PLC关于抓棉机的改造

2012届毕业设计论文 第 I 页 共I 页目 录1 引言12 抓棉机的工作要求分析22.1 抓棉机的结构组成22.2 抓棉机的作用32.3 传统抓棉机的控制电路分析32.3.1 主电路的分析32.3.2 控制电路的分析43 抓棉机的PLC控制电路改造63.1 PLC的特点63.2 PLC的硬件组成63.3 抓棉机的工艺流程73.4 PLC的选型83.5 I/O接线图93.6 PLC的端子分配103.7 PLC程序的编写11结 语12致 谢13参 考 文 献1415 2012届毕业设计论文 第 15 页 共15页1 引言随着微处理器，计算机和数字通信技术的飞速发展，计算机控制已经广泛应用在所有的工业领域，而现在社会则要求制造业对市场的需求可以做出迅速的反应，生产出小批量、多品种、多规格、低成本和高质量的产品。为了满足这一要求，生产设备和自动生产线的控制系统必须具有极高的可靠性、灵活性和准确性。而可编程控制器正是顺应这一要求出现的，它是以为处理为基础的通用工业控制装置。PLC它的应用面广、功能强大、使用方便、适用能力强，已经成为现代工业自动化的支柱之一。它已经广泛的应用在各种机械设备和生产过程的自动控制系统中，可编程控制器在其他的民用和家庭自动化的应用也得到了迅速的发展。纺织是关系到民生的基础性生产行业，纺织系统的设备也已经随着科学技术的发展，经历了一次次的更新换代，使得生产效率大大的提高，工艺更加的先进。PLC是一种数字控制的专用电子计算机，它使用了可编程序存储器储存指令，执行诸如逻辑、顺序、计时、计数与运算等功能，通过模拟和数字输入、输出等组件，控制各种机械的运动或工作顺序。近年来有开发了模拟量闭环控制功能和通信功能，具有该功能的设备是一种专门用于个行业生产现场的自动化设备。变频器、PLC在纺织工业中的应用大多数是由变频器、PLC相结合组成纺织机械变频调速控制系统，其中不少已使用计算机控制技术，网络通信技术构成现场总线控制系统以实现纺织机械的智能化、数字化控制，这是各种装备工业，也是纺织机械技术的发展趋势。纺织机械控制系统通常由控制器、执行器和传感器等组成。可见，变频器、PLC在纺织工业中的应用实际上反映了纺织工业的自动化水平。2 抓棉机的工作要求分析2.1 抓棉机的结构组成圆盘式自动抓棉机位于棉纺生产线的第一道工序，适合于加工棉、棉型化纤和中长化纤。间隙下降的打手随小车运转顺序抓取，被抓取的纤维束块被风机抽吸经梳棉管道送至下一机台。抓棉机的电器位置图和实物图如图所示。图2.1 FA002C型圆盘式抓棉机电器位置图图2.2 FA002C圆盘式抓棉机实物图2.2 抓棉机的作用抓棉机作为开清棉的第一道工序，其主要作用是对原棉和纤维进行抓取和开松，以便在清梳流程中使原料得到充分的混合、使纤维再生条中线密度均匀，从而生产出优质的产品。其加工的对象主要是扎棉厂或化纤制造厂运来的原料包。其主要任务是：1、 开松 把原料包中压紧的纤维块松解成较小的纤维束，同时避免纤维的损伤和杂质的碎裂。2、 除杂 清除原料中大部分的杂质和疵点以及部分短绒，同时避免可纺纤维的损耗。3、 混合 是不同成分、不同等级的原料充分混合，保证成纱质量的均匀一致。抓棉机在机构上应能满足以下要求：（1）具有自动识别功能和复位功能，即一批棉包被抓完后，抓棉机及抓棉臂的升降应能迅速识别并复位；（2）有一系列的安全保护措施，如前方棉包过高不能抓棉可以自动停止。有人在抓棉工作的范围之内、棉包抓完之后等情况有一定的应急保护措施。2.3 传统抓棉机的控制电路分析打手自转高速，一启动就打，实现棉包的抓取。小车环行实现多包抓取，0.592.96r/min。时动时停，前面设备（凝棉器、棉箱机械）中棉花不足就动，足够就停。打手升降为了连续不断的抓取，小车转一圈后要下降36mm。2.3.1 主电路的分析主电路的分析如图2.3所示，共3台电动机，M1为大手电动机，单向运行，由KM1控制，因为功率比较大，需要热继电器FR实现过载保护。M2为小车运转电动机，M3为打手升降电动机，都能实现正反转，M2正反转分别由KM2和KM3控制，M3正反转分别由KM4和KM5控制，功率比较小，不需要过载保护。2.3.2 控制电路的分析控制电路的分析如图2.3所示：（1） 准备操作合上QS1和QS2，HL1灯亮。（2） M1打手电动机按下SB2,HL2亮，KM1线圈得电，主触点KM1闭合，M1电动机启动，另外7区的KM1触点闭合，实现自锁，8区的KM1对M2电动机实现顺序控制。按下SB1,HL2灭，KM1线圈失电，触点复位，电机停止。（1） M2小车运转电动机正转：在M1启动后，闭合SA1，当前端棉箱需要棉花时，KA闭合，KM2线圈得电，小车正转。当前端棉箱棉花满的，KA(KA水银开关)断开，KM2线圈失电，小车停止。KA水银开关作用：检测棉花的高度。反转：当前面比较高时，小车会空转，这时需要反转，首先要通过断开SA1，停止正转（KM2失电），然后按下SB3,KM3得电，电机反转（点动），然后把前面铺平，在闭合SA1，让小车继续正转工作。（2） M3打手升降电动机SQ3：打手下降启动开关；SQ1：打手下降最低限位开关；打手下降：在KM2得电情况下（只有小车正转时打手才能下降），小车每转一圈，闭合SQ3，KM4得电，M3正转，打手下降，下降到最低位时，SQ1断开，KM4失电，M3停止。（当打手离开棉包距离太大时，可以人为操作SB4,KM4得电，也能实现打手下降）。SB4：为手动调节打手下降按钮。打手上升：按下SB6，KM5得电，M3电动机反转，实现打手上升，上升到指定极限高度时，SQ2断开，KM5失电，M3停止，上升结束。也可以通过SB5控制上升结束。SQ2：最高限位开关图2.3 FA002C抓棉机的电气原理图3 抓棉机的PLC控制电路设计3.1 PLC的特点可编程控制器具有可靠性高，抗干扰能力强，编程简单，结构模块化，PLC控制系统的设计、安装、调试方便，易于掌握等优点。另外，其控制系统设计、安装、调试及维修方便的特点使得其应用领域越来越广泛，使用者可以根据生产工艺的要求方便的改变程序和数据，从而改变抓棉机的抓棉的参数使之适应生产计划的变化。由于PLC自动控制的灵活性，只要在使用过程中有工艺改变的控制要求时，只需要在现场改变某些参数，改变动作顺序，增加系统功能，在不改动接线或改动很少的情况下，通过程序的改变来满足不同的控制要求，大大节省了安装调试时间，提高了效率。采用PLC设计系统，可以缩短设计周期，安装调试十分方便。特别是程序部分可事先在实验室调好，现场只要把事先调好的程序输入PLC，在工艺条件满足的情况下，设备即可投入运行。该控制系统针对棉纺企业的实际生产，操作简单、维护方便、运行稳定，具有很好的推广价值。3.2 PLC的硬件组成图3.1 PLC的硬件组成3.3 抓棉机的工艺流程NY图3.2 抓棉机工艺流程FA002C抓棉机通上电，按下打手启动按钮SB2,打手电机开始转动，如果前端设备需要棉，则水银开关就闭合，小车开始正转抓棉，否则小车停止。小车正转抓棉转过一圈，则打手下降，否则小车继续正转抓棉。打手下降到位，则棉堆抓完，否则就继续下降抓棉。待棉堆抓完之后就复位停机。否则继续小车正转抓棉，直至棉堆抓完。3.4 PLC的选型PLC的选择应考虑以下几个问题：（1）结构型式的选择 目前主要有整体式和模块式PLC。整体式PLC的每一个I/O点的平均价格便宜，且体积小，适用于较小型的且生产工艺过程较为固定的控制系统。模块式PLC的功能扩展较灵活方便，I/O点数、输入、输出点数的比例以及I/O模块种类等的选择余地较大，维修时只需要更换模块来判断故障的范围，很方便，一半适用于生产工艺不固定的较复杂的系统和维修环境不便等场合。（2）输入/输出点的选择按生产设备实际所需总点数并留有15%20%的裕量来确定PLC的点数即可。但注意的是，每个输出点的驱动能力是有限的，每个输出电流的大小还应随所加负载电压的不同而异。（3）对存储容量的选择用户程序需要占用内存的大小与多种因素有关，例如输入/输出点的数量、类型，输入输出量之间关系的复杂程度，需要进行运算处理量的多少，程序结构的有、劣等，都与内存的需求量有关。因此，在程序编制、调试之前是难以准确估算出PLC必须配置的存储容量的，一般只能根据输入、输出点的数量、性质以及控制的繁简程度进行粗略估算，或凭经验进行粗略估算。（4）对PLC输出方式的选择PLC的输出电路有晶体管或晶闸管输出和继电器输出等，它们适用于不同性质负载的要求，前者适用于要求频繁通断的感性负载，如要求频繁通断的电磁铁线圈和接触器线圈等，后者即继电器输出适用于通断不频繁的各种交、直流负载。继电器输出电路的优点是触头导通压降小，有隔离作用，价格较低，承受瞬时过电压、过电流能力较强，带负载电压较灵活，如交、直流负载电压范围大。由此根据工艺流程确定系统共需20个点，13个输入点，7个输出点。因此选用三菱FX2N32MR的PLC。3.5 I/O接线图220V图3.3 I/O的接线图3.6 PLC的端子分配表3.1 PLC的端子分配外接电气输入备注外接电气输出备注SB1X1停止按钮KM1Y0打手电动机线圈SB2X2打手启动按钮KM2Y1小车正转线圈SB3X3小车反转按钮KM3Y2小车反转线圈SB4X4手动调节打手下降按钮KM4Y3打手下降线圈SB5X5手动调节打手上升结束按钮KM5Y4打手上升线圈SB6X6打手上升按钮HL1Y5电源指示灯KAX7水银开关HL2Y6打手运转指示灯SA1X10小车正转开关SQ1X11打手下降极限行程开关SQ2X12打手上升最高限位行程开关SQ3X13一周行程的行程开关E32-D61X14棉层高信号光电传感器X15急停3.7 PLC程序的编写PLC的编程（梯形图）电源指示灯打手电机线圈打手工作指示灯小车正转线圈打手下降线圈小车反转线圈打手上升启动电源，则电源指示灯Y5得电亮，按下启动按钮X2，打手电动机线圈Y0得电，打手电机开始转动，打手工作指示灯Y6亮，前端设备需要棉花，则水银开关X7闭合，旋转小车正转开关X10，则小车正转线圈Y1得电，小车开始正转，小车正转一周，一周行程X13得电，打手下降线圈Y3得电，打手下降，或是按下手动调节大手按钮X4，打手下降线圈Y3得电，打手下降。如此反复直至棉堆抓完。按下反转按钮X3，或是光电传感器X14检测到棉层过高，则小车反转线圈Y2得电，小车开始反转，按下打手上升按钮X6，打手上升线圈Y4得电，打手开始上升，上升碰到最高限位行程开关X12，打手停止，或是手动按下调节大手上升的按钮X5，控制打手的工作。结 语毕业设计是大学学习阶段的一次非常难得的理论与实际相结合的机会，通过这次比较完整的系统设计，我摆脱了单纯的理论知识学习状态，和实际设计的结合锻炼了我的综合运用所学的专业基础知识，解决实际问题的能力，同时也提高了我查阅文献资料、设计规范以及电脑CAD制图等其他专业能力水平，而且通过对整体的掌控，对局部的取舍，以及对细节的考虑处理，都使我的能力得到了锻炼，经验得到了丰富，这是我们都希望看到的也是我们进行毕业设计的目的所在。虽然毕业设计的内容繁多，过程繁琐但我的收获却更加丰富。PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置，它采用可以编制程序的存储器，在其内部执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，它以接入式CPU为核心，通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备，是很容易与工业控制系统形成一个整体的。顺利如期的完成本次毕业设计给了我很大的信心，让我了解专业知识的同时也对本专业的发展前景充满信心。比如我的设计还有很多不足之处，可这些不足正是我去更好的研究更好的创造的最大动力，只有发现问题面对问题才有可能解决问题，不足和遗憾不会给我打击只会更好的鞭策我前行。致 谢在即将毕业之际，毕业设计已接近尾声，我想借此机会对关心我和支持我的所有人表示感谢！在此，我还要感谢在一起愉快度过的的全体同学，感谢我的室友们，从遥远的地方汇聚到这个城市里，是你和我共同维系着彼此之间兄弟般的感情，正是由于你们的帮助和支持，我才克服一个一个的困难和疑惑，直至本文的顺利完成。在此论文的撰写过程中，我要特别感谢我的指导老师管老师给予我的指导和督促，在他的指导下我完成了论文同时他也教会了我很多其他的东西，从心里感谢他。感谢我的班主任老师，感谢她在这三年中的为我们全班所做的一切，她任劳任怨，关心我们的学习与生活。回顾这两年多的学习和生活，还有许多的朋友和同学在各方面给予我很多的帮助和支持，让我坚持到了最后。在此我要感谢所有关心我的人，今后我会继续努力，不辜负你们对我的期望。参 考 文 献1、管俊洛，纺织设备电气控制技术； 20052、张万忠，可编程控制器应用技术，化学工业出版社，20103、张伟林，赵春生，棉纺织设备电气控制，中国纺织出版社，20084、高孝纲，变频器、PLC在纺织工业中的应用，机械工业出版社，20095、魏雪梅，孙俊副，纺纱设备与工艺，中国纺织出版社，20096、孙卫国，