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1、精选优质文档-倾情为你奉上中原工学院机电系统综合性课程设计单 位： 机电学院学 号：5姓 名： 董帅兵指导教师：邓大立 靳继勇 2011年 06 月 29 日 机电系统综合实验指导书一、 实验目的机电系统综合实验的主要目的是通过对典型纺织机电系统模型的设计和调试操作，培养学生综合运用前期所学知识的能力。通过实际动手操作，使学生能够理论联系实际，增强解决实际问题的能力。机电系统综合实验以学生独立工作为主，教师的辅导为辅。要充分调动学生得积极性，培养学生得自主性和创新意识。二、 实验任务1. 任务描述完成纺织机械同步传动控制实验系统设计。针对纺织生产过程的特点，反映生产线中各单元机之间的速度同步控
2、制。机构装置主要应由五个单元组成：积极喂入机构、第一握持点、第二握持点、第三握持点和积极卷取机构。应能代表纺织机械运动的基本模型。积极喂入机构可以代表前台单元机的积极输出；三个握持点之间可以表示织物或化纤加工过程的牵伸和超喂；每个握持点还可以表示轧车等染整机械的运动；多只转轴可以表示梳棉机中的锡林、道夫、盖板等零部件之间的关联运动。控制部分采用PLC（继电器型）控制三相变频电机，完成同步传动。并能实现张力对系统运动的闭环控制，实现各单元之间的速度同步，张力恒定，自动控制收卷，放卷等各种功能。（选作）通过工业触摸屏进行现场控制，使用装有wincc组态软件的计算机对系统的监控。通过Profibus
3、总线实现工业触摸屏的监控、与plc、变频器的通信，采用工业以太网实现使用装有wincc组态软件的计算机对系统的监控。实验设备纺织机械传动模型一台主要由五个单元组成：积极喂入机构、三个握持点和积极卷取机构。共8只转轴，该系统基本代表了纺织机械运动的基本模型。驱动及控制部分5个三相变频电机及操作台一套（包括HMI一台、按扭指示灯若干）、控制柜体一套（包括PLC S7200一套、变频器5台、继电器、空开、导线若干）、张力传感器一套、传感器若干、装有wincc组态软件的计算机等。2. 实验要求（1） 查阅文献，确定系统设计方案；（2） 机构总体设计和典型零件设计；（3） 电气硬件设计，如：电气元件型号
4、的确定、设计并说明PLC、变频器与各电气元件的接线安装图等；（4） 相应的软件设计，如：PLC控制程序（Step7Micro、step7）设计、采用WinccFlexible组态软件设计工业触摸屏组态界面（选作）、采用wincc组态软件设计PC机组态界面等；（5） 设计系统控制柜元件布置图与操作台面板。（6） 操作调试（7） 撰写实验报告。三、 实验报告的主要内容1 实验目的及任务2 实验使用的主要设备 3 实验过程（1） 总体方案；（2） 机械设计部分；（3） 电气设计；（4） 操作调试4 结论实验结果及分析，将设计中遇到的主要问题及解决方法、调试过程及方法、在调试过程中对原设计得程序做了哪
5、些有意义得改进及联机统调结果，通过调试说明进行阐述。5 参考文献6 附录附录是附在课程设计正文后的有关材料，包括完成控制任务的全部控制程序、所有工程图纸及其他的辅助说明材料。四、 时间进度安排时间内容6月13日布置任务，准备资料，查阅文献14-15系统方案设计16-17机构总体设计20-22典型零件设计23-26控制硬件、软件设计27操作调试28撰写实验报告6月29日考核目录机械同步传动及测控系统设计报告一 引言1.1研究背景纺织工业要求恒压力向前传动，本系统结构有五个电动机带动辊子与橡胶辊摩擦从左到右运动五个电动机速度不一样，可以实现对纺织品的牵拉作用。多电机同步传动控制一般有PLC和变频器
6、实现电机无级变速。1.2设计目的变频电机的转速范围01500r/min，按下启动按钮，布料按一个初始速度自左向右运行，一直按下升速按钮，布料运行速度持续上升（上升到上限不在上升），一直按降速按钮，布料运行速度持续下降（下降到下限不在下降），按停止按钮，系统停止运行。1.3设计内容及任务课设设计能够把学生的理论知识与实际问题相结合，能很大程度上提高学生们解决实际问题的能力，是同学们锻炼自己的很好机会。课程设计以培养工程应用能力为主，在独立完成设计任务的同时，还要进行多方面能力的培养和提高，为毕业设计以及毕业后的工作能力打下良好的基础。本课题是纺织机械同步传动综合实验模型。用于“纺织测控系统”，该
7、系统应能表现纺织工艺过程及纺织运动特性。我们需要结合各种纺织机械传动的一致特点，例如并条机、粗纱机、细纱机、整经机、浆纱机中的轧压机构、同步能力、速度检测等，这个同步传动机构力求简单、全面，能适应现代控制技术的基本要求。该模型为五轴传动，课题任务分配如下：1. 方案分析熟悉纺织过程中所有的机械传动，工艺路线及机械结构，总结出各种机械各个部分的运动特征，2.根据课题要求进行总体方案的设计，优化设计方案，进行具体结构、零部件的设计，根据设计进行强度校核，用CAD绘制装配图。机械设计的一般设计流程3.控制系统的设计，通过任务书的控制要求，设计控制系统。控制系统设计一般流程4.程序调试，程序调试是检验
8、是否满足设计的控制要求以及修改程序达到设计要求必不可缺少的环节。5.写实验报告，总结心得最后完成本次课程设计。二 系统的总体设计2.1 总体方案的设计大多数纺织机械都要求能实现同步传动，在不同的电机或其他装置的控制下，实现各自对象的同步传动。如在并条机构中对导条辊、张力辊、上下罗拉、卷绕辊的同步控制。对课题进行分析后可知方案的设计应具有如下特点：首先是我们设计的实验模型应具有纺织机械的主要运动特点，喂棉、牵伸、卷绕等同步运动机构；其次是主要的运动机构应具有张力检测、速度控制等装置，并且机构简单，便于操作；最后是此实验模型应建立在现实条件的基础上，运动平稳可靠，适应性好，经济实用，便于设计、维护
9、、检修。图2-1所示方案的运动特点有：1. 该模型的主要运动机构有喂入、牵伸和成卷组成，如图1所示。2. 该运动机构可实现送布、加压、张力检测、卷绕、牵伸、同步传动、成卷等工作。通过给棉罗拉1、因纱辊2、主动辊3、张力辊4、张力调节装置11和导布辊10实现送布和张力检测。压力调节装置8为压力辊5施加一定的压力，加上三个独立的电机7分别控制三根罗拉，并通过对这些电机的速度的调节来处理各牵伸辊之间的动力传递关系和速比要求，达到牵伸目的，同时又能使各道牵伸机构保持同步，以保证各个罗拉之间可以维持相对稳定的牵伸倍数，达到同步传动。3. 该方案的牵伸机构采用三上三下罗拉牵伸形式，由辊、加压装置、电机等组
10、成。4. 该运动机械的控制能实现实现纺织布料在该系统中自左向右的同步加速、减速和匀速传动。1-给棉罗啦 2-导布辊 3-主动辊（4个） 4-张力辊 5-压力皮辊（3个） 6-纱线 7-电机（5个） 8-压力调节装置（4个） 9-大压辊 10-张力检测装置 11-卷纱辊 图1 方案一模型示意图方案的传动模型结构紧凑，特点明显，传动路线清晰，可实现送布，加压、张力检测。卷绕、牵伸、同步传动、成卷等多项工作。卷绕机构采用电机带动摩擦辊驱动，依靠改变摩擦辊和卷绕辊的位置来完成成型卷绕。牵伸机构采用采用三罗拉牵伸形式，设计简单，并且有压力调节装置和张力检测装置，它们和电机一起都由PLC实时控制，与本次课
11、题设计的要求相符，因此采用本设计的方案。2.2控制方式的选择2.2.1、微机控制方案微机控制具有体积小、功耗低、性能可靠、价格低廉、使用方便灵活、易于产品化等诸多优点，特别是强大的面向控制的能力，使它在工业控制、智能仪表、外设控制、家用电器、机器人、军事装置等方面得到了极为广泛的应用。但与此同时，由于微机控制系统所有的电路集中在一块电路板上，其实现的功能、输入输出的点数受到限制，而且系统的散热性，维护性受到考验，若其中一部分损坏，其只能全部更换。另外，微机控制系统开发周期长，一旦要有变化修改比较麻烦。2.2.2、PLC控制方案PLC种类繁多，但其结构和工作原理基本相同。PLC其实就是专为工业现
12、场应用而设计的计算机，采用了典型的计算机结构，主要是由中央处理器（CPU）、存储器、输入/输出单元，电源及编程器几大部分组成。PLC控制具有以下特点：（1）控制逻辑PLC采用存储器逻辑，其控制逻辑以程序方式存储在内存中，要改变控制逻辑只需改变程序即可，故称“软接线”。其接线少，体积小，因此灵活性和扩展性都很好。PLC由大、中规模集成电路组成，因而功耗较小。（2）可靠性和可维护性PLC配有自检和监督功能，能检查出自身的故障并随时显示给操作人员，还能动态地监视控制程序的执行情况，为现场调试和维护提供了方便。（3）控制速度PLC由程序指令控制半导体电路来实现控制，属无触点控制，速度极快，一条用户指令
13、的执行时间一般在微秒数量级，且不会出现抖动。（4）定时控制PLC使用半导体集成电路做定时器，时基脉冲由晶体振荡产生，精度相当高，且定时时间不受环境的影响，定时范围一般从0.001S到若干天或更长。用户可根据需要在程序中设置定时值，然后用软件来控制定时时间。2.3 结论经过比较，我们发现PLC控制系统具有以下鲜明的特点： (1) 系统构成灵活，扩展容易，以开关量控制为其特长。(2) 使用方便，编程简单，采用简明的梯形图、逻辑图或语句表等编程语言，而无需计算机知识，因此系统开发周期短，现场调试容易。另外，可在线修改程序，改变控制方案而不拆动硬件。 (3) 能适应各种恶劣的运行环境，抗干扰能力强，可
14、靠性强，远高于其他各种机型。故选用PLC控制方案。三 结构设计3.1 电机的选择YVP系列变频器调速三项异步电动机是一种交流、高效、节能调速电动机，与变频器配合使用，是机电一体化的调速新产品。其具有效率高、调频范围广、噪音低、振动小、启动力矩大、结构简单，运行平稳（尤其在低频时）、使用可靠，维护方便等功能。并且体积小、重量轻，单独装有轴流风机，在不同转速下均具有良好的冷却效果。根据目前具有的条件，选择YVP系列变频调速三项异步电动机的基本机构型号为B5，即机座不带底脚，端盖有凸缘；安装结构形式采用V1型。型号选择YVP80(2)-4I。表1 YVP系列变频调速三项异步电机参数电机型号极数输入功
15、率同步转速额定转矩YVP80(2)-4I40.75kw1500r/min4.8N*M3.2减速器的选择在这里由于空间的有限，需要选择的减速器要结构紧凑、体积轻巧、小型高效、安装简单、灵活轻捷、易于维修；传动比大、扭矩大、承载过载能力高；运行平稳、噪音小、经久耐用、适应性强、安全可靠性高。查手册可知NRMV系列精工涡轮减速器正适合这种情况。依据本设计的方案结构特点以及设计电机的输出功率，实际辊轴传动的速度范围等参数选择下列型号的减速器，具体参数如表2所示。表2 NRMV系列精工涡轮减速器参数NRMV系列精工涡轮减速器型号减速比i输出转速（r/min）输入功率（kw）输入扭力（NM）安全系数SFR
16、V05052800.75232.73.3轴承的选择由于辊子的转动要求选择带座圆柱孔外球面轴承，而在安装轮子的地方选择深沟球轴承即可。它们的主要特点如下：深沟球轴承具有自动调心功能、负载能力大、使用寿命长、密封性能好、坚固的轴承座。3.4机架的选择根据模型的结构特点，设计要求，整体机架的受力情况，并根据目前情况，我初步选择冷弯等边槽钢焊接，GB/T6723-1986,型号为 120505。3.5 气缸的选择QGB系列气缸是缓冲式气缸。工作介质为经过净化处理的内油雾压缩气体。气缸的缓冲作用，是当活塞运动到接近行程末端时，安装于气缸内部的缓冲装置开始起作用，使活塞运动速度降低，运动平稳，避免发生冲击
17、现象，该系列气缸半径4050mm的为不可调缓冲，缸径63mm以及以上的气缸为可调缓冲式的。加压的气缸采用QGB63X40,工作压力为0.150.8Mpa，理论压力为拉力1250N，推力1120N，（假设压力为0.4Mpa时）；成卷机构的气缸采用QGB63X150,工作压力为0.150.8Mpa，理论压力为拉力1250N,推力1120N (假设压力为0.4Mpa)。3.6 张力传感器的选择因为此模型设计的是枕式安装，要求精度高，温漂小，相应快。寿命长，安装方便等，所以选择的张力检测装置为FMI型张力传感器。型号WieFMI0500，额定荷重500N。3.7 联轴器选择根据减速器的输出转矩为23N
18、M，选择联轴器为固定式刚性联轴器，其型号为：YLD4联轴器 GB5843-86具体尺寸见零件图。3.8 其他标准件的选择小轮上安装轴承的轴和孔的定位采用弹性挡圈，轴上用轴用弹性挡圈A型，取轴径25mm标准为GB894.1-86，孔上用孔用弹性挡圈A型，取孔径52mm，标准同上。键都采用圆头普通平键，依据GB1096-90选用合适的键。销选择GB119-86圆柱销和GB1197-86圆锥销。4 结构设计计算4.1轧辊计算4.1.1轧辊类型的选择在印染工业中常用的有金属轧辊、橡胶轧辊和纤维轧辊。在这里我们需要用到金属轧辊和橡胶轧辊。金属轧辊有铸铁辊、铜辊和不锈钢包覆辊等。铸铁辊最便宜，制造加工也比
19、较方便，因此曾广泛使用。但铸铁不耐腐蚀，容易生锈，铜辊的抗蚀性能较好，不受水分和大气腐蚀，且导热性能好，是目前应用较多的一种轧辊。不锈钢包覆辊采用无缝钢管特制而成，两端加闷头和轴连接。橡胶轧辊就是在辊体上包覆天然橡胶或是合成橡胶，由于橡胶棍的硬度、弹性等可调范围大，且价格便宜，目前引用广泛。这里的辊体采用无缝钢管，需要在无缝钢管表面车出节距为3毫米，自中央分开的左右螺纹，并在辊体两端车出梯形深槽，目的是使橡胶与辊体紧密结合，防止脱壳。包覆橡胶层的厚度一般取10毫米左右，这里取10毫米。橡胶轧辊辊面不得有气孔、裂纹、含咋等缺陷，特特别是不得嵌有金属粒屑，以免损伤织物，轧辊的不圆度允许小于等于0.
20、1mm.。4.1.2轧辊的结构轧辊基本上是由辊轴、辊体和闷头三部分组成。辊轴一般采用45号钢制成阶梯轴；为了节约钢材，在满足使用要求的前提下，我们采用不通轴型式。纤维轧辊由于结构特点决定了必须采用通轴。辊体采用无缝钢管材料制成，其壁厚随直径的大小而不同，直径=100-250mm时，壁厚不小于7mm，因此我们取7mm。辊体与轴体连结结构型式由于辊轴直径与辊体内径相差较大，这里采用闷头结构，与无缝钢管采用热压配合并焊接，利用过盈量将辊体与辊轴固定在一起。4.1.3牵伸轧辊的强刚度校和计算1）下扎辊强度通常轧辊的辊体只计算弯曲强度，辊体的轴颈要计算弯曲和扭矩，而轴头仅计算扭矩。对于无缝钢管，其闷头与
21、辊体或闷头与短轴凡是用过盈量配合联接的，而需进行压配合计算。这里我们不需要计算压配合。（1） 辊体的弯曲强度计算扎辊受力情况如图所示：图4下扎辊受力示意图轧辊中部的最大弯矩为：式中：轧辊轴承处的支撑反力（）； 轧点线压力（）； 辊体长度（）； 辊体两端轴承间的距离（）；由图2-4中可知：=1447，=1000。查气缸手册可知：加压装置施加于轧辊的加压力为2240N，即有=228.57（）。查手册知无缝钢管的比重，纤维的比重为。轧点所受的总压力：式中：加压装置施加于轧辊轴承处的总压力（）； 上轧辊的重量（）；令上轧点压力（）； 上轧辊重量在轧点处产生的线压力（）； 下轧辊单位长度的重量（）； 加
22、压装置施压于轧辊轴承处的线压力（）。则下轧辊的线压力为：下轧辊重量：（）下轧辊重量：（）则： 下轧辊的线压力：即：辊体在最大弯矩断面上的应力：式中：W辊体的抗弯截面系数（）；许用弯曲应力（），查手册知=100。对于空心轴，辊体的抗弯截面系数为：式中：辊体外径等于()； 辊体内径等于()；即有：则：满足要求。（2） 轴颈的强度计算轴颈受弯曲与扭转的联合作用，由图2-4可知，在轴颈11处承受弯矩。轴颈传递的转矩。式中：轧辊轴承处的支撑反力（）； C截面与间的距离； N传递的功率（）；有： 则：有：减速器的输出功率为0.75，轴承的效率，联轴器的效率为，则；由，转换单位后可知。，在这里我们取减速器的
23、输出转速。则：轴颈处的抗弯截面系数由于轧辊是转动的，因此所受的弯矩产生的应变是循环交变应力。而扭矩从理论上可认为是不变的应力，但实际上由于回转的不均匀，以及扭矩震动的存在，可把扭矩应力是做脉动循环交变应力。所以经轴可采用下列公式计算。则：转换单位后有：由手册查的，则可知轴颈满足要求。（3）下轧辊刚度在轧辊的设计中往往刚度比强度要考虑的多，因为轧辊的刚度对染整等工艺过程的加工质量有直接的影响。轧辊的刚度，也就是轧辊因弯曲变形而产生的挠度。轧辊的挠度只有与织物直接接触的辊体部分对整个工艺工程的加工质量有直接影响，而辊轴的挠度对轧压不均匀不产生直接影响。因此，技术轧辊挠度时，仅计算轧辊工作部分的挠度
24、，而不需要考虑包括轴颈在内的整个轧辊的挠度。轧辊的许用相对挠度值一般根据以下经验数值进行选择：轧水机轧辊：轧辊的工作幅度l较狭时，可选用较大的相对挠度值；工作幅度较宽时，则选用较小的相对挠度值。染色轧车的轧辊最大挠度值不得超过0.1毫米。在这里我们初步选择轧辊的最大挠度为：在计算轧辊挠度时，首先来作如下几点假设：1、把轧辊看作是两端支撑的简直梁：2、把轧辊机构看作对称与中心，并取轧辊的中心为坐标原点；3、由于轧辊弯曲变形后，上下辊体之间的线压力q是中间小，两端大。但为了简化计算，仍作为均匀载荷来考虑，即认为q是一个常数；4、由于辊体长度比辊筒直径大得多，所以由剪力产生的挠度略去不计。根据轧辊的
25、结构为不通轴、等截面梁，其挠度方程式为：其相应的辊体最大挠度值（即x=l/2时）为：轴的材料采用45号钢调质，其弹性模量E1=206GPa=即： = = =从上面我们可以知道轴的刚度是满足要求的。d.张力检测辊的刚度的校核计算张力检测辊是被动辊，依靠纱线的张力和摩擦力带动，在张力检测辊的轴承下部安装张力传感器，以检测辊子所受力，从而调节和控制纱线的张力。（1）轧辊强度1） 轧辊的弯曲强度计算 轧辊受力情况如图5所示：图5 张力辊受力图轧辊中部的最大弯矩为：我们取张力传感器的额定荷重500N为张力辊的最大受力。即有：则有：辊体的抗弯截面系数为：即有：可知张力辊满足强度要求。（2）轴颈的强度计算轴
26、颈受弯曲与扭转的联合作用，如图26可知，在轴颈处承受弯矩=C(kgcm)。轴颈传递的扭矩=71620(kgcm)。有则=C=25.5114.85=378.82（kgcm）由 N=735.075W1.341=0.986马力。由于压辊的转速n=280r/min外径为130mm，张力的辊的外径为75mm，由同步传动可知：则：轴颈处的抗弯截面系数由于轧辊是转动的，因此所受的弯矩产生的应力是循环交变应力。而扭转从理论上可认为是不变的应力，但实际上由于回转的不均匀，以及扭转振动的存在，可把扭转应力视做脉动循环交变应力。所以轴颈可采用下列公式计算：则：转换单位后则有: 则可知轴颈满足要求2）轧辊刚度 由于张
27、力辊的结构和压辊的结构相同，同样的我们可以把轧辊的结构定义为不通轴、等截面梁，其挠度方程式为：其相应的辊体最大挠度值（即时）为：轴的材料采用45号钢调制，其弹性模量。即： 即：从上我们可以知道轴的刚度是满足要求的。4.2轴承的校核计算在设计的结构中，我们可以知道，压辊处得受力最大，所以只需要校核这里的轴承，即其它地方的就能够满足要求了。首先知道输入转速n=280r/min，由于其使用的工作条件为一天8小时工作制，则由手册可查其基本额定寿命，引入速度系数和寿命系数，由手册查得，。则有轴承的额定疲劳寿命计算公式： 由手册查知：基本额定动载荷，由受力图可知，改轴只受径向载荷的作用，轴向载荷基本忽略不
28、计。则有：则：可知是满足要求的。 织物成卷装置的型式很多，这里采用消极式成卷装置，这类卷取机构主要有摩擦辊和卷辊组成，它是将卷布辊搁在一根主动辊上，靠主动辊表面摩擦传动卷布辊，有摩擦辊传动的回转卷曲运动，当摩擦国语版转速恒定时，可使卷装与摩擦辊接触表面线速度恒定，而卷装转速则与卷绕直径成反比。摩擦传动的卷取机构无需变速装置，结构简单，应用广泛。如装配图所示。随着卷绕直径的增大，摩擦辊与卷辊间的中心距必然会相应增大。这里采用的是卷辊固定，摩擦辊上下移动。接触压力的调节可采用气缸控制调节，另外，由于卷辊位置固定，有利于实现自动落筒，因而采用的较多。摩擦辊是告诉回转件，精度要求高，摩擦辊通过链轮直接
29、和变频调速三相异步电动机的轴相连，机构简单，同轴度好。摩擦辊一般是由经过高压特制而成的纤维层辊制成的。摩擦力大，耐腐蚀和不拉毛丝条。五 机械设计部分机械设计部分是本次课设的重点，也是我们花时间最多的部分，详图见图纸。5.1装配图明细表结合件代号名称数量材料规格每件净重备注JD126-0000纺织机械同步传动综合实验JD126-0000_1长横支架1结合件2JD126-0000_2气缸尾连接板结合件2JD126-0000_3短竖支架结合件2JD126-0000_4卷绕下轧辊结合件2JD126-0000_5卷绕上压辊结合件2JD126-0000_6气缸头连接板结合件2JD126-0000_7中竖支
30、架结合件2JD126-0000_8轴承支架结合件6JD126-0000_9长横支架2结合件2JD126-0000_10长竖支架结合件10JD126-0000_11长竖支架结合件2JD126-0000_12短横支架结合件2零件JD126-0001卷绕张力辊轴145JD126-0002压力指示器4JD126-0003牵伸下轧辊345JD126-0004前轮245JD126-0005送布辊滚子145JD126-0006轴承支撑架245JD126-0007牵伸辊辊子支撑架345JD126-0008牵伸上轧辊345JD126-0009卷绕辊辊子145标准件GB5782螺栓M6*1036GB5782螺栓M
31、8*1026GB5782螺栓M10*3542GB5782螺栓M12*4024GB5782螺栓M14*404GB5782螺栓M16*4012GB6170螺母M636GB6170螺母M826GB6170螺母M1042GB6170螺母M1224GB6170螺母M144GB6170螺母M1612GB97.1垫圈636GB97.1垫圈826GB97.1垫圈1042GB97.1垫圈1224GB97.1垫圈144GB97.1垫圈1612弹簧垫圈166GB893.1-86孔用弹性垫圈A型8GB893.1-86轴用弹性垫圈A型8GB/T 7180-95圆柱孔外球面轴承UC20514GB/T 7180-95圆柱孔
32、外球面轴承UC2068GB/T 7180-95圆柱孔外球面轴承UC2074GB/T276-1994深沟球轴承62064GB/T 7180-95立式轴承座P20514GB/T 7180-95立式轴承座P2068GB/T 7180-95方形轴承座FU2074六 电气设计部分6.1 纺织机械同步传动控制系统6.1.1 任务描述本系统结构与工作原理如上图所示，纺织品由五个电动机带动辊子与橡胶辊的摩擦带动左向右传动。要求设计该系统的控制部分，控制部分采用西门子S7-224xpPLC控制5个三相变频电机，实现纺织布料在该系统中自左向右的同步传动。6.1.2 控制任务和要求（1）确定本系统所需要的电气元件，
33、并说明元件型号；（2）变频电机的转速范围01500r/min；（3）按下启动按钮，布料按一个初始速度自左向右运行；（4）一直按下升速按钮，布料运行速度持续上升（上升到上限不在上升）；一直按降速按钮，布料运行速度持续下降（下降到下限不在下降）；（5）按停止按钮，系统停止运行；6.2控制方案的选择6.2.1控制方案的选择交流电机按品种分同步电机、异步电机两大类。同步电机转子的转速n与旋转磁场的转速相同，称为同步转速。n与所接交流电的频率 (f)、电机的磁极对数(P)之间有严格的关系 n60f/P在中国，电源频率为50HZ，所以三相交流电机中一对磁极电机的同步转速为3000转/分，三相交流电机中两对
34、磁极电机的同步转速为1500转/分，以此类推。异步电机转子的转速总是低于或高于其旋转磁场的转速，异步之名由此而来。异步电机转子转速与旋转磁场转速之差（称为转差）通常在10以内。转差率S=n0-n/n0 (n0为同步转速，n为空载转速)由此可知，交流电机（不管是同步电机还是异步电机）的转速都受电源频率的制约。因此，交流电机的调速比较困难,最好的办法是改变电源的频率。本系统结构与工作原理如上系统联动控制图所示，纺织品由五个电动机带动辊子与橡胶辊的摩擦带动左向右传动。首先可以看出该系统属于同步开环控制，在布的同步传动中必须保证布在传动过程中始终被拉直，因此要求后一个电动机的转速比前一个电动机的转速高
35、，但转速差不宜过大，否则会影响布的质量甚至会拉断布。从工程实际出发考虑，系统的工作方式为手动，由按钮来控制电机的启动停止以及升速和降速。机械的工作方式由具体需要而定，即既可以先升速后降速也可以先降速再升速也可以一直保持一种动作状态，但在按下升速按钮的时候再按降速按钮无效，反之亦然，即要具有联锁功能，同时在布的同步传动过程中若出现紧急情况按下一个按钮后再按下其他按钮无效，实现控制系统急停的功能。在本设计中采用西门子系列PLC S7-224xp编写程序通过改变变频器的电压进而改变电源频率从而达到控制布的同步传动的目的。在程序中分别有五个输入来控制的启动、升速、降速、停止以及急停功能，有五个模拟量输
36、出模块端口和五个变频器输入端口相接。每当按下相应的按钮时就给PLC程序一个输入信号从而实现相应的动作。当按下升（降）速按钮时，PLC程序逐步提高（降低）模拟量输出模块上的数值在输入到变频器端口，通过变频器电压的改变以此来改变电源的频率，具体来说，可以在每单位时间内让各个电机增加不同的转速，从而实现布的同步传动，在电机的升速控制过程中最后一个电机转速不宜过大，在电机降速控制过程中最前一个电机转速不宜过小，否则会影响效率，且二者转速差不宜过大。所需要的主要电气设备为西门子S7224xp PLC 、变压器、两个模拟量输出扩展模块、五个变频器、指示灯和按钮各五个以及电线若干等。6.3 I/O分配表6.
37、3.1 I/O分配表INPUT分配表编号地址说明功能 1 I0.1按钮SB1电动机启动2I0.2按钮SB2电动机升速3I0.3按钮SB3电动机降速4I0.4按钮SB4电动机停止5I0.5按钮SB5电动机急停OUTPUT分配表编号地址说明功能1Q0.1电机指示灯1表明1号电机运行状态2Q0.2电机指示灯2表明2号电机运行状态3Q0.3电机指示灯3表明3号电机运行状态4Q0.4电机指示灯4表明4号电机运行状态5Q0.5电机指示灯5表明5号电机运行状态6AQW01号电机模拟输出量控制1号电机运行速度7AQW42号电机模拟输出量控制2号电机运行速度8AQW63号电机模拟输出量控制3号电机运行速度9AQ
38、W84号电机模拟输出量控制4号电机运行速度10AQW105号电机模拟输出量控制5号电机运行速度6.4 PLC接线图及电气原理图6.4.1 接线图见附录四6.4.2 电气原理图见附录五6.5控制系统的流程图及编程梯形图6.5.1控制系统的功能流程图6.5.2 控制系统的程序流程图开始电机停止按下减速否按下启动按钮否按下升速否电机以初始状态运行，指示灯亮电机减速，最小处停止减速电机加速，最大处停止加速按下停止按钮否按下停止按钮否YYYYYYYNNNNN6.5.3编程梯形图见附录一七、操作调试7.1调试说明调试的步骤可分为以下几步，在课程设计设中我们只做了第二部和第三步。硬件调试：接通电源，检查可编
39、程序控制器能正常工作，接头接触良好。软件调试：按要求输入梯形图，检查后编译通过，在线工作后把程序写入可编程序控制器的程序存储区。运行调试：在硬件调试和软件调试正确的基础上，在模拟器上使PLC进入运行状态，观察运行情况，看是否能够实现循环工作。在软件调试之中，由于上周已对编程软件有了熟悉，所以在软件方面上基本没什么问题，有的话也只是程序编写方面的问题。开始时，程序是用整数类型的数据赋值的，后来听老师的讲解和与同学的讨论感觉用实数类型的数据赋值会更好一些，这样的话在模拟量输出的时候就要先将实数型数据先转换成双整数型数据，再将双整数型数据转换成整数型数据，最后再通过MOV_W指令输出即可。在运行调试
40、时，开始运行时按下停止按钮SB4在模拟器模拟量扩展模块窗口可以观察到AQWO、AQW4、AQW6 、AQW8、AQW10的输出值为零。考虑实际，在运行过程中若出现紧急情况应将PLC也停下，这样即使有人误操作时电机也不能启动，所以应在程序中加入急停指令最好，这样就能满足安全要求。在S7-200模拟器中使PLC运行在RUN状态，将I0.1置1以后可以观察到模拟量输出模块窗口AQW0等快速上升到一定数值，将I0.2置1电动机转速增大，AQW0等数值会逐渐上升到一定值，同理，将I0.2置0再将I0.3置1电动机转速降低，在这两个控制过程中，二者互锁，且模拟量输出的前一个数值均比后一个数值小，将I0.4
41、置1以后各个模拟量输出数值均为0，电动机停止运转，将I0.5置1以后PLC处于STOP状态，实现急停功能。经调试可知程序无误。八、结束语机械电子工程专业就是将机械与电气控制有效结合的机电一体化工程，机电传动控制综合实验相当于小型工程，这次课程设计将我们所学的课程融会到一起，包含机械制图、AutoCAD计算机辅助制图、公差配合、液压控制、机电传动控制、机电一体化控制以及PLC控制系统等，通过这次的课程设计把我们所学的知识系统地综合应用。虽然三周时间很短，但是通过机电传动控制实验，我们了解一个工程项目的一般流程，为我们以后在实习过程中建立工程意识，培养查找国家标准的严谨的工作态度，同时这次课程设计
42、为下年毕业做准备。由于机械和控制涉及知识面比较广，第一次将机械和控制结合，刚开始不知道如何下手，在老师和同学的帮助下，在整个设计的过程中学到不少知识。包含查找国家标准、AutoCAD基本熟练掌握、各个元件选型原则以及机械和控制设计流程。通过这次课程设计我们完成了纺织机械同步传动控制系统的设计。对系统的工艺性能的分析，明确其控制要求，根据这些要求，进行原理设计、工艺设计和操作设计，使学生在课程设计的全过程中，进一步明确设计任务中的各项要求，建立课程设计工作的整体概念，从工程环境、实现手段和操作方式的各个环节入手来设计控制程系统，通过不断的调试和完善软硬件设计，最终能够满足这些要求。在整个设计过程中，通过查阅资料，实验室实地查看，类比同类的产品的设计，从而设计出性能更优的系统。在设计的过程中，当然，这其中也有很多问题。标准件要不要详细表达、机架为什么留这样的长度、电机、气缸、传感器表达的方式等等问题反复涌现，有对总体方案理解的不够引起的问题，有对手册查找过程中遇到的麻烦，实习的目的也不仅仅是为