基于PLC的玻璃纤维生产线控制系统设计.docx

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1、摘要玻璃纤维是一种性能非常不错的无机非金属材料，它的品种有很多种，以适应各种领域对玻璃纤维的要求，玻璃纤维有许多优点，其中的优点是具有很好的绝缘性，具有很强的耐热性，具有很好的抗腐蚀性，具有很高的机械强度，虽然玻璃纤维有许多优点，但它的缺点也很多，比如质地很脆，容易断，耐磨性较差。中国现在是在全世界的范围内生产制作玻璃纤维的最主要的国家之一，但生产技术仍比较落后，有很大的提升空间。本论文主要研究玻璃纤维生产线中各部分基于PLC的生产控制，其中对拉丝机和捻线机部分生产控制展开全面的研究，主要包括了生产工艺，控制方法等重要内容。本论文简单描述了玻璃纤维生产工艺和玻璃纤维的主要原料，甚至是对卷绕区拉

2、丝机的技术进行描述，同时对捻线区的捻线机的技术进行介绍。接着，以生产过程中的拉丝机和捻线机为研究对象，对他们的控制过程和方法进行系统的并且深入的分析研究。关键词： PLC；变频器；玻璃纤维；伺服控制器IIIAbstractGlass fiber is a very good performance inorganic nonmetallic materials , which there are many varieties to suit all the requirements of the field of glass fiber , glass fiber has many advan

3、tages, which has the advantage of having good insulation, with strong heat resistance, has good corrosion resistance, high mechanical strength , although glass fiber has many advantages, but its also a lot of shortcomings , such as the texture is very brittle , easily broken , poor wear resistance .

4、 China is now the world s production in the range of one of the leading countries in the production of glass fiber , but the production technology is still relatively backward, there is much room for improvement .In this thesis, glass fiber production line in various parts of the PLC -based producti

5、on control , in which the drawing machine and twisting machine part production control to carry out comprehensive studies , including the important content of the production process, control methods. This paper briefly describes the main raw material of glass fiber and glass fiber manufacturing proc

6、ess , even to the winding region of the drawing machine described techniques , while the technique twister twisting zone are introduced. Then, in the production process drawing machine and twisting machine for the study, analysis and study of their control system processes and methods.Keywords : gla

7、ss fiber ; PLC; converter ; servo controller目录摘要IIIAbstractIV目录V1 绪论11.1论文课题背景及研究意义11.2国内外玻璃纤维生产线设备的研究现状及发展动态21.3课题研究的主要内容，研究方法及创新点32 玻璃纤维生产流水线自动控制系统设计概述52.1 玻璃纤维生产线生产工艺52.1.1 配料区工艺52.1.2 炉区工艺62.1.3 成型区工艺72.1.4 卷绕区工艺72.1.5 捻线区工艺72.2 玻璃纤维生产流水线主要设备简述82.2.1 拉丝机的机械结构82.2.2 拉丝机工作过程概述82.2.3 捻线机机械结构92.2.4

8、捻线机工作概述112.2.5 捻线机捻线工艺重要参数112.3 玻璃纤维生产流水线主要控制要求122.3.1 拉丝机控制要求122.3.2 捻线机控制要求123 玻璃纤维生产线自动控制系统的硬件构成及硬件回路的设计133.1 玻璃纤维生产线自动控制系统的硬件构成133.1.1 拉丝机控制系统的硬件构成133.1.2 捻线机控制系统的硬件构成133.1.2 玻璃生产线自动控制系统总体框图133.2玻璃纤维生产线自动控制系统主要器件的选型133.3玻璃纤维生产线自动控制主要电气原理153.3.1 拉丝机控制系统主要电气原理图153.3.2 捻线机控制系统主要电气原理图163.4玻璃纤维生产线自动控

9、制系统PLC模块的配置及I/O地址分配173.4.1 拉丝机自动控制系统PLC模块的配置及I/O地址分配173.4.2 捻线机自动控制系统PLC模块的配置及I/O地址分配193.5 拉丝机部分控制系统伺服系统的设计213.5.1 伺服驱动系统概述213.5.2 伺服电机与伺服驱动器的电气原理234 玻璃纤维自动控制系统软件程序设计244.1 拉丝机自动控制系统软件程序设计244.2 捻线机自动控制系统软件程序设计265 总结与展望275.1 总结275.2 不足之处及未来展望27致谢28参考文献29附录30基于PLC的玻璃纤维生产线控制系统的设计1 绪论1.1论文课题背景及研究意义 由20世纪

10、30年代开始，坩埚连续拉制工艺由美国人发明，不断的发展到现在，形成了现代化工业生产。由于科技的不断提高和工业应用不断提高，对生产出来的玻璃纤维的性能提出了更高的要求，例如有些的工作的环境温度极高，这是需要玻璃纤维的耐热性要提高，还有有些工作需要拉伸玻璃纤维，这时对玻璃纤维的力学性能有一定的要求，在1960以后出来很多特殊的纤维，如有些玻璃纤维能耐高温，有些玻璃纤维强度高，有些玻璃纤维模量高等。现在玻璃纤维发展出现了一支在电绝缘玻璃纤维系列产品的新秀，并在半导体行业迅速得到广泛使用。在经历了试制起步，国外引进，扩大生产及蓬勃发展几个阶段后，我国电子玻璃纤维工业已经达到了相当大的规模。现在，我国生

11、产的玻璃纤维的量是全世界第一，但是与国外相比生产技术仍就落后。通过以生产量的例子来说，我国单个池窑的年产量通常能达到两万吨，但是国外先进池窑年产量可以达到四万吨，两者差距显而易见。通过对比可以总结几个原因：1. 大型的窑炉对温度的控制要求很高，而我国暂时无法达到如此要求，所以大部分的窑炉容积较小。2. )融化玻璃液的温度不是均匀的分布在大面积的漏板上，需要有很高的稳定性，这对控制要求更高，所以我国生产线的漏板普遍面积较小，导致每个纺位形成的丝饼数量少。3. 功率越大的电机对机械的同心率，电机速度与位置控制的精度和响应速度要求越高，所以我国拉丝机机台较小。4. 在生产过程中，漏板温度漂移，设备出

12、故障，机械误操作等情况，都会导致玻璃纤维丝束的中断。而我国相比较外国，断丝率较高。自从20世纪30年代末期开始，全球玻璃纤维产业一直发展至今，这么多年的风风雨雨，这么多年的磕磕碰碰，经历了几十年的艰苦发展历程后，玻璃纤维生产产业形成了完整的生产工业体系，由于各行各业，各个工业领域，都逐渐使用玻璃纤维这种新型工程材料与结构材料。但是我国的玻璃纤维生产发展到现在，但是玻璃纤维生产技术与国外相比仍就是比较落后，并且各个地方技术差别也很大。例如现在某工厂以前的玻璃纤维生产流水线来控制电机运行的东西一直使用的是电磁接触器，启动时是利用电磁能耗制动这种方式方式 ，这种启动方式有许多的问题，比如当电机启动时

13、，电机的启动转矩很大，使一开始的启动电流过大，及其容易损坏设备。在玻璃纤维生产过程中， 由于玻璃纤维生产线的特殊性，需要让电机频繁的制动和启动，在不断的制动和启动中是需要消耗大量的电能，从而使已经居高不下的生产成本加重以及加上频繁使用电磁控制系统而导致的高故障率，带来了生产无法持续进行，大量的维修工作和不断提高的维修成本等等一系列的问题。由于还有许多中小型玻璃纤维生产厂家也是采用这种传统的生产技术，所以想要改变现状，降低成本，更快的赢得市场，那必须改变和创造技术，所以玻璃纤维生产线自动控制系统的研究对于我国玻璃纤维生产行业有着巨大的意义。随着时间发展，科技的不断创新，如电子技术，自控技术以及计

14、算机技术等等许多控制技术不断的在玻璃纤维生产制造行业中广泛的应用。20世纪30年代起，为了提高生产效率，机械制造加工工厂使用机械化流水作业的生产方法，自动生产线的组成是许多不同种类的零件拼装而成。由于产品的创新生产，零件的型号不断的更替，许多加工制造对象也发生了巨大的改变，这时控制程序满足不了生产加工的要求，就需要改变控制程序和控制方法，按照新的工艺过程运行生产线上的各个机械零件设备。对于新的工艺过程，继电接触器控制系统很难适应这类要求。许多大型自动生产线的控制系统需要的继电器数量很多，使用的这种有触点的电器工作频率比较低，如果频繁使用动作的状况下，它们的使用寿命会直线下降变得较短，导致生产线

15、的运行可靠性降低。1968年美国最大的汽车制造商通用汽车（GM）提出，当时是为了适应汽车型号不断的更新，需要设计出一种新型的控制系统，要同时结合计算机的全面功能以及灵活操作，通用于各种地方等优点和传统继电器接触器控制系统的易懂简单，容易上手，操作简单容易，价格便宜等优点。这种新型的控制系统是一种能通用于各种工业环境的控制装置，并且简化了程序输入方式和编程方法。在1969年美国数字设备公司（DEC）根据这一设想发明出第一台可编程控制器（简称plc）。针对该玻璃纤维生产流水线，本论文使用了plc控制，替代了以前传统继电器控制，使用plc控制有几大好处：1. 可靠性高，抗干扰能力强。2. 编程简单，

16、直观。3. 控制功能强。4. 易于安装，便于维护。本论文利用PLC技术对整条生产线进行智能化的自动控制，也是对这些使用传统控制系统进行技术改进。这整条的生产线需要进行手和自动工作，温度控制，参数修改，速度控制等自动化控制，这样使其整条生产线运行变得简单，一些繁杂的操作也变得简单，以前高额的维修费也因维修方便而减少了。1.2国内外玻璃纤维生产线设备的研究现状及发展动态玻璃纤维行业自20世纪30年代的美国开始发展，我国也仅仅从1985年开始研究发展，在改革开放之间，信息闭塞，与国际未完全接轨，玻璃纤维生产行业发展缓慢，但在邓小平提出实现改革开放后，大量的新鲜血液，新的技术和大量的资金流入国内，使玻

17、璃纤维生产行业得到从未有过的发展速度，从产品的数量还是产品的质量，都由于玻璃纤维生产工艺技术和生产设备的巨大改进而发生巨大变化。我国也是差不多这个时间引进许多设备，但得到的多是国外落后的生产线，其所含的技术并不高。1.3课题研究的主要内容，研究方法及创新点1. 研究的内容本论文是要用PLC，伺服驱动器，伺服电机，变频电动机等元件来作为本次课题自动控制系统的主要元件，替换了原有控制系统以电磁接触器作为控制手段的传统控制方法。本论文的课题到最后要达到整个玻璃纤维生产线要实现自动控制的目的，为了让整条你玻璃纤维生产线实现自动化控制，所以利用最新的技术研究一个可靠的，简单的自动控制系统。本研究课题应该

18、要实现整条玻璃纤维生产线的自动控制:1) 配料区能够参数的设定，通过各种传感器对压力，流量，温度进行检测而实现配料区自动配料。2) 炉区只要是对温度进行自动控制，使原料更好的熔化进行生产。3) 成型区也是对漏板温度进行自动控制，是熔化的玻璃液形成玻璃单。4) 卷绕区是对玻璃纤维卷绕成丝饼，所以要对速度进行自动控制。5) 捻线区是对玻璃纤维捻线，由于需要各种花型，所以捻线机要能够实现速度的自动控制。本论文研究的主要内容是基于PLC系统控制的硬件设备和软件程序的设计，大致内容可分为以下几个方面：1) 研究玻璃纤维生产线自动控制系统中拉丝机和捻线机因生产工艺要求而所要的机械设备构成，系统所需的控制要

19、求和控制方法，系统所需的硬件。2) 研究玻璃纤维生产线自动控制系统电气结构图和PLC的I/O端子的地址分配，伺服电机的自动控制技术和变频电动机自动控制技术。3) 研究PLC控制程序的设计方法。2. 研究的方法本论文在设计研究过程会有许多因没接触的东西而疑惑烦恼，所以要大量的查阅与玻璃纤维生产线相关的文献和论文资料，对这些资料进行仔细的阅读和分析，来补足自己对玻璃纤维生产线的认识不足。由于条件不足，本应该对一些工厂进行现场的调研和对一些工人进行问卷调查，改为对指导老师进行询问和听取老师的意见，这样研究设计的自动控制系统才能具有真正的自动控制的功能，而且比传统控制方法更加可操作性和实用性。系统的测

20、试和检验结果也由指导老师来进行经验的判断。3. 研究的创新点本论文总结前人的经验，根据自己的经验，提出了以下创新点：1) 利用PLC,伺服驱动和伺服电机进行旋转自动控制系统，提高旋转精度。2) 利用PLC控制代替传统电磁接触器控制，提高可靠性，减少控制设备损坏而带来的损失。3) 简化了控制方案，减少了能耗。随着生产工艺的不断提出对生产方法更高要求和科学技术的持续发展，电气控制技术也得到高速发展。早期是简单的手动控制，现在创新到自动控制，由有触点的继电接触器控制系统创新到以计算机为中心的可编程自动控制系统。电子控制技术因为不断更新的电器元件和创新并不断发展的计算机技术而不断的成熟和先进。广泛的应

21、用了精密测量，电子技术，自动控制，计算机等很多高新的科学成果，现代电气控制迅速发展起来，并且发展的方向正向着网络化，信息化，智能化，集成化方向前进。2 玻璃纤维生产流水线自动控制系统设计概述2.1 玻璃纤维生产线生产工艺玻璃纤维是一种性能非常不错的无机非金属材料，玻璃纤维是非常好的金属替代材料，在许多大型生产制造领域有着广阔的应用前景，并且玻璃纤维所被应用领域仍在不断扩大，全球市场空间巨大。现在主要生产工艺是池窑拉丝法，以前主要是坩埚拉丝法。玻璃纤维生产流水线生产工艺生产大概可以分成五个区域：配料区，炉区，成型区，卷绕区，捻线区。下图2.1为池窑拉丝法单位窑生产工艺示意图2.1。图2.1玻璃纤

22、维生产工艺流程图2.1.1 配料区工艺玻璃纤维原料是一种比较难以熔解的玻璃材料，它是池窑拉丝的电子级玻璃，所以要使用微粉配料的方法，而且严格规定各种粉料的粒度。控制配料区可以分三个层次：预混合，微粉混合，循环给料。本论文使用预混合罐两个，微粉混合罐两个和循环给料罐十个。变频器控制这些罐内所有的混合和给料的工作，并且通过压力感应器，通过流量感应器和热电偶的感应，将实时的流量，压力和温度反馈给plc进行控制和检测。图2.2是配料区的工作流水线流程图。图2.2配料区工作流水线流程图2.1.2 炉区工艺根据图2.1所示，我们可以将炉区分为池窑区和澄清区这两个部分。1. 池窑区粉末状的原料将从配料区被送

23、到池窑，进入池窑后原料要被加热到1400多度。经常使用的加热方法就是将一些高温易燃的燃料经过喷嘴喷入窑内进行燃烧，燃烧产生的热量将原料加热，使原料达到熔点，形成液态的玻璃液。在这加热的过程中，要有两个重要的点要注意：一是要将玻璃液均匀的被加热，二加热的过程中要排除杂志，使玻璃液纯净。杂质的产生主要来自:一原料中已含的杂质，所含的杂质只能提高原料的质量来提高，二窑炉壁上常年积累的杂质，所含的杂质会随着池窑的使用时间增加而减少，三气泡杂质，所含的杂质最难处理，这种气体杂质主要的成分是二氧化硅和二氧化碳，大的气泡会随着浮力上升而排出玻璃液，但是小的气泡因为阻力而难以排出，过多的气泡导致热量传递不均匀

24、。所以通过有意的将一些高度净化的压缩气泡从下层的玻璃液吹入，这样不但可以去除小的气体杂质，而且通过气泡的流通使玻璃均匀加热。2. 澄清区已经熔化成液体的玻璃液要经过澄清区的澄清才能进入成型区。澄清区通过表面玻璃液流速快，而底部有杂质的玻璃液流速慢，来使杂质和玻璃液分离从而达到去除杂质的目的。2.1.3 成型区工艺已经被去除杂质的玻璃液在成型区形成玻璃单丝，然后成束的到卷绕区。漏板是成型区的主要机械结构，在漏板上会接通电源，有大电流通过，使玻璃液的温度保持在一定范围之内。控制在成型区的关键是保持温度的恒定，所以要考虑许多因素，比如，从澄清区流向成型区是一个渐进过程，所以要考虑时间的问题。图2.3

25、玻璃液在各个区域的流向2.1.4 卷绕区工艺卷绕区是由两部分组成：上浆器，拉丝机。漏板正下方就是上浆器，因为玻璃丝束需要经过上浆器，将一些特殊配方涂抹在丝束上，所以上浆器的位置不能变动。卷绕区的拉丝机作用是最主要的，拉丝机的作用是将经过上浆器的玻璃纤维丝束被拉丝机缠绕成一定形状的丝饼。现在玻璃纤维生产规模越来越大，所以自然也要求拉丝机能够高速的生产，同时快速生产后，丝饼的质量也要保证一定的要求，并且断丝率也不能提高，保证高效率的生产。2.1.5 捻线区工艺本论文使用的是空心锭环锭捻线机，合股纱从筒子上被引出的，经导纱杆和横动导纱器，再经过导纱罗拉，然后被输出，穿过导纱钩和钢丝圈被绕于筒管上。当

26、锭子回转时，筒管被锭子带动一起回转，钢丝圈也被纱线拖动在环状纲领上回转，对纱线进行加捻。环锭捻线机的卷绕成型机构大多与呼呼安定细纱机相同。钢领板由成型凸轮传动作短动程升降，纲领板的位置会随着每次升降后上升一定高度，使管线绕成圆锥形交叉卷绕的卷装。纺制粗股线时或在复捻捻线机上常采用双边筒管。本论文的捻线机通过plc控制变频电动机，实现速度的改变，来满足各种纱的生产。2.2 玻璃纤维生产流水线主要设备简述2.2.1 拉丝机的机械结构本论文拉丝机由几个部分组成： A和B两个机头，自动换边器，自动卷丝器，挡板。这四个部分，有些需要控制，有些不需要控制。图2.4拉丝机的机械结构机头是主要动力源，主要用于

27、玻璃纤维的卷绕。两个机头是为了自动化，每当一个机头卷绕完成后，换边器自动将两个机头交换位置，让空的机头继续工作，实现玻璃纤维自动连续生产。自动卷丝机则是当玻璃纤维不在生产时，给丝束一个向下的力，将不要卷绕的丝束从漏板拉到废丝区，因为没有拉丝器将丝束拉下，丝束自己下降的速度远远低于拉丝的速度，漏板的温度由于没有丝束的快速带出，导致温度超过安全范围，所以自动卷丝机要将丝束拉出，以保持温度稳定。挡板是在换机头时，利用A和B两机头的速度差而产生的力，将丝束切断。丝束要保持一定的质量就要保持恒定张力，只要保持恒定张力，玻璃纤维的直径和强度等物理性质就能保证。丝束的速度会决定丝束受到的力，所以只要控制丝束

28、的速度就能控制丝束的力。机头卷绕的桶上的丝束会随着丝饼的半径增大而增大，只速度不会保持恒定，于是机头的转速要随着半径增大而减小。丝束的线速度由下面的公式决定：V=W*R。这种速度随着时间变化而变化的要求，传统的电机是无法满足的，所以需要变频电动机控制。2.2.2 拉丝机工作过程概述刚开始机头还未对玻璃纤维丝束进行卷绕，所以先让自动卷丝机低速运行，给丝束以向下的力，使丝束保持拉紧的状态，使丝束不断拉入废丝区，保持漏板的温度稳定，换边器有伺服电机驱动，将机头旋转至垂直位置，此时AB机头轴心连线与地面垂直，机头一到垂直位置，伺服电机停止，使换边器停止旋转，这是机头开始加速到3000rpm，自动卷丝机

29、也开始加速到高速运行位，当换边器开始运行到垂直位置停止时，计时器开始计时，计时3秒后，换边器开始运作旋转，将机头旋转至水平位置，此时AB机头轴心连线接近水平位置，机头一到水平位置，换边器停止旋转，这是自动卷丝机和机头的速度差使丝束受到一个向机头的力，使丝束缠绕到机头上，当换边器停止运行旋转时，另一计时器开始计时，计时2秒后，自动卷丝机因上面已经没有丝束，所以停止旋转，同时换边器也开始运行旋转，直到换边器旋转至A桶位，此时是伺服电机的初始位置，也就是伺服电机的零位，在这个位置上有限位开关给伺服控制器送出零位的信号，旋转至水平位置时，换边器停止旋转，A机头开始加速到3845rpm，B机头停止转动，

30、这是算正式开始丝饼的生产，由于要保持丝束受到恒定张力，变频电动机开始遵循事先输入到变频器里的线性曲线进行降速，来满足生产要求，当测速设备检测到机头速度降到3200rpm时，机头也卷绕完成了，AB两机头也开始同时向3000rpm速度调整，知道测速设备检测到两桶都变成3000rpm时，换边器开始运行旋转，将两机头交换位置，此时换边器旋转至B桶位，此时是伺服电机180度位，到达B桶位时，换边器停止旋转，B机头开始减速至2800rpm，由于速度差产生了摩擦力，通过挡板将丝束割断，丝束被卷绕到新的机头上，完成一次自动换边，连续生产，当测速设备检测到速度达到2800rpm，A机头停止转动，B机头开始加速到

31、3845rpm这个工作速度，当测速设备检测到速度达到3845rpm时，又开始进行线性降速，直到测速设备检测到速度降到3200rpm，机头完成卷绕，接着继续循环重复这种卷绕工作。2.2.3 捻线机机械结构本论文捻线机由几个部分组成：芯纱，饰纱，芯纱罗拉，前罗拉，中罗拉，后罗拉，导纱钩A，导纱钩B，里纱，空心锭子，纱管，钢领板，环锭锭子。图2.5捻线机机械结构2.2.4 捻线机工作概述芯纱通过芯纱罗拉向生产地方输送，然后通过导纱钩A到达进入空心锭子；饰纱通过三个罗拉，前罗拉，中罗拉和后罗拉牵伸，然后向生产地方输送，经过牵伸机构牵伸的饰纱也通过导纱钩A和芯纱一起到达进入空心锭子；固纱是从空心锭子上的

32、筒管引出。这时三根纱线同时进入空心锭子，而它们是通过空心锭子的入口进入的，三根纱线在从空心锭子的入口出来，到下一个导纱钩之前，芯纱和饰纱会因为空心锭子而得到假捻，因为空心锭子会一直在回转，但是固纱是经过空心锭子一起回转而退绕下来，所以固纱不会和芯纱还有饰纱一起假捻，而是和它们平行。三根纱线经过导纱钩B，通过环锭锭子的加捻作用，饰纱和芯纱的假捻没有了，由于环锭锭子的加捻作用，固纱缠绕到饰纱和芯纱上，这是它们形成了真捻，并且将空心锭子形成的花型定型下来。这就是空心锭环锭捻线机生产花式纱线的工作原理。2.2.5 捻线机捻线工艺重要参数超喂比（K）: 超喂比=饰纱线速度/芯纱线速度=前罗拉线速度/ 芯

33、纱罗拉线速度超喂比的数值是可以恒定的，生产出来的花式线叫超喂型花式线；这个数值也可以变化，这样花式不断变化，这叫作控制型花式线。不管是超喂型花式线还是控制型花式线，超喂比是一个很重要的参数，它直接影响捻线出来的花型。牵伸倍数（I）: 牵伸倍数=前罗拉线速度/后罗拉线速度=饰纱喂入单产*超喂比/输出纱线中饰纱所占的重量牵伸倍数是可以恒定的，也可以使不断变化的。牵伸倍数只会影响花式纱线的物理性能，对花式纱线的花型是没有什么影响。某一纱线的牵伸倍数主要由纱线自身的性能和机器本身的机械性能来决定的。中空锭捻度（t）: 中空锭捻度=空心锭子转速/芯纱罗拉线速度退捻系数(f): 退捻系数=环锭转速/空心锭

34、转速最终捻度（T）: 最终捻度=t（1-f）花式纱线的捻度，也是一个重要参数，对花型的效果有着直接的影响。芯纱张力系数（s）: 芯纱张力系数=芯纱罗拉线速度/卷绕线速度张力会影响纱线的质量和花型的稳定。2.3 玻璃纤维生产流水线主要控制要求2.3.1 拉丝机控制要求1按启动按钮SB1，自动卷丝机低速运行，这时换边器把机头旋转至垂直位置。2换边器停止，机头加速到3000rpm，自动卷丝机加速到高速运行，3s后换边器运行，直到换边器将机头旋转至水平位置，这时换边器停止，通过速度差将丝束缠绕到机头上。3换边器停止2s后，自动卷丝机停止旋转，这时换边器运行，直到换边器将机头旋转至正常生产位，换边器停止

35、，机头加速至3845rpm，另一机头停止转动，开始生产。4通过测速感应设备，测速达到3845rpm时开始线性减速。5当测速感应设备感应到速度为3200rpm时，则机头卷绕完成，AB两桶同时向3000rpm速度进行调整，当两者速度达到一致时，两者开始交换位置。6交换完毕后，新的生产桶将减速至2800rpm，通过速度差，产生摩擦力，使丝束切断，同时自动卷绕到新的生产桶。7旧的生产桶停止，工人拿出丝饼，开始从第3个步骤再次循环。2.3.2 捻线机控制要求按下启动按钮I0.5，设备处于随时准备工作的状态，而按下停止按钮I0.6，设备随时可以停止工作。本论文总有5种花式花型可以供工厂工人选择，按下I0.

36、0就是花型A启动开关，芯纱罗拉，中后罗拉，前罗拉，空心锭子，环锭锭子这五个零件以花型A的四个参数的速度进行工作，这四个参数是超喂比，牵伸倍数，捻度，芯纱张力，五个零件的速度要满足这花型A的四个参数速度比，这样捻线捻出的线位花式A的纱线。当线桶满了以后，工人按停止按钮，工人将线桶换成空桶，然后按下启动按钮，如果继续生产花式A的纱线，则继续按下I0.0,如果要生产别的花式的纱线，则按I0.1,I0.2,I0.3,I0.4,这样捻线机的五个零件会自动切换成其他花型的速度，来实现捻线机自动控制的要求3 玻璃纤维生产线自动控制系统的硬件构成及硬件回路的设计3.1 玻璃纤维生产线自动控制系统的硬件构成3.

37、1.1 拉丝机控制系统的硬件构成拉丝机控制系统的硬件由PLC（可编程控制器），伺服电机，伺服驱动器，变频电动机，速度传感器，限位开关及各种控制按钮等一些元件构成。PLC是整个自动控制系统的关键硬件，它将外部输入的信号和采集的相关信号，如速度反馈信号，然后按照事先存放的控制程序，最终按步骤输出相应的信号来完成对生产线的动作进行控制。3.1.2 捻线机控制系统的硬件构成捻线机控制系统的硬件由PLC（可编程控制器），变频电动机及各种控制按钮等一些元件构成。PLC是整个自动控制系统的关键硬件，它将外部输入的信号和采集的相关信号，如速度反馈信号，然后按照事先存放的控制程序，最终按步骤输出相应的信号来完成

38、对生产线的动作进行控制。3.1.2 玻璃生产线自动控制系统总体框图PLC为核心的控制器，通过各种控制开关的输入，传感器的输入，还有一些模拟量的输入以及伺服驱动的反馈输入，完成设备运行，停止以及各种速度变化。可编程控制器PLC伺服驱动伺服电机速度传感器各类控制开关各类变频电动机变频器图3.1玻璃生产线自动控制系统总体框图3.2玻璃纤维生产线自动控制系统主要器件的选型1. PLC选型选择PLC机型应该要考虑以下几个方面：1) 输入和输出的点数：根据控制对象所需要的数字量I/O设备来确定，一般应该在所有输入输出的总点数上保留一定的备用量，以满足未来可能的意外所需。2) 用户程序所需容量：用户程序是要

39、输进PLC存储单元进行保存，所以要考虑用户程序是否在硬件的存储范围之内，并且要考虑25%的余量。3) 输入输出功能：I/O设备有数字量和模拟量，根据控制对象所需要的要求，选择相应的功能模块。在玻璃纤维生产线自动控制系统中，因为逻辑控制占所有控制的大部分，而中小型PLC也具有对模拟量和速度方面的控制。考虑价格方面的因素，本论文的硬件组成中，拉丝机部分的PLC选用S7-200的CPU 224系列，内置14点数字量输入和10点数字量输出，另外配置了EM222和EM231，EM222有8点数字量输出，EM231有4路模拟量输入，满足了硬件的要求。捻线机部分的PLC选用S7-200的CPU 224系列，

40、内置14点数字量输入和10点数字量输出，另外配置了两个EM222，EM222有8点数字量输出，满足了硬件的要求。2. 伺服电机和伺服驱动器伺服系统的选择主要考虑两反面的因素，一个是考虑扭矩，一个是考虑转动惯量，在计算得出电机的扭矩和转动惯量后，再计算得出电机所需的功率要求。依据机械设计的要求，对于换边器的伺服电机采用欧姆龙公司生产的伺服电机R88M-G7K515T型，伺服驱动器采用欧姆龙公司生产的伺服驱动器R88D-GT75H型。3. 变频器变频器随着多年的发展创新，不断更新换代，不断完善的变频器技术主要在这几方面体现：1实现对单元参数的设置，电机可以实现被多功能的控制，比如正，反转控制，多段

41、速度控制，点动控制等；2利用矢量控制技术，在低频的情况下，大起动转矩可以实现平稳运行；3链接不同的控制功能端子板，就可以既灵活又准确的控制；4输入4-20ma信号，实现了在远处遥控的情况等等方面。本论文中拉丝机部分和捻线机部分的变频器都采用的是西门子MM440变频器，具有3个继电器输出，具有2个模拟量输出，6个数字量输入，2个模拟输入：AIN1：010V,020mA和-10+10V。这个变频器广泛应用于物流系统、纺织工业、升降机、举升设备、机械工程以及食品饮料和烟草等领域。它具有很高的运行可靠性和功能的多样性并且采用高性能的矢量控制技术，提供低速高转矩输出和良好的动态特性，同时具备超强的过载能

42、力，以满足广泛的应用场合。创新的BiCo（内部功能互联）功能有无可比拟的灵活性。全面而完善的保护功能为变频器和电动机提供了良好的保护。4. 速度传感器在自动化技术中，旋转运动速度测量较多，而且直线运动速度也经常通过旋转速度间接测量。目前广泛使用的速度传感器是直流测速发电机，可以将旋转速度转变成电信号。测速机要求输出电压与转速间保持线性关系，并要求输出电压陡度大，时间及温度稳定性好。测速机一般可分为直流式和交流式两种。旋转式速度传感器与运动物体直接接触。当运动物体与旋转式速度传感器接触时，摩擦力带动传感器的滚轮转动。装在滚轮上的转动脉冲传感器，发送出一连串的脉冲。每个脉冲代表着一定的距离值，从而

43、就能测出线速度。电磁感应式，在转动的轴上安装齿轮，外侧是电磁线圈，转动是由于轮齿间隙通过，得到方波变化的电压，再推算出转速。旋转式速度传感器与运动物体无直接接触，叶轮的叶片边缘贴有反射膜，流体流动时带动叶轮旋转，叶轮每转动一周光纤传输反光一次，产生一个电脉冲信号。可由检测到的脉冲数，计算出速度。本论文采用的是激光测速中最常用的非接触式激光测速传感器ZLS-PX像差测速传感器。像差测速传感器有两个端口：一个发射端口，发出LED光源；一个是高速拍照端口，实现CCD面积高速成像对比，通过在极短时间内的两个时间的图像对比，分辨被测物体移动的距离，结合传感器内部的算法，实时输出被测物体的速度。如图所示，

44、LED光发射口，摄像接收口，、接线端，固定螺孔 。LED光发射口对着被测物发射出激光，经反射到摄像接收口，接收到信号后传给信号处理器，通过算法计算出它的速度。图3.2速度传感器结构简图3.3玻璃纤维生产线自动控制主要电气原理3.3.1 拉丝机控制系统主要电气原理图下图是拉丝机自动控制系统的部分主电气电路图。三台电机分别是自动卷丝机的变频电机（M1），拉丝机机头A的变频电机（M2），拉丝机机头B的变频电机（M3）。接触器KM1，KM2，KM3，分别控制M1，M2，M3的工频运行；接触器KM4，KM5，KM6分别控制M1，M2，M3的变频运行；FR1，FR2，FR3分别是三台电机过载保护用的热继电

45、器；QF1是主电路的空气开关；FU1位主电路的熔断器。本论文变频器选用的是MM440来控制各个电机M1，M2，M3变频运行。图3.3拉丝机自动控制变频电动机电气原理图3.3.2 捻线机控制系统主要电气原理图下图是捻线机自动控制系统的部分主电气电路图。五台电机分别是控制芯纱罗拉的变频电机（M1），控制中后罗拉的变频电机（M2），控制前罗拉的变频电机（M3），控制空心锭子的变频电机（M4），控制环锭锭子的变频电机（M5）。接触器KM1，KM2，KM3，KM4，KM5，分别控制M1，M2，M3，M4，M5的工频运行；接触器KM6，KM7，KM8，KM9，KM10分别控制M1，M2，M3，M4，M5的

46、变频运行；FR1，FR2，FR3，FR4，FR5分别是五台电机过载保护用的热继电器；QF1是主电路的空气开关；FU1位主电路的熔断器。本论文变频器选用的是MM440来控制各个电机M1，M2，M3，M4，M5变频运行。 图3.4捻线机自动控制变频电动机电气原理图3.4玻璃纤维生产线自动控制系统PLC模块的配置及I/O地址分配3.4.1 拉丝机自动控制系统PLC模块的配置及I/O地址分配拉丝机plc选择最基本的情况是要满足生产工艺，然后考虑运行的可靠性，接着就是成本问题，比如维修费用低，性价比高等等。本论文拉丝机有数字量5个输入点和14个输出点，模拟量4个输入点，我们选用S7-200的CPU 22

47、4系列，但是CPU 224系列只有14个输入点和10个输出点，这时我们需要扩展模块进行扩展，CPU 224系列可以有7个扩展模块，所以我们选用数字量输出扩展模块EM222，EM222有8点数字量输出，还有模拟量输入扩展模块EM231，EM231有4路模拟量输入，满足了硬件的要求。西门子的S7-200系列CPU 224型有以下特点：1. CPU单元本体，内置输入14点和输出10点。2. CPU单元本体，可实现高速计数器6H/W(20KHZ),脉冲输出2(20KHZ,DC)。3. 内置模拟电压/电流输入2点，模拟电压/电流输出1点。4. 通过扩展，整体最大能达到168点数字量或者35路模拟量的输入输出。5. 可进行RS-4852通信。对PLC进行I/O资源配置，见表3-1：表3-1拉丝机I/O资源配置输入输出I0.0启动SB1Q0.0自动卷丝机低速I0.1SQ1垂直位，角度-45此位置AB桶的轴心连线时与地面垂直。用于自动卷丝机运行