基于PLC与变频器的编织生产线自动控制系统.pdf

塑 兰生皇翌竺 基于P L C 与变频器的编织生产线自动控制系统 W o v e n p r o d u c t i o nl i n ea u t o m a t i cc o n t r o ls y s t e mb a s e do nP L Ca n df r e q u e n c yc o n v e r t e r 焦玉成1 。陈瑞2 J I A OY u ．c h e n 9 1 ．C H E NR u i 2 1 ．三江学院电气与自动化工程学院。南京2 1 0 0 1 2 ；2 ．南京华瑞杰自动化设备有限公司。南京2 1 0 0 0 0 摘要文章论述了基于P L C 的变频调速系统控触方法以及其在圆织机中的应用实例。P L C 的模拟量 模块控制变频器实现对主轴电机、提膜电机、送经电机的无级调速，P L C 中央处理器处理各 电机的速度关系，可以通过人机界面设置需要的纬度，达到不同的产品要求。本系统采用闭 环控制，将速度反馈至中央处理器运算补偿传动差，改善传统控制方法，大大降低次品率， 提高生产效率。 关键词P L C ；变频器；人机界面；圆织机；智能调速 中图分类号T P 2 7 3文献标识码B文章编号10 0 9 - 0 13 4 2 0 12 1 下 一0 13 0 - 0 3 D o h1 0 ．3 9 6 9 ／J ．i s s n ．1 0 0 9 - 0 13 4 ．2 0 12 ．1 下 ．3 9 0 引言 近年来，随着纺织机械机电一体化技术水平 的不断提高，应用交流变频调速已成为一种趋势。 在大多数新开发的纺织机械产品中几乎无一例外 地应用了交流异步电动机变频调速装置。传统的 调速系统采用单片机和电力电子器件控制，可单 片机的编程复杂、控制线路繁多，不宜后期使用 的维护；论文中采用P L C 和变频器控制圆织机， 解决了单片机控翩的编程复杂、接线繁多等问题， 并有效提高系统稳定性、编织成品合格率，且维 修方便，便于用户管理。 1 圆织机的工作过程与电气控制系统 由塑料扁丝生产塑编编织布的工艺就是把扁 丝经纬交错编织成布。对于筒布织造工艺，使用 圆织机编织。圆织机具有四个主运动机构送经 部分、主机部分、提升部分和收卷部分。 1 ．1 工作流程 圆织机的送经辊由送经电机驱动送经辊转动， 送经部分实现设备经线的送料，送经部分需保持 恒定的张力。主电机实现主转盘的旋转，主盘的 旋转织入纬丝。提膜电机实现对织布的提升，要 根据主电机的速度变化来精确控制提升电机的速 度，以保证无论主电机速度如何变化，纬线都能 均匀地缠绕在经线上。最后是卷布电机，收卷部 分的作用主要是将织布卷绕成筒同时可以平衡收 卷系统的张力，减少提升电机的力矩输出。 图1 流程框图 1 ．2 电气控制系统 本文设计的电气系统由送经电机、主电机、提 膜电机、卷布电机、油泵、风扇、断经侦测装置、 纬纱侦测装置、变频器、可编程控制器 P L C 及 其模拟量模块、速度编码器以及有关的控制系统 组成。其中主电机、提膜电机及送经电机均为三 相异步电机。 改变塑编编织布的纬密度，通过改变主机部 分与提升部分的速度比实现，往往有两种实现方 法一是主机通过变频器可以改变速度，改变主 机与提升电机机械传动比；二是主机速度由电网 频率控制，通过变频器改变提膜电机的速度实现。 但是由于主电机、提膜电机及送经电机均为三相 异步电机，系统的时间响应性能低，这些实现方 法都会在主机重新启动或是在电网频率发生变化 时使产品出现横条或织物疏密不均等问题，降低 了成品率。本文中提到的方法可以解决此类问题， 有效提高各电机之间速度变比精度，提高成品率。 救藕日囊2 0 1 1 一0 9 1 5 作者简介焦玉成 1 9 7 9 一 ，女，江苏兴化人，讲师，硕士，研究方向为电工、电力系统及其自动化。 [ 1 3 0 ] 第3 4 卷第1 期2 0 1 2 1 下 万方数据 设计中采用P L C 的模拟量模块控制变频器对 主电机、提膜电机及送经电机进行变频调速，从 而实现电机的平滑调速，提高精度；卷布电机由 P L C 控制的张力控制器控制。油泵、风扇由P L C 控制的继电器直接启动。断经侦测装置、纬纱侦 测装置的输出信号经处理后输入到P L C 的输入端， 经过P L C 处理后控制圆织机状态，实现信号处理 智能化。旋转编码器与交流电动机同轴联接用于 对圆织机的运行速度测定，并通过高速计数模块 可以实时将主电机、提膜电机及送经电机的实际 速度反馈到P L C ，从而及时调整主电机、提膜电 机及送经电机的速度变比，构成一个速度反馈闭 环系统，使圆织机能够更加安全、稳定、准确地 运行，解决了圆织机重新启动或是在电网频率发 生变化时使产品出现问题，降低了成品率等一系 列问题。人机界面用于圆织机的运行操作、速度 设定及速度测试曲线的显示，可以在对圆织机系 统运行操作简易、控制自动化的同时也可以实时 设定与监控圆织机的速度运行曲线。从而这样的 设计可达到通信迅速、降低损耗、节约电能的效 果，也满足现代的设计理念，符合社会低碳环保， 节能减排的主旋律。 2 程序设计 2 ．1 基于圆织机工艺要求的启停控制 圆织机通常有3 个启停按钮启动、寸进、 停止。寸进按钮即点动按钮，完成试车或穿纱。 启动按钮按下后，要求启动整个系统，在此考虑 工业现场操作人员对启动按钮误操作的危害性， 论文中采用启动按钮按下延时3 秒后系统才启动。 同时本论文设计的系统程序采用顺序启动与速度 反馈结合，较好的解决了送经电机、主机、提膜 电机及卷布电机的启动不按合理的先后顺序及在 启动时没有严格的速度变比，会在启动时影响塑 编编织布的生产质量，出现次品等这类问题；同 理停车时也要处理好相似的问题。 2 _ 2 提高速度变比的数据处理 纬密设置后，速度编码器实时向P L C 反馈的 各电机运行速度，并通过P L C 运算由D ／A 模块控 制变频器进行变频调速，从而可以及时改变送经 电机及提膜电机的速度。P L C 数据处理非常快， 可以在2 0 m s 内及时修正各电机的速度变比，提高 产品质量。 2 ．3 故障的反馈处理 这里主要反馈的故障分为电气故障和生产故 障。要反馈的电气故障有电机过载、变频器异常； 生产故障主要是断经、断纬、完纬。出现故障后， 可自动停车，并显示故障原因，以便维护人员或 生产人员及时处理，投入生产。 图2 硬件系统组成框图 开始 驽 叫系统稳定N 运行 0 系统停止运行 图3 主程序流程图 3 人机界面设计 通过人机界面，可以控制圆织机的运行， 第3 4 卷第1 期2 0 1 2 1 - F [ 1 3 1 1 万方数据 进行电气设备的调试与维护，实时进行产能计算， 实现系统监控与自动报警功能。 人机界面主要有系统调试、运行操作、产能 计算、故障显示等功能。主要完成圆织机的运行 状态指示，月产量率月故障率显示，自动计米， 班组产量统计，纬密设定，故障信号，点动控制 等。 4 通信 人机界面、I ／O 模块、智能功能模块和特殊功 能模块等通过C C L i n k 通信模块连接P L C ，连接 后这些模块就可以由直接C P U 控制。 主站和智能设备站之间通过循环传送进行通 信和智能设备站之间的交换信号 定位完成，定 位开始等等 使用远程输入R X 和远程输出R Y 进 行通信。数字数据使用远程寄存器R W w 和远程寄 存器R W r 进行通信。 C C ．L i l l l 【通信可以非常容易地高速发送和接收 由模块处理的输入／输出和数字数据的开／关数据， 并可以通过连接多P L CC P U 配置一个简单的分布 式系统。 5 速度反馈闭环系统性能 控制系统采用P L C 控制多台变频器分别实现 对多台电机变频调速，实现同时对多台交流电机 的无级调速控制；旋转编码器反馈多台电机运行 实际速度，构成一个速度反馈双闭环系统；触摸 屏设定相应的速度曲线，并在触摸屏上监控电机 运行实际速度曲线，实时设定与监控多台电机运 行曲线。图4 比较了闭环控制系统的仿真结果与 开环控制系统仿真结果。结果表明，系统采用速 度反馈双闭环控制方法，可以使多台交流电机更 加安全、稳定、准确地运行。 6 结束语 系统实现了对圆织机的智能调速，可以减少 因机械磨损及机械传动误差造成的产品质量，有 效提高塑编编织布的成品率。也能避免因为电网 频率波动引起的产品质量问题，降低企业损耗成 本，提高效益。由于智能化的故障信号反馈，减 1 1 3 2 1第3 4 卷第1 期2 0 1 2 - 1 下 a 开环比值 ； 一赢赢系■ 厂一 、q ，F b ．，u ％一卜夕淞] ．厂1 万方数据 基于PLC与变频器的编织生产线自动控制系统基于PLC与变频器的编织生产线自动控制系统 作者焦玉成， 陈瑞， JIAO Yu-cheng， CHEN Rui 作者单位焦玉成,JIAO Yu-cheng三江学院 电气与自动化工程学院,南京,210012， 陈瑞,CHEN Rui南京华瑞杰自 动化设备有限公司,南京,210000 刊名 制造业自动化 英文刊名Manufacturing Automation 年，卷期2012,342 被引用次数4次 参考文献4条参考文献4条 1.龚仲华 三菱FX/Q系列PLC应用技术 2010 2.高飞;汤志样;堵莹莹 基于PLC的载带机位置控制[期刊论文]-电气自动化 200603 3.毛朝辉 PLC与人机界面在变频监控系统上的应用[期刊论文]-电工技术杂志 200403 4.关玉明;朱博;刘伟;王兴 变频控制和人机界面在纸管机中的应用[期刊论文]-工程设计学报 200806 引证文献4条引证文献4条 1.丁文.徐克宝.陈向飞 自动跟踪技术在胶管编织包胶中的应用研究[期刊论文]-机械与电子 20135 2.张艳红 钢管生产线自动控制传输系统设计研究[期刊论文]-科协论坛（下半月） 20131 3.王善刚.高金刚.许海斌 基于PLC的半自动弧焊夹具的控制系统设计[期刊论文]-长春工程学院学报（自然科学版） 20132 4.金美琴 基于PLC和伺服驱动器的裁检机控制系统设计[期刊论文]-河南科技 201320 引用本文格式焦玉成.陈瑞.JIAO Yu-cheng.CHEN Rui 基于PLC与变频器的编织生产线自动控制系统[期刊论文]-制造业自动化 20122