第一篇：PLC电梯控制系统毕业论文

四川工程职业技术学院

电气信息工程系

毕业论文

题 目 PLC电梯控制系统 班 级 电气自动化技术1班 姓 名 学 号 指导老师

前 言

随着现代社会的迅速发展,微电子技术和计算机技术也随之迅速发展.当前数字电器系统的设计正朝着速度快、容量大、体积小、重量轻的方向发展。其中，有着代表性的是日趋进步和完善的PLC设计技术。PLC(即可编程控制器)在工业控制领域内得到十分广泛的应用。PLC是一种基于数字计算机技术、专为在工业环境下应用而设计的电子控制装置，它采用可编程序的存储器，用来存储用户指令，通过数字或模拟的输入/输出，完成一系列逻辑、顺序、定时、记数、运算等确定的功能，来控制各种类型的机电一体化设备和生产过程。

PLC的设计和开发，已经有多种类型和款式。传统的PLC各有特点，它们适合在现场做手工测量，要完成远程测量并要对测量数据做进一步分析出来，传统PLC是无法完成的。然而基于PC通信的PLC，既可以完成测量数据的传递，又可借助PC，做测量数据的处理。所以这种类型的PLC无论在功能和世界应用上，都具有传统PLC无法比拟的特点，这使得它的开发和应用具有良好的前景。

第一章 电梯的简介

一、电梯的起源与发展

1、电梯的起源

现代社会中，电梯已经成为不可短少的运输设备。电梯是随着高层建筑的兴建而发展起来的一种垂直运输工具。多层厂房和多层仓库需要有货梯；高层住宅需要有住宅梯；百货大楼和宾馆需要有客梯，自动扶梯等。在现代社会，电梯已像汽车、轮船一样，成为人类不可缺少的交通运输工具。

电梯在汉语词典中的解释为：建筑物中用电作动力的升降机，代替步行上下的楼梯。

说到电梯的起源要从公元2600年埃及人在建造金字塔时使用了最原始的提升系统说起，但这一类起重机的能源均为人力。到了1203年，法国的二修道院安装了一台起重机，有所不同的是该机器是利用驴作为动力，载荷由绕在一个大滚筒上的绳子进行起吊。此种方法一直沿用到近代直到瓦特发明了蒸汽机，约在1800年，煤矿主才能利用起重机把矿井中的煤输送上来。

数百年来人们制造过各种类型的升降机，它们都具有一个共同的缺陷：只要起吊绳突然断裂，升降机便急速地坠落到底层。1854年奥迪斯设计了一种制动器：在升降机的平台顶部安装一个货车用的弹簧及一个制动杆与升降梯井道两侧的导轨相连接，起吊绳与货车弹簧连接，这样仅是起重平台的重量就足以拉开弹簧，避免与制动杆接触。如果绳子断裂，货车弹簧会将拉力减弱，两端立刻与制动杆咬合，即可将平台牢固地原地固定，免了继续下坠。这样，第一台“安全”升降梯就产生了，然而真正能够称为电梯的产品应该是在20世纪初才出现。

2、电梯技术的发展

（1）电梯的速度要求越来越快，告诉，超高速电梯的数量越来越多。（2）电梯的拖动技术有了圈套的发展，直流电梯由于能耗大、维修量大等缺点。逐步被交流电梯所替代，液压电梯由于运行平稳，机房位置灵活等特点，使得在低楼层场合得到越来越广泛的应用。交流拖动电梯更是得到迅速发展。

（3）电梯的逻辑控制已从过去简单的继电器-接触器控制发展为可编程序控制（PLC）和计算机控制，控制方式也从手柄控制、信号控制发展为集选控制、并联控制、群控等，电梯可靠性得到很大的提高。

（4）电梯的管理功能不断加强，电梯广泛采用计算机控制技术，不断满足用户的使用功能要求。如停车操作、消防员专用等。

第二章 PLC的简介

一、PLC的定义

可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专业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，技术与算术操作等方面向用户的指令，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。可编程控制器及其有关外部设备，都按易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。

总之，可编程控制器是一台计算机，它是专为工业环境应用而而设计制造的计算机。它具有丰富的输入/输出接口，并且具有较强的驱动能力。但可编程控制器产品并不针对某一具体工业应用，在实际应用时，其硬件需根据实际需要进行选用配置，其软件需根据控制要求进行设计编制。

二、PLC的基本结构和组成

1、PLC的结构图如下所示：

交流/直流现场设备扩展单元电源基本I/OI/O扩展接CPU存储器外围接口数据总线外设编程器通信网络

图2 PLC的结构图

（1）中央处理单元（CPU）是PLC的控制中枢，在系统监控程序的控制下工作，承担着将外部输入信号的状态写入输入映像寄存器区域，然后将接过送到输

出映像寄存器区域。

（2）存储器由只读存储器ROM和随机存储器RAM两大部分组成，存放系统软件的存储器称为系统程序的存储器ROM，存放应用软件或中间运行数据的存储器称为用户程序存储器RAM。

（3）基本I/O接口电路

A.PLC内部输入电路作用是将PLC外部电路提供的、符合PLC输入电路要求的电压信号，通过光耦电路送到PLC内部电路。

B．PLC输出电路用来将CPU运算的结果换成一定形式的功率输出，驱动被控负载。

（4）接口电路：PLC接口电路分为I/O扩展接口电路和外设通信接口电路两大类。

A.I/O扩展接口电路用于连接I/O扩展单元，可以用来扩充开关量I/O点数和增加模拟量的I/O端子。I/O扩展接口电路采用并行接口和串行接口两种电路形式。

B．外设通信接口电路用于连接手持编程器或其他图形编程器、文本显示器，并能组成PLC的控制网络。

（5）电源：PLC内部配有一个专用开关式稳压电源，将交流/直流供电电源转化为PLC内部电路需要的工作电源（5V直流）。

2.PLC控制系统的组成

PLC控制系统像一般的计算机控制系统一样，也是由硬件和软件两个部分组成的，硬件是指PLC本身及其外围设备，软件是指管理PLC的系统软件，PLC的应用程序，编程语言和编程支持工具软件。

图3 PLC控制系统的组成

PLC控制系统的软件主要是系统软件，应用软件，编程语言及编程支持工具软件几个部分组成。

PLC系统软件是PLC工作所必须的软件。在系统软件的支持西，PLC对用户程序进行逐条的解释，并加以执行，直到用户程序结束，然后返回到程序的起始又开始新的一轮扫描。PLC的这种工作方式就称之为循环扫描。

图4 PLC内部工作示意图

0的输入端子的通断状态或输入数据读入，并将其写入各对应的输入状态寄存器中，即刷新输入。随机关闭输入端口，进入程序执行阶段。

PLC在程序执行阶段：按用户程序指令存放的先后顺序扫描执行每条指令，经相应的运算和处理后，其结果再写入输出状态寄存器中，输出状态寄存器中所有的内容随着程序的执行而改变。

输出刷新阶段：当所有指令执行完毕，输出状态寄存器的通断状态在输出刷新阶段送至输出锁存器中，并通过一定的方式输出，驱动相应输出设备工作。

四、PLC的特点

PLC是一种用于工业自动化控制的专用计算机，实质上属于计算机控制方式。PLC与普通计算机一样，以通用或专用CPU作为处理器，实现通道的运算和数据的存储，另外还有位处理器，进行点（位）的运算与控制。

PLC控制一般具有可靠性高，易操作、维修、编程简单、灵活性强等特点。

五、PLC系统的发展趋势

PLC当初是针对工业顺序控制发展而研制的。经过30几年的迅速发展，PLC已不仅能进行开关量控制，而且还能进行模拟量控制，位置控制。特别是PLC的通信网络技术的发展，使得PLC如虎添翼，由单机控制向多机控制，由集中控制向多层次分布式控制系统发展。现在PLC的足迹已遍布了国民经济的各个领域，形成了满足各种需要的PLC应用系统。

电梯结构不断紧凑化，体积不断轻型化、小巧化随着新技术、新结构、新材料、新工艺的发展，电梯的机械系统结构简单化、体积小型化、材料轻型化、工艺先进化、外观漂亮化。同时，无机房电梯在新世纪将会有较大速度发展。

今后PLC控制系统将朝着两个方向发展：一是向小型化，微型化系统方向发展。作为控制系统的关键设备，PLC将朝着体积更小，速度更快，功能更强，价格更低的方向发展。二是向大型化，网络化，多功能的方向发展。

2131415

第四章 PLC控制系统的设计方案

一、PLC控制系统基本方案

随着城市建设的不断发展，高层建筑不断增多，电梯在国民经济和生活中有着广泛的应用。电梯作为高层建筑中垂直运行的交通工具已与人们的日常生活密不可分。实际上电梯是根据外部呼叫信号以及自身控制规律等运行的，而呼叫是随机的，电梯实际上是一个人机交互式的控制系统，单纯用顺序控制或逻辑控制是不能满足控制要求的，因此，电梯控制系统采用随机逻辑方式控制。目前电梯的控制普遍采用了两种方式，一是采用微机作为信号控制单元，完成电梯信号的采集、运行状态和功能的设定，实现电梯的自动调度和集选运行功能，拖动控制则由变频器来完成；第二种控制方式用可编程控制器（PLC）取代微机实现信号集选控制。从控制方式和性能上来说，这两种方法并没有太大的区别。国内厂家大多选择第二种方式，其原因在于生产规模较小，自己设计和制造微机控制装置成本较高；而PLC可靠性高，程序设计方便灵活，抗干扰能力强、运行稳定可靠等特点，所以现在的电梯控制系统广泛采用可编程控制器来实现。

本文将用四层楼作为背景进行设计。

1.轿厢楼层位置检测方法

主要方法有以下几种：

（1）用于簧管磁感应器或其他位置开关：这种方法直观、简单，但由于每层需使用一个磁感应器，当楼层较高时，会占用PLC太多的输入点。

（2）利用稳态磁保开关：这种方法需对磁保开关的不同状态进行编码，在各种编码方式中适合电梯控制的只有格雷变形码，但是它是无权代码，进行运算时需采用PLC指令译码，比较麻烦，软件译码也使程序变的庞大。

（3）利用旋转编码器：目前，PLC一般都有高速脉冲输入端或专用计数单元，计数准确，使用方便，因此在电梯PLC控制系统中，可用编码器测取电梯运行过程中的准确位置，编码器可直接与PLC高速脉冲输入端相连，电源可利用PLC内置的24V直流电源，硬件连接可谓简单方便。

由以上分析可见，用旋转编码器检测轿厢的位置优于其他方法，故本设计采用此方法

2.PLC的选型

根据以上选择的轿厢楼层位置检测方法，要求可编程控制器必须且有高数计数器。又因为电梯时双向运行的，所以PLC还需具有可逆计数器。综合考虑后，本设计选择西门子公司生产的S7—200系列机。

S7—200系列机具有以下优点： 1.体积极小

2.先进美观的外部结构 3.提供多种子系列供用户选用 4.灵活多变的系统配置 5.功能强、使用方便

二、PLC电梯控制系统设计方向

1.电梯控制系统的基本结构组成

电梯PLC的控制系统和其他类型的电梯控制系统一样主要由信号控制系统和拖运控制系统两部分组成。图7为电梯PLC控制系统的基本结构图，主要硬件包括PLC主机及扩展、机械系统、轿箱操纵盘、厅外呼梯盘、指层器、门机、调速装置与主拖动系统等。系统控制核心为PLC主机，操纵盘、呼梯盘、井道及安全信号通过PLC输入接口送入PLC，存储在存储器及召唤指示灯等发出显示信号，向拖动和门机控制系统发出控制信号。

电梯控制系统可分为电力拖动系统和电气控制系统两个主要部分。电力拖动系统主要包括电梯垂直方向主动拖动电路和轿厢开关电路。二者均采用易于控制的直流电动机作为拖动动力源。主拖动电路采用PWM调试方式，达到了无级调速的目的。而开关门电路上电机仅需一种速度进行运动。电气控制系统则由众多呼叫按钮、传感器、控制用继电器、指示灯、LED七段数码管和控制部分的核心器件等组成。PLC集信号采集、信号输出及逻辑控制于一体，与电梯电力拖动系统一起实现了电梯控制的所有功能。十层电梯控制系统由呼叫到响应形成一次工作循环，电梯工作过程又可细致分为自检、正常工作、强制工作等三种工作状态。电梯在三种工作状态之间来回切换，构成了完整的电梯工作过程。

如下图：

图7 电梯PLC控制系统的基本结构

2.电梯控制系统原理框图

电梯控制系统原理框图如下图所示，主要由轿厢内指令电路、门厅呼叫电路、主拖动电机电路、开关门电路、档层显示电路、按钮记忆灯电路、楼层检测与平层检测传感器及PLC电路等组成的。

图8 电梯控制系统原理框图

到PLC的控制信号有：运行方式选择、运行控制、轿内指令、层站召唤、安全保护信息、旋转编码器光电脉冲、开关门及限位信号、门区和平层信号等。

图10 电梯信号控制系统

6．拖动控制系统

电梯主要由直流和交流两种拖动方式，PLC控制的拖动系统主电路及调速装置与继电器控制系统相比无需做很多改动。拖动系统的工作状态及部分反馈信号可直接送入PLC，由PLC向拖动系统发出速度切换、起动、运行、平层等控制信号。

7.电梯上行

（1）电梯停在1F，2F呼叫时，则上行，碰到2F的行程开关后停止。（2）电梯停在1F或2F时，3F呼叫，则上行，碰到3F的行程开关后停止。（3）当电梯停在1F或2F、3F时，4F呼叫，则上行到4F碰到行程开关后停止。

（4）电梯停在1F，2F、3F同时呼叫时，则电梯上行到2F后停5s，继续上行到3F后停止。

（5）电梯停在1F，2F、3F同时呼叫时，电梯上行到2F停5s，继续上行到3F停止。

（6）电梯停在1F，3F、4F同时呼叫时，电梯上行到3F停止5s，继续上行

122232425

系统会根据外呼和内选信号及门锁信号综合判断电梯的运行方向。5.执行上行程序

此段程序包括控制电梯上行，检测是否应该减速或者停止电梯正转并且执行。6.执行下行程序

此段程序包括控制电梯下行，检测是否应该减速或者停止电梯正转并且执行。

四、I/O点的分配

根据需要控制的开关、设备大约有15个输入点，11个输出点。如图15：

图15 I/O点的分配

五、硬件系统调试

在硬件调试时，我们主要调试的内容有： 1.在接线端子上。

2.在PLC扩展单元上。3.在电源接线上。

注:特别是在电源接线时，一定要注意哪些端子接24V，哪些接地。

六、软件系统调试

在软件调试时，主要是结合硬件设备观察程序的过程是否与我们设计的原理一致。如果出现不正常运行和不运行时我们得回到程序编制，依次检查与修改。

七、程序梯形图

0

图16 PLC控制程序梯形图

注：

M0.1 电梯在一层时停止指令 M0.2 电梯在二层时停止指令 M0.3 电梯在三层时停止指令 M0.4 电梯在四层时停止指令 M1.1 电梯在一层时向上运行指令 M1.2 电梯在二层时向上运行指令 M1.3 电梯在三层时向上运行指令

E2亮，电梯停止。

11.按SB6，SB10（SB4），电梯上升，按SQ2，E1灭，E2亮，电梯仍上升，按SQ3，E2灭，E3亮，电梯仍上升，再按SQ4，E3，E4亮，电梯停止2s后下降，按SQ2，E3灭，E2亮，电梯停止。

12.按SB7（SB2），SB10（SB4），电梯上升，按SQ2，E1灭，E2灭，电梯停止2s后上升，按SQ3，E2灭，E3亮，电梯仍上升，再按SQ4，E3灭，E4亮，电梯停止。

13.按SB6，SB8，SB10（SB4），电梯上升，按SQ2，E1灭，E2亮，电梯停止2s后上升，再按SQ3，E1灭，E2亮，电梯仍上升，在按SQ4，E3灭，E4亮，电梯停止2s后下降，按SQ3，E4灭，E3亮，电梯仍下降，按SQ2，E2灭，E2亮，电梯停止。

14.按SB6，SB8，SB10（SB4），电梯上升，按SQ2，E1灭，E2亮，电梯停止2s后上升，按SQ3，E2灭，E3亮，电梯仍上升，再按SQ4，E3灭，E4亮，电梯停止2s后下降，按SQ3，E4灭，E3亮，电梯仍下降，按SQ2，E3灭，E2亮，电梯停止。

15.按SB6，SB8，SB10（SB4），电梯上升，按SQ2，E1灭，E2亮，电梯停止2s后上升，按SQ3，E2灭，E3亮，电梯仍上升，再按SQ4，E3灭，E4亮，电梯停止2s后下降，按SQ3，E4灭，电梯提高至2s后下降，按SQ3，E4灭，E3亮，电梯停止。

16.按SB6，SB9（SB3），SB10（SB4），电梯上升，按SQ2，E1灭，E2亮，电梯仍上升，按SQ3，E2灭，E3亮，电梯停止2s后上升，再按SQ4，E3灭，E4亮，电梯停止2s后下降，按SQ3，E4灭，E3亮，电梯仍下降，按SQ2，E3灭，E2亮，电梯停止。

17.按SB7（SB2），SB9（SB3），SB10（SB4），电梯上升，按SQ2，E1灭，E2亮，电梯停止2s后上升，按SQ3，E2灭，E3亮，电梯停止2s后上升，再按SQ4，E3灭，E4亮，电梯停止。

18.按SB6，SB7（SB2），SB8，SB10（SB4），电梯上升，按SQ2，E1灭，E2亮，电梯停止2s后上升，按SQ3，E2灭，E3亮，电梯仍上升，再按SQ4，E3灭，E4亮，电梯停止2s后下降，再按SQ3，E4灭，E3亮，电梯上升，再按SQ4，E3灭，E4亮，电梯停止2s后下降，再按SQ3，E4灭，E3亮，电梯停止2s后下降，再按SQ2，E3灭，E2亮，电梯停止。

19.按SB6，SB7（SB2），SB9（SB3），SB10（SB4），电梯上升，按SQ2，E1灭，E2亮，电梯停止2s后上升，按SQ3，E2灭，E3亮，电梯停止2s后上升，再按SQ4，E3灭，E4亮，电梯停止2s后下降，按SQ3，E4灭，E3亮，电梯仍下

降，再按SQ2，E3灭，E2亮，电梯停止。

20.按SB6，SB7（SB2），SB8，SB9（SB3），SB10（SB4），电梯上升，按SQ2，E1灭，E2亮，电梯停止2s后上升，按SQ3，E2灭，E3亮，E4亮，电梯停止2s后下降，按SQ3，E4灭，E3亮，电梯停止2s后下降，再按SQ2，E3灭，E2亮，电梯停止。

21.按SB8，SB10（SB4），电梯上升，按SQ2，E1灭，E2亮，电梯仍上升，按SQ3，E2灭，E3亮，电梯仍上升，按SQ3，E2灭，E3亮，电梯停止2s后上升，按SQ3，E2灭，E3亮，电梯停止。

22.按SB8，SB9（SB3），SB10（SB4），电梯上升，按SQ2，E1灭，E2亮，电梯仍上升，按SQ3，E2灭，E3亮，电梯停止2s后上升，按SQ3，E2灭，E3亮，电梯停止。

23.按SB8，SB9（SB3），SB10（SB4），电梯上升，按SQ2，E1灭，E2亮，电梯仍上升，按SQ3，E2灭，E3亮，电梯停止2s后上升，再按SQ4，E3灭，E4亮，电梯停止2s后下降，按SQ3，E4灭，E3亮，电梯停止。

电梯停留在二层：

1.按SB8或SB9（SB3）或SB8或SB9（SB3），电梯上升，反方向呼叫无效，按SQ3，E2灭，E3亮，电梯停止。

2.按SB10（SB4），电梯上升，反方向呼叫无效，按SQ3，E2灭，E3亮，电梯停止。

3.按SB5(SB1), 电梯上升，反方向呼叫无效，按SQ3，E2灭，E3亮，电梯停止。

4.按SB8，SB10（SB4），电梯上升，反方向呼叫无效，按SQ3，E2灭，E3灭，E4亮，电梯停止。

5.按SB9（SB3），SB10（SB4），电梯上升，反方向呼叫无效，按SQ3，E2灭，E3亮，电梯停止2s后上升，再按SQ4，E3灭，E4亮，电梯停止。

6.按SB8，SB9（SB3），SB10（SB4），电梯上升，反方向呼叫无效，按SQ3，E2灭，E3亮，电梯停止2s后上升，再按SQ4，E3灭，E4亮，电梯停止2s后下降，按SQ3，E4灭，E3亮，电梯停止。

电梯停留在三层：

1.按SB10（SB4），电梯上升，反方向呼叫无效，按SQ4，E3灭，E4亮，电梯停止。

2.按SB6或SB7（SB2）或SB6，SB7（SB2），电梯下降反方向呼叫无效，按SQ2，E3亮，电梯停止。

3.按SB5(SB1), 电梯下降，反方向呼叫无效，按SQ2，E3灭，E2亮，电梯仍下降，按SQ1，E2灭，E1亮，电梯停止。

4.按SB7，SB5(SB1), 电梯下降，反方向呼叫无效，按SQ2，E3灭，E2亮，电梯仍下降，按SQ1，E2灭，E1亮，电梯停止2s后上升，按SQ2，E1灭，E2亮，电梯停止。

5.按SB7，SB6（SB2），SB5（SB1），电梯下降，反方向呼叫无效，按SQ2，E3灭，E2亮，电梯停止2s后下降，按SQ1，E2灭，E1亮，电梯停止。

6.按SB7，SB6（SB2），SB5（SB1），电梯下降，反方向呼叫无效，按SQ2，E3灭，E2亮，电梯停止2s后下降，再按SQ1，E2灭，E1亮，电梯停止2s后上升，按SQ2，E1灭，E2亮，电梯停止。

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第二篇：PLC恒压供水控制系统毕业论文

克拉玛依职业技术学院

毕业设计（论文）

题 目：

专 业：

设计指导老师：叶晓燕

毕业设计学生：

学 号：

P L C 恒 压 供 水 控 制 系 统

电 气 自 动 化

阿依别克·哈孜木汗 13030205 P L C恒压供水控制系统设计

目录

摘要.............................................1.设计任务书.....................................1.2设计目的..................................1.3设计内容及要求............................1.4设计进程安排..............................2.PLC恒压供水控制系统...........................2.1引言......................................2.2恒压供水PLC控制系统的基本策略............2.3恒压供水系统的基本构成....................2.4 工作原理.................................3.水泵电机的选择................................3.1.概述....................................4、PLC的模拟量扩展单元的配置和选型.............4.1 PLC模拟量扩展单元的配置及应用

.......4.2 PLC系统的选型

......................5、电控系统的原理图.............................5.1 主电路图、..............................6、系统的程序设计...............................6.1 由“恒压”要求出发的工作组数量的管理

...6.2 台组泵站泵组的管理规范 存入生活/消防频率下限

..........................................P L C恒压供水控制系统设计

6.3 程序的结构及程序功能的实现............设计总结........................................致谢............................................参考文献

......................................摘要

利用自动控制程序PLC恒压控制三台水泵电机供水给生活小区生活用水。采用可编程控制器（PLC）构成控制系统进行优化控制泵组的运行，并自动调整泵组的运行台数，完成供水压力的要求，在管网流量变化时达到稳定供水压力和节约电能的目的。系统的控制目标是泵站总管的出水压力，系统设定的给水压力值与反馈的总管压力实际值进行比较，其差值输入CPU运算处理后，发出控制指令，控制泵电动机的投运台数工作而达到给水总管压力稳定在设定的压力值上。供水系统选用原则水泵扬程应大于实际供水高度，水泵流量总和应大于实际最大供水量。

关键词：PLC，自动控制系统，控制指

第三篇：本科毕业论文——基于PLC的热定型控制系统

目录

第一章

绪论.............................................................................................1

1.1课题分析...........................................................................................................1

1.2国内外现状分析...............................................................................................1 1.3课题意义...........................................................................................................2

第二章

热定型原理及总体设计............................................................3

2.1热定型工艺原理和设备...................................................................................3

2.1.1化学纤维的热定型理论.........................................................................3 2.1.2热定型过程.............................................................................................4 2.1.3影响热定型效果的因素.........................................................................5 2.1.4热定型设备.............................................................................................6 2.2控制系统设计...................................................................................................6

2.2.1控制系统组成以及工艺要求.................................................................6 2.2.2计算机控制系统.....................................................................................8

第三章

拉幅张力控制系统..................................................................10

3.1拉幅工艺要求.................................................................................................10

3.2张力控制硬件组成.........................................................................................11 3.3 590型全数字驱动器......................................................................................11 3.4张力控制策略.................................................................................................14

3.4.1模糊控制...............................................................................................14 3.4.2比例积分控制PI..................................................................................16

第四章

热风循环控制系统..................................................................18

4.1热风循环系统工艺要求.................................................................................18

4.2温度控制系统的硬件组成.............................................................................18 4.3 AL808智能仪表PID自整定过程................................................................19 4.4专家智能自整定PID控制器........................................................................19

4.4.1智能PID调节器的发展......................................................................19 4.4.2专家系统智能自整定PID控制器......................................................20 4.4.3专家系统智能自整定PID控制器在热风炉加热系统中的应用......21

第五章

通讯协议和通讯链路设计......................................................26

5.1通讯协议选择.................................................................................................26

5.1.1 RS-232C总线.......................................................................................26 5.1.2 RS-422/485总线..................................................................................27 5.1.3 MOXA多串口卡.................................................................................28 5.2上位机和下位机通讯实现.............................................................................28

5.2.1智能仪表和上位机连接方案选择.......................................................28 5.2.2智能仪表和上位机连接框图...............................................................30 5.2.3数据通讯协议.......................................................................................30

第六章

热定型机监控系统..................................................................32

6.1 SCADA系统..................................................................................................32

6.2监控系统设计.................................................................................................35

第七章

拉伸同步控制系统..................................................................38

7.1拉伸控制策略.................................................................................................38

7.2拉伸同步控制系统.........................................................................................39

7.2.1拉伸同步控制系统组成.......................................................................39 7.2.2拉伸同步控制系统编程及说明...........................................................40

第八章

实验及结果分析......................................................................42

8.1引

言.............................................................................................................42

8.1.1本实验应用的行业...............................................................................42 8.1.2使用的产品...........................................................................................42 8.1.3实验的主要工艺点及要解决的主要问题...........................................42 8.1.4实验方案简介.......................................................................................42 8.2实验方案详细介绍.........................................................................................45

8.2.1系统组成...............................................................................................45 8.2.2数学模型...............................................................................................46 8.2.3卷绕张力控制系统分析与设计...........................................................48 8.2.4同步控制系统分析与设计...................................................................49 8.3实验步骤.........................................................................................................49

8.3.1模拟量输入单元参数设定...................................................................49 8.3.3模拟电流输出单元参数设定...............................................................52 8.3.4 DM区和IR区.....................................................................................52 8.3.5实验系统调试.......................................................................................54 8.4实验记录.........................................................................................................54 8.5实验结果分析.................................................................................................55

参考文献...................................................................................................56 附

录..................................................................错误！未定义书签。致

谢..................................................................错误！未定义书签。

第一章

绪论

1.1课题分析

造纸网是造纸行业的一种重要的消耗材料，是用于纸或纸板成形和脱水的织物。随着造纸行业的不断发展，对造纸网的质量和成本提出了越来越高的要求。原有的磷青铜丝造纸网(简称铜网)，由于其成本高，耐磨强度低，渐渐的淡出了造纸行业，取而代之的是合成纤维织成的插接网，现在国内造纸行业使用的造纸网主要是聚酯网。由于合成纤维耐磨强度高，用于代替金属网，不但寿命可以延长2—5倍，经济效益增长，而且还可以织出多层和更多花纹。所以聚酯网和聚酯干网已成为当前造纸行业首选的脱水成型材料，并且以其较低成本和优良的性能已经稳稳的占据了市场。此外，聚酯纤维也可以织造产业用布，如造纸毛毯，制作复合材料等。

在聚酯纤维加工时，已先经过一个牵伸热定型处理。在织造成织物后，由于织物本身的物理特性(易变形，对温度敏感)，在使用前还需要有一个热定型的过程。此外，在纺织和织造以及练漂、染色、印花等加工过程中，纤维和织物经常要受到各种外力的作用，特别是织物的经向在湿热状态下受到反复的拉伸和经过多次中间干燥的环节，迫使织物经向伸长而纬向收缩，尺寸形态不够稳定，并呈现出幅宽不均、布边不齐、纬斜以及烘筒烘干后产生的“极光”和手感粗糙等缺点。为了尽可能地纠正上述缺点，织物在完成练漂、染色、印花的基本加工工序后，所以一般都要进行热定型处理。

热定型机用于对宽幅产业用布和产业用网(以下简称织物)进行定型加工，在适宜的温度、张力下对织物进行定型工艺处理，使之达到稳定状态。

1.2国内外现状分析

目前，我国的造纸网企业中使用的造纸网热定型机大多是由国外(主要是挪威和瑞典)引进或和国外的企业合作生产的，例如，1993年挪威的PRO公司与国内的厂家合作生产了热空气对流式热定型机，幅宽8.5米和12米各一台。但是，这些造纸网热定型机的造价十分昂贵，只为国内的少部分企业拥有。近年来，国内造纸行业对于聚酯网需求的急剧增加，随着造纸网行业对于热定型技术认识的逐步成熟，一些有实力的造纸网企业联合国内的科研院所，研制出具有自主知识产权的造纸网热定型机。其中，西安航空发动机公司冶金处研制的造纸网热定型机，已经在国内的很多企业成功应用。

但是随着国内造纸行业的发展，对于造纸网的生产提出了更高的要求，国内研制的第一批热定型设备已经不能满足日益变化的市场需求，在技术上也已经远远落后于国外的热定型设备。主要原因是：在研制的初期，国内对于造纸网的使

用还处于初级阶段，对于热定型机的工艺原理和控制技术认识不太深刻，研制出的热定型机总体技术水平不高，而且应用的自动控制系统难于扩展，不能很好的适应新的生产工艺的要求。维护费用高，维修工期长。现在从国外进口一台热定型设备价格在600万左右，价格十分昂贵。

1.3课题意义

国内使用热定型设备的很多企业都在探讨如何节约成本，提高质量，研制可靠实用的热定型机。所以，鉴于该项目具有广泛的通用性，可以较为迅速的推广到各个造纸网生产企业，因而具有较高的经济效益和社会效益。而且，由于该课题参考了国外先进的热定型机生产技术，应用了较为先进的计算机控制技术，因此，在国内的造纸网行业具有一定的领先性。

同时伴随着计算机技术的不断发展，自动化程度的不断提高，可编程控制器（PLC）在过程控制中的应用也越来越广泛。PLC具有以下特点：第一，可靠性高、抗干扰能力强、平均故障时间为几十万小时。而且PLC采用了许多硬件和软件抗干扰措施。第二，编程简单、使用方便目前大多数PLC采用继电器控制形式的梯形图编程方式，很容易被操作人员接受。一些PLC还根据具体问题设计了如步进梯形指令等，进一步简化了编程。第三，设计安装容易，维护工作量少。第四，适用于恶劣的工业环境，采用封装的方式，适合于各种震动、腐蚀、有毒气体等的应用场合。第五，与外部设备连接方便，采用统一接线方式的可拆装的活动端子排，提供不同的端子性能适合于多种电气规格。第六，功能完善、通用性强、体积小、能耗低、性能价格比高。因此PLC以其可靠性高、编程简单、在线编程、易于修改、性价比高等显著特点广泛应用于现代控制中，成为控制器的理想选择之一，而以PLC与通信网络相结合所构成的分布式控制系统已经成为现代工业过程控制的有效解决方案之一。因此本课题采用日本ORMON公司的C200HG PLC作为控制器对热定型机进行控制。

第二章

热定型原理及总体设计

2.1热定型工艺原理和设备 2.1.1化学纤维的热定型理论

为了深入的研究造纸网热定型的机理，有必要先认识所使用的纤维的结构和性能，在此基础上才能认识到织物定型后结构的变化。当前我国的造纸网一般都以聚酯纤维作为原料，为使其形态得以固定，只能利用其热塑性能，把由它们织成的织物在一定的张力作用下进行热处理，使其尺寸和形态得以稳定。这种加工工艺称作热定型。

用于制作造纸网的聚酯纤维虽然在化纤厂已进行过纤维的延伸热定型加工，但分子链的取向还不是很稳定，只要预热或受到外力的作用，纤维内分子振动便加剧，外界作用力的能量大于它的初始状态时，分子便会活化弯曲，使纤维回缩引起织物外形和尺寸的变化。尤其在造纸网的制造过程中，纤维要经过梳理、纺线、织造等多道工序加工，纤维在受到各种外力作用时不断地被拉伸、扭转、弯曲、压缩等。它们所受到的外力大小不匀，引起纤维内部各个结构单元的位移。

位移的大小受到分子间作用力的制约，当大分子的刚性越强或分子间作用力越大时，由原始状态进入新的状态所需跨越的能峰越高；而在新状态下建立新的分子间的结合，则又会降低新的位谷高峰，使体系难于逆转而稳定在新的状态。这就更加剧了纤维内部应力变化不匀的倾向。为了避免因应力不匀而造成织物的变形，造纸网都要在前部工序加工结束后，进行热定型处理，目的是使其内部应力调整到平衡状态，织物所处的新能级低于原来的能级，则织物在新的状态下更为稳定。只有织物具有了足够的稳定程度才能送交用户使用。织物稳定态曲线见图2-1。

图2-1 织物稳定态曲线

各种热塑性纤维都有各自不同的最高熨烫温度、可塑性开始温度、软化点温度、热定型最适温度、热强度等于零的温度和熔融温度。对其制品作热定型处理，只能在可塑性开始温度到热定型最适温度区间进行。如果温度低于可塑性开始温度则达不到定型的目的；若温度超过热强度等于零时的温度，则该织物的强度反而会降低，亦达不到热定形的效果。具体温度值见图2-2。因此热定形的温度必须严格掌握在规定的范围内，越接近热定型最适温度，其定型效果越佳。在热定型的过程中还必须保证温度的持续稳定，不能出现较大的波动，不然就会造成成品定型效果上的差异。

图2-2 热定型温度示意图

从分子的晶体理论角度看，纤维在受热过程中，纤维分子的热振动加剧，链段活化。开始时有些小的晶体会出现熔融，随着温度的提高，则互相连接形成较大的结晶，随着温度继续升高，完整性差的结晶继续熔融再结晶，使结晶更大。在此过程中，晶体完整地向较大的方向集中，同时随着张力的提高，分子链的取向度增加。离开受热区域后温度迅速下降，使分子链得以稳固，即受热的织物在热区形成的尺寸得以稳定，完整性得到提高。在变化过程中，织物的密度也会发生变化，温度越高结构越紧密，织物的密度增值也就越大。热定型时织物是松弛状态还是拉伸状态，其性能形状变化都会有所不同。织物经热定型后，硬挺度增加，抗变形能力也增加。定型温度越高，织物越板硬。织物表面出现明显的结晶颗粒，说明局部温度已达到熔融温度，手感也更粗糙。

合成纤维的热定型过程是大分子链解冻，进行扩散和重新调整，建立新得更为致密和稳定结构的过程，使织物结构更为密实和稳定，纤维的初始模量增加，纤维的刚性增加。在热定型时施加张力越大或伸长率越大，所产生的最大弹性恢复的最适温度越高，热回缩率降低。多次热定型处理的叠加效应，能形成较为稳定的结果。

2.1.2热定型过程

根据化学纤维的热定型理论，我们可以总结出，热定型的作用主要有两个：

第一，平整前道工序加工中产生的积聚在纤维内部的应力，改善和提高其物理机械性能，提高布面平整度；第二，提高织物的尺寸稳定性和抗温度的热收缩性，并达到成品的尺寸要求。

热定型实际上是在一定的温度和张力下的紧张定型，这样可以使所有的纱线都在相同的紧张状态，达到聚酯网的定型尺寸。在定型的过程中施加了一定的拉伸，这就不可避免的在消除前段工序产生的应力和高弹变形的同时，出现了新的高弹变形。所以，在紧张定型后，必须经过一段松弛定型，以使这种变形稳定下来，否则织物的尺寸稳定性就差。

织物的热定型工艺流程可以用图2-3表示：

图2-3 热定型工艺流程图

2.1.3影响热定型效果的因素

经过调研分析，可以总结出以下因素对造纸网的热定型效果有重要影响。1.温度

热定型温度必须选择在高于最高熨烫温度，而低于熔融温度的范围内。温度高，所需的热定型时间短，但温度过高，晶体的折叠链作用反而减少，伴随拉伸的张力作用，织物将被过度拉伸，纤维强度严重下降。合适的定型温度对提高纤维的结晶度及结晶完整性，改善和提高尺寸稳定性至关重要。聚酯纤维的最佳热定型温度为170 oC-200 oC左右，不同定型阶段温度也应不同。在热定型机上，最高温度要比织物将来使用时温度略高。如果聚酯网用作造纸网，则还与纸网在机运行速度有关。不同材料的聚酯网其热定型温度略有差异。

2.时间

高聚物结晶过程和松弛过程都需要一定的时间，时间越长，结晶和松弛越充分。不同的纤维，由其分子结构所决定的松弛时间的长短是不一样的。对同一种纤维，松弛时间视温度而定，温度越高，结晶和松弛时间越短，反之亦然。如果热定型时温度较高，则可采用较快的速度以免局部温度过高。

3.含湿率

某些高聚物纤维在干态和湿态条件下的定型效果有显著不同。在有水分子参与的热定型中，水分子能产生很大的增塑效应，即由于小分子的存在，纤维大分子的运动变得更容易。在相同的温度下，如果纤维含有一定的水分，将加速热定

型的进行，或者说含湿状态有利于改善热定型效果，现在纤维在生产时表面已浸有油脂，可以起到一定的改善作用。

4.拉伸率

在热定型中，对织物进行一定的拉伸，除了达到需要的尺寸外，还可以改善纤维网的分布结构，增加纤维沿纵向的分布。这对提高网的拉伸强度和尺寸稳定性极为有利。拉伸率过大将产生新的高弹变形，影响最终产品的尺寸稳定性。此外，张力的存在对分子链再折叠过程产生阻碍作用，影响其结晶度的提高，张力越大，相应的定型温度也该提高。

5.张力

拉伸张力也是一个很重要的因素，张力过大，使得织物被过度牵伸，织物强度下降，张力过小，不能消除内部应力，织物尺寸也达不到要求。同时，在热定型中，如果拉伸速度稳定，则张力上升变化的也比较平稳。这就要求纵向拉伸部分要速度稳定，横向拉幅要控制好张力。

2.1.4热定型设备

当前国内厂家使用的热定型机大都是热空气对流式热定型机。热空气对流是指将空气加热后，用强力风机把热空气吹向网表面，在网背面的相对位置是风机的进风口，强力抽吸造成一定的负压，迫使热空气从网中穿过，回收后再加热循环使用。只要控制好热空气的温度，监测抽吸的空气温度，对加热的温度进行调节，加工的织物就可达到最佳的定型温度。

另外一类加热的方式采用导热油辊，用内部有导热油的辊给网接触式加热，这在普通布织物中是普遍使用的一种加热方式。但是对于12米宽的辊制造比较困难。而且，辊的设计直径为0.9米，这样所需加热油也较多，加热油的热惯性将是个大问题，开始定型时候加热时间长，加热过程中温度变化比较缓慢，不能适应要求。因此，设计方案中没有采用热辊加热方案。

本课题中的定型机由主框架、悬臂梁、可移动前支架、主动辊、主动辊传动装置、拉伸辊、拉伸辊传动装置、拉伸架、拉伸架传动装置、拉幅架、拉幅架传动装置、上热风箱、下热风箱、热风箱传动装置、热风炉及计算机控制系统组成。

2.2控制系统设计

2.2.1控制系统组成以及工艺要求

热定型机示意图如图2-4所示。

图2-4 热定型机示意图

该机由主框架、悬臂梁、可移动前支架、主动辊、主动辊传动装置、拉伸辊、拉伸辊传动装置、拉伸架、拉伸架传动装置、拉幅架、拉幅架传动装置、上热风箱、下热风箱、热风箱传动装置、热风炉和计算机控制系统组成。该机主要部分的功能和技术指标如下：

1.主动辊部分

主动辊部分由主动辊、减速箱、直流电动机、调速器和控制系统组成。主动辊传动环状织物。直流电动机功率为13KW，要求可逆运行，要求主动辊的圆周速度在1米/分—20米/分的范围内连续可调，采用英国欧陆公司生产的590型调速器实现平滑调速。

2.拉伸部分

拉伸部分由拉伸辊、前后拉伸架、前后螺母、前后双螺旋锭轴（丝杠）、前后减速器、前后拉伸直流电动机前后拉伸调速器、前后张力传感器和控制系统组成。前后拉伸电动机的功率均为13KW，均采用英国欧陆公司590型调速器实现平滑调速。要求拉伸速度在1厘米/分—25厘米/分范围内连续可调，拉伸辊在拉伸架的范围内可移动6米。

在热定型过程中，要求保证拉伸辊与主动辊平行，即要求前后拉伸机同步运行。在拉伸过程中还要求织物的纵向张力符合工艺要求。

3.拉幅部分

拉幅部分由底板架、导向轨、前后拉幅架、拉幅架传动装置、带针板的链条、链条传动装置、前后转臂、转臂传动装置、拉幅张力传感器和控制系统组成。

前后拉幅架分别由4KW直流电动机经减速器传动，要求可逆运行，移动速度在50厘米/分—350厘米/分范围内连续可调，分别采用英国欧陆公司590型调速器实现平滑调速。

在热定型过程中，根据工艺规定的横向张力自动调节前后拉幅架的位置，以

保证织物的定型质量。

4.加热部分

加热部分由750KW电加热器室(亦称热风炉)、送风机、管道、上热风箱、下热风箱、周波控制器以及智能调节器等组成。对加热系统的要求是升温快、超调小及幅向温度均匀，以保证织物的热定型质量。

2.2.2计算机控制系统

织物的热定型过程，既有运动控制又有过程控制，属于混合型生产类型。主要的控制任务包括：主动辊速度控制；前后拉幅架位置控制、速度控制和同步控制；前后拉伸机位置控制、速度控制和同步控制；前后转臂位置和速度控制；织物纵向张力控制；织物横向张力控制；前后链条速度控制；上热风箱位置和速度控制；前后拉伸架位置控制、速度控制和同步控制；热风温度控制。

根据热定型工艺的特点，采用IPC＋PLC＋IR的控制模式，工业控制计算机(IPC)为上位机，用于工艺流程画面显示、数据分析、工艺过程管理、工艺参数下装、存盘以及打印报表等。采用C168P多串口卡(COM3～COM9)，实现上位机与5台590型调速器、2块AL808型智能调节器(IR)的通讯联络。通过上位机的COM2口实现与OMRON公司C200HG型PLC的通讯联络。计算机控制系统框图如图2-5所示。

图2-5 热定型机计算机控制系统框图

本系统中，数字量输入（D/I）128点，数字量输出（D/O）112点；模拟量输入（A/I）8点，模拟量输出（A/O）5点，DA1～DA5；脉冲量输入5点，PG1～PG5。

1.工业控制计算机(IPC)

采用研华IPC－610H型工控机，除了基本配置外，增加了C168P多串口卡、PC7484多功能数据采集卡以及热电偶信号调理板。PC7484卡具有16路单端模拟量输入、4路模拟量输出、3路高速脉冲输入、16路开关量输入和16路开关量输出。使用PC7484卡中的12路A/D监视不同点的温度。使用Synall数据采集和监控软件，其运行系统具有生产和管理设备的数据采集功能、多点同时报警处理功能、设备监控参数的显示（改变、登录和趋势分析）功能、事故追忆功能以及安全管理功能。

2.可编程控制器

采用日本OMRON公司的C200HG－CPU43－E(CPU单元)、PA204(电源单元)、AD003(模拟量输入单元)、DA003(模拟量输出单元)、2个CTO21(高速计数单元)、2个ID217(晶体管输入单元)、OD219(晶体管输出单元)、3个OC225(继电器输出单元)、底板、编程器以及CX-P软件等构成PLC系统。通过上位机的COM2端口实现上位机与PLC的信息交换。

PLC用于热定型机的各种开关量控制、织物纵向和横向张力控制、拉幅架速度控制、拉伸机同步控制以及主动辊速度控制。

3.数字PID调节器（智能调节器）

AL808型数字调节器（智能调节器）用于热定型机的热风温度控制。通过上位机的COM8、COM9端口，实现两者的信息交换。

第三章

拉幅张力控制系统

3.1拉幅工艺要求

对织物的拉幅处理中，重要的是对织物的横向拉幅的处理，这不仅能让织物达到需要的尺寸外，还可以改善纤维网的分布结构，增加纤维沿纵向的分布。这对提高织物的拉伸强度和尺寸稳定性也极为有利。织物在热定型的过程中，由于拉伸作用和加热后分子聚合作用，织物在横向上整体表现为热收缩。热定型过程中各个阶段的加热温度不同，热收缩程度也不一样，但须保证横向张力在各个阶段一致。因此有必要在横向加上拉幅器，用细密的针板挂住织物边缘，在织物过度收缩张力减小时候，拉幅器向外运动，增大横向张力，在张力过大时候，拉幅器向中心移动，相应的握持张力减小。目的在于使热定型效果最佳，使用时不会产生较大的收缩变形。在织物纵向拉伸的同时，横向上张力波动比较频繁，波动范围不大。拉伸率过大将产生新的高弹变形，影响最终产品的尺寸稳定性。因此，在拉幅控制过程中，最关键的部分就是对链条幅宽的调整，链条幅宽调整不好，就会造成拉幅后的织物的幅宽不均匀或不能达到预定的幅宽要求。

从以上对工艺的简要介绍知道，拉幅器在织物热定型过程中起到很大的作用。横向张力应保持在0.4kg/cm—1 Kg/cm左右。针板有效长度为3米，其后接有张力传感器，用来测量横向张力。

热定型中的张力波动主要是由于纵向拉伸和分子在热作用下的聚合作用所导致，不同于一般带材生产或纺织品热定型过程中的张力波动，采用普通的张力控制在此效果不明显。

拉幅装置由布侠(针铁)、链条、导轨、双向丝杠、左旋螺母、右旋螺母、减速箱、变频电动机、编码器及相应的机构组成，拉幅装置示意图如图3-1所示。

图3-1 拉幅装置示意图

当拉幅机用作高温热定形处理时，在热风烘燥机中，每个热风箱的链条机构即可独立调整又能同步调整，图3-1所示的仅是拉幅机用作拉幅处理时的一种形态。根据图3-1所示的拉幅装置示意图，当电动机顺时针方向转动时，双向丝杠带动左旋螺母和右旋螺母向里移动，左、右侧链条随之向里移动，幅宽减小;若电动机逆时针方向转动，则幅宽增大，可见拉幅控制系统是位置控制系统。

3.2张力控制硬件组成

本系统采用变频器和交流电机，采用矢量变频的恒张力控制方案。拉幅和拉伸有一些不同，表现在拉伸电机拉伸时候从来不反转，而拉幅架有正反向运动以适应张力需要。减速器后有两套传动丝杠，两套离合器决定拉幅架向里还是向外运动。

A/D转换使用PLC模块型号为C200H-ADOOI，D/A模块为C200H-DA001。张力检测信号由A/D模块输入，控制信号由D/A模块输出给变频器。调速器采用英国欧陆公司(EUROTHERM)590型驱动器。机械部分包括减速器、离合器、丝杠、拉幅架、限位开关、针板等。

图3-2是张力控制系统的框图。

图3-2 张力控制示意图

3.3 590型全数字驱动器

英国欧陆公司(EUROTHERM)590型驱动器是全数字直流调速器，可实现直流电动机单象限或四象限运行控制，性能优异，具有很高的性能价格比。

1.技术特点

（1）高速16位微处理器

全数字化控制，所有控制功能的实现均由参数设定完成。可实现复杂的计算和控制，如自整定（AUTOTUNE）、参数优化、积分分离、超前/滞后、弱磁控制、张力控制、多级同步算法和控制方法。（2）软件模块化

软件采用模块化结构，由多种应用软件，用户可根据具体需要进行组态，可

实现自整定、位置控制、弱磁控制、张力控制以及多级同步控制。

界面友好，参数、诊断等信息可通过LCD文字显示的目录式菜单方便地设定、存储、调用。菜单分四级，一级菜单有7个分菜单；二级菜单有30个分菜单，有的一级分菜单含有14个二级分菜单；三级菜单有18个分菜单，有的二级分菜单含有7个三级分菜单；四级菜单有17分菜单，有的三级分菜单含有4个四级分菜单。

总共有500个参数。每个参数都有一个惟一标记号与之配用，用户在组态时，找出对应的标记号就可以进行各项设置。（3）速度反馈方式

带有ＩＲ补偿的电枢电压反馈、测速反馈、编码器反馈。

（4）直线、S曲线斜率控制

（5）完善的故障自诊断及记忆功能

故障锁定并显示，RS-422/RS-485串口输出自诊断信息。数字液晶监控LCD。发光二极管状态显示。（6）保护方式

线间器件网络；瞬态过电流；励磁故障；速度反馈故障；电机过热；晶闸管组过热（强制通风装置）；晶闸管触发电路故障；零速检测；停止逻辑；堵转保护。

（7）密码功能保护

（8）3个通讯接口

可与上位机、远距离数字操作站以及其它驱动器通讯。

（9）稳态精度

具有数字设定值的编码器反馈：0.01%；模拟测速反馈：0.1%；电压反馈：2%。

2.控制原理(1)电流电枢控制

电流环从速度环或直接从现场接受电流给定，给定信号与电流反馈的平均值之差形成电流环的误差信号ei，ei经PI（比例-积分）调节器运算后，产生电流环的输出，即触发信号。

在590系列中，误差信号分为两种，平均误差计算如上，并被送到PI调节器的积分部分；给定信号与瞬时反馈值之间的差值为瞬时误差，这一误差被送到PI调节器的比例部分，产生较高的瞬时效能，瞬时误差没有时间延迟；平均误差的时间延迟为主周期的1/6。

晶闸管的6个脉冲发生器的增益在电流断续时会急剧下降，为此，590系列采用自适应算法，电流调节器能够自动提高增益，以进行补偿。

(2)速度控制

速度环从外部回路（如位置环）接受给定，或直接从设备接受给定，并形成误差信号es，es是给定信号与速度反馈信号之差，该信号经PI调节器运算后，输出作为电流环的给定信号。

(3)磁场控制

磁场电流环的给定信号是由直接从面板或弱磁控制环中取得的信号与反馈信号之差形成。该给定信号经PI调节器运算后，输出励磁触发角信号，触发信号被转换成距电源过零点有一定延时的信号，并生产触发指令，在稳态时每1/2电源周期发给场桥一次。

电压控制为铭牌中未规定磁场额定电流的电动机提供了一种开路电压控制功能，其输出电压由输出/输入比控制，出厂时该比值定为90%，即输入电压415V时，所能获得的最大输出电压为370V，指定的比值直接决定触发移相角，但当电流变化或电阻磁场变化时，该控制没有调节功能。

磁场弱磁回路可接受最大电压请求作为给定，减去电枢反馈电压，形成误差信号，经PI调节器运算后，作为弱磁环的给定信号。

3.设定参数

在“MENU LEVEL”（菜单级）按[M]键便进入主菜单（一级菜单），操作[]、[]键找到“SETUP PARAMETERS”（设定参数）菜单，显示如下：

“MENU LEVEL”（菜单级）

“SETUP PARAMETERS”（设定参数）再按[M]键便进入设定参数菜单，显示如下：

“SETUP PARAMETERS”

“RAMPS”（斜坡）

即进入二级菜单的第一个分菜单“RAMPS”（斜坡）。再按[M]键，显示如下：

“RAMPS”（斜坡）

“RAMP ACCEL TIME”（斜坡加速时间）

进入分菜单“RAMPS”（斜坡）的第一个参数。再按[M]键，显示如下：

“RAMP ACCEL TIME”

“X SECS”（X 秒）

也就是进入了分菜单参数的数值级或逻辑级。通过操作[]、[]键可改变数值。按[E]键可返回到分菜单选择其它变量。反复按[E]键，可一路返回到“MENU LEVEL”（菜单级）。590系列的四级菜单结构如图3-3所示。

图3-3 590系列菜单结构

3.4张力控制策略

为了使张力控制达到响应快、超调小且精度高的目的，采用多模态分段控制算法，综合了模糊(FUZZY)控制和比例积分(PI)控制的长处。在实际操作中，按偏差的大小来分段使用。在某段内只有一种控制被使用，这种多模态分段控制给设计和调试带来了方便，需要注意的是切换点需要通过实验来确定，从而达到最佳控制效果。

3.4.1模糊控制

当偏差O

模糊控制包括模糊量化处理、模糊控制规则、非模糊化过程。规则表示和模糊计算等工作可以事先进行，运算的数据以表格的形式存放在计算机中，使用时直接查表即可。

输人变量取误差E和误差变化量△E两个变量，输出为控制量U，描述误差E,误差变化量△E、U的词集为：

{ NB, NM, NS, ZO, PS, PM, PB}

NB:负大 NM:负中 NS:负小 ZO:零 PS:正小 PM:正中 PB:正大

变量变化的实际范围称为变量的基本论域。基本论域内的量是精确量，因而模糊控制器的输人和输出都是精确量，但是模糊控制算法需要模糊量。所以，输人的精确量需要转换为模糊量，这个过程称为“模糊化”，模糊算法所得到的模糊控制量需要转换为精确的控制量，这个过程叫“非模糊化”过程。为了能够借助数学的方法来综合控制规则，采用了将基本论域分成若干个档次的方法。取变量的模糊子集论域表示为：

{-n,-n+1, „, 0, „, n-1, n} 增加论域中的元素个数可提高控制精度，但增加了计算量，而且模糊控制效果的改善并不显著。在词集选为上述七个的时候，选择的E和△E、U的论域均为：

{-6，-5，-4，-3，-2，-1, 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6} 为了实现模糊化，要在上述离散化了的精确量与表示模糊语言的模糊量之间建立关系，即确定论域中的每个元素对各个模糊语言变量的隶属度。

依据人进行控制活动时的模糊概念一般呈正态型模糊型的特点，以如下表初始确定了E和△E, U的隶属度。在实验过程中对E, △E, U的各个词集的隶属度分别进行修正。实践证明，这样能够较快的找到合适的隶属度µ。

表3-1 模糊变量E、△E、U的隶属度

模糊控制逻辑为二输人单输出型，模糊推理规则在用PLC实现时，采用如下的形式:

“IF E=PB AND △E =NS THEN U=NM" 现在将所有的模糊控制规则列表如下(其中表头横列表示△E，纵列表示E):

表3-2 模糊