絹紡生產(chǎn)線的電控設(shè)計(jì)

絹紡生產(chǎn)線的電控設(shè)計(jì),絹紡,生產(chǎn)線,設(shè)計(jì) 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文） 設(shè)計(jì)(論文)題目： 絹紡生產(chǎn)線的電控設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名： 二級(jí)學(xué)院： 班 級(jí)： 提交日期： 目錄 目錄 摘 要 III Abstract IV 第1章 緒 論 1 1.1論文背景及研究意義 1 1.2 國(guó)內(nèi)外研究動(dòng)態(tài) 1 1.2.1 國(guó)內(nèi)外絹紡生產(chǎn)線的現(xiàn)狀 1 1.2.2 國(guó)內(nèi)外電氣自動(dòng)化的現(xiàn)狀與發(fā)展 2 1.3 傳統(tǒng)工藝流程 2 1.4 論文研究目的和內(nèi)容 3 第2章 部分傳送的速度控制 5 2.1變頻器概述 5 2.2三相異步電機(jī)變頻調(diào)速的原理 6 2.2.1基頻以下的變頻調(diào)速 6 2.2.2基頻以上變頻調(diào)速 6 2.3 三相異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速仿真模型 7 2.4 仿真模擬結(jié)果 8 2.5三相異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速檢測(cè) 10 第3章 副夾板放入和取出的電控設(shè)計(jì) 12 3.1 夾取副夾板工藝設(shè)計(jì)前后對(duì)比 12 3.2電機(jī)以及其他裝置的選取 13 3.3 PLC的選取和PID的設(shè)計(jì) 16 3.3.1 PLC的選取 16 3.3.2 模糊PID設(shè)計(jì) 17 3.4取放副夾板工藝的同步電控設(shè)計(jì) 19 3.4.1系統(tǒng)控制圖 19 3.4.2系統(tǒng)電路連接 21 第4章 取落棉的電控設(shè)計(jì) 22 4.1 取落棉裝置的設(shè)計(jì)前后對(duì)比 25 4.2改進(jìn)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案 27 4.3線路圖 28 第5章 總結(jié)和展望 30 5.1論文總結(jié) 30 5.2工作展望 31 參考文獻(xiàn) 32 附錄 33 致謝 33 絹紡生產(chǎn)線的電控設(shè)計(jì) 摘 要 絹紡業(yè)由最早的全手工家庭作坊發(fā)展到如今的半自動(dòng)化生產(chǎn)，但由于自動(dòng)化程度較低，生產(chǎn)中的關(guān)鍵工藝步驟都是有人工操作的，這樣很大程度的制約了生產(chǎn)效率和絹紡企業(yè)的發(fā)展，本論文旨在為絹紡企業(yè)設(shè)計(jì)一條合理高效的自動(dòng)夾取副夾板和取落棉的電氣控制，生產(chǎn)線的電控設(shè)計(jì)目的是利用電氣自動(dòng)化理論完成對(duì)生產(chǎn)線中人力勞動(dòng)的簡(jiǎn)化，提高生產(chǎn)率。 本論文的主要研究工作和創(chuàng)新成果如下： 1.應(yīng)用三相異步電機(jī)的變頻調(diào)速原理，來完成對(duì)生產(chǎn)線中部分傳送帶的速度控制；討論基頻以上和基頻以下兩種情況來利用sumlink軟件來仿真模擬電機(jī)的變頻調(diào)速情況，仿真結(jié)果表明變頻調(diào)速方案的可行性。 2.副夾板夾取裝置和關(guān)鍵位置傳送帶需要精確地速度控制，為此設(shè)計(jì)了基于PLC控制下的伺服電機(jī)調(diào)速方案，在還建立了模糊PID的反饋控制組成的閉環(huán)系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以根據(jù)目標(biāo)值和實(shí)際速度的差值來調(diào)節(jié)輸出值。 3．在設(shè)計(jì)中發(fā)現(xiàn)純機(jī)械結(jié)構(gòu)的自動(dòng)取落棉裝置在實(shí)際運(yùn)用中存在部分問題，為此建立了PLC控制下的電機(jī)正反轉(zhuǎn)方案來達(dá)到取落棉工藝。 文章最后提出優(yōu)化圓梳機(jī)和副夾板的設(shè)計(jì)方案。 關(guān)鍵詞：絹紡生產(chǎn)；速度控制；電控設(shè)計(jì)； PLC控制技術(shù)；PID；伺服電機(jī) Design on Electronic control of Silk Spinning production line Abstract Silk industry was developed from the full manual production in home to the semi – automatization production in now. But most of the key steps in production are manual operation because of the low degree automation. Therefore, this situation has restricted the productivity and the development of silk enterprises greatly. This paper aims to design reasonable and efficient electric control for the silk industry to automatically fetching and dropping splint automatically . Electric control design of production line is using the theory of electrical automation to simplify the human labor and improve productivity. The main work and innovation are as follows: 1.Appling variable frequency speed regulation of the motor to completion of the production line to control the conveyor belt`s running speed. Analysis the two cases of the base frequency up and down and using “Sumlink” software to simulate the frequency conversion speed regulation of the motor. The simulation results show the feasibility of the variable frequency speed regulation scheme. 2.The auxiliary clamping device and a key position conveyor require precise speed control. So designing the servo motor speed control scheme based on PLC. Also designing the closed-loop system composed PID control which can adjust the output value according to the difference between the input value and actual speed. 3.In the design that automatic cotton device in the practical application has problem because of pure mechanical structure. For this designs the control motor positive inversion under the PLC to achieve the Automatic cotton picking In the end, we also prospected the future development direction. Keywords: Spun silk spinning; speed control; Electric control design?; PLC control technology; PLC;PID; Servomotor. 33 第1章 緒 論 第1章 緒 論 1.1論文背景及研究意義 江蘇省自古便是絲綢之鄉(xiāng)。隨著工業(yè)科技革命的成功，如今的絲綢業(yè)從古代傳統(tǒng)家庭手工小作坊的格局逐漸向大工廠機(jī)械化自動(dòng)化流水線式的產(chǎn)業(yè)發(fā)展。經(jīng)幾年產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)移與調(diào)整，江蘇絲綢產(chǎn)業(yè)的原格局發(fā)生了歷史性的變化，雖然優(yōu)勢(shì)還在，但問題也逐漸明顯。 初步統(tǒng)計(jì)，江蘇省絲綢產(chǎn)量與綢緞產(chǎn)量比去年增長(zhǎng)53.7%和1.21%；全省真絲出口卻比去年下降了16.49%。初步統(tǒng)計(jì)到2014年為止，全省絹紡企業(yè)有88家，年產(chǎn)量約在2-3萬噸。[10] 雖然絹紡行業(yè)中各項(xiàng)產(chǎn)品的產(chǎn)量逐年增加，但是從19世紀(jì)八十年代到現(xiàn)在，絹紡產(chǎn)業(yè)始終沒有進(jìn)行一次完善的技術(shù)改革，生產(chǎn)線智能化水平低，雖然大部分企業(yè)中生產(chǎn)線體系已經(jīng)初步形成，但是生產(chǎn)線中許多重要環(huán)節(jié)還是需要大量人力勞動(dòng)力來進(jìn)行，相比之下國(guó)外某些大型絹紡企業(yè)已經(jīng)做到了生產(chǎn)線高度自動(dòng)化一體化，生產(chǎn)中基本已經(jīng)擺脫了人力的參與，這些企業(yè)的產(chǎn)品不僅僅質(zhì)量高于人工制品，生產(chǎn)速度也顯著提高。[8] 電氣自動(dòng)化是現(xiàn)代工業(yè)中重要組成，一條生產(chǎn)線的成熟與否，很大一部分是要取決于其中自動(dòng)化的含量，生產(chǎn)線的自動(dòng)化不僅僅為工廠省去了大量勞動(dòng)力，還大大增加了生產(chǎn)效率。 絹紡產(chǎn)業(yè)是我國(guó)傳統(tǒng)工業(yè)，但是縱觀全球，德國(guó)等國(guó)外的相關(guān)企業(yè)自動(dòng)化水平遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過本省相關(guān)生產(chǎn)企業(yè)。所以為了在日益激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中占有一席之地，必須加大生產(chǎn)工藝中的科技含量。 1.2 國(guó)內(nèi)外研究動(dòng)態(tài) 1.2.1 國(guó)內(nèi)外絹紡生產(chǎn)線的現(xiàn)狀 南通市是江蘇省重要的絲綢生產(chǎn)基地，從1995年開始絹紡業(yè)從興旺逐漸走向衰落，很多企業(yè)運(yùn)轉(zhuǎn)正常的不足1/3，很多企業(yè)虧損嚴(yán)重面臨著倒閉的危險(xiǎn)，原因很大上是由于國(guó)際市場(chǎng)疲軟，管理水平低，專業(yè)技術(shù)人員匱乏，科技投入少，關(guān)鍵工序的研究和設(shè)備改造缺少投入，依舊采用一套過時(shí)老舊的生產(chǎn)工藝設(shè)備，很多絹紡廠仍舊采用傳統(tǒng)老工藝，自動(dòng)化水平嚴(yán)重偏低，大部分靠人力勞作來完成生產(chǎn)。正是因?yàn)檫@些原因，嚴(yán)重限制了我國(guó)絹紡行業(yè)的發(fā)展和大大減弱了在市場(chǎng)上與國(guó)外的相關(guān)企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。但是可喜的是，我國(guó)相關(guān)絹紡企業(yè)這幾年大量引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)設(shè)備，如PDⅢ高速針梳機(jī)，ZS-14粗紗機(jī)。在四川浙江等地的許多絹紡行業(yè)在精煉自動(dòng)化，制棉新工藝等展開大量研究，技術(shù)水平不斷提高。[8] 1973年對(duì)國(guó)外絹紡產(chǎn)業(yè)進(jìn)行了一次調(diào)查，日本絹紡產(chǎn)量逐年增加，日本相關(guān)產(chǎn)業(yè)研究機(jī)構(gòu)只要致力于對(duì)絹紡設(shè)備的改進(jìn)和革新；蘇聯(lián)主要致力于改造圓梳機(jī)，并且采用了新型的精梳工藝，這種新工藝可以紡制細(xì)到140支/2的絹絲，這種新工藝不僅大大降操作工人的勞動(dòng)量，還顯著提高了精棉的生產(chǎn)效率；意大利的卡斯科米、賽特廠是歐洲最大的絹紡廠之一，該廠采用采用PG/L型自動(dòng)精梳機(jī)，絲纖維到各部門進(jìn)行精梳都是自動(dòng)化的；西德的絹紡行業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化程度最高，例如開松自動(dòng)化，纖維定長(zhǎng)自動(dòng)切斷，精梳機(jī)均采用機(jī)械化植針等。[4] 總體來講，國(guó)外絹紡行業(yè)的整體比國(guó)內(nèi)科技水平含量較高，自動(dòng)化程度也很高，需要我國(guó)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的科研人員不斷創(chuàng)新，勇于研發(fā)，不斷提高業(yè)內(nèi)科技含量，進(jìn)而增加生產(chǎn)效率。 1.2.2 國(guó)內(nèi)外電氣自動(dòng)化的現(xiàn)狀與發(fā)展 在科技進(jìn)步的今天，我國(guó)的電氣自動(dòng)化不斷進(jìn)步，目前我國(guó)的自動(dòng)化技術(shù)正在向著系統(tǒng)集成的方向轉(zhuǎn)變，電氣自動(dòng)化可以利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制模擬操作，還并且采用PC技術(shù)，利用比較靈活的PC人機(jī)界面對(duì)生產(chǎn)進(jìn)行監(jiān)控。并且在電氣自動(dòng)化中，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和多媒體技術(shù)非常廣泛的應(yīng)用。 國(guó)外的電氣自動(dòng)化技術(shù)較為先進(jìn)，尤其德國(guó)日本等發(fā)達(dá)國(guó)家，電氣控制技術(shù)較為成熟，科技含量自動(dòng)化較高，尤其在傳感器方面，遙遙領(lǐng)先我國(guó)相關(guān)企業(yè)的發(fā)展。國(guó)外電氣發(fā)展方向是通信接口ICC，它包含了遠(yuǎn)管理實(shí)時(shí)檢測(cè)停機(jī)控制等，用戶可以通過簡(jiǎn)單指令控制電量操作。 1.3 傳統(tǒng)工藝流程 位于江蘇省南通市海安縣的富有絹紡有限公司，該企業(yè)采用傳統(tǒng)的生產(chǎn)工藝，其原料為繅絲，其過程主要為： 化學(xué)浸泡脫脂脫油---烘干脫水---紫外線除雜----分棉---中切---圓梳— -排棉---成條---并條。 化學(xué)浸泡 烘干 成條 結(jié)合該企業(yè)的生產(chǎn)流程制作了工藝流程框圖2-1。 圖2-1 工藝流程框圖 該傳統(tǒng)工藝步驟繁瑣，需要大量人員操作和勞動(dòng)力，有些步驟單調(diào)，理論上是可以依靠機(jī)械裝置來完成取落棉和夾取副夾板的工作，能夠提高整個(gè)工藝的生產(chǎn)效率。 1.4 論文研究目的和內(nèi)容 本論文的撰寫目的： 1.設(shè)計(jì)絹紡工藝中夾取裝置取放副夾板以及傳送帶的同步電控； 2.設(shè)計(jì)取落棉裝置在取落棉時(shí)的同步電控； 3.進(jìn)一步學(xué)習(xí)和掌握PLC以及PID控制的相關(guān)知識(shí)，能夠獨(dú)立自主完成相關(guān)電控設(shè)計(jì)。 全文一共分為四章，主要研究?jī)?nèi)容如下： 第1章 論述課題的研究背景和立論依據(jù)；概述了絹紡業(yè)和電氣自動(dòng)化國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀，揭示了國(guó)內(nèi)絹紡產(chǎn)業(yè)的不足之處，并介紹了富有絹紡企業(yè)的相關(guān)情況，展示了傳統(tǒng)工藝流程的示意圖。 第2章 應(yīng)用三相異步電機(jī)變頻調(diào)速的方法，設(shè)計(jì)了控制部分傳送帶和設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)速度的方案，并進(jìn)行模擬仿真。 第3章 介紹應(yīng)用了基于PLC控制下的伺服電機(jī)的速度控制方案，保證了關(guān)鍵位置傳送帶與夾取裝置以及夾取裝置與圓梳機(jī)之間能夠精確配合，來完成副夾板放入和取出的同步電控。 第4章 介紹了應(yīng)用PLC控制電機(jī)正反轉(zhuǎn)的方案，來完成從圓梳機(jī)中取落棉工藝的同步電控。 第5章 總結(jié)全文對(duì)絹紡工藝電控的研究成果，并且對(duì)未來圓梳機(jī)以及副夾板的設(shè)計(jì)研究方向做出展望。 第2章 三相異步電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速 第2章 部分傳送帶的速度控制 本論文一共采用2中電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制的方法，分別是三相異步電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速和基于PLC的PID模糊控制伺服電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方式，第二種方式會(huì)在第三章之后有所介紹。第一種調(diào)速方法可以調(diào)節(jié)部分傳送帶運(yùn)送半成品原料棉的速度，來達(dá)到控制生產(chǎn)進(jìn)度的目的；第二種調(diào)速方法專門控制圖1-1中傳送帶#2、傳送帶#3以及4個(gè)夾取副夾板裝置的轉(zhuǎn)動(dòng)速度。 在整個(gè)生產(chǎn)過程中，為了讓絹紡工藝中傳送帶能配合關(guān)鍵設(shè)備和裝置的運(yùn)動(dòng)速度，所以我們要能夠做到可以隨時(shí)調(diào)整各條傳送帶的傳送速度，所以本章提出了利用三相異步電機(jī)的變頻調(diào)速方式來調(diào)節(jié)傳送帶的速度，來滿足加快和減緩生產(chǎn)進(jìn)度和改變?cè)瞎┙o速度。 三相異步電機(jī)的轉(zhuǎn)速計(jì)算為： S為轉(zhuǎn)差率，S實(shí)際較低，在計(jì)算時(shí)，可以忽略，所以轉(zhuǎn)速計(jì)算公式可以看成。 2.1變頻器概述 本論文中變頻器通過內(nèi)部結(jié)構(gòu)中的整流器將交流電變?yōu)橹绷麟?，再把直流電轉(zhuǎn)化成降和 都可控制的交流電提供給電機(jī)。 變頻器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3-1。 圖3-1變頻器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 2.2三相異步電機(jī)變頻調(diào)速的原理 三相異步電機(jī)的轉(zhuǎn)速公式： （2.1） 轉(zhuǎn)差率公式為： 改變輸入電機(jī)的頻率，便達(dá)到了改變轉(zhuǎn)速的目的。忽略定子阻抗壓降，定子的每相電壓為： （2.2） 降低同時(shí)降低，這樣就可以調(diào)節(jié)?；l以上和以下兩種調(diào)速情況我們分別計(jì)算各個(gè)情況下的最大轉(zhuǎn)矩和臨界轉(zhuǎn)差率，對(duì)最后仿真結(jié)果進(jìn)行校核,電機(jī)中過大會(huì)造成轉(zhuǎn)動(dòng)扭力過小，會(huì)無法帶動(dòng)傳送帶和設(shè)備的轉(zhuǎn)動(dòng)。[1] 2.2.1基頻以下的變頻調(diào)速 為避免磁路飽和，因此在降低的同時(shí)，應(yīng)該讓保持為常數(shù)，也為常數(shù)，所以也要減小。電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩為： （2.3） 在式（2.3）中對(duì)求導(dǎo)， ， 和為： （2.4） （2.5） 2.2.2基頻以上變頻調(diào)速 在基頻以上變頻調(diào)速時(shí)，保持為常數(shù),頻率增加時(shí)，電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩T為 (2.6) 上式(3.6)可求，得到和 (2.7) 由于較高，則上式（2.7）變?yōu)? (2.8) 2.3 三相異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速仿真模型 由于沒有實(shí)際的工作環(huán)境，本論文只能仿真理論上的參數(shù)，下面我們先規(guī)定實(shí)驗(yàn)參數(shù)（頻率60Hz、極數(shù)P為2）的四極異步電動(dòng)機(jī) 來觀察三相異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速的可行性?？芍淖冸娫搭l率，就能調(diào)節(jié)磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而改變電機(jī)轉(zhuǎn)速。 現(xiàn)將電機(jī)的工頻設(shè)置為60HZ，電壓值設(shè)置與電動(dòng)機(jī)的電壓相同。設(shè)置其中的參數(shù)，設(shè)置仿真的界面如圖3-3，仿真圖形如圖3-4。 圖3-2異步電動(dòng)機(jī)參數(shù)設(shè)置 圖2-3變頻調(diào)速仿真模型 由仿真波形圖和自動(dòng)控制原理可知，調(diào)節(jié)的速度和穩(wěn)定是相互矛盾的，所以要選取一個(gè)合適的參考點(diǎn)。 2.4 仿真模擬結(jié)果 由于初始設(shè)定的頻率（基頻）為60HZ，四極電動(dòng)機(jī)的極對(duì)數(shù)p為2，根據(jù)的計(jì)算可知應(yīng)該為1800r/min。 圖2-4未變頻時(shí)的仿真結(jié)果波形圖 未變頻時(shí)通過仿真波形圖可以看出轉(zhuǎn)速最終穩(wěn)定在1800r/min，穩(wěn)定時(shí)間在40ms左右，圖2-4中轉(zhuǎn)速結(jié)果與計(jì)算轉(zhuǎn)速結(jié)果一致。 圖2-5變頻時(shí)的仿真結(jié)果圖（基頻以上的調(diào)速） 改變電源頻率為70Hz，調(diào)速時(shí)電壓Un不變，得到圖2-5的圖形。最終轉(zhuǎn)速為2100r/min，結(jié)果滿足這個(gè)公式，達(dá)到穩(wěn)定所需時(shí)間為60ms 圖2-6變頻時(shí)的仿真結(jié)果圖（基頻以下的調(diào)速） 如果電源頻率變?yōu)?0Hz，為了防止磁路飽和，電源電壓應(yīng)該適當(dāng)降低，多次嘗試，我們可得電壓為181V左右時(shí)，可得到仿真結(jié)果轉(zhuǎn)速為1500r/min，結(jié)果滿足，如圖2-6。 根據(jù)仿真的出來的數(shù)據(jù)可以得出通過改變通入交流電源的頻率來調(diào)整三相異步交流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的方法是可行的，而且基頻以下調(diào)節(jié)速度反應(yīng)更加迅速精準(zhǔn)。 2.5三相異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速檢測(cè) 三相異步電機(jī)工作中需要時(shí)刻得到其轉(zhuǎn)速的數(shù)據(jù)，以便于整個(gè)生產(chǎn)線正常運(yùn)轉(zhuǎn)。對(duì)于電機(jī)的轉(zhuǎn)速采集，一般采用簡(jiǎn)單的光電測(cè)速方法，具體裝置為：在三相異步電機(jī)的軸上固定一個(gè)圓盤，在其邊緣設(shè)置1個(gè)大小適當(dāng)?shù)陌疾?，并且在圓盤的一側(cè)固定一個(gè)發(fā)光的二極管，其位置正好可以對(duì)準(zhǔn)凹槽處，在另一側(cè)和發(fā)光二極管平行的位置處固定一個(gè)光敏三極管。電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，如果凹槽處轉(zhuǎn)到發(fā)光二極管的位置時(shí)，發(fā)光二極管發(fā)出的光線會(huì)通過凹槽照射在光敏三極管上，電路通電，通過傳感器會(huì)產(chǎn)生脈沖。通過兩個(gè)相鄰脈沖的時(shí)間和圓盤的周長(zhǎng)來計(jì)算電機(jī)的轉(zhuǎn)速，如圖2-7。 圖2-7測(cè)速裝置 第3章 副夾板放入和取出的電控設(shè)計(jì) 第3章 副夾板放入和取出的電控設(shè)計(jì) 3.1 夾取副夾板工藝設(shè)計(jì)前后對(duì)比 改進(jìn)以前的夾取副夾板需要人力來完成并且原工藝中只有一臺(tái)圓梳機(jī)，需要手動(dòng)將棉條換向，具體如圖3-1，這種夾取方式不僅對(duì)工人技術(shù)要就高而且十分消耗體力，生產(chǎn)環(huán)境中的噪音和棉絮對(duì)人體也有較大的危害。[14] 圖3-1 人力取放副夾板 經(jīng)過同組同學(xué)的重新設(shè)計(jì)，將原有的工人省去，換成兩個(gè)夾取裝置，裝置如圖3-2，做到了真正意義上的自動(dòng)化，但是裝置和圓梳機(jī)的配合需要精準(zhǔn)的速度控制，所以本章介紹基于PLC控制下的伺服電機(jī)調(diào)速方案。 圖3-2 設(shè)計(jì)后的圓梳機(jī)上副夾板夾取工藝 生產(chǎn)工藝系統(tǒng)中的副夾板一共分2種，副夾板#1只在圓梳機(jī)#1與中切機(jī)的循環(huán)中，副夾板#2僅在圓梳機(jī)#2與取精棉裝置的循環(huán)中，具體如圖3-3 圖3-3 工藝中副夾板的流程框圖 3.2電機(jī)以及其他裝置的選取 本論文伺服電動(dòng)機(jī)選用三菱MR-ES系列的伺服電機(jī)以及驅(qū)動(dòng)器MR-E-10A-KH003MR-ES，定位精度高，接線簡(jiǎn)便。其實(shí)物圖如3-4，3-5。 圖3-4三菱MR-ES伺服電機(jī) 圖3-5伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器 本論文中脈沖信號(hào)編碼器可以生成脈沖信號(hào)，它的作用就是把速度轉(zhuǎn)化成脈沖信號(hào)。編碼器每次產(chǎn)生一個(gè)增量角位移就就會(huì)生成等值的電脈沖，該脈沖會(huì)反饋給控制伺服電機(jī)的PLC系統(tǒng)中，其編碼器結(jié)構(gòu)如圖3-6 圖3-6增量式光電編碼器 歐姆龍的E6B2-CEZ6C編碼器經(jīng)初步分析符合本系統(tǒng)要求。因?yàn)樵诮伡徤a(chǎn)線中傳送帶和夾取裝置的運(yùn)動(dòng)方向不會(huì)改變，所以PLC的輸入端子中可以輸入圖3-7中的信號(hào)。 圖3-7輸出信號(hào) 人機(jī)界面主要用于控制和監(jiān)視PLC。其工作原理如圖3-8 圖3-8 威綸eMT3070B人機(jī)界面工作原理 本論文設(shè)計(jì)系統(tǒng)中選取威綸eMT3070B人機(jī)界面。先利用EasyBuilder Pro8000軟件編輯工程文件，然后下載到人機(jī)界面的處理器，該文件能夠控制和監(jiān)控生產(chǎn)線中夾取裝置和傳送帶的速度。運(yùn)行過程中，人機(jī)界面會(huì)將PLC測(cè)得的副夾板或者運(yùn)送帶的速度會(huì)被存入到儲(chǔ)存單元，在四線路電阻式觸摸屏上顯示出來，便能做到監(jiān)控。威綸eMT3070B如圖3-9 圖3-9人機(jī)界面實(shí)物圖 3.3 PLC的選取和PID的設(shè)計(jì) 3.3.1 PLC的選取 本論文PLC采用三菱的FX2N-64MT，脈沖輸出采用FX2N-1PG ，定位控制采用FX2N-10GM。因?yàn)镕X2N-64MT中只有兩個(gè)高速脈沖輸出點(diǎn)，為了控制目標(biāo)電機(jī)位置和運(yùn)行速度、加速度，必須添加運(yùn)動(dòng)控制模塊。原理如圖3-10[3] 圖3-10 FX2N系列PLC構(gòu)成原理 3.3.2 模糊PID設(shè)計(jì) PID算法是微機(jī)控制系統(tǒng)中的重要組成部分。根據(jù)偏差的P、I、D進(jìn)行的控制，稱為PID控制。常規(guī)PID的原理圖如圖3-11 圖3-11 PID控制原理圖 PID調(diào)節(jié)器根據(jù)給定值與實(shí)際輸出值之間的控制偏差，將比例P、積分I、微分D適當(dāng)?shù)慕M合來進(jìn)行控制。 PID控制規(guī)律為： （3.1） 為比例系數(shù)；為積分時(shí)間常數(shù)；為微分時(shí)間常數(shù)。 模擬PID的傳遞函數(shù)： （3.2） PC只能識(shí)別數(shù)字量所以需要將模擬的PID控制規(guī)律進(jìn)行離散化，把圖6-1中的r(t)、e（t）、u(t)、c(t)在第N次采樣的數(shù)據(jù)用r(n)、e（n）、u(n)、c(n)來表示，因此式（6.1）整理可得： （3.3） 我們可以將dt用T來近似代替，所以可得： （3.4） （3.5） 式（6.2）可以離散化成分差方程： （3.6） 根據(jù)式（6.6）不難看出u(n-1)的表達(dá)式，即 （3.7） 將式（6.6）和式（6.14）相減，就得到數(shù)字PID增量型控制算： （3-8） 數(shù)字PID位置型控制算式為 U(n)（3-9) 其中 ；。[2] 模糊PID的設(shè)計(jì)分為三部分： 根據(jù)《模糊PID控制在伺服電機(jī)中的研究》一文可知，模糊PID得設(shè)計(jì)可分為三個(gè)步驟： 1.模糊化：模糊化本質(zhì)上就是將輸入變量的連續(xù)論域變成離散的論域； 2.模糊規(guī)則和模糊推理：規(guī)則內(nèi)容一般為PB代表“+大”；PM代表“+中”；PS代表“+小”；Z代表“零”；NS表示“-小”；NM表示“-中”；NB表示“-大”。模糊控制器的設(shè)計(jì)核心就是模糊規(guī)則，用模糊語(yǔ)言變量可以表示為（設(shè)E為速度，EC為速度差，U為脈沖）： “若傳送帶速度特別快且速度上升快，則快速降低電動(dòng)機(jī)速度”可以模糊化為： ；“若傳送帶速度特別慢且速度下降快，則快速提高電動(dòng)機(jī)機(jī)速度”，其設(shè)計(jì)原理為：；“若傳送帶速度較快且速度提高快，則降低電機(jī)速度”，其設(shè)計(jì)原理為： ；“若傳送帶速度特別慢且速度下降較快，則應(yīng)提高電動(dòng)機(jī)速度”，其設(shè)計(jì)原則為： 。 3.解模糊化：一般解模糊化運(yùn)用加權(quán)平均法最為常用，把論域的元素作為模糊集合的加權(quán)系數(shù)，計(jì)算它們的乘積，然后再計(jì)算該乘積和除以隸屬度和算出平均值X，如式5-1。 (5-1) 平均值X則是其判決結(jié)果。[13] 3.4取放副夾板工藝的同步電控設(shè)計(jì) 為了保證夾取裝置能準(zhǔn)確夾取傳送帶上的副夾板，必須需要傳送帶和夾取裝置的運(yùn)行速度滿足一定的比例關(guān)系，所以采用在傳送帶#2和傳送帶#3以及夾取裝置上各安裝一個(gè)伺服電機(jī)，通過PLC的準(zhǔn)確控制傳送帶和夾取裝置的速度來保證夾取裝置能夠準(zhǔn)確地夾取傳送帶上的副夾板和將副夾板放入圓梳機(jī)的主夾板的卡槽中，簡(jiǎn)圖如3-12。 圖3-12相關(guān)工藝過程簡(jiǎn)圖 3.4.1系統(tǒng)控制圖 本論文采用兩臺(tái)伺服電機(jī)分別控制傳送帶和夾取裝置和生成脈沖信號(hào)編器來檢測(cè)速度的方案，PLC控制單元和伺服電機(jī)及人機(jī)界面等需要相互連接，系統(tǒng)中通過人機(jī)界面編寫目標(biāo)速度輸入到PLC控制器中，PLC系統(tǒng)再進(jìn)一步控制伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度，伺服電機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速又會(huì)通過光電編碼器反饋到PLC中，實(shí)現(xiàn)一個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)，如圖3-13。[6] 圖3-13控制示意圖 此外PID控制還要對(duì)生產(chǎn)過程中2個(gè)伺服電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速不斷地進(jìn)行反饋調(diào)節(jié)， PID控制框圖如圖3-14所示。 圖3-14 PID控制框圖 生產(chǎn)流程方案的控制流程圖如圖3-15 圖3-15 控制流程圖 3.4.2系統(tǒng)電路連接 選用三菱伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器是，會(huì)在電路中加入的變壓器。伺服電機(jī)雖然本身有自我保護(hù)功能，但是為了保證驅(qū)動(dòng)器在斷電后設(shè)置參數(shù)時(shí)，接入電源的濾波器NF01和NF02不會(huì)受到外界電磁干擾，所以還要接入斷路器和，如圖3-16。 圖3-16伺服系統(tǒng)供電電路 控制系統(tǒng)的電源電路如圖3-17 圖3-17系統(tǒng)的電源電路 副夾板夾取裝置的伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器控制電路圖3-18 圖3-18 夾取裝置驅(qū)動(dòng)器連接圖 與夾取裝置相連接傳送帶的伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器控制電路3-19 圖3-19 傳送帶驅(qū)動(dòng)器連接圖 編碼器信號(hào)輸入電路如圖3-20 圖3-20 光電編碼器電路圖 第4章 取落棉的電控設(shè)計(jì) 第4章 取落棉的電控設(shè)計(jì) 4.1 取落棉裝置的設(shè)計(jì)前后對(duì)比 原有的取落棉工藝是滾筒在圓梳機(jī)上單純靠工人進(jìn)行手工取落棉，如圖4-1，圖4-2。該取落棉工藝中需要額外工人進(jìn)行專門的操作，浪費(fèi)了人力同時(shí)加大了生產(chǎn)成本。 圖4-1 手工取落棉 圖4-2取落棉的滾筒 本章取落棉的電控設(shè)計(jì)采用基于PLC控制下的電機(jī)正反轉(zhuǎn)的方案。 圖4-2落棉裝置圖 該裝置為設(shè)計(jì)后的自動(dòng)取落棉-置，本裝置利用“牛頭刨床”原理，來完成裝置中①的桿在平面上左右位移的目標(biāo)，該原理為純機(jī)械控制，所以本論文提出一種電機(jī)控制方法，即安裝即PLC控制下的電機(jī)正反轉(zhuǎn)。 4.2改進(jìn)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案 純機(jī)械機(jī)構(gòu)會(huì)導(dǎo)致滾筒①移動(dòng)速度不平均，影響產(chǎn)品質(zhì)量，如果通過電氣控制其運(yùn)動(dòng)時(shí)，更簡(jiǎn)便，而且可以讓桿①進(jìn)行勻速位移，而且靈活性高，響應(yīng)更快 桿①拉著夾取棉的夾板會(huì)在滾筒②轉(zhuǎn)過一圈后開始牽引棉在平面③上的B處開始位移到達(dá)平面③的最右端的A處，同時(shí)卸下棉后，開始返回B處，同時(shí)等待輪②再轉(zhuǎn)一圈后重復(fù)上以上動(dòng)作。所以我們要加入一個(gè)電機(jī)控制桿①來去掉桿④，來達(dá)到桿①可以勻速左右移動(dòng)。我們規(guī)定B→A為正轉(zhuǎn)方向。所以采用方案如下： 方案一：我們可以提前統(tǒng)計(jì)，發(fā)現(xiàn)當(dāng)滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)N次后開始取一次落棉，所以設(shè)計(jì)當(dāng)滾筒②轉(zhuǎn)過n圈后，傳感器#2響應(yīng)，電機(jī)開始正轉(zhuǎn)，當(dāng)桿①到達(dá)A處，則傳感器#1響應(yīng)，電機(jī)停止正轉(zhuǎn)，開始反轉(zhuǎn)，達(dá)到B處，再次等待輪②轉(zhuǎn)n圈后激活傳感器#2。 圖4-4 方案一 PLC T型圖 方案二：根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)圓梳機(jī)每運(yùn)轉(zhuǎn)10min，就會(huì)取一次落棉，所以根據(jù)該特點(diǎn)可以把傳感器#2改成計(jì)數(shù)器，如圖8-13，當(dāng)計(jì)數(shù)器T63計(jì)數(shù)到600000（600000ms）后,觸點(diǎn)開關(guān)T63接通，KM1通電自鎖，之后原理如方案二。 圖4-5 方案二PLC T型圖 4.3線路圖 電機(jī)正反轉(zhuǎn)的電路原理圖如圖4-5 圖4-5 電機(jī)正反轉(zhuǎn)電器原理圖 控制電機(jī)正反轉(zhuǎn)的 PLC整體T型圖，如圖4-6. 圖4-6 電機(jī)正反轉(zhuǎn)PLC連接圖 第5章 總結(jié)與展望 第5章 總結(jié)和展望 5.1論文總結(jié) 絹紡生產(chǎn)作為我國(guó)傳統(tǒng)工業(yè)傳承至今，需要我們后人不斷地繼承和發(fā)展，之前的工業(yè)流程復(fù)雜和設(shè)備落后，需要大量人力勞作，這樣不僅生產(chǎn)效率低，而且生產(chǎn)成本巨大，嚴(yán)重的削弱了我國(guó)絹紡業(yè)在國(guó)際市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)力。因此我們需要利用先進(jìn)技術(shù)使其不斷優(yōu)化與進(jìn)步。生產(chǎn)自動(dòng)化是當(dāng)今生產(chǎn)的主流。本文以將電氣自動(dòng)化融入絹紡生產(chǎn)流程作為研究，主要工作和創(chuàng)新如下 1.應(yīng)用三相異步電機(jī)的變頻調(diào)速來控制部分傳送帶的運(yùn)轉(zhuǎn)速度，來調(diào)節(jié)絹紡生產(chǎn)線的生產(chǎn)進(jìn)度，來配合關(guān)鍵設(shè)備的運(yùn)動(dòng)。運(yùn)用SIMULINK仿真驗(yàn)證了其正確性以及可行性。 2.利用PLC系統(tǒng)下的PID控制安裝在副夾板夾取裝置和傳送帶上的伺服電機(jī)來控制關(guān)鍵設(shè)備裝置的運(yùn)轉(zhuǎn)速度，通過PLC的選取和設(shè)計(jì)和伺服電機(jī)的連接來達(dá)到設(shè)備與裝置間配合精確，來達(dá)到夾取副夾板時(shí)傳送帶的同步控制。 3.本文利用PLC控制下電機(jī)的正反轉(zhuǎn)來達(dá)到取落棉的同步設(shè)計(jì)的要求。 結(jié)合整體設(shè)計(jì)，分別制作了工藝中棉流程圖5-1和設(shè)備布局圖5-2。 圖5--1 工藝中棉流程 圖5-2 生產(chǎn)工藝流程圖 本論文雖然后很多創(chuàng)新，但不足之處也有很多，由于專業(yè)知識(shí)的薄弱，對(duì)絹紡生產(chǎn)線中整體的電控設(shè)計(jì)沒有構(gòu)想，而且絹紡工藝之間的連接有些缺陷，并且對(duì)絹紡生產(chǎn)中突發(fā)情況也沒有做到詳細(xì)的考慮，后期考慮到可以在電路中添加行程開關(guān)，以便應(yīng)對(duì)當(dāng)夾取裝置夾取副夾板時(shí)如果失敗后，副夾板夾取裝置可以繼續(xù)運(yùn)行，不會(huì)發(fā)生頓卡現(xiàn)象。 5.2工作展望 PLC的優(yōu)化設(shè)計(jì)，通過以后的不斷學(xué)習(xí)和查閱資料，設(shè)計(jì)更為科學(xué)優(yōu)化的PLC控制系統(tǒng)，并靈活運(yùn)用各類傳感器，機(jī)械臂等先進(jìn)設(shè)備，更為準(zhǔn)確靈活的達(dá)成生產(chǎn)要求，真正做到從“原料—成品”完全自動(dòng)化。 優(yōu)化圓梳機(jī)和副夾板的設(shè)計(jì) 1. 能夠讓棉條在圓梳機(jī)內(nèi)部完成換向梳理； 2. 將切面機(jī)和圓梳機(jī)一體化，能夠?qū)崿F(xiàn)在一臺(tái)設(shè)備上進(jìn)行切面和梳棉； 3. 可以將副夾板用帶有磁性的材料制作，方便取放到圓梳機(jī)上，也可以通過電磁特性控制副夾板的夾棉和松棉。 參考文獻(xiàn) 參考文獻(xiàn) [1]李春文. 交流異步電機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)研究綜述[J]. 科技資訊,1988,08:5-8+3. 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[15]呂海軍. 采煤機(jī)PLC電控系統(tǒng)設(shè)計(jì) 2015， 附錄 附錄 致謝 經(jīng)過3個(gè)月里面的不斷努力和學(xué)習(xí)，畢業(yè)設(shè)計(jì)總算能夠順利完成，在完成畢設(shè)期間，我面臨著很多問題，比如專業(yè)不對(duì)口，知識(shí)儲(chǔ)備量薄弱，但是我沒有放棄，通過閱讀大量有關(guān)絹紡工藝的書籍和有關(guān)電控期刊，一步一步的克服困難，最終完成了對(duì)絹紡生產(chǎn)線中副夾板取放的電控設(shè)計(jì)和取落棉的電控設(shè)計(jì)。并且在實(shí)地工廠參觀交流的時(shí)候，手指還因此負(fù)傷。 本論文的成功撰寫,首先要感謝畢設(shè)指導(dǎo)老師萬宏講師和付香梅講師的細(xì)心指導(dǎo)，其次還要感謝同組時(shí)光、沈瑞、周光祥、陳未來同學(xué)的對(duì)我的耐心幫助，在設(shè)計(jì)過程中，由于我的工作也包括將他們的設(shè)計(jì)整合成一個(gè)整體，所以4名同學(xué)在未完成論文的情況下還給了我很多幫助，最后還要感謝本科4年所有老師的悉心教導(dǎo)培育。