厲國強的畢業(yè)設計

1、 學科代號：080601 學 號：061401010093 貴州師范大學（本科） 畢 業(yè) 論 文 題 目：基于PLC的往復式抓棉機控制設計 學 院：機械與電氣工程學院 專 業(yè)：電氣工程及其自動化 年 級：2006級 姓 名：厲國強 指導老師：鄭小倩（講師） 完成時間：2010年5月2日 目錄摘要.1引言.3第一章抓棉機的工作要求分析.4 1.1抓棉機的機構組成.41.2抓棉機的工作要求.5.1.3抓棉機控制流程.61.4抓棉機的控制方案的比較與選擇.6.第二章 基于PLC的程序設計.82.1 2.2順序功能圖的繪制.82.3 使用置位復位指令的順序控制梯形圖編程.92.4直接利用STEP7軟件

2、生成語句表.11第三章 S7-300的模塊選用.133.1硬件的選擇.133.2軟件設計.143.3編寫控制程序的必備因素.143.4PLC控制系統(tǒng)的優(yōu)勢.153.5 結論. 163.6輸入輸出I/O表.17第四章出現(xiàn)的問題及解決方法.18參考文獻.19致謝辭.20 摘 要 針對多組分不同品種的紗線進行混紡的前紡抓棉設備要求 ,根據(jù)往復式抓棉機自動控制系統(tǒng)的特點和現(xiàn)場工藝要求 ,給出了一種基于可編程序控制器的往復式抓棉機自動控制系統(tǒng) ,編制系統(tǒng)的自動控制過程和程序設計。該系統(tǒng)具備可按照設定工藝對抓棉過程中的小車運行速度、 抓棉層高度、 打手抓棉速度等參數(shù)進行自動協(xié)調控制 ,保證了抓棉質量和設備

3、的穩(wěn)定運行。實踐表明 ,該設計達到基本工藝要求 ,具有一定的應用推廣前景。 可編程控制器 ( PLC)已突破了當初邏輯控制的場合 ,深入到過程控制、 位置控制、 網(wǎng)絡通信等工程領域。它具有極高的可靠性和應用便捷等特點 ,成為當今用途最為廣泛的工業(yè)控制器。將 PLC用于控制抓棉機的運行具有很好的推廣價值。本設計根據(jù)棉紡工藝的需要 ,重點研究 PLC在小車控制系統(tǒng)和軟件設計中的應用。關鍵詞 抓棉機 ；PLC ； 自動控制 ； 軟件設計The Traverse Plucker Control Design Based on PLCDU B i_ hua, Y U Yu, L IN J i2shu(M

4、echanical Department, Chengdu Textile College, Chengdu 611731)Abstract: An automatic control system of traverse plucker based on PLC was introduced according to its requirements for cospinning several group s of different breeds of yarns .Based on features and technical requirements of automatic con

5、trol system of traverse plucker, the design and program of automatic control system were fully explained .This equipment has the functions of setting and displaying parameters, auto controlling the parameters such as the s peed of dolly, height of cotton layer, s peed of gripping cotton and s o on,

6、which ensure the quality of cotton gripping and stable operation of textile machines .Experiments show that the design has met basic technological requirements and has certain market perspective . Key words: plucker ； PLC ；automatic control ； soft ware design 引 言隨著微處理器，計算機和數(shù)字通信技術的飛速發(fā)展，計算機控制已經(jīng)廣泛的應用在所

7、有的工業(yè)領域，現(xiàn)代社會要求制造業(yè)對市場的需求做出迅速的反應，生產(chǎn)出小批量 、多品種、多規(guī)格、低成本和高質量的產(chǎn)品。為了滿足這一要求，生茶設備和自動生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)必須具有極高的可靠性和靈活性?？删幊绦蚩刂破髡琼槕@一要求出現(xiàn)的，它是以微處理為基礎的通用工業(yè)控制裝置。 PLC它的應用面廣、功能強大、使用方便，已經(jīng)成為當代工業(yè)自動化的支柱之一。它已經(jīng)廣泛地應用在各種機械設備和生產(chǎn)過程的自動控制系統(tǒng)中，可編程序控制器在其他的民用和家庭自動化的應用也得到了迅速的發(fā)展。紡織是關系到民生的基礎性生產(chǎn)行業(yè)，紡織系統(tǒng)的設備也已經(jīng)隨著科學技術的發(fā)展，經(jīng)歷了一此次的更新?lián)Q代，使得生產(chǎn)效率大大的提高，工藝更加的先

8、進，衣料中的棉紡因為它的特點一直深受人們的喜愛，抓棉機主要由機械抓手，內部電機傳動裝置，升降系統(tǒng)等構成，其實與電機控制系統(tǒng)的聯(lián)系緊密。對于它的改進可以結合電氣控制技術和可編程序控制器技術，進行深入探討研究，這種對生產(chǎn)裝置的改進方法在其他的行業(yè)中也具有借鑒意義，值得我們學習。 第一章 抓棉機的工作要求分析1.1抓棉機的結構組成一 抓棉機全局二 抓棉機主要機械手三 抓棉打手1.2抓棉機的工作要求多組分紗線混紡必須達到:均勻的混和 ,精確的混紡比 ,高度的適紡性、 靈活性 ,長期穩(wěn)定的質量瞬時混和是多組分纖維均勻混和的基礎。抓棉機作為開清棉(注1)的第一道工序 ,其主要作用是對原棉和纖維進行抓取和開

9、松 ,以便在清梳流程中使原料得以充分混和、 使纖維在生條(注2)中線密度均勻 ,從而生產(chǎn)出優(yōu)質的產(chǎn)品。它主要有旋轉式和往復式兩種 ,前者已趨于淘汰 ,后者型號較老的往復式抓棉機其抓棉動作簡單、 抓棉不均勻、 對環(huán)境變化的識別能力差 ,也不適應新工藝的要求。研究發(fā)現(xiàn) ,對抓棉機的控制系統(tǒng)進行改進就能滿足新工藝的要求。為此 ,對抓棉機的控制系統(tǒng)提出新要求: ( 1)它能夠抓取各種等級的原棉和化纖。間歇下降的抓棉打手隨小車作往復運動 ,對棉包進行順序抓取; ( 2)抓棉機與棉包之間具有相對平面往復運動 ,以適應多包混棉的需要; ( 3)抓棉機每抓棉完成一個行程 ,抓棉機的抓棉臂按給定的抓棉深度下降一

10、個行程;再返回繼續(xù)抓棉 ,且抓棉層高可調; ( 4)抓棉過程中抓棉打手和羅拉（注3）聯(lián)動依靠羅拉壓住棉包 ,打手刀片旋轉開松（注4）和抓取棉堆 ,保證抓取均勻; (5)具有自動識別和復位功能 ,即一批棉包被抓完后 ,抓棉機及抓棉臂應能迅速識別并復位; (6)有一系列安全保護措施 ,如當出現(xiàn)機器往復運動和抓棉臂的升降均不能運動到行程之外、 有人在抓棉工作范圍之內、 機器門被打開、 棉包抓完之后等等情況都有相應的應急保護措施; (7)具有手動和自動控制抓棉功能。1.2.1文中部分名詞解釋及其圖解注1：開清棉工序的任務將原棉或各種短纖維加工成紗需經(jīng)過一系列紡紗過程，開清棉工序是紡紗工藝過程的第一道工

11、序。本工序的開清聯(lián)合機完成下列任務：1、開松 將棉包中壓緊的塊狀纖維開松成小棉塊或小棉束。2、除雜 去除原棉中50%60%的雜質。3、混和 將各種原料按配棉比例充分混和。4、成卷 制成一定重量、一定長度且均勻的棉卷，供下道工序使用。當采用清梳聯(lián)時，則輸出棉流到梳棉工序各臺梳棉機的儲棉箱中。二、開清棉機械的組成為完成開松、除雜、混和、均勻成卷四大作用，開清棉聯(lián)合機由各種作用的單機組合成，按作用特點一般分為四類機械。注2：經(jīng)梳棉機制成的棉條.其中纖維大多彎曲,不夠伸直注3： 英文：roller音譯。即“輥”，紡織機上用來拉緊紗線的機件注4：開松作用是抓棉打手在抓棉過程中產(chǎn)生 1.3抓棉機控制流程抓

12、棉機的控制流程必須考慮以下幾種因素: (1)本控制有個手動自動的切換問題。即手動自動的選擇要根據(jù)現(xiàn)場工藝和用戶調試的需要 ,手動控制主要用在機器試車和檢修的情況。自動控制用于生產(chǎn)流水線工序 ,若前級機臺發(fā)出要棉信號 ,抓棉機從起點自動往復運行抓棉程序。(2)在抓棉過程中 ,抓棉打手抓棉最低點的瞬時速度方向與抓棉機運行的速度方向始終相反。以利于棉堆的開松和抓取。這就要求打手的轉向和抓棉機的方向匹配。(3)抓棉機每走完一個單行程 ,進行一次換向。同時 ,抓棉機運行方向每換向一次 ,抓棉臂下降一定距離 ,經(jīng)反復實踐和實驗驗證 ,抓棉層厚度在 3 - 5mm對開松和混合效果較為理想。因此 下降高度根據(jù)

13、時間設置選擇為 3 -5mm范圍內。 ( 4)打手抓棉時 ,在其他條件不變的情況下 ,單位時間抓取的棉量一定 ,如果打手轉速越高 ,一定量的棉層受到打手刀片打擊的次數(shù)越多 ,因此 ,抓取分解的棉束重量越小 ,開松較好，然而 ,由于刀片的打擊作用 ,造成纖維損傷 ,此時也就越多;反之 ,打手轉速越低 ,抓取棉束的重量越大 ,開松效果較差 ,纖維損傷較少。經(jīng)試驗對比可用兩擋速度進行選擇 ,這要求打手有兩檔速度可供選擇。(5)當一批棉包抓完時 ,打手停機 ,抓棉臂上升復位 ,重新放置新的棉包。根據(jù)以上要求 ,做出抓棉機工藝流程圖：1.4抓棉機控制方案的比較與選擇 第二章 基于PLC的程序設計2.1

14、Step7是S7-300系列的編程軟件。梯形圖、語句表和功能塊圖是標準的step7軟件中的三種基本編程語言，這三種語言可以在軟件中相互轉化。 順序控制法是一種先進的設計方法，很容易被初學者接受，只要正確的描繪出系統(tǒng)工作過程的順序功能圖，一般都可以做到調試程序時一次成功。 所謂順序控制，就是按照生產(chǎn)工藝預先規(guī)定的順序，在各個輸入信號的作用下，根據(jù)內部狀態(tài)和時間的順序，在生產(chǎn)過程中各個執(zhí)行機構自動地有序的進行操作。所有順序控制設計時首先根據(jù)系統(tǒng)的工序過程，畫出順序功能圖（sequential function chart），然后根據(jù)順序功能圖畫出梯形圖。2.2 順序功能圖的繪制根據(jù)系統(tǒng)流程圖和流程

15、文字說明首先繪制順序功能圖 I0.8（到達右端安全區(qū)）Q4.3Q4.4M0.0M0.6Q4.0M0.1Q4.1M0.2Q4.2M0.3M0.4M0.5 I0.1（自動按鈕） 前進 I0.2（到達堆區(qū)） 打手下降 I0.3(下降到位)Q4.5M0.7 工進 I0.4(到達左端) 打手下降 I0.5(下降到位) I0.7(棉堆運完) 反向工進 I0.6(到達左端)I0.72.3 使用置位復位指令的順序控制梯形圖編程 2.4直接利用STEP7軟件生成語句表A( A M 0.7 A I 1.0 O M 0.0 ) AN M 0.1 = M 0.0 A( A M 0.0 A I 0.1 O M 0.1

16、) AN M 0.2 = M 0.1 = Q 4.0 = Q 4.6A( A M 0.1 A I 0.2 O M 0.2 ) AN I 0.3 = M 0.2 = Q 4.1 = Q 4.6 A( A M 0.2 A I 0.3 O M 0.3 ) AN I 0.4 = M 0.3 = Q 4.0 = Q 4.6A( A M 0.3 A I 0.4 O M 0.4 ) AN I 0.5 = M 0.4 = Q 4.3 = Q 4.6A( A M 0.4 A I 0.5 O M 0.5 ) AN I 0.6 = M 0.5 = Q 4.4 = Q 4.6A M 0.5 A I 0.6 O M 0

17、.6 = M 0.6 = Q 4.6A( A M 0.6 AN I 0.7 O M 0.2 ) AN M 0.3 = M 0.2 = Q 4.1 = Q 4.6A( A M 0.6 A I 0.7 O M 0.7 ) AN M 0.0 = M 0.7 = Q 4.5 = Q 4.6第三章 S7-300的模塊選用 3.1硬件的選擇根據(jù)工藝控制條件及抓棉機的 I/O輸入輸出表 ,對 I/0點數(shù) (數(shù)字輸入 /輸出量、 模擬輸入 /輸出量 )進行準確的統(tǒng)計 ,需要約 40個 I/0點數(shù) ,并在統(tǒng)計數(shù)據(jù)基礎上再增加10 %30 %的余量來確定 I/0總點數(shù)。其優(yōu)點是: (1)可以彌補統(tǒng)計過程中遺漏的點

18、數(shù); ( 2 )保證系統(tǒng)投入運行后 ,某些點故障時 ,能夠替換; (3)預備將來可能增加的點數(shù)需求。因此總的設計點數(shù)大約為 50多個。配備輸入輸出模塊由于采用多個接近開關檢測小車位置 ,這直接要求控制器具有較強的開關量處理能力 ,必須配備模擬量 I/O模塊 ,同時要求該控制器配備數(shù)字量 I/O模塊。根據(jù)以上要求 ,本方案用S7-300 PS307電源模塊，為CPU提供 DC24V電源。PS307還有一些端子可以為信號塊提供24V電源，因此完全能夠滿足本工藝的控制要求并且極大的節(jié)約了控制成本。CPU選擇標準型CPU312處理能力強，便于以后升級。3.2軟件設計根據(jù)抓棉機的工作流程可知 ,其工作過

19、程是典型的順序控制 ,控制程序分為手動控制和自動控制 ,其中手動控制主要用于設備的調試和檢修 ,正常生產(chǎn)是運行在自動控制狀態(tài)。為避免誤操作 ,在編程時尤其要注意聯(lián)鎖保護。順序控制要求對那些按動作的先后順序進行控制 ,根據(jù)工作流程圖及 I/O輸出表 ,軟件程序設計能很清楚地表示各個動作點的功能、 點與點之間的轉換順序及其轉換條件。3.3編寫控制程序的必備因素)在小車正、 反轉電路中 ,除了用軟件處理外 ,在 PLC的輸出回路中接人硬件互鎖 ,從而形成雙互鎖控制。3.3.2) 抓棉機沿軌道運行必須到位 ,到位時用接近開關控制 ,防止突然沖擊行程擋塊。使操作一目了然 ,安裝指示燈。為防止意外發(fā)生 ,

20、在左右、 上下的極限位置再加裝急停擋塊。3.33) 該控制系統(tǒng)中所有輸入信號的觸點都采用常開觸點接法。特別是對如系統(tǒng)停止、 原位停止及熱繼電器這類傳統(tǒng)上采用常閉觸點接法的觸點 ,也采用常開觸點接法 ,主要是為了使梯形圖程序與繼電器控制系統(tǒng)電路圖一致 ,便于對程序的閱讀理解。程序中還用了很多中間繼電器作為中間狀態(tài)的記憶或過渡。3.4PLC控制系統(tǒng)的優(yōu)勢由于 PLC自動控制的靈活性 ,只要在使用過程中有因工藝改變的控制要求時 ,只需要在現(xiàn)場改變某些工藝參數(shù) ,改變動作順序 ,增加系統(tǒng)功能 ,在不改動接線或改動很少的情況下 ,通過程序的改變來滿足不同的控制求 ,大大節(jié)省了安裝調試時間 ,提高了效率。

21、采用 PLC設計系統(tǒng) ,可以縮短設計周期 ,安裝調試十分方便。特別是程序部分 可事先在實驗室調試好 ,現(xiàn)場只要把事先調試好的程序輸入 PLC,在工藝條件滿足的情況下 ,設備即可投入運行。該控制系統(tǒng)針對棉紡企業(yè)的生產(chǎn)實際 ,操作簡單、 維護方便 ,運行穩(wěn)定 ,具有相當?shù)耐茝V價值。3.5 結論本程序通過實際調試 ,使用效果良好。采用 PLC設計系統(tǒng) ,可以縮短設計周期 ,安裝調試十分方便 ,提高了效率?？刂葡到y(tǒng)針對棉紡企業(yè)的生產(chǎn)實際 ,操作簡單、 維護方便 ,運行穩(wěn)定 ,具有相當?shù)耐茝V價值。 3.6輸入輸出I/O表I0.1 自動運行開關 自動運行I0.2 限位開關 按工作原理屬于超聲波型 到達棉堆

22、時發(fā)出指令I0.3 限位開關 當打手下降到棉堆上方時 發(fā)出指令I0.4 左限位開關 當抓棉機在軌道上移動到棉堆最左端時發(fā)出停止指令I0.5 限位開關 打手下降到位I0.6 限位開關 到達棉堆的最右端I0.7 限位開關 到達安全區(qū)等待下次運行Q4.0 KM1 快速向左前進Q4.1 KM2 打手下降Q4.2 KM3 工進Q4.3 KM2 打手下降Q4.4 KM4 反向共進Q4.5 KM5 反向快速前進 參考文獻1段剛. PLC與變頻器應用技術項目教程(西門子). 北京: 機械工業(yè)出版社, 2008.2宋伯生.PLC編程實用指南. 北京: 機械工業(yè)出版社,2007.3 宋伯生.陳東旭：PLC應用及實驗教程 北京: 機械工業(yè)出版社 2006-09.4 廖常初.S7-300/400 PLC應用技術(第2版) 北京: 機械工業(yè)出版社 2008-06.5 陳振翼.電氣傳動控制系統(tǒng)(高等紡織院校教材) . 北京: 中國紡織出版社2006-1