基于plc的往復(fù)式抓棉機(jī)控制設(shè)計本科生畢業(yè)（設(shè)計）論文

1、學(xué)科代號：080601學(xué) 號：061401010093貴州師范大學(xué)（本科）畢業(yè)論文題目：基于plc的往復(fù)式抓棉機(jī)控制設(shè)計學(xué)院：機(jī)械與電氣工程學(xué)院專 業(yè)：電氣工程及其自動化年級：2006級姓名：厲國強(qiáng)指導(dǎo)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(jī)的工作要求分析41.1抓棉機(jī)的機(jī)構(gòu)組成412抓棉機(jī)的工作要求5.13孤怖磯揑市u汎程614抓棉機(jī)的控制方案的比較與選擇6.第二章基于plc的程序設(shè)計82.1 2. 2順序功能圖的繪制2. 3使用置位復(fù)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11第三章s7-300的模塊選用133.1硬件的選擇13

2、3. 2軟件設(shè)計141433編寫控制程序的必備因素3.4 plc控制系統(tǒng)的優(yōu)勢153. 5結(jié)論161836輸入輸出i/o表17第四章出現(xiàn)的問題及解決方法參考文獻(xiàn)19致謝辭20針對多組分不同品種的紗線進(jìn)行混紡的前紡抓棉設(shè)備要求，根據(jù)往復(fù)式抓棉機(jī)自動控制系統(tǒng) 的特點(diǎn)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(fù)式抓棉機(jī)自動控制系統(tǒng)，編制系 統(tǒng)的自動控制過程和程序設(shè)計。該系統(tǒng)具備可按照設(shè)定工藝對抓棉過程中的小車運(yùn)行速度、抓棉 層高度、打手抓棉速度等參數(shù)進(jìn)行自動協(xié)調(diào)控制，保證了抓棉質(zhì)量和設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行。實(shí)踐表明， 該設(shè)計達(dá)到基本工藝要求，具有一定的應(yīng)用推廣前景?？删幊炭刂破鳎╬lc）已突破了當(dāng)初邏

3、輯控制的場合，深入到過程控制、位置控制、網(wǎng)絡(luò)通 信等工程領(lǐng)域。它具有極高的可靠性和應(yīng)用便捷等特點(diǎn)，成為當(dāng)今用途最為廣泛的工業(yè)控制器。將 plc用于控制抓棉機(jī)的運(yùn)行具有很好的推廣價值。本設(shè)計根據(jù)棉紡工藝的需要，重點(diǎn)研究plc在小 車控制系統(tǒng)和軟件設(shè)計中的應(yīng)用。關(guān)鍵詞 抓棉機(jī)；plc ; 自動控制； 軟件設(shè)計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)ab

4、stract: 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 automa

5、tic 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

6、of textile machines .experiments show that the design has met basic technological requirements and has certain market perspective words: plucker ； plc ； automatic control ； soft ware design 隨著微處理器，計算機(jī)和數(shù)字通信技術(shù)的飛速發(fā)展，計算機(jī)控制已經(jīng)廣泛的應(yīng)用 在所有的工業(yè)領(lǐng)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(yīng)，生產(chǎn)出 小批量、多品種、多規(guī)格、低成本和高質(zhì)量的產(chǎn)品。為了滿足這一要求，生茶 設(shè)備和

7、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?正是順應(yīng)這一要求出現(xiàn)的，它是以微處理為基礎(chǔ)的通用工業(yè)控制裝置。plc它的應(yīng)用面廣、功能強(qiáng)大、使用方便，已經(jīng)成為當(dāng)代工業(yè)自動化的支柱它已經(jīng)廣泛地應(yīng)用在各種機(jī)械設(shè)備和生產(chǎn)過程的自動控制系統(tǒng)屮，可編程 序控制器在其他的民用和家庭自動化的應(yīng)用也得到了迅速的發(fā)展。紡織是關(guān)系到 民生的基礎(chǔ)性生產(chǎn)行業(yè)，紡織系統(tǒng)的設(shè)備也已經(jīng)隨著科學(xué)技術(shù)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，工藝更加的先進(jìn)，衣料屮的棉紡因 為它的特點(diǎn)一直深受人們的喜愛，抓棉機(jī)主要由機(jī)械抓手，內(nèi)部電機(jī)傳動裝置， 升降系統(tǒng)等構(gòu)成，其實(shí)與電機(jī)控制系統(tǒng)的聯(lián)系緊密。對于

8、它的改進(jìn)可以結(jié)合電氣 控制技術(shù)和可編程序控制器技術(shù)，進(jìn)行深入探討研究，這種對生產(chǎn)裝置的改進(jìn)方 法在其他的行業(yè)屮也具有借鑒意義，值得我們學(xué)習(xí)。第一章抓棉機(jī)的工作要求分析1.1抓棉機(jī)的結(jié)構(gòu)組成一 抓棉機(jī)全局二抓棉箱主要機(jī)械手三抓棉打手1.2抓棉機(jī)的工作要求多組分紗線混紡必須達(dá)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(zhì)量瞬時混和是多組分纖維均勻混和的基礎(chǔ)。抓棉機(jī)作為開淸棉（注1）的第一道 工序，其主要作用是對原棉和纖維進(jìn)行抓取和開松，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(zhì)的產(chǎn)品。它主要有旋轉(zhuǎn) 式和往復(fù)式兩種，前者已趨于淘汰，后者

9、型號較老的往復(fù)式抓棉機(jī)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(yīng)新工藝的要求。研究發(fā)現(xiàn)，對抓棉 機(jī)的控制系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)就能滿足新工藝的要求。為此，對抓棉機(jī)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(fù)運(yùn)動，對棉 包進(jìn)行順序抓??；（2）抓棉機(jī)與棉包之間具有相對平面往復(fù)運(yùn)動，以適應(yīng)多包混棉的需 要；（3）抓棉機(jī)每抓棉完成一個行程，抓棉機(jī)的抓棉臂按給定的抓棉深度下降一個行程; 再返回繼續(xù)抓棉，且抓棉層高可調(diào)；（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(zhuǎn)開松（注4）和抓取棉堆，保證抓取均勻；（5）具有自動 識

10、別和復(fù)位功能，即一批棉包被抓完后，抓棉機(jī)及抓棉臂應(yīng)能迅速識別并復(fù)位；（6）有 一系列安全保護(hù)措施，如當(dāng)出現(xiàn)機(jī)器往復(fù)運(yùn)動和抓棉臂的升降均不能運(yùn)動到行程之外、 有人在抓棉工作范圍之內(nèi)、機(jī)器門被打開、棉包抓完之后等等情況都有相應(yīng)的應(yīng)急保 護(hù)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(wù)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序。本工序的開清聯(lián)合機(jī)完成下列任務(wù)：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(zhì)。3、混和 將各種原料按配棉比例充分混和。4、成卷 制成

11、一定重量、一定長度且均勻的棉卷，供下道工序使用。當(dāng)采用清梳 聯(lián)時，則輸出棉流到梳棉工序各臺梳棉機(jī)的儲棉箱中。二、開清棉機(jī)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(jī)由各種作用的單機(jī) 組合成，按作用特點(diǎn)一般分為四類機(jī)械。注2：經(jīng)梳棉機(jī)制成的棉條其中纖維大多彎曲，不夠伸直注3: 英文：rol ler音譯。即“棍”，紡織機(jī)上用來拉緊紗線的機(jī)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(jī)控制流程抓棉機(jī)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(diào)試的需要，手動控制主要用在機(jī)器試車和檢修 的情況。自動控制用于生產(chǎn)流

12、水線工序，若前級機(jī)臺發(fā)出要棉信號，抓棉機(jī)從起點(diǎn)自動 往復(fù)運(yùn)行抓棉程序。（2）在抓棉過程中，抓棉打手抓棉最低點(diǎn)的瞬時速度方向與抓棉機(jī) 運(yùn)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(zhuǎn)向和抓棉機(jī)的 方向匹配。（3）抓棉機(jī)每走完一個單行程，進(jìn)行一次換向。同時，抓棉機(jī)運(yùn)行方向每換 向一次，抓棉臂下降一定距離，經(jīng)反復(fù)實(shí)踐和實(shí)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)時間設(shè)置選擇為3 -5mm范圍內(nèi)。（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(zhuǎn)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

13、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(zhuǎn)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(jìn) 行選擇，這要求打手有兩檔速度可供選擇。（5）當(dāng)一批棉包抓完時，打手停機(jī)，抓棉臂 上升復(fù)位，重新放置新的棉包。根據(jù)以上要求，做出抓棉機(jī)工藝流程圖：1.4抓棉機(jī)控制方案的比較與選擇第二章基于plc的程序設(shè)計2. 1 step7是s7-300系列的編程軟件。梯形圖、語句表和功能塊圖是標(biāo)準(zhǔn)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(zhuǎn)化。順序控制法是一種先進(jìn)的設(shè)計方法，很容易被初學(xué)者接受，只要正確的描繪岀系統(tǒng) 工作過

14、程的順序功能圖，一般都可以做到調(diào)試程序吋一次成功。所謂順序控制，就是按照生產(chǎn)工藝預(yù)先規(guī)定的順序，在各個輸入信號的作用下，根據(jù) 內(nèi)部狀態(tài)和吋間的順序，在生產(chǎn)過程中各個執(zhí)行機(jī)構(gòu)自動地有序的進(jìn)行操作。所有順序 控制設(shè)計時首先根據(jù)系統(tǒng)的工序過程,畫出順序功能圖(sequential runction 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)流程圖和流程文字說明首先繪制順序功能圖10.72.3使用置位復(fù)位指令的順序控制梯形圖編程m0.7m0.1h/i-m0.0im0.0network 2 : title:m0<010.1mo.2m0.1h/l0im0.1q4.0

15、0iq460im0.110.3h/fmo.2m0.2-<)iq4-1y)iq4.6-()inetwork 4 : title:uumrt 已 n 二：network 6 : title:conunen t:m0>410-510.6mo.5mo. 5mo >510.6mo. 6q4.oq4.6emo.c-()iq46-()inetwork 8 : title:mo.610.7t il/hmo.2mo. 3h/fm0.24)iq4.1-()iq4.6f)i2. 4直接利用step7軟件生成語句表a(am0.7ai1.00m0.0)anm0m0.0a(am0.0ai00m0)anm

16、0.2=m0.1二q4.0=q4.6a(am0.1ai0.20m0.2)ani0.3=m0.2二q4=q4.6a(am0.2a i 0.3om0.3)an10.4=m0.3=q4.0二q4.6a(am0.3a i 0.4om0.4)an10.5=m0.4=q4.3=q4.6a(am0.4a i 0.5om().5)ani0.6=m0.5=q4.4=q4.6a m 0.5a i 0.6o m 0.6二m0.6=q4.6iiiiii2aaq qmmmm4、64lno7ooopp76iiiiii/o qf b o6 1qo-o27®第三章s7-300的模塊選用3. 1硬件的選擇根據(jù)工藝控制

17、條件及抓棉機(jī)的i/o輸入輸岀表，對1/0點(diǎn)數(shù)（數(shù)字輸入/輸出量、模 擬輸入/輸岀量）進(jìn)行準(zhǔn)確的統(tǒng)計，需要約40個t/0點(diǎn)數(shù)，并在統(tǒng)計數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上再 增加10 %30 %的余量來確定i/o總點(diǎn)數(shù)。其優(yōu)點(diǎn)是：（1）可以彌補(bǔ)統(tǒng)計過程中遺漏的 點(diǎn)數(shù)；（2）保證系統(tǒng)投入運(yùn)行后，某些點(diǎn)故障吋，能夠替換；（3）預(yù)備將來可能增加的 點(diǎn)數(shù)需求。因此總的設(shè)計點(diǎn)數(shù)大約為50多個。配備輸入輸岀模塊由于采用多個接近開 關(guān)檢測小車位置，這直接要求控制器具有較強(qiáng)的開關(guān)量處理能力，必須配備模擬量 i/o模塊，同吋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

18、。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(biāo)準(zhǔn) 型cpu312處理能力強(qiáng)，便于以后升級。3. 2軟件設(shè)計根據(jù)抓棉機(jī)的工作流程可知，其工作過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(shè)備的調(diào)試和檢修，正常生產(chǎn)是運(yùn)行在自動控制 狀態(tài)。為避免誤操作，在編程吋尤其要注意聯(lián)鎖保護(hù)。順序控制要求對那些按動作的先 后順序進(jìn)行控制，根據(jù)工作流程圖及t/0輸出表，軟件程序設(shè)計能很清雉地表示各個 動作點(diǎn)的功能、點(diǎn)與點(diǎn)之間的轉(zhuǎn)換順序及其轉(zhuǎn)換條件。3. 3編寫控制程序的必備因素3. 3.1）在小車正、反轉(zhuǎn)電

19、路屮，除了用軟件處理外，在plc的輸出回路屮接人硬件互 鎖，從而形成雙互鎖控制。3. 3. 2）抓棉機(jī)沿軌道運(yùn)行必須到位，到位時用接近開關(guān)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，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)屮所有輸入信號的觸點(diǎn)都采用常開觸點(diǎn)接法。特別是對如系統(tǒng)停止、 原位停止及熱繼屯器這類傳統(tǒng)上采用常閉觸點(diǎn)接法的觸點(diǎn)，也采用常開觸點(diǎn)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。程序屮 還用了很多屮間繼電器作為屮間狀態(tài)的記憶或過渡。3.4 plc控制系統(tǒng)的優(yōu)勢由于plc自動控制的靈活性，只要在使

20、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(diào)試時間，提高了 效率。采用plc設(shè)計系統(tǒng)，可以縮短設(shè)計周期，安裝調(diào)試十分方便。特別是程序部分 可事先在實(shí)驗室調(diào)試好，現(xiàn)場只要把事先調(diào)試好的程序輸入plc,在工藝條件滿足的情 況下，設(shè)備即可投入運(yùn)行。該控制系統(tǒng)針對棉紡企業(yè)的生產(chǎn)實(shí)際，操作簡單、維護(hù)方 便，運(yùn)行穩(wěn)定，具有相當(dāng)?shù)耐茝V價值。3. 5結(jié)論3. 5.1本程序通過實(shí)際調(diào)試，使用效果良好。3. 5.2采用plc設(shè)計系統(tǒng)，可以縮短設(shè)計周期，安裝調(diào)試十分方便，提高了效率。3

21、. 5. 3控制系統(tǒng)針對棉紡企業(yè)的生產(chǎn)實(shí)際，操作簡單、維護(hù)方便，運(yùn)行穩(wěn)定，具有相 當(dāng)?shù)耐茝V價值。3. 6輸入輸出i/o表to. 1to. 2to. 3to. 4to. 5to. 6to. 7自動運(yùn)行開關(guān)自動運(yùn)行限位開關(guān)按工作原理屬于超聲波型到達(dá)棉堆吋發(fā)岀指令限位開關(guān)當(dāng)打手下降到棉堆上方吋發(fā)出指令左限位開關(guān)當(dāng)抓棉機(jī)在軌道上移動到棉堆最左端吋發(fā)岀停止指令 限位開關(guān)打手下降到位限位開關(guān)到達(dá)棉堆的最右端限位開關(guān)到達(dá)安全區(qū)等待下次運(yùn)行q4. 0q4. 1q4. 2q4. 3q4. 4q4. 5km1快速向左前進(jìn)km2打手下降km3工進(jìn)km2打手下降km4反向共進(jìn)km5反向快速前進(jìn)參考文獻(xiàn)1 段剛.plc與變頻器應(yīng)用技術(shù)項目教程（西門子）.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008.2 宋伯生.plc編程實(shí)用指南北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2007.3 宋伯生.陳東旭：plc應(yīng)用及實(shí)驗教程北京：機(jī)械工業(yè)出版社2006-09.4 廖常初.s7-300/400 plc應(yīng)用技術(shù)（第2版）北京：機(jī)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2006-10.6 宮懷