PLC在细纱机电气控制系统的应用.doc

编号 毕业设计 论文 说明书 题 目 PLCPLC 在细纱机在细纱机 电气控制系统的应用电气控制系统的应用 学 院 机电工程学院 专 业 电气工程及其自动化 学生姓名 学 号 指导教师 职 称 工程师 高级实验师 题目类型 题目类型 理论研究 实验研究 工程设计 工程技术研究 软件开发 桂林电子科技大学毕业设计 论文 报告用纸 摘摘 要要 纺纱机是一种把半制品粗纱或条子经牵伸 加拈 卷绕成细纱管纱的纺纱机器 是当代自动化纺纱的主要设备 各种细纱机基本上都由喂入机构 牵伸机构 加拈和 卷绕机构组成 细纱机是纺纱的主要机器 细纱的产量 质量是纺纱工艺各道工序优劣 的综合反映 细纱机生产过程中纺满一个卷装 管纱 便要停止生产 待落下管纱换 上空管后方能继续纺纱 在工业生产中 细纱机也是纺纱生产中耗能最多的机器 为了适应现阶段纺纱的要求 实现实际生产中纺纱机能够安全 高效 稳定地进 行细纱生产 本文在广泛收集相关资料和文献的基础上 设计了细纱机的电气控制系 统 包括主电路和控制系统 并对相关环节进行了分析 为了配合实际工业生产的要 求 选择了比较合理的电机调速控制方式 该系统电机采用低速启动 平稳调速的调 速方式 在保护措施方面 该系统实现了主电机过流保护 电源电压欠压保护及过压 保护 在运行时 若主电机电流超过额定电流的 110 时产生过流保护动作 当电源电 压 线电压 小于 0 75UN时 电气控制系统产生欠压保护 同时发出相应的声光报警 信号 当电源电压 线电压 大于 1 15UN时 电气控制系统产生过压保护 同时发出 相应的声光报警信号 以上操作均采用 PLC 进行控制 通过实验验证 各个环节都能 够达到相关要求 关键词 细纱机 PLC 电气控制 过压保护 过流保护 桂林电子科技大学毕业设计 论文 报告用纸 Abstract Spinning frame is a kind of machine that put the semi productede rovings or slips into ring bobbin by drafting twisting winding It is the main equipment of contemporary automation spinning frame various spinning machines consist of feeding institutions drafting institutions twisting institions and winding institutions Spinning frame is the main machine of spinning the harvest and the quality comprehensive reflect the advantage and disadvantage of spinning process It is stopped while the package pipe is full in the production process then fall package continue to manufacture untill the next empty pipe be ready Spinning frame is the most power wasting machine in commercial industrial production In order to adapt to requirements of current spinning to achieve the actual production of safety efficient and stable manner yarn production Based on the extensive collection of relevant information and documentation in the article designed the electrical control system include the main circuit and the control system and analysed them So as to match up the requires of reality industrial production elected relative rational control mode of motor s operation The motor launches in low speed and the speed regulation is stable In protection measures it includes overcurrent protection of main motor and low voltage protection of main power suppoly At runtime if the current over rated current 110 UN the protective measures behaviour and if the voltage of power suppoly less than 0 75 UN the electrical control system action and give up sound light alarm signal if the voltage line voltage of power supply over 1 15UN the electrical control system to produce over voltage protection and give up sound light alarm signal The operation above controlled by PLC through the experiment every tache can enough to reach the requirement Key words spinning frame PLC electrical control overvoltage protection overcurrent protection 桂林电子科技大学毕业设计 论文 报告用纸 目目 录录 1 绪论 1 1 1 课题研究背景 1 1 2 国内外细纱机的研究状况及发展趋势 2 1 2 1 国外细纱机的发展情况 2 1 2 2 国内细纱机的发展状况 3 1 3 课题研究的目的及意义 4 2 细纱机电气控制方案设计及分析 5 2 1 细纱机的生产工艺流程 5 2 1 1 FA506 型环锭细纱机系统构成 5 2 1 2 细纱机工作流程 8 2 2 系统设计主要任务 10 2 3 设计要求 10 2 4 方案设计 10 3 细纱机电气控制主回路的设计 11 3 1 细纱机主电路设计 11 3 2 主要电器设备计算及选型 13 3 2 1 型细纱机的主要电器设备的选择 13 3 2 2 主电机电气控制线路设计及设备的选择 18 3 2 3 三相电源线路和控制线路设计及设备选择 19 3 2 4 三相电源线路主要设备的计算和选择 19 4 细纱机电气控制回路的设计 20 4 1 PLC 的基本构成 20 4 2 本设计中 PLC 的选用 21 4 3 FX2N 4AD 模拟转换器 23 4 3 1 FAX2N 4AD 的特点 23 4 3 2 FX2N 4AD 的缓冲寄存器 BFM 分配 24 4 4 细纱机 PLC 控制程序的设计 25 4 4 1 细纱机 PLC 控制程序的设计要求 25 4 4 2 细纱机工作过程 26 4 4 3 程序编写前的主要准备工作 28 4 5 电源电压欠压 过压保护和过流保护的实现 28 4 5 1 欠压 过压保护和过流保护的实现 28 桂林电子科技大学毕业设计 论文 报告用纸 4 6 PLC 程序梯形图和指令表 29 5 电气柜的安装与调试 34 5 1 电气柜的安装 34 5 2 电气控制柜的调试 37 6 结论 38 谢 辞 39 参考文献 40 附 录 41 桂林电子科技大学毕业设计 论文 报告用纸 第 1 页 共 46 页 1 绪论 随着社会的发展 人民生活水平的提高 人们对纺织产品的质量提出了越来越高 的要求 纺织行业与人民生活息息相关 关系到人类生存最基本的需求 既是我国传 统支柱产业 也是我国最主要的出口创汇行业之一 在国民经济中占有重要地位 棉 纺织品是人们生活中必不可少的消费品 人们对棉纺产品消费需求的层次不断提高 构成行业不断发展的动力 其中 与人民日常生活密切相关的纺织产品 如衣服 鞋 类 防水针织物等日常物品 都对细纱有很高的要求 尤其是用于工业 国防等领域 的产品 对于细纱的要求就更苛刻了 这些生产用的细纱如果用手工生产 不仅劳动 强度大 效率低 经济效益差 而且手工生产出来的细纱很多时候在质量上 根本无 法满足要求 因此 细纱机的出现 改变了手工纺纱的诸多缺陷 提高了人民的生活 水品 细纱机是现代纺纱工业领域不可或缺的生产设备 细纱机是使细纱行业实现高效 率 机械化 自动化的重要机器 它能够大大提高细纱生产效率 降低人力劳动强度 节约原材料 降低成本 提高纱锭质量 增强市场销售竞争力 由于细纱机的诸多优 点 使得细纱产业在市场销售中 可获得很高的经济效益 纺织成的纱锭 方便包装 运输 近年来 随着纺织市场需求的不断变更 我国细纱机得到了飞速发展 细纱机械 向机电一体化 智能化 自动化方面发展 当前我国细纱机械的设计和制造水平也在 不断地提高 尤其是自动控制技术 检测传感技术和电子技术的飞速发展 进一步促 进了细纱机械控制系统的提高 变频调速技术 可编程控制技术等在细纱机械中的应 用越来越广泛 使得细纱机向着高效率 高自动化和高质量的方向发展 棉纺织工业是我国纺织工业中规模最大的支柱行业 在我国纺织工业中占有最重 要地位 当前 我国已经加入 WTO 随着国内外市场的开放 市场竞争将日益激烈 在新的发展阶段 我国棉纺织行业必须进入结构先进 技术创新 产业合理的发展阶 段 慢慢地 生产机器人 微电子 电脑 智能型和图像传感技术也将会得到越来越 广泛应用 促使细纱机更加自动化 智能化 1 1 课题研究背景 近些来年 我国各个主要纺机生产企业坚持以市场为导向 以效益为中心 坚持技 术创新 努力提高纺机机电一体化水平 提高整机水平 为适应小批量 多品种 快 响应的市场需求及增强产品的市场竞争力 先后推出一批适应市场需求的高水平的纺 机新产品 它代表了我国纺机的整体水平 同时也反映了我国纺机机电一体化技术的 新发展 如今 科学技术的进步和经济的飞速发展形成了全球化市场竞争的日趋激烈 在 瞬息万变的市场环境下 近年来各企业推出的纺机新产品几乎毫无例外地推广应用交 桂林电子科技大学毕业设计 论文 报告用纸 第 2 页 共 46 页 流异步电机变频调速技术 某些有特殊要求的还应用了交流伺服电机控制技术 用于 纺织机械设备的变频调速控制系统的调速方案主要有下列三种 1 通用变频器开环控制异步电机变频调速 此方案电路结构简单 工作可靠性 好 适用于对调速精度要求不是很高 2 5 调速范围不大 10 1 以内 的各种纺机设 备 如针织机械和部分染整机械等 2 无速度传感器的矢量变频器控制异步电机变频调速 此方案电路结构也相对 较简单 工作可靠性好 适用于调速精度要求为 0 5 1 0 调速范围在 20 1 以内的 大多数纺机设备 3 带速度反馈的矢量变频控制异步电机闭环变频调速 此方案电路结构较复杂 造价较高 但优点是调速性能好 可从零转速起进行恒转矩速度控制 调速范围可达 100 1 以上 同时还具有良好的动性能 如响应速度快 精度高 适用于对调速性能 要求高的纺机设备 如整经 浆纱 热定形和化纤机械等 而在自动控制方面 各种 纺织机械设备普遍采用了 PLC 可编程控制器或 IPC 工控机等具有智能控制功能的控制 器 这样可方便地实现 各电机速度的准确控制 同步协调运转或位置的准确跟踪 如浆纱机 分条整经机 涤纶后处理机等 按设定或生产要求的工艺曲线控制各机件 的运动 如粗纱机等 按设定或生产要求的操作程序完成加工全过程的控制 如清梳 联合机 卷轧染机等 如今的 PLC 可编程控制器不仅能实现一般的逻辑控制 还具备 包括模拟量在内的数值处理和网络通信等功能 使其通过网络构成分布式系统 完成 各种复杂的控利要求 例如 PLC 通过标准的 RS 485 串行通讯网络和自定义或自主选 择的通信协议构成 PLC 和工控机的分布式网络 它具有较好的灵活性和性能价格比 因而得到广泛应用 现场总线技术已成为世界自动化技术的热点 近年来在我国纺机自动化中已受到 关注并开始推广应用 现场总线是主要用于连接现场仪表和自动化控制系统之间的一 种开放式 全数字化 双向 多站的通信系统 现场总线在应用层所使用的协议有多 种多样 但目前已趋于统一 PROFIBUS DP 是现场总线 PROFIBUS 中广泛应用的一 种协议 主要用于现场级的主从通信 实现现场级控制系统与分布式 I O 及其他现场级 设备之间的通信 它有极好的抗电磁干扰性能 例如 PLC 或 IPC 和远程 I O 传动 装置 人机界面等之间的通信 PROFIBUS 应用广泛 尤其在欧洲用得很普遍 另外 DeviceNet 设备网 是一种低价位的总线 它可连接自动化生产系统中广泛的工业设 备 也是一种开放式的现场总线的协议 现在北美和日本广泛应用 近年来我国纺机 自动化中也已逐步应用了 PROFIBUS 现场总线 相信不久可望在纺机设备上推广应用 这种先进的现场工业控制技术 在各种纺机设备中 普遍应用了数码显示 如各种数显仪表 人机界面和触摸屏 等 前者一般是显示单一参数或少数几个参数 后者 一般显示多参数或图形并带有 智能功能 实现人机对话 可以通过曲线或图表形式显示工艺参数的历史值和当今值 桂林电子科技大学毕业设计 论文 报告用纸 第 3 页 共 46 页 亦或状态显示 人机界面可分为文本操作面板 图形操作员面板和触摸屏等等 并可 与 PLC 配套使用 有的甚至支持现场总线协议 1 2 国内外细纱机的研究状况及发展趋势 1 2 1 国外细纱机的发展情况 从手工纺纱向机器纺纱发展开始于 18 世纪 英国产业革命后 1769 年出现了利用 水力拖动的翼锭细纱机 1779 年 S 克朗普顿根据手工纺车原理发明了走锭细纱机 这 是早期的两种细纱机 1825 年 R 罗伯茨又将走锭细纱机改进为自动作用的走锭细纱机 这种型式的机器在 19 世纪和 20 世纪初期获得了广泛的应用 1828 年出现了帽锭细纱 机 同年 J 索普创造了环锭细纱机 当时钢丝圈是由纺纱工用手工弯制而成的 1830 年以后 才开始正式制造钢丝圈 环锭细纱机可连续作用 而且纺纱速度较高 因而 逐渐被广泛采用 代替了绝大部分走锭细纱机 成为现代应用最多的一种 纵观世界纺织工业的发展格局 在近代 200 年中已经历了三次较明显的转移 第 一次发生在第一次产业革命时期 世界纺织生产的中心从东方转移到以英国为首的西 方国家 第二次发生在二十世纪六十年代 从美国 日本和西欧转移到亚洲新兴工业 国家和地区韩国 香港 台湾等 第三次从二十世纪八十年代开始到现在仍在继续 从韩国 台湾和香港向亚洲的其他发展中国家如中国 印度 巴基斯坦和东南亚等地 转移 也就是说 纺织生产的中心又回到了最初的出发点 世界纺织生产重心经历近 200 年的回归 不是简单的回流 而是生产 贸易全球化过程中国际分工的必然结果 在这 200 多年机械化纺纱发展过程中 发展较快的是解放后六十年 随着各种新 型纺纱材料的开发 在 70 年代后期对细纱机适纺各种纤维提出了要求 同时 进行大 量的牵伸改造 80 年代对产品质量提高提出了要求 90 年代各棉纺厂均按乌斯特公报 的水平来提出自己的改进 2000 年以后各棉纺厂以经济效益为中心展开高效工艺研究 并就设备和器材对高效工艺的适应性开始了飞跃性的思考 在当今世界 纺织业调整趋于以下方向 发达国家 美 欧 日 技术密集 型的纺织业 产品侧重流行性 变化性 高质量 高附加价值 特别是高技术纺织品 中等发达国家和地区 韩国 香港 台湾等 资本密集型纺织业生产 经营中高 档纺织产品 发展中国家 东亚 东南亚 南亚 以纺织初加工中低档大路产品 为主 出口大批量常规产品 1 2 2 国内细纱机的发展状况 国产第一代细纱机诞生在 20 世纪 50 年代 如 1291 1293 型 总牵伸大约在 14 20 倍 20 世界 60 年代起对 1291 型改进 总牵伸达到 20 40 倍 1 系列细纱机采 用双短皮圈牵伸 英制制式 罗拉每节 8 锭 锭距 22 225mm 每台标准锭数是 416 锭 罗拉采用滑动轴承 加压是重锤加压 粗纱采用托锭 20 世纪 70 年代的 A512 A513 系列是国产第二代细纱机 适用性有所提高 自动 化程度有较大提高 采用长短皮圈牵伸 开始使用弹簧要加加压 桂林电子科技大学毕业设计 论文 报告用纸 第 4 页 共 46 页 20 世纪 80 年代的 FA506 型系列为代表的第三代细纱机 可纺棉和中长纤维 生 产棉和化纤混纺产品 罗拉和主要传动轴承化 齿轮采用自动滴油润滑 70mm 锭距 和 420 锭的标准配置 粗纱配置吊锭 第四代细纱机出现在 21 世纪 主要特点是多锭数 1008 锭及以上 高速 多电 机传动 集体落纱 甚至细络联 机电一体化程度高 配置在线监控等 回顾我国近六十年来的纺织历程 曾经出现过 5 次大的技术改进 即改型号 每 次改进 都在不同程度上 推进了纱线质量的大幅度提高 但是 每次改进 仅局限 在牵伸及牵伸传动部分 而对细纱机的横断面 结构 纵向部局 自动化 高速化 节能降耗等方面 改进较少 解放后的 60 年中 在纺织部的领导下 只在 70 年代末 80 年代初 组织了一次 全国性的专家汇战 确定了以 FA502 FA503 为基础的纺机研究 直到 80 年代以后 我国的经济得到了快速的发展 现在我国已经居位于世界纺织第一大国 但由于我国 在机械化纺机研究上起步太晚 一味地依赖引进 忽视了对纺机制造的基础研究 使 得我国纺机发展严重落后于西方大国 2009 年国务院出台了 纺织工业调整和振兴规划 调整结构 淘汰落后 升级产 业 短短的时间内 在棉纺行业已经形成一致共识 但是 目前 我国各纺机企业均 以仿制为主 缺少自己的基础研究 以仿制产品来调整和振兴我国的纺织工业 将使 得我国的纺织工业永远落后于他人 如果我们忽视或者偏离了对纺机的基础研究 我 国纺织工业的振兴将是一句空话 更谈不上跃居成纺织强国 所以 我国未来的细纱机应该在吸收世界各国顶尖技术的基础上 联合大专院校 加强自主独立的基础理论研究 使得我们的纺机设备 特别是细纱机能在较短的时间 内 赶上或超越世界顶级设备 1 3 课题研究的目的及意义 当前 我国政策大力倡导技术改造 提高企业科技创新能力 积极推进产业调整 升级 这也将引起行业新一轮的发展浪潮 同时带来巨大的市场机遇 国内纺机企业 尤其是具备研发能力的 能够制造高端设备和产品的企业 将会密切关注行业发展趋 势和政策导向 加快技术改造升级步伐 加强自身的竞争优势 从而抢占市场先机 例如在针织机械领域 针织圆机设备材料 制造装配等方面的水平得到明显提高 不 少圆机生产企业纷纷加强新技术工艺的研发 国产精密大圆机的产量迅速提升 而在 纺纱机械领域 走在行业前端的企业在自动化 稳定性等问题上探索出更好的解决方 案 自动络筒机 环锭细纱机等纺纱设备得到进一步的推广 市场占有率也相应提高 国家政策的引导以及市场需求的转变 将进一步加剧企业之间的竞争态势 也给企 业的新技术装备的推广和销售带来了挑战 目前 国产细纱机在国内企业的使用率已 桂林电子科技大学毕业设计 论文 报告用纸 第 5 页 共 46 页 经占到 90 左右 总体来说 现在国产棉纺细纱设备的制造水平与过去相比 已经有 了很大的进步 产品的产量 可靠性 稳定性等性能指标已经有了较大提升 由于国 产设备的制造质量在不断提高 而青泽 欧瑞康 丰田等国外细纱品牌设备的价格较 高 所以现在国内棉纺企业已经减少了这些设备的进口数量 当前环锭细纱机设计初步呈现出了走模块化 数控 工艺广泛适用性的相同路子 差异化 个性化设计比较少见的特点 国内外细纱机制造商考虑到今后环锭细纱机向 紧密纺纱技术方向的趋势 纷纷加强了模块化技术的发展 使普通环锭纺与紧密纺可 根据市场需求快速进行转换 近几年的国际展会上展出的环锭细纱机绝大部分都是紧 密纺环锭细纱机 综观近几年细纱设备的发展历史 可以发现环锭细纱机的发展具有 以下比较明显的特点和趋势 一是正在逐步向紧密纺 向长车及细络联方向发展 二 是向高度自动化方向发展 现今 环锭细纱机的自动化技术已取得很大的进步 如全 自动落纱机 细络联 粗细联 细纱断头自动监测 细纱长车 牵伸系统的自动牵伸 倍数调节 人机对话的图形化操作界面 可调式变频负压风机等新技术的应用 此外 紧密纺花色纱 紧密赛罗纺 紧密包芯纱等都是紧密纺纱技术的新发展 预计今后紧 密环纺在普通环锭纺纱技术的基础会有更大的发展 带自动落纱的细纱机在机电一体 自动化 结构上也有了新的发展 可靠性 稳 定性有了极大提高 目前 国内有多家企业的细纱机产品拥有此项技术 如经纬股份 榆次分公司的 JWF1581 型细纱机实现了集体落纱 集聚纺 细络联 上海第二纺织机 械股份有限公司的 EJM138JLL 型超长细纱机 长度为 1008 锭 1512 锭 整机实现了 无齿轮机械传动 其锭子 罗拉传动均为单独电机传动 集体落纱时间少于 3 分钟 由于环锭纺细纱机锭速已经达到 25000 转 分钟 近期内锭速进一步提高的可能性不大 国外环锭细纱机制造商将在线监测控制 灵活性等方面作为今后的研发重点 由于国产细纱机的制造技术与国外设备的差距正在逐渐缩小 并且国产设备还具 有适应国内生产企业实际需求的特点 一些国外设备制造企业也开始将重心转移到中 国市场的实际需求方面 青泽 360 型细纱机就是努力适应中国市场的一个很好的例证 FA506 型细纱机是目前成纱质量好 自动化程度高 操作简单 便于管理的环锭 细纱机 适用于纯棉或化纤的纯纺和混纺的细纱工序 尤其采用 PLC 作控制器 不但 提高了控制精度 而且解决了生产管理方面存在的许多缺陷 可纺织造 针织等所用 的细纱 FA506 细纱机电气控制系统用 PLC 控制整个纺纱过程 纺纱过程所需的自动 开车 钢领板自动升降 中途停车后能自动跟踪开车 自动落纱 自动留头等功能 能设定显示纺丝的工艺参数 实现定长落纱和锭子速度曲线控制以及班产累计等功能 对纺纱过程的锭速 牵引倍数 细纱号数 捻度等进行计算并自动显示 并依据机上 各部分传感器自动协调控制 采用数字通信 提高了系统的抗干扰性 本文设计了 FA506 型环锭细纱机的电气控制系统 希望可以实现提高生产效率 桂林电子科技大学毕业设计 论文 报告用纸 第 6 页 共 46 页 降低劳动强度 操作控制方便 降低产品成本 适应现代工业细纱生产需求 同时 也希望能为国内细纱机发展做出一些实践意义 2 细纱机电气控制方案设计及分析 2 1 细纱机的生产工艺流程 2 1 1 FA506 型环锭细纱机系统构成 图 2 1 结构剖面 1 硬件组成 根据实际情况 对硬件的要求是 机架结构紧凑 稳固 机械运转平稳 能适应 多种升降动程 牵伸部件采用高精度罗拉和细齿中罗拉 以适应纺制高支纱和提高成 纱质量 车头传动系统采用高强度平皮带传动主轴 传入车头的高速部分用同步带传 动 噪音低 齿轮采用滴油润滑 采用可编程控技术和变频技术 锭子转速可根据需 要任意数字设定十段速度 以满足纺纱过程中大中小的变速的要求 FA506 细纱机电气控制系统的硬件构成包括以下几个部分 传动部分 检测部分 变频器 可编程控制器 人机界面 数字通讯 硬件结构见图 2 2 传感器 指令开关信号输入部分 该部分由主轴 前后罗拉传感器 成形桃轮位置传感器 钢领板行程传感器和指 令开关组成 主轴 前后罗拉传感器用来测速 由 PLC 计算出相应的锭速 纺纱长度 产量 牵伸倍数 捻度 细纱号数等 成形桃轮位置传感器使停车时能按一定顺序和 桂林电子科技大学毕业设计 论文 报告用纸 第 7 页 共 46 页 位置停车 有利于下一次开车 减少开车断头 实现纱线自动留头 钢领板行程传感 器用来确定钢领板在开车 满纱 落纱时的位置 指令开关用来发送开车 中途停车 等指令 数据检测部分 数据检测部分由主轴 前罗拉 后罗拉传感器组成 功能为自 动检测纺纱过程中主轴 前 后罗拉的运行数据 为计算班产 锭速 牵伸倍数 细 纱号数 捻度等工艺参数以及锭子速度曲线控制提供数据 传动部分 包括主电机 吸风电机 钢领板升降电机 自动润滑装置 自动清 洁装置 变频器 落纱电源 各种开关等 变频器锭子速度控制 该部分由变频器 锭子传动部分 主电机构成 其作用 是变频器依据 PLC 传输的锭子速度控制曲线自动调整锭子运行 提高纱线质量和产量 PLC 部分 该部分由 PLC 及 AD 构成 完成全机开关量输入 数据检测以及 计算和过程控制 实现纺纱过程自动化和对机器运行情况进行监控 MD506L 参数设定显示单元 MD506L 与 PLC 之间以 PPI 协议通讯 完成纺纱过 程工艺参数显示设定 可直接设定锭子运行曲线 实现控制柔性化 数字通讯部分 该部分由触摸屏 MD506L 通讯口 PLC 通讯口和变频器的 RS485 部分构成 触摸屏 MD506L 与 PLC 通讯口以 RS232C 协议通讯完成参数设定显 示 PLC 通讯口与变频器的 RS485 以自由口协议通讯完成锭子曲线控制 数字通讯高 精度 高可靠性和低成本极大的提高了机器性能比和市场竞争力 其它执行机构 该部分包括吸风电动机 钢领板电动机 自动润滑装置 吹吸 风电动机 落纱电源 制动器和信号灯 由连接到 PLC 输出点的接触器驱动或由 PLC 输出点直接驱动 图 2 2 细纱机硬件构成 2 系统软件和组态 MD506L 组态软件 MD506L 触摸屏共组态有 21 幅画面 可进行菜单式操作 键盘式数据输入 可图形显示 多种提示信息可指导操作 故障诊断信息 方便维修 开机首页中组态有 纺纱长度 锭速 前罗拉速度 细纱号数 捻度 工作班次 班 产量 总产量 时间 纺纱长度显示图形及 报警信息 班次选择 主菜单 选择按 钮 主要数据都在本页显示出来 按选择按钮可切换到相应页进行操作 在主菜单页 中可按屏上按钮 参数查阅 设定 查阅产量 清零 三自动选择 时间设定 桂林电子科技大学毕业设计 论文 报告用纸 第 8 页 共 46 页 触摸屏校准 及 注意事项 等可切换到相应页面 根据密码锁位置的不同 按相同按钮 会切换到不同页面 从而拒绝没有权限的人员对参数进行修改 当操作人员输入数据 时 显示屏会自动显示操作键盘和数据的设定范围 若输入不正确或超出范围 显示 屏会显示出错信息 输入的数据不被接受 PLC 程序 细纱机电气控制系统软件分为 包括过程控制程序和测速计算程 序 速度曲线控制程序和参数数据保存程序几个部分 过程控制程序 根据输入点的指令开关信号 成形桃轮位置传感器 钢领板行程 位置传感器信号和触摸屏设定的参数进行纺纱过程的自动控制 测速计算程序 运用 PLC 的高速计数器和普通计数器对主轴 前后罗拉测速传感 器的信号进行统计 再经过计算得到需要的数据显示到触摸屏上 速度曲线控制程序 包括 SMB130 自由口通讯协议初始化 数据计算 发送 接 受 发送中断 接受中断 参数数据保存程序 将重要的 37 个参数数据共 148 字节的内容用程序方法写入 EEPROM 中 当某一数据发生更改则重新写入 数字通讯部分和锭子运行曲线部分 主要采用自由口通讯协议完成与变频器的数 据传输 FP0 PLC 通讯控制寄存器设置为自由口通讯方式后 程序通过接受中断以及发 送指令控制通讯口的操作 在自由口通信方式下通信方式由程序梯图控制 FP0 还定 义了波特率 校验方式和数据长度 为了使锭子运行曲线平滑 在设定的点与点之间 采用数据建模的方法拟合发送参数 其中参数设定菜单程序框图如图 2 3 图 2 3 参数设定框图 2 1 2 细纱机工作流程 桂林电子科技大学毕业设计 论文 报告用纸 第 9 页 共 46 页 细纱机工作流程图如图所示 图 2 4 细纱机工作流程框图 细纱工程的任务是在细纱机上将在前纺工序加工的粗纱 纺成条干均匀的 支数 及捻度符合产品设计要求的细纱 细纱机主要任务是 1 牵件 将粗纱均匀地抽长拉细列成纱设计要求的支数 2 加捻 将牵伸后的须条加上成纱设计所要求的捻度 使纤维紧密抱合具有一 定捻向和强力的细纱 3 卷绕成形 将经过加捻的细纱 按照一定的成形要求 卷绕在筒管上 以便 储运和后工序加工 细纱工序是纺纱最后一道工序 细纱质量基本定型 细纱工序生产能力代表一个 工厂的纺纱能力 锭数决定规模 细纱机关键工艺部件是牵伸和加捻部件 细纱机的 牵伸机构由前 后面对罗拉和中间的皮圈罗拉控制机构及加压摇架 集合器等部分组 成 纱条所经过的部件状态 运转精确程度 无控制区尽量缩短 等决定了纱的质量 是整个细纱机工艺质量的核心 其次是加捻卷绕部件 要求锭速必须一致 锭子运转 状态平稳 这是提高车速 降低捻度不匀率的关键 环锭细纱机 由于锭速高 卷装较大 成纱较光洁 强力较好 纺纱支数和使 用原料适应范围大 因此是当前精梳毛纺生产中应用最广的一种 五十年代中期 环 桂林电子科技大学毕业设计 论文 报告用纸 第 10 页 共 46 页 锭细纱机大部分用于干梳毛条 无捻粗纱纺纱 五十年代后期 油梳毛条和有捻粗纱 的纺纱 也采用环锭细纱机 2 2 系统设计主要任务 系统能够设计的目的就是根据题目的要求对硬件和软件进行规划 并选择最合适 的硬件电路和软件程序来达到要求的指标 硬件设计是通过对设计要求的分析 对各种元器件的了解 而得出分立元件与集 成块的某些连接方法 以达到设计的功能要求 并且把这些元器件焊接在一块电路板 上 它包括对各种元器件的功能和接法的了解 以及对各种元器件的选择和设计方案 的选择 软件设计是分析设计的硬件用程序实现其功能 并且调试优化产品功能 本文利用 PLC 控制 FA506 型环锭细纱机电气控制系统 设计过程中最关键的两 个部分 系统硬件的设计和控制软件的配套设计 这也是在设计过程中需要解决的最 关键的问题 1 硬件问题 细纱机控制系统的硬件主要有两大部分 即主电路及主电路控制部分 基于PLC 控制的控制回路的设计 总的来说就是通过PLC对主电路部分的电机及其相关的低压 电器进行控制 并且 在工作过程中 根据需要设计启动 中途落纱 停车等相关操 作的相关操作 硬件的设计需要对PLC 传感器及电机有一定深度的了解 在解决这 一问题的过程中 需要查阅大量资料 结合所学知识 对于不懂的问题 需要向老师 获取帮助 2 软件问题 软件设计主要包括细纱机生产的自动控制和电压 电流监测 细纱机生产自动控 制程序是将传感器输入的模拟量通过PLC的AD模块转换成数字量 送入PLC 再通过 预设的相关操作程序 完成需要的动作 电压监测程序要通过电压变送器输入当前的 三相电压 与预设值比较 保证电路的正常工作 电流监测程序要通过电流变送器输 入当前主电机的电流值 与预设值比较 保证主电机免于过热而损坏 要对程序进行 多次调试 分块编程 对各个子程序块所解决的问题要相当明确 最后在制作完成硬 件电路板后要调试出设计要求的功能 2 3 设计要求 根据毕设要求 具体要实现的功能为 1 设计细纱机的电气控制系统 包括主电路及控制系统 2 要求启动时主电机低速启动 调速平稳 即主电机机械特性较软 3 计算的电动机 交流接触器 热继电器 电缆线等主要设要与现在的实际相符 4 当系统电压低于 0 75 倍额定电压时 产生欠压保护并发出相应的声光报警信 桂林电子科技大学毕业设计 论文 报告用纸 第 11 页 共 46 页 号 5 当系统电压高于 1 15 倍额定电压时 产生过压保护并发出相应的声光报警信 号 6 当主电机电路电流高于 1 10 倍额定电流时 系统应产生过流保护动作 2 4 方案设计 按照毕设要求 本设计按下面思路展开 根据设计要实现的基本功能 大致可分为信号输入 信号控制 信号处理这三个 部分 1 电压信号输入部分通过电压变送器来监测线路电压 并转化成标准的电压或电 流等模拟量 电流信号输入部分通过电流变送器来监测主电机电流 并转化成标准的 电压或电流等模拟量 2 信号控制部分 通过 PLC 控制方式来实现对设计要求的准确操作 为了能够实现上述功能 输入部分可选 0 500V 的电压变送器以及 0 5A 的穿孔 穿芯一体化电流变送器 控制部分选用 PLC 来实现精确控制 因此 总的设计思路为 当系统正常运行时 系统电压通过电压变送器输入 PLC 的 AD 模块转换成数字量与 PLC 内预设值比较 当系统电压大于 1 15 倍额定电压或小 于 0 75 倍额定电压时断开总电源并发出声光报警信号 主电机电流通过电流变送器输 入 PLC 的 AD 模块转换成数字量与 PLC 内预设值比较 当电流大于 1 10 倍的额定电 流时断开主电机电路并发出声光报警信号 3 细纱机电气控制主回路的设计 3 1 细纱机主电路设计 由毕业设计任务书的要求 主电机有过载保护和短路保护功能 电源有欠压保护 和过压保护功能 当电源电压 线电压 小于 0 75UN时 要求控制系统产生欠压保护 当电源电压 线电压 大于 1 15UN 时 要求电气控制系统产生过压保护 同时发出相 应的声光报警信号 故而得出以下细纱机电气主电路图 桂林电子科技大学毕业设计 论文 报告用纸 第 12 页 共 46 页 图 3 1 电气主接线图前半部份 图 3 2 电气主接线图后半部分 桂林电子科技大学毕业设计 论文 报告用纸 第 13 页 共 46 页 图 3 3 继电器电气控制回路前半部分 图 3 4 继电器控制回路后半部分 3 2 主要电器设备计算及选型 桂林电子科技大学毕业设计 论文 报告用纸 第 14 页 共 46 页 3 2 1 型细纱机的主要电器设备的选择 1 主电动机的选择 电动机 Motors 是把电能转换成机械能的设备 分布于各个用户处 电动机按 使用电源不同分为直流电动机和交流电动机 电力系统中的电动机大部分是交流电机 可以是同步电机或者是异步电机 电机定子磁场转速与转子旋转转速不保持同步速 YCT 系列电磁调速电动机是一种控制简单的交流调速电动机 由 Y 系列三相异步 电动机 涡流离合器 又称电磁转差离合器或滑差离合器 和测速发电机组成 通常与 JD 系列 TKZ 系列控制器 或其他控制装置 组成一套具有测速负反馈系统的交流无级 调速驱动装置 能在比较宽广的转速范围内进行平滑的无级调速 其结构和原理将在 接下来的章节中予以介绍 我国生产的 Y 系列三相异步电机具有高效 节能 性能好 振动小 噪声低 寿 命长 可靠性高 维护方便 起动转矩大等优点 Y 系列电动机应用于无特殊要求的 机械设备 农业机械 食品机械 风机 水泵 机床 拌搅机 空气压缩机等 Y 系 列电机容量在 4KW 以上的都是三角形联结 额定电压为 380V 起动时 先将定子绕 组接成星形 这时加在每相绕组上的电压是电源电压除以 3 约等于 220V 电机起动 后 再改接到三角形联结 此时电机端电压为额定值 电机起动时接成星形 起动电 流只有原来三角形联结的 1 3 但起动转矩也相应降低 因为电机的转矩与所加的电压 的平方成正比 所以起动时接成星形 起动转矩也只有原来三角形联结的 1 3 但对 Y 系列电机而言 因为它的起动转矩大 其平均值为额定转矩的 1 96 倍 故采用星 三角 起动不仅适用与轻载起动的场合 也可用于较重负载起动的场合 如果 Y 系列电机容 量大于 4KW 时 应当采用星 三角减压起动方法 如果 Y 系列电机容量小于 4KW 时 则应该用直接启动 主线路中的主电机是控制生产线的水平作业 不需要带动物体运转 所以使用功 率不大于 4KW 电机即可 因此所选电机可允许直接起动 主电机选用型号如下表 3 1 所示 表 3 1 电机型号选择 型号功率 KW 额定电 流 A 额定电 压 V 额定转 速 r min 主轴电机Y160L 41530 33801460 行车电机Y90S 41 53 73801400 风机Y100L1 42 253801420 升降电机Y80S 20 752 03801390 滴油电机YSF63320 370 153801390 桂林电子科技大学毕业设计 论文 报告用纸 第 15 页 共 46 页 吹吸风电机 Y90S 41 53 7380 1400 2 自动空气开关 自动空气开关又称自动空气断路器 是低压配电网络和电力拖动系统中非常重要 的一种电器 它集控制和多种保护功能于一身 除了能完成接触和分断电路外 尚能 对电路或电气设备发生的短路 严重过载及欠电压等进行保护 同时也可以用于不频 繁地启动电动机 压断路器有 DZ 系列和 DW 系列等 DZ5 系列为小电流系列 其额 定电流为 10 50A DZ15 系列为大电流系列 其额定电流等级有 100A 250A 和 600A 三种 它在电路中可以起短路保护作用 电动机保护用断路器可分为两类 一 类是指断路器只作保护而不负担正常操作 另一类是指断路器需兼作保护和不频繁操 作之用 后一类情况需考虑操作条件和电寿命 电动机保护用断路器的选用原则为 1 长延时电流整定值等于电动机额定电流 2 瞬时整定电流 对保护笼型电动机的断路器 瞬时整定电流等于 8 15 倍电 动机额定电流 取决于被保护电动机的型号 容量和启动条件 对于保护绕线转子电 动机的断路器 瞬时整定电流等于 3 6 倍电动机额定电流 取决于被保护绕线转子 电动机的型号 容量和启动条件 3 6 倍长延时电流整定值的可返回时间大于等于电动机实际启动时间 按启动时 负载的轻重 可选用可返回时间为 1 3 5 8 15S 中的某一档 4 采用断路器作为多台电动机的短路保护时 瞬时脱扣器的整定电流为 1 3 倍最 大一台电动机的启动电流再加上其余电动机的工作电流 负载是电动机 首先要考虑 它的启动电流 电动机的启动电流是它的额定电流的 1 25 1 5 倍 根据电动机和 启动要求 取和交流接触器一个等级作为熔断器和热继电器的后备保护即可 我的计算如下 主轴电机 I1 30 3 1 5A 45 45A 风机 I2 5 1 5 7 5A 吹吸风电机 I3 3 7 1 5 5 55A 滴油电机 I4 0 15 1 5 0 225A 行走电机 I5 3 7 1 5 5 55A 钢领板升降电机 I6 2 0 1 5 3A 电源电路 I7 45 45 7 5 5 55 0 225 5 55 3 67 33A 如下是选择的空气开关 表 3 2 空气开关的选择 主轴电风机滴油电行走电升降电吸风电电源电路 桂林电子科技大学毕业设计 论文 报告用纸 第 16 页 共 46 页 机机机机机 断路器DZ5 50DZ5 50DZ5 50DZ5 50DZ5 50DZ5 50DZ10 100 3 交流接触器 接触器是一种自动化的控制电器 接触器主要用于频繁接通或分断交 直流电路 具有控制容量大 可远距离操作 配合继电器可以实现定时操作 联锁控制 各种定 量控制和失压及欠压保护 广泛应用于自动控制电路 其主要控制对象是电动机 也 可用于控制其它电力负载 如电热器 照明 电焊机 电容器组等 接触器按被控电流的种类可分为交流接触器和直流接触器 这里主要介绍常用的 交流接触器 交流接触器又可分为电磁式和真空式两种 接触器的选择主要依据一下几个方面 根据负载性质选择接触器的类型 额定电压应大于或等于主电路工作电压 额定电流应大于或等于被控电路的额定电流 对于电动机负载 可按下面的经 验公式计算 Ij 1 3I 3 1 吸引线圈的额定电压与频率要与所在控制电路的选用电压和频率相一致 由于主轴电机我采用的是 Y D 启动 并且根据一般经验 接触器选择比电机电流 大 2 倍 所以我计算如下 主轴电机 KM1 IN1 30 3 2 60 6A KM2 IN2 30 3 1 732 3 2 17 42 2 34 8A KM3 IN3 30 3 3 2 20 2A 风机 KM0 IN4 5 2 10A 吹吸风电机 KM5 IN5 3 7 2 7 4A 行车电机 KM13 KM14 IN13 3 7 2 7 4A 升降电机 KM6 KM7 IN6 2 2 4A 滴油电机 KM4 IN4 0 15 2 0 3A 我结合上面的热继电器型号选择如下型号的接触器 表 3 3 接触器的选择 主轴电机风机行走点饥滴油电机吹吸电机升降电机 接触器型 号 CJ20 40 CJ20 10CJ20 10CJ20 10CJ20 10CJ20 10 4 热继电器选择 热继电器是一种电子控制器件 它具有控制系统 又称输入回路 和被控制系统 桂林电子科技大学毕业设计 论文 报告用纸 第 17 页 共 46 页 又称输出回路 通常应用于自动控制电路中 它实际上是用较小的电流去控制较大 电流的一种 自动开关 故在电路中起着自动调节 安全保护 转换电路等作用 在电力拖动控制系统中 当三相交流电动机出现长期带负荷欠电压下运行 长期 过载运行以及长期单相运行等不正常情况时 会导致电动机绕组严重过热乃至烧坏 为了充分发挥电动机的过载能力 保证电动机的正常起动和运转 当电动机一旦出现 长时间过载时又能自动切断电路 从而出现了能随过载程度而改变动作时间的电器 这就是热继电器 热继电器的主要技术参数有额定电压 整定电流 相数 热元件编号及整定电流 调节范围等 热继电器的整定电流是指热继电器的热元件允许长期通过又不致引起地 板郭子仪的电流值 对于某一热元件 可通过调节其电流调节旋钮 在一定范围内调 节其整定电流 热继电器选用时 主要是根据电动机的使用场合和额定电流来确定热继电器的型 号及热元件的额定电流等级 在不频繁起动场合 要保证热继电器在电动机的起动过 程中不产生误动作 通常可按电动机的额定电流选取热继电器 对于三角形连接的电 动机 应选择带断相保护功能的热继电器 表 3 4 热继电器型号的选择 主轴电机风机行走点饥滴油电机吹吸电机升降电机 热继电器 型号 JR20 63JR20 10JR20 10JR20 10JR20 10JR20 10 5 连接导线选用 低压动力线因其负荷电流较大 故一般先考虑发热条件选择截面 此由于线路较 短不考虑电压损失和机械强度 铜芯一般是 1 平方 5 安培 15KW 电动机额定电流