PLC高温高压染色机

1、江西理工大学应用科学学院 西门子PLC课程设计西门子PLC课程设计 专 业： 班 级： 姓 名： 学 号： 设计报告格式20分设计内容60分10分10分总计得分封面3页面布局5目录格式3图表质量4间距、行距、字体6工艺过程分析8系统控制要求8I/O分配5设备选型5电气原理图系统程序设计10动手实践能力10总印象评分10主电路8控制电路8外围接线图8 2015年06月目录目录1PLC概况1第1章 绪论21.1项目的背景及意义41.2国内外染色机的现状及发展趋势41.2.1染色机的现状41.2.2染色机的发展趋势51.2.3 PLC在染色机上的应用前景5第2章 控制分析62.1染色过程62.2染色

2、设备62.3染色机工作原理62.4高温高压染色工艺过程72.5染色机的构造7第3章 控制要求8第4章 设备选型及地址分配91）I/O地址分配（见表1）9第5章 电气控制系统原理图105.1主电路图10第6章 PLC外围接线图10第7章 系统程序设计11设计总结16参考文献16PLC概况可编程序控制器（Programmable Logic Controller,缩写PLC）是以微处理器为基础，综合计算机、通信、联网以及自动控制技术而开发的新一代工业控制装置。可编程序控制器是随着技术的进步与现代社会生产方式的转变，为适应多品种.小批量生产的需要，生产.发展起来的一种新型的工业控制装置。PLC从19

3、69年问世以来，虽然至今还不到40年，但由于其具有通用灵活的控制性能.简单方便的使用性能，可以适应各种工业环境的可靠性，因此在工业自动化各领域取得了广泛的应用。有人将它与数控技术、CAD/CAM技术工业机械人技术并称为现代工业自动化技术的四大支柱。可编程序控制器在我国的发展与应用已有30多年的历史，现在它已经广泛应用于国民经济的各个工业生产领域，成为提高传统工业装备水平和技术能力的重要设备和强大支柱。随着全球一体化经济的发展，努力发展可编程序控制器在我国的大规模应用，形成具有自主知识产权的可编程序控制器技术，应该是广大技术人员努力的方向。 在发达工业国家，PLC已经广泛的应用在所有的工业部门。

4、1995年全球PLC及其软件的市场经济规模约50亿美元。随着电子技术和计算机技术的发展PLC的功能得到大大的增强，具有以下特点：可靠性高。PLC的高可靠性得益于软、硬件上一系列的抗干扰措施和它特殊的周期循环扫描工作方式。具有丰富的I/O接口模块。PLC针对不同的工业现场信号，有相应的I/O模块与工业现场的器件或设备直接连接。另外为了提高操作性能，它还有多种人机对话的接口模块；为了组成工业局部网络，它还有多种通讯联网的接口模块。采用模块化结构。为了适应各种工业控制需要，除了单元式的小型PLC以外，绝大多数PLC均采用模块化结构。PLC的各个部件，包括CPU、电源、I/O等均采用模块化设计，由机架

5、及电缆将各模块连接起来，系统的规模和功能可根据用户的需要自行组合。编程简单易学。PLC的编程大多采用类似于继电器控制线路的梯形图形式，对使用者来说，不需要具备计算机的专门知识，因此很容易被一般工程技术人员所理解和掌握。安装简单，维修方便。PLC不需要专门的机房，可以在各种工业环境下直接运行。各种模块上均有运行和故障指示装置，便于用户了解运行情况和查找故障。由于采用模块化结构，因此一旦某模块发生故障，用户可以通过更换模块的方法，使系统迅速恢复运行。由于PLC强大功能和优点，使得PLC在我国的配料生产线中得到广泛的应用。PLC在配料系统中的应用主要有配料监控系统、自动控制系统、配料网信息管理系统等

6、。其主要功能是进行工艺参数的采集、生产过程控制、信息处理、设备运行状态监测以监测等。第1章 绪论1.1项目的背景及意义随着市场经济的发展和国际市场的需求，对纺织品的质量、花色品种、复现性、美感等要求越来越高。纺织工业必须适应周期短、史新快、小批量、多品种的特点，不断提高产品质量、提高生产效益。中国加入世贸组织后，世界纺织品的贸易竞争更加激烈，我国的针织染整业不能仅仅停留在劳动力成本优势和价格低廉的优势上，而是要依靠技术创新来提高产品的技术含量和附加值，全面提升其在国际市场的竞争力。为此必须提高纺织设备自动化程度，走机电一体化的道路。 染整是纺织品的后加工工序，对开发花色品种、改善产品质量、提高

7、纺织品的附加值起到关键性的作用。特别是对外销产品，要求档次高、品种多、批量小、质量高、交货期严格、组织生产工艺要求高，原料消耗高于内销，这样必须具备良好的生产设备，才能保证很高的出口合格率，取得良好的经济效益。1.2国内外染色机的现状及发展趋势 染色工艺是影响针织布产品质量的关键工艺，其产品质量的好坏直接关系到企业的声誉。染色机自动化程度的高低，对控制产品质量有很大关系。1.2.1染色机的现状 20世纪80年代的染色机，采用仪表加继电器的控制结构，系统的稳定性差，对染液的温度用简单的温控器控制，温控精度难以保证。染液喷嘴压力用手动阀门来调节，导布辊的转速用滑差电机或机械式无级调速器进行调速，这

8、种控制方式人为主观因素大，不节能，机械磨损严重，成品率低，产品质量不稳定，系统运行和维护的成本高。 90年代，染色机的发展很快，特别是广泛使用计算机技术。压力控制，升温曲线跟踪，保温时间控制，染化料的供给，均采用计算机控制，并有指示、报警等多项功能，有的采用了群控，机电一体化程度很高。 为赶上国际先进水平，提高染色质量，国内纺织机械生产厂也积极进行了技术改造和产品开发。最具代表性的是上海印染机械厂与香港立信、宏信公司合作生产的射流染色机和筒子染色机，带有PLC可编程控制器，可根据工艺的要求追踪升温、保温、降温曲线进行自动控制。 然而国内染色机与国外相比仍有较大差距，主要表现在设备的功能和适应性

9、较差，工艺技术水平不高。1.2.2染色机的发展趋势 纵观国内外染色机的发展状况，总的发展趋势可以概括为:计算机技术己普遍应用、设备的自动化程度不断提高，机电一体化己经取得很大的发展，设备运行高速高效。染色机正在向适应产品的小批量、多品种、高质量，低张力、小浴比节约水电和染化料，减少废液排放的方向发展，近年来特别突出的是提高机台的自动化程度，计算机在染色机上己广泛应用，并注意研究新机型和改进老机型。染色机控制系统应该具有结构简单，性能可靠，性价比高，实时性强，灵活，易于扩充的特点。1.2.3 PLC在染色机上的应用前景 可编程控制器(简称PLC)是60年代末美国数字公司研制开发的工业控制器件。随

10、着微电子技术、计算机技术的飞速发展，PLC软硬件水平与规模也发生了量的变化与质的飞跃，其控制技术也朝着智能化方向发展。国际电工委员会(IEC)颁布了对PLC的规定81:可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存贮器，用来在其内部存贮执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字的、模拟的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关设备，都应按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。目的是用来取代继电器、执行逻辑、记时、计数等顺序控制功能，建立柔性的程控系统。 PLC具有可靠性高、模块化结构

11、组合灵活、编程直观简单方便的特点。其功能有以下几种:开关量控制;模拟量控制;定时控制;计数控制;通讯联网功能;步进控制;数据处理;自诊断功能;定位控制;显示和打印功能。 可以预见，随着PLC成本的降低和机器要求的提高，将很快在大部分场合取代继电器控制屏。其模块化的电路、模拟量控制和通讯联网等方面的功能日益强大以及良好的抗干扰能力，使它在工业上的应用越来越广。无论是与传统的继电器、接触器逻辑控制相比，还是与现代的微型计算机系统乃至专用于控制的单片机相比，在工业控制方面PLC都具有明显的优越性。尤其是对生产流水线、动作复杂的单机，比起前述几种控制手段来具有寿命长，可靠性高，对环境无特殊要求，开发费

12、用低，周期短，无需专门的计算机软、硬件知识，易掌握，功能扩展方便，成本可为一般用户所接受等优点，是现代机电一体化产品控制装置的理想选择。 高温高压染色机的工作特点是:温度控制精度要求高，执行元件多，动作频繁，安全联锁多，既有开关量控制又有模拟量控制。又处于酸、碱、水、蒸汽高温高压的恶劣环境中，因此对控制系统的抗干扰能力、可靠性要求极高。通过对各种控制系统的分析比较，我们对染色机拟采用以PLC为核心的控制系统。第2章 控制分析2.1染色过程 染色是指染液中的染料向浸在其中的纤维转移并透入纤维内部，最终使纤维染上颜色的过程。染色过程一般包括三个阶段。 (1)吸附 当纤维放入染液中后，染液中的染料就

13、会逐渐扩散转移到纤维表面，这个过程称为吸附。吸附是可逆的，由于染液中染料浓度的变化，己染到纤维上的染料会重新扩散到染浴中去，这一过程称为解吸。在上染过程中，吸附与解吸同时存在并保持平衡。 (2)扩散 由于染料吸附在纤维表面，使纤维内外形成染料浓度差，因而促使染料由纤维向其内部扩散。此时溶液中的染料又继续吸附到纤维表面，直到吸附和解析再次达到平衡。 (3)固着 扩散到纤维内部的染料与纤维相结合的过程称为固着。固着方式因染料和纤维的种类不同而异。 在染色过程中，上述三个阶段相互之间既有区别又有联系，不能截然分开。2.2染色设备 染色设备种类很多，按被染物的种类不同可分为纤维染色机、纱线染色机和织物

14、染色机;按染色方法不同分为浸染机、卷染机和轧染机;按运转形式不同分为间歇式染色机和连续式染色机。在织物染色过程中，因被加工的织物的形态不同又可分为绳状和平幅两种形式。 本文的研究对象是高温高压喷射溢流染色机，属于间歇式染色机，其加工对象为绳状织物。2.3染色机工作原理染色机系统结构如图2.3，图中左侧为染缸，右侧为染色用料的化料桶。染缸是主要控制对象，在盛有染液的染缸内，循环泵强制染液在染缸内循环流动，绳状织物在储布槽前部由提升滚筒提起后送进喷嘴，再由喷嘴喷出的液流带动前行，使织物折迭在储布槽的后部。在自身重力和主泵吸力的作用下，织物沿着铺设在储布槽底部的一块高润滑性的“特氟隆”片，顺滑地移动

15、到储布槽前部。这样反复循环，完成染色过程。化料桶用于染料和化学剂的调制，按工艺要求定时定量通过注料泵注入染缸。图2.3染色机工作原理示意图2.4高温高压染色工艺过程 染色机在整个染色过程中，主要是控制染缸内染液执行一条温度按时间变化的工艺曲线，在工艺曲线中既有多段不同速率的升温段、降温段及多段不同时间的保温段，又有配料、加料、进水、排水等辅助工序。图2.4典型工艺曲线2.5染色机的构造染色机的整机外型如图2. 5所示，机器主要由染缸、循环系统、热交换器、加料系统、进出布机构及控制系统等组成。图2.5染色机外观图第3章 控制要求 高温高压染色机控制过程较复杂，要求可靠性高、电机功率较大，要求Y-

16、启动，正反转循环控制，又处于酸、碱、水、蒸汽高温高压的恶劣环境中，近几年电气设备老化、故障频繁，经常因电气故障影响染纱质量，急需改进。我们选用PLC:控制系统对i设备电气系统进行彻底改造。首先启动电机M，高压罐进水至高水位仃，然后，下纱加料，密封高压罐，打开冷压气加压至设定值保压，然后开高温蒸气阀升温，设定好温度上升控制时间及保持温度时间，升温同时，按下自动开关，染色电机正转，由于本机功率较大，所以电机启功采用Y-启动，正转10秒暂停，然后电机反转启动也采用Y一启动，运行2分钟暂停，返回正反循环程序至设定时间，然后排液、排压，进行染色报警10秒，自动停机本系统还设有手动控制，控制高压罐进水、加

17、压、升温、排水、排压及停止进水、排水、停机。高温高压染色机控制过程如图1所示 图1第4章 设备选型及地址分配PLC控制器选用西门子公司S7-200系列CPU224型号，本程序里面只要用到十三个输入和十个输出，而CPU224有十四个输入十个输出。正好够用。1）I/O地址分配（见表1）表1名称代码地址编号输 入 信 号水泵停止按钮SB1I0.0水泵启动按钮SB2I0.1水位上限开关SQ1I0.2水位下限开关SQ2I0.3加压开关SP1I0.4压力表上限SP2I0.5高温蒸汽开关SB3I0.6温度上限开关RT0I0.7自动手动按钮SAI1.3停止按钮SB4I1.4手动正转按钮SB5I1.0手动反正按

18、钮SB6I1.1压力表下限SP3I1.2输 出 信 号水泵继电器KM1Q0.0加压电磁阀YC1O0.1高温蒸汽阀YC2Q0.2染色机正转KM2Q0.3染色机反转KM3Q0.4Y启动KA1Q0.5运行KA2Q0.6排液阀YC3Q0.7排压阀YC4Q1.0报警蜂鸣HAQ1.1第5章 电气控制系统原理图 电气控制系统原理图包括主电路图、控制电路图及PLC外围接线图。5.1主电路图如图1所示为电控系统主电路图。一台电动机，接触器KM2、KM3为电动机正反转的控制。接触器KA1和KA2分别控制电动机的星三角启动。FU为低压断路器。FR为热继电器，保护电机。图1第6章 PLC外围接线图图6.1PLC外围接

19、线图第7章 系统程序设计根据工艺流程要求，绘制成基本的逻辑体形图。下面介绍其功能的实现。1).水泵电动机启停控制无论是自动运行还是手动操作，首先必须启动电动机进水。在程序控制中启动水泵电动机按钮SB2，高压灌进水至高水位限位开关SQ1。停止进水。2)自动运行初始化条件：水满指高水位SQ1，下纱并加料，密封高压灌，电接点加压开关SP1动作，冷压电磁阀YC1打开，加压至工艺设定值即压力表的上限，开关动作而停止加压，然后，自动高温蒸汽阀YC2升温，设定好温度上限控制时间及保温时间，升温至设定上限，高温蒸汽阀关闭。升温同时。自动手动旋转按钮置SA自动，染色自动循环开始，内设时间继电器，TOM及计数器T

20、1串级组合开始计时。并启动暂停计时器T38计时3s，时间到，启动正转主接触器KM2闭合。计时器T39开始计时，设定时间为600s，同时电动机Y接法继电器KA1闭合，电动机Y启动，计时器T40为3s时间到，电动机换成运行。计时器T41时间到，电动机暂停，延时3s后，反转达接触器KM3闭合。T40开始计时。可设定为120s，电动机还是采用Y一启动。T40时间到，则电动机在暂停3s返回正转运行程序。直至工艺设定T37和计数器C1计时时间到，染色电动机停止运行，排液阀打开，排出液体排气阀打开，将压力排除。报警开始，5s后停止。自动运行程序结束。3）程序梯形图：4）由梯形图生成语句表：14TITLE=程

21、序注释Network 1 / 网络标题/ 网络注释LD I0.1O Q0.0AN I0.0AN I0.2= Q0.0Network 2 LD I0.4O Q0.1AN I0.5= Q0.1Network 3 LD I0.6O Q0.2AN I0.7= Q0.2Network 4 LD I1.3A I0.5A I0.2= M0.1Network 5 LD M0.0AN M0.2TON T37, +9000Network 6 LD T37LD T44CTU C1, +6Network 7 LD C1O M0.2= M0.2Network 8 LDN C1LPSAN M0.3AN M0.5TON T

22、38, +30LRDLD T38O M0.3ALDAN M0.5= M0.3LRDLD M0.3O Q0.3A M0.3AN Q0.4O I1.0ALD= Q0.3TON T39, +6000LRDLPSA Q0.3A M0.3AN Q0.4AN T40= Q0.5LRDA Q0.5TON T40, +30LRDLD T40O Q0.6ALDAN Q0.5AN T39A M0.3= Q0.6LRDLD T39O M0.4ALDAN T41= M0.4LPPA M0.4TON T41, +30LRDLD T41O M0.5AN T42O I1.1ALD= M0.5TON T42, +1200LPPLPSLD M0.5O Q0.5AN Q0.6AN T43ALD= Q0.5TON T43, +30LPPLD T42O Q0.6ALDAN Q0.5A