（机械工程专业论文）基于profibus总线的针刺生产线集中控制系统的设计与实现.pdf

学位论文的主要创新点 采用基于现场总线的p r o f i b u s d p 通讯控制技术 用自动化监控 系统采用总线连接方式替代一对一的i o 连接 减少了由于接 线点造成的不可靠因素 提高了系统的可靠性和可维护性 集 中控制能够将各子系统的数据进行优先和实时传输 为自动控 制系统提供一个高速 安全 可靠的控制平台 提高了非织造 布设备控制的整体集成水平 发挥自动控制系统综合管理效益 实现集中数据采集 生产调度 决策指挥的信息化 科学化 管理一体化 使自动控制水平达到国际先进 国内一流的水平 二 实现了针刺系统从开包到梳理 具体包括单机开包机 粗开松 输棉风机 大仓 精开松 输棉风机 储棉箱 输棉风机 喂 棉箱和梳理机软硬件构建 三 利用组态软件实现对设备的实时监控与故障诊断 具有良好的 人机交互 摘要 针刺法非织造布是目前我国非织造布中最大的品种之一 以往针刺设备继电 器回路控制存在着诸多的不足 国内针刺生产设备的电气控制系统基本上是单机 控制或者独立控制系统的控制 不方便操作 监控和管理 其次控制系统内部采 用局部通讯甚至无通讯 控制器与现场设备之间数字量信号和2 4 v d c 等靠i o 连线连接 模拟量信号通过o 1 0 v 或4 2 0m a 传送 并以此监控现场设备 现使用p r o f i b u s d p 现场总线控制技术 使控制系统具有良好的可扩展性 减少了配线和安装 调试设备的成本和时问 将离散信号集中控制 用总线连 接方式替代一对一的i o 连接 减少了由于接线点造成的不可靠因素 提高了系 统的可靠性和可维护性 同时能将分散系统的数据进行优先和实时传输 为自 动控制系统提供一个高速 安全 可靠的控制平台 实现了以梳理机为主站 以其它三个控制子系统开包一粗开松控制系统 大仓一精开松控制系统 储棉一喂棉控制系统为从站的集中控制 能够对开包到梳理设备进行实时状态监测与智能诊断 对于工作故障系统 能够按照设定自动进行停机或处理 对于织机的工作状态及参数能够进行实时 显示 可以实时改变工作参数和控制方式 实现数据的集中采集 实现控制的 集成化 自动化 现代化 关键字 p r o f i b u s d p 主站 从站 针刺设备 集中控制 a b s t r a c t n o n w o v e n sp r o d u c t sm a d eb yn e e d l ep u n c h i n gl i n ei so n eo ft h el a r g e s ts o r to f n o n w o n v e sp r o d u c t si nc h i n a sn o w a n dt h e r ea r em a n yd i s a d v a n t a g eo ft h eo r i g i n a l d e s i g n i no r d e rt od e v e l o pt h el e v e lo fn e e d l ep u n c h i n gl i n ec o n t r o ls y s t e m u s e p r o f i b u sc o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g y u s et h ef i e l d b u sc o n n e c t i o nm e t h o di n s t e a do f t h eo r i g i n a lo n eb yo n ei oc o n n e c t i o n r e d u c e dt h ef a l l i b i l i t yc a u s e db yc o n n e c t i n g p o i n t r a i s e dt h er e l i a b i l i t ya n dm a i n t a i n a b i l i t yo ft h es y s t e m t h ei n t e g r a t e dc o n t r o l s y s t e mc a na l s ot r a n s f e rt h ed a t ao fe a c hs l a v es t a t i o n p r o v i d eas a f e t y h i g hs p e e d r e l i a b l ec o n t r o lp l a t f o r m t h i sa r t i c l eu s ep r o f i b u sc o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g y d e s i g n e dai n t e g r a t e d c o n t r o ls y s t e m t h ew h o l ec o n t r o ls y s t e mi sd i v i d e di n t of o u rc o n t r o lu n i t s b a l e o p e n e r p r e o p e n e rc o n t r o ls y s t e m c h a m b e rm i x e r f i n e o p e n e rc o n t r o ls y s t e m r e s e r v es i l o c h u t ef e e d e rc o n t r o ls y s t e ma n dc a r d i n gc o n t r o ls y s t e m s p l co f c a r d i n gm a c h i n ei st h em a s t e rs t a t i o na n dt h eo t h e rt h r e es t a t i o n sa ss l a v e s t h i si n t e g r a t e dc o n t r o ls y s t e mb a s e dp r o f i b u s d pc a nm o n i t o ra n dm o d i f yt h e p r o g r a ma ta n yp o i n tt oa c h i e v ed a t ac o l l e c t i o n a c h i e v e di n t e g r a t i o n a u t o m a t i o na n d m o d e r n i z a t i o no ft h es y s t e m k e y w o r d s p r o f i b u s d p m a s t e r s l a v e n e e d l ep u n c h i n gl i n e i n t e g r a t e dc o n t r o i 目录 第一章绪论 1 1 1 课题的意义 1 1 2 课题的提出 l 1 2 1 国外非织造布设备电气控制发展概况 一2 1 2 2 国内原有非织造布设备电气控制系统有诸多不足 5 1 2 3 现场控制总线的提出 6 1 3 课题的提出 7 1 3 1 本文研究的课题 7 1 3 2 主要研究对象 7 1 3 3 课题研究的意义 8 1 3 4 课题拟实现的目的 8 1 3 5 立题基础 8 1 3 6 硬 软件环境 8 第二章针刺生产线工艺流程与总体控制分析 1 l 2 1 针刺生产线的组成 l l 2 2 工艺流程分析 1 1 2 2 1 开包机丁艺 1 2 2 2 2 粗开松机工艺 1 3 2 2 3 大仓混棉机工艺 1 3 2 2 4 精开松机上艺 1 4 2 2 5 储棉箱工艺 1 6 2 2 6 喂棉箱r l 艺 1 7 2 2 7 梳理机工艺 1 9 2 3 基于p r o f i b u s 的针刺生产线总体控制分析 2 0 2 3 1 针刺生产线控制系统分析 2 l 2 3 2p r o f i b u s 现场总线的基本功能和特征 2 5 2 2 第二章针刺生产线电气控制设计 2 7 3 1 针刺法设备生产线输入 输出信号分析 2 7 3 2 1 开包机 粗开松控制系统电气控控制设计与实现 2 7 3 2 2 火仓一精开松控制系统电气控制设计与实现 3 l 3 2 3 储棉 喂棉控制系统电气控制设计与实现 3 2 3 2 4 梳理控制系统电气控制设计与实现 3 4 3 3 基于p r o f i b u s 的针刺生产集中控制 3 9 3 3 1 控制系统电气控控制对象 3 9 3 3 2 控制系统主要电气元器件选犁 4 0 3 3 3 控制系统主要电气元器件选型依据 4 1 3 4 本章小结 4 3 第四章生产线监控系统的研究与开发 4 5 4 1 生产线监控系统分析 4 5 4 1 1 监控参数分析 4 5 4 1 2 组态软件的设计与开发 4 5 4 2 通讯方案的选定 4 5 4 2 1 备选方案列举 4 5 4 2 2 备选方案的比较 4 5 4 2 3 方案的确定 4 6 4 3p r o f i b u s d p 通讯的实现 4 6 4 3 13 1 5 2 d p 作为主站 3 1 3 c 作为从站 4 6 4 3 23 1 5 2 d p 作为主站 s 7 2 2 6 作为d p 从站 5 6 4 3 33 1 5 2 d p 作为主站 s 7 2 2 6 作为d p 从站 6 l 4 4 以太网 m p i 和p p i 通讯 一6 l 4 4 1p c 和t p 2 7 0 屏之间以太网通讯 6 l 4 4 2p l cs 7 3 0 0 和屏之间m p i 通讯 6 5 4 4 3s 72 0 0 与t d 4 0 0 c 之间p p i 通讯 6 6 4 5 模拟运行 6 7 4 6 本章小结 7 l 第五章总结与展望 7 3 5 1 总结 7 3 5 2 展望 7 4 参考文献 7 5 攻读学位期间发表论文和参加科研情况 7 9 致谢 8 l h 第一章绪论 1 1 课题的意义 第一章绪论 非织造布技术以其生产流程短 设备投资少 用工少 产品应用领域广的突 出特点 被世界各国 特别是发达国家广泛应用 我国非织造布产业虽然起步较 晚 但近几年发展迅速 正在缩小与国际先进水平的差距 l l 其中针刺法非织造 布是目前我国非织造布中最大的品种之一 由于用途广 成本低 见效快 多年 来发展速度一直保持着增长较快的势头 2 1 设备的进步要求电气控制水平也要做 出相应的提高 而且电气控制水平的高低直接影响着设备的稳定性和先进性能 还有电气控制的改进可以大大提高设备的性价比 这几年我国从国外新引进l o 多条进口针刺线 包括德国d i l o 和法国的n s c 苏拉集团的f e h r e r 的针刺机以 及相关的配套设备 电气控制方面比较先进 有的厂家电气控制已经采用集中通 讯控制方式 另外我国制造的针刺生产线设备不下于2 0 0 条 供应国内企业和出口的需 要 国内针刺生产设备的电气控制系统基本上是单机控制或者单个控制系统 包 括几台单机 的控制 不方便操作 监控和管理 其次控制系统内部采用局部通 讯甚至无通讯 控制器与现场设备之间数字量信号和2 4 v d c 等靠i o 连线连接 模拟量信号通过0 1 0 v 或4 2 0m a 传送 并以此监控现场设备 从每年两次的非织造布设备展会 非织造布类期刊杂志 非织造布及电气控 制网络 非织造布界内权威人士和用户现场调试过程中了解到我国的电气控制随 着非织造布的不断发展 与进口设备的电气控制之间的确存在着差距 为了缩小 与国际先进水平的差距 现采用基于现场总线的p r o f i b u s 通讯控制技术 用自动 化监控系统采用总线连接方式替代一对一的i o 连接 减少了由于接线点造成的 不可靠因素 提高了系统的可靠性和可维护性 集中控制能够将各子系统的数据 进行优先和实时传输 为自动控制系统提供一个高速 安全 可靠的控制平台 提高了非织造布设备控制的整体集成水平 发挥自动控制系统综合管理效益 实 现集中数据采集 生产调度 决策指挥的信息化 科学化 管理一体化 使自动 控制水平达到国际先进 国内一流的水平 1 2 课题的提出 天津r t 业人学t 程硕l 学位论文 1 2 1 国外非织造布设备电气控制发展概况 国内引进的针刺生产线主要来自德国d i l o 集团 包括d i l o s p i n n b a u 和法国 n s c 集团 包括a s s e l i n t h i b e a u 也有的进口o e r l i k o n 集团的产品 包括原 来的f e h r e r f o r a m e f a 等 这些产品的电气控制无论功能上还是质量上都比 国内设备好 目前国内大约1 0 1 5 的针刺设备是进口的 特别是生产超细纤维 合成革等高档产品 1 d i l o 和n s c 集团及其先进控制技术简介 3 德国迪罗集团 d i l o g r o u p 是一家先进的纺织针机械及纺织针设备生产商 这些机械设备适用于无纺布工业 d i l o 迪罗 公司于1 9 0 2 成立于e b e r b a c h 在 e b e r b a c h 和b r e m e n 有两家生产基地 d i l o g r o u p 由d i l o t e m a f a 纤维开松机 混合机 d i l o s p i n n b a u 梳理机 d i l o m a c h i n e s 交叉铺网机 针刺机 d i l o s y s t e m s i 程总承包商 等成员公司组成d i l o 集团 是国际化的非织造设备生 产商 t e m a f a 特玛法 公司提供非织造布行业和纺织厂用的从开包到纤维均匀混 合的成套设备 产品系列还包括梳理机和成网机喂给设备 天然纤维准备系统 废料再生行业使用的特种机器与天然纤维提取系统 以及玻璃纤维 麻纤维和棉 短绒加工设备 t e m a f a 公司还提供天然纤维加工和纤维提取机械 s p i n n b a u 斯宾宝 公司是著名梳理机制造商 几十年来一直致力于非织造布行业 的梳理机领域 该公司的梳理机在非织造布生产的各个领域都享有很高声望 是 针刺生产线 热粘合生产线和热熔生产线以及水刺和化学粘合生产线中控制生产 效率和质量的关键设备 s p i n n b a u 公司可提供各种类型的梳理机 适用于各种应 用领域 包括家用装饰布 地毯 壁布 毛毯 服装面料 医疗和卫生用品 土 工布 过滤芯 技术非织造布 汽车内饰 保温毡 纤维增强材料和造纸用毡 在工程设计公司中 d i l o s y s t e m s 公司作为成套非织造布设备设计 安装和调试 的总承包商已经奠定了全球领先地位 该公司通过在全球安装1 3 0 多条生产线 获得了宝贵的经验 这些生产线包括从热粘合生产线到水刺 针刺等各种短纤非 织造布生产技术 客户无论在决策过程中还是在订单处理 交货 安装 调试和 维修过程中都能从这些知识中受益 由于h e r g e t h h o l l i n g t h w o r t h 公司的破产 其有关梳理及铺网设备方面的专利 技术被d i l o 收购 开发了p r o f i 1 i n e 工艺 用于针刺和凝固工艺的交叉铺网絮垫 中以达到纵 横向c v 值可达1 p r o f i l i n e 成网系统c v i 由s p i n n b a u s u p e r s e r v o 梳理机 其中管道喂给装置采用t r u t z s c h l e r 的f f l k 管道喂给装置 有纤网成型 控制装置 p r o f i l i n g 的a u t e f a t o p l i n e r 铺网机和d i l o 的h y p e r p u n c h 针刺机组 成 4 o 第一章绪论 d i l o 公司在1 9 2 0 年就把设备卖到中国 到2 0 世纪8 0 年代 中国市场开始 处于重要位置 并保持到现在 以d i l o m a c h i n e s 公司的核心技术之一一交叉铺网机为例 该公司分别为高端 用户与普通用户开发了有针对性的最新产品 h y p e r l a y e r 高速交叉铺网机与 d i l o l a y e r 水平交叉铺网机 h y p e r l a y e r 高速交叉铺网机是双传送带铺网机 纤网从入到出免于牵拉和张 力 与传统交叉铺网机相比 h y p e r l a y e r 在不影响铺网质量的前提下可将速度提 高5 0 这种交叉铺网机不仅在铺网速度和精度上达到很高水平 而且还解决 了传统成网生产线的瓶颈问题 取得各项理想的经济指标 h y p e r l a y e r 高速交叉 铺网机铺网宽度为1 1 0 m 最大喂入速度依型号为 1 1 0 m m i n h l a 1 6 0 m m i n h l 2 2 0 m m i n h l s 与3 0 0 m m i n h l s c h y p e r l a y e r 机型是目前最 高端的交叉铺网设备 产量高 同时需要的投资也高 因此适用于高附加值产品 的开发 d i l o l a y e r 是一款标准通用型交叉铺网机 可用于加工包括人造纤维和天然 纤维在内的各种纤维原料 它适合于1 3 5 m 的梳理宽度 铺网宽度为1 1 0 m 由于其特有的运动概念以及网帘引导和速度控制概念 这种机器具有很高的铺网 精度 喂入速度依型号可达l1 0 m m i n d l 1 3 5 m m i n d l s 与1 6 5 m m i n d l s c 铺网速度可达2 0 0 m m m 此外d i l o 公司还提供生产无纺布衬层 汽车内部装修 过滤装置 地面纺 织用品 人造革 屋顶材料 工业用纺织品 卫生医药无纺布 美容无纺布的机 械及生产设备 n s c 集团拥有5 个事业部 n s c 纱纤 n s c 无纺布 n s c 包装 n s c 系统 和n s c 服务 n s c 的a x c e s s 系列非织造设备还包括成网 梳理 带有p r o f i l e 轮廓修整系统的交叉铺网机 牵伸装置 针刺机和卷绕设备 其根本是源自于 a s s e l i n t h i b e a u 的成熟加工技术 在控制上 d i l o 和n s c 把梳理机 交叉铺网机 针刺机作为整个系统组合 在一起 除了把单机的运行质量追求精益求精外 整个系统通过自控装置使产品 达到高质量 n s c 采用的自控装置成为 p r o d y n 自控系统 d i l o 则采用 c v i p r o f i 1 i n e 自控系统 在絮片经过针刺股节后利用检测头 n s c 采用x 射线 d i l o 采用1 3 射线 q 射线 不断沿机器横向作往复运动 对产品的每一点的厚 薄情况 克重变化 进行检测 并把讯号返回中央控制系统 发出指令对设备的 工艺不断进行调整 形成闭环系统 使最终产品均匀一致 n s c 参与p r o d y n 自控系统的有 s e r v o x 梳理机 交叉铺网机 在线固结 后设置的自控检测系统 计算机自控控制 梳理机本身带有的自调匀整 采用自 天津工业人学工程硕一i 学位论文 调匀整后 非制造布产品的c v 值可以达到1 以下 5 1 2 o e r l i k o n 欧瑞康 集团及其相关控制系统简介 6 1 o e r l i k o n 欧瑞康 集团由欧瑞康赐来福 欧瑞康巴马格 欧瑞康纽马格组 成 o e r l i k o n 欧瑞康赐来福以其在环锭纺纱 络筒和转杯纺纱领域内最新颖的技 术解决方案 证明其在短纤纺纱机器上的市场领导地位 赐来福公司展现了一系 列包括优异筒子 优质纱线以及高质量的纱线接头等全新理念 配备p r e c if x 纱 线横动系统的新型络筒机a u t o c o n e r5 配备d i g i p i e c i n g 数字化接头装置的新型 转杯纺纱机a u t o c o r os3 6 0 以及经过改良的b d 系列半自动转杯纺纱机给现场观 众带来强大震撼 应用c o m pa c t 3 紧密纺技术的青泽环锭纺细纱机和最新的 z i n s e r3 6 0 细纱机同样具有创新的质量解决方案 欧瑞康巴马格的展品特点主要体现在效率提升上 在新型p o y 设备w i n g s 上 辊和网络器被集成在卷绕头上 这种插件单元 能确保p o y 丝生产商生产 高质量纱线和拥有更高产能 成熟的i q o o n 双胞胎卷绕头又取得一项惊人的科 技进步 它同样使2 4 头f d y 全牵伸丝纺纱厂成功运行 在d t y 方面 一种结 合c o c o o n 节能辊技术和f k 6 1 0 0 0 人性化操作特性的加弹机展示出欧瑞康的 强大技术实力 欧瑞康巴马格事业部在合成纤维领域有丰富的专业知识 产品涵 盖了从缩聚至d t y 假捻变形丝的整个纤维生产链 欧瑞康纽马格的全部产品 包括非织造布生产的关键技术 如 气流成网 梳理和纺粘系统 该事业部是世界上唯一一家能够将各种非织造布生产工艺进行 有机结合的供货商 拥有综合性的专有技术诀窍 具有开发生产效率更高 产品 品种更齐全的生产工艺技术的能力 欧瑞康纽马格重点展示其技术含量最高的 b c f 地毯丝尖端技术 即新一代单纺头 s y t e co n e b c f 设备 以及全新的合成短 纤生产线 这种生产线的产量高达4 0 0 吨 天 将加捻和刺绣设备的革新用于毛类短纤纺纱折射出欧瑞康苏拉的生产理念 这款设备节省了时间 能耗 简化了工艺步骤 高度关注客户的需求和生产可靠 性 福克曼生产线的产品为高产量的短纤纱 玻璃纤维纱线以及地毯纱设备 作 为处于世界刺绣业领先地位的欧瑞康苏拉和美科刺绣事业部 此次展出了他们的 飞梭刺绣机和多头刺绣机设备 用高科技的专件打造质量产品的欧瑞康纺织专件 展示了其已确立的生产线 a c c o t e x d a y t e x e n k at e c n i c a h e b e r l e i n t e m c o f i b r e v i s i o n 和t e x p a r t s 欧瑞康事业部生产纱线制造工艺过程中所有相关专件 并在此领域是首选的专件 供应商 其产品范围涵盖了3 个领域 短纤纺纱 长丝纺纱和非制造布工艺 欧瑞康纽马格有几个久负盛名的公司组成 如j mn o r d s o n m jf i b e r t e c 4 第一章绪论 f o r f i n c a r d e a u t e f a 奥特发 f e h r e r 菲勒 和k o r t e c 考泰克 欧瑞康纽 马格拥有最为齐全的非织造布生产技术 包括n e u m a g 纽马格 纺粘技术 j m 诺信 熔喷技术 m j 气流成网技术 f o r 福尔 梳理技术 f e h r e r 菲勒 针刺和气流梳理技术 a u t e f a 奥特发 交叉铺网技术 k o r t e c 折叠包装技术等 技术服务与供货范围最广 小到零部件 关键设备 单台设备 大到成套生产线 或者交钥匙工程 除了提供以上传统设备 o e r l i k o n n e u m a g 还有成套气流成网 纺粘和梳理技术 一体化的短纤和梳理生产线以及各种成网过程的客户化解决方 案 从开包到最终产品 建立在f o r 制备和梳理技术 f e h r e r 气动梳理和针刺 技术以及a u t e f a 交叉铺网技术基础上改进的梳理解决方案 3 其它著名非织造布设备供应商简介 1 立达集团拥有纺织机械和自动化系统两个事业部 立达已在全球安装了 超过1 5 0 条水刺生产线 成为水刺技术领域无可比拟的领导者 7 1 2 德国f l e i s s n e r 公司为化纤 非织造布和毛纺行业提供先进设备和技术 在非织造布方面 其水刺技术及其生产线处于世界领先地位 同时它还提供独特 的高效率空气穿透式烘干机以及各种非织造布加工设备 8 1 3 苏拉集团 全球最大的纺机集团 最近通过并购等手段 不断扩大其下 属n e u m a g 公司的非织造布制造能力和工程能力 并购美国a s o n 的纺粘技术 并购丹麦m jf i b r e t e c h 浆粕气流成网技术 取得n a n o v a l 纺粘技术的生产许可 9 1 在纺粘设备方面 苏拉已具有a s o n 原也属美国 和n o r d s o n 的二家的技术和 设备制造权 在熔喷方面苏拉除了把n o r d s o n 的熔喷设备的产权和制造权收购以 外 n o r d s o n 的熔喷技术是几年前从世界上最早生产熔喷设备的制造厂之一 j ml a b o r a t o r i e s 公司兼并过来的 还在早些时候在n e u m a g 本部开发了自 己的熔喷设备 即目f i i 它同样拥有二家的熔喷设备的制造权 在梳理成网方面 它把意大利的f o r 梳理机 奥地利f e h r e r 的各种针刺机 德国的a u t e f a 铺网机等设备的产权全部或大部分收购 同样具有较强的实力 l 0 1 在浆粕气流成网方面 收购了丹麦m jf i b r e t e c h 取得了整套气流成网 技术和设备的制造权 它并且企图采取一些经营策略以取得价格优势 l 1 2 2 国内原有非织造布设备电气控制系统有诸多不足 我国近几年非织造布设备高速度发展 例如 在纺粘设备制造方面有 沈阳 非织造布中心 宏大研究院 温州昌隆化纤 大连华阳等多个单位生产各自的纺 粘设备 生产的数量有的单位已达到数十条之多 有的已出口国外 1 2 水刺设备 郑纺机 常熟飞龙二家各自生产的水刺生产线都已达到2 0 3 0 多条之多 积累了 天津1 业人学工程硕上学位论文 大量的经验 并且都已有出口 至于针刺 热轧 热风等非织造布生产线则青岛 纺机 迎阳 飞龙 海润以及江苏 浙江 广东众多的非织造布生产厂都可生产 而且有不少设备已出口东南亚 日本 印度 欧洲 美国 韩国等国家 另外我 国制造的针刺生产线设备不下于2 0 0 条 供应国内企业和出口的需要 1 3 国内针 刺生产设备的电气控制系统基本上是单机控制或者单个控制系统 包括几台单 机 的控制 不方便操作 监控和管理 其次控制系统内部采用局部通讯甚至无 通讯 控制器与现场设备之间数字量信号和2 4 v d c 等靠i o 连线连接 模拟量 信号通过0 1 0 v 或4 2 0m a 传送 并以此监控现场设备 1 2 3 现场控制总线的提出 1 对于出口设备 据统计显示最近几年出口国外的非织造布设备每年接近成倍增长 这已引起 国外同行的关注 认为中国非织造布设备的发展不可低估 但是国产非织造布设 备同时存在着不足 产品档次较低 电气控制跟国际先进水平比还有一定差距 1 开发力量不足 技术含量低 独立自主开发的技术不多 不能形成自主 专有的技术 2 加工精度不高 产品以价格低廉取胜 而不是以高质量 高性能取胜 3 相关外文资料 外文设备样本及对国外的展览会的参展重视不够 2 对于国内市场 随着非制造布设备的发展 电气控制技术是r 新月异 非织造布设备的智能 程度越来越高 而成本却在不断下降 特别是最近两年全球经济危机也波及到中 国 国内市场也需要低投入 高产出型的非织造布设备 因此除了提高单机控制 的技术含量 使设备智能化程度得以提高 其次在智能设备之间使用基于开放标 准的现场总线技术构建的自动化系统应运而生 基于现场总线的自动化监控系统 采用总线连接方式替代一对一的i o 连接 减少了由于接线点造成的不可靠因素 提高了系统的可靠性和可维护性 集中控制能够将各子系统的数据进行优先和实 时传输 为自动控制系统提供一个高速 安全 可靠的控制平台 提高了非织造 布设备控制的整体集成水平 发挥自动控制系统综合管理效益 实现集中数据采 集 生产调度 决策指挥的信息化 科学化 管理一体化 使自动控制水平达到 国际先进 国内一流的水平 3 p r o f i b u s 现场总线的提出 在非织造布设备电气控制方面 美国 德国 法国和日本控制技术比较先进 目前有若干种现场总线技术已应用在非织造布领域并显示了自己的优势 如美国 的f f d e v i c e n e t c o n t r o i n e t 等 欧洲的p r o f i b u s 德国 i n t e r b u s 德国 6 第一章绪论 m o d e b u s 和同本的c c l i n k 等等 由于德国西门子公司在制造业自动化方面的强 大实力 p r o f i b u s 总线在欧洲市场上占有明显优势 p r o f i b u s 系统与产品在 中国目前现场总线市场占有率居首位 1 3 课题的提出 1 3 1 本文研究的课题 基于p r o f i b u s 总线的针刺生产线集中控制系统的设计与实现 1 3 2 主要研究对象 非织造靠针刺生产线开清和梳理的通讯控制 具体单机按设备排列顺序如 下 开包机 粗开松 输棉风机 大仓 精开松 输棉风机 储棉箱 输棉风机 喂棉箱和梳理机 其中开包至梳理部分 包括四个控制子系统 开包一粗开松控 制系统 大仓一精开松控制系统 储棉一喂棉控制系统 梳理控制系统 利用梳 理机作为中央控制单元 即梳理控制系统的p l c s i m a t i cs 73 1 5 d p 作主站 其他控制系统包括开包一粗开松控制系统 p l c s i m a t i cs 72 2 6 大仓一 精开松控制系统 p l c s i m a t i cs 72 2 6 储棉一喂棉控制系统 p l c s i m a t i c 7 3 1 3 c 分别做为从站 如下图1 1 图1 1 通讯网络 7 泌j占 天津 t 业人学工程硕上学位论文 1 3 3 课题研究的意义 这种以梳理机p l c 为主站 开清 从开包到喂棉箱 三个p l c 为从站 采 用p r o f i b u s 现场总线通讯方式实现的集中控制 通过梳理机集中控制中心 对各个控制单元的即时运动状态 运行参数 运行过程信息及故障信息得到直观 和有效的提升 信息得到及时的反馈 为第一时间解决用户问题提供了坚实的物 资基础 为自动控制系统提供一个高速 安全 可靠的控制平台 提高了非织造 布设备控制的整体集成水平 发挥自动控制系统综合管理效益 实现集中数据采 集 生产调度 决策指挥的信息化 科学化 管理一体化 使非织造布设备自动 控制水平达到国际先进 国内一流的水平 1 3 4 课题拟实现的目的 1 p r o f i b u s d p 与高性能s t e p 7 设备进行组态 在主站的显示屏上 这 些工具能对任何链接到p r o f i b u s d p 的节点进行测试和连接 利用s t e p 7 通 过p r o f i b u s d p 连接的s 7p l c 可以对工厂中任意一点的用户程序进行修改和 监控 2 p r o f i b u s d p 测试和诊断性能不需要附加的诊断设备即可以通过主站 对各从站和主站过程进行诊断 主站诊断操作 主站设备的一般操作状态 如某个站点通讯故障 某台电机 过流 某处压力过低等 主站通道诊断操作 某一个独立站点的故障 会自动在主站显示屏上跳出从站地 址及相关信息 3 p r o f i b u s d p m p i 和e t h e r n e t 结合的可靠性 快速性以及控制系 统的集成化 自动化 现代化是集中控制系统得以完美实现 本论文是基于p r o f i b u s d p 现场总线技术 同时用到最基础的m p i 通讯 和新兴的工业以太网通讯 p r o f i b u s m p i 和以太网通讯的联合使用 使原本 分散的控制系统得到统一和集中 1 3 5 立题基础 本课题是以已完成项目为基础 在理论上完全成立的条件下 联系s i e m e n s 方给提供合适的实验条件 理论和实践做到有机的结合 完成此课题的 1 3 6 硬 软件环境 在实现课题过程中还需满足如下硬 软件环境 第一章绪论 硬件 p c 机和系统控制所需电气元器件 软件 系统软件w i n d o w sx p 或w i n d o w s 2 0 0 0 以上 编程软件s t e p 7v 5 3 以上 w i n c c f l e x i b l e m i c r o w i n s p 4 9 天津工业人学工程顾1 学位论文 l o 第二章针刺生产线t 艺流程 o j 总体控制分析 第二章针刺生产线工艺流程与总体控制分析 2 1 针刺生产线的组成 针刺法非织造布是干法非织造布的一种 针刺非织造布是利用刺针的穿刺纤 维网 使纤网中的纤维相互纠结在一起 从而达到加固纤网的目的 经加固后形 成了不同厚度 不同密度 不同蓬松度的针刺型非织造布 非织造布设备针刺生 产线控制系统从开包至最后成卷经过了一套系统的工艺流程 包括1 5 台开包 机 l 台粗开松机 1 台大仓混棉机 l 台精开松机 l 台储棉箱 1 台喂棉箱 l 台梳理机 1 台铺网机 l 7 台针刺机和l 台成卷机 如图2 1 示 v l4 譬秘撬 旷f 一毒8 爱皇飚 j 盼引 矗l 吨i j i 矧 黟o 矧0 b 4 2 2 t j b 吲2 三 吲 镜j 蘸硬鹩r 袭立裂蕾鹱魂丁格哥朝箍上麓 糍襄下女分瓤嚣土鹈斟彝嚣 袭镑彗每 笺摭 2 2 工艺流程分析 图2 i 针刺生产线系统图 儿1 2 0 8 蠹窒撬 天津工业人学工程硕上学位论文 2 2 1 开包机工艺 1 开包机用途 本机是由人工把原料纤维放于喂入平帘子上 通过平帘 斜帘入由角钉帘进 行抓取 初步松散 均匀提升 再由称重机构按产品的配比需要进行称重 投料 是非织造布生产线中的一台重要设备 亦适用于棉 毛等纤维 见简图2 2 图2 2 开包机工艺简图 2 开包机工艺 开包机内有三台马达 剥取辊2 2 k w 平帘子1 5 k w 角钉帘0 7 5 k w 1 光电两组光电监控点用于监测存储于斜帘上的原料纤维量的多少 并控 制平帘的间歇迸给 当两组监控点或其中一组监控点监测到 无料 时 平帘作 进给运转 当两组监控点全部监测到 有料 时 平帘停止进给 处于待命状态 2 斜帘在平帘和角钉帘之间的斜帘上存储一定量的原料纤维 斜帘随角钉 帘同步间歇运转 把原料纤维推送到角钉帘 实现连续喂入 角钉帘把原料纤维抓取提升到机器的上部 由均棉辊控制角钉帘提上去的纤 维厚度 把多余的纤维打回来 落回到机器下部的斜帘上 角钉帘的运动速度可 根据生产用纤维量的大小进行调节 从而控制投送纤维的量和速度 角钉帘的运 行速度也根据投入称重斗中纤维量的多少进行自动调节 3 剥取辊剥取辊是把角钉帘抓取提升上来的纤维剥离下来 投入到称重斗 中 4 称重斗称重斗配有称重压力传感器 当剥取辊投入到称重斗中的纤维达 到设定称重量的8 0 时 角钉帘速度降至原速度的5 0 当称重斗中的纤维达到 设定称重量时 闸门关闭 角钉帘停止运转 称重斗开斗把纤维投出 投出后立 刻关斗 闸门打开 角钉帘恢复原速进行投料 1 2 第一二章针刺生产线丁艺流程与总体控制分析 2 2 2 粗开松机工艺 1 粗开松用途 开包机开包后的原料经称重斗称重后落入本机的输送帘子 在本机内经过开 松 初步分梳使本来块状 卷曲压实的纤维 开松成膨松状态并初步拉直 之后 再通过风机喂入后道工序 为后面梳理机能梳理出薄型纤维打下基础 见简图 2 3 图2 3 粗开松工艺简图 2 粗开松工艺 粗开松机内有两台马达 刺辊k 7 5 w 喂棉辊2 2 k w 1 输送帘上道工序的机械设备将原料纤维投放到此喂棉皮带上 再由此喂 棉皮带送入喂棉罗拉 2 喂棉由一对喂棉罗拉及压棉辊组成 喂棉罗拉将送棉帘子送来的原料 喂入开松辊 无原料喂入时 上罗拉 即沟槽罗拉 靠自重下移到最小隔距 当有 原料喂入时 上罗拉即上抬 上抬位置大小 即棉层厚度靠机架两侧的调节螺丝 控制 同时在轴承座上装有一个限位开关 即防止大块原料造成塞车 此装置也 叫厚卷自停装置 3 在开松辊的下方装有分梳板及托板 由于开松辊的离心作用 纤维层经 过分梳板时 原纤维再次得到开松 分梳 开松后的纤维束经托板的托持转移到 送棉管道区 送棉管道部分设有出棉口及补风口 补风口可防止送棉管道内产生 真空而堵车 经过粗开松的纤维通过本部分送入下道工序 2 2 3 大仓混棉机工艺 1 大仓混棉机用途 经过初步开松的原料 在具有一定压力和速度的风的携带下 通过输棉管 道 进入大仓顶部的旋风头 原料经过旋风头后 均匀地铺在平帘子上 角钉帘 天津工业人学t 程顾j 学位论文 则垂直抓取原料 使原料能够进行充分地混合 开松 并能起到中间棉箱的作用 是非织造布生产线中的一台重要设备 见简图2 4 图2 4 大仓混棉机工艺简图 2 大仓混棉机工艺 大仓混棉机内有三台马达 打手4 k w 平帘子4 k w 角钉帘4 k w 1 帘子主要有输送平帘及角钉帘子等组成 两个帘子分别由两个减速机控 制 并根据产量需要变频调速 原料经过旋风头后 均匀地铺在平帘子上 平帘子上方及角钉帘上方各 有一对光电开关 储棉高度到达任一光电位置则停止粗开松喂棉 箱体下部也设 有一对光电开关 控制最低料位 当储棉到达此位置时 粗开松应立即送棉 角钉帘则垂直抓取呈 三明治 方式存放的原料 使原料能够进行充分 地混合 开松 平帘及角钉帘速度都可变频调速 根据产量高低确定帘子速度 角钉帘抓取 的原料由剥棉辊剥下通过接料斗喂入下道工序 2 剥棉辊保证将角钉帘抓取的原料剥下并通过接料口输送到下道工序 均 棉辊将角钉帘抓取的多余原料打回平帘上 并与其他原料混合 2 2 4 精开松机工艺 1 精开松用途 1 4 第二章针刺生产线下艺流程 j 总体控制分析 经过大仓混棉机的原料送入本机 在本机内经过开松 初步分梳 除杂和去 除部分短绒 使纤维丌松成膨松状态并初步拉直 之后 再通过风机喂入后道工 序储棉箱 为后面梳理机能梳理出薄型纤维打下基础 见简图2 5 图2 5 精开松工艺简图 2 精开松工艺 精丌松机内有两台马达 刺辊3 k w 喂棉辊1 1 k w 1 喂棉皮带 由喂棉皮带及皮带辊等组成 经过粗开松混合的原料送入该部分 再由此喂 棉皮带送入喂棉罗拉 2 给棉 由一对喂棉罗拉及压棉辊组成 喂棉罗拉将送棉帘子送来的原料 喂入刺辊 这对罗拉之间的设计最小隔距 无原料喂入时 上罗拉 即沟槽罗拉 靠自重下垂 到最小隔距 当有原料喂入时 上罗拉即上抬 上抬位置大小 即棉层厚度靠机 架两侧的调节螺丝控制 同时在轴承座上装有一个限位开关 即防止大块原料造 成塞车 此装置也叫厚卷自停装置 3 刺辊 天津t 业火学丁程硕 学位论文 由筒体针布等构成的 针布包卷在刺辊简体上呈螺旋线排列 使纤维得到充 分开松 同时刺辊与喂入罗拉之问对纤维有效握持分梳 2 2 5 储棉箱工艺 1 储棉箱用途 通过上 下光电控制前序机台精开松的喂棉量 又通过后序机台喂棉箱的需 求控制喂料辊的给棉量 其主要作用是对原料进行储存和输出 同时在开松辊作 用下 对原料进一步开松 进一步开松后的纤维 由输棉风机供给后序机台 储 棉箱适用于清梳联和非织造布系统中 见简图2 6 2 储棉箱工艺 储棉箱内有两台马达 开松辊1 5 k w 喂棉辊0 5 5 k w 储棉箱主要有上 下棉箱 中间棉箱三部分组成 第二章针刺生产线 t 艺流程弓总体控制分析 纤维 0 o o o k 2 2 6 喂棉箱工艺 图2 6 储棉箱r t 艺简图 1 喂棉箱用途 本机主要用于非织造布生产 位于梳理机现开清设备之间 起着连接作用 将松散的小束纤维凝聚成均匀厚度的纤维层喂入梳理机 见简图2 7 2 喂棉箱工艺 喂棉箱内有6 台马达 内置风机1 s k w 3 打手电机1 5 k w 喂棉辊 0 3 7 k w 棉箱输出1 1 k w 纤维原料由一只输送风机从开清线的末道设备 通常为储棉箱 送至本 1 7 o o 天津t 业人学丁程硕上学位论文 机的上箱 纤维的流量由装在管路上的压力传感器控制 当达到设防定压力时将 切断送棉 从而控制本机上箱的贮存高度及密度 且无回花发生 本机上储棉箱与配棉头连接处下方 前后壁均装有排列成梳状的密集钢 针 延伸至整个工作宽度 用于分离纤维束与输送空气 为进一步增加贮存原料 的密度 上箱的前壁设计成网眼结构 在宽度方向上分段加装调节门以调节宽度 方向上的密度一致性 整个网眼板可打开以方便清洁箱体内腔 储棉箱的下方装有一只包覆针布的给棉辊和一个不锈钢制的给棉板 将 原料送至隔距最小处握持 由一只高速旋转的钢针开松辊进行开松分解 开松辊 的罩门设计成用铰链打开的弧形罩板 当清洁开松辊时 安全装置将阻止机器起 动 开松辊的下方即为下棉箱 本机内置的风机通过狭长的风口将压缩空气 由上方送入用于压缩箱内的纤维层 箱内的压力通过压力传感器控制喂棉辊的转 速而保持设定值 送入的风量由手动变频调节 前方设有观察窗以监视落花情况及棉层的高低 下棉箱的后壁为多段可调节的滑块拼合而成 用以局部调节下箱厚度 而改变输出棉层的截面形状 第 二章针刺生产线t 艺流程 j 总体控制分析 图2 7 喂棉箱工艺简图 前后壁整个宽度上均装有透气栅板 两个回风箱将分离后的压缩空气回 送至风机循环使用 回风箱内前后共四只尘笼需定时清理 下棉箱的底部装有一对输出罗拉 通过导棉板将均匀筵棉输送给梳理机 2 2 7 梳理机工艺 1 梳理机用途 本机的前道工序是喂棉箱 后道工序是交叉铺网机或其他纤网加固设备 用 于梳理化学纤维 毛纤维 棉纤维及其混合原料 经前道工序初步丌松的原料 通过喂棉箱喂入本机 进行开松 混合 分梳 除杂 使呈卷曲状的纤维团分流 成基本伸直的单纤维状态 清除原料中的少量杂质和短绒 并通过本机的杂乱装 1 9 天津工业人学丁程硕 t 学位论文 置 使经过梳理后基本伸直并平行排列的纤维在纤网成形过程中变向 形成具有 一定的纵横向强力比的纤网 经本机的输送装置送到下工序使用 见简图2 8 图2 8 梳理机工艺简图 2 梳理机工艺 1 梳理机电机 表2 1 表2 i 梳理机各电机功率数 电机 喂入锡 j 二作上道 卜 道上凝 卜 凝上剥 卜 剥上传下传 名称林 辊 夫夫棉棉取取送 送 功率数 0 3 72 23 331 5 1 5 2 22 21 51 5 k w k w k w k w k w k w k w k w k w k w k wk w 2 具有可靠的防止喂入金属物体装置 保护针布不受损伤 3 全机共有七个分梳点 各点分梳力量逐次加强 分梳效果好 4 具有双道夫 双杂乱出网装置 上 下两套杂乱出网装置可抬起不用 5 加工精度高 锡林筒体表面径向跳动及直线度均控制在o 0