基于plc的梳棉机电气系统改造电气自动化专业.doc

摘要：本文在分析原梳棉机控制系统存在问题的基础上，应用机电一体化技术，提出了一种由PLC控制变频调速的新型传动系统，同时讨论了控制系统硬件部分及软件部分的设计技术。实践表明，棉纺织设备的需求通过这个控制系统都可以达到，这种控制系统对于目前的棉纺织业来说是一种福利。 关键词：PLC 设计 棉纺织业 1 引言 如今社会经济发展迅速，各企业的竞争也不断加强，一些公司为了在这种竞争环境下增加经济收入和提高市场竞争力，正在不断的对设备进行改进、改造和优化，那么其中使用频率最高的是PLC。在棉纺织制造的公司中，最重要的设备就是梳棉机，其设备的优良程度对一个企业来说至关重要。如今在竞争力如此激烈的情况下，对梳棉机设备的提出高要求，尤其是电气控制系统。棉纺织制造厂先前用的最早的设备就是梳棉机，同时也是使用最多的一种设备，但一部分制造厂还在使用着之前的很早的梳棉机，之前较早的梳棉机的电气部分还是有继电器和接触器共同控制，由于使用时间较长，有些电器元件也有些破坏，出现很多的故障，在如今现代的工业中，这种工作方式根本满足不了公司的需求。如果将这些以前的设备淘汰掉购买新的设备，那么会给企业带来很大的支出，可以考虑对旧的设备进行改造，比如控制系统，将可编程的控制器来代替那种旧设备的控制系统，就可以为公司节省了很大的开支。同时对其旧设备的改造还可以提高精度，增加功能，实现设备的自动化。 PLC的技术也在不断地更新，对于那些传统的梳棉机由于无法面对复杂化的控制要求，所以其内部的电气控制柜已经被智能的设备代替。可编程控制器就很好的解决了面对复杂化的控制要求的这一问题。基于各种控制要求的编程、控制算法的选择、适应性、替代传统硬件连接方法的PLC软件、电路的简化，进而设备的成本性能上升。中小企业和部分专业学校在实训时，还是使用的那种老式的梳棉机，由于电控系统老化、故障频繁、耗时维护、生产操作受到严重影响，根据本单位的老式梳棉机——A186E型梳棉机，对其内部的电气系统PLC控制进行改造，然后基于提出的改造方案进行实际操作，实现老式棉花机电气故障自动检测，有效减少维修工数，生产成本减少，提高中小企业竞争力，提高中小企业的运行效率。 2 梳棉机控制系统整体改造方案 2.1 梳棉机的简单介绍 梳棉机用于加工棉纤维和化学纤维，属于纺织机械。按照纺纱工艺流程，梳棉是一道重要的工序。梳棉机的前道工序是开清棉联合机，后道工序是并条机（普梳工艺流程）或条卷机（精梳工艺流程）。 2.1.1 梳棉机的产量 现在的填充机最多能生产280 kg / h，比如TC11、T70 型梳棉机都能达到这个最高产量。梳棉机的产量（M）与生条定量（G）和出条速度（V）间有公式存在，其公式为M=KGV，公式中k代表常数。如以上公式所示，仅通过增加生条定量和出条速度，就可以提高梳棉机的输出。 2.1.2 梳棉机的幅宽 先前梳棉机的尺寸为幅宽1143 mm、1500 mm，那些设备没有被使用至今，是由于存在机械的精度和盖板挠曲的缺陷。在1983年知道20世纪初，梳棉机的宽度保持着1016mm。为了使梳棉机的输出增加，目型号为C60的梳棉机的宽度达到了1500 mm，从那之后，中国也存在了尺寸为1216 mm和1500mm幅宽的梳棉机。而新的设备型号为TC11的宽度为1280 mm。从制造业、企业、人工维修的角度出发，认为在短期内很难想象宽幅梳棉机会成为主流。GMandl还指出，从技术和经济的角度，对宽幅梳棉机的缺点进行详细说明，机器的扩大将增加纺机公司的生产成本。所以，从技术经济的角度来说，增大幅度来进一步增加梳棉机的输出是难实现的。 2.1.3 锡林 现在，新型梳棉机锡林的直径有三种，分别是1290mm，1016mm，814mm，其中锡林直径最普遍的为1290mm，当然也存在着别的直径尺寸的梳棉机，像MK系列梳棉机、C60型和C70型梳棉机，其锡林直径分别为1016mm和814mm。有关于对小直径锡林的好处介绍的文献，普遍觉得将来有新尺寸的锡林直径登场。 文献对于锡林速度对纤维长度和棉结杂质的关系进行分析，结果显示，锡林速度确实对这两种有一定程度的影响，在锡林速度大于530r/min的时候，会对纤维产生非常严重的破坏，所以，对于锡林速度530r/min最佳。还有文献显示，在锡林加工棉纤维时，棉纤维所能承受的最大速度的范围为30 m/s ～35 m/s，如果同时对直径为28.6 mm的棉纤维选用不同的锡林速度进行加工，速度分别为470 r/min和360r/min，若第一种速度下出来的短绒率比第二种速度的高，那么有关纤维损伤与锡林速度之间的问题还需要进一步的验证。 2.1.4 刺辊 新型梳棉机刺辊直径主要有三种类型，分别为172. 5 mm ～180 mm（TC03 型和 TC07型梳棉机），250 mm 左右（C60 型、MK7 型、LC300A-V3 型，JW1207 型和 DTMC801 型），350 mm（C601SN型）。直径较大刺辊好处为刺辊与锡林转移弧长变长。那第三种最大的刺辊直径C601SN型梳棉机来说，其锡林间转移弧长比普通的梳棉机来说多了4.73mm，这样可以除去杂质，减少锡林和盖板针布的损害，增加寿命并增加生产的梳棉质量稳定。 在过去10年里，有关各种型号（如MK5D、MK6、以及MK7型）的梳棉机刺辊速度并没有太大变化，其速度范围为660 r / min到1500 r / min。根据现在的清梳联系统的发展和原材料的开发问题，导致现在的速度有所降低，下降的范围为139 r/min ～ 320 r/min，普遍速度为650 r/min ～900 r/min。 带有三刺辊的梳棉机型号为TC07 型和C60 型。三刺辊系统虽然会比单刺辊强的优点多，比如较强的分梳能力，较强的除杂效果，但是存在一大缺陷，就是会对纤维造成破损，所以TC07 型梳棉机在使用时，速度较低。C60 型梳棉机在使用三刺辊时使用锯 齿 针 布，主要工作是生 产 转 杯 纱，锯齿非常密集，主要有三种，120 齿/( 25. 4 mm)、120 齿/( 25. 4 mm )和 210 齿/( 25. 4 mm)。其余的梳棉机大多选用单刺辊。据ITV调查所示，有选用五刺辊系统的梳棉机，而这对梳棉质量和输出都没有很大的价值。 2.2 功能介绍 A186E型梳棉机主要实现的功能是，使用两侧的针齿结构，来对纤维组织进行摩擦，并且按照一定的方向相对运动，带动棉线变得更加松弛，从互相缠绕的紧绷状态中恢复出来，得到顺利的整理。A186E型梳棉机主要工作原理在于，接收流水线中上一个步骤传输到该装置中的棉花纤维，对其进行进一步的处理，把原来交缠、扭转在一处的棉花纤维给理顺，并且清扫掉其中残留下来的各种多余物质，包括破碎的种子外壳、较短的绒毛、大颗粒的尘土等等，然后将其合并在筒状结构中，以备后续。 2.3 电气原理电路分析 2.3.1 主电路分析 本装置所采用的整体机械结构的型号是A186E型梳棉机，整个装置的电动机一共设置了五处，也即下图中M1到M5的部分，分别承担不同的功能。 （1）M1，M2，M3这三个电动机均可独立控制； （2）M4启动时不接入热继电器，当锡林升速到一定的值以后在接入；M5采用的是双速电机，两套独立绕组，分为快速，慢速，快速十六级，慢速四级，利用慢速升头后，可将道夫转换为快速，道夫快速采用Y-△转换接线的方法，以减少快速启动的扭矩 （3）M4的运行速度能够成为M5起动的一个必要先决判定条件； （4）M4起动能够成为自停系统起动的一个必要先决判定条件； （5）道夫在系统发生各类阻滞类故障的情况下能够第一时间停止运转； （6）在整部机器升头的过程中，自停电路必须保证不会错误进入运行状态。 （7）M5一开始使用双速电动机，并且具备两套绕组，可以在低速和高速两极之间进行灵活切换，同时转换线的形状是Y型与△型复合，能够在飞轮的运行过程中满足延时切换的需求，并且保证离合器不会在除了道夫的速度改变过程以外的情况下错误地开始运转。当电动机停下的时候，道夫会经历一个完整的缓冲过程； 图2-1 主电路图 2.3.2 控制电路分析 本设计需实现的具体功能需求: （1）合上电源，FL1电源指示灯亮起。按下1SB1，KM1线圈吸合，M1清洁电机工作，FL1清洁指示灯亮起。按下1SB2停止； （2）按下2SB1，KM2线圈吸合，M2吹风电机工作，FL2吹风指示灯亮起，按下2SB2停止； （3）按下3SB1，KM3线圈吸合，M3吸风电机工作，FL3吸风指示灯亮起，按下3SB2停止； （4）按下4SB1，KM4线圈得电并自锁，KM4主触点闭合后，锡林电机启动，在锡林电机的启动过程中，热继电器FR4不接入，等到锡林和刺辊的运行速度大约可以达到正常值速度的百分之八十以后，离心开关KV才可以工作，301，302才可以接通,KA1线圈得电，让KM5线圈也吸合得电，FR4热继电器接入之后，一并使得KM4线圈断电，KM5线圈得电，锡林启动，锡林电机运行，FL4锡林运行指示灯亮起，并为了道夫电机启动做好准备。 （5）按下5SB1，KM6线圈吸合，KM6得电，道夫慢速启动，同时KA2得电，飞轮和道夫电动机连接，为了确保道夫在工作时不会升速过快，以免影响做出来的产品质量不好，条干不够均匀。升头以后按下6SB1，KM6线圈失电，使得KM7，KM8，以及KT2线圈全部得电，让道夫电动机M5变为四级Y型连接升速度，并且让KM7自锁，等到KT2时间继电器的延时情况到达以后，KM8失电，KM8失电以后用KM9线圈将道夫电动机切换成四级的三角形连接电路之后正常运行，并且KT1得电，使得KA2断电，电磁离合器YC也断电到此，整个梳棉机启动完成。 （5）如何关闭梳棉机，只需要按下5SB2，KM7，KM9线圈全部失电，使得KT1，KT2得电，YC得电，和道夫电动机相连接，等到KT1时间继电器延迟时间到达以后，KM6得电然后保持自锁，道夫切换为慢车低速工作，按下6SB2，梳棉机停止。 图2-2 A186E梳棉机控制电路 2.4 梳棉机控制系统电气技术改造总体方案设计 2.4.1梳棉机控制系统缺陷分析 （1）A186E梳棉机的电气控制元件已经到了预期的硬件寿命，故障频发，需要更换； （2）生条的品质比较低劣。这是因为道夫装置的设计存在缺陷，整个电机的启动与制动经常陷入不稳定之中，生条成品的性能也无从保证。 （3）机械工作效率不高，经常因为各类故障导致停工，因此产量不足，锡林电机的工作效率受到了严重的限制； （4）整个发动机的运行噪音非常响，同时导致了能耗过度、稳定性不够的情况，这是因为皮带打滑的情况比较明显。 2.4.2系统改造总体要求 在当下，电气工程技术的发展日趋成熟，各类电机实用产品的功能要求也在逐渐提升，人们更加倾向与选用能够变频、伺服的产品，来替代传统型号的类似产品，同时将PLC的运用深入到电机控制的各个环节中。本文的改造研究即是针对这一现象展开的。 2.4.3系统改造设计思路 A186E的详细原理可以参考图2-3中的范例。我们能够直观地看到，通过对该型号机械的改装工程，我们可以实现将PLC作为机械的中枢控制元件，并且对其安置一整套配套的外接电源、中央处理器等等全面的功能模块。通过一系列的改造工序，机器的开关以及运行状况将会由传感器对其进行信号的采集与判断，然后在机器的中央处理系统中做相应的逻辑处理链，再按照先前的步骤给出必要的信号反馈，起到对整个系统程序的运行步骤进行全面控制的理想效果。 图2-3 梳棉机控制系统原理图 图2-4 A186E电气控制原理图 3 梳棉机电气系统改造硬件设计 3.1 PLC介绍 PLC的全写是Programmable Logic Controller，用汉语翻译