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1、课程设计说明书题目 :基于施耐德的双变频系统在卷染机的应用二级学院（直属学部）：电子信息与电气工程学院专业：电气工程及其自动化 班级：09电气卓越学生姓名：徐宇飞学号：09020344指导教师姓名：郭建江职称：副教授2012年 12 月基于施耐德的双变频系统在卷染机的应用引言染色过程是对织物采用染浴（染料+助剂+溶剂）处理，通过染料和织物纤维发生化 学或物理化学的结合，使染料转移到纤维上而生成不溶性的有色物质。卷染机是间歇式平幅染色机械，织物以平幅状态通过染槽，往复卷绕于卷布辊上 实现染色。它不仅适用于各种染色工艺，还适用于退浆、煮练、漂白、洗涤和后 处理等工艺，具有体积小、投资少、用途广等特
2、点，操作简单、更换颜色和品种 方便，特别适合于中小批量染色加工，可以节约能源和染料，费用低廉。卷染机根据布卷容量可分为普通卷染机（最大外径600mm）和大容量卷染机（最大 外径12001500 mm）；按染色工艺可分为常压型（最高工作温度95C）和高温高压 型（最高工作温度140C）；按卷布辊传动方式可分为机械传动、液压传动、直流 传动、交流变频传动等多种形式。双变频器卷染机通过采用两台变频器分别控制前后两个卷布辊电机，实现两个卷 布辊对织物反复收卷、放卷的恒线速度恒张力运行控制；同时还要实现计长测径、 自动平稳换向、自动停车、以及对染浴的PID恒温控制等，工艺参数设定、显示 及相关操作和监控
3、由触摸屏完成。关键字：施耐德，PLC，变频器，染色，卷染机目录第一章系统功能分析.4第二章硬件集成设计.4第一节方案设计.4(1) 、工作原理.4(2) 、工艺流程.4(3) 、控制系统5第二节硬件选型61、电机类型：电动机类型的选择62、变频器选择73、PLC 选择94、传感器选择11第三节接口电路设计11第三章软件集成设计12第一节流程图121、主程序流程图122、功能子程序流程图13第二节实践调试仿真141、控制程序设计142、触摸屏程序设计153、实验调试仿真194、仿真及调试过程19结论与心得23参考文献24第一章系统功能分析双变频卷染机是一种间歇式平幅染色设备，用于布匹的染色处理，
4、属于染整工序 的前道工序，按照运行的环境分为常温常压型和高温高压型。卷染机染缸内安装 有两根卷绕轴，卷绕轴按照一定的工艺要求(包括温度，道数，速度，张力等)将 轴上的布匹通过染缸里的染液进行染色(边卷边染)，从而达到一定的染色效果， 染色是否均匀以及是否对布匹有损伤都取决于两根卷绕轴的运行情况。第二章硬件集成设计第一节方案设计(1) 、工作原理 工作原理如图所示：电机制动单元卷染池CANapen通扎M23S PLCCAHapen 通讯工作原理图(2) 、工艺流程卷染机的工艺流程图如图1所示图1图1所示箭头是布的运动方向，在图示方向中,Ml是退卷电机,M2为收卷电机，当 收卷辊圈数到达设定值后，
5、停止该方向运行,系统自动改变布的运动方向，这是 Ml改成收卷电机,M2是退卷电机，直到水洗或染色次数达到工艺设定值.根据工艺要求，布匹在水洗或染色过程中，布面应保持平整不起皱,应防止损伤布 面物理结构，因此在生产过程中，应始终保持张力恒定（该张力值由工艺人员设 定）若在卷装过程中布面张力控制不均匀，将是每个运动方向的加工长度不相同, 造成小卷装和大卷装时有一段次品布，降低成品率，特别是张力过小时,将导致测 速辊测速不精确从而造成震荡.按照要求，本机有进布，水洗、染色，出布等工艺过程，由于进布及出布过程中不 需要恒张力控制而仅保持线速度恒定，因此本文着重讨论水洗、染色（正常运转） 过程中的控制及
6、其起动，停机控制。（3）、控制系统控制系统组成如图2：蛮藏器I变频器2Twitlo PLCXBTGJ蝕摸屏區2控芾一.系统组成第二节硬件选型1、电机类型：电动机类型的选择方案一：直流电动机将直流电能转换为机械能的电动机。因其良好的调速性能而在电力拖动中得 到广泛应用，其还有转矩力度大的优点。功率：其直接合闸起动只适用于功率不大于4千瓦的电动机。转速范围：直流电动机的转速n随转矩T而变化。而直流电动机调速有三种 方法，而且调节电枢供电电压的方法容易实现平滑、无级、宽范围、低损耗的要 求。尽管直流电动机调速就其性能而言，可以相当满意，但因其结构夏杂，惯量 大，维护麻烦，不适宜在恶劣环境中运行，不易
7、实现大容量化、高压化、高速化, 而且价格昂贵。电源：一般为24V方案二：步进电机把电脉冲信号变换成角位移以控制转子转动的微特电机。在自动控制装置中 作为执行元件。每输入一个脉冲信号，步进电动机前进一步，故又称脉冲电动机。 步进电机的优点是没有累积误差，结构简单，使用维修方便，制造成本低，步进 电动机带动负载惯量的能力大，适用于中小型机床和速度精度要求不高的地方， 缺点是效率较低，发热大，有时会“失步”。功率：电机转速越高，功率越大。电源：步进电动机的驱动电源由变频脉冲信号源、脉冲分配器及脉冲放大器 组成，由此驱动电源向电机绕组提供脉冲电流。步进电动机的运行性能决定于电 机与驱动电源间的良好配合
8、。转速范围：当脉冲的频率越高时，步进电机的运转速度越快。方案三：交流伺服电机长期以来，在要求调速性能较高的场合，一直占据主导地位的是应用直流电 动机的调速系统。但直流电动机都存在一些固有的缺点，如电刷和换向器易磨损， 需经常维护。换向器换向时会产生火花，使电动机的最高速度受到限制，也使 应用环境受到限制，而且直流电动机结构复杂，制造困难，所用钢铁材料消耗大， 制造成本高。而交流电动机，特别是鼠笼式感应电动机没有上述缺点，且转子惯 量较直流电机小，使得动态响应更好。在同样体积下，交流电动机输出功率可比 直流电动机提高10%70%，此外，交流电动机的容量可比直流电动机造得大， 达到更高的电压和转速
9、。现代数控机床都倾向采用交流伺服驱动，交流伺服驱动 已有取代直流伺服驱动之势。功率：一个成品的交流伺服电机额定功率是固定的。但在实际运行时的实际 功率是随着所带的负载而变化的。电源：交流伺服电动机适用于0.1100W小功率自动控制系统中。转速范围：其额定转速一般为2000r/min或3000r/rain以内为恒转矩输出 方案四：同步电动机没有转差，也没有转差功率，所以同步电动机只能是转差不变型（恒=0）的， 由于同步电动机转子极对数又是固定的，只能靠变压变频调速。由于卷染机的卷辊在卷湿布时重量会很重，所以电机的转矩要求很大， 而且由于没有张力监控，所以对电机速度的控制精度要求很高。而直流电动机
10、结 构复杂，制作成本高，电刷和换向器限制了转速和容量，步进电机和同步电机控 制难度大，因此选用方案三：交流伺服电机。2、变频器选择工作原理:主电路是给异步电动机提供调压调频电源的电力变换部分，变频 器的主电路大体上可分为两类：电压型是将电压源的直流变换为交流的变频器， 直流回路的滤波是电容。电流型是将电流源的直流变换为交流的变频器，其直流 回路滤波是电感。它由三部分构成，将工频电源变换为直流功率的“整流器”， 吸收在变流器和逆变器产生的电压脉动的“平波回路”，以及将直流功率变换为 交流功率的“逆变器”。方案一：西门子变频器西门子是中国自动化市场最大的供应商，提供全系列的变频器产品。由 于产品的
11、全面性，西门子在变频器的主要应用行业都表现较好。在最大的几个行 业分支，譬如纺织、石油、冶金等领域，都有很大的市场份额。在轧机和起重机 上西门子更是具有绝对的优势。功率范围：功率范围7.5kW至250kW。转速：一般的变频器最大频率到60Hz，有的甚至到400 Hz。方案二：ABB变频器ABB的变频器在很多行业都具有竞争力，在石油、化工、冶金、建材等 领域表现良好。方案三：富士变频器富士是中国最早使用的变频器品牌之一，在中国有着非常辉煌的历史， 至今仍然占据供水变频器市场的最大份额。在欧美和日本其他品牌的竞争下，尽 管业务量持续上升，Fuji变频器在中国市场上的份额一直处于下降状态。方案四：三
12、菱变频器作为日系企业的代表，三菱产品在价格、技术支持和易得性上占据优势。 由于最初进入市场时依靠代理商，因此完善的销售渠道成为三菱的一大优势。然 而，以销售为导向也造成了三菱在中国市场的保守策略。技术支持和解决方案能 力偏弱，产品难以进入大型项目之中。方案五：施耐德变频器Schneider是中国变频器市场的后来者，1995年才开始在中国进行变频 器业务，是发展速度最快的厂商之一。比较了其上五种变频器品牌，我们选择在纺织方面更合适的施耐德变频器， 由于施耐德ATV71变频器具有：(1) 、经济，提升单机性能、简化接线、保护设备安全、降低维护成本；(2) 、可扩展，适用您的设备全面优化控制系统、图
13、形显示终端与多个变频 器之间的多支路连接以及7段数码管远程终端显示；(3) 、多重保护更加安全，对电机热保护、对PTC探针或集成式电子热过载 继电器过压保护、对设备可拆卸动力端保护、对变频器过热状态下自保护、对硬 件和软件电流限制及耐受严酷的运行环境，同时变频器可在潜在爆炸环境中驱动 伺服电机；(4) 、更出色的通讯能力，适用于任何主流总线、多语言图形终端显示；(5) 、更灵活、扩展功率满足所有行业的设备要求、选件卡：可编程I/O 扩展卡、Control Inside(内置控制器)卡：对分布式架构开放；(6) 、更强大，通过在架构内的无缝集成、优化自动化解决方案、适用于宽 广的功率范围(0.3
14、7至2000kW)、驱动伺服电机；(7) 、更加适应严苛的环境要求，增强版3C2符合EC721-3-3标准(气体 液体)、IP20/IP54防护等级、水冷版本、防尘、防潮环境下可直接安装在墙上 也可以安装在落地式机柜内(IP54/IP55防护等级)、全系列符合ATEX安全标准 (爆炸性环境)。基于以上几点，我们选用施耐德ATV-71变频器。 而施耐德的双变频器用的是ATV71异步电机变频器ATV71变频器，电机功率范围为0.37至630 kW 系列说明200. .240 V 单相200. .240 V/380.690 V 3相，50/60 Hz 通过带或不带传感器的磁通矢量控制进行速度调节 速
15、度范围：在带有速度反馈的闭环模式下为1至1000，在开环模式下为1至100 图形终端：纯文本，导航按钮，可配置的功能键，“简单起动”菜单.保护电机与变频器“断电”安全功能，ATEX安全功能超过150种功能可供使用：PID调节器，适用于移动、提升与快速定向运动的制 动器控制集成A类EMC滤波器 集成 Modbus 与 CANopen 输入/输出扩展卡，编码器接口卡 通信卡：Fipio, Ethernet, Modbus Plus，Profibus DP, DeviceNet，Uni-Telway， INTERBUS内置控制器可编程卡Altivar 71系列变频器通过使用三种类型电源，将整个系列的电机功率额定 值扩展为0.37 kW 至500 kW：b 200.240 V 单相，从0.37 kW 至5.5 kWb 200.240 V 三相，从0.37 kW 至75 kW b 380.480 V 三相，从0.75 kW 至500 kW3、PLC选择方案一：三菱PLC三菱plc是日系品牌，编程直观易懂，学习起来会比较轻
