精品自动绕线机设计.docx
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精品自动绕线机设计
自动绕线机系统设计
2014年11月28日
一．概述..。
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二．基本设计。
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三．控制功能说明。
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四．自动绕线机控制系统设计。
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五．系统配置。
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六．CAD图。
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七．梯形图。
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附录。
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一、控制系统说明
二、概述
本控制系统设计用于自动绕线机系统。
自动绕线机系统拟采用电机控制旋转臂缠绕纺线的方式，主要工作流程如下：
纺线由导轮传送至旋转臂前端，进入缠绕前应先将受绕棒转动至与线团夹板垂直并将纺线前端与受绕棒初步缠绕使其在接下来的缠绕过程中纺线不会松动.缠绕系统机械臂每次缠绕一团纺线。
分解动作为有（系统初始化后，旋转臂在初始缠绕位置等待,受绕棒转动到缠绕位置后）：
旋转臂慢速缠绕10圈并停止,闭合剪刀剪断上一次缠绕好的线团，受绕棒转动一定角度,旋转臂快速缠绕纺线，一定时间后停止旋转臂转动（重复若干次转角及绕线过程），线团成型后，旋转臂停止，此时受绕棒与初始位置成90度（正对线团夹板），线团上夹板及剪刀打开，受绕棒向前移动,顶掉前一次绕好的线团，粘纸传送带将一片粘纸传送至线团下夹板处，线团夹板压紧，受绕棒向后移动与线团分离，线团夹板放松,将受绕棒转动至初始缠绕位置等待。
其中
1.旋转臂、受绕棒转动控制拟采用伺服电机传动控制（信号电压为零时无自转现象）。
2.粘纸传送带传动拟采用无刷直流电机传动控制.
3.受绕棒前后移动，剪刀开闭,线团夹板压紧和放松采用气动控制。
从旋转臂旋转动作开始，至受绕棒回复到初始等待位置准备下一次绕线动作为止，整个流程用时应不超过4分钟,即每天生产360个线团左右（按每天24小时连续生产）.
旋转臂转动示意图
受绕棒转动及前后移动控制示意图
粘纸传送带示意图
三、基本设计
1．概述
本控制方案依据当今最新控制理念,采用贝加莱高性能的PCC（可编程计算机控制器）以及B＆RAutomationStudio作为主控制单元，实现全套自动绕线机控制系统的完美方案.
贝加莱PCC与常规PLC相比较，最大的特点在于其类似于大型计算机的分时多任务操作系统和多样化的应用软件的设计，常规的PLC大多采用单任务的时钟扫描或监控程序，来处理程序本身的逻辑运算指令和外部的I/O通道地状态采集与刷新，这样处理，直接导致了真正意义上的“控制速度”依赖于应用程序的大小，这一结果，无疑是同I/O通道中高实时性的控制要求相违背的。
PCC的系统软件完美地解决了这一问题，它采用分时多任务机制构筑其应用软件的运行平台，这样应用程序的运行周期则与程序长短无关，而是由操作系统的循环周期决定，由此,它将应用程序的扫描周期同真正外部的控制周期区别开来,满足了真正实时控制的要求.贝加莱PCC的独特硬件结构使其具备强大的复杂分析运算能力。
在其核心的运算模块内部，PCC为其CPU配备了数倍于常规PLC的大容量存储单元（100K-16M）
这无疑为强大的系统和应用软件提供了监视的硬件基础。
另外贝加莱控制系统提供了许多功能强大的专业化功能运动控制功能块.如电子齿轮，电子凸轮，转矩控制,触发定位，鼓序列发生器,CNC等，可以方便的满足各种控制需求,实现同步控制功能.即使对于远距离的电机,贝加莱控制系统也可以通过工业总线网络通信方式实现和远距离的电机同步调速，大大减少布线数量,提高系统稳定性.除了能完成同步控制外，贝加莱控制器还可实现梯度提速，用户可以设定期望达到的速度和达到该速度所需的时间,PCC以固定的加速度达到设定速度。
整个自动化系统由一套可编程计算机控制器PCC相连接。
根据需要可选择设置上位机（操作面板），主要用于整个自动化系统工艺过程及数据的动态显示、系统主要设备的停送电、工艺参数的设定、故障报警显示、整个自动化系统监控、生产报表打印以及生产管理等。
由贝加莱可编程控制器PCC（2003系列）组成全套自动绕线机系统的自动控制系统，用于完成各部分中传动装置的速度设定、联调，以及必要的手动操作、现场工艺数据的显示等.
伺服传动装置与PCC之间采用网络通信，即工业现场总线（CANbus）的控制方式,以确保系统的调速性能。
利用CAN—bus
高速通信，可以克服模拟量、串行通讯及传统的工业总线的缺陷，数据收发方式灵活,采用非破坏性基于优先权的总线仲裁技术，具有暂时错误和永久性故障节点的判别及故障节点的自动脱离功能，使系统其它节点的通信不受影响;同时CAN具有出错帧自动重发功能。
2、传动方式：
旋转臂、受绕棒转动部分：
采用伺服控制装置单独传动方式.
粘纸传送带传动部分：
采用无刷直流电机控制装置单独传动方式.
受绕棒前后移动,剪刀开闭，线团夹板压紧和放松部分：
采用气动控制方式.
3、系统性能:
伺服控制装置是高性能的速度调节系统，可实现快速转动，并保证定位的精度要求.伺服控制装置接受来自PCC的位置给定值，并根据编码测速装置的反馈值，精确控制交流电动机的转速。
伺服控制装置的堵转电流可整定为电动机额定电流的1。
5倍以上,保证充分利用电动机的过载能力。
调速系统的静态精度决定于测速装置。
采用编码器测速方式，调速系统的静态精度可达0.01％，动态恢复时间<=0。
125%S。
4、系统控制方式:
整个系统采用集中管理、操作，分散控制的原则。
由设备控制级和过程控制级（选配）组成，相互之间通过高速通讯网络构成完整的自动化控制系统。
过程控制级采用操作面板,负责生产准备、生产管理和过程监控。
操作员可在屏幕上监视每一处的工况，并用控制触摸板对设定数据进行设定和修正。
具体功能如下：
a.旋转臂动作过程控制程序的存储和调用；
b.各机速度和位置的设定；
c.全机及主要辅助设备的起/停控制；
d.各单元机速度单独控制；
e.全机及主要辅助设备状态显示（准备好运行和停止等）；
f.全机生产线生产流程模拟图；
g.过程数据显示（电机电压/电流/转速、温度和压力等）；
h.故障监视及报警记录；
i.打印生产报表。
设备控制系统以贝加莱2003系列的PCC作为主控单元,负责对自动绕线机系统进行控制.
5、保护和报警
整套控制系统有完善的保护措施和报警系统。
PCC提供了强大的功能,可以实时监测外部参数。
发现异常参数时可显示故障名称，故障发生时间和消除时间，并采取相应措施。
此外PCC能对硬件模块进行自检。
及时发现硬件本身的错误。
6、系统硬件组成
所有伺服控制装置的进线自动开关和交流接触器分装在配电柜内。
配电柜放在主电室或现场。
各伺服控制装置及其他控制装置均置入控制柜中,柜子是装配式柜体，外形尺寸为宽0.6m、深0。
3m、高1。
2m,放在主电室内或现场。
所有交流接触器和直流接触器都由PCC控制操作。
7、系统结构特征
用操作面板作为操作人机界面（选配），配以先进的监控组态软件，使操作人员直观而又方便地对系统各个部分进行操作控制。
操作面板与PCC之间采用Ethernet，即以太网进行数据通讯，以便及时而有效地监控整个系统的运行.PCC与伺服控制装置之间用CANBUS网络进行通讯控制，实现实时控制和调速的控制要求。
四、控制功能说明
1.起动和停止控制
⑴单机起动和停止
自动绕线机系统各台电机均可由PCC或人工控制单独起动和停止。
⑵故障解除
当控制系统发生故障时，例如电动机传动装置的控制电源故障、欠电压故障等；或紧急停车后，其它电动机将以正常方式的速度给定停车.故障排除后,必须按下“故障排除确认”键，方可重新起动.
⑶起动允许
系统起动必须具备如下条件：
a.电动机风机正常；
b.工艺联锁和电动机润滑系统正常
c。
伺服控制装置保护正常
d.故障排除确认键按下后
⑷加速度及减速度控制
伺服电机正常起动和停止的加速及减速时间暂定为1秒，由PCC程序设定。
2．自动故障检测
⑴概述
自动故障检测的目的是及时发现故障，使系统能够迅速采取措施，进行相应的故障处理，从而能限制故障扩大，减少停车处理时间，提高全机的生产率.
⑵范围
本系统在全线范围进行故障检测。
⑶故障检测方法
自动故障检测的实现依赖于各伺服控制装置及其他检测装置。
伺服控制装置中本身具有故障检测功能，通过工业现场总线网络，将全机各伺服控制装置中的故障信息传送到总控单元（上位操作面板）中，以便迅速采取措施，并通过声光报警及时提醒操作员。
3．PCC与传动装置接口
⑴传动控制功能
a.伺服控制装置的速度基准来自速度设定系统。
伺服控制装置的起动和停车设有速度曲线发生器以控制起动/停车斜率，该速度曲线发生器的输出为一百分数（RAMP％）。
当按下起动按钮时，RAMP％由零逐渐上升到100％；当按下停止按钮时，RAMP%由100％逐渐下降到零。
送往伺服控制装置的速度给定，在其设定值之前乘以RAMP％，因此伺服控制装置能按指定的时间同步完成起动或停车过程。
四．自动绕线球机控制系统设计
1、系统设计目的
综合应用控制工程项目的设计技术，利用各种所需自动化设备，实现控制要求.
要求熟悉并设计绘制控制系统的硬件电路图；应用AS编程软件，编制合理的PLC控制程序,使PLC运行达到细绳自动卷绕成型机的模拟控制要求；应用WinCC（监控组态软件）绘制监控画面,通过监控画面实时反映细绳自动卷绕成型机的当前工作状况。
2、系统设计方案
细绳卷绕成型机自动控制系统的基本设计思想：
卷绕头由原来的直接电机启停控制改为伺服电机控制；成型部分由原来的手动控制改为伺服电机控制；整机在PLC的控制下自动完成一筒细绳卷绕成型的全过程。
该设备的主要工作流程如下:
由自动进筒生头装置将空筒置于卷绕位置，并将需卷绕绳线牵引至初始位置;卷绕头总控装置按照一定的卷绕方案启动卷绕头的伺服电机进行卷绕；同时按照同一卷绕方案，总控装置通过步进电机控制卷筒的卷绕位置，以形成所需的卷绕成型；完成规定长度（或形状）的卷绕后,总控装置控制切断装置切断绳线，并启动卸筒装置将卷绕成型的成品卷筒卸下（也可用人工卸筒）.
3、系统设计注意的问题
1.细绳自动卷绕时如何进行配合控制才能使绳卷形成所需形状？
①根据细绳卷绕特点，若要卷成任意形状，则必须首先需要引导细绳的卷绕动作→需要卷绕电机，且能调速和定位→需要一套伺服系统，或者普通电机加简易位置定位,但不能用步进电机；
②同时细绳卷绕头的卷绕位置也应能根据需要改变→需要定位电机→需要一套伺服系统，或者普通电机加简易位置定位，或者步进电机；
2。
如何控制上下两个绳卷的卷绕的自动切换？
①首先考虑上一个已卷好的绳卷要能从卷杆上退出来→需要在固定住绳卷的同时将卷杆从绳卷中抽出→
至少需要两套气动装置，一套用于卷杆伸缩，另一套用于固定住绳卷；
②需要将上下两个绳卷间的细绳切断→需要切刀；
③下一个绳卷要能自动在卷杆上卷绕→所以必须先将下一个绳卷起个头，再用切刀切断→需要控制软件的动作配合。
3.第一个绳卷如何进入自动卷绕过程?
第一个绳卷的自动卷绕过程，需要人工将绳头牵引至卷绕位置，并控制卷绕头缓慢卷绕几圈后再进入全自动运行。
4。
卷绕完成后绳卷的如何保证不再松开？
用粘物将绳头粘住，可以考虑借用粘贴商标的同时将绳头粘住→需要商标贴纸的馈送机构及定位控制.
5.卷绕完成后的绳卷如何取下?
上一个已卷好的绳卷需要送出卷绕机→通过机械配合,利用卷杆伸出去的同时将上一个已卷好的绳卷推出去。
6。
如何设定电控系统的运行参数，以适应不同绳卷的卷绕要求?
设置HMI，电控系统各种所需的运行参数，都通过HMI进行设置和操作.
7。
细绳自动卷绕成型机各动作部分的动力源如何考虑？
①伺服电机,一般都直接采用市电（单相或三相）;
②步进电机，一般要根据其容量，大的直接采用市电（单相或三相），小的可能采用低压直流电源（24VDC,48VDC等）；
③气动装置,一般用PLC
通过继电器去驱动电磁阀，继而控制相应的气缸动作。
8.电控系统所需的位置信号如何检测？
①伺服电机需配用相应的伺服控制器，在伺服电机中都已具有旋
转编码器，所以伺服控制器中已有位置测量,不过需要考虑为其配上机械零位的测量点，才能做到精确定位；
②步进电机需配用相应的驱动器，当步进电机驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度,称为“步距角”，它的旋转是以固定的角度一步一步运行.
a.③气动装置的动作定位一般都由其机械结构固定了，但为保证PLC程序能安全高效地运行，则必须将气缸动作位置通过检测传感器测量出来，以便使PLC获得“位置已到达”的状态信号，保证动作流程能顺利进行下去,同时也保证只有上一个动作正确完成了才进入下一个动作
b.
五．系统配置:
（1）自动绕线机系统电控配置说明
a）主站配置（选配）
操作面板。
b）控制装置传动配置
1.可编程逻辑控制器一套：
B&R2003PCC
2.伺服控制装置两套：
伺服控制器，伺服电机
3．无刷直流电机控制装置两套：
无刷直流电机
4．气控装置四套：
CXSM20-75,SC32X200
（2）自动绕线机系统电气控制方案:
自动绕线机系统贝加莱控制系统示意图
（3）自动绕线机系统电气控制硬件配置清单：
序号
名称
型号规格
数量
备注
1
可编程逻辑控制器
B＆R2003
1
套
2
伺服控制器及电机
MSMD082G1V+MCDHT3520
2
套
3
无刷直流电机
60ZW-50W
1
套
4
气控装置
SC32X200,CXSM20-75＊2,TDAIO-60
4
套
5
位置传感器
SXC—D-Z73＊8，XS3-N5504NC＊4
12
6
控制箱
1
7
电气附件
若干
8
触摸屏
1
附录：
通过OPC把automationstudio程序中的变量导入到WinCC中。
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