線材自動(dòng)卷繞裝置控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1、精品文檔目錄1 緒論 .I1.1課題提出與研究意義 . .31.2線材卷繞系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀 .42 線材卷繞系統(tǒng)的特點(diǎn)與應(yīng)用場合 . . 52.1線材自動(dòng)卷繞系統(tǒng)的特點(diǎn) . . 52.2線材自動(dòng)卷繞系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn) . . 52.3線材自動(dòng)卷繞系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域 .63 線材自動(dòng)卷繞系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求 . .73.1線材自動(dòng)卷繞系統(tǒng)的控制要求 .73.2線材自動(dòng)卷繞系統(tǒng)中被控對象和元件之間的邏輯控制關(guān)系.74 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則 .84.1可編程控制器的簡介 . .84.2 PLC 的一般結(jié)構(gòu) .84.3PLC 產(chǎn)品一些常見的技術(shù)指標(biāo) . . 84.4PLC 的選用原則 . . 94.5PLC 控制系統(tǒng)

2、設(shè)計(jì)基本的原則 . . 94.6PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容 . . 94.7PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般步驟 . . 94.8PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的方法 . . 105 線材自動(dòng)卷繞系統(tǒng)的設(shè)備選型 . .115.1線材自動(dòng)卷繞系統(tǒng)設(shè)計(jì)圖 .115.2PLC 的選型 . . 115.3觸摸屏的選型 .125.4變頻器的選型 .125.5旋轉(zhuǎn)編碼器的選型 .125.6步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的選型 .125.7步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的選型 .135.8其他設(shè)備選型 .136 線材自動(dòng)卷繞系統(tǒng)的理論設(shè)計(jì) . .146.1線材自動(dòng)卷繞系統(tǒng)的初步設(shè)計(jì) .146.2卷繞的進(jìn)入速度識別 .146.3卷繞速度計(jì)算 .146.4線

3、材卷繞導(dǎo)向部分 .15。I 歡迎下載精品文檔6.5卷繞的長度測定 .156.6卷繞的誤差補(bǔ)償 .167 線材自動(dòng)卷繞系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì) . .167.1IO 分配 . . 167.2程序設(shè)計(jì) .178 線材自動(dòng)卷繞系統(tǒng)的觸摸屏畫面設(shè)計(jì) . .248.1觸摸屏畫面設(shè)計(jì)概述 .248.2觸摸屏畫面的設(shè)計(jì) .249 線材自動(dòng)卷繞系統(tǒng)主軸卷繞部分設(shè)計(jì) . .289.1 MMX-440C 變頻器與三相異步電動(dòng)機(jī)的鏈接. 289.2變頻器的參數(shù)設(shè)置與接線 .28總結(jié) . . 30參考文獻(xiàn). . 31附錄 . . 32線材自動(dòng)卷繞系統(tǒng)設(shè)計(jì)材料清單 .32致謝 . . 33。II歡迎下載精品文檔1 緒論1.1 課

4、題提出與研究意義在工業(yè)生產(chǎn)中，有時(shí)需要對生產(chǎn)出的線材進(jìn)行卷繞或要將線材卷繞規(guī)定的匝數(shù)（如變壓器線圈），纏繞到規(guī)定直徑的卷軸上。在過去的工業(yè)生產(chǎn)過程中，該卷繞系統(tǒng)對線材的長度計(jì)量和張緊度把握是通過機(jī)械或人力來完成的。這樣的卷繞方法效率低下， 精度較差。對于卷繞有彈性的線材時(shí)容易造成拉伸線材變形或卷繞過松的現(xiàn)象。 特別需要注意的是， 這類機(jī)械的卷繞系統(tǒng)只能適應(yīng)于一種特定彈性和直徑的線材， 同時(shí)也只能適應(yīng)特定直徑和寬度的卷軸。因此需要對現(xiàn)有非自動(dòng)卷繞系統(tǒng)進(jìn)行必要的自動(dòng)化更新或改造。而線材自動(dòng)卷繞裝置是由 PLC進(jìn)行軟件卷繞控制。 其線材的進(jìn)入速度通過旋轉(zhuǎn)編碼器測得。線材的直徑、 卷軸的直徑和寬度由觸

5、摸屏直接輸入。 當(dāng)需要改變卷繞線材或卷軸的參數(shù)時(shí)。 只需通過觸摸屏改變相應(yīng)的參數(shù)， 免去了機(jī)械卷繞系統(tǒng)的機(jī)械調(diào)試工作。相較其它非自動(dòng)卷繞系統(tǒng)， 由 PLC控制的自動(dòng)卷繞系統(tǒng)成本低廉、 操作簡便、構(gòu)造簡單、便于維護(hù)、精度高、效率高?？梢蕴娲F(xiàn)有的工業(yè)生產(chǎn)中使用的非自動(dòng)線材卷繞系統(tǒng)。線材繞系統(tǒng)是一種將線材 （尤其是有彈性的線材） 卷繞到規(guī)定直徑的軸上的機(jī)構(gòu)。它和線材生產(chǎn)機(jī)構(gòu)一同工作。 在卷繞過程中，線材生產(chǎn)部分相當(dāng)于放卷機(jī)，卷繞機(jī)相當(dāng)于是收卷機(jī)。 只有線材生產(chǎn)部分和卷繞機(jī)進(jìn)行同步轉(zhuǎn)動(dòng)，也就是說只有當(dāng)放卷機(jī)和收卷機(jī)的速度保持一致時(shí)，才不會對線材造成損害。 由于線材生產(chǎn)部分（放卷機(jī)）在轉(zhuǎn)動(dòng)過程中速度是

6、接近保持不變的，卷繞機(jī)在卷繞過程中，收卷直徑會越來越大， 因此放卷到收卷的傳輸線速度越來越大，這就需要不斷的降低線材卷繞機(jī)主軸的卷繞速度以配合放卷的速度。從而達(dá)到同步收放的效果。 這也是我在設(shè)計(jì)中的重點(diǎn)和難點(diǎn)我在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，首先是對卷繞機(jī)的機(jī)械傳動(dòng)設(shè)備和輔助設(shè)備進(jìn)行設(shè)計(jì)。 再對其控制系統(tǒng)提出自己的方案。我對其控制系統(tǒng)所設(shè)計(jì)的方案是由一臺三相異步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)線材卷繞機(jī)主軸轉(zhuǎn)動(dòng)的速度。由旋轉(zhuǎn)編碼器測量線材生產(chǎn)速度（既放卷速度），并把檢測到的信號傳遞給可編程控制器PLC，同時(shí)，根據(jù)線材直徑和卷繞長度（由Siemens TP-177B 觸摸屏輸入）確定卷繞速度和卷繞長度。 由可編程控制器PLC通過計(jì)

7、算、把結(jié)果傳遞給變頻器，再由變頻器控制電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。從而達(dá)到收放同步的效果。另外根據(jù)線材直徑， PLC 還需要控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)線材卷繞的導(dǎo)向問題。3歡迎下載精品文檔1.2 線材卷繞系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀線材卷繞系統(tǒng)應(yīng)用于線材或膠管的生產(chǎn)制造、 加工等領(lǐng)域。 在該系統(tǒng)發(fā)展初期，是通過硬性的機(jī)械拖動(dòng)來完成線材的圈繞動(dòng)作。 此時(shí)的圈繞系統(tǒng)動(dòng)力多由靠變電壓調(diào)速的直流拖動(dòng)電機(jī)實(shí)現(xiàn)卷繞動(dòng)作。 這種卷繞系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單， 操作直觀。但是，這種卷繞系統(tǒng)由于機(jī)械設(shè)計(jì)的原因大多只能適應(yīng)一種線材和單一的卷軸。當(dāng)需要更換另外直徑的線材或其他型號的卷軸時(shí)。需要調(diào)試甚至更換相應(yīng)的卷繞機(jī)械機(jī)構(gòu)以改變卷繞的線速度。另外還需要改變

8、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)。此外， 這樣線材卷繞系統(tǒng)的卷繞線速度和導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的移動(dòng)速度與移動(dòng)距離是通過機(jī)械結(jié)構(gòu)計(jì)算，這樣的機(jī)械變速機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，容易磨損，需要定期的維護(hù)，且調(diào)試、維護(hù)這樣的系統(tǒng)需要很高的機(jī)械基礎(chǔ)，維護(hù)成本很高。目前的半自動(dòng)卷繞系統(tǒng)多使用變頻器驅(qū)動(dòng)三相交流異步電動(dòng)機(jī)或使用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、伺服電動(dòng)機(jī)以實(shí)現(xiàn)卷繞的直接、精確控制。此外，線材導(dǎo)向機(jī)構(gòu)也簡化了機(jī)械部分。直接應(yīng)用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)或伺服電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)精確的導(dǎo)向?？刂七@些電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)卷繞動(dòng)作的多為單片機(jī)或可編程邏輯控制器 （ PLC）。在工業(yè)生產(chǎn)中，由于生產(chǎn)環(huán)境中存在的眾多的干擾原。如電機(jī)啟動(dòng)，觸點(diǎn)的接通、關(guān)斷，以及電力變流設(shè)備對電源的干擾。 要求這樣的控制設(shè)備要

9、具有較強(qiáng)的抗干擾性能。由于 PLC具有較強(qiáng)的抗干擾性能和多樣的功能。目前，比較成熟的線材卷繞系統(tǒng)多是以 PLC作為線材卷繞系統(tǒng)的控制器。 卷繞動(dòng)作由 PLC控制相關(guān)電機(jī)和氣動(dòng)執(zhí)行元件完成。能十分方便的嵌入到各類生產(chǎn)工業(yè)生產(chǎn)線中。日益復(fù)雜、精確的工業(yè)生產(chǎn)過程要求未來的線材卷繞系統(tǒng)的智能化程度較高。最基本的要求是具有人性化的簡便智能操作界面。同時(shí)對相應(yīng)的控制精度、控制穩(wěn)定性也提出了更高的要求。在要求高速度、高精度、高可靠性、人性化的操作操作界面、具有自主故障判斷功能、維修簡便的同時(shí)。 還要使單機(jī)價(jià)格不斷下降、機(jī)械結(jié)構(gòu)模塊化、可升級、可重構(gòu)化發(fā)展。4歡迎下載精品文檔2 線材卷繞系統(tǒng)的特點(diǎn)與應(yīng)用場合2

10、.1 線材自動(dòng)卷繞系統(tǒng)的特點(diǎn)線材自動(dòng)卷繞裝置是一種將線材 （尤其是有彈性的線材） 卷繞到規(guī)定直徑的軸上的的機(jī)構(gòu)。它和線材生產(chǎn)機(jī)構(gòu)一同工作。 在卷繞過程中， 線材生產(chǎn)部分相當(dāng)于放卷機(jī)，卷繞機(jī)相當(dāng)于是收卷機(jī)。只有線材生產(chǎn)部分和卷繞機(jī)進(jìn)行同步轉(zhuǎn)動(dòng)，也就是說只有當(dāng)放卷機(jī)和收卷機(jī)的速度保持一致時(shí)， 才不會對線材造成損害。 由于線材生產(chǎn)部分（放卷機(jī)） 在轉(zhuǎn)動(dòng)過程中速度是接近保持不變的， 卷繞機(jī)在卷繞過程中，收卷直徑會越來越大， 因此在卷繞拖動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)速不變的情況下， 收卷的線速度越來越大，這就需要不斷的降低線材卷繞機(jī)主軸的卷繞速度以配合放卷的速度。從而達(dá)到同步收放的效果。 這也是我在設(shè)計(jì)中的重點(diǎn)和難點(diǎn)我在這

11、次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，首先是對卷繞機(jī)的機(jī)械傳動(dòng)設(shè)備和輔助設(shè)備進(jìn)行設(shè)計(jì)。 再對其控制系統(tǒng)提出自己的方案。我對其控制系統(tǒng)所設(shè)計(jì)的方案是由一臺三相異步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)線材卷繞機(jī)主軸轉(zhuǎn)動(dòng)的速度。由旋轉(zhuǎn)編碼器測量線材生產(chǎn)速度（既放卷速度） ，并把檢測到的信號傳遞給可編程控制器 PLC，同時(shí)，根據(jù)線材直徑和卷繞長度（由Siemens TP-177B 觸摸屏輸入）確定卷繞速度和卷繞長度。由可編程控制器 PLC 通過計(jì)算、把結(jié)果傳遞給變頻器， 再由變頻器控制電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。 從而達(dá)到收放同步的效果。另外根據(jù)線材直徑， PLC還需要控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)線材卷繞的導(dǎo)向問題。2.2 線材自動(dòng)卷繞系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)這樣的自動(dòng)卷繞系統(tǒng)具有如下優(yōu)點(diǎn)

12、:1. 節(jié)省了人力資源卷繞工作有線材卷繞系統(tǒng)自動(dòng)完成控制卷繞?？梢宰鞯綗o人值守。當(dāng)卷繞到規(guī)定長度或系統(tǒng)傳感器檢測到卷繞故障時(shí)，機(jī)器停機(jī)報(bào)警。 這時(shí)才需要人工完成更換卷軸或進(jìn)行維修工作。節(jié)省人力資源。2. 提高了工作效率線材自動(dòng)卷繞裝置相叫較半自動(dòng)卷繞系統(tǒng)。 其卷繞張力控制是由 PLC自動(dòng)控制完成。在出現(xiàn)卷繞誤差時(shí)也是由 PLC自動(dòng)完成誤差補(bǔ)償。其卷繞動(dòng)作連續(xù)、快速。提高了工作效率。3. 操作簡便容易。5歡迎下載精品文檔在卷繞生產(chǎn)過程中，操作人員是通過觸摸屏操作該自動(dòng)卷繞系統(tǒng)。省去了機(jī)械卷繞系統(tǒng)中需要的機(jī)械設(shè)備調(diào)試。減輕了操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。操作界面簡單、直觀，操作簡便、容易。4. 提高了安全性

13、可靠性在該線材自動(dòng)卷繞系統(tǒng)中。操作人員不必去接觸有可能轉(zhuǎn)動(dòng)的機(jī)械部分，只需要通過觸摸屏操作卷繞系統(tǒng)。 因此提高了該線材卷繞系統(tǒng)的操作安全性。由于省去了部分機(jī)械卷繞裝置的機(jī)械測速、變速部分。簡化了該卷繞系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)，減少了零件總數(shù)。提高了設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)的可靠性。5. 減少了制造與維修成本該線材自動(dòng)卷繞系統(tǒng)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡單。大部分功能通過 PLC的軟件實(shí)現(xiàn)。簡化了生產(chǎn)難度和生產(chǎn)成本。同時(shí)，由于結(jié)構(gòu)簡單，維修變得更加容易，減少了維修難度與維修成本。2.3 線材自動(dòng)卷繞系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域1 、線材生產(chǎn)、加工部門在線材的生產(chǎn)與加工領(lǐng)域，無可避免的就是各種型號的線材要根據(jù)不同的需要卷繞在不同大小的卷軸上。特別是彈性線

14、材和熱的塑膠線材（如熱的膠管）的卷繞。其對卷繞張力控制要求十分精確。 否則會造成線材卷繞的不均勻甚至損壞線材。而一般的半自動(dòng)機(jī)械控制的卷繞系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高昂， 在卷繞這些線材時(shí)需要極其嚴(yán)格的調(diào)試和改造。 但仍不能滿足卷繞的要求。 但由 PLC控制的線材自動(dòng)卷繞系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)試方便， 控制精度高， 完全能夠滿足卷繞這些彈性線材的性能要求。而且操作、維護(hù)簡便。2 、生產(chǎn)成品需要線材卷繞流程的部門在某些線圈（例如變壓器） 的生產(chǎn)過程中。 需要對某種線材進(jìn)行規(guī)定長度或規(guī)定匝數(shù)的精確卷繞。 該線材自動(dòng)卷繞系統(tǒng)能夠通過修改觸摸屏的卷繞參數(shù)就能滿足規(guī)定的要求。而半自動(dòng)機(jī)械卷繞裝置則需要調(diào)整甚至修改機(jī)械

15、結(jié)構(gòu)改變卷繞的變比。有一定的操作與調(diào)試難度。 因此，該線材自動(dòng)卷繞裝置能夠滿足生產(chǎn)成品需要線材卷繞流程的部門進(jìn)行高精度的線材卷繞要求。6歡迎下載精品文檔3 線材自動(dòng)卷繞系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求3.1 線材自動(dòng)卷繞系統(tǒng)的控制要求在線材自動(dòng)卷繞系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，要求有給定輸入速度 （由旋轉(zhuǎn)編碼器實(shí)現(xiàn)）。應(yīng)用觸摸屏輸入線材直徑、卷繞長度、卷軸直徑和卷軸寬度（由線材直徑、卷軸寬度和卷軸直徑確定卷繞速度。不同的參數(shù)在卷繞中線速度不同）再參考給定輸入速度確定最終的卷繞速度。在系統(tǒng)運(yùn)行中。應(yīng)在觸摸屏中有相應(yīng)的監(jiān)控情況。此外，由于在卷繞過程中存在誤差。還應(yīng)在卷繞中加入張緊度測試。在過松或過緊時(shí)，自動(dòng)調(diào)節(jié)卷繞速度，并要求在觸

16、摸屏中有相應(yīng)的故障指示。3.2 線材自動(dòng)卷繞系統(tǒng)中被控對象和元件之間的邏輯控制關(guān)系給定輸入速度的測定：由旋轉(zhuǎn)編碼器實(shí)現(xiàn)線材參數(shù)（包括線材直徑、卷繞長度） ：通過用戶對觸摸屏輸入數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)卷軸參數(shù)（包括卷軸直徑、卷軸寬度） ：通過用戶對觸摸屏輸入數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)監(jiān)控卷繞情況（包含已卷繞長度） ：通過觸摸屏顯示監(jiān)控卷繞線材的導(dǎo)向機(jī)構(gòu)：通過步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)卷繞主軸的驅(qū)動(dòng)：通過變頻器控制的三相異步交流電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)卷繞長度和卷繞圈數(shù)的測定：通過旋轉(zhuǎn)編碼器實(shí)現(xiàn)。7歡迎下載精品文檔4 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則4.1 可編程控制器的簡介可編程控制器過去簡稱 PC，為區(qū)別于個(gè)人計(jì)算機(jī)，現(xiàn)一般簡稱 PLC。它采用可編程序的存儲

17、器，用來存儲用戶指令，完成確定的邏輯、順序、定時(shí)、計(jì)數(shù)、運(yùn)算和一些確定的功能是通過數(shù)字或模擬的輸入輸出， 來控制各種類型的機(jī)械設(shè)備或生產(chǎn)過程。 PLC不采用固定接線萬式，比繼電器控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)周期短、更改容易、接線簡單、成本低，而且把計(jì)算機(jī)的功能和繼電器控制系統(tǒng)結(jié)合起來，使控制更為容易。同時(shí)，它還有簡單易學(xué)、使用和維護(hù)方便、運(yùn)行穩(wěn)定可靠及設(shè)計(jì)周期短的特點(diǎn)。4.2 PLC 的一般結(jié)構(gòu)中央處理器 (CPU)、存儲器、輸入接口電路、輸出接口電路。4.3 PLC 產(chǎn)品一些常見的技術(shù)指標(biāo)(1) 輸入/ 輸出點(diǎn)數(shù) ( 即 I/O 點(diǎn)數(shù) )即指 PLC外部輸入、輸出端子數(shù)。這是重要的一項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)。(2) 掃描

18、速度一般以執(zhí)行 100O 步指令所需要的時(shí)間來衡量，故單位為 mS/千步。也有時(shí)以執(zhí)行一步指令的時(shí)間計(jì)算，如 DS/步。這決定了控制速度。(3) 內(nèi)存容量一般以 PLC所能存放用戶程序來衡量。 這決定了控制的復(fù)雜程度。 在 PLC中程序指令使按 步 存放的一 “步”占用一個(gè)地址單元， 一個(gè)地址單元一般占用兩個(gè)字節(jié)。如一個(gè)內(nèi)存容量為 1000 步的 PLC可推知其內(nèi)存為 2K字節(jié)。(4) 指令條數(shù)這是衡量 PLC軟件功能強(qiáng)弱的主要指標(biāo)。 PLC具有的指令越多，說明其控制功能越強(qiáng)。(5) 內(nèi)部寄存器PLC 內(nèi)部有許多寄存器用以存放變量狀態(tài)、中間結(jié)果等，還有許多輔助寄存器可供用戶使用， 可提供許多特

19、殊化或簡化整體系統(tǒng)設(shè)計(jì)。寄存器配置情況是衡量 PLC硬件功能的一個(gè)指標(biāo)。(6) 高級功能模塊PLC除了主控模塊外還可以配接各種高功能模塊。主控模塊實(shí)現(xiàn)基本控制功能。高功能模塊則可實(shí)現(xiàn)某種特殊的專門功能，使 PLC不但能進(jìn)行開關(guān)量順序控。8歡迎下載精品文檔制，而且能進(jìn)行精確的定位和速度控制、 和計(jì)算機(jī)進(jìn)行通信、 直接用高級語言進(jìn)行編程等，給用戶提供了強(qiáng)有力的工具。 高功能模塊的多少、 功能強(qiáng)弱常是衡量PLC產(chǎn)品水平高低的一個(gè)重要指標(biāo)。4.4 PLC 的選用原則隨著現(xiàn)代 PLC技術(shù)的發(fā)展， PLC應(yīng)用的范圍也很廣泛， 所以，一般我們對 PLC的選用我們有以下方面的考慮：可靠性、維修方便、可以在惡劣

20、環(huán)境下工作、使用方便、編程方便、可兼容性、修改與擴(kuò)充能力、 自診斷能力、 價(jià)格、特殊性能、聯(lián)網(wǎng)能力、運(yùn)行速度等。4.5 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)基本的原則任何一種控制系統(tǒng)都是為了實(shí)現(xiàn)被控對象的工藝要求， 以提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。因此，在設(shè)計(jì) PLC控制系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)遵循以下基本原則 :(1) 充分發(fā)揮 PLC的功能，最大限度的滿足用戶提出的技術(shù)條件要求，了解整個(gè)被控對象 ( 包括生產(chǎn)設(shè)備或生產(chǎn)過程的工作原理、工藝、性能、參數(shù)等 ) ，并深入現(xiàn)場進(jìn)行調(diào)查研究， 收集資料，與機(jī)械部分的設(shè)計(jì)人員和現(xiàn)場操作人員密切配合，共同擬定電氣控制方案，以協(xié)同解決系統(tǒng)設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的各種問題，并能根據(jù)需要方便的進(jìn)行修改。(

21、2) 在滿足控制要求的前提下， 讓整個(gè) PLC控制系統(tǒng)及控制電路安全、 可靠、簡單，具有較高的性能價(jià)格比。(3) 合理的選擇 PLC機(jī)型及電器元件。同時(shí)，在 PLC的 IO 點(diǎn)數(shù)和內(nèi)存容量上應(yīng)適當(dāng)留有余地，以滿足今后生產(chǎn)發(fā)展和工藝的改進(jìn)。(4) 容易掌握，便于操作和維修。4.6 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容(1) 擬訂控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的技術(shù)條件。(2) 選擇電力拖動(dòng)形式和電動(dòng)機(jī)、電磁閥等執(zhí)行機(jī)構(gòu)。(3) 選定 PLC的型號。(4) 分配 PLC的 I/O 點(diǎn)，繪制 PLC的 I/O 硬件接線圖。(5) 設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)梯形圖并調(diào)試。(6) 設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的操作臺、電氣控制柜等以及安裝接線圖。(7) 編

22、寫設(shè)計(jì)書和使用說明書。4.7 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般步驟一般 PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟具體操作如下:。9歡迎下載精品文檔(1) 分析被控對象 : 分析被控對象的工藝過程及工作特點(diǎn)，了解被控對象的全部功能，設(shè)備內(nèi)部之間的關(guān)系。(2) 確定輸入 / 輸出設(shè)備 : 根據(jù)系統(tǒng)的控制要求，確定系統(tǒng)所需的輸入設(shè)備( 如按鈕、位置開關(guān)、轉(zhuǎn)換開關(guān)等); 輸出設(shè)備 ( 如接觸器、電磁閥、信號指示燈等 ) 。由此，確定 PLC的 I/O點(diǎn)數(shù)。(3) 選擇 PLC:包括 PLC的機(jī)型、容量、 I/O 模塊、電源和其他擴(kuò)展模塊的選擇。(4) 分配 I/O 點(diǎn): 畫出 PLC的 I/O 端子與輸入 / 輸出設(shè)備的連

23、線圖或?qū)?yīng)表。(5) 設(shè)計(jì)控制系統(tǒng) : 如畫功能圖、梯形圖、對程序的調(diào)試等。(6) 硬件設(shè)計(jì)及現(xiàn)場施工。(7) 聯(lián)機(jī)調(diào)試 : 是指將模擬調(diào)試通過的程序進(jìn)行再線調(diào)試。4.8 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的方法PLC編程方法靈活，指令系統(tǒng)強(qiáng)大，控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方便，軟、硬件設(shè)計(jì)可同時(shí)進(jìn)行。 PLC由很強(qiáng)的驅(qū)動(dòng)能力，可直接驅(qū)動(dòng)接觸器和電磁閥等執(zhí)行元件，在工作控制中具有廣泛的通用性。對電氣控制設(shè)備來講，PLC 控制系統(tǒng)是設(shè)備控制要求和工藝流程的具體體現(xiàn)，但是任何 PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)都是在控制方式和電動(dòng)機(jī)技術(shù)數(shù)據(jù)確定以后進(jìn)行的。10歡迎下載精品文檔5 線材自動(dòng)卷繞系統(tǒng)的設(shè)備選型5.1 線材自動(dòng)卷繞系統(tǒng)設(shè)計(jì)圖線材進(jìn)

24、入速度檢測變頻（100PR旋轉(zhuǎn)編碼器）器SIEMENSMMX-440C卷繞圈數(shù)檢測（ 100PR旋轉(zhuǎn)編碼器）PLC步進(jìn)電機(jī)卷繞張力檢測SIEMENS控制器（紅外位置傳感器）S7-300SHCPU 314C2H057急停按鈕等外部控制開關(guān)觸摸屏（ SIRMENS TP-177B）圖 5-1線材自動(dòng)卷繞系統(tǒng)設(shè)計(jì)圖主軸卷繞電動(dòng)機(jī)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)42BYGH5.2 PLC 的選型在該線材卷繞系統(tǒng)中， 需要控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。因此，使用的PLC需要具有高速脈沖輸出功能。 一般具有高速脈沖輸出功能的 PLC多為晶體管輸出類型， 學(xué)校能夠?qū)崿F(xiàn)高速脈沖輸出功能的 PLC 有松下的 FP-0系列和西門子的 S7-300

25、CPU 314C。而松下的 FP-0輸出端口少，內(nèi)存?。删幊炭臻g只有 2.7K ）不能滿足端口數(shù)量和編程空間的要求。 況且在線材卷繞系統(tǒng)中， 需要精確的對卷繞主軸電動(dòng)機(jī)進(jìn)行精確的調(diào)速控制。 主軸卷繞電動(dòng)機(jī)是三相異步交流電動(dòng)機(jī)， 想要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)精確調(diào)節(jié)主軸驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的速度， 必須選用變頻器模擬量速度調(diào)節(jié)功能。 而要實(shí)用上述功能。 選用的 PLC還必須具備 0-10V 或0-5V 的模擬量輸出功能。 但是松下。11歡迎下載精品文檔FP-0系列 PLC不具備模擬量輸出功能。因此選用西門子 S7-300 CPU314C才能夠滿足設(shè)計(jì)要求。5.3 觸摸屏的選型在該線材自動(dòng)卷繞系統(tǒng)中，需要應(yīng)用觸摸屏進(jìn)行如

26、下應(yīng)用：1、對卷繞線材和卷軸的參數(shù)的設(shè)置。2、對線材卷繞裝置的使用幫助說明。3、對卷繞狀況的監(jiān)控（包含卷繞長度的顯示、卷繞動(dòng)作的模擬以及故障和錯(cuò)誤的報(bào)警）。因此，能夠滿足以上應(yīng)用要求的觸摸屏需要具備多畫面顯示、動(dòng)畫顯示、參數(shù)的預(yù)置與監(jiān)控等多種功能。為了使該線材卷繞系統(tǒng)的操作更加簡便和人性化。因此，在這個(gè)線材卷繞系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中我選用了西門子TP-177 B pndp color型觸摸屏。該款觸摸屏具有5.7 英寸的彩色顯示可觸摸畫面。集成RS422/485接口。其機(jī)身內(nèi)存為 2048KB。完全可以滿足線材卷繞系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求。5.4 變頻器的選型在該線材卷繞系統(tǒng)中。 需要應(yīng)用 PLC對驅(qū)動(dòng)卷繞主軸的

27、三相交流異步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行大范圍精確的無級調(diào)速。因此，需要應(yīng)用變頻器對該電動(dòng)機(jī)進(jìn)行調(diào)速控制。這樣的調(diào)速要求需要變頻器具有無級、 大范圍穩(wěn)定調(diào)速的功能。 我們在 PLC的選型中已經(jīng)說明，我們會利用 PLC的模擬量輸出功能控制變頻器以實(shí)現(xiàn)這樣的調(diào)速功能。所以，我們選擇的變頻器亦應(yīng)該具有相應(yīng)的模擬量輸入控制無級調(diào)速的相應(yīng)功能。因此，在這個(gè)線材卷繞系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中我選用了西門子的MMX-440C變頻器作為主軸卷繞電動(dòng)機(jī)的控制。因?yàn)樵撔吞栕冾l器能夠兼容于西門子S7-300型 PLC的模擬量輸出實(shí)現(xiàn)主軸卷繞電動(dòng)機(jī)的精確無級調(diào)速控制。5.5 旋轉(zhuǎn)編碼器的選型在該線材自動(dòng)卷繞系統(tǒng)中采用了旋轉(zhuǎn)編碼盤以采集線材的進(jìn)入速度

28、和卷繞主軸的卷繞圈數(shù)，為達(dá)到規(guī)定的卷繞精度，該系統(tǒng)選用了100p/r的編碼盤。當(dāng)旋轉(zhuǎn)編碼器旋轉(zhuǎn)時(shí)，會在輸出端在產(chǎn)生VP-P 為24V的方波信號， 每轉(zhuǎn)一圈輸出 100個(gè)脈沖?？梢蕴峁┙oPLC的高速計(jì)數(shù)器，用于線材卷繞的速度控制和導(dǎo)向控制。5.6 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的選型該卷繞系統(tǒng)的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是用來驅(qū)動(dòng)線材導(dǎo)向機(jī)構(gòu)。在設(shè)計(jì)中我選擇的是二相八拍混合式步進(jìn)電機(jī)其主要特點(diǎn)為：體積小，具有較高的起動(dòng)和運(yùn)行頻率，有。12歡迎下載精品文檔定位轉(zhuǎn)矩等優(yōu)點(diǎn)。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中采用串聯(lián)型接法，其電氣圖如圖5-2 所示：圖 5-2步進(jìn)電機(jī)電氣圖5.7 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的選型步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器主要有電源輸入部分、信號輸入部分、輸出部分等

29、。驅(qū)動(dòng)器電源由面板上電源模塊提供，驅(qū)動(dòng)器信號端采用+24V 供電。驅(qū)動(dòng)器輸入端為低電平有效。驅(qū)動(dòng)器電流設(shè)定為 0.63A ，細(xì)分設(shè)定為 8細(xì)分。將 24V 電源接入驅(qū)動(dòng)器，此時(shí)驅(qū)動(dòng)器的電源指示燈應(yīng)點(diǎn)亮。將24V與 OPTO端（驅(qū)動(dòng)器使能端）連接起來。PUL端是脈沖輸入端。 DIR 是方向控制輸入端。5.8 其他設(shè)備選型需要應(yīng)用機(jī)械部分來實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)每過一個(gè)細(xì)分，卷繞導(dǎo)向臂移動(dòng)1mm。13歡迎下載精品文檔6 線材自動(dòng)卷繞系統(tǒng)的理論設(shè)計(jì)6.1 線材自動(dòng)卷繞系統(tǒng)的初步設(shè)計(jì)在線材卷繞系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，一共分為4 部分：1、線材進(jìn)入速度測量采用旋轉(zhuǎn)編碼器直接給PLC輸入線材進(jìn)入速度。2、線材卷繞導(dǎo)向部分采

30、用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的機(jī)械導(dǎo)向器。其導(dǎo)向控制計(jì)算方法是利用觸摸屏輸入的線材直徑d 和卷軸的寬度H 以及卷繞的速度決定的。3、線材卷入的速度 V 是由線材輸入速度v，線材直徑 d 和卷軸直徑 D 決定的。4、因?yàn)榫€材卷繞中， PLC在線材進(jìn)入速度識別和卷繞過程中存在一定的誤差。因此還需要在該系統(tǒng)中加入卷繞誤差控制。6.2 卷繞的進(jìn)入速度識別在本項(xiàng)設(shè)計(jì)中， 采用旋轉(zhuǎn)編碼器識別線材進(jìn)入的線速度。 設(shè)定線材每進(jìn)入一米，旋轉(zhuǎn)編碼器產(chǎn)生 100 個(gè)脈沖（通過機(jī)械結(jié)構(gòu)解決） 則可通過 PLC編寫程序計(jì)算出進(jìn)入速度。根據(jù)公式進(jìn)入 PIC 的線材長度（取1cm為標(biāo)準(zhǔn)單位，設(shè)脈沖個(gè)數(shù)為N）：S=1*N（6-1 ）進(jìn)入

31、速度（令 t=1s ）：v=S/t（6-2 ）6.3 卷繞速度計(jì)算設(shè)卷繞時(shí)卷軸的角速度為則卷繞的線速度：V=R*（6-3 ）為完成卷繞要求， 則需要做到線材卷繞的線速度與線材的進(jìn)入速度相等。則有：。14歡迎下載精品文檔V=v（6-4 ）S/t=R（ 6-5 ）所以： =s/(RT)（ 6-6 ）在上式中 R是未知的該 R經(jīng)畫圖分析與卷軸直徑 D卷繞層數(shù) X 和線材直徑 d 有關(guān)，線材在卷繞過程中， 每卷繞一層，卷軸的半徑就增加了一個(gè) d（線材的直徑）。此外，為了增加卷繞速度的計(jì)算精度。還不應(yīng)忽略在卷繞中的最外層。因此，還需在卷繞半徑上卷上最外層的增加的卷繞半徑d/2 。卷繞半徑計(jì)算公式為：R=

32、D/2+Xd+d/2（6-7 ）6.4 線材卷繞導(dǎo)向部分該導(dǎo)向部分是由步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)擺臂進(jìn)行線材卷繞中的導(dǎo)向動(dòng)作。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是以轉(zhuǎn)動(dòng)角度控制擺臂的擺動(dòng)量。擺臂尖端的擺動(dòng)幅度為卷軸的寬度H。在線材卷繞開始之前，擺臂是在中間位置 （與卷軸垂直， 并且垂足位于卷軸橫向的中點(diǎn)）。當(dāng)用戶通過觸摸屏輸入卷軸寬度 H 后。擺臂尖端向左移動(dòng)到與卷軸左端對齊。此時(shí)用戶在導(dǎo)向臂中穿入待卷線材， 并與卷軸固定。 按開始卷繞按鈕啟動(dòng)卷繞裝置。在設(shè)計(jì)中，卷軸轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)測定依然采用旋轉(zhuǎn)編碼器。卷軸每卷繞一圈，PLC會給控制導(dǎo)向臂的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)發(fā)送運(yùn)動(dòng)信號，讓導(dǎo)向臂尖端向右移動(dòng)一個(gè)距離 d( 線材直徑）當(dāng)運(yùn)行卷繞至卷軸最右端是

33、，一共移動(dòng)了X 次。X H/d-1（6-8 ）當(dāng)導(dǎo)向臂向右移動(dòng)了 X 次時(shí)，卷軸的第一層已被卷滿。此時(shí)卷繞第二層。 此時(shí)每纏繞一圈導(dǎo)向臂向左移動(dòng)一個(gè) d。如此往復(fù)。完成卷繞導(dǎo)向過程。6.5 卷繞的長度測定在本系統(tǒng)中， 用戶可在系統(tǒng)的觸摸屏中輸入要求卷繞的長度，啟動(dòng)該卷繞系統(tǒng)開始卷繞后系統(tǒng)的進(jìn)入速度測試編碼開關(guān)會累計(jì)卷繞長度。當(dāng)卷繞長度達(dá)到用戶預(yù)設(shè)值時(shí)。系統(tǒng)自動(dòng)停機(jī)。并在觸摸屏上顯示卷繞完成信號。15歡迎下載精品文檔6.6 卷繞的誤差補(bǔ)償因?yàn)榫€材卷繞中， PLC在線材進(jìn)入速度識別和卷繞過程中存在一定的誤差。因此還需要在該系統(tǒng)中加入卷繞誤差控制。 該誤差控制的基本思想為： 在線材導(dǎo)向機(jī)構(gòu)與卷軸之間

34、加入三個(gè)卷繞誤差測定裝置， 在本人的設(shè)計(jì)中， 本人采用的是三個(gè)紅外位置傳感器。 三個(gè)傳感器縱向排列， 自上而下分別為線材卷繞過緊傳感器卷繞正常傳感器和卷繞過松傳感器。在線材卷繞過程中， 線材導(dǎo)向機(jī)構(gòu)與卷軸之間的線材自然下垂。 此時(shí)線材在過緊與過松傳感器之間， 可能會觸發(fā)卷繞正常傳感器， 但此時(shí)卷繞力度在誤差允許范圍內(nèi)，不會引起卷繞速度的變化。當(dāng)卷繞過緊時(shí)，線材繃緊。卷繞過緊傳感器動(dòng)作， 給 PLC發(fā)送卷繞過緊信號。此時(shí) PLC會在正常的卷繞速度 V 中，減去過緊調(diào)節(jié)速度 v 松 （該參數(shù)應(yīng)在觸摸屏中預(yù)置，默認(rèn)為 0.1m/s ）。此時(shí)卷繞速度減小，線材卷繞變松。緩慢下垂。當(dāng)線材觸發(fā)卷繞正常傳感

35、器時(shí)， PLC將過緊調(diào)節(jié)減去的速度 v 松 去除。此時(shí)線材的卷繞速度恢復(fù)為 PLC根據(jù)公式計(jì)算的正常卷繞速度 V。當(dāng)卷繞過松時(shí)， 線材下垂，觸發(fā)卷繞過松傳感器。這是 PLC會在正常卷繞速度中加上過松調(diào)節(jié)速度 v 緊 。這時(shí)線材加速卷繞，線材緩慢繃緊。當(dāng)觸發(fā)卷繞正常傳感器時(shí)。卷繞速度恢復(fù)至正常卷繞速度 V，完成誤差調(diào)節(jié)要求。7 線材自動(dòng)卷繞系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)7.1 IO分配I0.0開始按鈕I0.1卷繞進(jìn)入速度旋轉(zhuǎn)編碼器輸入I0.2卷繞圈數(shù)旋轉(zhuǎn)編碼器輸入I0.3急停按鈕I0.4卷繞過緊傳感器輸入I0.5卷繞正常傳感器輸入I0.6卷繞過松傳感器輸入Q0.0 變頻器模擬量輸出VA0變頻器模擬量輸出M變頻器模擬量輸出Q0.1 導(dǎo)向步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步進(jìn)脈沖輸出Q0.2 導(dǎo)向步進(jìn)電動(dòng)機(jī)方向電平輸出Q0.3 導(dǎo)向步進(jìn)電動(dòng)機(jī)脫機(jī)電平輸出。16歡迎下載精品文檔7.2 程序設(shè)計(jì)在該程序的設(shè)計(jì)過程中，參照理論設(shè)計(jì)為設(shè)計(jì)思路，具體的設(shè)計(jì)思想、 計(jì)算方法都在程序中的注釋中說明。在這里就不在進(jìn)行文字說明了。17歡迎下載精品文檔。18歡迎下