【正文】 種控制要求的控制系統(tǒng)。 70 年代初期出現(xiàn)了微處理器，它的體積小、功能強(qiáng)、價(jià)格便宜，很快被用于 PLC，使 PLC 的功能增加，工作速度加快，體積減小，可靠性提高，成本下降。帶有逆變功能的變頻調(diào)速裝置通過逆變器雖然能夠?qū)⒃偕芰炕仞侂娋W(wǎng)，但成本太高。由于變頻器有一定的通用性，因此在與不同拖動場合的電機(jī)配合時(shí)，必須合理選擇容量。 起動轉(zhuǎn)矩 :150%/r/min(150%/1Hz 不帶 PG)。在近 20年的時(shí)間內(nèi)，經(jīng)歷了由模擬控制到全數(shù)字控制和由采用 BJT 到采用 IGBT 兩個(gè)大發(fā)展過程。 (5)保護(hù)回路 檢測主回路的電壓、電流等，當(dāng)發(fā)生過載或過電壓等異常時(shí)，停止變頻器工作或抑制電壓、電流值，以防止變頻器和異步電動機(jī)損壞。逆變電路的輸出就是變頻器的輸出，它被用來實(shí)現(xiàn)對異步電動機(jī)的調(diào)速控制。 (1)整流器 一般的三相變頻器的整流電路由三相全波整流橋組成。高精度的轉(zhuǎn)矩控制來提高裝置性能和產(chǎn)品質(zhì)量。原來不調(diào)速的機(jī)械設(shè)備 常由主機(jī)和傳動機(jī)構(gòu)兩部分組成，原動機(jī)則多數(shù)采用異步電動機(jī)。檢測牽引輥是否越位，若未越位，則等待，直到牽引輥越位，牽引輥運(yùn)行，進(jìn)行拖布，擺布電機(jī)運(yùn)行，進(jìn)行擺布。 控制系統(tǒng)框圖如圖 21： PLC系統(tǒng)中各個(gè)變頻器上位機(jī)傳感器各開關(guān)觸點(diǎn)系統(tǒng)中各個(gè)拖動電機(jī) 圖 21 控制系統(tǒng)框圖 根據(jù)系統(tǒng)的工藝流程設(shè)計(jì)系統(tǒng)的軟件流程圖如圖 22： 在系統(tǒng)流程運(yùn)行之前，首先進(jìn)行初始化，通過開關(guān)元件及 組態(tài)軟件 將設(shè)備運(yùn)行參數(shù)送至 PLC，檢查空氣開關(guān) 等設(shè)備運(yùn)行是否正常，若不正常，則等待；直到正常，調(diào)節(jié)布 鋏 等設(shè)備的寬度。所以， 絲光機(jī)所采用 PLC 控制的交流變頻調(diào)速系統(tǒng)是必要的和可行的。尤其是最近幾年， PLC 的推廣應(yīng)用在我國得到了迅猛的發(fā)展。 (7)電源功率因素高，所需容量小，對電網(wǎng)的公害小。電動機(jī)交流變頻調(diào)速技術(shù)是當(dāng)今節(jié)電、改善工藝流程以提高產(chǎn)品質(zhì)量和改善環(huán)境、推動技術(shù)進(jìn)步的一種主要手段。 脈寬調(diào)制 (PWM)技術(shù)基本上可分為四類 :等寬 PWM 法、正弦 PWM 法 (SPWM)、磁鏈追蹤型 PWM 法及電流跟蹤型 PWM 法。對于要求快速響應(yīng)的生產(chǎn)工藝，采用直流調(diào)速方式難以實(shí)現(xiàn)。傳統(tǒng)的絲光機(jī)控制系統(tǒng)多采用直流調(diào)速系統(tǒng)，但是直流調(diào)速系統(tǒng)存在較多的弊端。對 PLC 的組成、各部分的作用和工作原理進(jìn)行了較為詳細(xì)的研究與分析。 論文的研究任務(wù)與內(nèi)容 唐 山 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 4 在各種異步電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)中，效率最高、性能最好的系統(tǒng)是變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)。目前也出現(xiàn)布 鋏 彎輥、布鋏直輥、彎輥直輥聯(lián)合絲光機(jī)。當(dāng)燒堿濃度增大到一定的程度后，水全部以水化狀態(tài)存在，此時(shí)若再繼續(xù)提高燒堿唐 山 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 3 的濃度，對每個(gè)鈉離子來說，能結(jié)合到的水分子數(shù)量有減小的趨勢，即離子的水化層變薄，因而纖維的膨脹程度反而減小。 對 工藝變量的設(shè)定值 進(jìn)行有效的檢測與控制，有利于提高產(chǎn)品質(zhì)量 ，對整個(gè)染整行業(yè)具有重要意義。一是產(chǎn)品開發(fā)缺乏創(chuàng)新性。印染產(chǎn)業(yè)的集聚與興衰，直接關(guān)系著上下游產(chǎn)業(yè)的配套與完善，對于賦予織物的附加價(jià)值具有重要的影響，是提升紡織品整體價(jià)值的重要加工工業(yè)。依據(jù)中國印染協(xié)會“ 2020 年 15月份全國印染行業(yè)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行情況”報(bào)告，可以發(fā)現(xiàn)全國印染行業(yè)產(chǎn)銷情況良好，進(jìn)出口貿(mào)易走高，利潤繼續(xù)增加。再次介紹了 PLC 的基本組成和各部分的作用及 PLC 的工作原理。 唐 山 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 設(shè)計(jì)題目： 絲光機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 系 別： 機(jī)電工程系 班 級： 06 測控技術(shù)與儀器 (2)班 姓 名： 霍海亮 指 導(dǎo) 教 師： 楊旭東 2020 年 6 月 12 日 絲光機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 摘 要 絲光機(jī)是國內(nèi)紡織印染行業(yè)大量采用的印染設(shè)備，由可控 硅直流調(diào)速系統(tǒng)實(shí)施驅(qū)動與控制，由于此直流調(diào)速系統(tǒng)存在諸多弊端：如維護(hù)量大、可靠性低、靈活性差、響應(yīng)速度慢、電源污染大、故障停車時(shí)間長且不具備故障自檢測功能，因而嚴(yán)重影響生產(chǎn)線的正常運(yùn)行。最后，介紹了系統(tǒng)的生產(chǎn)流程、系統(tǒng)的電氣結(jié)構(gòu)，硬件配置和軟件實(shí)現(xiàn)。 我國紡織業(yè)取得目前這樣的成績是值得慶賀的。 我國印染行業(yè)現(xiàn)狀 (1)我國印染業(yè)取得了一定的進(jìn)步 近幾年，中國東部沿海地區(qū)產(chǎn)業(yè)集群帶迅速崛起，浙江、江蘇、廣東、山東、福建和廣東產(chǎn)業(yè)集群帶的形成推動了我國印染業(yè)的快速發(fā)展，并向這些地區(qū)集中。二是傳感技術(shù)和在線檢測、控制方面與國外先進(jìn)水平差距很大。 絲光工藝和絲光設(shè)備 絲光工藝簡介 絲光是印染工藝中的基礎(chǔ)工序之一，它對產(chǎn)品質(zhì)量起著重要作用，絕大部分棉及其混紡織物在進(jìn)行染色和印花加工前都需進(jìn)行絲光處理?？偟膩碚f，絲光工藝主要有以下幾個(gè)功能 : (1)棉纖維在濃 堿和一定張力的共同作用下，纖維發(fā)生膨化，排列更加整齊，對光線反射更有規(guī)律，因而產(chǎn)生絲般光澤。 布鋏絲光機(jī)因擴(kuò)幅及對降低緯向縮水、提高絲光光澤有較好效果，所以被廣泛使用，如 54 型的 LM22l(單層絲光機(jī) )， LM222(雙層絲光機(jī) )采用 50303 型布鋏，車速一般在 5060m/min。變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)中，調(diào)速時(shí)，必須同時(shí)調(diào)節(jié)定子電壓和頻率 ，在這種情況下，機(jī)械特性基本上平行移動，而轉(zhuǎn)差率不變，調(diào)速特性較好，因而它是當(dāng)前交流調(diào)速的主要發(fā)展方向 [6]。完成了對變頻器的選擇 和 PLC 的選擇，并對所選型號變頻器 和 PLC 的特性進(jìn)行了介紹。如果采用交流的調(diào)速系統(tǒng)，不僅會提升絲光機(jī)的質(zhì)量，而且可以大大減低系統(tǒng)的能耗，大幅度的節(jié)約電能。 (3)機(jī)械式換向器必須經(jīng)常檢查和維修，電刷必須定期更換。 PWM 技術(shù)的應(yīng)用克服了相控原理的所有弊端，使交流電動機(jī)定子得到了接近正弦波形的電壓和電流，提高了電機(jī)的功率因素和輸出效率。變頻調(diào)速以其優(yōu)異的調(diào)速性能和起制動平穩(wěn)性能、高效率、高功率因數(shù)和節(jié)電效果、廣泛的適用范圍及其它許多優(yōu)點(diǎn)而被國內(nèi)外公認(rèn)為最有發(fā)展前途的 調(diào)速方式。 (8)具有完善的保護(hù)功能 :變頻器保護(hù)功能很強(qiáng)，在運(yùn)行過程中能隨時(shí)檢測到各種故障，并顯示故障類別 (如電網(wǎng)瞬時(shí)電壓降低，電網(wǎng)缺相，直流過電壓，功率模塊過熱，電機(jī)短路等 )，并立即封鎖輸出電壓。我國近年來引進(jìn)的設(shè)備中，很大一部分是由 PLC 控制的，國外廠家的 PLC 產(chǎn)品已打入我國市場。 唐 山 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 8 系統(tǒng)的總體方案 絲光過程設(shè)備流程 :整個(gè)絲光過程由一條 生產(chǎn)流水線自動完成，其中主要包括進(jìn)布、直輥、布鋏、蒸洗、烘干、冷卻、拖布、擺布、落布和卷裝等環(huán)節(jié)，其流程如下 : 平幅進(jìn)布 — 1軋車 [] — 直輥區(qū)傳動 []— 2軋車 [] — 直輥區(qū)傳動 []— 3軋車 [11KW] — 直輥區(qū)傳動 []— 布鋏 主傳動 [37KW]—— 4軋車 [11KW]— 直輥區(qū)傳動 []— 三柱烘筒 (30 只烘筒 )[]*3— 冷水輥[]— 拖布 []— 擺布 []— 落布 []— 卷裝 [][10]。根據(jù)生產(chǎn)需要，設(shè)定 各個(gè)設(shè)備轉(zhuǎn)速值。檢測落布是否越位，若未越位，則等待，直到落布越位，落布電機(jī)運(yùn)行，落布，最后進(jìn)行卷裝，完成工作流程 [7]。其運(yùn)行速度被異步電動機(jī)的額定速度所限制。 (4)設(shè)備的合理化 高性能的調(diào)速系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)交流化，逐步取代直流電動機(jī)，以克服直流電動機(jī)電刷、換向器難于維護(hù)的困難。它的主要作用是把工頻電源變換為直流 電源，供給逆變電路和控制電路所需。 控制回路向變頻器主回路提供各種控制信號，如圖 31 所示。 變頻調(diào)速基本原理 由電機(jī)學(xué)知識可知，交流異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)速公式為 pfsn 60)1(= (31) 式中 n—— 電動機(jī)轉(zhuǎn)速 (r/min)； s—— 轉(zhuǎn)差率 ； p—— 電動機(jī)磁極對數(shù) ； f—— 電源頻率 Hz。 容量不斷擴(kuò)大 、 結(jié)構(gòu)的小型化 、 多功能和智能化 、 電力電子器件和控制技術(shù)的不斷進(jìn)步，使變頻器向多功能化和高性能化方向發(fā)展。 ② 操作設(shè)置簡單 ③ 多種控制功能以滿足各種機(jī)械需要 。對于現(xiàn)場己使用或己選定的電動機(jī)，需要選配相應(yīng)的變頻器 [12]。采用能耗制動方式通過制動單元將再生能量消耗在制動電阻上，成本較低而且具有良好的使用效果。 PLC 還借鑒微型計(jì)算機(jī)的高級語言，采用極易為工廠電氣人員掌握的梯形圖編程語言 [14][15]。硬件配置確定后，可以通過修改用戶程序，方便快速地適應(yīng)工藝條件的變化 [16]。 按結(jié)構(gòu)形式的不同， PLC 可分為整體式和組合式兩類。 PLC 各組成部分的作用 (1)中央處理單元 (CPU) CPU 模塊相當(dāng)于大腦和心臟，它是 PLC 的運(yùn)算、控制中心。在 PLC 的工作數(shù)據(jù)存儲區(qū)，開辟有元件映象寄存器和數(shù)據(jù)表。 (5)擴(kuò)展接口 當(dāng)用一個(gè)中心單元不能滿足所要求的控制任務(wù)時(shí)，就要對系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò) 展。某些 PLC 可以 為輸入電路和外部電子檢測裝置 (如接近開關(guān) )提供 24V直流電源，驅(qū)動現(xiàn)場執(zhí)行機(jī)構(gòu)的直流電源一般由用戶提供。 (3)第三個(gè)過程 — 輸出掃描在執(zhí)行完用戶所有程序后， PLC 將輸出映象區(qū)中的內(nèi)容同時(shí)送入到輸出鎖存器中 (稱輸出刷新 )，然后由鎖存器經(jīng)功率放大后去驅(qū)動繼電器的線圈，最后使輸出端子上的信號變?yōu)楸敬喂ぷ髦芷谶\(yùn)行結(jié)果的實(shí)際輸出。 S7200 系列的硬件配置就像模塊式PLC 那樣靈活，因?yàn)樗幕締卧捎谜w式結(jié)構(gòu)，又具有比模塊式 PLC 更高的性能價(jià)格比。有 PID 控制器，具有 PID 自整定的功能 。模擬量 I/O 模塊的主要任務(wù)就是實(shí)現(xiàn) A/D(模擬量輸入 )轉(zhuǎn)換或 D/A 轉(zhuǎn)換 (模擬量輸出 )。為 B 級絕緣。 衡量電動機(jī)的選擇是否妥當(dāng)，是看選擇過程中是否滿足生產(chǎn)機(jī)械所提出的有關(guān)機(jī)械特性的要求，其功率是否能被充分利用，電動機(jī)的結(jié)構(gòu)型式是否適合周圍環(huán)境的條件。如 果 適用型號有數(shù)種，應(yīng)綜合考慮電機(jī)和傳動裝置 的尺寸、重量、價(jià)格和傳動比，選擇出較佳型號 的電動機(jī) ，并記錄下主要性能參數(shù)。 (2)電動機(jī)的功率選擇 標(biāo)準(zhǔn)電動機(jī)的容量以額定功率表示，所選的電動機(jī)的額定功率應(yīng)不小于所需工作機(jī)要求的功率 P，工作機(jī)要求的電動機(jī)功率 P 可以由式 (36)計(jì)算 [18] P=P1/η (36) P——電動機(jī)功率 P1——機(jī) 械傳動軸上的功率 η——機(jī)械總效率，一般主運(yùn)動為回轉(zhuǎn)運(yùn)動的機(jī)床 η=；主運(yùn)動為往復(fù)運(yùn)動的機(jī)床 η=(結(jié)構(gòu)簡單的取大值，復(fù)雜的取小值 ) 取 η= 設(shè) 機(jī)械傳動軸上的功率 為 P1為 6 kW。 S7200 的模擬量擴(kuò)展模塊中 A/D、 D/A 轉(zhuǎn)換器的位數(shù)均為 12 位 。 本設(shè)計(jì)采用西門子公司的 S7200 系列的 PLC 作為本控制系統(tǒng)的核心控制器，所選的 CPU 型號為 CPU226。使用唐 山 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 20 范圍可覆蓋從替代繼電器的簡單控制到復(fù)雜的自動控制，應(yīng)用領(lǐng)域極為廣泛，覆蓋所有與自動檢測、自動化控制有關(guān)的工業(yè)及民用領(lǐng)域。 PLC 按工作周期方式周而復(fù)始地循環(huán)工作，完成對被控對象的控制作用。如果程序的每一條指令執(zhí)行的足夠快，整個(gè)程序的長度有限，使得每執(zhí)行一次程序占用的時(shí)間足夠短，這個(gè)時(shí)間短到足以保證變量條件不變。使用擴(kuò)展接口模板還可對系統(tǒng)中的 I/O模板地址進(jìn)行設(shè)定，從而根據(jù)需要方便地修改硬件地址。 模擬 I/O 接口實(shí)現(xiàn)可編程控制器與 I/O 裝置之間的模擬信號的連接。 (2)存儲器 PLC 的存儲器根據(jù)其在系統(tǒng)中的作用，可以把它們分為以下 3種 : ① 系統(tǒng)程序存儲器 :和各種計(jì)算機(jī)一樣， PLC 也有其固定的監(jiān)控程序、解釋程序，它們決定了 PLC 的功能，稱為系統(tǒng)程序，系統(tǒng)程序存儲器就是用來存放這部分程序的。另外還有獨(dú)立的 I/O 擴(kuò)展單元與主機(jī)配合使用。為了削弱和消除干擾對系統(tǒng)的影響， PLC 采取了很多硬件和軟件措施，以切斷干擾進(jìn)入 PLC 的途徑。梯形圖語言的電路符號和表達(dá)方式與繼電器電路原理圖相當(dāng)接近，只用 PLC的開關(guān)量邏輯控制指令就可以實(shí)現(xiàn)繼電器電路的功能。由于制動電阻的工作不是連續(xù)長期工作，因此其功率可以大大小于通電時(shí)消耗的功率。 按連續(xù)恒負(fù)載運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)所需的變頻器容量 (KVA)的計(jì)算式計(jì)算 : 唐 山 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 15 φcosη≥ MCN kPP (32) 3103≥ MMCN IUkP (33) MCN kII ≥ (34) 式中 :PM—— 負(fù)載所要求的電動機(jī)的軸輸出功率； η —— 電動機(jī)的效率 (通常約 )； cosφ —— 電動機(jī)的功卒因數(shù) (通常約 )； UM—— 電動機(jī)電壓 (V)； IM—— 電動機(jī)電流 (A)，工頻電源時(shí)的電流； k—— 電流波形的修正系