雙變頻染織機(jī)plc課程設(shè)計--基于施耐德plc的雙變頻染織機(jī)設(shè)計

1、<p><b>　　伺服驅(qū)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(jī)設(shè)計</p><p>　二級學(xué)院（直屬學(xué)部）： </p><p>　專業(yè)：

2、 班級： </p><p>　學(xué)生姓名： 學(xué)號： </p><p>　指導(dǎo)教師姓名： 職稱： </p><p>　　基于施耐德PLC的雙變頻染織機(jī)設(shè)計</p><p&

3、gt;　　概述：變頻器控制方式可分為V/F變頻器，轉(zhuǎn)差頻率控制變頻器，矢量控制變頻器，直接轉(zhuǎn)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(jī)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(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩控制特性，對卷染機(jī)進(jìn)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(jī)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(guān)鍵字：施耐德，PLC，變

4、頻器，觸摸屏，染色，卷染機(jī)</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(xué)或物理化學(xué)的結(jié)合，使染料轉(zhuǎn)移到纖維上而生成不溶性的有色物質(zhì)。卷染機(jī)是間歇式平幅染色機(jī)械，織物以平幅狀態(tài)通過染槽，往復(fù)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(jī)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(shù)的日趨成熟,通過變頻器轉(zhuǎn)矩控制功能控制異

6、步電機(jī)轉(zhuǎn)矩,使得異步電機(jī)能夠取代原有的直流調(diào)速電機(jī),應(yīng)用于張力控制系統(tǒng).</p><p>　　1.2國內(nèi)外現(xiàn)有技術(shù)方案</p><p>　　雙變頻器卷染機(jī)控制系統(tǒng)ATV31系列經(jīng)濟(jì)型磁通矢量變頻器，通過Micro PLC(TSX3722)加CANOpen通訊擴(kuò)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(jìn)行系統(tǒng)操作和監(jiān)控。</p><p>　　圖 1-1 雙變頻染織機(jī)機(jī)構(gòu)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(yīng)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(dá)1Mbps，支持多達(dá)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(yīng)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(yīng)用子協(xié)議等定義了頁/幀狀態(tài)。

9、在CANopen網(wǎng)絡(luò)中，采用中心授權(quán)機(jī)制，通過一個NMT-Master對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行管理，通信機(jī)制比較簡單，適合于所有機(jī)械的嵌入式網(wǎng)絡(luò)，可以降低設(shè)備的復(fù)雜程度，在工業(yè)領(lǐng)域(如汽車、電梯、醫(yī)療、船舶、紡織機(jī)械等)得到了廣泛應(yīng)用，是歐洲最重要的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)。</p><p>　　CANOpen報文結(jié)構(gòu)</p><p>　　表1 CANOpen報文結(jié)構(gòu)</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(dá)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(kuò)展插槽中插入TSXCPP110通訊擴(kuò)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(gòu)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(shè)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(shè)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(jìn)行通訊控制時，可采用過程數(shù)據(jù)目標(biāo)(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(yù)設(shè)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(shè)置不同的參數(shù))</p><p>　　PDO自動映射到Micro PLC內(nèi)設(shè)置對應(yīng)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(yīng)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(wù)數(shù)據(jù)目標(biāo)(SDO: Service Data Objects)，可用于系統(tǒng)組態(tài)和參數(shù)設(shè)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(wù)、“心跳”(Heartbeat)目標(biāo)、急停目標(biāo)、節(jié)點監(jiān)護(hù)目標(biāo)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(jī)工藝要求兩個卷布輥對織物反復(fù)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(jìn)行精確測量，將測量值輸入到PLC中，與設(shè)定張力(T0)和速度(V0)進(jìn)行比較和PID運算后，輸出轉(zhuǎn)速信號(v)控制卷布輥運行。卷布輥收卷時，轉(zhuǎn)速隨卷徑增大而逐漸減小；放卷時，轉(zhuǎn)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(jié)</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(shè)計</b></p><p><b>　　2.1.方案設(shè)計</b></p><p><b>　　2.1.1控制要求</b></p><p>　　卷染機(jī)的工藝流程圖如圖2-1所示 </p><p>　　圖2-1卷染機(jī)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(jī)，M2 為 收卷電機(jī)，當(dāng)收卷輥圈數(shù)到達(dá)設(shè)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(jī)，M2 是退卷電機(jī)，直到水洗或染色次數(shù)達(dá)到工藝 設(shè)定值。 根據(jù)工藝要求，布匹在水洗或染色過程中，布面應(yīng)保持平整不起皺，應(yīng)防止 損傷布面物理結(jié)構(gòu)。因此在生產(chǎn)過程中，應(yīng)始終保持張力恒定（該張力值由工藝人員設(shè)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(dǎo)致測速輥測速不精確從而造成振蕩。 按照要求，本機(jī)有進(jìn)布，水洗、染色，出布等工藝過程，由于進(jìn)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(zhuǎn)）過程中的控制及起動，停機(jī)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(jìn)入20KHZ計算數(shù)，2 個圈數(shù)測量信號進(jìn)入 5KHZ 計數(shù)器。張力檢測、溫度檢測信號送入AI 模塊，同時擴(kuò)展了一塊 C

21、ANopen 通訊模塊，以便于與變頻器進(jìn)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(qiáng)，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(qiáng)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(dá)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(shù)關(guān)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(jī)設(shè)計成始終是處于再生發(fā)電狀態(tài)，收卷電機(jī)則 處于電動狀態(tài)。無論是退卷電機(jī)、收卷電機(jī)，在小

23、卷裝至大卷裝時，其輸出轉(zhuǎn)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(dá)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(cè)的電流變化范 圍最大可達(dá) 6－7 倍。因此，在一個卷裝過程中，系統(tǒng)的轉(zhuǎn)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(jī)中，當(dāng)退卷輥與收卷輥的線速度V1,V2 有以下關(guān)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(guān)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(jìn)行人工設(shè)定， 在本機(jī)中，采用在進(jìn)布工藝過程中自動進(jìn)行計算，（新卷裝第一次加工工藝操作 是進(jìn)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(jī)轉(zhuǎn)速反饋，K 是修正系數(shù)。</p><p>　　在進(jìn)布過程中，利用式 6 和式 5 進(jìn)行計算

30、，進(jìn)布結(jié)束，h 就自動求得。由于本機(jī)中電機(jī)側(cè)未裝測速裝置，電機(jī)轉(zhuǎn)速 R 通過 CANopen 通訊從變頻器側(cè)讀取變頻器 當(dāng)前轉(zhuǎn)速輸出。通訊速率是 250Kbps，計算結(jié)果精度是比較高的。</p><p>　　2.2.3啟動與停止 </p><p>　　當(dāng)退卷輥、卷裝輥卷裝直徑相差比較大時，系統(tǒng)的轉(zhuǎn)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(guān)鍵。為此，除正確進(jìn)行變頻器的參數(shù)設(shè)

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(jìn)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(jī)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(jī)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(jī)的運 轉(zhuǎn)速度，保證了系統(tǒng)的實時性

33、要求。 </p><p><b>　　2.2.5.小結(jié) </b></p><p>　　本系統(tǒng)采用交流變頻器和PLC實現(xiàn)了卷染機(jī)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(guān)參數(shù)，即使在運行速度為100m/min 時，系 統(tǒng)仍達(dá)到了較高的動靜態(tài)性能，滿足了使用廠對于該機(jī)高速、闊幅、大卷裝、少 維護(hù)、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(jī) </b></p><p><b>　?、匐妱訖C(jī)類型的選擇</b></p><p><b>　?。ㄒ唬┲绷麟妱訖C(jī)</b></p><p>　　調(diào)速性能

35、好。所謂“調(diào)速性能”，是指電動機(jī)在一定負(fù)載的條件下，根據(jù)需要，人為地改變電動機(jī)的轉(zhuǎn)速。直流電動機(jī)可以在重負(fù)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(jì)地實現(xiàn)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)。因此，凡是在重負(fù)載下起動或要求均勻調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的機(jī)械，例如大型可逆軋鋼機(jī)、卷揚機(jī)、電力機(jī)車、電車等，都用直流 </p><p><b>　?。ǘ┎竭M(jìn)電機(jī)<

36、/b></p><p>　　步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元步進(jìn)電機(jī)件。在非超載的情況下，電機(jī)的轉(zhuǎn)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(fù)載變化的影響，當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動器接收到一個脈沖信號，它就驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動一個固定的角度，稱為“步距角”，它的旋轉(zhuǎn)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(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；同時可以通過控制脈沖頻率來控

37、制電機(jī)轉(zhuǎn)動的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。</p><p><b>　?。ㄈ┙涣魉欧姍C(jī)</b></p><p>　　交流伺服電動機(jī)的結(jié)構(gòu)主要可分為兩部分，即定子部分和轉(zhuǎn)子部分。其中定子的結(jié)構(gòu)與旋轉(zhuǎn)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(jī)一種兩相的交流電動機(jī)。 交流伺服電動機(jī)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(dāng)定子繞組加上電壓后，伺服電動機(jī)很快就會轉(zhuǎn)動起來。 通入勵磁繞組及控制繞組的電流在電機(jī)內(nèi)產(chǎn)生一個旋轉(zhuǎn)磁場，旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)向決定了電機(jī)的轉(zhuǎn)向，當(dāng)任意一個繞組上所加的電壓反相時，旋轉(zhuǎn)磁場的方向就發(fā)生改變，電機(jī)的方向也發(fā)生改變。 為了在電機(jī)內(nèi)形成一個圓形旋轉(zhuǎn)磁場，要求激磁電壓Uf和控制電壓UK之間應(yīng)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(gòu)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(luò) 4）在激磁相中串聯(lián)電容器</p><p><b>　?。ㄋ模┩诫妱訖C(jī)</b></p><p>　　作電動機(jī)運行的同步電機(jī)。由于同步電機(jī)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(shè)備，如大型鼓風(fēng)機(jī)、水泵、球磨機(jī)、壓縮機(jī)、軋鋼機(jī)等，常用同步電動機(jī)驅(qū)動。低速的大型設(shè)備采用同步電動機(jī)

40、時，這一優(yōu)點尤為突出。此外，同步電動機(jī)的轉(zhuǎn)速完全決定于電源頻率。頻率一定時，電動機(jī)的轉(zhuǎn)速也就一定，它不隨負(fù)載而變。這一特點在某些傳動系統(tǒng)，特別是多機(jī)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(jī)的運行穩(wěn)定性也比較高。同步電動機(jī)一般是在過勵狀態(tài)下運行，其過載能力比相應(yīng)的異步電動機(jī)大。異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩與電壓平方成正比，而同步電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩決定于電壓和電機(jī)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(dāng)電網(wǎng)電壓突然下降到額

41、定值的80%左右時，異步電動機(jī)轉(zhuǎn)矩往往下降為64%左右，并因帶不動負(fù)載而停止運轉(zhuǎn)；而同步電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩卻下降不多，還可以通過強(qiáng)行勵磁來保證電動機(jī)的穩(wěn)定運行。</p><p><b>　?、陔姍C(jī)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>　　（二）三菱</b></p><p>　　致力于驅(qū)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>　?。ㄈ┌泊?lt;/b></p><p>　　專注驅(qū)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(jī)，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(jī)做為進(jìn)、退卷電機(jī)。</p><p>　　根據(jù)實際生產(chǎn)中紡織業(yè)對電機(jī)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(jī)。</p><p><b>　　2.3.2變頻器</b></p><p><b>　?。ㄒ唬┪鏖T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(jī)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(shù)、低速高轉(zhuǎn)矩輸出、良好的動態(tài)特性、超強(qiáng)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(tuán)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(jī)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(shù)、低速高轉(zhuǎn)矩輸出、良好的動態(tài)特性及超強(qiáng)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(jī)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(jī)，用于控制和調(diào)節(jié)電機(jī)速度。富士變頻器主要由整流、濾波、逆變、制動單元、驅(qū)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(dá)到改變電源電壓的目的，根據(jù)電機(jī)的實際需要來提供其所需要的電源電壓，進(jìn)而達(dá)到節(jié)能、調(diào)速的目的。 </p><p><b>

47、;　　（四）三菱變頻器</b></p><p>　　三菱變頻器是利用電力半導(dǎo)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(zhuǎn)換成直流電源，然后再把直流電源轉(zhuǎn)換成頻率、電壓均可控制的交流電源以供給電動機(jī)。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>　?。ㄎ澹┦┠偷伦冾l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(tuán)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(jī)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(qiáng)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(yīng)用于各工業(yè)領(lǐng)域，尤其在電梯、紡織、機(jī)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(jì) ，提升單機(jī)性能、簡化接線 、保護(hù)設(shè)備安全、降低維護(hù)成本；</p><p>　　b、可擴(kuò)展，

50、適用您的設(shè)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(yuǎn)程終端顯示；</p><p>　　c、多重保護(hù)更加安全，對電機(jī)熱保護(hù)、對PTC探針或集成式電子熱過載繼電器過壓保護(hù)、對設(shè)備可拆卸動力端保護(hù)、對變頻器過熱狀態(tài)下自保護(hù)、對硬件和軟件電流限制及耐受嚴(yán)酷的運行環(huán)境，同時變頻器可在潛在爆炸環(huán)境中驅(qū)動伺服電機(jī)；</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(kuò)展功率滿足所有行業(yè)的設(shè)備要求、選件卡：可編程I/O擴(kuò)展卡、Control Inside(內(nèi)置控制器) 卡：對分布式架構(gòu)開放；</p><p>　　f、更強(qiáng)大，通過在架構(gòu)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(qū)動伺服電機(jī)；</p><p>　　g、更加適應(yīng)嚴(yán)苛

52、的環(huán)境要求，增強(qiáng)版3C2符合EC721-3-3標(biāo)準(zhǔn)(氣體液體)、IP20/IP54防護(hù)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(jī)柜內(nèi)(IP54/IP55防護(hù)等級)、全系列符合ATEX安全標(biāo)準(zhǔn) (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>　　（一）三菱PLC</b></p><p>　　三菱PLC是三菱電機(jī)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(shù)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(jī)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(zhuǎn)，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(yīng)用也相當(dāng)廣泛，在冶金、化工、印刷生產(chǎn)線等領(lǐng)域都有應(yīng)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(luò)，HMI人機(jī)界面，工業(yè)軟件等。 西門子S7系列PLC體積小、速度快、標(biāo)準(zhǔn)化，具有網(wǎng)絡(luò)通信能力，功能更強(qiáng)，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(jī)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(jī)</b></p><p>　　輸出電動勢與轉(zhuǎn)速成比例的微特電機(jī)。測速發(fā)電機(jī)的繞組和磁路經(jīng)精確設(shè)計，其輸出電動勢E和轉(zhuǎn)速n成線性關(guān)系，即E=Kn,K是常數(shù)。改變旋轉(zhuǎn)方向時輸出電動勢的極性即相應(yīng)改變。在被測機(jī)構(gòu)與測速發(fā)電機(jī)同軸聯(lián)接時，只要檢測出輸出電動勢，就能獲得被測機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)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(jī)床：立式加工中心、臥式加工中心、龍門加工中心等數(shù)控設(shè)備，如造型新穎，移動方便，抗干擾，帶載能力強(qiáng)；全塑料外殼，絕緣強(qiáng)度高，防油污密封設(shè)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(guān)、急停開關(guān)可選，人性設(shè)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(zhuǎn)換成熱電動勢信號，通過電氣儀表（二次儀表）轉(zhuǎn)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(jié)構(gòu)卻大致相同，通常由熱電極、絕緣套保護(hù)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(dǎo)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(dǎo)體的電導(dǎo)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(dǎo)是溫度的函數(shù)，因此可由測量電導(dǎo)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(dǎo)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(fù)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(shè)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(shè)計</b></p><p>　　3.1

63、PLC程序設(shè)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(shè)計</p><p>　　利用SoMachineV3.0設(shè)計雙變頻卷染機(jī)的控制程序，實現(xiàn)對電機(jī)放、退卷，加熱器開關(guān)和其他開關(guān)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(jī)以恒張力進(jìn)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(jī)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(guān)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(shè)計</p><p>　　利用Vijeo-Disigner6.0設(shè)計雙變頻卷染機(jī)的觸摸屏，實現(xiàn)人機(jī)交換功能，觸摸屏包括了開始畫面、主界面、參數(shù)設(shè)定、初始參數(shù)設(shè)定、最終參數(shù)設(shè)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(jī)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(shè)定界面</p><p>　　3-9初始參數(shù)設(shè)定界面</p><p>　　3-10最終參數(shù)設(shè)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(jìn)行觸摸屏的仿真。具體步驟如下：</p><p>　?。?）、在Navigator（導(dǎo)航器）窗口中

70、單擊Project（工程）標(biāo)簽。</p><p>　　（2）、右擊Target 1（目標(biāo)屏1）。</p><p>　　（3）、選擇Start Device Simulation（開始設(shè)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(jìn)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>　　（2）、參數(shù)設(shè)定</b></p><p>　　進(jìn)入?yún)?shù)設(shè)定界面，選擇初始參數(shù)設(shè)定初始設(shè)定初始染液溫度，電機(jī)轉(zhuǎn)速，A、B棍的匝數(shù)。進(jìn)入目標(biāo)參數(shù)設(shè)定設(shè)定目標(biāo)染液溫度，電機(jī)轉(zhuǎn)速，A、B棍的匝數(shù)。</p><p><b

72、>　?。?）、模式選擇</b></p><p>　　進(jìn)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(jìn)入自動模式界面，按下開始鍵系統(tǒng)自動調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，染液溫度。如果選擇手動模式則進(jìn)入手動界面，手動控制電機(jī)M1 和M2的轉(zhuǎn)動方向，以及加熱器的通斷來控制染液的溫度。</p><p>　　（4）、實時監(jiān)控報警</p><p>　　進(jìn)入監(jiān)控報警界面，

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

74、LC控制系統(tǒng)的設(shè)計思想和設(shè)計方法，主要對PLC，電機(jī)，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(luò)功能強(qiáng)，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(shè)計。同時此次課程設(shè)計也讓我對學(xué)習(xí)PLC更加熱情，我認(rèn)識到PLC的強(qiáng)大的功能和廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域。我感覺還有很多要學(xué)習(xí)，真正體會到了科技給我?guī)淼恼窈?。讓我對學(xué)習(xí)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(xué)習(xí)中，我們一

75、定要有刻苦努力及鉆研精神，結(jié)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(xiàn)。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　《伺服系統(tǒng)（第二版）》錢平 主編機(jī)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(qū)動器__伺服電機(jī)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