速传动，设有多种模拟量检测系统、进水、洗水和排水功能，以 文字、曲线形式来控制和显示染色过程中工艺参数和操作程序；德国腾( t h e n ) 机械 有限公司和意大利伊特斯( i n t e s ) 公司也是制造染色机比较知名的厂家，他们的产品 有其独特之处，控制器多为单片机，可以根据加工对象的不同编写程序来设定所需染色 工艺【4 1 。 进入二十一世纪，染色机的开始朝着新的方向发展。德国第斯( t h i e s ) 公司研制 出第一台容量为1 千克实验室染色机，适于研发和实验室试验等各种用途，加工对象适 于天然纤维、化纤和针织物小样的湿加工；一台工控机可控制染色机实现最佳工艺，符 合工艺流程的技术要求，可在w i n d o w s 环境下采用具有p l c 特点的菜单驱动软件和识别 功能的显示图形。意大利巴佐尼公司研发出较低浴比溢流染色机，提高了染缸里染液流 动均匀性，达到均匀染色的效果。 济南大学硕士学位论文 1 2 2 国内染色机研究现状 与国际先进纺机相比，机电一体化的先进纺织机械研发滞后。我国纺织机械在工艺 性能、产品软件开发能力、机器的精度和稳定性以及能耗等方面均有明显差距。但是国 内一些公司为了缩小与国际先进水平的差距，积极地进行技术改进，提高染色质量，具 备了一定的国际竞争力1 5 j 。 上海印染机械厂积极与香港立信、宏信公司合作研制出射流染色机和筒子染色机， 染色控制器采用p l c ，可满足不同工艺控制要求，如进水、排水、循环泵的启停、加热 和冷却等控制，利用流量计或智能水表精确控制染色浴比。 邵阳二纺机厂制造出国内唯一先进经济型高温高压气流染色机，它是从原型机的结 构和控制系统等方面改进而来的，实现了温度高精度控制和染色机专用电脑的运用，并 在企业中得到应用。 浙江华东纺织印染有限公司研究出气流染色机，全部采用全自动化控制系统，降低 了浴比，节约了染料，有效地利用资源。还有一些纺织机械厂相继研发出了一些较先进 的染色机，如浙江印染机械制造公司研发的常温常压染色机、南通纺机厂研发的小批量 连续轧染机等。 综合国内外染色机研究现状可以看出，染色机不论从构造还是从性能都有很大的发 展，特别是各种新型的技术都不断地涌现，给染色机控制系统的开发提供了优势平台， 使控制系统水平有了很大的飞跃【6 】。目前，染色机控制系统种类很多，基于p l c 、单片 机控制系统技术已经相当成熟；基于现场总线、嵌入式计算机控制系统技术最近几年发 展迅速，未来前景广阔；染色机专用电脑、染色机中央监控管理系统也被研制出来，开 始在一些高信息化企业中得到应用【w 。我国染色机控制系统虽然取得了长足地发展，但 是还存在着自身的不少问题，表现为技术创新能力不足，在自动化、信息化方面发展缓 慢，并且规模不大，系统不稳定，可靠性低，直接影响了产品的质量。国内一些企业也 不敢落后，积极开发出具有知识产权的自动化控制系统。 1 3 国内外组态监控技术 组态软件，又称组态监控软件，随着计算机集散控制系统的出现而被应用于工业控 制系统中的，是一款数据采集和监视控制专用软件，它们一般会被装入计算机内，作为 控制系统监控层的软件开发环境，为用户提供工业自动控制系统监控功能【8 1 。随着现代 基于m c g s 组态监控技术的溢流染色机集散控制系统研究 科学技术的发展，组态软件日见成熟。 国外研究组态软件的时间比较早，有几款具有代表性的组态软件。世界上第一款组 态软件诞生于美国w o n d e r w a r e 公司i n t o u c h 软件，提供了丰富的图库和不受限制的i o 点数，但是其动能也仅仅为监控，复杂一点的功能很难独立实现；美国i n t e l l u t i o n 公司 的i f i x ，功能较i n t o u c h 强大，图库丰富，有独立的报警程序，但是缺少实时性监控，整 体技术一般；澳大利亚c i t 公司的c i t e c h ，是后期之秀，发展很快，但是方便性和图形 功能不如i n t o u c h ，版本更新较慢；德国西门子公司的w i n c c ，具有良好的开放性和灵 活性，内嵌o p c 支持，并可对分布式控制系统进行组态，但其结构复杂，不容易掌握 及应用【9 】。 国产的组态软件产品逐渐被市场认可接受，比较成功的有组态王、m c g s 、力控、 开物等组态软件。组态王是国内第一家组态软件公司开发的，它提供了脚本语言、c o m 技术、o p c 技术的支持和大量的驱动程序，具有较大的影响力；力控也是国内出现较早 的组态软件，带有开放系统、界面运行系统、实时数据库、i o 驱动程序和网络通信程 序，具有较先进的体系结构；m c g s 是昆仑通态公司基于w i n d o w s 平台开发的一款组 态软件，能够完成现场数据采集、流程控制、动画显示、实时数据处理和报警等功能， 具有性能好、稳定性高等特点【10 1 。 国外的组态软件并不完美，它们有自己的缺点，软件是用外语编辑的，这就大大折 扣了在国内使用范围，也给国内公司提供发展民族组态软件的机会，更加自信地立足于 国内市场。本课题将m c g s 组态软件应用于染色机监控系统，源于它自身的优点，具 有操作简便、可视性好、可维护强、稳定性强等特点。 1 4 课题的主要研究内容 课题以常温常压溢流染色机为研究对象，采用m c g s 组态监控技术，来研究溢流 染色机集散控制系统。针对企业在生产过程中存在的问题，结合溢流染色机构造和性能， 实现溢流染色机集散控制系统，利用m c g s 组态软件来完成染色机组态监控系统的设 计，利用三菱p l c 来完成p l c 控制系统的设计，基于r s 4 8 5 总线实现整个集散控制系 统的通讯和调试，研究的内容如下： ( 1 ) 分析了溢流染色机工作原理和染色工艺，在传统控制系统的基础上，结合现 代先进的工业技术，从新的角度出发建立新的染色机控制系统，制定出染色机控制系统 总体设计方案。 4 济南大学硕士学位论文 曼曼曼曼曼! 曼曼曼曼曼鼍毫量曼曼量笪曼曼曼曼舅鼍曼笪曼曼曼曼皇量曼皇曼曼曼黑舅舅曼鼍量曼皇皇! 曼寰寡葛量曼曼曼曼曼曼曼鼍鼍皇笪曼曼曼曼鼍曼皇皇量曼 ( 2 ) 完成了系统硬件结构设计，直观清楚地表达出系统中各个硬件之间的联系， 并设计出染色机电气控制的主回路。 ( 3 ) 基于三菱p l c 完成p l c 控制系统的设计，根据染色机的技术要求和染色工艺 流程，选出p l c 型号；选择p t - 1 0 0 温度传感器，利用三菱p l c 数模转换模块，采集温 度信号；利用p l c 通过r s 4 8 5 模块和变频器进行通信，控制变频器的启停、转向和转 速，最终达到控制循环泵电机和提布辊电机的目的。 ( 4 ) 基于m c g s 组态监控技术完成染色机组态监控系统的设计，实现工艺流程控 制、设备的组态、实时数据的采集、故障报警及实时历史记录等。 ( 5 ) 利用a c c e s s 数据库和v b 6 0 编程环境编写功能构件程序，完成m c g s 的功 能构件开发，实现染色工艺管理。 ( 6 ) 通过m o d b u s 通讯协议和r s 4 8 5 总线，完成上位机和下位机通信设置和多 工位连接，建立起溢流染色机集散控制系统；通过实验检验系统的组态监控能力和现场 检测能力，完成系统调试。 基于m c g s 组态监控技术的溢流染色机集散控制系统研究 6 济南大学硕士学位论文 第二章溢流染色机集散控制系统设计 溢流染色机是目前印染纺织公司应用较为广泛的印染设备。随着染色机控制系统的 不断改进和完善，它正朝着小批量、多品种、高质量、小浴比、周期短和节能环保等方 面发展。本章将从溢流染色机工作原理出发，以染色机所要实现的性能为标准，设计出 染色机集散控制系统的总体方案。 2 1 染色机概述 2 1 1 溢流染色机工作原理 料 缸 图2 1 溢流染色机工作原理图 如图2 1 所示，溢流染色机为绳状染布机，循环泵运用溢流原理带动染缸内染液循 环流动，使染液进入热交换器后，通过喷头喷进布置于染槽中的溢流装置内，然后顺着 溢流管由上往下流入集水槽；织物在溢流装置中流动的染液的带动下和从喷头喷出的染 液的冲力的共同作用下，顺着溢流管进入储布槽内，浸没在储布槽中的织物在提布辊的 作用下白下而上随着提布辊的转动移动到溢流管口，如此循环运行，达到染色的目的。 2 1 2 溢流染色机染色工艺分析 一个完整的溢流染色机染色工艺过程，主要包括浴比控制、注料控制、进出布控制、 基于m c g s 组态监控技术的溢流染色机集敌控制系统研冗 曼! ! 舅曼舅曼舅蔓皇皇皇曼曼! ! 曼曼曼曼曼曼曼曼曼! ! 曼曼曼皇曼皇曼曼! 曼曼曼舅曼曼笪曼曼曼曼曼! 曼曼曼皇曼量曼曼曼曼曼曼皇曼曼曼璺皇舅曼皇曼曼曼! ! 曼曼曼蔓皇舅 温度控制和一些常规控制等部分。浴比控制，主要利用流量计、智能水表或电远传液位 计对进水量进行控制；注料控制，可以控制一定的时间和一定的速度加料；进出布控制 主要完成进布和出布功能；温度控制贯穿在整个染色工艺过程中，主要包括升温、降温 和保温三部分；一些常规控制主要包括排污水、溢流水洗、取样和报警等控制功能。在 整个染色工艺过程中主要对染液温度、染缸液位和提布辊转速进行控制【1 2 13 1 。 因此，根据溢流染色机工作特点和染色工艺技术要求，将整个染色过程具体分为如 下几个工序：( 1 ) 入水；( 2 ) 入布；( 3 ) 备料；( 4 ) 注料；( 5 ) 升温；( 6 ) 保温；( 7 ) 降温；( 8 ) 取 样；( 9 ) 水洗；( 1 0 ) 出布；( 1 1 ) 排水【1 4 】。 2 2 集散控制系统的需求分析 2 2 1 功能要求 集散控制系统设计后所要实现的主要功能有： ( 1 ) 精确的浴比控制，利用流量计或液位进水； ( 2 ) 按照工艺所需要的染色温度进行控制； ( 3 ) 循环泵电动