雙變頻染織機plc課程設計--基于施耐德plc的雙變頻染織機設計

1、<p><b>　　伺服驅動與實踐報告</b></p><p><b>　　年 月</b></p><p>　題目：基于施耐德PLC的雙變頻染織機設計</p><p>　二級學院（直屬學部）： </p><p>　專業(yè)：

2、 班級： </p><p>　學生姓名： 學號： </p><p>　指導教師姓名： 職稱： </p><p>　　基于施耐德PLC的雙變頻染織機設計</p><p&

3、gt;　　概述：變頻器控制方式可分為V/F變頻器，轉差頻率控制變頻器，矢量控制變頻器，直接轉矩控制變頻器等等。本文介紹了一種基于施耐德電氣的雙變頻高速卷染機控制系統(tǒng)的組成、控制原理，利用矢量控制變頻器優(yōu)良的轉速轉矩控制特性，對卷染機進行恒線速、恒力矩控制，實踐表明，利用施耐德的PLC，變頻器以及交流伺服電機可以很好地實現(xiàn)雙變頻該控制要求，可滿足多品種織物的染色需要。</p><p>　　關鍵字：施耐德，PLC，變

4、頻器，觸摸屏，染色，卷染機</p><p>　　引言：染色過程是對織物采用染浴(染料+助劑+溶劑)處理，通過染料和織物纖維發(fā)生化學或物理化學的結合，使染料轉移到纖維上而生成不溶性的有色物質(zhì)。卷染機是間歇式平幅染色機械，織物以平幅狀態(tài)通過染槽，往復卷繞于卷布輥上實現(xiàn)染色。它不僅適用于各種染色工藝，還適用于退漿、煮練、漂白、洗滌和后處理等工藝，具有體積小、投資少、用途廣等特點，操作簡單、更換顏色和品種方便，特別適合于

5、中小批量染色加工，可以節(jié)約能源和染料，費用低廉。染色機使用過程中操作要點：一、 回流閥的調(diào)節(jié)二、噴咀的選擇三、堵布的排除四、操作的安全性</p><p><b>　　一、系統(tǒng)功能分析</b></p><p><b>　　1.1必要性</b></p><p>　　隨著變頻器矢量控制技術的日趨成熟,通過變頻器轉矩控制功能控制異

6、步電機轉矩,使得異步電機能夠取代原有的直流調(diào)速電機,應用于張力控制系統(tǒng).</p><p>　　1.2國內(nèi)外現(xiàn)有技術方案</p><p>　　雙變頻器卷染機控制系統(tǒng)ATV31系列經(jīng)濟型磁通矢量變頻器，通過Micro PLC(TSX3722)加CANOpen通訊擴展卡(TSXCPP110)作為主站，通過CANOpen總線控制2臺ATV31變頻器(內(nèi)置CANOpen接口，作為從站)的調(diào)速和同步控

7、制，同時配Magelis XBT-G 5.7”黑白觸摸屏進行系統(tǒng)操作和監(jiān)控。</p><p>　　圖 1-1 雙變頻染織機機構圖</p><p>　　1.2.1控制系統(tǒng)簡介</p><p>　　CAN (Controller Aera Network，控制器局部網(wǎng)) 是德國Bosch公司在1983年開發(fā)的一種串行數(shù)據(jù)通訊協(xié)議，最初應用于現(xiàn)代汽車中眾多的控制與測試儀器

8、之間的數(shù)據(jù)交換，是一種多主方式的串行通訊總線，介質(zhì)可以是雙絞線、同軸電纜和光纖，速率可達1Mbps，支持多達128個節(jié)點；具有高抗電磁干擾性，而且能夠檢測出產(chǎn)生的任何錯誤，保證數(shù)據(jù)通訊的可靠性。</p><p>　　CANOpen是在CAN底層協(xié)議(物流層和鏈路層)之上實現(xiàn)的應用層協(xié)議，是一個基于CAL(CAN Application Layer)的子協(xié)議，為PLC、工業(yè)器件、接口、應用子協(xié)議等定義了頁/幀狀態(tài)。

9、在CANopen網(wǎng)絡中，采用中心授權機制，通過一個NMT-Master對網(wǎng)絡進行管理，通信機制比較簡單，適合于所有機械的嵌入式網(wǎng)絡，可以降低設備的復雜程度，在工業(yè)領域(如汽車、電梯、醫(yī)療、船舶、紡織機械等)得到了廣泛應用，是歐洲最重要的網(wǎng)絡標準。</p><p>　　CANOpen報文結構</p><p>　　表1 CANOpen報文結構</p><p>　　AT

10、V31變頻器內(nèi)置了CANOpen總線接口，支持127個節(jié)點，數(shù)據(jù)傳輸速度最高可達1Mbps，傳輸距離根據(jù)傳輸速度從5米到5000米，該接口(RJ45)管腳定義如下圖。</p><p>　　圖1-2CANOpen總線接口</p><p>　　在Micro PLC CPU模塊的通訊擴展插槽中插入TSXCPP110通訊擴展卡) ，采用屏蔽雙絞線和CANOpen分線盒(VW3 CAN TAP 2)

11、與ATV31變頻器內(nèi)置的CANOpen總線接口連接，即可構成CANOpen總線。</p><p>　　通過PL7 Pro編程軟件(版本號>V4.3)和SyCon配置工具軟件(版本號>V2.8)，以及ATV31變頻器嵌入SyCon設備數(shù)據(jù)庫的EDS文件，可以方便地完成CANOpen總線的配置。在ATV31變頻器通訊菜單(CON-)中只需設置CANOpen總線地址(AdC0)和傳輸速度(bDC0)即可。&

12、lt;/p><p>　　通過CANOpen總線對ATV31變頻器進行通訊控制時，可采用過程數(shù)據(jù)目標(PDO: Process Data Objects)完成實時數(shù)據(jù)交換(周期性刷新或數(shù)據(jù)變化時交換)，ATV31變頻器支持兩種預設置的PDO：</p><p>　　1PDO1：一個接收的PDO(如控制字CMDD)和一個發(fā)送的PDO (如狀態(tài)字ETAD)</p><p>　　

13、2PDO6：兩個接收的PDO和兩個發(fā)送的PDO (可根據(jù)需要設置不同的參數(shù))</p><p>　　PDO自動映射到Micro PLC內(nèi)設置對應的內(nèi)存區(qū)內(nèi)，Micro PLC對ATV31變頻器的控制等同于對自身對應內(nèi)存的讀/寫操作，無需編寫任何通訊程序；同時，ATV31變頻器支持兩種起</p><p>　　動/停止控制方式：通訊指令控制(通過控制字CMDD)和輸入端子控制(通過邏輯輸入口Li

14、x)。</p><p>　　此外，ATV31支持服務數(shù)據(jù)目標(SDO: Service Data Objects)，可用于系統(tǒng)組態(tài)和參數(shù)設置；同時，還支持識別代碼的缺省分配、廣播方式(COB-ID為0)、NMT-Master服務、“心跳”(Heartbeat)目標、急停目標、節(jié)點監(jiān)護目標等其它功能。</p><p>　　1.2.2卷布輥收卷/放卷控制算法</p><p&

15、gt;　　卷染機工藝要求兩個卷布輥對織物反復收卷、放卷的恒線速度恒張力控制，因此需要在系統(tǒng)中對卷染張力(Tf)和速度(vf)進行精確測量，將測量值輸入到PLC中，與設定張力(T0)和速度(V0)進行比較和PID運算后，輸出轉速信號(v)控制卷布輥運行。卷布輥收卷時，轉速隨卷徑增大而逐漸減?。环啪頃r，轉速隨卷徑減小而逐漸增大，具體算法如下：</p><p>　　收卷算法：v=v-PID(v0-vf) -PID(T0

16、-Tf)</p><p>　　放卷算法： v=v +PID(v0-vf) +PID(T0-Tf)</p><p><b>　　1.2.3小結</b></p><p>　　本系統(tǒng)使用CANopen的高速通信，保證控制的實時性，另外，Twido 即將推出CANopen模塊，這樣會使成本大大降低。</p><p><b&

17、gt;　　二、硬件集成設計</b></p><p><b>　　2.1.方案設計</b></p><p><b>　　2.1.1控制要求</b></p><p>　　卷染機的工藝流程圖如圖2-1所示 </p><p>　　圖2-1卷染機的工藝流程圖</p><p>

18、;　　如圖所示箭頭方向是布的運動方向，在圖示方向中，M1 是退卷電機，M2 為 收卷電機，當收卷輥圈數(shù)到達設定值后，停止該方向運行，系統(tǒng)自動改變布的運 動方向，這時 M1 改成收卷電機，M2 是退卷電機，直到水洗或染色次數(shù)達到工藝 設定值。 根據(jù)工藝要求，布匹在水洗或染色過程中，布面應保持平整不起皺，應防止 損傷布面物理結構。因此在生產(chǎn)過程中，應始終保持張力恒定（該張力值由工藝人員設定）。若在卷裝過程中布面張力控制不均勻，將使每個運動方

19、向的加工長度不相同，造成小卷裝和大卷裝時有一段次品布，降低成品率，特別是張力過小 時，將導致測速輥測速不精確從而造成振蕩。 按照要求，本機有進布，水洗、染色，出布等工藝過程，由于進布及出布過 程中不需要恒張力控制而僅保持線速度恒定，因此本文著重討論水洗、染色（正常運轉）過程中的控制及起動，停機控制。</p><p>　　2.1.2 系統(tǒng)組成 </p><p>　　控制系統(tǒng)組成如圖2-2，2

20、-3所示</p><p>　　圖2-2控制系統(tǒng)組成</p><p>　　圖2-3控制系統(tǒng)組成</p><p>　　本系統(tǒng)PLC采用Schneider TWIDO，該款PLC具有二個 20KHZ 和 2 個 5KHZ 高速計數(shù)器，測速用光電偏碼器信號進入20KHZ計算數(shù)，2 個圈數(shù)測量信號進入 5KHZ 計數(shù)器。張力檢測、溫度檢測信號送入AI 模塊，同時擴展了一塊 C

21、ANopen 通訊模塊，以便于與變頻器進行通信。該款 PLC 盡管在外觀、售價看屬小型 PLC， 但包括浮點運算、三角函數(shù)運算、通信等功能均比較強，具有較高的性能價格 比。變頻器采用 Schneider 公司ATV71通用型變頻器，自帶CANopen通訊口，并 具有較強的過載能力。PLC與變頻器之間采用CANopen通訊，最高通訊速率可達1Mbps，本系統(tǒng)中采用250Kbps，變頻器的頻率給定、控制字采用 PDO 過程數(shù)據(jù)控制，從而保證

22、了系統(tǒng)的快速性、實時性?？刂乒δ苡?PLC 程序完成。卷裝輥的控制是恒線速度PID調(diào)節(jié)器，退卷輥采用串級控制，外環(huán)是速度環(huán)，內(nèi)環(huán)是張力環(huán)。 </p><p>　　2.2控制的主要技術關鍵 </p><p>　　2.2.1 張力控制 </p><p>　　要保證布面張力恒定，退卷電機設計成始終是處于再生發(fā)電狀態(tài)，收卷電機則 處于電動狀態(tài)。無論是退卷電機、收卷電機，在小

23、卷裝至大卷裝時，其輸出轉矩變化非常大（根據(jù)測算，濕的闊幅大卷裝 卷裝輥重量可達5000kg，而空卷裝輥僅約 300kg 重），從實際運行情況看，（90m/min 線速度時）反映到變頻器側的電流變化范 圍最大可達 6－7 倍。因此，在一個卷裝過程中，系統(tǒng)的轉動慣量及時間常數(shù)的變化 非常大，張力環(huán)數(shù)字調(diào)節(jié)器的性能就非常重要。 </p><p>　　2.2.2 變頻器的主回路</p><p>　

24、　在實際電路中，為避免退卷變頻器直 流母線電壓太高從而引起變頻故障，兩臺 變頻器均安裝了制動電阻，考慮到兩臺變頻器容量相同，在本系統(tǒng)中充分運用了 ATV71 的直流母線功能，將兩臺變頻器直流母線并接，以實現(xiàn)再生發(fā)電能量回饋到直流母線，如圖 2-4。圖中，RS 為快速溶斷器，以防止直流母線產(chǎn)生環(huán)流從而損壞變頻器；R1、R2 為制動電阻。 </p><p><b>　　圖2-4</b></

25、p><p>　　2.2.3 張力內(nèi)環(huán)數(shù)字調(diào)節(jié)器 </p><p>　　位置式 PID 數(shù)字調(diào)節(jié)器的離散方程為： </p><p>　　uB(k)B=KBpB[eBkB+T/TBIΣ= k i 0 BeBiB+TBDB/T(eBkB+eBk-1B)]+uB0B

26、 (1) </p><p>　　式 1 中，uB0B為偏差等于零時的初值，由于張力的控制最終通過速度的調(diào)節(jié)實現(xiàn)，本 機中，當退卷輥與收卷輥的線速度V1,V2 有以下關系式 2 時，織物是緊式運行， 張力恒定， </p><p>　　VB1B=VB2B=VBg B

27、 (2) </p><p><b>　　因此： </b></p><p>　　uB0B= VBgB/πD (3)</p><p>　　式 3 中，Vg－給定速度，D－卷裝直徑，其中 D 是隨著

28、卷裝圈數(shù)的變化而變化， 并遵循如下關系式 4 </p><p>　　D=DB0B+2hn (4) </p><p><b>　　因此 </b></p><p>　　uB0B=Vg/π(DB0B+2hn) (5) </p><p>　　式 5 中，n為實測圈數(shù)值，只要知道布厚h就能求得uB

29、0B。布厚h可以進行人工設定， 在本機中，采用在進布工藝過程中自動進行計算，（新卷裝第一次加工工藝操作 是進布）。 </p><p>　　φ=k Σ= T N C1 / R T NΣ =1 (6)</p><p>　　式 6 中，C 是線速度給定，R 是電機轉速反饋，K 是修正系數(shù)。</p><p>　　在進布過程中，利用式 6 和式 5 進行計算

30、，進布結束，h 就自動求得。由于本機中電機側未裝測速裝置，電機轉速 R 通過 CANopen 通訊從變頻器側讀取變頻器 當前轉速輸出。通訊速率是 250Kbps，計算結果精度是比較高的。</p><p>　　2.2.3啟動與停止 </p><p>　　當退卷輥、卷裝輥卷裝直徑相差比較大時，系統(tǒng)的轉動慣量、時間常數(shù)相差 最大，控制好這時的啟動、停止就非常關鍵。為此，除正確進行變頻器的參數(shù)設

31、置外，在速度調(diào)節(jié)器、張力調(diào)節(jié)器的給定值和數(shù)字調(diào)節(jié)器的初值均進行了以下實 時插補計算。 </p><p>　　RB(k)B= RB(k-1)B+tBxB*(Rx – RB0B)/T (7) </p><p>　　T 為啟動停車時間，Ro 為起始值，Rx 為終止值 </p><p>　　2.2.4 CANopen 通訊</p><p&

32、gt;　　由于本機在運行過程中沒有儲布、張力架等緩沖裝置，速度的微小變化就可 能引起張力的很大變化，因此對控制系統(tǒng)的實時性要求比較高，若在通訊過程中 有延遲，極易引起系統(tǒng)振蕩。為此本機采用 CANopen 通訊方式，并將變頻器的狀 態(tài)字、控制字、速度給定值配置成 PDO 方式（Process Data Objeets），利用 PDO 映像的快速性，實時將 PLC 內(nèi)的運算值傳輸至變頻器內(nèi)，從而迅速改變電機的運 轉速度，保證了系統(tǒng)的實時性

33、要求。 </p><p><b>　　2.2.5.小結 </b></p><p>　　本系統(tǒng)采用交流變頻器和PLC實現(xiàn)了卷染機的恒速、恒張力控制，通過調(diào)整 PLC內(nèi)數(shù)字調(diào)節(jié)器參數(shù)和變頻器內(nèi)有關參數(shù)，即使在運行速度為100m/min 時，系 統(tǒng)仍達到了較高的動靜態(tài)性能，滿足了使用廠對于該機高速、闊幅、大卷裝、少 維護、操作簡便等要求，具有很廣的推廣價值。</p&g

34、t;<p><b>　　2.3、硬件選型</b></p><p><b>　　2.3.1電機 </b></p><p><b>　?、匐妱訖C類型的選擇</b></p><p><b>　　（一）直流電動機</b></p><p>　　調(diào)速性能

35、好。所謂“調(diào)速性能”，是指電動機在一定負載的條件下，根據(jù)需要，人為地改變電動機的轉速。直流電動機可以在重負載條件下，實現(xiàn)均勻、平滑的無級調(diào)速，而且調(diào)速范圍較寬。</p><p>　　起動力矩大?？梢跃鶆蚨?jīng)濟地實現(xiàn)轉速調(diào)節(jié)。因此，凡是在重負載下起動或要求均勻調(diào)節(jié)轉速的機械，例如大型可逆軋鋼機、卷揚機、電力機車、電車等，都用直流 </p><p><b>　?。ǘ┎竭M電機<

36、/b></p><p>　　步進電機是將電脈沖信號轉變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元步進電機件。在非超載的情況下，電機的轉速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數(shù)，而不受負載變化的影響，當步進驅動器接收到一個脈沖信號，它就驅動步進電機按設定的方向轉動一個固定的角度，稱為“步距角”，它的旋轉是以固定的角度一步一步運行的?？梢酝ㄟ^控制脈沖個數(shù)來控制角位移量，從而達到準確定位的目的；同時可以通過控制脈沖頻率來控

37、制電機轉動的速度和加速度，從而達到調(diào)速的目的。</p><p><b>　?。ㄈ┙涣魉欧姍C</b></p><p>　　交流伺服電動機的結構主要可分為兩部分，即定子部分和轉子部分。其中定子的結構與旋轉變壓器的定子基本相同，在定子鐵心中也安放著空間互成90度電角度的兩相繞組。其中一組為激磁繞組，另一組為控制繞組，交流伺服電動機一種兩相的交流電動機。 交流伺服電動機使

38、用時，激磁繞組兩端施加恒定的激磁電壓Uf，控制繞組兩端施加控制電壓Uk。當定子繞組加上電壓后，伺服電動機很快就會轉動起來。 通入勵磁繞組及控制繞組的電流在電機內(nèi)產(chǎn)生一個旋轉磁場，旋轉磁場的轉向決定了電機的轉向，當任意一個繞組上所加的電壓反相時，旋轉磁場的方向就發(fā)生改變，電機的方向也發(fā)生改變。 為了在電機內(nèi)形成一個圓形旋轉磁場，要求激磁電壓Uf和控制電壓UK之間應有90度的相位差，常用的方法有：1）利用三相電源的相電壓和線電壓構成90度的

39、移相 2）利用三相電源的任意線電壓3）采用移相網(wǎng)絡 4）在激磁相中串聯(lián)電容器</p><p><b>　　（四）同步電動機</b></p><p>　　作電動機運行的同步電機。由于同步電機可以通過調(diào)節(jié)勵磁電流使它在超前功率因數(shù)下運行，有利于改善電網(wǎng)的功率因數(shù)，因此，大型設備，如大型鼓風機、水泵、球磨機、壓縮機、軋鋼機等，常用同步電動機驅動。低速的大型設備采用同步電動機

40、時，這一優(yōu)點尤為突出。此外，同步電動機的轉速完全決定于電源頻率。頻率一定時，電動機的轉速也就一定，它不隨負載而變。這一特點在某些傳動系統(tǒng)，特別是多機同步傳動系統(tǒng)和精密調(diào)速穩(wěn)速系統(tǒng)中具有重要意義。同步電動機的運行穩(wěn)定性也比較高。同步電動機一般是在過勵狀態(tài)下運行，其過載能力比相應的異步電動機大。異步電動機的轉矩與電壓平方成正比，而同步電動機的轉矩決定于電壓和電機勵磁電流所產(chǎn)生的內(nèi)電動勢的乘積，即僅與電壓的一次方成比例。當電網(wǎng)電壓突然下降到額

41、定值的80%左右時，異步電動機轉矩往往下降為64%左右，并因帶不動負載而停止運轉；而同步電動機的轉矩卻下降不多，還可以通過強行勵磁來保證電動機的穩(wěn)定運行。</p><p><b>　　②電機品牌的選擇</b></p><p><b>　?。ㄒ唬┦┠偷?lt;/b></p><p>　　產(chǎn)品齊全，品牌宣傳力度大，資本運作為主。&l

42、t;/p><p><b>　?。ǘ┤?lt;/b></p><p>　　致力于驅動及運動控制，產(chǎn)品齊全，在國內(nèi)沒有售后，價格昂貴。</p><p><b>　　（三）安川</b></p><p>　　專注驅動，性能優(yōu)越，但價格昂貴</p><p>　　在比較了施耐德，三菱，安川等同

43、類的三相交流異步電機，我們選擇價格和控制性能都不錯的施耐德三相交流異步電機做為進、退卷電機。</p><p>　　根據(jù)實際生產(chǎn)中紡織業(yè)對電機要求為中低慣量功率范圍為：0.4到2KW所以我們選擇功率為2KW的中低慣量的三相異步電機。</p><p><b>　　2.3.2變頻器</b></p><p><b>　　（一）西門子變頻器&l

44、t;/b></p><p>　　西門子變頻器是由德國西門子公司研發(fā)、生產(chǎn)、銷售的知名變頻器品牌，主要用于控制和調(diào)節(jié)三相交流異步電機的速度。并以其穩(wěn)定的性能、豐富的組合功能、高性能的矢量控制技術、低速高轉矩輸出、良好的動態(tài)特性、超強的過載能力、創(chuàng)新的BiCo（內(nèi)部功能互聯(lián)）功能以及無可比擬的靈活性，在變頻器市場占據(jù)著重要的地位。</p><p><b>　　（二）ABB變頻器

45、</b></p><p>　　ABB變頻器是由ABB集團研發(fā)、生產(chǎn)、銷售的知名變頻器品牌。主要用于控制和調(diào)節(jié)三相交流異步電機的速度，并以其穩(wěn)定的性能、豐富的組合功能、高性能的矢量控制技術、低速高轉矩輸出、良好的動態(tài)特性及超強的過載能力，在變頻器市場占據(jù)著重要的地位。 </p><p><b>　　（三）富士變頻器</b></p><p&

46、gt;　　富士變頻器全稱為“富士交流變頻調(diào)速器”，是由富士電機株式會社研發(fā)、生產(chǎn)、銷售的世界知名變頻器品牌之一，在世界各地占有率比較高。主要用于三相異步交流電機，用于控制和調(diào)節(jié)電機速度。富士變頻器主要由整流、濾波、逆變、制動單元、驅動單元、檢測單元等微處理單元組成。通過改變電源的頻率來達到改變電源電壓的目的，根據(jù)電機的實際需要來提供其所需要的電源電壓，進而達到節(jié)能、調(diào)速的目的。 </p><p><b>

47、;　?。ㄋ模┤庾冾l器</b></p><p>　　三菱變頻器是利用電力半導體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能控制裝置。三菱變頻器主要采用交—直—交方式（VVVF變頻或矢量控制變頻），先把工頻交流電源通過整流器轉換成直流電源，然后再把直流電源轉換成頻率、電壓均可控制的交流電源以供給電動機。三菱變頻器的電路一般由整流、中間直流環(huán)節(jié)、逆變和控制4個部分組成。整流部分為三相橋式不可控整流器，逆變

48、部分為IGBT三相橋式逆變器，且輸出為PWM波形，中間直流環(huán)節(jié)為濾波、直流儲能和緩沖無功功率。</p><p><b>　　（五）施耐德變頻器</b></p><p>　　施耐德變頻器全稱為“施耐德交流變頻調(diào)速器”，是由法國施耐德電氣集團研發(fā)、制造和銷售的知名變頻器品牌。主要用于控制和調(diào)節(jié)三相交流異步電機的速度，以其穩(wěn)定的性能、豐富的組合功能、良好的動態(tài)特性、超強的過

49、載能力以及無可比擬的靈活性，在變頻器市場占據(jù)著重要的地位。廣泛應用于各工業(yè)領域，尤其在電梯、紡織、機床、起重運輸和港口等行業(yè)。</p><p>　　比較了其上五種變頻器品牌，我們選擇在紡織方面更合適的施耐德變頻器，由于施耐德ATV71變頻器具有：</p><p>　　a、經(jīng)濟 ，提升單機性能、簡化接線 、保護設備安全、降低維護成本；</p><p>　　b、可擴展，

50、適用您的設備全面優(yōu)化控制系統(tǒng)、圖形顯示終端與多個變頻器之間的多支路連接以及7段數(shù)碼管遠程終端顯示；</p><p>　　c、多重保護更加安全，對電機熱保護、對PTC探針或集成式電子熱過載繼電器過壓保護、對設備可拆卸動力端保護、對變頻器過熱狀態(tài)下自保護、對硬件和軟件電流限制及耐受嚴酷的運行環(huán)境，同時變頻器可在潛在爆炸環(huán)境中驅動伺服電機；</p><p>　　d、更出色的通訊能力，適用于任何主

51、流總線、多語言圖形終端顯示；</p><p>　　e、更靈活、擴展功率滿足所有行業(yè)的設備要求、選件卡：可編程I/O擴展卡、Control Inside(內(nèi)置控制器) 卡：對分布式架構開放；</p><p>　　f、更強大，通過在架構內(nèi)的無縫集成、優(yōu)化自動化解決方案、適用于寬廣的功率范圍 (0.37至2000kW)、驅動伺服電機；</p><p>　　g、更加適應嚴苛

52、的環(huán)境要求，增強版3C2符合EC721-3-3標準(氣體液體)、IP20/IP54防護等級、水冷版本、防塵、防潮環(huán)境下可直接安裝在墻上也可以安裝在落地式機柜內(nèi)(IP54/IP55防護等級)、全系列符合ATEX安全標準 (爆炸性環(huán)境)。</p><p>　　基于以上幾點，我們選用施耐德ATV-71變頻器。具體參數(shù)見表3</p><p>　　表3 ATV-71變頻器參數(shù)</p>

53、<p><b>　　2.3.3PLC</b></p><p><b>　?。ㄒ唬┤釶LC</b></p><p>　　三菱PLC是三菱電機在大連生產(chǎn)的主力產(chǎn)品。 它采用一類可編程的存儲器，用于其內(nèi)部存儲程序，執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)與算術操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。&l

54、t;/p><p><b>　?。ǘ┦┠偷翽LC</b></p><p>　　施耐德PLC M238利用內(nèi)置的CANopen總線接口來控制變頻器的給定和運行命令，包括張力和速度的切換，無需再加總線控制模塊節(jié)約了成本。溫度和圈數(shù)均通過變頻器來中轉，節(jié)省了模擬量模塊和高速計數(shù)器的輸入點數(shù)。</p><p><b>　?。ㄈ┪鏖T子PLC<

55、;/b></p><p>　　德國西門子（SIEMENS）公司生產(chǎn)的可編程序控制器在我國的應用也相當廣泛，在冶金、化工、印刷生產(chǎn)線等領域都有應用。西門子（SIEMENS）公司的PLC產(chǎn)品包括LOGO，S7-200，S7-300，S7-400，工業(yè)網(wǎng)絡，HMI人機界面，工業(yè)軟件等。 西門子S7系列PLC體積小、速度快、標準化，具有網(wǎng)絡通信能力，功能更強，可靠性更高。S7系列PLC產(chǎn)品可分為微型PLC（如S7-

56、200），小規(guī)模性能要求的PLC（如S7-300）和中、高性能要求的PLC（如S7-400）等。</p><p>　　比較三種品牌的同類產(chǎn)品，由于系統(tǒng)沒有張力檢測裝置，所以要求系統(tǒng)可以最快速的把控制信號傳送給變頻器，從而保證電機張力恒定，而三菱PLC通信能力較差，西門子PLC編程較困難，所以我們選擇性價比較高的施耐德M238 PLC作為系統(tǒng)的輸入輸出控制器。</p><p>　　2.3.4

57、速度傳感器</p><p><b>　?。ㄒ唬y速發(fā)電機</b></p><p>　　輸出電動勢與轉速成比例的微特電機。測速發(fā)電機的繞組和磁路經(jīng)精確設計，其輸出電動勢E和轉速n成線性關系，即E=Kn,K是常數(shù)。改變旋轉方向時輸出電動勢的極性即相應改變。在被測機構與測速發(fā)電機同軸聯(lián)接時，只要檢測出輸出電動勢，就能獲得被測機構的轉速，故又稱速度傳感器。</p>

58、<p><b>　?。ǘ┕怆娋幋a器</b></p><p>　　手輪全稱手動脈沖發(fā)生器，又稱光電編碼器。主要用于數(shù)控機床：立式加工中心、臥式加工中心、龍門加工中心等數(shù)控設備，如造型新穎，移動方便，抗干擾，帶載能力強；全塑料外殼，絕緣強度高，防油污密封設計；具備X1，X10，X100三檔倍率，可實現(xiàn)4軸倍率切換；具備控制開關、急停開關可選，人性設計，便于操作。</p>

59、;<p>　　比較兩種速度傳感器，由于系統(tǒng)對速度控制的精度要求很高，所以光電傳感器更適合本系統(tǒng)。比較國內(nèi)外的編碼器品牌，我們選擇性能優(yōu)越，精度高的日本歐姆龍編碼器。</p><p>　　2.3.5溫度傳感器</p><p><b>　?。ㄒ唬犭娕?lt;/b></p><p>　　熱電偶是溫度測量儀表中常用的測溫元件，它直接測量溫度，

60、并把溫度信號轉換成熱電動勢信號，通過電氣儀表（二次儀表）轉換成被測介質(zhì)的溫度。各種熱電偶的外形常因需要而極不相同，但是它們的基本結構卻大致相同，通常由熱電極、絕緣套保護管和接線盒等主要部分組成，通常和顯示儀表、記錄儀表及電子調(diào)節(jié)器配套使用。</p><p><b>　?。ǘ崦綦娮?lt;/b></p><p>　　熱敏電阻是開發(fā)早、種類多、發(fā)展較成熟的敏感元器件．熱敏電

61、阻由半導體陶瓷材料組成，熱敏電阻利用的原理是溫度引起電阻變化．若電子和空穴的濃度分別為n、p，遷移率分別為μn、μp，則半導體的電導為：σ=q（nμn+pμp），因為n、p、μn、μp都是依賴溫度T的函數(shù)，所以電導是溫度的函數(shù)，因此可由測量電導而推算出溫度的高低，并能做出電阻-溫度特性曲線．這就是半導體熱敏電阻的工作原理．熱敏電阻包括正溫度系數(shù)（PTC）和負溫度系數(shù)（NTC）熱敏電阻，以及臨界溫度熱敏電阻（CTR）。</p>

62、<p>　　比較兩種溫度傳感器，我們選擇便宜，耐用的熱電偶溫度傳感器。</p><p>　　2.4、接口電路設計</p><p>　　接口電路如圖2-5所示</p><p>　　圖2-5硬件接口電路</p><p><b>　　三．軟件集成設計</b></p><p>　　3.1

63、PLC程序設計</p><p>　　3.1.1 PLC主程序流程圖</p><p>　　PLC主程序流程圖如圖3-1 所示</p><p>　　3.1.2報警子程序流程圖</p><p>　　報警子程序流程圖如圖3-2 所示：</p><p>　　3.1.3監(jiān)控子程序流程圖</p><p>　

64、　監(jiān)控子程序流程圖如圖3-3所示</p><p>　　3.1.4模式選擇子程序流程圖</p><p>　　模式選擇子程序流程圖如圖3-4所示</p><p>　　3.2 施耐德工程設計</p><p>　　利用SoMachineV3.0設計雙變頻卷染機的控制程序，實現(xiàn)對電機放、退卷，加熱器開關和其他開關量的控制，同時接受傳感器的反饋信號實現(xiàn)

65、閉環(huán)控制，是卷染機以恒張力進行布匹的染色工作。</p><p><b>　　具體的步驟如下：</b></p><p>　?。?）、打開SoMachineV3.0軟件；</p><p>　?。?）、創(chuàng)建新機器，“使用空白項目啟動”，建立新的工程；</p><p>　?。?）、在“屬性”里填寫工程的相關信息；</p&g

66、t;<p>　?。?）、在“配置”里選擇PLC，HMI和變頻器，這里我們選擇M238 PLC，XBTGT4330和ATV71變頻器，并用CANopen總線將M238與ATV71連接好，用RS485將M238與XBTGT4330連接好。</p><p>　?。?）、在“程序”里編輯PLC程序新建一個梯形圖LD，編輯好梯形圖下載到PLC即可。、</p><p>　　3.3 觸摸

67、屏程序設計</p><p>　　利用Vijeo-Disigner6.0設計雙變頻卷染機的觸摸屏，實現(xiàn)人機交換功能，觸摸屏包括了開始畫面、主界面、參數(shù)設定、初始參數(shù)設定、最終參數(shù)設定、模式選擇、手動模式、自動模式、監(jiān)控報警界面共9個畫面?？梢院唵屋p松的實現(xiàn)觸摸屏控制系統(tǒng)啟停，電機收、放卷及清楚的顯示出系統(tǒng)各模塊的工作狀況。具體畫面如下：</p><p>　　圖3-6 開始畫面</p&

68、gt;<p><b>　　圖3-7主界面</b></p><p>　　圖3-8參數(shù)設定界面</p><p>　　3-9初始參數(shù)設定界面</p><p>　　3-10最終參數(shù)設定界面</p><p>　　3-11 模式選擇界面</p><p>　　圖3-12 手動模式界面</p&

69、gt;<p>　　圖3-13 自動模式界面</p><p>　　圖3-14 監(jiān)控報警界面</p><p><b>　　四．實驗調(diào)試仿真</b></p><p>　　利用Vijeo-designer自帶的模擬工具進行觸摸屏的仿真。具體步驟如下：</p><p>　?。?）、在Navigator（導航器）窗口中

70、單擊Project（工程）標簽。</p><p>　　（2）、右擊Target 1（目標屏1）。</p><p>　　（3）、選擇Start Device Simulation（開始設備仿真）。工程主畫面出現(xiàn)。</p><p>　　4.1 仿真及調(diào)試過程</p><p><b>　?。?）、畫面切換</b></p

71、><p>　　進入工程換面后，分別點擊每一個畫面切換按鈕，觀察切換畫面有無錯誤。</p><p><b>　?。?）、參數(shù)設定</b></p><p>　　進入?yún)?shù)設定界面，選擇初始參數(shù)設定初始設定初始染液溫度，電機轉速，A、B棍的匝數(shù)。進入目標參數(shù)設定設定目標染液溫度，電機轉速，A、B棍的匝數(shù)。</p><p><b

72、>　?。?）、模式選擇</b></p><p>　　進入模式選擇界面，選擇自動或者手動模式，如果選擇自動模式則進入自動模式界面，按下開始鍵系統(tǒng)自動調(diào)節(jié)轉速，染液溫度。如果選擇手動模式則進入手動界面，手動控制電機M1 和M2的轉動方向，以及加熱器的通斷來控制染液的溫度。</p><p>　?。?）、實時監(jiān)控報警</p><p>　　進入監(jiān)控報警界面，

73、觀察當前染液溫度，電機M1、M2的轉速，A棍和B棍的匝數(shù)變化，如果溫度高于目標設定溫度則高溫報警指示燈變紅，如果電機M1，M2超速則M1、M2相應的失步報警指示燈變紅。</p><p><b>　　五 結論與心得</b></p><p>　　通過這次伺服系統(tǒng)課程設計，我的動手能力得到了一定的提高，讓我對施耐德PLC的認識有了進一步的提高。使我比較系統(tǒng)地掌握有關施耐德P

74、LC控制系統(tǒng)的設計思想和設計方法，主要對PLC，電機，傳感器，觸摸屏這些硬件選型方面有了更系統(tǒng)的了解。這次之所以選擇施耐德，施耐德優(yōu)勢是網(wǎng)絡功能強，軟件好用，方便。但現(xiàn)在新推出的軟件有些怪異，但仍然是人性化設計。同時此次課程設計也讓我對學習PLC更加熱情，我認識到PLC的強大的功能和廣闊的應用領域。我感覺還有很多要學習，真正體會到了科技給我?guī)淼恼窈?。讓我對學習更有興趣，同時也給我們在探索知識的路上的無限動力。在自己以后的學習中，我們一

75、定要有刻苦努力及鉆研精神，結合有創(chuàng)新，充分實現(xiàn)自己的價值，為國家的發(fā)展做出自己的貢獻。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　《伺服系統(tǒng)（第二版）》錢平 主編機械工業(yè)出版社</p><p>　　《Vijeo+Designer教程》 施耐德提供</p><p>　　《Somach

76、ine教程》 施耐德提供</p><p>　　《施耐德_伺服驅動器__伺服電機選型手冊》 施耐德提供</p><p>　　施耐德電氣中國官方網(wǎng)站 www.schneider-electric.cn</p><p>　　三菱官網(wǎng)www.meas.cn</p><p>　　西門子官網(wǎng) www.siemens.com.cn