基于PLC的往复式抓棉机控制设计

毕 业 论 文 题 目：基于PLC的往复式抓棉机控制设计 学 院： 专 业： 年 级： 姓 名： 指导老师 完成时间 目录摘要.1引言.3第一章抓棉机的工作要求分析.4 1.1抓棉机的机构组成.41.2抓棉机的工作要求.5.1.3抓棉机控制流程.61.4抓棉机的控制方案的比较与选择.6.第二章 基于PLC的程序设计.82.1 2.2顺序功能图的绘制.82.3 使用置位复位指令的顺序控制梯形图编程.92.4直接利用STEP7软件生成语句表.11第三章 S7-300的模块选用.133.1硬件的选择.133.2软件设计.143.3编写控制程序的必备因素.143.4PLC控制系统的优势.153.5 结论. 163.6输入输出I/O表.17第四章出现的问题及解决方法.18参考文献.19致谢辞.20 摘 要 针对多组分不同品种的纱线进行混纺的前纺抓棉设备要求 ,根据往复式抓棉机自动控制系统的特点和现场工艺要求 ,给出了一种基于可编程序控制器的往复式抓棉机自动控制系统 ,编制系统的自动控制过程和程序设计。该系统具备可按照设定工艺对抓棉过程中的小车运行速度、 抓棉层高度、 打手抓棉速度等参数进行自动协调控制 ,保证了抓棉质量和设备的稳定运行。实践表明 ,该设计达到基本工艺要求 ,具有一定的应用推广前景。 可编程控制器 ( PLC)已突破了当初逻辑控制的场合 ,深入到过程控制、 位置控制、 网络通信等工程领域。它具有极高的可靠性和应用便捷等特点 ,成为当今用途最为广泛的工业控制器。将 PLC用于控制抓棉机的运行具有很好的推广价值。本设计根据棉纺工艺的需要 ,重点研究 PLC在小车控制系统和软件设计中的应用。关键词 抓棉机 ；PLC ； 自动控制 ； 软件设计The Traverse Plucker Control Design Based on PLCDU B i_ hua, Y U Yu, L IN J i2shu(Mechanical 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 control 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, 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的应用在所有的工业领域，现代社会要求制造业对市场的需求做出迅速的反应，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，生茶设备和自动生产线的控制系统必须具有极高的可靠性和灵活性。可编程序控制器正是顺应这一要求出现的，它是以微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，已经成为当代工业自动化的支柱之一。它已经广泛地应用在各种机械设备和生产过程的自动控制系统中，可编程序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，经历了一此次的更新换代，使得生产效率大大的提高，工艺更加的先进，衣料中的棉纺因为它的特点一直深受人们的喜爱，抓棉机主要由机械抓手，内部电机传动装置，升降系统等构成，其实与电机控制系统的联系紧密。对于它的改进可以结合电气控制技术和可编程序控制器技术，进行深入探讨研究，这种对生产装置的改进方法在其他的行业中也具有借鉴意义，值得我们学习。 第一章 抓棉机的工作要求分析1.1抓棉机的结构组成一 抓棉机全局二 抓棉机主要机械手三 抓棉打手1.2抓棉机的工作要求多组分纱线混纺必须达到:均匀的混和 ,精确的混纺比 ,高度的适纺性、 灵活性 ,长期稳定的质量瞬时混和是多组分纤维均匀混和的基础。抓棉机作为开清棉(注1)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以充分混和、 使纤维在生条(注2)中线密度均匀 ,从而生产出优质的产品。它主要有旋转式和往复式两种 ,前者已趋于淘汰 ,后者型号较老的往复式抓棉机其抓棉动作简单、 抓棉不均匀、 对环境变化的识别能力差 ,也不适应新工艺的要求。研究发现 ,对抓棉机的控制系统进行改进就能满足新工艺的要求。为此 ,对抓棉机的控制系统提出新要求: ( 1)它能够抓取各种等级的原棉和化纤。间歇下降的抓棉打手随小车作往复运动 ,对棉包进行顺序抓取; ( 2)抓棉机与棉包之间具有相对平面往复运动 ,以适应多包混棉的需要; ( 3)抓棉机每抓棉完成一个行程 ,抓棉机的抓棉臂按给定的抓棉深度下降一个行程;再返回继续抓棉 ,且抓棉层高可调; ( 4)抓棉过程中抓棉打手和罗拉（注3）联动依靠罗拉压住棉包 ,打手刀片旋转开松（注4）和抓取棉堆 ,保证抓取均匀; (5)具有自动识别和复位功能 ,即一批棉包被抓完后 ,抓棉机及抓棉臂应能迅速识别并复位; (6)有一系列安全保护措施 ,如当出现机器往复运动和抓棉臂的升降均不能运动到行程之外、 有人在抓棉工作范围之内、 机器门被打开、 棉包抓完之后等等情况都有相应的应急保护措施; (7)具有手动和自动控制抓棉功能。1.2.1文中部分名词解释及其图解注1：开清棉工序的任务将原棉或各种短纤维加工成纱需经过一系列纺纱过程，开清棉工序是纺纱工艺过程的第一道工序。本工序的开清联合机完成下列任务：1、开松 将棉包中压紧的块状纤维开松成小棉块或小棉束。2、除杂 去除原棉中50%60%的杂质。3、混和 将各种原料按配棉比例充分混和。4、成卷 制成一定重量、一定长度且均匀的棉卷，供下道工序使用。当采用清梳联时，则输出棉流到梳棉工序各台梳棉机的储棉箱中。二、开清棉机械的组成为完成开松、除杂、混和、均匀成卷四大作用，开清棉联合机由各种作用的单机组合成，按作用特点一般分为四类机械。注2：经梳棉机制成的棉条.其中纤维大多弯曲,不够伸直注3： 英文：roller音译。即“辊”，纺织机上用来拉紧纱线的机件注4：开松作用是抓棉打手在抓棉过程中产生 1.3抓棉机控制流程抓棉机的控制流程必须考虑以下几种因素: (1)本控制有个手动自动的切换问题。即手动自动的选择要根据现场工艺和用户调试的需要 ,手动控制主要用在机器试车和检修的情况。自动控制用于生产流水线工序 ,若前级机台发出要棉信号 ,抓棉机从起点自动往复运行抓棉程序。(2)在抓棉过程中 ,抓棉打手抓棉最低点的瞬时速度方向与抓棉机运行的速度方向始终相反。以利于棉堆的开松和抓取。这就要求打手的转向和抓棉机的方向匹配。(3)抓棉机每走完一个单行程 ,进行一次换向。同时 ,抓棉机运行方向每换向一次 ,抓棉臂下降一定距离 ,经反复实践和实验验证 ,抓棉层厚度在 3 - 5mm对开松和混合效果较为理想。因此 下降高度根据时间设置选择为 3 -5mm范围内。 ( 4)打手抓棉时 ,在其他条件不变的情况下 ,单位时间抓取的棉量一定 ,如果打手转速越高 ,一定量的棉层受到打手刀片打击的次数越多 ,因此 ,抓取分解的棉束重量越小 ,开松较好，然而 ,由于刀片的打击作用 ,造成纤维损伤 ,此时也就越多;反之 ,打手转速越低 ,抓取棉束的重量越大 ,开松效果较差 ,纤维损伤较少。经试验对比可用两挡速度进行选择 ,这要求打手有两档速度可供选择。(5)当一批棉包抓完时 ,打手停机 ,抓棉臂上升复位 ,重新放置新的棉包。根据以上要求 ,做出抓棉机工艺流程图：1.4抓棉机控制方案的比较与选择 第二章 基于PLC的程序设计2.1 Step7是S7-300系列的编程软件。梯形图、语句表和功能块图是标准的step7软件中的三种基本编程语言，这三种语言可以在软件中相互转化。 顺序控制法是一种先进的设计方法，很容易被初学者接受，只要正确的描绘出系统工作过程的顺序功能图，一般都可以做到调试程序时一次成功。 所谓顺序控制，就是按照生产工艺预先规定的顺序，在各个输入信号的作用下，根据内部状态和时间的顺序，在生产过程中各个执行机构自动地有序的进行操作。所有顺序控制设计时首先根据系统的工序过程，画出顺序功能图（sequential function chart），然后根据顺序功能图画出梯形图。2.2 顺序功能图的绘制根据系统流程图和流程文字说明首先绘制顺序功能图 I0.8（到达右端安全区）Q4.3Q4.4M0.0M0.6Q4.0M0.1Q4.1M0.2Q4.2M0.3M0.4M0.5 I0.1（自动按钮） 前进 I0.2（到达堆区） 打手下降 I0.3(下降到位)Q4.5M0.7 工进 I0.4(到达左端) 打手下降 I0.5(下降到位) I0.7(棉堆运完) 反向工进 I0.6(到达左端)I0.72.3 使用置位复位指令的顺序控制梯形图编程 2.4直接利用STEP7软件生成语句表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 ) 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 0.6 = 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的模块选用 3.1硬件的选择根据工艺控制条件及抓棉机的 I/O输入输出表 ,对 I/0点数 (数字输入 /输出量、 模拟输入 /输出量 )进行准确的统计 ,需要约 40个 I/0点数 ,并在统计数据基础上再增加10 %30 %的余量来确定 I/0总点数。其优点是: (1)可以弥补统计过程中遗漏的点数; ( 2 )保证系统投入运行后 ,某些点故障时 ,能够替换; (3)预备将来可能增加的点数需求。因此总的设计点数大约为 50多个。配备输入输出模块由于采用多个接近开关检测小车位置 ,这直接要求控制器具有较强的开关量处理能力 ,必须配备模拟量 I/O模块 ,同时要求该控制器配备数字量 I/O模块。根据以上要求 ,本方案用S7-300 PS307电源模块，为CPU提供 DC24V电源。PS307还有一些端子可以为信号块提供24V电源，因此完全能够满足本工艺的控制要求并且极大的节约了控制成本。CPU选择标准型CPU312处理能力强，便于以后升级。3.2软件设计根据抓棉机的工作流程可知 ,其工作过程是典型的顺序控制 ,控制程序分为手动控制和自动控制 ,其中手动控制主要用于设备的调试和检修 ,正常生产是运行在自动控制状态。为避免误操作 ,在编程时尤其要注意联锁保护。顺序控制要求对那些按动作的先后顺序进行控制 ,根据工作流程图及 I/O输出表 ,软件程序设计能很清楚地表示各个动作点的功能、 点与点之间的转换顺序及其转换条件。3.3编写控制程序的必备因素3.3.1)在小车正、 反转电路中 ,除了用软件处理外 ,在 PLC的输出回路中接人硬件互锁 ,从而形成双互锁控制。3.3.2) 抓棉机沿轨道运行必须到位 ,到位时用接近开关控制 ,防止突然冲击行程挡块。使操作一目了然 ,安装指示灯。为防止意外发生 ,在左右、 上下的极限位置再加装急停挡块。3.33) 该控制系统中所有输入信号的触点都采用常开触点接法。特别是对如系统停止、 原位停止及热继电器这类传统上采用常闭触点接法的触点 ,也采用常开触点接法 ,主要是为了使梯形图程序与继电器控制系统电路图一致 ,便于对程序的阅读理解。程序中还用了很多中间继电器作为中间状态的记忆或过渡。3.4PLC控制系统的优势由于 PLC自动控制的灵活性 ,只要在使用过程中有因工艺改变的控制要求时 ,只需要在现场改变某些工艺参数 ,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 可事先在实验室调试好 ,现场只要把事先调试好的程序输入 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生产实际 ,操作简单、 维护方便 ,运行稳定 ,具有相当的推广价值。3.5 结论3.5.1本程序通过实际调试 ,使用效果良好。3.5.2采用 PLC设计系统 ,可以缩短设计周期 ,安装调试十分方便 ,提高了效率。3.5.3控制系统针对棉纺企业的生产实际 ,操作简单、 维护方便 ,运行稳定 ,具有相当的推广价值。 3.6输入输出I/O表I0.1 自动运行开关 自动运行I0.2 限位开关 按工作原理属于超声波型 到达棉堆时发出指令I0.3 限位开关 当打手下降到棉堆上方时 发出指令I0.4 左限位开关 当抓棉机在轨道上移动到棉堆最左端时发出停止指令I0.5 限位开关 打手下降到位I0.6 限位开关 到达棉堆的最右端I0.7 限位开关 到达安全区等待下次运行Q4.0 KM1 快速向左前进Q4.1 KM2 打手下降Q4.2 KM3 工进Q4.3 KM2 打手下降Q4.4 KM4 反向共进Q4.5 KM5 反向快速前进 参考文献1段刚. PLC与变频器应用技术项目教程(西门子). 北京: 机械工业出版社, 2008.2宋伯生.PLC编程实用指南. 北京: 机械工业出版社,2007.3 宋伯生.陈东旭：PLC应用及实验教程 北京: 机械工业出版社 2006-09.4 廖常初.S7-300/400 PLC应用技术(第2版) 北京: 机械工业出版社 2008-06.5 陈振翼.电气传动控制系统(高等纺织院校教材) . 北京: 中国纺织出版社2006-10.6宫怀瑞. 立达A1 /2型自动抓棉机工艺特点分析 J . 北京: 中国纺织出版社2007 .7陈夕松. PLC在工业自动小车控制中的应用 J . 北京:机械工业出版社,2006 (2) .8廖常初. 大中型PLC英语教程 北京: 机械工业出版社 20069李若谷，韩敏.西门子PLC编程指令与梯形图快速入门. 北京:电子工业出版社2009-1010 赵俊生 等.电机与电气控制及PLC 北京: 电子工业出版社2009-1011阳宪惠 . 现场总线技术及其应用 北京 : 清华大学出版社 200812韩顺杰 吕树清.电气控制技术 北京: 北京大学出版社 200613 Siemens ag statement list (stl) for s7-300 and s7-400 programming reference manual 200714Siemens ag ladder logic (lad) for s7-300 and s7-400 programming reference manual 200715Siemens ag standard PID control manual 2007、 致 谢首先，我要郑重地感谢我的导师郑小倩。自我因个人兴趣而选择本论文主题开始，老师便给予充分的理解和支持，就论文的立意选材、谋篇布局做了必不可少的指导，郑老师对学术的敏锐以及思路的开阔为本文的顺利完成提供了富有成效的保证。即便老师平常忙于教学，但仍然多次通过电话和e-mail督促、指导论文的写作，其严谨和负责，让一度偷懒懈怠的我倍为感动，也深感惭愧。在此，我要向诸位教导过我的老师深深地表示感谢，同时感谢我的同学四年来对我的学习、生活的关心和帮助。谨向各位同仁表示诚挚的致意。