《毛巾印花机plc控制系统及设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《毛巾印花机plc控制系统及设计（5页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、毛巾印花机毛巾印花机 PLC 控制系统及设计控制系统及设计 MD-11 型毛巾印花机是毛巾织造行业的主要设备，由于采用了很多机械涡轮涡杆传动和落后的继电器控制，致使整机噪声大、效率低、机件损坏严重，且操作工人劳动强度大、产品质量差。现配合机械传动部分的改造，采用变频器和 PLC 对其电气部分进行了全面改造，重新设计制作了电气控制系统。一、工艺要求及设计思路一、工艺要求及设计思路印花机的正常工艺流程共有 6 步，周而复始的循环，如图 1 所示：其工作过程为：开始时印花网框上升，升到位后导带带动毛巾前进，到位后导带再慢速运行并定位停车，然后印花网框下降压在毛巾上面，接着刮板带着颜料正刮一次对毛巾印
2、花，正刮到位后再反刮一次，如此完成一个印花周期 6 个工步的循环，再返回开始处进入第二个周期的运行。除了以上自动运行的流程外，设计时考虑到为了调试及检修的方便，还要系统能分别对每一工步单独进行点动、单步和正反转运行，或只运行某几步程序。综合以上工艺流程要求和控制设想，我们对系统设计了调试、手动、单步、周期及自动等五种操作方式：1调试：各工步都可单独分别运行，运行到位后即停止；2手动：各工步都可单独点动，按钮释放即停止运行；3单步：按下启动按钮，运行一个工步，到位即停。再按启动，则进入下一工步运行；4周期：从初始位置开始，按启动按钮，程序自动完成一个周期的 6 步动作后返回到第一步开始位置停止。
3、5自动：按启动按钮，程序完成一个周期的 6 步动作后又接着从第一步开始运行，自动循环。在自动方式下，中途若按下复位按钮，则系统要继续运行到第一步开始位置才停止；若按下停止按钮，则运行立即停止，此时若再按启动，系统即从该位置运行到第一步开始处停止。整个印花机组采用三台交流电机拖动，其中网框电机 M1 为 1.5KW，正转；导带电机 M2 为 3.5KW，需快、慢速运行及正反转；刮板电机 M3 为 2.5KW，正反转。由于导带电机转速应根据工艺要求随时调节，故考虑 M2 采用变频器来拖动。毛巾印花工序的湿度较大，同时为了保证印花机定位准确，提高产品质量，各工步到位检测拟采用密封无触点的传感器。二、
4、控制系统硬件设计二、控制系统硬件设计如图 2 所示为 PLC 控制电路外部接线图。为了使系统工作稳定可靠，控制核心部分的 PLC 及变频器均选用进口器件。根据工艺流程和控制要求，系统中设有 8 个位置传感器，15 个按钮和转换开关，1 个变频器故障信号，计 24 个输入信号；输出控制5 个接触器和电磁阀、9 个指示灯，控制变频器 4 点，计数器 1 点，需 19 个输出信号，共计 43 个 I/O 点。考虑预留部分余量，所以 PLC采用富士的 NB1P56 型。该机的最大优点是每一个 I/O 点都可由用户程序任意设定，且 I/O 继电器全部做成超小型可拔插的模块型式，每一点都可根据需要拔插更换
5、不同类型的 I/O 继电器，维修简单；同时该机型扩展灵活，存贮器后备电池为可充电的锂电池。为了提高系统的抗干扰能力，PLC 的输入继电器我们选用无触点的光电耦合输入模块，用以隔离现场干扰，使系统工作稳定。变频器选用富士的 FRN3.7G11S4CX 型。富士产品在国内应用很广，2002 年度的中国变频器市场调查富士变频器在国内市场占有率排名 第二，足见其影响之大。富士变频器有如下特点：1接线简单，噪声低，安装使用维护方便。2启动或制动的转速、时间、转矩都可以人为设定，电机可在低速下以大转矩启动，加速或减速过程更平稳迅速，冲击小。3可通过面板编程设定各种功能，来控制电机运行。还可通过编程设置多步
6、频率，最多可达 15 步的不同频率值，以适应各种复杂的调速要求。4完善的保护功能。变频器运行时的电流、电压、频率、转矩和功率等参数都可以在线监视，若超过设定值就会自动报警或保护停机。对地短路、过热及内部电路故障等也都会使保护功能动作而强制性停机，有效的保护了电机和变频器本身的安全。各工步到位传感器采用 NJK-5002 螺栓型霍尔开关，其安装调试简单方便，灵敏度高。8 个霍尔开关传感器的直流电源取自 PLC 的+24V直流输出。对系统五种操作方式的转换我们采用的是 5 档万能转换开关，这样既减少了软件程序编制的麻烦，又使得操作方式转换更加直观，稳定可靠。为了便于统计毛巾产量，控制箱面板上还装置
7、了电子数显式计数器，由反刮到位信号（也就是一周期第 6 个工步的结束信号，它表示印刷完一条毛巾）驱动其计数。每班上班时先将其显示数据复零，再开始统计本班产量。在控制箱面板上设置了各工步到位及电源、故障等相应的指示灯，给值车工一个醒目的提示，以避免错误操作。由于主要操作按钮都在控制箱面板上，为方便使用，在机台操作位置上还增设了启动和急停两个按钮。考虑到工业现场的恶劣环境，干扰较大，我们对 PLC 交流供电采用 380/220V 的隔离变压器（变压器级间屏蔽层接地） ，对其进行悬浮供电，以隔离由电网引入的干扰。在 PLC 的每个输出端都要并联上 RC 阻容吸收网络，以吸收抑制接触器、电磁阀等感性负
8、载开断时所产生的过电压；线路敷设时，将PLC 控制信号线与交流电源线分开布线，最大限度的降低静电和电磁感应干扰。从图 2 中可见，我们把 PLC 的上部 I/O 端口 00001B 分配为输入端，把下部 I/O 端口 01C037 分配为输出端，这样做的好处是把输入和输出、强电和弱电明显隔离分开，进一步减小干扰，同时也避免了接线错误。在控制箱结构设计时，要充分注意到变频器的散热问题，对此我们采取了如下措施：一是变频器四周留有足够的空间以利于散热，同时因热量向上散发，变频器应安装在控制箱上部，且其上方不再安装其它设备；二是由于变频器运行时，底部散热板的温度可达 90C，所以要把变频器安装在耐高温
9、的金属底版上；三是因考虑防尘问题，控制箱体需要密闭，如若周围环境温度较高，影响变频器散热的话，在控制箱体上还应设置散热风扇。本系统控制箱由于在结构设计、元件排列时考虑了设备散热的影响，所以未设置散热风扇。三、软件程序设计三、软件程序设计本系统的主要控制功能都是由 PLC 来实现的，图 3 为 PLC 主程序流程框图，整个程序用富士 PLC 的梯形图编制。系统中的 5 种操作方式由两部分程序控制，其中的调试和手动操作方式由手动部分程序完成，单步、周期及自动操作方式由自动部分程序完成。系统上电后，程序进行初始设置，移位寄存器清零，同时启动变频器，然后根据选定的操作方式运行程序。手动部分程序较简单，
10、类似于继电器控制方式，只是需要考虑好各动作之间的联锁互锁关系。自动部分程序中采用移位寄存器输出作为各工步程序的转换信号，开机初始设置完成后，按下启动按钮，移位寄存器被置 1，运行第一步程序。接着移位寄存器由启动按钮信号或各工步到位传感器信号驱动移位。单步、周期、自动这 3 种操作方式在程序流程中的区别是：单步操作时寄存器移位受启动按钮信号控制，每按一次启动按钮寄存器移位一步，运行一步程序，到位即停止。若再按启动按钮寄存器又移位运行下一步程序；周期操作时寄存器的移位由各工步到位信号控制，每一工步到位寄存器就移位一步，并运行下一步程序，第 6 步到位后寄存器清零并保持，系统在初始位置停止运行，等待
11、下一次操作；自动操作时寄存器移位方式与周期操作时相同，只是第 6 步到位后寄存器清零的同时又置 1，重新开始下一周期的移位及程序运行。辅助部分程序主要有：根据工艺要求进行刮板上跳控制、变频器及 PLC 故障指示、各工步到位指示、各程序步指示以及系统工作计时器等。导带电机（3.5KW）由变频器拖动，由于其运转速度较低，启动转矩也不大，对变频器的启动频率和转矩等参数就按默认设置。因印花机工艺对导带电机调速要求不高，慢速只是为使毛巾准确定位而已，所以变频器就只设计了快、慢两种速度，并通过对变频器的多步频率 1 和多步频率 2（即 C05、C06）两参数的设置来实现，具体设置 C05 为 40HZ、C
12、06 为 5HZ。导带电机工作运行时间较短（每一个循环周期中导带快速运行 45 秒，接着再慢速运行 12 秒后停止） ，因此变频器的加速和减速时间也相应的设得较短，设置加速时间为 1 秒, 减速时间为 0.5 秒, 在实际调试时再根据毛巾产品工艺要求作适当调整，能准确定位停车即可。四、其它应考虑的问题四、其它应考虑的问题尽管系统设计时采取了多种措施，提高了容错能力，但有时变频器和 PLC 发生故障也是在所难免的。我们除了设置使变频器故障保护性停机外，还将变频器故障和 PLC 故障信号引入到 PLC 初始设置程序中，若发生故障就立即停止所有输出，避免故障范围扩大。值得注意的是，NJK-5002
13、型霍尔开关内部是晶体管输出，输出有 NPN 和 PNP 型两种方式，也就是分为集电极输出和发射极输出，PLC的输入光耦模块也有正负极性之分，所以应根据实际需要购买合适极性的霍尔开关，在现场连接时也应注意正确接线，以避免带来不必要的损失。还有 PLC 的+24V 直流电源输出容量有限，当传感器较多所用电流较大时应考虑另设直流电源。由于 PLC 及传感器的电源最终都取自于隔离变压器，所以应合理选择其容量，避免超载运行而影响系统的安全。PLC 的运行速度很快，其控制输出的时间不超过 1 毫秒，而交流接触器等电磁器件的反应速度在 10 毫秒以上，所以在如电机正、反转连锁互锁控制等场合应充分注意到二者的
14、速度差异所带来的影响，避免因后者反映速度慢造成正、反转接触器同时吸合而产生电源短路的故障。解决的办法一是除在 PLC 程序中设置互锁外，还要利用接触器的常闭触点互锁；二是在某些接触器无常闭触点的特殊场合，可考虑在 PLC 程序中正、反转动作切换之间设置 0.5 秒左右的延时，即正、反转切换时要延时 0.5 秒再进入反向运行，确保转换安全可靠。五、结束语五、结束语系统制作安装调试完成后，经过半年时间的正常生产运行，包括盛夏高温和潮湿的环境考验，工作一切正常，完全达到了设计要求。该系统的使用对提高毛巾印花产品的产量和质量、减少机配件消耗、改善生产环境、降低操作工人劳动强度等方面都起到了很好的作用，使这套老旧设备通过机电一体化的更新改造重新焕发出青春与活力。
