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

1、學(xué)科代號(hào)：080601學(xué) 號(hào)：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(jì)學(xué)院：機(jī)械與電氣工程學(xué)院專(zhuān) 業(yè)：電氣工程及其自動(dòng)化年級(jí)：2006級(jí)姓名：厲國(guó)強(qiáng)指導(dǎo)老師：鄭小倩（講師）完成時(shí)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(jì)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(yǔ)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(jì)141433編寫(xiě)控制程序的必備因素3.4 plc控制系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)153. 5結(jié)論161836輸入輸出i/o表17第四章出現(xiàn)的問(wèn)題及解決方法參考文獻(xiàn)19致謝辭20針對(duì)多組分不同品種的紗線(xiàn)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(dòng)控制系統(tǒng) 的特點(diǎn)和現(xiàn)場(chǎng)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(dòng)控制系統(tǒng)，編制系 統(tǒng)的自動(dòng)控制過(guò)程和程序設(shè)計(jì)。該系統(tǒng)具備可按照設(shè)定工藝對(duì)抓棉過(guò)程中的小車(chē)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(dòng)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(jì)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(chǎng)合，深入到過(guò)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(jià)值。本設(shè)計(jì)根據(jù)棉紡工藝的需要，重點(diǎn)研究plc在小 車(chē)控制系統(tǒng)和軟件設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。關(guān)鍵詞 抓棉機(jī)；plc ; 自動(dòng)控制； 軟件設(shè)計(jì)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(jì)算機(jī)和數(shù)字通信技術(shù)的飛速發(fā)展，計(jì)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(huì)要求制造業(yè)對(duì)市場(chǎng)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(mǎn)足這一要求，生茶 設(shè)備和

7、自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)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(dòng)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(guò)程的自動(dòng)控制系統(tǒng)屮，可編程 序控制器在其他的民用和家庭自動(dòng)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(ài)，抓棉機(jī)主要由機(jī)械抓手，內(nèi)部電機(jī)傳動(dòng)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(duì)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(duì)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(xiàn)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(zhǎng)期 穩(wěn)定的質(zhì)量瞬時(shí)混和是多組分纖維均勻混和的基礎(chǔ)。抓棉機(jī)作為開(kāi)淸棉（注1）的第一道 工序，其主要作用是對(duì)原棉和纖維進(jìn)行抓取和開(kāi)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(xiàn)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(hào)較老的往復(fù)式抓棉機(jī)其抓棉動(dòng)作簡(jiǎn)單、 抓棉不均勻、對(duì)環(huán)境變化的識(shí)別能力差，也不適應(yīng)新工藝的要求。研究發(fā)現(xiàn)，對(duì)抓棉 機(jī)的控制系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)就能滿(mǎn)足新工藝的要求。為此，對(duì)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(jí)的原棉和化纖。間歇下降的抓棉打手隨小車(chē)作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，對(duì)棉 包進(jìn)行順序抓?。唬?）抓棉機(jī)與棉包之間具有相對(duì)平面往復(fù)運(yùn)動(dòng)，以適應(yīng)多包混棉的需 要；（3）抓棉機(jī)每抓棉完成一個(gè)行程，抓棉機(jī)的抓棉臂按給定的抓棉深度下降一個(gè)行程; 再返回繼續(xù)抓棉，且抓棉層高可調(diào)；（4）抓棉過(guò)程中抓棉打手和羅拉（注3）聯(lián)動(dòng)依靠 羅拉壓住棉包，打手刀片旋轉(zhuǎn)開(kāi)松（注4）和抓取棉堆，保證抓取均勻；（5）具有自動(dòng) 識(shí)

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(shí)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(dòng)和抓棉臂的升降均不能運(yùn)動(dòng)到行程之外、 有人在抓棉工作范圍之內(nèi)、機(jī)器門(mén)被打開(kāi)、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(dòng)和自動(dòng)控制抓棉功能。1.2. 1文中部分名詞解釋及其圖解注1:開(kāi)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(guò)一系列紡紗過(guò)程，開(kāi)清棉 工序是紡紗工藝過(guò)程的第一道工序。本工序的開(kāi)清聯(lián)合機(jī)完成下列任務(wù)：1、開(kāi)松 將棉包中壓緊的塊狀纖維開(kāi)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(zhǎng)度且均勻的棉卷，供下道工序使用。當(dāng)采用清梳 聯(lián)時(shí)，則輸出棉流到梳棉工序各臺(tái)梳棉機(jī)的儲(chǔ)棉箱中。二、開(kāi)清棉機(jī)械的組成為完成開(kāi)松、除雜、混和、均勻成卷四大作用，開(kāi)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(lèi)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(lái)拉緊紗線(xiàn)的機(jī)件注4:開(kāi)松作用是抓棉打手在抓棉過(guò)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(gè)手動(dòng)自動(dòng)的切換問(wèn)題。即手 動(dòng)自動(dòng)的選擇要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工藝和用戶(hù)調(diào)試的需要，手動(dòng)控制主要用在機(jī)器試車(chē)和檢修 的情況。自動(dòng)控制用于生產(chǎn)流

12、水線(xiàn)工序，若前級(jí)機(jī)臺(tái)發(fā)出要棉信號(hào)，抓棉機(jī)從起點(diǎn)自動(dòng) 往復(fù)運(yùn)行抓棉程序。（2）在抓棉過(guò)程中，抓棉打手抓棉最低點(diǎn)的瞬時(shí)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(kāi)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(gè)單行程，進(jìn)行一次換向。同時(shí)，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(yàn)驗(yàn)證，抓棉層厚度在3 - 5mm對(duì)開(kāi) 松和混合效果較為理想。因此 下降高度根據(jù)時(shí)間設(shè)置選擇為3 -5mm范圍內(nèi)。（4）打 手抓棉時(shí)，在其他條件不變的情況下，單位時(shí)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(kāi)松 較好，然而，由于刀片的打擊作用，造成纖維損傷，此時(shí)也就越多；反之，打手轉(zhuǎn)速越 低，抓取棉束的重量越大，開(kāi)松效果較差，纖維損傷較少。經(jīng)試驗(yàn)對(duì)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(shí)，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(jì)2. 1 step7是s7-300系列的編程軟件。梯形圖、語(yǔ)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(yǔ)言，這三種語(yǔ)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(jì)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(guò)

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(gè)輸入信號(hào)的作用下，根據(jù) 內(nèi)部狀態(tài)和吋間的順序，在生產(chǎn)過(guò)程中各個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)自動(dòng)地有序的進(jìn)行操作。所有順序 控制設(shè)計(jì)時(shí)首先根據(jù)系統(tǒng)的工序過(guò)程,畫(huà)出順序功能圖(sequential runction chart), 然后根據(jù)順序功能圖畫(huà)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(shuō)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(yǔ)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(duì)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(jì)，需要約40個(gè)t/0點(diǎn)數(shù)，并在統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上再 增加10 %30 %的余量來(lái)確定i/o總點(diǎn)數(shù)。其優(yōu)點(diǎn)是：（1）可以彌補(bǔ)統(tǒng)計(jì)過(guò)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(lái)可能增加的 點(diǎn)數(shù)需求。因此總的設(shè)計(jì)點(diǎn)數(shù)大約為50多個(gè)。配備輸入輸岀模塊由于采用多個(gè)接近開(kāi) 關(guān)檢測(cè)小車(chē)位置，這直接要求控制器具有較強(qiáng)的開(kāi)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(hào)塊提供24v 電源，因此完全能夠滿(mǎn)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(jí)。3. 2軟件設(shè)計(jì)根據(jù)抓棉機(jī)的工作流程可知，其工作過(guò)程是典型的順序控制，控制程序分為手動(dòng)控制 和自動(dòng)控制，其中手動(dòng)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(dòng)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(duì)那些按動(dòng)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(jì)能很清雉地表示各個(gè) 動(dòng)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(xiě)控制程序的必備因素3. 3.1）在小車(chē)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(shí)用接近開(kāi)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(hào)的觸點(diǎn)都采用常開(kāi)觸點(diǎn)接法。特別是對(duì)如系統(tǒng)停止、 原位停止及熱繼屯器這類(lèi)傳統(tǒng)上采用常閉觸點(diǎn)接法的觸點(diǎn)，也采用常開(kāi)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(duì)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(guò)渡。3.4 plc控制系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)由于plc自動(dòng)控制的靈活性，只要在使

20、用過(guò)程中有因工藝改變的控制要求時(shí)，只需要在現(xiàn)場(chǎng)改變某些工藝參數(shù)，改變動(dòng)作順序，增加系統(tǒng)功能，在不改動(dòng)接線(xiàn)或改動(dòng)很少 的情況下，通過(guò)程序的改變來(lái)滿(mǎn)足不同的控制求，大大節(jié)省了安裝調(diào)試時(shí)間，提高了 效率。采用plc設(shè)計(jì)系統(tǒng)，可以縮短設(shè)計(jì)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(yàn)室調(diào)試好，現(xiàn)場(chǎng)只要把事先調(diào)試好的程序輸入plc,在工藝條件滿(mǎn)足的情 況下，設(shè)備即可投入運(yùn)行。該控制系統(tǒng)針對(duì)棉紡企業(yè)的生產(chǎn)實(shí)際，操作簡(jiǎn)單、維護(hù)方 便，運(yùn)行穩(wěn)定，具有相當(dāng)?shù)耐茝V價(jià)值。3. 5結(jié)論3. 5.1本程序通過(guò)實(shí)際調(diào)試，使用效果良好。3. 5.2采用plc設(shè)計(jì)系統(tǒng)，可以縮短設(shè)計(jì)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(duì)棉紡企業(yè)的生產(chǎn)實(shí)際，操作簡(jiǎn)單、維護(hù)方便，運(yùn)行穩(wěn)定，具有相 當(dāng)?shù)耐茝V價(jià)值。3. 6輸入輸出i/o表to. 1to. 2to. 3to. 4to. 5to. 6to. 7自動(dòng)運(yùn)行開(kāi)關(guān)自動(dòng)運(yùn)行限位開(kāi)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(kāi)關(guān)當(dāng)打手下降到棉堆上方吋發(fā)出指令左限位開(kāi)關(guān)當(dāng)抓棉機(jī)在軌道上移動(dòng)到棉堆最左端吋發(fā)岀停止指令 限位開(kāi)關(guān)打手下降到位限位開(kāi)關(guān)到達(dá)棉堆的最右端限位開(kāi)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(xiàng)目教程（西門(mén)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(yàn)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(dòng)控制系統(tǒng)（高等紡織院校教材）.北京：中國(guó)紡織出版社2006-10.6 宮懷