溢流染色機(jī)機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)

濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)PAGE25-1前言1.1課題背景及意義1.1.1染色工藝紡織品染整加工的工序一般流程為：前處理、退漿、煮練、漂白、絲光、染色、印花和后處理等加工工序。其中染色工藝是染整過程中的重要工藝之一，關(guān)乎紡織品的品質(zhì)，占有重要的地位。織物的染色過程，即染液中染料向浸入其中的織物擴(kuò)散并逐漸被其纖維吸收，最終使織物形成所要求顏色的過程。具體的講織物染色的整個過程是要求執(zhí)行一條按溫度與時間變化的特定工藝曲線，在工藝曲線中既要求多段不同速率的升溫、降溫及保溫的溫度控制過程，又包括進(jìn)水、配料、加料、排水、洗滌等輔助工序組成的斷續(xù)控制過程，并且不同織物及不同浴比對應(yīng)不同的工藝曲線。在染色過程中，工作溫度、輔助工序等必須精確地按照工藝曲線實(shí)施才能達(dá)到預(yù)期的染色效果，保證織物染色品質(zhì)。1.1.2染色設(shè)備染色設(shè)備種類很多，分類方式也有很多，其中按被染織物的種類不同可分為纖維染色機(jī)、紗線染色機(jī)和織物染色機(jī)；按染色方法不同分為浸染染色機(jī)、卷染染色機(jī)、軋染染色機(jī)和軋卷染色機(jī)；按運(yùn)轉(zhuǎn)形式不同分為間歇式染色機(jī)、連續(xù)式染色機(jī)和半連續(xù)染色機(jī)。另外根據(jù)被染織物在染色機(jī)內(nèi)染色過程中的形態(tài)不同又可分為繩狀染色和平幅染色兩種形式。本課題的研究對象是常溫常壓溢流染色機(jī)，屬于間歇式染色機(jī)，其加工對象為成繩狀織物。1.1.3染色控制目前染色機(jī)的控制系統(tǒng)主要是單機(jī)控制，多采用儀表加繼電器的控制結(jié)構(gòu)，但這種系統(tǒng)的穩(wěn)定性差、人為主觀因素大、染色成品率低、產(chǎn)品質(zhì)量差、系統(tǒng)運(yùn)行和維護(hù)的成本高，并且難以實(shí)現(xiàn)設(shè)備之間以及設(shè)備與外界之間的信息交換。還有很多染色機(jī)采用單片機(jī)控制，雖然對上述缺點(diǎn)有所改善，但它們大部分是采用低端單片機(jī)控制的，運(yùn)算能力差，計(jì)算速度慢，內(nèi)存容量有限，而且控制精度和實(shí)時性差。當(dāng)然還有一些先進(jìn)的染色廠采用DCS（分布式控制系統(tǒng)）控制，但由于DCS采用封閉式通信網(wǎng)絡(luò)，導(dǎo)致DCS系統(tǒng)的開放性不夠，給系統(tǒng)的維護(hù)和升級帶來不便，而且DCS成本居高不下。為了圓滿解決以上問題，本次課題研究采用PLC構(gòu)成染色機(jī)機(jī)電控制系統(tǒng)，使其能既滿足控制要求與精度的前提下，同時又兼顧染色產(chǎn)品的質(zhì)量、降低運(yùn)營和維護(hù)成本，保證便捷的現(xiàn)場操作，滿足現(xiàn)代化大生產(chǎn)要求。1.2國內(nèi)外研究發(fā)展現(xiàn)狀1967年第一臺噴射溢流染色機(jī)在瑞士巴薩爾第五屆國際機(jī)械紡織展覽會上展出。自此以后染色設(shè)備不斷發(fā)展進(jìn)步，制造水平和使用性都有很大的進(jìn)步，其控制系統(tǒng)也是不斷改善，趨于體積小巧化，功能完善化，操作智能化。但在80年代,染色機(jī)大部分采用儀表加繼電器的控制結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)的穩(wěn)定性差，對染液溫度采用簡單的溫控器控制，難以保證溫控精度，而噴嘴壓力是用手動閥門來調(diào)節(jié)，提布輥的轉(zhuǎn)速采用滑差電機(jī)或機(jī)械式無級調(diào)速器進(jìn)行調(diào)速，這種控制方式人為主觀因素大，能耗高，機(jī)械磨損嚴(yán)重，染色成品率低，產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定，而且系統(tǒng)運(yùn)行和維護(hù)的成本高。90年代后，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)廣泛應(yīng)用，染色機(jī)的發(fā)展很快。壓力控制，溫度控制，染料的配置和供給，均采用計(jì)算機(jī)控制，并有指示、報(bào)警等多項(xiàng)功能，有的還采用了群控，機(jī)電一體化程度很高。例如意大利的ILIdA公司的溢流型噴射染色機(jī)配有布速電子檢測裝置，溢流型織物的加速驅(qū)動裝置，從而使織物上色均勻，獲得良好的外觀和手感。德國第斯(Thies)高溫高壓染色機(jī)的液壓泵、提布輥均為交流變頻調(diào)速傳動，其中還設(shè)有全自動加料系統(tǒng)，布匹縫頭測量系統(tǒng)，自動加水、進(jìn)氣、染液溫度控制等裝置，生產(chǎn)全過程的工藝參數(shù)和操作程序均由T37型計(jì)算機(jī)控制和顯示，并且根據(jù)染色加工織物的不同，可以預(yù)設(shè)工藝。國外其他知名的染色機(jī)制造廠家還有意大利伊特斯(INTES)公司和德國騰(THEN)機(jī)械有限公司等，其產(chǎn)品各有特點(diǎn)，控制核心多為單板機(jī)或單片機(jī)。為趕上國際先進(jìn)水平，提高染色質(zhì)量，國內(nèi)紡織行業(yè)也積極進(jìn)行了技術(shù)改造和產(chǎn)品開發(fā)。最具代表性的是上海印染機(jī)械廠與香港宏信、立信公司合作生產(chǎn)帶有PLC的筒子染色機(jī)和射流染色機(jī)，可根據(jù)染色工藝的要求追蹤升溫、保溫、降溫曲線進(jìn)行自動控制。還可進(jìn)行工藝操作控制，如進(jìn)水液位到時關(guān)泵、啟動循環(huán)泵，加工結(jié)束待溫度降到一定值后自動排液等，并設(shè)有自動報(bào)警。另外還有一些地方老字號紡織機(jī)械廠也積極研制新品染色機(jī)，相繼開發(fā)出了一些適應(yīng)小批量、多品種、低張力、小浴比的染色機(jī)，如邵陽紡織廠生產(chǎn)的高溫高壓噴射染色機(jī)、浙江印染機(jī)械制造公司生產(chǎn)的常溫常壓染色機(jī)、南通紡機(jī)廠生產(chǎn)的小批量連續(xù)軋染機(jī)等。然而國內(nèi)染色機(jī)與國外相比仍有較大差距，主要表現(xiàn)在設(shè)備的功能和適應(yīng)性較差，工藝技術(shù)水平不高。計(jì)算機(jī)在染色機(jī)上應(yīng)用還處在起步階段，不少項(xiàng)目是在老設(shè)備上進(jìn)行技術(shù)改造，沒有形成批量生產(chǎn)能力。目前國內(nèi)大部分染整廠使用香港、臺灣、意大利等國十年前生產(chǎn)的染色機(jī)。近年來，染整企業(yè)新增的高檔染色機(jī)多半依賴進(jìn)口，價格昂貴?？v觀國內(nèi)外染色機(jī)的發(fā)展?fàn)顩r，可以概括為：計(jì)算機(jī)技術(shù)已普遍應(yīng)用、染色工藝智能化程度不斷提高、機(jī)電一體化已經(jīng)取得很大的發(fā)展、設(shè)備運(yùn)行高速高效、產(chǎn)品成品率和質(zhì)量顯著提升、單位能耗不斷下降。染色機(jī)控制系統(tǒng)正向簡單化、智能化、集成化、高可靠性、高性價比、易于擴(kuò)展和通信方向發(fā)展。1.3設(shè)計(jì)內(nèi)容1.3.1溢流染色機(jī)工作原理圖1.1溢流染色機(jī)工作原理示意圖如上圖所示，溢流染色機(jī)運(yùn)用溢流原理，即由主泵電機(jī)驅(qū)動循環(huán)泵，從而帶動集水槽底部的染液，使其經(jīng)過熱交換器作用后，通過噴頭噴進(jìn)布置于染槽中的溢流裝置內(nèi)，然后順著溢流管由上往下流入集水槽。織物在溢流裝置中流動的染液的帶動下和從噴頭噴出的染液的沖力的共同作用下，順著溢流管進(jìn)入儲布槽內(nèi)，浸沒在儲布槽中的織物在提布輥的作用下自下而上隨著提布輥的轉(zhuǎn)動移動到溢流管口，如此循環(huán)運(yùn)行，達(dá)到染色的目的。1.3.2溢流染色機(jī)機(jī)電控制內(nèi)容本課題是在分析溢流染色機(jī)結(jié)構(gòu)和工業(yè)控制要求的基礎(chǔ)上，提出基于PLC的染色機(jī)控制系統(tǒng)。本控制系統(tǒng)主要是通過PLC實(shí)現(xiàn)對染色機(jī)染色過程的溫度控制、進(jìn)水控制、排水控制、溢流控制、染液循環(huán)控制、主泵電機(jī)控制、提布電機(jī)控制、噴嘴控制等多個控制來實(shí)現(xiàn)染色工藝要求，使染液溫度按染色工藝溫度曲線變化，從而保證染色的效率和質(zhì)量。1.3.3溢流染色機(jī)機(jī)電控制要求溢流染色機(jī)系統(tǒng)的主要技術(shù)指標(biāo):測溫溫度:常溫～145℃測溫精度:0.1℃噴嘴壓力:0～0.08MPa；浴比:1：3～1：9；提布速度:0～350m/min；具有停電保護(hù)功能,并根據(jù)染色工藝要求,設(shè)有聲光提示報(bào)警。2機(jī)械部分設(shè)計(jì)2.1機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)本課題所設(shè)計(jì)的溢流染色機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)主要由車體、提布輥、噴嘴、J型儲布槽、集水槽、掉布自停機(jī)構(gòu)、、橫擺布機(jī)構(gòu)、縱擺布機(jī)構(gòu)等構(gòu)成。（如圖2.1所示）圖2.1溢流染色機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)布置簡圖如上圖所示的染色機(jī)結(jié)構(gòu)布置，染缸中的染液在主循環(huán)泵的作用下，通過循環(huán)系統(tǒng)（包括循環(huán)過濾裝置、熱交換器等）進(jìn)入噴嘴，織物有提布羅拉帶動從入口處進(jìn)入噴嘴，在噴嘴內(nèi)，織物受到噴孔處噴射出來的染液沖擊力和自身重力共同作用后（與此同時染液被織物所吸收），進(jìn)入噴嘴彎管，實(shí)現(xiàn)織物與染液交換，然后織物進(jìn)入橫擺布機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)織物和大部分染液的分離，接著織物通過縱擺布機(jī)構(gòu)，以左右蛇形，上下漸層的形態(tài)堆積在J型儲布槽內(nèi)（其中橫擺布機(jī)構(gòu)的左右擺動，實(shí)現(xiàn)了織物左右方向的展開。縱擺布機(jī)構(gòu)的前后擺動，實(shí)現(xiàn)織物上下方向的堆疊。）最后提布輥將織物從J型集布槽提升到噴嘴上方，至此一個織物染色循環(huán)完成。而染液從橫擺布機(jī)構(gòu)中的孔回流到集水槽，然后經(jīng)主循環(huán)泵提升，循環(huán)流動，實(shí)現(xiàn)染液的循環(huán)染色。2.2橫擺布機(jī)構(gòu)橫擺布機(jī)構(gòu)由氣缸擺臂、擺布斗、擺布?xì)飧住⑤S承座等機(jī)構(gòu)組成，且橫擺布機(jī)構(gòu)的擺動角度取決于縱擺布斗的入口大小。本課題所設(shè)計(jì)的溢流染色機(jī)有四個提布輥，即要考慮各個橫擺布斗的連接和聯(lián)動問題，為了解決這一問題，首先簡化擺布機(jī)構(gòu)，由機(jī)械原理知識知道機(jī)構(gòu)有確定運(yùn)動的條件：機(jī)構(gòu)的原動件的數(shù)目應(yīng)等于機(jī)構(gòu)的自由度的數(shù)目，接著設(shè)計(jì)合理結(jié)構(gòu)并是其滿足自由度要求。自由度計(jì)算參考公式：上式中n指該平面機(jī)構(gòu)中共有n個活動構(gòu)件組成（機(jī)架不是活動構(gòu)件），Pl指該平面機(jī)構(gòu)共有Pl個低副，Ph指該平面機(jī)構(gòu)共有Ph個高副。經(jīng)過篩選后，最優(yōu)的簡化后橫擺布機(jī)構(gòu)簡圖如下所示：圖2.2橫擺布機(jī)構(gòu)構(gòu)件簡圖由自由度計(jì)算公式可知，上述機(jī)構(gòu)的自由度F：F=3n-(2Pl+Ph)=3×9-（2×13+0）=1其中，G、I處為復(fù)合鉸鏈，桿1為主動件。故根據(jù)機(jī)構(gòu)簡圖設(shè)計(jì)的橫擺布機(jī)構(gòu)布置圖如下圖所示，其不僅滿足確定運(yùn)動所需自由度要求，而且布置所需空間較小，符合機(jī)器要求。圖2.3橫擺布結(jié)構(gòu)布置簡圖2.3縱擺布機(jī)構(gòu)縱擺布機(jī)構(gòu)有擺臂、縱擺布斗、氣缸擺臂、擺臂氣缸等結(jié)構(gòu)組成。且縱擺布機(jī)構(gòu)的擺動角度取決于J型儲布槽入口的大小。在參考其他已經(jīng)成熟的溢流染色機(jī)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，可以得出本課題溢流染色機(jī)縱擺布機(jī)構(gòu)的最優(yōu)設(shè)計(jì)，如下圖所示：圖2.4縱擺布機(jī)構(gòu)布置簡圖3電氣控制設(shè)計(jì)3.1染色機(jī)控制流程設(shè)計(jì)本課題的控制系統(tǒng)主要是通過PLC實(shí)現(xiàn)對染色機(jī)染色過程的溫度控制、進(jìn)水控制、排水控制、溢流控制、染液循環(huán)控制、主泵電機(jī)控制、提布電機(jī)控制、噴嘴控制等多個控制來實(shí)現(xiàn)染色工藝要求，使染液溫度按染色工藝溫度曲線變化，從而保證染色的效率和質(zhì)量。根據(jù)上述控制要求，可以設(shè)計(jì)出染色機(jī)的控制流程圖。人機(jī)交換界面人機(jī)交換界面PLC變頻器電機(jī)電機(jī)泵圖3.1染色機(jī)控制流程圖3.2系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)根據(jù)上述染色機(jī)的控制流程圖，可以設(shè)計(jì)出控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖，它能直觀清楚地表達(dá)出染色機(jī)控制系統(tǒng)中各個硬件之間的聯(lián)系。通過硬件結(jié)構(gòu)圖可以熟悉各部件關(guān)系，為控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)打好基礎(chǔ)。按鈕開關(guān)按鈕開關(guān)壓力檢測變頻器1按鈕開關(guān)安全檢測布縫檢測溫度檢測液位檢測PLC循環(huán)泵驅(qū)動電機(jī)變頻器2電/氣轉(zhuǎn)換提布電機(jī)工作狀態(tài)指示及報(bào)警電磁閥調(diào)節(jié)閥截止閥圖3.2染色機(jī)控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖3.3系統(tǒng)主回路設(shè)計(jì)根據(jù)上述染色機(jī)控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖，結(jié)合相關(guān)成熟的溢流染色機(jī)電氣設(shè)計(jì)可以設(shè)計(jì)出本次課題的染色機(jī)電氣控制的主回路，如下圖2.7所示。圖3.3染色機(jī)控制系統(tǒng)主回路電路圖3.4部分電氣元件選型3.4.1PLC選擇根據(jù)染色機(jī)電氣控制的主回路電路圖，在參考其他成熟設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上并結(jié)合實(shí)際染色工藝控制需要可以設(shè)計(jì)出PLC的輸入輸出點(diǎn)數(shù)分配，如下表所示。表3.1PLC輸入點(diǎn)分配表序號功能輸入分配序號功能輸入分配1循環(huán)泵電機(jī)過載X00016消音X0272提布輥電機(jī)過載X00117提布輥停止X0203提布輥電機(jī)正轉(zhuǎn)X00218提布輥點(diǎn)動X0214提布輥電機(jī)反轉(zhuǎn)X00319料缸入水X0225出布X00420料缸排水X0236噴淋X00521回流X0247攪拌X00622應(yīng)答X0258溫度檢測X00723直排X0269加熱X01024注料X02710冷卻X01125橫擺布X03011入水X01226縱擺布X03112排水X01327堵布X03213主泵起/停X01428泵頻控制X03314自動/手動X01529報(bào)警復(fù)位X03415急停X01630照明X035表3.2PLC輸出點(diǎn)分配表序號功能輸入分配序號功能輸入分配1循環(huán)泵變頻器Y00012料缸排水閥Y0132循環(huán)泵變頻器Y00113攪拌電機(jī)Y0143提布輥正轉(zhuǎn)Y00214出布電機(jī)Y0154提布輥反轉(zhuǎn)Y00315噴淋電機(jī)Y0165加熱閥Y00416橫擺布Y0176出冷凝水閥Y00517縱擺布Y0207冷卻閥Y00618變頻器報(bào)警復(fù)位Y0218出冷卻水閥Y00719掉布指示Y0229直排閥Y01020操作指示Y02310回流閥Y01121故障Y02411料缸進(jìn)水閥Y01222排風(fēng)扇Y025根據(jù)上述PLC的輸入輸出點(diǎn)數(shù)分配表得知，本課題所需要的PLC至少得有30個輸入點(diǎn)和22個輸出點(diǎn)，但根據(jù)PLC設(shè)計(jì)習(xí)慣，I/O點(diǎn)數(shù)的確定要按照實(shí)際所需點(diǎn)數(shù)再加20％～30％的備用量，以滿足實(shí)際生產(chǎn)的各種要求。加上考慮到實(shí)際生產(chǎn)現(xiàn)場染色機(jī)一般處于間歇工作或24小時連續(xù)工作的狀態(tài)，處在酸、堿、水、蒸汽和高溫等惡劣環(huán)境中，因此對控制系統(tǒng)的抗干擾能力、可靠性要求非常高。故本次課題溢流染色機(jī)控制系統(tǒng)的PLC采用日本三菱公司的FX1N-60MR型號的PLC，該型號PLC共有60個輸入輸出點(diǎn)，其中輸入點(diǎn)有36個，輸出點(diǎn)有24個，滿足課題染色機(jī)控制需要。而且FX1N系列PLC具有以下優(yōu)點(diǎn)：集成型高性價比、機(jī)身小巧，高速運(yùn)算、安心、寬裕的存儲器規(guī)格、豐富的軟元件范圍、面向海外的產(chǎn)品適合各種安全規(guī)格。它是功能很強(qiáng)大的微PLC，可擴(kuò)展到多達(dá)128個I/O點(diǎn)，并且能增加特殊功能模塊或擴(kuò)展板。通信和數(shù)據(jù)鏈接功能選項(xiàng)使得FX1N在體積、通信和特殊功能模塊和能源控制等重要的應(yīng)用方面非常完美。定位和脈沖輸出功能一個PLC單元中每相能同時輸出2點(diǎn)100KHz脈沖。PLC配備有7條特殊的定位指令，包括零返回、絕對或相對地址表達(dá)方式及特殊脈沖輸出控制。通過擴(kuò)展板或顯示模塊升級系統(tǒng)可以使用擴(kuò)展板增加通信功能，如RS-232、RS-422、RS-485或增加模擬電位器。顯示模塊能監(jiān)控/編輯定時器、計(jì)數(shù)器和數(shù)據(jù)寄存器并能和擴(kuò)展板連接。網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)通信功能通過連接擴(kuò)展板或特殊適配器能實(shí)現(xiàn)多種通信和數(shù)據(jù)鏈接。選定好日本三菱公司的FX1N-60MR型號的PLC后，根據(jù)課題控制要求和之前完成的輸入輸出點(diǎn)功能分配表就可作出PLC的輸入輸出電路圖如下圖所示。圖3.4PLC輸入電路圖圖3.5PLC輸出電路圖3.4.2變頻電機(jī)選擇由機(jī)電傳動控制原理知道，實(shí)際生產(chǎn)中異步電機(jī)的調(diào)速方式主要有：改變電機(jī)的極對數(shù)P調(diào)速、改變電機(jī)的轉(zhuǎn)差率S調(diào)速和改變電機(jī)的頻率f調(diào)速。但改變電機(jī)的極對數(shù)P的調(diào)速方式屬于有級調(diào)速，級差較大，，具有較硬的機(jī)械特性；改變電機(jī)的轉(zhuǎn)差率S的調(diào)速方式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，有一定的應(yīng)用場合，具體是通過串極調(diào)速、轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速來實(shí)現(xiàn)調(diào)速；而改變電機(jī)的頻率f調(diào)速，調(diào)速過程中沒有附加損耗，應(yīng)用廣，可用于籠型異步電動機(jī)，調(diào)速范圍大，機(jī)械特性硬，適用于要求精度高、調(diào)速性能較好場合。考慮本課題控制要求，故選用變頻調(diào)速方式來調(diào)節(jié)循環(huán)泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速。變頻電機(jī)優(yōu)點(diǎn)：具備有啟動功能、采用電磁設(shè)計(jì)，減少了定子和轉(zhuǎn)子的阻值、適應(yīng)不同工況條件下的頻繁變速、在一定程度上具有節(jié)能特性。而且變頻電動機(jī)具有如下特點(diǎn)：B級溫升設(shè)計(jì)，F(xiàn)級絕緣制造；采用高分子絕緣材料及真空壓力浸漆制造工藝以及采用特殊的絕緣結(jié)構(gòu)，使電氣繞組采用絕緣耐壓及機(jī)械強(qiáng)度有很大提高，足以勝任馬達(dá)之高速運(yùn)轉(zhuǎn)及抵抗變頻器高頻電流沖擊以及電壓對絕緣之破壞；平衡質(zhì)量高，震動等級為R級（降振級）機(jī)械零部件加工精度高，并采用專用高精度進(jìn)口軸承，可以高速運(yùn)轉(zhuǎn)；強(qiáng)制通風(fēng)散熱系統(tǒng)，全部采用進(jìn)口軸流風(fēng)機(jī)超靜音、高壽命，強(qiáng)勁風(fēng)力；保障馬達(dá)在任何轉(zhuǎn)速下，得到有效散熱，可實(shí)現(xiàn)高速或低速長期運(yùn)行。經(jīng)AMCAD軟件設(shè)計(jì)的YP系列電機(jī)，與傳統(tǒng)變頻電機(jī)相比較，具備更寬廣的調(diào)速范圍和更高的設(shè)計(jì)質(zhì)量，經(jīng)特殊的磁場設(shè)計(jì)，進(jìn)一步抑制高次諧波磁場，以滿足寬頻、節(jié)能和低噪音的設(shè)計(jì)指標(biāo)；具有寬范圍恒轉(zhuǎn)矩與功率調(diào)速特性，調(diào)速平穩(wěn)，無轉(zhuǎn)矩脈動；與各類變頻器均具有良好的參數(shù)匹配，配合矢量控制，可實(shí)現(xiàn)零轉(zhuǎn)速全轉(zhuǎn)矩、低頻大力矩與高精度轉(zhuǎn)速控制、位置控制及快速動態(tài)響應(yīng)控制；YP系列變頻專用電機(jī)可配制剎車器，編碼器供貨，這樣即可獲得精準(zhǔn)停車，和通過轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制實(shí)現(xiàn)高精度速度控制；采用“微電機(jī)+變頻專用電機(jī)+編碼器+變頻器”實(shí)現(xiàn)超低速無級調(diào)速的精準(zhǔn)控制；YP系列變頻專用電機(jī)通用性好，其安裝尺寸符合IEC標(biāo)準(zhǔn)，與一般標(biāo)準(zhǔn)型電機(jī)具備可互換性。由于變頻電機(jī)具有以上優(yōu)點(diǎn)，所以本課題循環(huán)泵電機(jī)采用變頻電機(jī)，其相關(guān)參數(shù)如下：型號：VFG160M1-450-3.0基準(zhǔn)轉(zhuǎn)速：450rpm額定電壓：三相380V，額定功率：3KW，額定電流：7.3A，額定轉(zhuǎn)矩：70Nm，恒扭矩輸出范圍：15-450r/min,恒功率輸出范圍：450-800r/min,振動：1.13mm/s,噪音73dB，轉(zhuǎn)動慣量：0.088kgm24.程序部分設(shè)計(jì)4.1PLC主程序根據(jù)論文前述可知，PLC的控制程序主要是由主程序和子程序模塊組成，其中子程序模塊由包括：進(jìn)水、排水、入布、出布、溫度控制、主泵轉(zhuǎn)速控制及通信等組成。而每個子程序的調(diào)用與執(zhí)行是由具體染色工藝要求來決定的，其主程序流程圖如下圖所示。開始PLC是否接受到控制指令？開始PLC是否接受到控制指令？通信子程序入布子程序溫控子程序進(jìn)水子程序通信子程序排水子程序PLC反饋現(xiàn)場數(shù)據(jù)出布子程序是進(jìn)水否溫度控制入布出布排水染色結(jié)束結(jié)束否否否否否否否是是是是是是是圖4.1PLC主程序流程圖4.2溫度控制子程序根據(jù)染色工藝要求可知，染色機(jī)控制的重點(diǎn)為溫度控制，PLC通過調(diào)用溫度控制子程序，根據(jù)其執(zhí)行與否來實(shí)現(xiàn)對染色溫度的控制。通過對循環(huán)泵轉(zhuǎn)速、蒸汽閥和冷卻閥開啟、關(guān)閉等的控制，使染液溫度隨時間按染色工藝要求變化(見圖4.2)。該工藝過程要求曲線斜率不小于零時，冷卻閥是始終關(guān)閉著。根據(jù)染液的實(shí)測溫度T實(shí)與理論溫度T理的比較結(jié)果，決定蒸汽閥的開啟或關(guān)閉。也就是說當(dāng)T實(shí)≥T理關(guān)閉蒸汽閥，而當(dāng)T實(shí)<T理開啟蒸汽閥；在曲線斜率小于零時，蒸汽閥始終關(guān)閉，根據(jù)染液的實(shí)測溫度T實(shí)與T理的比較結(jié)果，開啟或關(guān)比冷卻閥，即T實(shí)≥T理開啟冷水閥，而當(dāng)T實(shí)<T理關(guān)閉冷卻閥。本控制系統(tǒng)采用熱電阻測溫。本控制系統(tǒng)通過任意設(shè)定升/降溫速率和保溫時間，排除人為操作對質(zhì)量的影響。圖4.2溫度控制曲線通過對PLC進(jìn)行程序編輯，然后PLC調(diào)用程序進(jìn)行計(jì)算并比較染色機(jī)工藝參數(shù)后通過調(diào)用輸出子程序設(shè)置開關(guān)量的輸出狀態(tài)。其中輸出子程序共有四個，分別是開蒸汽閥、關(guān)蒸汽閥、開冷卻閥、關(guān)冷卻閥子程序。溫度控制流程圖如下所示。取染色機(jī)取染色機(jī)數(shù)據(jù)取染色機(jī)工藝參數(shù)計(jì)算溫度曲線斜率更新染色機(jī)工藝參數(shù)計(jì)算染液理論溫度計(jì)算所需運(yùn)行時間循環(huán)運(yùn)行斜率≥0？時間到？T實(shí)≥T理？關(guān)閉蒸汽閥（冷卻閥）開啟蒸汽閥（冷卻閥）是是是是否否否否圖4.3染液溫度控制流程圖5結(jié)論本次畢業(yè)設(shè)計(jì)共經(jīng)歷了資料查閱、畢業(yè)實(shí)習(xí)、外文翻譯、畢業(yè)設(shè)計(jì)方案擬定、機(jī)械部分的設(shè)計(jì)、電氣部分設(shè)計(jì)、程序部分的設(shè)計(jì)、完成畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書幾大環(huán)節(jié)，截止到現(xiàn)在各個環(huán)節(jié)的任務(wù)基本完成。總結(jié)全文，本次畢業(yè)設(shè)計(jì)具體完成了以下幾方面的工作：通過查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料，熟悉本課題，對溢流染色機(jī)機(jī)電控制內(nèi)容有了一個大致的了解，為后續(xù)工作開展打下基礎(chǔ)。到濟(jì)南元首針織有限公司去進(jìn)行畢業(yè)實(shí)習(xí)，特別是在其染整車間的實(shí)習(xí)，進(jìn)一步熟悉了溢流染色機(jī)的工作原理，機(jī)械結(jié)構(gòu)以及控制系統(tǒng)組成，控制要求等實(shí)際生產(chǎn)內(nèi)容。根據(jù)畢業(yè)實(shí)習(xí)、相關(guān)參考文獻(xiàn)以及實(shí)際生產(chǎn)要求，完成對本課題的總體方案設(shè)計(jì)，并進(jìn)行論證。由系統(tǒng)方案，再結(jié)合成熟的溢流染色機(jī)樣機(jī)，完成滿足課題需要的染色機(jī)機(jī)械機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，并繪制出相關(guān)總裝圖和零件圖。完成控制系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計(jì)，根據(jù)控制要求選擇電氣器件，編制控制程序。本次課題的雖然完成了上述工作，也取得了一些進(jìn)展，但仍然有許多需要改進(jìn)的地方：自動化程度可以進(jìn)一步提升，可對染色機(jī)進(jìn)料系統(tǒng)進(jìn)行改造，實(shí)現(xiàn)自動配料，進(jìn)料?？刂凭瓤梢赃M(jìn)一步提高，升溫、降溫控制可以更加精確控制，使染色工藝溫度曲線控制更加準(zhǔn)確，提高染色質(zhì)量。通信方面需要進(jìn)一步加強(qiáng)，解決染色機(jī)之間的通信問題，實(shí)現(xiàn)通過對上位機(jī)的操作來控制各臺染色機(jī)的動作，例如工藝參數(shù)設(shè)定、實(shí)時監(jiān)控、記錄數(shù)據(jù)等，滿足現(xiàn)代化生產(chǎn)要求?？傊?，染色機(jī)控制系統(tǒng)是一項(xiàng)比較復(fù)雜的機(jī)電控制工程，而且鑒于本人專業(yè)知識水平有限，經(jīng)驗(yàn)不足，故論文中可能出現(xiàn)不上不足或錯誤之處，希望得到各位專家，教授的指正。參考文獻(xiàn)[1].RobertoPaggi,Machinefordyeingfabricswoundupintoendlessfabricsloops:US,5,469,720.1994-06-29[1995-10-28].[2].SergioCignolo,Industrialexperimentationonhank-dyeing:modelingequipmentandwatereconomizationduringrinsing[J].AutexResearchJournal，2004（4）：194-205.[3].楊壯豪.新型染色機(jī)機(jī)電控制系統(tǒng)[J].機(jī)電工程,2008（1）：63-65.[4].張吉月，紀(jì)文剛，魏文淵.基于PLC溢流式染色機(jī)控制系統(tǒng)的研究與開發(fā)[J].石油化工高等校學(xué)報(bào)，2001（2）：70-73.[5].汪海燕.PLC在溢流染色機(jī)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].自動化儀表,2006(8)：45-47.[6].賈貴璽，賈淑婭，車學(xué)哲.基于PLC的計(jì)量加料自動控制系統(tǒng)[J].紡織學(xué)報(bào),2007(2)：85-89.[7].謝水英，韓承江，姜磊.溢流染色機(jī)自動控制系統(tǒng)的改造[J].紡織學(xué)報(bào),2010(7)：135-139.[8].朱善長.噴射溢流機(jī)的優(yōu)化染色技術(shù)[J].印染,2010(7)：18-21.[9].劉江堅(jiān).溢流染色實(shí)現(xiàn)受控染色工藝的探討[J].印染,2002(11)：57-60.[10].張吉月，紀(jì)文剛，張寧.溢流式染色機(jī)模糊控制系統(tǒng)的研究與開發(fā)[J].電氣自動化,2002（6）：8-9.[11].羅維平，向陽.染色機(jī)溫度的非線性控制[J].機(jī)電一體化,2001（1）：58-60.[12].紀(jì)文剛，張吉月，張寧.基于PROFIBUS-DP的染色機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].華東理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2002(1)：113-116.[13].梁冬梅，王慧貞，陳萬華.溫度測量控制試系統(tǒng)在自動染色機(jī)中的應(yīng)用[J].河北工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2008（5）：82-86.[14].江明，王龍明，陳躍東.基于PLC的交流變頻調(diào)速控制高溫高壓卷染機(jī)研制[J].機(jī)電工程，2003(2)：27-30.[15].曹士賢.噴射溢流染色機(jī)[J].上海毛麻科技，2006(3)：22-26.[16].楊衛(wèi)東.高溫高壓溢流染色機(jī)控制系統(tǒng)研究與開發(fā)[D].南京：南京理工大學(xué)，2006.[17].陳有波.自動加料系統(tǒng)淺議[J].印染，2002（12）：23-27.[18].荊濤.染整設(shè)備機(jī)電一體化[M].北京：中國紡織出版社，1997：120-250.[19].謝成祥，張建，鄧志良.一種染色機(jī)溫度控制器的設(shè)計(jì)[J].控制工程，2005，12（5）：445-457.[20].錢崇濂.紗線染色[M].北京：紡織工業(yè)出版社，1984：64.基于C8051F單片機(jī)直流電動機(jī)反饋控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究基于單片機(jī)的嵌入式Web服務(wù)器的研究MOTOROLA單片機(jī)MC68HC（8）05PV8/A內(nèi)嵌EEPROM的工藝和制程方法及對良率的影響研究基于模糊控制的電阻釬焊單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)的研制基于MCS-51系列單片機(jī)的通用控制模塊的研究基于單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的供暖系統(tǒng)最佳啟停自校正（STR）調(diào)節(jié)器單片機(jī)控制的二級倒立擺系統(tǒng)的研究基于增強(qiáng)型51系列單片機(jī)的TCP/IP協(xié)議棧的實(shí)現(xiàn)基于單片機(jī)的蓄電池自動監(jiān)測系統(tǒng)基于32位嵌入式單片機(jī)系統(tǒng)的圖像采集與處理技術(shù)的研究基于單片機(jī)的作物營養(yǎng)診斷專家系統(tǒng)的研究基于單片機(jī)的交流伺服電機(jī)運(yùn)動控制系統(tǒng)研究與開發(fā)基于單片機(jī)的泵管內(nèi)壁硬度測試儀的研制基于單片機(jī)的自動找平控制系統(tǒng)研究基于C8051F040單片機(jī)的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)基于單片機(jī)的液壓動力系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測儀開發(fā)模糊Smith智能控制方法的研究及其單片機(jī)實(shí)現(xiàn)一種基于單片機(jī)的軸快流CO〈,2〉激光器的手持控制面板的研制基于雙單片機(jī)沖床數(shù)控系統(tǒng)的研究基于CYGNAL單片機(jī)的在線間歇式濁度儀的研制基于單片機(jī)的噴油泵試驗(yàn)臺控制器的研制基于單片機(jī)的軟起動器的研究和設(shè)計(jì)基于單片機(jī)控制的高速快走絲電火花線切割機(jī)床短循環(huán)走絲方式研究基于單片機(jī)的機(jī)電產(chǎn)品控制系統(tǒng)開發(fā)基于PIC單片機(jī)的智能手機(jī)充電器基于單片機(jī)的實(shí)時內(nèi)核設(shè)計(jì)及其應(yīng)用研究基于單片機(jī)的遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究基于單片機(jī)的煙氣二氧化硫濃度檢測儀的研制基于微型光譜儀的單片機(jī)系統(tǒng)單片機(jī)系統(tǒng)軟件構(gòu)件開發(fā)的技術(shù)研究基于單片機(jī)的液體點(diǎn)滴速度自動檢測儀的研制基于單片機(jī)系統(tǒng)的多功能溫度測量儀的研制基于PIC單片機(jī)的電能采集終端的設(shè)計(jì)和應(yīng)用基于單片機(jī)的光纖光柵解調(diào)儀的研制氣壓式線性摩擦焊機(jī)單片機(jī)控制系統(tǒng)的研制基于單片機(jī)的數(shù)字磁通門傳感器基于單片機(jī)的旋轉(zhuǎn)變壓器-數(shù)字轉(zhuǎn)換器的研究基于單片機(jī)的光纖Bragg光柵解調(diào)系統(tǒng)的研究單片機(jī)控制的便攜式多功能乳腺治療儀的研制基于C8051F020單片機(jī)的多生理信號檢測儀基于單片機(jī)的電機(jī)運(yùn)動控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)Pico專用單片機(jī)核的可測性設(shè)計(jì)研究基于MCS-51單片機(jī)的熱量計(jì)基于雙單片機(jī)的智能遙測微型氣象站MCS-51單片機(jī)構(gòu)建機(jī)器人的實(shí)踐研究基于單片機(jī)的輪軌力檢測基于單片機(jī)的GPS定位儀的研究與實(shí)現(xiàn)基于單片機(jī)的電液伺服控制系統(tǒng)用于單片機(jī)系統(tǒng)的MMC卡文件系統(tǒng)研制基于單片機(jī)的時控和計(jì)數(shù)系統(tǒng)性能優(yōu)化的研究基于單片機(jī)和CPLD的粗光柵位移測量系統(tǒng)研究單片機(jī)控制的后備式方波UPS提升高職學(xué)生單片機(jī)應(yīng)用能力的探究基于單片機(jī)控制的自動低頻減載裝置研究基于單片機(jī)控制的水下焊接電源的研究基于單片機(jī)的多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)基于uPSD3234單片機(jī)的氚表面污染測量儀的研制基于單片機(jī)的紅外測油儀的研究96系列單片機(jī)仿真器研究與設(shè)計(jì)基于單片機(jī)的單晶金剛石刀具刃磨設(shè)備的數(shù)控改造基于單片機(jī)的溫度智能控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)基于MSP430單片機(jī)的電梯門機(jī)控制器的研制基于單片機(jī)的氣體測漏儀的研究基于三菱M16C/6N系列單片機(jī)的CAN/USB協(xié)議轉(zhuǎn)換器基于單片機(jī)和DSP的變壓器油色譜在線監(jiān)測技術(shù)研究基于單片機(jī)的膛壁溫度報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)基于AVR單片機(jī)的低壓無功補(bǔ)償控制器的設(shè)計(jì)基于單片機(jī)船舶電力推進(jìn)電機(jī)監(jiān)測系統(tǒng)基于單片機(jī)網(wǎng)絡(luò)的振動信號的采集系統(tǒng)基于單片機(jī)的大容量數(shù)據(jù)存儲技術(shù)的應(yīng)用研究基于單片機(jī)的疊圖機(jī)研究與教學(xué)方法實(shí)踐基于單片機(jī)嵌入式Web服務(wù)器技術(shù)的研究及實(shí)現(xiàn)基于AT89S52單片機(jī)的通用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)基于單片機(jī)的多道脈沖幅度分析儀研究機(jī)器人旋轉(zhuǎn)電弧傳感角焊縫跟蹤單片機(jī)控制系統(tǒng)基于單片機(jī)的控制系統(tǒng)在PLC虛擬教學(xué)實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用研究基于單片機(jī)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)通信研究與應(yīng)用基于PIC16F877單片機(jī)的莫爾斯碼自動譯碼系統(tǒng)設(shè)計(jì)與研究基于單片機(jī)的模糊控制器在工業(yè)電阻爐上的應(yīng)用研究基于雙單片機(jī)沖床數(shù)控系統(tǒng)的研究與開發(fā)基于Cygnal單片機(jī)的μC/OS-Ⅱ的研究基于單片機(jī)的一體化智能差示掃描量熱儀系統(tǒng)研究基于TCP/IP協(xié)議的單片機(jī)與Internet互聯(lián)的研究與實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速液壓電梯單片機(jī)控制器的研究基于單片機(jī)γ-免疫計(jì)數(shù)器自動換樣功能的研究與實(shí)現(xiàn)基于單片機(jī)的倒立擺控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)單片機(jī)嵌入式以太網(wǎng)防盜報(bào)警系統(tǒng)基于51單片機(jī)的嵌入式Internet系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)單片機(jī)監(jiān)測系統(tǒng)在擠壓機(jī)上的應(yīng)用MSP430單片機(jī)在智能水表系統(tǒng)上的研究與應(yīng)用基于單片機(jī)的嵌入式系統(tǒng)中TCP/IP協(xié)議棧的實(shí)現(xiàn)與應(yīng)用單片機(jī)在高樓恒壓供水系統(tǒng)中的應(yīng)用HYPERLINK"/de