利用plc实现恒线速卷绕修改完综述

1、题目: PLC 实现恒线速卷绕系统设计摘要 卷绕系统是一种常用的控制系统，广泛应用于塑料收卷、钢铁、包装、造纸、印刷、 染织等生产过程中。 它要求系统能连续地控制料带再设备上运行时的张力， 并且要在规定 的速度范围内能有效控制， 包括加速、 减速及匀速运行。 工业生产上常采用闭环张力控制 系统，由张力传感器直接检测料带的实际张力值， 然后把张力值转换成张力信号反馈给张 力控制器， 通过与预先设定的张力值进行比较， 计算出控制信号， 自动控制执行单元即使 实际张力值与给定张力值相等，从而达到张力稳定的目的。本系统主要以 PLC 为控制核心，组态软件作为监控层，对系统的信号进行采集和控 制。放卷采

2、用磁粉离合器的被动放卷张力控制方式，主牵引采用三菱 FR-A540-1.5K 变频 器控制交流电动机进行牵引驱动， 收卷采用常州宏大 HVSG 三相直流可控硅调速装置驱 动直流电机进行主动收卷张力控制方式。在放卷和收卷中均使用三菱 LE-40MTA-E 张力 控制器产品对张力进行检测和控制。 在生产运行过程中为了防止产品在卷绕过程中产生偏 移，放卷时利用气动 液压自动纠偏装置， 收卷时应用光电纠偏装置对其进行调整。 这 样使得生产工艺更完善，产品质量更好。关键字： 卷绕系统；张力控制；恒线速； PLC目录第一章 收、放卷张力控制应用概述 3.1.1 行业应用 3.1.2 收、放卷张力控制分类

3、4.共 33 页 第 1 页1.3 卷取方式分类比较 5.1. 4 分设计选用 5.1.4.1 放卷方式的选用 5.1.4.2 收卷方式的选用 6.第二章 卷绕系统设计概况 7.2.1 系统简介 7.2.2 系统构成及原理 8.2.3 系统技术指标 9.2.4 FX2N-4DA 详细说明 9.2.5 系统设计原则 1.0.第三章 系统主要部件设计 1.2.3.1 张力控制系统设计 1.2.3.1.1 放卷张力控制 1.2.3.1.2 收卷张力控制 1.3.3.2 主牵引设计 1.4.3.3 收卷驱动设计 1.5.3.4 纠偏装置设计 1.6.3.4.1放卷纠偏 1.7.3.4.2 收卷纠偏 1

4、.7.第四章 卷绕系统电气设计 1.9.4.1 电气原理图设计 1.9.4.2 PLC 发展史 2.2.4.3 PLC 的概念及特点 2.24.3.1 PLC 的概念 2.2.4.3.2 PLC 的特点 2.3.4.4 PLC 的基本结构 2.3.4.5 PLC 的工作原理 2.5.4.6PLC 的性能指标 2.5.4.7 PLC 程序设计 2.6.4.8 组态软件设计 2.8.第五章 设计小结 2.9.参考文献 3.0.共 33 页 第 2 页附录3.1.致谢 3.3.第一章 收、放卷张力控制应用概述1.1 行业应用 在工业生产的很多行业， 都要卷绕生产线对物料进行放卷， 加工，收卷，其中放

5、卷和 收卷时要保持张力的恒定，以提高产品的质量。诸如造纸、印刷印染、包装、电线电缆、共 33 页 第 3 页 纺织、皮革、金属箔加工、纤维、橡胶、冶金等行业都被广泛应用。在变频技术还没有成 熟以前， 通常采用直流控制， 以获得良好的控制性能。 随着变频技术的日趋成熟， 出现了 矢量控制变频器、 张力控制专用变频器等一些高性能的变频器。 其控制性能已能和直流控 制性能相媲美。 由于交流电动机的结构、 性价比、 使用、维护等很多方面都优于直流电动 机，矢量变频控制正在这些行业被越来越广泛的应用，有取代直流控制的趋势。张力控制，就是要控制卷取物体时保持物体相互拉长或者绷紧的力。 早期的工业应用 中，

6、张力控制并未引起人们足够的重视。 直到人们对卷取材料的质量和表面质量提出越来 越严格要求的时候， 张力控制技术才逐渐被各国电气工程师重视起来， 特别是张力应用最 广泛的纤维、造纸、塑料薄膜、电线、印刷品、磁带等轻工业中，带材或线材的收放卷张 力对产品的质量起着至关重要的作用。在许多包装机械设备上， 如分切机、 印刷机、 复合机等在卷材的生产加工过程中， 即 在收卷和放卷的过程中， 卷筒直径是变化的， 直径的变化会引起卷材张力的变化， 张力太 小，卷材容易松弛产生向漂移 :张力太大，则又会导致卷材表面起皱甚至断裂。因而在收 卷和放卷的过程中，为保证生产的质量及效率，保持恒定的张力是很重要的。1.

7、2 收、放卷张力控制分类放卷出的物料通过主牵引引出后不可能自行卷取， 所以收卷都是主动收卷。 它和主动 放卷方式分法大体相同，可分为：动力 +阻尼直流电机力矩电机交流电机伺服电机放卷轴上无主动力， 它的动作要靠其他设备牵引， 这样的方式叫被动放卷。 放卷轴上 自身提供动力，它的动作不需要其它设备牵引，这样的方式叫做主动放卷。 一、按被动放卷方式分磁粉离合器气动抱闸二、按主动放卷方式分直流电机交流电机力矩电机共 33 页 第 4 页伺服电机其中力矩电机又可以分为直流力矩电机和交流力矩电机1.3 卷取方式分类比较1、直流电机具有调速范围广，调速特性平滑，过载能力较强，起动和制动转矩 也较大。通过改

8、变输入电压就可以改变电动机的转速，因此可以用 降低电压的方法获得较低的转速；但同步性能不怎么好，响应慢。2、力矩电机力矩电机具有低转速、大扭矩、过载能力强、响应快、特性线性度 好、力矩波动小等机械特性；但张力控制不稳定，线性不好。3、交流电机用交流电机变频调速取代直流电机调压调速，借助松紧架实现织物 张力恒定和线速度一致，故障率低、同步性能好；但致命缺点是起 动冲击大，会对电网及设备造成不利影响。4、伺服电机具有自动调整、高速高响应、低振动等优点；但伺服电动机控制成 本高，不易推广。5、气动抱闸成本低、转矩大，过载能力强；但具有较大的冲击力，需单独连接 气源。1. 4 分设计选用1.4.1放卷

9、方式的选用 磁粉离合器是利用电磁效应下的磁粉来传递转矩的， 具有激磁电流和传递转矩基成线 性关系、响应速度快、结构简单、无冲击、无振动、无噪音、无污染等优点，是一种多用 途性能优越的自动控制元件。应用示意图 （用于张力控制 ）如图 1-1 所示。共 33 页 第 5 页图 1-1 应用示意图放卷的张力由放卷装置中的磁粉离合器的制动转矩控制， 随着卷绕物的卷径的不断减 小必须不断减小制动转矩， 图中用张力检测器来检测卷绕物的张力， 由张力控制仪自动控 制磁粉离合器的转矩，使张力恒定。 当激磁电流保持不变时， 转矩将会稳定的传递， 不受 滑差的影响。因此，只要控制电流， 即能控制转矩的大小。 可用

10、很小的激磁电流控制很大 的传递功率。 在转矩超载情况下， 自动滑差运行起到过载保护作用。所以， 本设计选用磁 粉离合器的被动防卷方式。1.4.2 收卷方式的选用根据电机转矩的变化与卷材卷径成正比的原理来实现恒张力控制。 可以不需要磁粉制 动器/磁粉离合器，直接通过张力控制仪及张力传感器调节直流调速器控制直流电机，就 可以实现恒张力控制。在保证设计要求的条件下，具有经济、可靠、运行平稳、负载能力 强、维修成本低的特点。故本设计采用经济实用的直流电机收卷方式。共 33 页 第 6 页第二章 卷绕系统设计概况PC 机、 PLC、张力2.1 系统简介本系统为计算机控制的收放卷生产线系统，该系统由机械装

11、置、控制器、变频器、直流调速机、 纠偏控制器等组成。 可以通过自动操作和手动操作控制生标记 处数签字日期产线的运行。系统的侧视图和俯视图如下图 2-1 所示。 DCB更改文件号图CDB收卷棍技放卷滚磁粉离合器过渡棍34放卷张力传感器牵引棍 5收卷张力传感6器10共 33 页 第 7 页2.2 系统构成及原理 卷绕系统是一种常用的控制系统， 广泛应用于造纸， 印刷，染织等生产过程中。 本系 统运用 PLC为控制核心， PLC不仅具有较强的开关处理能力，还具有模拟量处理能力。但 PLC本身的监控能力较差， 将计算机与 PLC结合使用， 既可以充分利用计算机强大的人机 对话功能， 提高 PLC的控制

12、能力和范围， 又可以简化控制系统的结构。 同时 PLC具有体积 小，编程简单，抗干扰能力强的优点。卷绕生产线系统由一台交流电机和一台直流电机驱动，交流电机转速由变频器控制， 为了控制前后张力， 采用放卷张力控制器和收卷张力控制器各一台， 放卷张力控制器控制 磁粉离合器， 从而调节放卷辊的转速。 收卷张力控制器控制直流电机的转速， 当交流电动 机转速增加时，前后张力控制器分别控制磁粉离合器和直流电动机， 使前后张力趋于平衡。 为防止所卷产品纵向偏移， 在前后各安装气动纠偏装置和光电纠偏装置。 图 2-2 为系统原 理图。磁粉离合器左侧张力检测右侧张力检测交流电机左侧张力检测右侧张力检测直流电机直

13、流调速上位机放卷张力控制器 变频主牵引收卷张力控制器张力给定PLCA/DD/A张力信号 张力给定速度给定放卷纠偏控制系统收卷纠偏控制系统图 2-2 系统原理图根据系统的功能要求 ,我们采用三菱公司 FX2N-64MR 、FX2N-4DA 、FX2N-4AD 分别 作为下位机、数模转换模块、模数转换模块。 PLC 是本系统的核心，负责现场信号采集 和处理，对于各种开关量来说，较简单的控制采用 PLC 直接驱动，对于功率较大和复杂 的控制，则由 PLC 与控制器一起来控制，整个系统可以采用自动控制和手动控制两种工共 33 页 第 8 页作方式。检测信号由变送器送入 PLC的A/D 模块，参数设定值

14、通过 D/A 送入目标控制器， 控 制变频器和张力控制器的给定值，达到控制张力和电动机转速的目的。A/D ，D/A 模块均是 4通道模块，4个 A/D通道用来转换交、直流电动机的转速及放 卷辊与收卷辊的半径，变送器把转速和卷径信号送入 A/D ，再从上位机上读出。 4 个 D/A 通道用来把上位机设定的交、直流电动机及前后张力控制器的参数设定值转换成控制信 号，分别控制转速和张力。上位机采用组态王 6.5作为生产线的监控层， 用可视化界面， 实时动态的显示生产线 各个环节的工作状态， 并可配打印进行瞬时和定时报表打印， 还可在设备出现故障或被控 量超出控制范围时发出声光报警，对现场生产过程进行

15、适时监控和操作。2.3 系统技术指标生产线的相关技术指标1、生产线的最大线速度：30m/min2、生产线的最小卷径：100mm3、生产线的最大卷径：500mm4、生产线的张力精度：0.21kg5、生产线的纠偏精度：0.5 1mm6、生产线的功率：6.5kw2.4 FX2N-4DA 详细说明三菱 FX2N-4DA 是一款模拟量模块。首先给大家介绍一下模拟量模块的工作原 理。模拟量模块是将压力、液位、温度等信号转化为1-5V ， 4-20mA （也有别的信号的，如 0-10V ，0-5V 等）然后交给 PLC 进行处理的。 PLC 是不知道具体电压或者 电流信号的大小的。 所以， 我们要用一个数字

16、来表示它的大小， 然后告诉 PLC，PLC 才能知道输入的电压、 电流信号具体有多大。 数字量输入输出信号就是开关量信号， 1 或者 0。模拟量信号有 2 种，电压或者电流信号 ，一般是变送器传过来的信号， 比如用压力变送器检测水管压力，它会输出一个模拟信号4-20ma 或者 0-10V 的信号给 PLC， PLC 来进行数据处理。举个例子来说， 我们现在测到温度是 20度（量程 0-50度，输出范围是 1-5V ）， 此时温度传感器产生的电压值是 （5-1）*20/50=1.6V （仪表特性必须是线性的才可以 这么算）。 PLC 的模拟量输入模块收到 1.6V 的输入后，会将其转变成一个数字

17、量。 例如，我们用的模拟量输入模块的分辨率是 0-4000 对应 1-5V 的。那么， 2.0V 就共 33 页 第 9 页应该对应 （4000-0）/（5-1）*1.6=1600 。就是说， PLC 在读到模拟量输入模块给它的数 字 1600 之后它就能知道，从温度传感器感应到的温度是 20 度。在上面例子中，传 感器的量程和输出范围是由传感器来决定的。而模拟量输入模块的分辨率是由模拟 量模块决定的。模拟量输出模块的作用刚好和输入模块相反，它是将数字信息转化 成 1-5V 、 4-20mA 时用的。FX2N-4DA 参数：项目输出电压输出电流模拟量输出范围： DC-10 至 10V外部负载电

18、阻 2 千欧到 1 兆欧： 0 至 20mA外部负载电阻： 500 欧数字输出带符号的 16 位 2 进制对数值有效位： 11 位和符号位（ 1 位）分辨率 5mV（10V 1/2000）20mA20mA 1/1000总体精度 1%满量程 10V）1%（满量程 20mA） 转换速度 4 通道 2.1ms（使用的通道数变化不会改变转换速度） 隔离在模拟和数字电路之间光电隔离直流/直流变压器隔离主单元电源在模拟通道之间没有隔离桌面快捷键。三菱 FX2N-4DA 有 4 个输出通道。提供了 12 位高精度分辨率的数字输入。转 换速度为 2.1ms/4 通道，使用的通道数变化不会改变转换速度。输出的形

19、式可为电 压，也可为电流。其选择取决于接线不同。电压输出时，两个模拟输出通道输出信 号为 010V DC，05V DC ；电流输出时为 420mA DC 。分辨率为 2.5mV （0 10V DC ）和 4uA（420mA ）。数字到模拟的转换特性可进行调整。本模块需占用 8个 I/O 点。适用于 FX1N 、FX2N 、FX2N 子系列。其他的性能与 FX2N-2DA 相似。可编程控制器基本单元与 FX2N-4DA 之间的数据通讯也是由 FROM/TO 指令来 执行的。读写操作是对 FX2N-4DA 的缓冲寄存器 BFM 进行操作的，缓冲器区由 32 个 16 位的寄存器组成，编号为 BFM

20、 0 31。2.5 系统设计原则 系统应具有高度的可靠性， 同时要求简洁、 实用、性能价格比高。 在安全可靠的前提 下，应尽量节省一次性投资。在保证可靠性和实时性的前提下， 整个系统应具有一定的实用性、 良好的可编程性能 和可扩展性能。1安全可靠共 33 页 第 10 页在确保设备安全可靠的前提下， 采用性能价格比较好的设备和元器件， 尽可能采 用新技术、工艺和设备。系统中信号分布较广，在系统中必须采取严格的接地措施， 在传感器的安装位置需有接地点， 屏蔽线传输中采用在集中控制室统一接地， 另一端 通过电容接地以减少外部干扰。 另外所有信号在接入控制系统时都尽可能采用隔离方 式，增强系统的抗干

21、扰能力。2操作简单 在机柜面板设计上应美观、各元器件布置合理、整齐，充分考虑了人体结构特征 及视觉特征进行优化设计，操作方便、简单。3经济实用 以安全可靠为第一原则，选用实用经济的控制与检测设备。系统响应速度快，控 制功能可靠，编程及组态方便，对控制方式、功能、设置的改变灵活方便。4维护方便在机柜设计、 内部元器件端子排的布局上， 充分考虑了维护人员检修接线的方便 性。在系统设计中以满足标书设计的要求，严格参照标书所规定的技术参数、指标和 要求，以及规定的和指明的工艺、控制流程进行设计和制造。共 33 页 第 11 页第三章 系统主要部件设计3.1 张力控制系统设计本系统构成如图 3-1 所示

22、，涉及到收卷和放卷的张力检测和控制， 所卷产品的张力通 过张力检测辊， 作用在荷重传感器上， 张力控制器通过荷重传感器检测实时张力， 并与设 定张力进行比较、 运算，产生控制信号， 驱动磁粉制动器或直流电机执行张力的控制。 该 部分采用三菱 LE-40MTA-E 张力控制器。主牵引3-1 张力控制结构图3.1.1放卷张力控制 在放卷端采用磁粉离合器控制时， 当实际张力大于设定张力， 张力控制仪的激磁电流 减小，制动器的阻尼减小， 使物料张力返回到设定值。 当实际张力小于设定张力时， 张力 控制仪的激磁电流增大， 制动器的阻尼也增大， 使物料张力返回设定值。 如此形成负反馈， 使张力保持恒定。原

23、理框图如图 3-2 。3-2 放卷张力控制原理框图电气原理图如 3-3，张力控制器接受 PLC 的张力信号， 再通过左右边的两个张力检测器检测的信号与给定信号比较， 控制磁粉离合器的制动阻尼大小从而控制放卷张力。 使其共 33 页 第 12 页与设定值保持一致。同时输出张力信号到 PLC 的 A/D 模块上，显示于上位机，供作业员 操作观察。图 3-3 放卷张力控制电气图3.1.2收卷张力控制 在收卷端通过张力检测装置传送信号给直流驱动电源， 当检测的张力与给定张力不相 等时，调节直流驱动电源，改变直流电机的励磁电流从而改变张力，直与给定张力相等。 原理框图如图 3-4。图 3-4 收卷张力控

24、制原理框图收卷电气原理与放卷控制相似，也是通过 PLC 给定信号与检测的张力信号相比较，但控制的是直流驱动电源，从而控制直流电机的励磁电流改变力矩，调节张力。共 33 页 第 13 页图 3-5 收卷张力控制电气图3.2 主牵引设计牵引的目的是提供动力给放卷， 因此就应满足运行平稳， 调速范围广等特点。 本设计 采用交流变频调速， 运用三菱公司的 FRA540 1.5K 变频器来驱动三相交流电机。 该产 品功率可达 1.5 kw, 采用先进磁通矢量控制方式，实现自动调整功能，可拆御接线端子， 维护方便；内含柔性 PWM，实现更低噪音运行；内置 RS485通信口， PID 等多种先进功 能。2和

25、5是速度给定，可由上位机组态软件通过 PLC的DA模快给定，AM 和5号端口 接至 PLC 的 AD 模块上由组态软件的界面显示，通过改变变频器的频率改变交流电机的 转速。同时还有报警输出，一旦出现故障，立即发出信号。共 33 页 第 14 页注意 ：安装时应严格按照使用说明书上正确接线、拆卸。在详细了解产品性能的条 件下，认真阅读操作说明书才使用。非专业人士不得随便拆卸。3.3 收卷驱动设计 我们将采用常州宏大 HVSG 系列三相直流可控硅调速装置， 它广泛吸收了德国西门 子公司、 AEG 公司、英国 BBC 公司同类产品的特点，是国产新一代的性能调速装置，并通过省级鉴定（鉴定号：94120

26、3），用于直流电单机或多机联动调速，可直接替代进口产品，广泛用于纺织、印染、化纤、造纸、冶金、煤矿、电线、电缆、塑料机械等领域。原 理图如下。共 33 页 第 15 页1、主要特点a) 调速范围：电枢电压反馈为 1:20 测速反馈为 1:100 构成多单元同步传动系统为 1:10b) 静差调速精度：测速反馈 0.2%电压反馈 0.2%2、技术参数c) 三闭环系统即位置环、速度(电压)环、电流环、调速范围宽，动态响应快， 可直接组成同步系统、恒张力系统等。d) 集成化、模块化结构，强、弱电完全隔离，采用分层布置结构，体积小，运行 安全可靠。e) 全系列控制板通用性强，维护调试方便。f) 自动保护

27、功能完善，抗干扰能力强。3、工作环境g) 海拔高度： 1000mh) 环境温度： 10-45i) 相对温湿：不大于 85%(无露凝)j) 室内安装，通风条件良好，无剧烈振动与冲击。k) 无导电粉尘。3.4 纠偏装置设计自动纠偏装置又称卷筒纸(薄带)边缘位置控制器，简称EPC。根据感受边缘位置共 33 页 第 16 页 方式的不同， 又可分为气动液压自动纠偏装置和光电液压自动纠偏装置。 它们分别采 用微气流放大原理及光电转化放大原理。 而执行部分都是应用液压伺候控制技术， 从而对 卷筒的基材进行自动导向和纠偏。 广泛应用于各种金属薄膜、 塑料薄膜以及其他卷筒材料 的生产过程（如造纸、制箔、塑料复

28、合印刷、塑料印刷、涂布机、分切机、印染、胶卷、 钢带轧制等行业） 中自动导向及纠偏控制。 本系统采用了两种类型的纠偏装置， 放卷纠偏 采用气液纠偏控制器，收卷纠偏采用光电纠偏控制器。3.4.1 放卷纠偏1、工作原理气动液压自动纠偏装置由边缘位置监测器 （又称气流喷嘴） 微差压放大器、 液压 伺服控制器及液压油缸所组成。检测器检测薄膜的边缘位置， 薄膜边缘的左右移动引起气流喷嘴压力大小的变化， 经 过微气流差动放大，推动伺服阀使液压油缸动作，达到自动控制的目的。控制器将先进的微气流放大原理与液压伺服技术综合在一起， 由一个微型电动机油泵 和恒压风机，产生液压能源及自动控制。用的气源，缩小了体积，

29、节约了能源，控制器采 用一对上下气流喷嘴检测薄膜边缘的横向位移， 具有抗干扰能力强灵敏度高和线性度好等 特点。微气流放大器采用差动放大原理， 提高了放大倍数， 增加了灵敏度及稳定性。 当电 网电压发生波动以及气流变化时都不会影响控制器的控制精度。 经过调试能够满足工艺要 求。2、技术性能指标电动机 油泵 工作压力 恒压风机 油缸 最大推力 调节速度范围 重复精度功率 0.75千瓦，电压 380 伏，转速 2950 转/分 流量 8 升/分（也可 12 升/分）2.5mpa 一般用 0.8 1.4mpa风压 200 毫米水柱高，风量 38 升 /分行程 150250 毫米（根据具体情况而定）60

30、0kgf（ 5880N）0120毫米 /秒（油缸速度）0.1 毫米 0.3 毫3.4.2 收卷纠偏1、工作原理在物料卷绕过程中，由光电传感器检测边或线的位置，以拾取边或线位置偏差信号共 33 页 第 17 页再将位置偏差信号传递给光电纠偏仪进行逻辑运算，向机械执行机构发出控制信号，驱 动机械执行机构，修正物料运行时的蛇形偏差，保证物料直线运动。左、右限位开关防 止系统失控。2、技术指标跟踪标志宽度：对线工作对边工作 光电传感器与物料的距离： 响应时间： 灵 敏 度： 纠偏速度：输出容量：标志线宽度 2mm边标志侧保持 5mm 以上同色区12 mm + 2mm10 ms+ 0.1mm15 30

31、mm/s 由电机的输出功率决定3、光电传感器的位置安装在收卷车上， 随车移动， 距离卷轴距离大于倍料宽。 光电纠偏控制器驱动 “步 进电机+滚珠丝杠 ”，使收卷车跟踪物料， 始终保持料边与卷轴垂直， 最终使收料卷整齐。 如图所示共 33 页 第 18 页第四章 卷绕系统电气设计4.1 电气原理图设计电气设计是本系统中重要的组成部分， 设计需保证产品工作安全、 走线合理、 易于安 装、方便维护和检修的原则进行。 其中包括电气原理图、 控制面板、元件布置的设计。（控制面板图和元件布置图见附录）0132/70/70图理原气电线绕卷字签号件文改更数处记标期日院学术技业职工轻州常动启52V52W501A

32、/24DA号信度速01A/23D8A/2 2AD7A/21AD5MK01源电纠收98动驱卷收7源电卷收6动驱引牵5源电引牵43机电偏纠液气源电总21签会期日核审定审对校化准标计设.1.3图期例 比张1第量重大宏州常A16.0：流电磁励V02 ：压电磁励 nim/r051：速转A56.3：流电nim/r0141：速转nim/r0541：速转SKIA菱三TNHCSNEMEIS注备H-SVH23-2Z4-L09YL-F4MRA045A-RF02-801ZD04BT3格规11112144量数源电动驱流直机动电流直机动电步异相三机动电流交相三器电继间中器频变器断熔器电继称名CD3M2M1M4XAK、2X

33、AKPB5FQ-2FQ5MK-2MK号代码编材物87654321号序6A/222X出输警报MOC共 33 页 第 19 页32/70/60图理原气电线绕卷院学术技业职工轻州常例比量重量数记标样图2.3图期日期日签会腾港核审腾港定审对校江长州温化准标计设子门西字签号件文改更数处记标子门西方东州常3YL3YL6WL04B1303HT3DXL钮按钮按关开择选器触接继中灯示指菱三菱三菱三注 备111量数DA4-N2XFAD4-N2XFRM84-N2XF格规器换转器换转器制控程编可称名2CP1CPCP号代码编料物321号序11BS7BS4BS-1BSAS5MK-1MK4XAK-1XAK7LH-1LH动启

34、 动驱 CD示指 点收示指 纠收示指 点 驱主示指 点放示指 纠放示指 行运示指 警报 /停急源电 纠收源电 纠放张建 卷收行运 引牵张建 卷放源电 力张 卷收源电 力张 引牵源电 力张 卷放示指力张卷收定给力张卷收5DA8AD 7AD 6AD 5AD停张建止停动启卷收共 33 页 第 20 页示指力张卷放示指度速引牵源电源电纠放纠放PB 机整动启止停 动启定给引牵 定给力张卷放张建张停 式方 纠放卷放 试调动点动点 动点障故 障故 止停动主 卷放 驱CD)9C/2(6DA定 给 力张)9C/2(5DA)8C/2(6AD定 给 力张出输 制控C)7C/2(5AD019器制控力 张卷收8器测检右

35、卷收7器测检左卷收65器合离粉磁4器 制控力张卷 放3器测检侧右卷放2器测检侧 左卷放1)8C/32/7/70例比量重记标样图图理原气电线绕卷院学术技业职工 轻州常量数图 4-1 电气原理图共 33 页 第 21 页期日字签化准标定审期日号件文改更数处计设对校核审签会记标TNHC菱SKIA菱三菱菱注 备122221量数06-74ZDL-F4MRADT050-XLNX5-BRZ格规器断熔器制控力张器电 继 间中器测检 侧右左卷收器测检 侧右左卷放器合离粉磁称 名1FQ2CT、1CT3XAK、1XAK4MT、3MT2MT、1MT1LFC号代码 编 材物654321号 序4.2 PLC 发展史可编程

36、控制器是 60 年代末在美国首先出现的，当时叫可编程逻辑控制器 PLC (ProgrammableLogicController)，目的是用来取代继电器。以执行逻辑判断、计时、计 数等顺序控制功能。提出 PLC概念的是美国通用汽车公司。 PLC 的基本设计思想是把计 算机功能完善、 灵活、通用等优点和继电器控制系统的简单易懂、 操作方便、 价格便宜等 优点结合起来， 控制器的硬件是标准的、 通用的。 根据实际应用对象， 将控制内容编成软 件写入控制器的用户程序存储器内 ,使控制器和被控对象连接方便。 70 年代中期以后，PLC 已广泛地使作为中用微处理器央处理器， 输入输出模块和外围电路也都采

37、用了中、 大规模 甚至超大规模的集成电路，这时的 PLC 已不再是仅有逻辑 (Logic)判断功能，还同时具有 数据处理、 PID 调节和数据通信功能。国际电工委员会 (IEC) 颁布的可编程控制器标准草 案中对可编程控制器作了如下的定义： 可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统， 专 为在工业环境下应用而设计。 它采用了可编程序的存储器， 用来在其内部存储执行逻辑运 算，顺序控制、 定时、计数和算术运算等操作的指令， 并通过数字式和模拟式的输入和输 出，控制各种类型的机械或生产过程。 可编程控制器及其有关外围设备， 易于与工业控制 系统联成一个整体， 易于扩充其功能的设计。 可编程控制器对

38、用户来说， 是一种无触点设 备，改变程序即可改变生产工艺。目前，可编程控制器已成为工厂自动化的强有力工具， 得到了广泛的普及推广应用。 可编程控制器是面向用户的专用工业控制计算机， 具有许多 明显的特点。4.3 PLC 的概念及特点4.3.1 PLC 的概念可编程序控制器，英文称 Programmable Controller，简称 PC。但由于 PC 容易和个 人计算机( Personal Computer)混淆，故人们仍习惯地用 PLC 作为可编程序控制器的缩 写。它是一个以微处理器为核心的数字运算操作的电子系统装置， 专为在工业现场应用而 设计，它采用可编程序的存储器，用以在其内部存储执

39、行逻辑运算、顺序控制、定时 / 计 数和算术运算等操作指令， 并通过数字式或模拟式的输入、 输出接口， 控制各种类型的机 械或生产过程。 PLC 是微机技术与传统的继电接触控制技术相结合的产物，它克服了继 电接触控制系统中的机械触点的接线复杂、 可靠性低、功耗高、通用性和灵活性差的缺点， 充分利用了微处理器的优点， 又照顾到现场电气操作维修人员的技能与习惯， 特别是 PLC 的程序编制， 不需要专门的计算机编程语言知识， 而是采用了一套以继电器梯形图为基础 的简单指令形式，使用户程序编制形象、直观、方便易学；调试与查错也都很方便。用户共 33 页 第 22 页在购到所需的 PLC 后，只需按说

40、明书的提示， 做少量的接线和简易的用户程序编制工作， 就可灵活方便地将 PLC 应用于生产实践。4.3.2 PLC 的特点1. 抗干扰能力强、可靠性高。2. 控制系统结构简单，通用性强。3. 编程方便，易于使用。4. 功能强大，成本低。5. 设计、施工、调试的周期短。6. 维护方便。4.4 PLC 的基本结构PLC 的构成： PLC 的类型繁多，功能和指令系统也不尽相同，但结构与工作原理则 大同小异，通常由主机、输入 /输出接口、电源扩展器接口和外部设备接口等几个主要部 分组成。 PLC 的硬件系统结构如图 2.2.1所示：按钮选择开关 限位开关 电源图 4-2 PLC 的结构示意图接触器电磁

41、阀 指示灯 电源1CPU 的构成及功能CPU是 PLC的核心，起神经中枢的作用，主要由运算器、控制器、寄存器及实现它 们之间联系的数据、控制及状态总线构成， CPU 单元还包括外围芯片、总线接口及有关 电路。每套 PLC 至少有一个 CPU，它按 PLC 的系统程序赋予的功能接收并存贮用户程序 和数据，用扫描的方式采集由现场输入装置送来的状态或数据，并存入规定的寄存器中， 同时，诊断电源和 PLC 内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误等。进入运行后，共 33 页 第 23 页 从用户程序存储器中逐条读取指令，经分析后再按指令规定的任务产生相应的控制信号， 去指挥有关的控制电路。2存储器内存

42、主要用于存储程序及数据，是 PLC 不可缺少的组成单元。不同机型的 PLC 期内 存大小也不尽相同， 除主机单元的已有的内存区外， 大部分机型还可根据用户具体需要加 以扩展。3I/O 模块及 I/O 扩展1）I/O 模块PLC 内部输入电路的作用是将 PLC 外部（如行程开关、按钮、传感器等）提供的符 合 PLC 输入电路要求的电压信号，通过光电耦合电路送至 PLC 内部电路。输入电路通常 以光电隔离和阻容滤波的方式提高抗干扰能力，输入响应时间一般在0.10.5ms 之间。根据输入信号形式的不同，可分为模拟量 I/O 单元，数字量 I/O 单元两大类。根据输入形 式的不同，可分为基本 I/O

43、单元。扩展 I/O 单元两大类。2）I/O 扩展接口可编程控制器利用 I/O 扩展单元与 PLC的基本单元实现连接，当基本 I/O 单元的输入 或输出点数不够使用时，可以用 I/O 扩展单元来扩充开关量 I/O 点数和增加模拟量的 I/O 端子4电源模块电源单元的作用是把外部电源 （220V 的交流电源） 转换成内部工作电压。 外部连接 的电源，通过 PLC 内部配有的一个专用开关式稳压电源，将交 /直流供电电源转化为 PLC 内部电路需要的工作电源（直流 5V、 12V、24V），并为外部输入元件（如接近开关） 提供 24V 直流电源 （仅供输入端点使用 ），而驱动 PLC负载的电源由用户提

44、供。5外设接口 外设接口电路用于连接手持编程器或其他图形编程器、文本显示器，并能通过外设 接口组成 PLC的控制网络。 PLC通过 PC/PPI电缆或使用 MPI卡通过 RS-485接口与计算 机连接，可以实现编程、控制、连网等功能。6底板或机架大多数模块式 PLC 使用底板或机架，其作用是：电气上，实现各模块间的联系，使 CPU能访问底板上的所有模块，机械上，实现各模块间的连接，使各模块构成一个整体。7 PLC 系统的其它设备1） 编程设备：编程器是 PLC 开发应用、监测运行、检查维护不可缺少的器件，用 于编写程序、对系统作一些设定、监控 PLC及 PLC所控制的系统的工作状况，但它不直共

45、 33 页 第 24 页 接参与现场控制运行。某些 PLC 也配有手持型编程器，目前一般由计算机（运行编程软 件）充当编程器。2） 人机界面：最简单的人机界面是指示灯和按钮，目前液晶屏（或触摸屏）式的一体式操 作员终端应用越来越广泛， 由计算机（运行组态软件） 充当人机界面也非常普及。3）输入输出设备：用于永久性地存储用户数据，如 EPROM、EEPROM 写入器、条 码阅读器，输入模拟量的电位器，打印机等。8 PLC 的通信联网 依靠先进的工业网络技术可以迅速有效地收集、传送生产和管理数据。因此，网络 在自动化系统集成工程中的重要性越来越显著， 甚至有人提出 网络就是控制器 的观点说 法。

46、PLC具有通信联网的功能，它使 PLC 与 PLC 之间、 PLC与上位计算机以及其他智 能设备之间能够交换信息，形成一个统一的整体，实现分散集中控制。多数 PLC 具有 RS-232接口，还有一些内置有支持各自通信协议的接口。 PLC 的通信，还未实现互操作 性， IEC 规定了多种现场总线标准， PLC 各厂家均有采用。对于一个自动化工程 （特别是 中大规模控制系统 ）来讲，选择网络非常重要的。首先 ,网络必须是开放的，以方便不同设 备的集成及未来系统规模的扩展； 其次，针对不同网络层次的传输性能要求， 选择网络的 形式，这必须在较深入地了解该网络标准的协议和机制的前提下进行； 再次，综合

47、考虑系 统成本、设备兼容性、现场环境适用性等具体问题，确定不同层次所使用的网络标准。4.5 PLC 的工作原理PLC的工作原理： PLC是采用“顺序扫描，不断循环”的方式进行工作的。 即在 PLC 运行时，CPU 根据用户按控制要求编制好并存于用户存储器中的程序， 按指令步序号（或 地址号）作周期性循环扫描， 如无跳转指令， 则从第一条指令开始逐条顺序执行用户程序， 直至程序结束。 然后重新返回第一条指令， 开始下一轮新的扫描。 在每次扫描过程中， 还 要完成对输入信号的采样和对输出状态的刷新等工作。PLC 的一个扫描周期必经输入采样、程序执行和输出刷新三个阶段。4.6 PLC 的性能指标可编

48、程控制器的技术指标很多，作为可编程控制器的用户应了解清楚。1. 输入输出点数（即 I/O 点数）I/O 点数是指可编程控制器外部输入和输出端子总数，这是可编程序控制器最重要的 一项指标。 I/O 点数越多， PLC 可外接的输入开关器件和输出控制器件就越多，控制规模 就越大。一般按可编程控制器点数多少来区分机型的大小。2. 扫描速度共 33 页 第 25 页扫描速度一般以执行 1000 不指令所需时间衡量，故单位为 ms/千步；也有以执行以 步指令的时间计算的，例如 us/步。扫描速度越快，执行指令的时间就越短。3. 指令种类和条数 指令的种类和条数是衡量可编程控制器软件功能强弱的主要指标。

49、可编程序控制器具 有的指令种类和条数越多，说明软件功能越强，控制能力越强。4. 存储器容量 存储器容量是可编程控制器内有效存放用户程序的存储容量（也称为内存） 。在可编 程控制器中，程序指令是按“步”存放的（一条指令往往不止一步） ，一步占用一个地址 单元，一个地址单元一般占用两个字节。内存的大小决定了 PLC 可以容纳用户程序的长 短和控制系统的水平。5. 高功能模块可编程控制器除了主机模块外， 还可以配接各种高功能模块。 主机模块实现基本控制 功能，高功能模块则可实现某种特殊的功能。 衡量可编程控制器产品水平高低的重要指标 是它的高功能模块的多少及强弱。常见的高功能模块主要是 A/D 模块

50、、 D/A 模块、高速 计数模块、速度控制模块、温度控制模块、位置控制模块、轴定位模块、远程通信模块、 高级语言编程模块以及各种物理量转换模块等。 高功能模块使可编程控制器不仅能进行开 关量控制， 而且还能进行模拟量控制， 可进行精确定位和速度控制， 可以和计算机进行通 信，可以直接用高级语言编程，给用户提供了强有力的工具。4.7 PLC 程序设计PLC 程序设计可按以下步骤进行：（1）确定被控系统必须完成的动作及完成这些动作的顺序。（2）分配输入 /输出设备，即哪些外围设备是送信号到 PLC 的，哪些外围设备是接收来 自 PLC 信号的，并将 PLC 的输入、输出口与之对应进行分配。（3）程

51、序框图设计。根据工艺要求，绘制出程序流程图及各功能单元的详细功能框图。（4）应用程序的编写。先画出梯形图，梯形图能体现出按照正确的顺序所要求的全部功 能及其相互关系，比直接设计语句表更方便快捷。（5）程序调试。在计算机上对 PLC 的梯形图用软件直接转换成对应的语句表，打印出 完整程序。若没有转换软件，可对梯形图进行人工转换。然后将语句表输入PLC，对程序进行调试。（6）存已完成的程序，编写程序说明书。以上六步中， 前两步属程序设计前的准备工作。 编程准备工作包括对整个系统进行更共 33 页 第 26 页加深入的分析和理解， 弄清楚系统要求的全部控制功能， 以硬件设计为基础， 确定出软件 的功

52、能和作用。 显然，在建立一个 PLC 控制系统时，必须首先把需要的 I/O 数量确定 下来，然后按需要确定各种控制动作的顺序和各个控制装置彼此之间的相互关系。 确定控 制上的相互关系之后， 就可进行编程的第二步 分配输入 /输出设备。在分配了 PLC 的 输入/输出点、内部辅助继电器、定时器、计数器之后，就可以设计程序框图了。系统的 PLC 部分程序采用三菱公司提供的 GX 编程软件编程。程序的主要功能是： 控制整机联动、张力系统、变频牵引及收放卷纠偏系统。程序功能分手动和自动两部分。 检测工艺设备是否有故障， 现场控制条件是否满足。 一切正常后，即可启动设备， 上位机 将设定的参数经 PLC

53、的D/A 传送给变频器，张力控制器，并将变送器传来的电压信号经 PLC 传给上位机显示。图 4-2 中的 D0D3 为四个模拟量检测值，经过 A/D 转换后，送入计算机。 D4D7 为 四个模拟量输出值，是由上位机设定的参数，经 D/A 转变而来 ,去控制张力的大小和电动 机转速的值。 D5 和 D7 经过比例积分后，限值输出。图 4-2 部分梯形图共 33 页 第 27 页4.8 组态软件设计系统选用亚控公司开发的组态王软件。 该软件为通用型工业控制软件， 对每个控制项 目采用人机对话方式进行二次开发， 具有开发方式简单， 直观高效，运行可靠等诸多优点。 其主要开发步骤有： 创建工程：为工程创建一个目录以存放与工程有关的文件创建设备并编辑数据库：根据实际工程使用的采集设备建立设备， 并在相应的设备中编辑 与当前设备有关的变量制作监控画面：制作与工艺过程相象的虚拟现实场景 动画连接：以多媒体的形式表达设备的状态 编写后台语言：