plc在细纱机电气控制系统的应用

编号：毕业设计（论文）说明书题目：PLC在细纱机电气控制系统的应用学院：机电工程学院专业：电气工程及其自动化学生姓名：学号：指导教师：职称：工程师/高级实验师题目类型：理论研究实验研究工程设计工程技术研究软件开发桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸摘要纺纱机是一种把半制品粗纱或条子经牵伸、加拈、卷绕成细纱管纱的纺纱机器。是当代自动化纺纱的主要设备，各种细纱机基本上都由喂入机构、牵伸机构、加拈和卷绕机构组成。细纱机是纺纱的主要机器,细纱的产量、质量是纺纱工艺各道工序优劣的综合反映。细纱机生产过程中纺满一个卷装（管纱）便要停止生产，待落下管纱换上空管后方能继续纺纱。在工业生产中，细纱机也是纺纱生产中耗能最多的机器。为了适应现阶段纺纱的要求，实现实际生产中纺纱机能够安全、高效、稳定地进行细纱生产。本文在广泛收集相关资料和文献的基础上，设计了细纱机的电气控制系统（包括主电路和控制系统）并对相关环节进行了分析。为了配合实际工业生产的要求，选择了比较合理的电机调速控制方式。该系统电机采用低速启动、平稳调速的调速方式。在保护措施方面，该系统实现了主电机过流保护、电源电压欠压保护及过压保护：在运行时，若主电机电流超过额定电流的110％时产生过流保护动作；当电源电压（线电压）小于0.75UN时，电气控制系统产生欠压保护，同时发出相应的声光报警信号；当电源电压（线电压）大于1.15UN时，电气控制系统产生过压保护，同时发出相应的声光报警信号。以上操作均采用PLC进行控制，通过实验验证，各个环节都能够达到相关要求。关键词：细纱机；PLC；电气控制；过压保护；过流保护AbstractSpinningframeisakindofmachinethatputthesemi-productederovingsorslipsintoringbobbinbydrafting,twisting,winding.Itisthemainequipmentofcontemporaryautomationspinningframe,variousspinningmachinesconsistoffeedinginstitutions,draftinginstitutions,twistinginstitionsandwindinginstitutions.Spinningframeisthemainmachineofspinning,theharvestandthequalitycomprehensivereflecttheadvantageanddisadvantageofspinningprocess.Itisstoppedwhilethepackage(pipe)isfullintheproductionprocess,thenfallpackage,continuetomanufactureuntillthenextemptypipebeready.Spinningframeisthemostpower-wastingmachineincommercialindustrialproduction.Inordertoadapttorequirementsofcurrentspinning,toachievetheactualproductionofsafety,efficientandstablemanneryarnproduction.Basedontheextensivecollectionofrelevantinformationanddocumentation,inthearticle,designedtheelectricalcontrolsystem(includethemaincircuitandthecontrolsystem)andanalysedthem.Soastomatchuptherequiresofrealityindustrialproduction,electedrelativerationalcontrolmodeofmotor’soperation.Themotorlaunchesinlowspeed,andthespeedregulationisstable.Inprotectionmeasures,itincludesovercurrentprotectionofmainmotorandlow-voltageprotectionofmainpowersuppoly:Atruntime,ifthecurrentoverratedcurrent110%UN,theprotectivemeasuresbehaviour;andifthevoltageofpowersuppolylessthan0.75UN,theelectricalcontrolsystemaction,andgiveupsound-lightalarmsignal;ifthevoltage(linevoltage)ofpowersupplyover1.15UN,theelectricalcontrolsystemtoproduceover-voltageprotection,andgiveupsound-lightalarmsignal.TheoperationabovecontrolledbyPLC,throughtheexperiment,everytachecanenoughtoreachtherequirement.Keywords:spinningframe;PLC;electricalcontrol;overvoltageprotection;overcurrentprotection

目录TOC\o"1-2"\h\z\u1绪论 11.1课题研究背景 11.2国内外细纱机的研究状况及发展趋势 21.2.1国外细纱机的发展情况 21.2.2国内细纱机的发展状况 31.3课题研究的目的及意义 42细纱机电气控制方案设计及分析 52.1细纱机的生产工艺流程 52.1.1FA506型环锭细纱机系统构成 52.1.2细纱机工作流程 82.2系统设计主要任务 102.3设计要求 102.4方案设计 103细纱机电气控制主回路的设计 113.1细纱机主电路设计 113.2主要电器设备计算及选型 133.2.1型细纱机的主要电器设备的选择 133.2.2主电机电气控制线路设计及设备的选择 183.2.3三相电源线路和控制线路设计及设备选择 193.2.4三相电源线路主要设备的计算和选择 194细纱机电气控制回路的设计 204.1PLC的基本构成 204.2本设计中PLC的选用 214.3FX2N-4AD模拟转换器 234.3.1FAX2N-4AD的特点： 234.3.2FX2N-4AD的缓冲寄存器（BFM）分配 244.4细纱机PLC控制程序的设计 254.4.1细纱机PLC控制程序的设计要求 254.4.2细纱机工作过程 264.4.3程序编写前的主要准备工作 284.5电源电压欠压、过压保护和过流保护的实现 284.5.1欠压、过压保护和过流保护的实现 284.6PLC程序梯形图和指令表 295电气柜的安装与调试 345.1电气柜的安装 345.2电气控制柜的调试 376结论 38谢辞 39参考文献 40附录 41桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸第47页共46页1绪论随着社会的发展、人民生活水平的提高，人们对纺织产品的质量提出了越来越高的要求。纺织行业与人民生活息息相关，关系到人类生存最基本的需求，既是我国传统支柱产业，也是我国最主要的出口创汇行业之一，在国民经济中占有重要地位。棉纺织品是人们生活中必不可少的消费品，人们对棉纺产品消费需求的层次不断提高，构成行业不断发展的动力。其中，与人民日常生活密切相关的纺织产品，如衣服、鞋类、防水针织物等日常物品，都对细纱有很高的要求。尤其是用于工业、国防等领域的产品，对于细纱的要求就更苛刻了。这些生产用的细纱如果用手工生产，不仅劳动强度大，效率低，经济效益差；而且手工生产出来的细纱很多时候在质量上，根本无法满足要求。因此，细纱机的出现，改变了手工纺纱的诸多缺陷，提高了人民的生活水品。细纱机是现代纺纱工业领域不可或缺的生产设备。细纱机是使细纱行业实现高效率、机械化、自动化的重要机器。它能够大大提高细纱生产效率；降低人力劳动强度；节约原材料，降低成本；提高纱锭质量，增强市场销售竞争力；由于细纱机的诸多优点，使得细纱产业在市场销售中，可获得很高的经济效益；纺织成的纱锭，方便包装、运输。近年来，随着纺织市场需求的不断变更，我国细纱机得到了飞速发展，细纱机械向机电一体化、智能化、自动化方面发展。当前我国细纱机械的设计和制造水平也在不断地提高，尤其是自动控制技术、检测传感技术和电子技术的飞速发展，进一步促进了细纱机械控制系统的提高，变频调速技术、可编程控制技术等在细纱机械中的应用越来越广泛，使得细纱机向着高效率、高自动化和高质量的方向发展。棉纺织工业是我国纺织工业中规模最大的支柱行业，在我国纺织工业中占有最重要地位。当前，我国已经加入WTO，随着国内外市场的开放，市场竞争将日益激烈，在新的发展阶段，我国棉纺织行业必须进入结构先进、技术创新、产业合理的发展阶段。慢慢地，生产机器人、微电子、电脑、智能型和图像传感技术也将会得到越来越广泛应用,促使细纱机更加自动化、智能化。课题研究背景近些来年，我国各个主要纺机生产企业坚持以市场为导向、以效益为中心，坚持技术创新，努力提高纺机机电一体化水平，提高整机水平，为适应小批量、多品种、快响应的市场需求及增强产品的市场竞争力，先后推出一批适应市场需求的高水平的纺机新产品，它代表了我国纺机的整体水平，同时也反映了我国纺机机电一体化技术的新发展。如今，科学技术的进步和经济的飞速发展形成了全球化市场竞争的日趋激烈。在瞬息万变的市场环境下，近年来各企业推出的纺机新产品几乎毫无例外地推广应用交流异步电机变频调速技术，某些有特殊要求的还应用了交流伺服电机控制技术。用于纺织机械设备的变频调速控制系统的调速方案主要有下列三种：（1）通用变频器开环控制异步电机变频调速。此方案电路结构简单，工作可靠性好，适用于对调速精度要求不是很高(2%-5%)，调速范围不大(10:1以内)的各种纺机设备，如针织机械和部分染整机械等。（2）无速度传感器的矢量变频器控制异步电机变频调速。此方案电路结构也相对较简单，工作可靠性好，适用于调速精度要求为0.5%-1.0%、调速范围在20:1以内的大多数纺机设备。（3）带速度反馈的矢量变频控制异步电机闭环变频调速。此方案电路结构较复杂、造价较高，但优点是调速性能好，可从零转速起进行恒转矩速度控制，调速范围可达100:1以上。同时还具有良好的动性能（如响应速度快、精度高），适用于对调速性能要求高的纺机设备。如整经、浆纱、热定形和化纤机械等。而在自动控制方面，各种纺织机械设备普遍采用了PLC可编程控制器或IPC工控机等具有智能控制功能的控制器。这样可方便地实现：各电机速度的准确控制、同步协调运转或位置的准确跟踪，如浆纱机、分条整经机、涤纶后处理机等；按设定或生产要求的工艺曲线控制各机件的运动，如粗纱机等；按设定或生产要求的操作程序完成加工全过程的控制，如清梳联合机、卷轧染机等；如今的PLC可编程控制器不仅能实现一般的逻辑控制，还具备包括模拟量在内的数值处理和网络通信等功能。使其通过网络构成分布式系统，完成各种复杂的控利要求，例如PLC通过标准的RS485串行通讯网络和自定义或自主选择的通信协议构成PLC和工控机的分布式网络，它具有较好的灵活性和性能价格比，因而得到广泛应用。现场总线技术已成为世界自动化技术的热点，近年来在我国纺机自动化中已受到关注并开始推广应用。现场总线是主要用于连接现场仪表和自动化控制系统之间的一种开放式、全数字化、双向、多站的通信系统。现场总线在应用层所使用的协议有多种多样，但目前已趋于统一。PROFIBUS-DP是现场总线PROFIBUS中广泛应用的一种协议。主要用于现场级的主从通信,实现现场级控制系统与分布式I/O及其他现场级设备之间的通信（它有极好的抗电磁干扰性能）。例如，PLC或IPC和远程I/O、传动装置、人机界面等之间的通信，PROFIBUS应用广泛、尤其在欧洲用得很普遍。另外，DeviceNet（设备网）是一种低价位的总线。它可连接自动化生产系统中广泛的工业设备，也是一种开放式的现场总线的协议，现在北美和日本广泛应用。近年来我国纺机自动化中也已逐步应用了PROFIBUS现场总线，相信不久可望在纺机设备上推广应用这种先进的现场工业控制技术。在各种纺机设备中，普遍应用了数码显示，如各种数显仪表、人机界面和触摸屏等。前者一般是显示单一参数或少数几个参数。后者，一般显示多参数或图形并带有智能功能，实现人机对话，可以通过曲线或图表形式显示工艺参数的历史值和当今值亦或状态显示。人机界面可分为文本操作面板、图形操作员面板和触摸屏等等，并可与PLC配套使用，有的甚至支持现场总线协议。国内外细纱机的研究状况及发展趋势1.2.1国外细纱机的发展情况从手工纺纱向机器纺纱发展开始于18世纪。英国产业革命后，1769年出现了利用水力拖动的翼锭细纱机。1779年S.克朗普顿根据手工纺车原理发明了走锭细纱机，这是早期的两种细纱机。1825年R.罗伯茨又将走锭细纱机改进为自动作用的走锭细纱机，这种型式的机器在19世纪和20世纪初期获得了广泛的应用。1828年出现了帽锭细纱机。同年，J.索普创造了环锭细纱机，当时钢丝圈是由纺纱工用手工弯制而成的。1830年以后，才开始正式制造钢丝圈。环锭细纱机可连续作用，而且纺纱速度较高，因而逐渐被广泛采用，代替了绝大部分走锭细纱机，成为现代应用最多的一种。纵观世界纺织工业的发展格局，在近代200年中已经历了三次较明显的转移；第一次发生在第一次产业革命时期，世界纺织生产的中心从东方转移到以英国为首的西方国家；第二次发生在二十世纪六十年代，从美国、日本和西欧转移到亚洲新兴工业国家和地区韩国、香港、台湾等；第三次从二十世纪八十年代开始到现在仍在继续，从韩国、台湾和香港向亚洲的其他发展中国家如中国、印度、巴基斯坦和东南亚等地转移。也就是说，纺织生产的中心又回到了最初的出发点，世界纺织生产重心经历近200年的回归，不是简单的回流，而是生产、贸易全球化过程中国际分工的必然结果。在这200多年机械化纺纱发展过程中，发展较快的是解放后六十年。随着各种新型纺纱材料的开发，在70年代后期对细纱机适纺各种纤维提出了要求，同时，进行大量的牵伸改造。80年代对产品质量提高提出了要求，90年代各棉纺厂均按乌斯特公报的水平来提出自己的改进，2021年以后各棉纺厂以经济效益为中心展开高效工艺研究，并就设备和器材对高效工艺的适应性开始了飞跃性的思考。在当今世界，纺织业调整趋于以下方向：发达国家（美、欧、日）——技术密集型的纺织业，产品侧重流行性、变化性、高质量、高附加价值，特别是高技术纺织品；中等发达国家和地区（韩国、香港、台湾等）——资本密集型纺织业生产、经营中高档纺织产品；发展中国家（东亚、东南亚、南亚）——以纺织初加工中低档大路产品为主，出口大批量常规产品。1.2.2国内细纱机的发展状况国产第一代细纱机诞生在20世纪50年代，如1291、1293型，总牵伸大约在14~20倍；20世界60年代起对1291型改进，总牵伸达到20~40倍。“1”系列细纱机采用双短皮圈牵伸；英制制式，罗拉每节8锭，锭距22.225mm，每台标准锭数是416锭，罗拉采用滑动轴承，加压是重锤加压，粗纱采用托锭。20世纪70年代的A512、A513系列是国产第二代细纱机，适用性有所提高，自动化程度有较大提高。采用长短皮圈牵伸，开始使用弹簧要加加压。20世纪80年代的FA506型系列为代表的第三代细纱机，可纺棉和中长纤维，生产棉和化纤混纺产品。罗拉和主要传动轴承化，齿轮采用自动滴油润滑，70mm锭距和420锭的标准配置，粗纱配置吊锭。第四代细纱机出现在21世纪，主要特点是多锭数（1008锭及以上），高速、多电机传动、集体落纱，甚至细络联，机电一体化程度高，配置在线监控等。回顾我国近六十年来的纺织历程，曾经出现过5次大的技术改进，即改型号。每次改进，都在不同程度上，推进了纱线质量的大幅度提高。但是，每次改进，仅局限在牵伸及牵伸传动部分，而对细纱机的横断面、结构、纵向部局、自动化、高速化、节能降耗等方面，改进较少。

解放后的60年中，在纺织部的领导下，只在70年代末、80年代初，组织了一次全国性的专家汇战，确定了以FA502、FA503为基础的纺机研究。直到80年代以后，我国的经济得到了快速的发展。现在我国已经居位于世界纺织第一大国，但由于我国在机械化纺机研究上起步太晚，一味地依赖引进，忽视了对纺机制造的基础研究，使得我国纺机发展严重落后于西方大国。2021年国务院出台了《纺织工业调整和振兴规划》，调整结构、淘汰落后、升级产业，短短的时间内，在棉纺行业已经形成一致共识。但是，目前，我国各纺机企业均以仿制为主，缺少自己的基础研究，以仿制产品来调整和振兴我国的纺织工业，将使得我国的纺织工业永远落后于他人。如果我们忽视或者偏离了对纺机的基础研究，我国纺织工业的振兴将是一句空话，更谈不上跃居成纺织强国。所以，我国未来的细纱机应该在吸收世界各国顶尖技术的基础上，联合大专院校，加强自主独立的基础理论研究，使得我们的纺机设备，特别是细纱机能在较短的时间内，赶上或超越世界顶级设备。1.3课题研究的目的及意义当前，我国政策大力倡导技术改造，提高企业科技创新能力，积极推进产业调整升级，这也将引起行业新一轮的发展浪潮，同时带来巨大的市场机遇。国内纺机企业，尤其是具备研发能力的、能够制造高端设备和产品的企业，将会密切关注行业发展趋势和政策导向，加快技术改造升级步伐，加强自身的竞争优势，从而抢占市场先机。例如在针织机械领域，针织圆机设备材料、制造装配等方面的水平得到明显提高，不少圆机生产企业纷纷加强新技术工艺的研发，国产精密大圆机的产量迅速提升；而在纺纱机械领域，走在行业前端的企业在自动化、稳定性等问题上探索出更好的解决方案，自动络筒机、环锭细纱机等纺纱设备得到进一步的推广，市场占有率也相应提高。

国家政策的引导以及市场需求的转变，将进一步加剧企业之间的竞争态势，也给企业的新技术装备的推广和销售带来了挑战。目前，国产细纱机在国内企业的使用率已经占到90%左右。总体来说，现在国产棉纺细纱设备的制造水平与过去相比，已经有了很大的进步。产品的产量、可靠性、稳定性等性能指标已经有了较大提升。由于国产设备的制造质量在不断提高，而青泽、欧瑞康、丰田等国外细纱品牌设备的价格较高，所以现在国内棉纺企业已经减少了这些设备的进口数量。当前环锭细纱机设计初步呈现出了走模块化、数控、工艺广泛适用性的相同路子，差异化、个性化设计比较少见的特点。国内外细纱机制造商考虑到今后环锭细纱机向紧密纺纱技术方向的趋势，纷纷加强了模块化技术的发展，使普通环锭纺与紧密纺可根据市场需求快速进行转换，近几年的国际展会上展出的环锭细纱机绝大部分都是紧密纺环锭细纱机。综观近几年细纱设备的发展历史，可以发现环锭细纱机的发展具有以下比较明显的特点和趋势：一是正在逐步向紧密纺、向长车及细络联方向发展；二是向高度自动化方向发展。现今，环锭细纱机的自动化技术已取得很大的进步，如全自动落纱机、细络联、粗细联、细纱断头自动监测、细纱长车、牵伸系统的自动牵伸倍数调节、人机对话的图形化操作界面、可调式变频负压风机等新技术的应用。此外紧密纺花色纱、紧密赛罗纺、紧密包芯纱等都是紧密纺纱技术的新发展，预计今后紧密环纺在普通环锭纺纱技术的基础会有更大的发展。带自动落纱的细纱机在机电一体、自动化、结构上也有了新的发展，可靠性、稳定性有了极大提高。目前，国内有多家企业的细纱机产品拥有此项技术，如经纬股份榆次分公司的JWF1581型细纱机实现了集体落纱、集聚纺、细络联。上海第二纺织机械股份的EJM138JLL型超长细纱机，长度为1008锭～1512锭，整机实现了无齿轮机械传动；其锭子、罗拉传动均为单独电机传动，集体落纱时间少于3分钟。由于环锭纺细纱机锭速已经达到25000转/分钟，近期内锭速进一步提高的可能性不大，国外环锭细纱机制造商将在线监测控制、灵活性等方面作为今后的研发重点。由于国产细纱机的制造技术与国外设备的差距正在逐渐缩小，并且国产设备还具有适应国内生产企业实际需求的特点，一些国外设备制造企业也开始将重心转移到中国市场的实际需求方面，青泽360型细纱机就是努力适应中国市场的一个很好的例证。FA506型细纱机是目前成纱质量好，自动化程度高，操作简单，便于管理的环锭细纱机，适用于纯棉或化纤的纯纺和混纺的细纱工序，尤其采用PLC作控制器，不但提高了控制精度，而且解决了生产管理方面存在的许多缺陷，可纺织造、针织等所用的细纱。FA506细纱机电气控制系统用PLC控制整个纺纱过程，纺纱过程所需的自动开车、钢领板自动升降、中途停车后能自动跟踪开车、自动落纱、自动留头等功能。能设定显示纺丝的工艺参数，实现定长落纱和锭子速度曲线控制以及班产累计等功能。对纺纱过程的锭速、牵引倍数、细纱号数、捻度等进行计算并自动显示，并依据机上各部分传感器自动协调控制。采用数字通信，提高了系统的抗干扰性。本文设计了FA506型环锭细纱机的电气控制系统，希望可以实现提高生产效率、降低劳动强度、操作控制方便、降低产品成本、适应现代工业细纱生产需求。同时，也希望能为国内细纱机发展做出一些实践意义。2细纱机电气控制方案设计及分析2.1细纱机的生产工艺流程2.1.1FA506型环锭细纱机系统构成图2.1结构剖面（1）硬件组成根据实际情况，对硬件的要求是：机架结构紧凑、稳固、机械运转平稳，能适应多种升降动程；牵伸部件采用高精度罗拉和细齿中罗拉，以适应纺制高支纱和提高成纱质量；车头传动系统采用高强度平皮带传动主轴，传入车头的高速部分用同步带传动，噪音低，齿轮采用滴油润滑；采用可编程控技术和变频技术，锭子转速可根据需要任意数字设定十段速度，以满足纺纱过程中大中小的变速的要求。FA506细纱机电气控制系统的硬件构成包括以下几个部分：传动部分、检测部分、变频器、可编程控制器、人机界面、数字通讯。硬件结构见图2.2。

①传感器、指令开关信号输入部分

该部分由主轴、前后罗拉传感器、成形桃轮位置传感器、钢领板行程传感器和指令开关组成，主轴、前后罗拉传感器用来测速，由PLC计算出相应的锭速、纺纱长度、产量、牵伸倍数、捻度、细纱号数等；成形桃轮位置传感器使停车时能按一定顺序和位置停车，有利于下一次开车，减少开车断头，实现纱线自动留头；钢领板行程传感器用来确定钢领板在开车、满纱、落纱时的位置；指令开关用来发送开车、中途停车等指令。

②数据检测部分：数据检测部分由主轴、前罗拉、后罗拉传感器组成。功能为自动检测纺纱过程中主轴、前、后罗拉的运行数据，为计算班产、锭速、牵伸倍数、细纱号数、捻度等工艺参数以及锭子速度曲线控制提供数据。

③传动部分：包括主电机、吸风电机、钢领板升降电机、自动润滑装置、自动清洁装置、变频器、落纱电源、各种开关等。

④变频器锭子速度控制：该部分由变频器、锭子传动部分、主电机构成，其作用是变频器依据PLC传输的锭子速度控制曲线自动调整锭子运行，提高纱线质量和产量。

⑤PLC部分：该部分由PLC及AD构成，完成全机开关量输入、数据检测以及计算和过程控制，实现纺纱过程自动化和对机器运行情况进行监控。

⑥MD506L参数设定显示单元:

MD506L与PLC之间以PPI协议通讯，完成纺纱过程工艺参数显示设定，可直接设定锭子运行曲线，实现控制柔性化。

⑦数字通讯部分：该部分由触摸屏MD506L通讯口、PLC

通讯口和变频器的RS485部分构成，触摸屏MD506L与PLC

通讯口以RS232C协议通讯完成参数设定显示，PLC

通讯口与变频器的RS485以自由口协议通讯完成锭子曲线控制，数字通讯高精度、高可靠性和低成本极大的提高了机器性能比和市场竞争力。

⑧其它执行机构：该部分包括吸风电动机、钢领板电动机、自动润滑装置、吹吸风电动机、落纱电源、制动器和信号灯，由连接到PLC输出点的接触器驱动或由PLC输出点直接驱动。

图2.2细纱机硬件构成（2）系统软件和组态

①MD506L组态软件。MD506L触摸屏共组态有21幅画面，可进行菜单式操作，键盘式数据输入，可图形显示，多种提示信息可指导操作，故障诊断信息，方便维修。开机首页中组态有：纺纱长度、锭速、前罗拉速度、细纱号数、捻度、工作班次、班产量、总产量、时间、纺纱长度显示图形及[报警信息]、[班次选择]、[主菜单]选择按钮。主要数据都在本页显示出来，按选择按钮可切换到相应页进行操作。在主菜单页中可按屏上按钮[参数查阅／设定]、[查阅产量／清零]、[三自动选择]、[时间设定]、[触摸屏校准]及[注意事项]等可切换到相应页面，根据密码锁位置的不同，按相同按钮会切换到不同页面，从而拒绝没有权限的人员对参数进行修改。当操作人员输入数据时，显示屏会自动显示操作键盘和数据的设定范围，若输入不正确或超出范围，显示屏会显示出错信息，输入的数据不被接受。

②

PLC程序。细纱机电气控制系统软件分为：包括过程控制程序和测速计算程序、速度曲线控制程序和参数数据保存程序几个部分：

·过程控制程序：根据输入点的指令开关信号、成形桃轮位置传感器、钢领板行程位置传感器信号和触摸屏设定的参数进行纺纱过程的自动控制。

·测速计算程序：运用PLC的高速计数器和普通计数器对主轴、前后罗拉测速传感器的信号进行统计，再经过计算得到需要的数据显示到触摸屏上。

·速度曲线控制程序：包括SMB130自由口通讯协议初始化，数据计算、发送、接受，发送中断，接受中断。

·参数数据保存程序：将重要的37个参数数据共148字节的内容用程序方法写入EEPROM中，当某一数据发生更改则重新写入。

·数字通讯部分和锭子运行曲线部分：主要采用自由口通讯协议完成与变频器的数据传输。FP0

PLC通讯控制寄存器设置为自由口通讯方式后,程序通过接受中断以及发送指令控制通讯口的操作。在自由口通信方式下通信方式由程序梯图控制。FP0还定义了波特率、校验方式和数据长度。为了使锭子运行曲线平滑，在设定的点与点之间采用数据建模的方法拟合发送参数。其中参数设定菜单程序框图如图2.3。

图2.3参数设定框图2.1.2细纱机工作流程细纱机工作流程图如图所示：图2.4细纱机工作流程框图细纱工程的任务是在细纱机上将在前纺工序加工的粗纱，纺成条干均匀的，支数及捻度符合产品设计要求的细纱。

细纱机主要任务是：

（1）牵件：将粗纱均匀地抽长拉细列成纱设计要求的支数。

（2）加捻：将牵伸后的须条加上成纱设计所要求的捻度，使纤维紧密抱合具有一定捻向和强力的细纱。

（3）卷绕成形：将经过加捻的细纱，按照一定的成形要求，卷绕在筒管上，以便储运和后工序加工。

细纱工序是纺纱最后一道工序，细纱质量基本定型。细纱工序生产能力代表一个工厂的纺纱能力，锭数决定规模。细纱机关键工艺部件是牵伸和加捻部件。细纱机的牵伸机构由前、后面对罗拉和中间的皮圈罗拉控制机构及加压摇架、集合器等部分组成。纱条所经过的部件状态、运转精确程度，无控制区尽量缩短，等决定了纱的质量，是整个细纱机工艺质量的核心；其次是加捻卷绕部件，要求锭速必须一致，锭子运转状态平稳，这是提高车速、降低捻度不匀率的关键。

环锭细纱机——由于锭速高，卷装较大，成纱较光洁，强力较好，纺纱支数和使用原料适应范围大，因此是当前精梳毛纺生产中应用最广的一种。五十年代中期，环锭细纱机大部分用于干梳毛条，无捻粗纱纺纱；五十年代后期，油梳毛条和有捻粗纱的纺纱，也采用环锭细纱机。2.2系统设计主要任务系统能够设计的目的就是根据题目的要求对硬件和软件进行规划，并选择最合适的硬件电路和软件程序来达到要求的指标。硬件设计是通过对设计要求的分析，对各种元器件的了解，而得出分立元件与集成块的某些连接方法，以达到设计的功能要求。并且把这些元器件焊接在一块电路板上。它包括对各种元器件的功能和接法的了解，以及对各种元器件的选择和设计方案的选择。软件设计是分析设计的硬件用程序实现其功能，并且调试优化产品功能。本文利用PLC控制FA506型环锭细纱机电气控制系统。设计过程中最关键的两个部分：系统硬件的设计和控制软件的配套设计。这也是在设计过程中需要解决的最关键的问题。（1）硬件问题细纱机控制系统的硬件主要有两大部分，即主电路及主电路控制部分、基于PLC控制的控制回路的设计。总的来说就是通过PLC对主电路部分的电机及其相关的低压电器进行控制。并且，在工作过程中，根据需要设计启动、中途落纱、停车等相关操作的相关操作。硬件的设计需要对PLC、传感器及电机有一定深度的了解。在解决这一问题的过程中，需要查阅大量资料，结合所学知识，对于不懂的问题，需要向老师获取帮助。（2）软件问题软件设计主要包括细纱机生产的自动控制和电压、电流监测。细纱机生产自动控制程序是将传感器输入的模拟量通过PLC的AD模块转换成数字量，送入PLC，再通过预设的相关操作程序，完成需要的动作。电压监测程序要通过电压变送器输入当前的三相电压，与预设值比较，保证电路的正常工作；电流监测程序要通过电流变送器输入当前主电机的电流值，与预设值比较，保证主电机免于过热而损坏。要对程序进行多次调试，分块编程。对各个子程序块所解决的问题要相当明确。最后在制作完成硬件电路板后要调试出设计要求的功能。2.3设计要求根据毕设要求，具体要实现的功能为：(1)设计细纱机的电气控制系统（包括主电路及控制系统）；(2)要求启动时主电机低速启动、调速平稳，即主电机机械特性较软；(3)计算的电动机、交流接触器、热继电器、电缆线等主要设要与现在的实际相符；(4)当系统电压低于0.75倍额定电压时，产生欠压保护并发出相应的声光报警信号；(5)当系统电压高于1.15倍额定电压时，产生过压保护并发出相应的声光报警信号；(6)当主电机电路电流高于1.10倍额定电流时，系统应产生过流保护动作。2.4方案设计按照毕设要求，本设计按下面思路展开：根据设计要实现的基本功能，大致可分为信号输入，信号控制，信号处理这三个部分。(1)电压信号输入部分通过电压变送器来监测线路电压，并转化成标准的电压或电流等模拟量；电流信号输入部分通过电流变送器来监测主电机电流，并转化成标准的电压或电流等模拟量。(2)信号控制部分，通过PLC控制方式来实现对设计要求的准确操作。为了能够实现上述功能，输入部分可选0～500V的电压变送器以及0～5A的穿孔穿芯一体化电流变送器；控制部分选用PLC来实现精确控制。因此，总的设计思路为：当系统正常运行时，系统电压通过电压变送器输入PLC的AD模块转换成数字量与PLC内预设值比较，当系统电压大于1.15倍额定电压或小于0.75倍额定电压时断开总电源并发出声光报警信号；主电机电流通过电流变送器输入PLC的AD模块转换成数字量与PLC内预设值比较，当电流大于1.10倍的额定电流时断开主电机电路并发出声光报警信号。3细纱机电气控制主回路的设计3.1细纱机主电路设计由毕业设计任务书的要求：主电机有过载保护和短路保护功能；电源有欠压保护和过压保护功能；当电源电压（线电压）小于0.75UN时,要求控制系统产生欠压保护；当电源电压（线电压）大于1.15UN时，要求电气控制系统产生过压保护。同时发出相应的声光报警信号。故而得出以下细纱机电气主电路图：图3-1电气主接线图前半部份图3-2电气主接线图后半部分图3-3继电器电气控制回路前半部分图3-4继电器控制回路后半部分3.2主要电器设备计算及选型3.2.1型细纱机的主要电器设备的选择(1)主电动机的选择电动机（Motors）是把电能转换成机械能的设备，分布于各个用户处，电动机按使用电源不同分为直流电动机和交流电动机，电力系统中的电动机大部分是交流电机，可以是同步电机或者是异步电机（电机定子磁场转速与转子旋转转速不保持同步速）。YCT系列电磁调速电动机是一种控制简单的交流调速电动机，由Y系列三相异步电动机，涡流离合器(又称电磁转差离合器或滑差离合器)和测速发电机组成，通常与JD系列、TKZ系列控制器(或其他控制装置)组成一套具有测速负反馈系统的交流无级调速驱动装置，能在比较宽广的转速范围内进行平滑的无级调速。其结构和原理将在接下来的章节中予以介绍。我国生产的Y系列三相异步电机具有高效、节能、性能好、振动小、噪声低、寿命长、可靠性高、维护方便、起动转矩大等优点。Y系列电动机应用于无特殊要求的机械设备、农业机械、食品机械、风机、水泵、机床、拌搅机、空气压缩机等。Y系列电机容量在4KW以上的都是三角形联结，额定电压为380V，起动时，先将定子绕组接成星形，这时加在每相绕组上的电压是电源电压除以3(约等于220V)。电机起动后，再改接到三角形联结，此时电机端电压为额定值。电机起动时接成星形，起动电流只有原来三角形联结的1/3。但起动转矩也相应降低，因为电机的转矩与所加的电压的平方成正比，所以起动时接成星形，起动转矩也只有原来三角形联结的1/3。但对Y系列电机而言，因为它的起动转矩大，其平均值为额定转矩的1.96倍，故采用星-三角起动不仅适用与轻载起动的场合，也可用于较重负载起动的场合。如果Y系列电机容量大于4KW时，应当采用星-三角减压起动方法。如果Y系列电机容量小于4KW时，则应该用直接启动。主线路中的主电机是控制生产线的水平作业，不需要带动物体运转，所以使用功率不大于4KW电机即可。因此所选电机可允许直接起动。主电机选用型号如下表3-1所示。表3-1电机型号选择型号功率（KW）额定电流（A）额定电压（V）额定转速（r/min）主轴电机Y160L-41530.33801460行车电机Y90S-41.53.73801400风机Y100L1-42.253801420升降电机Y80S-20.752.03801390滴油电机YSF63320.370.153801390吹吸风电机Y90S-41.53.73801400(2)自动空气开关自动空气开关又称自动空气断路器，是低压配电网络和电力拖动系统中非常重要的一种电器，它集控制和多种保护功能于一身。除了能完成接触和分断电路外，尚能对电路或电气设备发生的短路．严重过载及欠电压等进行保护，同时也可以用于不频繁地启动电动机。压断路器有DZ系列和DW系列等。DZ5系列为小电流系列，其额定电流为10～50A；DZ15系列为大电流系列，其额定电流等级有100A、250A和600A三种。它在电路中可以起短路保护作用。电动机保护用断路器可分为两类：一类是指断路器只作保护而不负担正常操作；另一类是指断路器需兼作保护和不频繁操作之用。后一类情况需考虑操作条件和电寿命。电动机保护用断路器的选用原则为：(1)长延时电流整定值等于电动机额定电流。(2)瞬时整定电流：对保护笼型电动机的断路器，瞬时整定电流等于（8-15）倍电动机额定电流，取决于被保护电动机的型号、容量和启动条件；对于保护绕线转子电动机的断路器，瞬时整定电流等于（3-6）倍电动机额定电流，取决于被保护绕线转子电动机的型号、容量和启动条件。(3)6倍长延时电流整定值的可返回时间大于等于电动机实际启动时间。按启动时负载的轻重，可选用可返回时间为1、3、5、8、15S中的某一档。(4)采用断路器作为多台电动机的短路保护时，瞬时脱扣器的整定电流为1.3倍最大一台电动机的启动电流再加上其余电动机的工作电流。负载是电动机，首先要考虑它的启动电流．电动机的启动电流是它的额定电流的1．25～1．5倍．根据电动机和启动要求，取和交流接触器一个等级作为熔断器和热继电器的后备保护即可。我的计算如下主轴电机：I1=30.3×1.5A=45.45A风机：I2=5×1.5=7.5A吹吸风电机：I3=3.7×1.5=5.55A滴油电机：I4=0.15×1.5=0.225A行走电机：I5=3.7×1.5=5.55A钢领板升降电机：I6=2.0×1.5=3A电源电路I7=45.45+7.5+5.55+0.225+5.55+3=67.33A如下是选择的空气开关表3-2空气开关的选择主轴电机风机滴油电机行走电机升降电机吸风电机电源电路断路器DZ5-50DZ5-50DZ5-50DZ5-50DZ5-50DZ5-50DZ10-100（3）交流接触器接触器是一种自动化的控制电器。接触器主要用于频繁接通或分断交、直流电路，具有控制容量大，可远距离操作，配合继电器可以实现定时操作，联锁控制，各种定量控制和失压及欠压保护，广泛应用于自动控制电路，其主要控制对象是电动机，也可用于控制其它电力负载，如电热器、照明、电焊机、电容器组等。接触器按被控电流的种类可分为交流接触器和直流接触器。这里主要介绍常用的交流接触器。交流接触器又可分为电磁式和真空式两种。接触器的选择主要依据一下几个方面：①根据负载性质选择接触器的类型。②额定电压应大于或等于主电路工作电压。③额定电流应大于或等于被控电路的额定电流。对于电动机负载，可按下面的经验公式计算：Ij=1.3I（3-1）④吸引线圈的额定电压与频率要与所在控制电路的选用电压和频率相一致。由于主轴电机我采用的是Y/D启动，并且根据一般经验，接触器选择比电机电流大2倍。所以我计算如下：主轴电机：KM1IN1=30.3×2=60.6AKM2IN2=30.3×1.732÷3×2=17.42×2=34.8AKM3IN3=30.3÷3×2=20.2A风机KM0IN4=5×2=10A吹吸风电机KM5IN5=3.7×2=7.4A行车电机KM13=KM14IN13=3.7×2=7.4A升降电机KM6=KM7IN6=2×2=4A滴油电机KM4IN4=0.15×2=0.3A我结合上面的热继电器型号选择如下型号的接触器。表3-3接触器的选择主轴电机风机行走点饥滴油电机吹吸电机升降电机接触器型号CJ20-40.CJ20-10CJ20-10CJ20-10CJ20-10CJ20-10（4）热继电器选择热继电器是一种电子控制器件，它具有控制系统（又称输入回路）和被控制系统（又称输出回路），通常应用于自动控制电路中，它实际上是用较小的电流去控制较大电流的一种“自动开关”。故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。在电力拖动控制系统中，当三相交流电动机出现长期带负荷欠电压下运行、长期过载运行以及长期单相运行等不正常情况时，会导致电动机绕组严重过热乃至烧坏，为了充分发挥电动机的过载能力，保证电动机的正常起动和运转，当电动机一旦出现长时间过载时又能自动切断电路，从而出现了能随过载程度而改变动作时间的电器，这就是热继电器。热继电器的主要技术参数有额定电压、整定电流、相数、热元件编号及整定电流调节范围等。热继电器的整定电流是指热继电器的热元件允许长期通过又不致引起地板郭子仪的电流值，对于某一热元件，可通过调节其电流调节旋钮，在一定范围内调节其整定电流。热继电器选用时，主要是根据电动机的使用场合和额定电流来确定热继电器的型号及热元件的额定电流等级，在不频繁起动场合，要保证热继电器在电动机的起动过程中不产生误动作，通常可按电动机的额定电流选取热继电器。对于三角形连接的电动机，应选择带断相保护功能的热继电器。表3-4热继电器型号的选择主轴电机风机行走点饥滴油电机吹吸电机升降电机热继电器型号JR20-63JR20-10JR20-10JR20-10JR20-10JR20-10（5）连接导线选用低压动力线因其负荷电流较大，故一般先考虑发热条件选择截面，此由于线路较短不考虑电压损失和机械强度。铜芯一般是1平方5安培，15KW电动机额定电流30.3A，选取的导线的安全载流量要大于电机的额定电流，视电机的负载情况，一般情况下开关配置比电机高一档，但电缆配置比开关高一档，16平方三芯电缆的载流量大约为100A,所以16平方三芯电缆满足电机需要。1.5平方的铝芯载流量大概10安培，所以控制回路用1.5平方单芯铝线就足够了。（6）电流变送器及电流互感器电流互感器它的工作原理和变压器相似。它的特点是：(1)一次线圈串联在电路中，并且匝数很少，因此，一次线圈中的电流完全取决于被测电路的负荷电流．而与二次电流无关；(2)电流互感器二次线圈所接仪表和继电器的电流线圈阻抗都很小，所以正常情况下，电流互感器在近于短路状态下运行。电流互感器一、二次额定电流之比，称为电流互感器的额定互感比：KN=I1n/I2n因为一次线圈额定电流I1n己标准化，二次线圈额定电流I2n统一为5(1或0.5)安，所以电流互感器额定互感比亦已标准化。KN还可以近似地表示为互感器一、二次线圈的匝数比，即KN=N2/N1式中N1、N2为一、二线圈的匝数。电流互感器的作用就是用于测量比较大的电流。当电流超过一定数值时，电度表和其它测量仪表应经电流互感器接入电路，使测量仪表及工作人员避免与大电流回路直接接触，从而保证仪表及人身的安全。在仪表制造方面也易做到标准化，且可利用互感器任意扩大测量范围，仪表的准确度也容易提高。LA-10Q电流互感器为半封闭式浇绝缘，户内型产品.适用于交流50Hz，10KV及以下线路中，供电流,电能功率测量以及继电保护用。我选用额定电流为100/5的LA-10Q型电流互感器，即它的匝数比为KN=N2/N1=1/20。我选用额定电流为100/5的LA-10Q型电流互感器，即它的匝数比为KN=N2/N1=1/20。变送器种类很多,总体来说就是由变送器发出一种信号来给二次仪表使二次仪表显示测量数据。将物理测量信号或普通电信号转换为标准电信号输出或能够以通讯协议方式输出的设备。一般分为：温度/湿度变送器，压力变送器，差压变送器，液位变送器，电流变送器，电量变送器，流量变送器，重量变送器等。变送器——遵循一个物理定律（或实验数学模型）将物理量的变化转化成4-20mA等标准信号的装置。变送器将传感信号转换为统一的标准信号：0/4-20mADC,1-5VDC,0-10VDc变送器：除有传感的功能之外还有放大整形的功能，输出为标准的控制信号。我选择LA-10Q型电流互感器和D2PTC1AC电流变送器（7）电压变送器三相交流电压变送器是一种将交流电压转换成按比例输出的与负载无关的直流电流或电压的装置，广泛的应用在电力、石化、油田、冶金、自控等各个需要电量测量的行业。在这里选择了PAS-U3交流电压变送器。其型号用PAS-U3-V6-P5-O4，U3代表的是三相交流电，V6代表输入电压范围为0～500V，P5代表加AC220V电源，O4代表的是输出范围为0～5V。3.2.2主电机电气控制线路设计及设备的选择（1）主电机电气线路是由低压断路器、接触器、热继电器来构成电机的保护，控制线路由PLC控制接触器线圈来实现电气线路的通断。例如图3.1中的主电气图和图3.2的控制回路SB3SB4SB3SB4X02X03～KM2过流报警Y01Y13HL2Y06FR1X04图3.5主电气图图3.6控制回路图3.5主电机电气线路中的1，2，3孔是穿孔穿芯一体化电流变送器的一次电流侧，主电机的三相主回路从此穿过，变送器的二次侧输出与输入电流成比例的0～5V电压信号，可监控主电机电路的电流。当电流大于额定电流的1.05倍时，通过控制PLC输出使KM2接触器断开。低压断路器的作用是当发生过载或短路等故障时能自动切断电路，接触器的作用控制电机的启动和停止，热继电器的作用是防止电动机长期过载运行而导致严重过热。PLC的控制过程如下：按下启动按钮SB3，输入端X002闭合，使接触器KM2线圈得电，接触器KM2主触头闭合，输出端Y001和Y006接通，主电机灯工作指示灯HL2点亮，Y001端自锁，主电机得电直接起动。热继电器FR1的常开触点连接于输入端X004，X004的常闭触头分别与接触器线圈KM2串接，当过载时，热继电器FR1的常开触头闭合，X004的常闭触头断开，接触器线圈KM2失电，Y001停止工作，主电机停止运转。（2）选择低压断路器的额定电流一般为电机额定电流的2倍。接触器的额定电流应大于或等于被控电路的额定电流，对于电动机负载，通常按照1.3倍的电动机额定电流来选择。热继电器的选用通常可按电动机的额定电流选取。通过线路各设备的电流大小计算为：主电机线路各设备的电流计算：低压断路器：IQF1＝2IN＝22.1＝4.2（A）接触器：IKM2＝1.3IN＝1.32.1＝2.73（A）热继电器：IFR1＝IN＝2.1（A）根据以上数据选择相对应的设备型号如下表3-5所示。表3-5主电机线路主要设备型号电气设备名称电气设备额定电流（A）电气设备型号低压断路器6DZ15-40/3902接触器9CJX2-09热继电器3.5JR16-20/3D连接导线16BV型铜芯塑料线（0.75mm2）3.2.3三相电源线路和控制线路设计及设备选择（1）三相电源线路由接触器构成线路的保护，三相电压变送器对三相电压进行监测。由PLC来进行控制。三相电源线路通过接触器来控制电路的分断。PLC的工作过程为：按下三相电源按钮SB1，输入端X000闭合，使接触器KM1线圈得电，KM1主触头闭合，输出端Y000和Y005同时接通，电源灯HL1点亮，Y000端自锁，而且接通三相电路；三相电压变送器对三相电压进行监测，并把采集数据送进AD模块，AD模块把模拟量转化成数字量，在PLC内进行比较，当电压大于1.15UN或电压小于0.75UN时，接触器KM1线圈失电，主触头断开，从而起到保护电路的作用。3.2.4三相电源线路主要设备的计算和选择选择低压断路器的额定电流一般为电机额定电流的2倍。接触器的额定电流应大于或等于被控电路的额定电流，对于电动机负载，通常按照1.3倍的电动机额定电流来选择。通过接触器和导线的电流大小计算为：低压断路器：IQF1＝4.2+0.5+3.18×2＝11.6（A）接触器电流计算：IKM8＝2.73+0.325+2.067×2=7.189（A）连接导线电流计算：IKM7＝2.1+0.25+1.59×2=5.53（A）根据以上数据选择相对应的设备型号如下表3-6所示。表3-6三相电源线路主要设备型号电气设备名称电气设备额定电流（A）电气设备型号低压断路器16DZ15-40/3902接触器9CJX2-09连接导线16BV型铜芯塑料线（0.75mm2）4细纱机电气控制回路的设计当今世界，科学技术飞速发展，为了能实现高效生产，企业对细纱的自动化程度要求也越来越高。应用微机系统、嵌入式单片机、PLC等技术来提高细纱设备的自动化程度，是实现细纱生产数字化处理与智能控制的基础。当完成相应的粗纱准备工作后，细纱成了精纺纱中不可缺少的一环。本研究根据FA506型细纱机工作过程中的工艺流程特点，将PLC应用于整个细纱过程的控制，以使得细纱机能高效高质量完成相关生产工作。4.1PLC的基本构成PLC由中央处理单元，存储器，输入单元，输出单元，电源五部分组成。其结构框图如下:编程器中央处理单元（CPU）编程器中央处理单元（CPU）输入输入单元输出单元，电路电源系统程序存储器用户程序存储器电源系统程序存储器用户程序存储器图4-1PLC结构简化框图（1）中央处理单元是PLC的控制中枢，核心部件，其性能决定了PLC的性能。组成：由控制器，运算器和寄存器组成，这些电路都集中在一块芯片上，通过地址总线，数据总线，控制总线，与存储器的输入，输出接口电路相连。（2）存储器是具有记忆功能的半导体电路。作用：存放系统程序，用户程序，逻辑变量和其它一些信息。系统程序：控制PLC完成各种功能的程序，由PLC生产厂家编写，并固化到只读式存储器ROM中，用户不能访问。用户程序：用户根据工程现场的生产过程和工艺要求编写的程序。通过编程器输入到PLC的随机存储器RAM中，允许修改，由用户启动运行。ROM为只读存储器，存放PLC制造厂家写入的系统程序，并永远驻留在ROM中，PLC去电后再上电，ROM内容不变。RAM为可读写的存储器，读出时其内容不被破坏，写入时，新写入的内容覆盖原有的内容。为防止掉电后信息丢失，配有后备锂电池。除此而外，PLC还有EPROM、EEPROM存储器。（3）输入单元是PLC与工业生产现场被控设备相连的输入接口，是现场信号进入PLC的桥梁。作用：接收主令元件，检测元件传来的信号。输入类型：直流输入，交流输入，交直流输入。输入接口采用光电耦合电路，目的是把PLC与现场电路隔离，提高PLC的抗干扰能力。接口电路内部有滤波，电平转移，信号锁存电路。各PLC生产厂家都提供了多种形式的I/O部件或模块供用户选用。（4）输出单元也是PLC与现场设备之间的连接部件，把输出信号送给控制对象的输出接口。作用：将中央处理器送出的弱电信号转换成现场需要的电平信号，驱动被控设备的执行元件。输出类型：继电器输出，晶体管输出，晶闸管输出。输出接口电路也采用光电耦合，每一点输出都有一个内部电路，由指示电路，隔离电路，继电器组成。输出接口电路也有输出状态锁存、显示、电平转移和输出接线端子排，输出部件或模块也有多种类型供选用。（5）电源作用：将交流电转换成PLC内部所需的直流电源。类型：目前大部分PLC采用开关式稳压电源供电。PLC除上述五部分外，随机型的不同还有多种外部设备，其作用是帮助编程，实现监控以及网络通讯，常用的外部设备有编程器，打印机，盒式磁带录音机，计算机等4.2本设计中PLC的选用PLC是PROGRAMMABLECONTROLLER的简称，中文译作可编程序控制器，也有的叫可编程控制器。可编程序控制器是工业控制电路的集成模块，PLC有把工业控制电路简易化、小型化、可靠性高、安装调试方便等优点。只要更改程序，就可改变内部控制电路，使内部电路更改方便，完善的接口，使各种设备都可与之连接，是取代电脑工控机的最佳选择。PLC可编程序控制器：PLC英文全称ProgrammableLogicController,中文全称为可编程逻辑控制器，定义是:一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算,顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程.PLC的选用与继电器控制系统的元件选用不同，继电器系统元件的选用，必须要在设计结束之后才能订出各种元件的型号、规格和数量以及确定控制盘、控制柜的大小等。而PLC的选用则在应用设计的开始即可根据工艺提供的资料及控制要求等先进行。（1）PLC的选用一般从以下几个方面考虑:满足被控对象的要求基本原则是需要什么功能，就选用具有什么样功能的PLC，同时也适当地兼顾维修、备件的通用性以及今后设备的改进和发展。一般小型PLC只具有逻辑运算、计时、计数等功能，对于只需要开关量控制的设备，一般小型PLC即可满足控制要求。用于开关量控制，PLC的扫描速度无需考虑，一般都可以满足要求。如果被控对象以开关领控制为主，同时还需要少量控制量的控制，则可考虑选用小容量、高性能的机型，如OMRON的C40H，三菱FX2N，西门子S5-100U，日立的E系列等机型，这类PLC除开关量外，还具有算术运算、A/D、D/A转换、BCD码处理功能。（2）PLC的容量选择PLC的容量包括两个方面：一是I/O点数。二是用户存储器的容量。多数小型极为整体式，同一型号的整体式PLC，除按点数分成许多档以外，并配以不同点数的I/O扩展单元，来满足对I/O点数的不同需要。例如三菱FX2型PLC，主机分成10点、24点、32点、64点、80点、128点六档，同时配以I/O点数的8点、10点、24点三种I/O扩展模块。OMRONC20HPLC有I/O点数140个，同时具有扩展模块。西门子S5-100U型PLC的I/O点可达256点，有较强的模拟量控制功能。使用于脚大型机械设备，不适于本机。对于一个被控对象，所用的I/O点数不会轻易变化，但考虑到工艺和设备的改动，或I/O点的损坏/故障等，一般应考虑留有10%~15%的余量。用户按控制要求编写的应用程序应存入用户程序存储器中。用户程序存储器的容量以步（或字）为单位，每步可以贮存一条指令。用户所需要程序存储器的容量在编好程序后虽然可以准确计算出来，但在设计刚开始时往往办不到，因此常先估算在选用PLC的型号。根据实验室的器材条件以及我自身对此次设计的方案，我选择用三菱FX2N型PLC，具体型号就用FX2N-64MR。FX2N-64RM型PLC的外观：图4.2FX2N-64MR型PLC外观4.3FX2N-4AD模拟转换器4.3.1FAX2N-4AD的特点：(1)提供12位高精度分辨率；(2)4通道电压输入（-10V～+10V）或电流输入（-20～20mA）；(3)每一通道都可以指定电压或电流输入；(4)FX2N最多可连接8台；(5)FX2N-4AD的性能指标如表3-1所示：表4-1FX2N-4AD的性能指标项目电压输入电流输入根据是电流输入还是电压输入，使用端子有不同模拟量输入范围DC-10～+10V（输入电阻200KΩ）绝对最大电压输入VDC-20～20mA（输入电阻250Ω）绝对最大输入30mA数字输出范围带符号位12位二进制分辨率5mV(10V×1/2021)20µA(20mA×1/1000)综合精确度（相对于最大值）转换速度15ms×（1～4）通道（高速转换方式为6ms×（1～4）通道）隔离方式光电隔离及采用DC/AC转换器使输入和PLC电源间隔离模拟量用电源DC24（110%）V55mA输入输出占有点数程序上为8点（计输入或输出点均可）有PLC供电的消耗功率为5V30mA4.3.2FX2N-4AD的缓冲寄存器（BFM）分配可编程序控制器的基本单元与FX2N-4AD之间的数据通信是由FROM/TO指令来执行的。FROM是基本单元从FX2N-4AD读数据的指令。TO是基本单元将数据写到FX2N-4AD的指令。实际上读写操作都是对FX2N-4AD的缓冲寄存器BFM进行的操作。缓冲区由32个16位的寄存器组成，编号为BFM#0～#31，FX2N-4ADBFM分配表如表4-2所示。表4-2FX2N-4ADBFM分配表BFM内容#0初始化通道，表示HOOO0，缺省值为HOOO0。最低位数字控制通道1，最高位控制通道4。其中，O=0时设定输入范围-10～+10V；O=1时设定输入范围+4～+20mA；O=2时设定输入范围-20～20mA；O=3时关闭该通道#1通道1各通道平均值取样次数的指定。取样次数范围从1到4096，若设定该值范围时按缺省设定值8次处理#2通道2#3通道3#4通道4#5通道1采样输入的平均值#6通道2#7通道3#8通道4#9通道1采样输入的前值#10通道2#11通道3#12通道4#13～#14没使用#15转换速度的选择：置“0”时为15ms/通道，置“1”时为6ms/通道#16～#19没使用#20置1时，设定值均回复到缺省设定值。置“0”时，设定不改变#21增益和零点的设计值调整是否可改动：（b0,b1）置（1，0），则禁止改动。置1允许改动。零点：数字量输出为0时的输入值。增益：数字输出为+1000时的输入值。#22零点和增益的调节b7b6b5b4b3b2b1b0G4O4G3O3G2O2G1O1#23零点值需要调整的输入通道由BFM#22的G-O（增益-零点）位的状态指定。例如，若BFM#22的G1、O1位置为1，则BFM#23和24的设定值即可送入通道1的增益和零点寄存器。各通道的增益和零点既可统一调整，也可独立调整。#24增益值#25～#28没使用#29错误状态信息b15b14b13b12b11b10b9b8b7b6b5b4b3b2b1b0#30特殊功能模块的识别码，PLC可用FROM指令读入。FX2N-4AD的为K2021#31没使用4.4细纱机PLC控制程序的设计4.4.1细纱机PLC控制程序的设计要求在对系统硬件电路作出合理的设计后，接下来的主要任务就是软件设计。软件设计方法是指导软件设计的某种规程和准则，结构化程序设计是最常用的程序设计方法，它采用自顶向下逐步求精的设计方法和单入口单出口的控制结构，