摘 要

本篇文章主要研究的是基于PLC的浆染联合机控制系统，浆染联合机是生产牛仔布的主要设备，之前由于受自动化程度的影响，浆染联合机的技术一直处在一种初级阶段，本文旨在将PLC技术应用于浆染联合机中，并结合变频调速技术来实现浆染联合机的各个工艺要求。本文的控制系统主要实现了浆染联合机的同步转速控制，张力控制，联网通讯，基本工艺的实现。

本篇文章主要分为五个章节，第一章是绪论，主要介绍了浆染联合机的研究背景、目的、研究现状和研究路线；第二章是工艺介绍，主要介绍了浆染联合的整个工艺流程，包括整经、渗透、染色、水洗、烘干、上浆；第三章是相关理论介绍，主要介绍了有关PLC、变频器以及通讯协议方面的指示，通讯协议介绍了MODBUS通讯协议，CANlink通讯协议；第四章是硬件选型，针对PLC、变频器、HMI、张力传感器、测径传感器、扩展卡、PLC扩展模块进行了选型；第五章主要是整个控制系统的设计，针对几个主要工艺要求来实现，包括同步转速控制、

张力的PID控制、联网通讯等。

关键字：浆染联合机；变频器；同步转速控制；张力控制；PID

Abstract

This article mainly studies the slurry dyeing combination machine control system based on the PLC, pulp dyeing combination machine is the main equipment of the production of denim, before due to the influence of the degree of automation, pulp dyeing combination machine technology has been in a primary stage, this paper aims to the application of the PLC Technology in the slurry dyeing combination machine, and with the variable frequency speed control technology to realize the slurry dyeing combination machine of various process requirements. The control system of this paper mainly realizes the synchronous speed control, tension control, network communication and the realization of the basic process of the pulp dyeing machine.

This article is divided into five chapters, the first chapter is the introduction, mainly introduces the research background, purpose, current situation and research route of pulp dyeing machine; the second chapter is the introduction of technology, mainly pulp dyeing process are introduced, including warping, dyeing, washing, drying, permeability, sizing; third chapter introduces the related theories, mainly introduces the PLC, frequency converter and the communication protocol instructions, communication protocol introduces MODBUS communication protocol, CANlink communication protocol; the fourth chapter is the selection of hardware for PLC, inverter, HMI, tension sensor, diameter measurement sensor, expansion card, PLC extension modules are selected; the fifth chapter is the design of the whole control system, according to the requirements of the main technology to realize, including synchronous speed control,Tension PID control, network communication, etc..

Keywords: pulp dyeing machine; frequency converter; synchronous speed control; tension control; PID

目 录

摘要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1研究的背景与意义 1

1.2国内外研究现状 2

1.2.1国内研究现状 2

1.2.2国外研究现状 2

1.3研究的主要工作及内容 3

第2章 浆染联合机的系统方案设计 4

2.1 工艺流程说明 4

2.2 浆染工艺的具体工序 4

2.3 系统方案设计 6

第3章 相关理论研究 7

3.1 PLC相关理论研究 7

3.1.1 PLC的基本结构 7

3.1.2 PLC的工作方式 8

3.1.3 PLC的主要作用 9

3.1.4 PLC的特点 9

3.2 变频器相关理论研究 10

3.2.1 变频器的基本结构 10

3.2.2 变频器的特点 11

3.3通讯协议 11

3.3.1 MODBUS通讯协议 11

3.3.2 CANlink通讯协议 12

第4章 硬件选型 13

4.1 PLC选型 13

4.2 变频器选型 13

4.3 HMI选型 14

4.4 传感器与编码器选型 15

4.5 扩展卡及扩展模块 15

第5章 系统方案的实现 17

5.1同步控制 17

5.1.1 退绕、卷绕电机的同步控制 17

5.1.1 其他各电机的同步控制 18

5.2张力PID控制 18

5.3 通讯的实现 20

5.3.1 PLC与变频器之间的通讯 20

5.3.2 PLC与HMI之间的通讯 21

5.4 PLC程序、HMI界面、变频器参数 22

5.4.1 PLC程序 22

5.4.2 HMI界面 23

5.4.3 变频器参数 23

5.5 硬件接线 23

总结与展望 25

参考文献 26

附录A 27

附录B 32

附录C 33

致谢 36

第1章 绪论

1.1研究的背景与意义

牛仔布是一种较粗厚的色织经面斜纹棉布，开始于美国西部，放牧人员用来制作衣物得名，从十九世纪开始就闻名于世界，由牛仔布加工而成的衣物因穿着舒适、手感丰富、褪色均匀、保暖、厚实、物美价廉以及风格独特而深受广大青少年消费者的喜爱，经久不衰。随着中国的改革就放，牛仔布就开始流入中国，并掀起了风潮，迅速在中国市场上站稳脚跟。到现在，由牛仔布做成的服装仍然占据很大的市场。由于牛仔布的市场形势很好，现如今中国的牛仔布生产线已经越来越多，仅广东、浙江一带就有几千条牛仔布生产线，而且还在一直增加。

生产牛仔布的关键设备之一就是浆染联合机，就牛仔布的经纱染色和上浆来说，有三条主要的工艺路线，第一条是采用浆染联合机的染浆联合工艺路线，就是将整经、染色、浆纱整合到一起，第二条是采用绳（束）状染色机的染色浆纱分开实现的工艺路线，即：球式整经——绳状染色——分纱——浆纱；第三条是循环染色浆纱联合的短流程工艺路线，工艺过程与浆染联合机相似，只是染色的时候采用了一个染缸循环染色^[[1]]。以前，因为国产的浆染一体机自动化程度很低，生产的牛仔布质量存在很大的问题，所以要保障牛仔布质量的话，就需要人工控制和实践经验来实现。不过随着我国工业自动化的发展，浆染联合机的自动化水平有了很大的提升。目前，采用最广泛的一种工艺路线就是浆染联合机，使用浆染联合机生产的牛仔布就占据了牛仔布产量的80%以上，浆染联合机的结构简单、控制操作都很便利，但是由于国内的浆染联合机发展较为缓慢，几十年来变化不大，与国外的先进技术相比，存在很大的差距。

PLC（可编程逻辑控制器）是微机技术与继电器逻辑技术相结合的工业微机控制系统，它的功能包括开关量逻辑控制、运动控制、模拟量控制、过程控制、数据处理、联网通信^[[2]]。可编程逻辑控制器有几大特点，使用方便，编程简单，功能性强，性价比高，硬件配套齐全，用户使用方便，适应性强，可靠性高，抗干扰能力强，系统的设计、安装、调试工作量少，维修工作量小，维修方便^[[3]]。所以采用PLC来做浆染联合机的控制系统结构简单、成本低、可靠性高、体积小，是改善浆染联合机的自动控制系统的关键之一。

变频器可以将电网的工频交流电变为频率可以变化的交流电进行输出，使得交流电机的转速平滑可调,以此来实现自动化、软启动和节能。并且能实现一个最重要的环节，就是张力控制，在浆染联合机中对张力控制要求十分严格，如果张力控制不过关的话，会严重影响生产出来的牛仔布的质量，但变频调速可以很好的实现这一功能。采用变频调速可以使系统达到很好的节能效果，还有自动化程度的提高可以有效的增加电机的使用寿命，此外，由于电机是软启动，可以实现平滑的无级调速，没有冲击电流来影响电网，电机以及机械也可以消除电流冲击。

1.2国内外研究现状

1.2.1国内研究现状

近年来，国内的浆染联合机也有很大的技术提升，各个浆染联合机制造厂商都在不断研制新产品，朝着更合理、更完善的方向发展，缩减工艺流程，提高车速，提升浆染联合机的自动化程度，增加机器的通用性。此外，牛仔纱线浆染加工技术取得了一些新的进展。郑建权等开发了一种染纱效率高，可避免断纱，可调节被染纱距离，可用于均匀段染纱线和非均匀段染纱线染色的单纱染色机^[[4]]。李石生开发的一种单纱染色机^[[5]]通过前后2个染色滑轮将纱线浸没在染液中进行染色，在烘干热管上缠绕几圈进行烘干。

1.2.2国外研究现状

国外现在在浆染联合机上应用的新技术有：氮气在浆染联合机上的应用，小浴比快循环，在线检测和自动控制提高染色的重现性^[1]。上述这些技术已经在国外的一些机型上得到了充分的运用，并取得了非常好的效果，生产出来的产品质量得到了市场的高度认可，同时，浆染联合机氧化还原时间的设置、传动氧化罗拉的重新设计、轧车加压系统的不一样的选择、封闭式的设计、品种适应性的扩张等等与传统浆染联合机相比都有了很大的变化^[1]。