喷染喷射机控制系统硬件设计毕业设计论文.doc

喷染喷射机控制系统硬件设计本科生毕业论文（设计） 题 目：喷染喷射机控制系统硬件设计姓 名：分院、系：机电工程系专 业：电气工程及其自动化年 级：2012级学 号：指导教师： 职称：教授2016年 5月 18日喷染喷射机控制系统硬件设计原创性声明兹呈交的学位论文（设计），是本人在导师指导下独立完成的研究成果。除文中已经明确标明引用或参考的内容外，本论文（设计）不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。本人依法享有和承担由此论文而产生的权利和责任。声明人（签名）：日期： 年 月 日I喷染喷射机控制系统硬件设计 摘要 随着工业的发展，环境污染和能源消耗问题越来越严重，社会对环保的越来越重视，高污染，高消耗的染整行业改革势在必行。目前染印行业多数使用冷堆前处理工艺取代传统的前处理工艺以减少前处理污染及消耗。本课题设计的喷染喷射机就是与冷堆前处理工艺配套的设备。 本文首先对喷染喷射机系统进行了分析与描述，在掌握了其功能与指标要求后对其硬件进行设计。确定了电机主从级联控制方案。对系统的硬件设计进行了细致的说明，对系统的软件设计和系统的调试进行简略的说明。最后对系统的远程维护问题进行了讨论。 本课题设计主要应用了PLC控制技术，变频调速技术，现场总线技术和人机交互技术实现系统在生产过程中的自动控制。关键词 喷射机 节能减排 可编程控制器 变频器 IIJet Dyeing Machine Control System Hardware Design Of InjectionAbstract With industrial development, environmental pollution and energy consumption problem is getting worse, more and more attention to environmental protection society, dyeing and finishing industry reform is imperative high pollution and high consumption. Technicolor industry currently most cold batch pretreatment process to replace the traditional pre-treatment process to reduce pollution and consumption of pre-treatment. This topic is designed to spray a jet dyeing process before supporting equipment and cold heap. This article first sprayed with jet system is analyzed and described in the control of its function and index requirements after the design of its hardware. The main motor is determined from the cascade control scheme. The hardware design of the system for a detailed description of the debugging system software design and system are briefly described. Finally, remote system maintenance issues were discussed. The design of the main task of the PLC application control technology, frequency conversion technology, field bus technology and human-computer interaction technology to achieve automatic control systems in the production process.Keywords Injection machine,Conserve energy ,Reduce emissions,Programmable logic controller,Frequency converter目录 引言1第1章 概述21.1选题背景及意义21.2技术现状及发展趋势21.3作者做的主要工作31.4论文内容安排3第2章 对喷染喷射机的分析与描述42.1对喷染喷射机的分析42.1.1喷染喷射机的组成与结构42.1.2对喷染喷射机检测点与控制点的统计52.2对喷染喷射机的描述5第3章 喷染喷射机控制系统总体方案设计83.1系统设计功能与技术指标要求83.1.1系统功能要求83.1.2系统技术指标要求83.2喷染喷射机控制系统总体方案93.2.1电机同步控制方式的类别93.2.2电机同步控制方式的选择103.2.3系统总体方案10第4章 喷染喷射机控制系统硬件设计124.1系统硬件选型124.1.1控制器选型124.1.2变频器选型124.1.3传感器和执行器选型134.1.4触摸屏选型144.2 系统硬件组态和网络组态154.3系统硬件资源分配164.4系统输入、输出原理图设计184.5系统电气原理图设计194.6系统控制柜设计23第5章 喷染喷射机控制系统软件设计255.1系统软件总体设计255.2系统软件资源分配26第6章 系统调试与问题讨论276.1系统调试276.2问题讨论28结论29致谢语30参考文献31V引言如今环境污染日益严重，国家对环保越来越重视，对一些高能耗、高污染的企业来说如何降低生产带来的污染成为迫在眉睫的问题。染整行业就是一个典型的例子。针对染整行业面临的问题，采用新型染整技术取代传统染整技术是大多数企业的做法。冷堆前处理工艺以其节水节能的优点成为成为非常受欢迎的前处理工艺。喷染喷射机作为冷堆前处理工艺的一部分，其应用前景十分广阔。而目前很多企业由于设备技术问题经常出现绞布断布的问题。针对这一问题提出了对染整喷射机的改进。可编程控制器（PLC）是综合了计算机技术，通信技术和自动化控制技术的一种工业自动控制装置。它具有操作可靠、功能强、以及适合于工业环境等优点。通过PLC能很好的实现染整喷射机自动控制的效果。通过变频器的变频控制进出布的速度能很好的解决绞布断布的问题。对染整喷射机的改进中需要解决的难点在于如何控制五个变频电机的速度一致，总体设计思路也是围绕这个展开的。第1章 概述 1.1选题背景及意义纺织业在我国是一个劳动密集程度高和对外依存度较大的行业。我国是世界上最大的纺织品服装生产和出口国1。但纺织行业现在面临着高耗能，高耗水，等环保问题和低自动化，工艺流程过长等影响生产效率的问题。为使环保等级提高，提升生产效率和产品质量，目前，纺织业正进行以“三化”为核心的技术改造，即在机械方面模块化处理，控制系统方面计算机化处理，售后服务上采取遥控化处理以提高竞争力，加快研发和推广效率高、性能好、节能减排的先进工艺和设备2。作为纺织行业中的一部分，染整行业一样也面临着这个问题。所以染整工艺的改革和技术的创新已是刻不容缓。前处理工艺是印染工艺中最基础与最重要的一道工序，前处理在印染生产中占有不小的耗能和污染排放比例。在目前环境污染严重的现实下，高效率、低能耗的冷堆前处理工艺相继被各国提出并研究。该工艺以其优秀的功能被各企业认可，各企业相继研发与冷堆前处理工艺相配套的新设备。本课题在上述背景下针对其中一款在生产过程中由于前后电机协调性不好而易出现绞布断布现象的喷染喷射机进行改进。改进中使用PLC控制技术，变频交流技术，Profibus现场总线技术，电机同步控制技术，监控技术等。即使体统稳定性和可靠性得到改善，又提高了自动化生产水平。该设计具有广阔的发展空间和应用前景。1.2技术现状及发展趋势喷染喷射机是冷堆前处理的配套设备，它利用新型的助剂去除纺织物表面的杂质并漂白，该道工序处理的质量会直接影响到后续的处理和染印的效率和质量。传统工艺采用漂煮法对织物进行染整前处理，该工艺织物的处理步骤均在染缸中完成，流程长、耗能大、排放大、污染大、设备占地面积大、纤维损耗大，且织物的处理过程较为剧烈而且不够均匀，对于较敏感颜色的染色难控制，很难保证一次性染色成功，容易造成不必要的损失。为了达到节能减排要求，缩短工艺的流程，提出了用冷喷化学处理的新工艺。该工艺工序简单，织物处理均匀，能极大地降低水污染和能耗。该工艺将漂煮二步法整合为一步，将织物的前处理从染缸中分离出来，另外操作，彻底地规避了染缸内漂练的工艺的风险3。以常温环境的半连续的处理模式取代传统的定量投缸的间歇型处理模式，保证前处理织物的均匀性和一致性。冷堆工艺流程一般分为三个阶段，喷染喷射机应用在其第一阶段上，完成织物对处理液的吸附和扩散。当前国内外染整行业趋势跟注重节能环保，设备效能成为染整设备的设计重点4。通过大力推行冷堆前处理技术，缩短工艺流程，以达到高效高速短流程的目的，实现节能减排的环保要求。另一个重要发展趋势是广泛采用先进的自动控制技术，用新型的变频器取代传统的驱动程序，广泛应用以PLC和工控机为核心的系统实现先进的智能控制，结合监控技术和现场总线技术实现对控制对象的在线监控，进一步发挥工艺优势，提高染整效率和资量。1.3作者做的主要工作在本课题中作者主要完成如下工作： 1.认真研读毕业设计任务书，根据任务书进行了检索和查阅相关技术文献。2.对喷染喷射机设备及工作流程做了分析与描述。 3.进行了喷染喷射机系统总体设计。 4.完成系统硬件设计，包括硬件选型，电气图设计，控制柜设计。5. 进行了系统调试。6. 对论文进行总结和展望。1.4论文内容安排 本文主要对喷染喷射机的硬件部分进行设计，论文内容安排如下：第1章阐述了论文背景及意义，喷染喷射机的技术现状及发展趋势，总结了作者做的主要工作及对论文内容的安排。第2章对喷染喷射机进行了分析与工作流程的描述。第3章在了解了喷染喷射机的功能与技术指标要求后对其控制系统进行了总体方案设计。第4章对系统的硬件系统进行了详细的描述，包括系统硬件的选型，硬件组态和网络组态、硬件资源分配、输入输出原理图设计，电气原理图设计和控制柜设计。第5章描述了软件总体框架设计和软件资源分配。第6章对系统进行了调试，利用有限的条件进行仿真被控对象调试。最后是结论，总结全文并讨论了不足之处，对未来的改进进行了展望。第2章 对喷染喷射机的分析与描述2.1对喷染喷射机的分析2.1.1喷染喷射机的组成与结构 图2-1 喷染喷射机组成结构示意图喷染喷射机是冷堆前处理的给液工序的配套设备如图2-1所示，主要由入布装置、浸渍箱，主筒电机，加料副缸，出布摆布装置等组成。主要功能是将圆筒的胚布经过剖布后通过浸渍箱冷轧助剂，并施加一定压力，使冷轧后的浆液均匀分布，快速的进入到织物内部完成冷堆工艺中的浸渍冷轧工序。织物由进布导辊引导进入喷染喷射机，通过调整撑布筒架的高度，使撑布筒以最佳的张力撑布，实现对布低张力平幅处理，从而减轻对布面的伤害，避免布匹喷染后出现的折痕，提高布匹的质量。浸渍箱主要是在槽内加入冷轧助剂，用于布匹的喷染浸渍渗透，浸渍箱箱体水位通过液位传感器控制，箱体外配置有进水，定量注料，排水和搅拌功能的副缸，还配置一个加料泵，在设备的运行过程中对助剂进行连续的补充，保证进料槽内的浆料浓度稳定。同时配置一组高效气动的轧车来控制布匹的带液率，同时可以根据不同的布匹设定不同的轧车压力。2.1.2对喷染喷射机检测点与控制点的统计检测点如表2-1所示。表2-1 喷染喷射机检测点序号检测点序号检测点1撑布筒的张力5副缸的温度2浸渍箱的液位6蒸汽的温度3浸渍箱的温度7电机的转速4副缸的液位控制点如表2-2所示。表2-2喷染喷射机控制点序号控制点序号控制点1浸渍箱进水阀10入布扩幅电机2浸渍箱升温阀11轧车扩幅电机3浸渍箱排水阀12副缸加料搅拌泵4副缸进水阀13入布变频电机5副缸升温阀14浸渍箱滚筒变频电机6副缸排水阀15轧车压辘变频电机7副缸加料阀16出布变频电机8副缸搅拌阀17摆布变频电机9压辘阀 2.2对喷染喷射机的描述喷染喷射机工作流程如图2-2所示。图2-2 喷染喷射机工作流程该工作流程中，副缸准备通过手动控制完成，浸渍箱准备通过自动控制完成。副缸准备手动控制过程：首先打开手动模式，通过人工给副缸加料、开启副缸的进水阀，判断在副缸加水加料达到要求后，关闭副缸的进水阀，开启搅拌电机将助剂搅匀，在搅拌完成后关闭搅拌电机，点亮副缸准备完成指示灯，副缸准备完成。浸渍箱准备自动控制过程：将系统控制模式切换为自动模式，开启自动加料的模式，系统进入程序自动控制的阶段；当副缸的温度达到工艺要求（35）后，浸渍箱自动开启加料阀，副缸向浸渍箱加料，在加料完成后，浸渍箱自动关闭加料阀开启进水阀，当浸渍箱液位达到设定值（800L）后，通过升温阀自动控制浸渍箱温度（35），在温度达标后，系统点亮浸渍箱准备完成指示灯，浸渍箱准备完成。副缸准备过程和浸渍箱准备过程流程图如图2-3所示。图2-3 副缸准备过程和浸渍箱准备过程流程图第3章 喷染喷射机控制系统总体方案设计3.1系统设计功能与技术指标要求3.1.1系统功能要求 根据对染印厂的调研得出该喷染喷射机应具有以下功能： 1.液位控制：通过液位传感器来控制进水、排水阀的开关以控制副缸和浸渍箱的液位保持在规定范围内。 2.温度控制：通过温度传感器控制升温阀的开关控制副缸及浸渍箱内助剂温度保持在规定范围内。 3.张力控制：通过张力传感器检测张力并根据张力变化调整电机转速，保证布匹在规定张力范围内运行。 4.布匹运行同步控制：机器由多个电机控制传动系统，需要在规定张力的张力范围内布匹能够平顺运行，其控制重点是使多个电机前后同步运行，各自带动导布辊运转，在设计机速（5-50m/min）下能够保证运行的联动性和布匹的质量。 5.监控功能：在控制柜上安装触摸屏，通过HIM实现现场的人机交互功能。要求触摸屏能设定并显示副缸及浸渍箱的液位和温度；能控制进水、排水、升温、搅拌、加料等功能；能够读写各电机的转速；具有报警功能。 6.手动/自动切换：喷染喷射机具有手动控制和自动控制两种模式。3.1.2系统技术指标要求 系统主要技术指标要求如表3-1所示。表3-1 系统的主要技术指标参数技术指标参数电源三相 380V AC 50HZ控制电压24V DC/220V AC机速5m/min-50m/min入布后张力5kg（5%）浸渍箱张力8kg（8%）副缸温度35（1）浸渍箱温度35（1）副缸液位200L（10%）浸渍箱液位800L（10%）3.2喷染喷射机控制系统总体方案 3.2.1电机同步控制方式的类别电机传动子回路的控制主要是5台电机的同步控制。本系统的电机同步是要求每个电机所驱动的导辊的线速度处于一个相对相同的状态，用以保证织物能够平稳地传送，不会出现绞布断布现象。由于系统中电机所驱动的各个导棍直径有所差异，导致各电机转速不能相同，但它们肯定存在着一定的比例关系，这就要求系统中的相邻单元的电机转速之间存在联系并具有具有一定的比例关系5。在实际工程中，多电机控制系统的同步性可能会因为负载扰动、传动轴的驱动特性不匹配等因素的影响而导致不同步，因此同步控制方法的好坏直接影响着系统的可靠性6。目前主要应用的同步控制技术包括并行控制，主从控制，交叉耦合控制等7。1. 并行控制并行控制是最简单的电机同步控制方法，所有电机以并联方式运行，调速系统采用统一给定的参考信号，各电机互不干扰，在广义上是一种开环运行方式，抗干扰能力差。以双电机为例并行结构控制如图3-1所示。图3-1 并行结构控制2. 主从控制主从控制，也被称为主从级联控制，它是一种能够基于跟踪随联的串联运行方式如图3-2所示。这种控制方式是以前电机的输出值作为后电机的输入值，广义上相当于闭环控制。它的主要优点是任何加在主电机上的速度命令亦或是负载的扰动都会在从电机上反映出来并跟随，从电机和主电机的同步性非常好。图3-2 主从级联控制3. 交叉耦合控制交叉耦合控制的实现的是通过比较两台电机的转速与位置信号，从而得到它们的差值，将其作为另一个反馈信号，亦可将其看作是跟踪信号。这样系统能反映出负载中任何电机的状态变化，从而使系统的同步性能得到提高。3.2.2电机同步控制方式的选择在传动的过程中，由于织物是柔性的，若要使织物稳定传送，就要保证其张力变化在一个小范围内，这就使得该系统对转速的随动性能具有较为严格的要求。如果每电机与前后单元的跟随性较差，就会造成该传送单元之间织物的张力不稳定，从而很大可能发生绞断布的情况。根据工作实际状况可知该系统的各个单元间分别存在扰动情况，不宜采用并行控制方式。由于该系统采用五个电机同步控制，而交叉耦合控制策略并不适合用于控制两个以上的电机8，交叉耦合控制方案在本设计中也不适用。综上所述，系统采用主从联级控制方式，该控制方式结构如图3-3所示。图3-3 主从联级控制结构3.2.3系统总体方案通过系统设计目标与其功能要求，设计了系统方案结构如图3-4所示。图3-4 系统总体方案结构示意图该方案将其总体分为控制级，操作级和管理级三级。其中控制级通过PLC实现现场数据的采集和执行器的控制功能，PLC通过输入模块采集现场传感器的信号，经过程序的分析处理，通过输出模块给现场执行器（如电机，电磁阀等）传送控制信号，以执行相应的动作；每个传动电机配备一个G120变频器来控制电机转速，变频器由PLC通过DP总线来控制。操作级有监控站OS和工程师站ES。OS通过触摸屏与控制器MPI连线完成对控制系统的实时监控和操作的功能。ES通过采用一台装有PLC编程软件和触摸屏监控软件的PC机来完成控制系统的程序开发和维护功能。管理级通将系统数据通过工厂级局域网将车间级数据汇总到车间级服务器，便于实现对多个生产线进行同时的数据采集和监控。工厂级服务器会通过互联网上传到网络服务器，从而能够实现系统的远程监控和维护，具有高度的开放性。第4章 喷染喷射机控制系统硬件设计4.1系统硬件选型喷染喷射机控制系统的硬件选型主要包括控制器，变频器，触摸屏，现场传感器和执行器以及电气柜内的电气元件等。4.1.1控制器选型控制器作为控制系统的核心部件，它的选型最为重要。在工业控制系统内，PLC的地位可谓是数一数二的，它集电控、电传、电仪三电于一体，是一种同时具备逻辑控制，过程控制，运动控制，数据处理和网络通讯功能的多功能控制器。是作为该系统的控制器的不二之选。通过各种对比，本课题最终选用西门子公司的S7-300系列PLC，它是一种通用型的PLC，有着模块化的结构，最多能扩展32个模块，它适用于各种工业自动化场合，尤其是生产制造过程。PLC的选型主要包括CPU模块，电源模块，信号模块，连接器，储存卡等9。具体选型如表4-1所示。表4-1 控制器PLC选型模块名订货号数量备注CPU314-2DP6ES7314-6CG03-0AB0124DI,16DO,4AI,2AO电源模块6ES7307-1EA00-0AA01PS307(5A)数字量输入模块6ES7321-1BL00-0AA0132DI数字量输出模块6ES7322-1BL00-0AA0132DO模拟量输入模块6ES7331-1KF02-0AB028AI前置连接器6ES7392-1AJ00-0AA02带螺钉触点，20针前置连接器6ES7392-1AM00-0AA06带螺钉触点，40针异型汇流排6ES7390-1AF30-0AA0153mm微型储存卡6ES7953-SLF20-0AA0164kB 4.1.2变频器选型1.变频器品牌的确定变频器是应用变频技术与微电子技术，通过改变电机工作电源频率方式来控制交流电动机的电力控制来改变其转速。喷染喷射机控制系统的传动系统共有五个需要变频调速的电机。为了为了让调速更精确、更方便，需要采用五个型号相同的变频器。西门子SINAMICS G120系列变频器具有模块化设计，可灵活扩展；采用全新的冷却概念，功率部分的散热全部由外部散热片来完成，电子部分的冷却则通过系统对流，鲁棒性大大增强。这使其可用于更加苛刻的气候环境（如纺织工业）。同时基于集成化的安全保护技术，设备运行更安全，操作更简便等优点。是纺织工业的理想选择，所以本设计选用该款变频器。SINAMICS G120系列变频器主要由控制模块（CU）和功率模块（PM）这两个模块组成。其中，控制模块上还可以插装一个BOP操作面板，用于对变频器的调试，运行监控以及输入某个参数的设置。该操作面板具有参数存储拷贝功能，编程和维护人员能够直接将参数下载到BOP面板中，再将其拷贝到其他变频器上，对于多变频器工程具有极大的便利性。2.变频器选型通过查询西门子官网确定变频器G120选型，具体如表4-2所示。表4-2 变频器G120选型模块名称型号数量订货号控制模块CU 240S DP56SL3244-0BA20-1PA0功率模块PM240，2.2kw16SL3224-0BE22-2UA0功率模块PM240，1.5kw16SL3224-0BE21-5UA0功率模块PM240，3kw16SL3224-0BE23-0UA0功率模块PM240，1.1kw26SL3224-0BE21-1UA0操作面板BOP56SL3255-0AA00-4BA14.1.3传感器和执行器选型 1.传感器选型该系统的传感器类型主要有温度传感器、液位传感器、张力传感器、编码器等。温度传感器主要分为热电阻型和热电偶型。热电阻型传感器温度测量范围小，但可以远距离传送电信号，灵敏度高，稳定性好，准确性和互换性都较高。热电偶型传感器的测温范围广，结构简单，动态性能好，但是需要补偿导线，结合该系统各检测点的温度变化范围及特点，本设计热电阻式温度传感器和热电偶式温度传感器都有用到。液位传感器分别在浸渍箱处和副缸处用到，根据设计要求选用水压传感器，其原理是测得浸渍箱和副缸内的水压，再将其水压值转化成容积值表现出来。张力传感器在入布处，浸渍滚筒处以及轧车压辘处三个位置用到，张力传感器在检测到张力后通过张力变送器转换成标准信号后送到控制器中。编码器根据其不同的检测原理和不同的输出形式可以分为多种类型的编码器，由于本设计用G120变频器，所以选用增量型编码器。增量型编码器是利用电转换原理将输出轴上的机械几何位移量转换成脉冲量。传感器具体选型如表4-3所示。表4-3 传感器选型名称型号生产厂家数量温度传感器热电阻中环2温度传感器WPZ-230上润1液位传感器WP-K1A1S1G1FEA5上润2张力传感器AG30C3塞凯3张力变送器CPJ塞凯3编码器1XP8001-2(TTL)西门子6蒸汽流量计WP-BADP4I22M3B3D0JS2(0-25kPa)上润1水流量计WP-EMF-A(65)1B1AB11-W52S(60)上润1光电传感器XUM5ANCNM8斯奈德1 2.执行器选型本设计的执行器主要有电磁阀和电机两大类。电磁阀统一选用气立可公司生产的。电机的选型先根据电机负载特性的要求计算电机的额定功率最小值，然后确定电机的类型，选择品牌和型号。该系统传动部分的电机都是三相异步电动机，功率范围在0.75kW到3kW之间，属于小功率电机，本设计选择西门子贝德低压交流异步电动机，其中Y2系列电机具有震动小、噪音低、结构新颖、绝缘等级高等优点。YVF2系列三相异步变频调速电机是一种高效节能型的交流调速电动机，其运行可靠，维护方便的特点可广泛应用于纺织、化工、机床等行业需要调速的装置中。执行器的具体选型如表4-4所示。表4-4 执行器选型名称型号生产厂家数量电磁阀SV6102气立可11副缸加料/搅拌泵IFZ50-25永华1人字辘电机Y2-80M2-4西门子贝德2入布电机YVF2-90L-4西门子贝德1浸渍箱滚筒电机1LA7090-4AA12+1XP8001-2(TTL)西门子1轧车压辘电机YVF2-100L1-4西门子贝德1出布摆布电机YVF2-80M2-4西门子贝德24.1.4触摸屏选型根据系统的设计要求，选择西门子的SIMATIC PANEL系列触摸屏作为系统的监控设备，选用TP177B color PN/DP型号。该型号触摸屏的带有5.7英寸的彩屏能够完全监控系统的运行状态，它使用WinCC flexible进行组态，通过该组态软件进行编写和软件运行程序相配套的监控程序和画面，再将之下载到触摸屏上。此款触摸屏由24VDC供电，能在不同的工业环境下使用，带有串口、MPI和DP等多种不同的接口，对未来的通信方式扩展有极大的便利。4.2 系统硬件组态和网络组态根据前面的控制方案总体设计，在STEPE7软件中完成系统的硬件组态如图4-1、图4-2所示。图4-1 系统硬件组态图4-2 地址分配网络组态如图4-3所示。图4-3 网络组态图4.3系统硬件资源分配控制系统的输入、输出资源分配如表4-5、表4-6、表4-7所示。表4-5 数字量输入分配表DI口输入点DI口输入点I0.0主系统手自动切换开关I3.0副缸加料的按钮I0.1主系统的开机按钮I3.1前部照明的按钮I0.2主系统的停机按钮I3.2尾部照明的按钮I0.3主紧急停车的按钮I3.3入口出检测布的光电开关I0.4主系统的复位按钮I3.4中间测布的光电开关1I0.5主系统报警的复位按钮I3.5中间测布的光电开关2I0.6前部控制的开机按钮I3.6轧车扩幅的按钮I0.7前部控制的停机按钮I3.7入布扩幅的按钮I1.0前部控制系统的复位按钮I4.0压辘加压的按钮I1.1前部控制报警的复位按钮I4.1摆布架选择的开关I1.2尾部控制的开机按钮I4.2电机加速按钮I1.3尾部控制的停机按钮I4.3电机减速按钮I1.4尾部控制系统的复位按钮I4.4浸渍箱的滚筒电机的反馈I1.5尾部控制报警的复位按钮I4.5压辘电机的反馈I1.6副缸控制的开机按钮I4.6出布电机的反馈I1.7副缸控制的停机按钮I4.7摆布架电机的反馈I2.0副缸控制系统的复位按钮I5.0入布扩幅电机的反馈I2.1副缸控制报警的复位按钮I5.1轧车扩幅电机的反馈I2.2报警喇叭的测试按钮I5.2加料搅拌泵的反馈I2.3报警灯的测试按钮I5.3备用续上表：DI口输入点DI口输入点I2.4加料方式的选择开关I5.4备用I2.5副缸进水的按钮I5.5备用I2.6副缸排水的按钮I5.6备用I2.7副缸搅拌的按钮I5.7备用表4-6 数字量输出分配表DO口输入点DO口输入点Q0.0主系统手自动选择指示灯Q3.4电机加速灯Q0.1主系统的开机灯Q3.5电机减速灯Q0.2主系统的停机灯Q3.6前部照明灯Q0.3主系统报警的复位灯Q3.7尾部照明灯 Q0.4主系统运行灯Q4.0浸渍箱照明灯Q0.5主系统准备完成灯Q4.1报警灯Q0.6前部系统的开机灯Q4.2蜂鸣器Q0.7前部系统的停机灯Q4.3副缸进水Q1.0前部系统的报警复位灯Q4.4副缸排水Q1.1前部系统的系统运行灯Q4.5副缸升温Q1.2前部系统的准备完成灯Q4.6副缸搅拌Q1.3尾部系统的开机灯Q4.7副缸加料Q1.4尾部系统的停机灯Q5.0浸渍箱进水Q1.5尾部系统的报警复位灯Q5.1浸渍箱排水Q1.6副缸系统的开机灯Q5.2浸渍箱升温Q1.7副缸系统的停机灯Q5.3备用Q2.0副缸系统的报警复位灯Q5.4备用Q2.1副缸系统运行灯Q5.5备用Q2.2副缸系统准备完成灯Q5.6备用Q2.3副缸进水灯Q5.7备用Q2.4副缸排水灯Q6.0入布电机启动Q2.5副缸搅拌灯Q6.1浸渍滚筒电机启动Q2.6副缸加料完成灯Q6.2压辘电机启动Q2.7副缸加料灯Q6.3出布电机启动Q3.0急停按钮灯Q6.4摆布架电机启动续上表：DO口输入点DO口输入点Q3.1入布扩幅灯Q6.5入布扩幅电机启动Q3.2轧车压辘灯Q6.6轧车扩幅电机启动Q3.3压辘加压灯Q6.7加料/搅拌电机启动表4-7 模拟量输入分配表PIW20总水流量PIW36浸渍箱的液位PIW22蒸汽总流量PIW38副缸的液位PIW24蒸汽温度PIW40浸渍箱的温度PIW26智能电表PIW42副缸的温度PIW28备用PIW44入布后布匹张力PIW30备用PIW46浸渍滚筒后布匹张力PIW32备用PIW48轧车压辘后布匹张力PIW34备用PIW50备用4.4系统输入、输出原理图设计该系统的PLC输入输出包括数字量输入、数字量输出和模拟量输入三个部分。该系统的数字量输入有44个点，包括开关、按钮、光电传感器和电机返回信号；数字量输出有51个点，包括指示灯、电磁阀线圈和继电器线圈；模拟量输入有11个点，包括温度、液位等传感器信号。由于该系统的PLC输入、输出原理图比较多，以下只列出部分输入、输出原理图如图4-4、图4-5、图4-6所示。图4-4 数字量输入原理图例图4-5 数字量输出原理图例图4-6 模拟量输入图例4.5系统电气原理图设计配电系统电路图描述了从AC380V电源进柜转为AC220V电源到AC220V电源转为DC24V电源的过程，部分电路图如图4-7、图4-8、图4-9所示；变频系统有五个变频器和五个电机，变频器的功率模块由AC380V电源供电，控制单元由DC24V电源供电，部分电路图如图4-10、图4-11所示；不变频系统3个电机，由AC380V电源供电，如图4-12所示；控制柜部分开关图如4-13所示；现场的传感器、照明、电磁阀等由DC24V电源供电，部分电路图如图4-14所示。图4-7 三相四线转220V电气原理图图4-8 各电路钥匙开关电气原理图图4-9 220V转24V电气原理图图4-10 变频器功率模块电源电气原理图图4-11 变频系统电气原理图图4-12 直接启停电机电气原理图图4-13 手/自动切换与报警调试电气原理图图4-14 压辘电磁阀控制与照明电路电气原理图4.6系统控制柜设计该系统设有四个控制柜，分别是主控制柜，机头控制柜，机尾控制柜，和副缸控制柜。安装在控制柜中安装控制器，变频器和主要控制元件，主控制柜起着核心控制作用。其他的控制箱分别部署在浸渍机的机头，机尾及副缸上，里面放置排线，电磁阀及开关按钮等附件。控制柜面板设计如图4-15所示。图4-15 控制柜面板设计第5章 喷染喷射机控制系统软件设计5.1系统软件总体设计PLC是控制系统的核心硬件，控制软件作为控制系统的核心软件，它们相当于系统的“心脏”和“大脑”。软件的设计和硬件的设计一样重要。根据系统功能和要求，使用STEP7软件对系统进行软件设计。由于本文主要设计硬件部分，软件设计部分仅提供总体结构，如图5-1所示。图5-1 软件总体结构 5.2系统软件资源分配本文根据系统的功能和要求对系统软件资源进行了简单的规划，其大致分配如表5-1所示。表5-1 系统软件资源分配地址数据类型内容MB0MB1BOOL系统的初始化状态与操作MB2BOOL电机上电MB3MB4BOOL浸液箱的准备阶段状态与操作MB5MB6BOOL电机的状态与操作MB10BOOL脉冲记录MW80MW82INT副缸的液位和温度信号值MW84MW86INT浸渍箱的液位和温度信号值MD12MD66REAL存放电机速度的读写中间值MD100MD136REAL电机速度的设定值与实时的速度值MD144MD152REAL张力的信号值DB1DB5背景数据块存放液位和温度的相关数据DB6DB10背景数据块存放电机控制相关数据DB11DB13背景数据块存放张力控制相关数据T1T5定时器定时器 第6章 系统调试与问题讨论 6.1系统调试系统调试主要包括系统实验室模拟调试和现场调试两个部分。由于该系统较为庞大，制造成本比较大，这里主要介绍理论上的调试方案。该系统选用的SINAMIC的G120变频器，该变频器的调试方法主要有PC调试，BOP屏调试等，在调试的过程中要注意电机转向和速度环控制参数优化问题。在总体调试方面采用虚拟被控对象和PLC的联合调试的方法10。联合调试结构如图6-1所示。将控制程序下载到PLC和触摸屏中，将其与仿真被控对象模拟调试。其中仿真被控对象利用开关模拟数字量输入，用LED灯模拟数字量输出，用直流电流源串联一个变阻器模拟模拟量的输入。联合调试在整体上能够把握控制系统，对系统进行评估，验证该设计的准确性和合理性。图6-1联合调试结构图6.2问题讨论 工业领域中利用远程监控对现场进行监视与控制，在需要时也可以利用远程监控对现场进行干预和维护。现今越来越多的工业领域已经开始尝试应用远程维护技术以减少工业系统后期的养护成本。由于作者能力限制在本设计中没有使用远程维护方面的设计，但工业控制系统在交付使用后难免会出现各种小问题，为了避免后期因为软件问题导致工程师频繁赶赴现场，讨论喷染喷射机系统的远程维护方案还是很有必要的。远程维护一般采用客户端-服务器模式进行设计。将S7-300通过工业以太网连接到办公室局域网的数据库服务器，将工厂现场设备的信息和数据储存到服务器里，再利用internet技术将将服务器里的信息与远程客户端进行共享。在远程客户端上读取服务器中的信息与数据，在远程客户