中原工學院機電系統綜合性課程設計
紡織機械同步傳動及測控系統設計報告
textile machinery synchronization transmission of measurement and control system design
單位： 機電學院
學號：200800384121
姓名： 段廷平
指導教師：鄧大立靳繼勇
2023年 06 月 29 日
紡織機械同步傳動及測控系統設計報告
機電081段廷平 21
1.設計任務分析及確定
課設設計能夠把學生的理論知識與實際問題相結合，能很大程度上提高學生們解決實際問題的能力，是同學們鍛鍊自己的很好機會。課程設計以培養工程應用能力為主，在獨立完成設計任務的同時，還要進行多方面能力的培養和提高，為畢業設計以及畢業後的工作能力打下良好的基礎。
本課題是紡織機械同步傳動綜合實驗模型。用於「紡織測控系統」，該系統應能表現紡織工藝過程及紡織運動特性。我們需要結合各種紡織機械傳動的一致特點，例如並條機、粗紗機、細紗機、整經機、漿紗機中的軋壓機構、同步能力、速度檢測等，這個同步傳動機構力求簡單、全面，能適應現代控制技術的基本要求。
該模型為五軸傳動，課題任務分配如下：
1.熟悉紡織過程中所有的機械傳動，工藝路線及機械結構，總結出各種機械各個部分的運動特徵；
2.根據課題要求進行整體方案的設計，優化設計方案，進行具體結構、零部件的設計；3.根據設計進行強度校核。
4.用cad繪圖；
5.檢查結構設計、零部件選擇以及細小部分的合理性，使設計出來的產品達到課題要求。
6.寫實驗報告，總結心得最後完成本次課程設計。
2 系統的總體設計
2.1 總體方案的設計
大多數紡織機械都要求能實現同步傳動，在不同的電機或其他裝置的控制下，實現各自物件的同步傳動。如在並條機構中對導條輥、張力輥、上下羅拉、捲繞輥的同步控制。對課題進行分析後可知方案的設計應具有如下特點：
首先是我們設計的實驗模型應具有紡織機械的主要運動特點，喂棉、牽伸、捲繞等同步運動機構；其次是主要的運動機構應具有張力檢測、速度控制等裝置，並且機構簡單，便於操作；最後是此實驗模型應建立在現實條件的基礎上，運動平穩可靠，適應性好，經濟實用，便於設計、維護、檢修。
圖2-1所示方案的運動特點有：
1. 該模型的主要運動機構有餵入、牽伸和成捲組成，如圖2-1所示。
2. 該運動機構可實現送布、加壓、張力檢測、捲繞、牽伸、同步傳動、成捲等工作。通過給棉羅拉1、因紗輥2、主動輥3、張力輥4、張力調節裝置11和導布輥10實現送布和張力檢測。
壓力調節裝置8為壓力輥5施加一定的壓力，加上三個獨立的電機7分別控制三根羅拉，並通過對這些電機的速度的調節來處理各牽伸輥之間的動力傳遞關係和速比要求，達到牽伸目的，同時又能使各道牽伸機構保持同步，以保證各個羅拉之間可以維持相對穩定的牽伸倍數，達到同步傳動。
3. 該方案的牽伸機構採用三上三下羅拉牽伸形式，由輥、加壓裝置、電機等組成。
4. 該運動機械的控制能實現實現紡織布料在該系統中自左向右的同步加速、減速和勻速傳動。
1-給棉羅啦 2-導布輥 3-主動輥（4個） 4-張力輥 5-壓力皮輥（3個） 6-紗線 7-電機（5個） 8-壓力調節裝置（4個） 9-大壓輥 10-張力檢測裝置 11-卷紗輥
圖1 方案一模型示意圖
方案的傳動模型結構緊湊，特點明顯，傳動路線清晰，可實現送布，加壓、張力檢測。捲繞、牽伸、同步傳動、成捲等多項工作。捲繞機構採用電機帶動摩擦輥驅動，依靠改變摩擦輥和捲繞輥的位置來完成成型捲繞。
牽伸機構採用採用三羅拉牽伸形式，設計簡單，並且有壓力調節裝置和張力檢測裝置，它們和電機一起都由plc實時控制，與本次課題設計的要求相符，因此採用本設計的方案。
2.2控制方式的選擇
電氣的控制選擇wincc軟體和西門子plc。通過wincc介面的製作，對相當的按鈕和視窗進行屬性設定，來設定必要動作，以滿足使用要求（如圖）。
我們在電腦上使用wincc輸入引數，例如公升速、降速、同步等不同的命令，然後就是由電機反映回來的引數值如速度、扭矩、扭力等顯示在電腦上，以使我們從數值上觀察模型的各項引數的變化。
2.3 控制方式的分析
圖2 中原工學院實驗教學啟動畫面
圖2是中原工學院實驗教學啟動畫面，該介面可通過wincc或組態王可編輯出，下面我們主要用wincc**這個問題。
wincc用於實現過程的視覺化，並為操作員開發圖形使用者介面。wincc是simatic pcs 7過程控制系統及其它西門子控制系統中的人機介面元件，還為垂直市場解決方案提供有豐富的選件(options)和附加件(add-ons)。
1、wincc允許操作員對過程進行觀察。過程以圖形化的方式顯示在螢幕上。 每次過程中的狀態發生改變，都會更新顯示。
2、wincc允許操作員控制過程。例如，操作員可以從圖形使用者介面預先定義設定值或開啟閥。
3、一旦出現臨界過程狀態，將自動發出報警訊號。例如，如果超出了預定義的限制值，螢幕上將顯示一條訊息。在使用wincc進行工作時，既可以列印過程值，也可以對過程值進行電子歸檔。
這使得過程的文件編制更加容易，並允許以後訪問過去的生產資料。
2.3.1人機介面（hmi）產品的組成及工作原理
人機介面產品由硬體和軟體兩部分組成，硬體部分包括處理器、顯示單元、輸入單元、通訊介面、資料存貯單元等，其中處理器的效能決定了hmi產品的效能高低，是hmi的核心單元。根據hmi的產品等級不同，處理器可分別選用8位、16位、32位的處理器。hmi軟體一般分為兩部分，即執行於hmi硬體中的系統軟體和執行於pc機windows作業系統下的畫面組態軟體（如jb－hmi畫面組態軟體）。
使用者都必須先使用hmi的畫面組態軟體製作「工程檔案」，再通過pc機和hmi 產品的序列通訊口，把編制好的「工程檔案」**到hmi的處理器中執行。
圖3 控制原理圖
通過工業乙太網、s7-300實現s7-200和變頻器的監控。具體工作原理如圖3所示，溫度感測器和壓力感測器對整個系統起閉環反饋作用。
明確監控任務要求，選擇適合的hmi產品； 在pc機上用畫面組態軟體編輯「工程檔案」； 測試並儲存已編輯好的「工程檔案」 ； pc機連線hmi硬體，**「工程檔案」到hmi中； 連線hmi和工業控制器（如plc、儀表等），實現人機互動。 工業乙太網是應用於工業控制領域的乙太網技術，在技術上與商用乙太網（即ieee 802.3標準）相容，但是實際產品和應用卻又完全不同。
這主要表現普通商用乙太網的產品設計時，在材質的選用、產品的強度、適用性以及實時性、可互操作性、可靠性、抗干擾性、本質安全性等方面不能滿足工業現場的需要。故在工業現場控制應用的是與商用乙太網不同的工業乙太網。工業乙太網的優勢有下面幾種：
（一）應用廣泛
乙太網是應用最廣泛的計算機網路技術，幾乎所有的程式語言如visual c++、j**a、visualbasic等都支援乙太網的應用開發。
（二）通訊速率高
目前，10、100 mb/s的快速乙太網已開始廣泛應用，1gb/s乙太網技術也逐漸成熟，而傳統的現場匯流排最高速率只有12mb/s（如西門子profibus-dp）。顯然，乙太網的速率要比傳統現場匯流排要快的多，完全可以滿足工業控制網路不斷增長的頻寬要求。
（三）資源共享能力強
隨著internet/ intranet的發展，乙太網已滲透到各個角落，網路上的使用者已解除了資源地理位置上的束縛，在聯人網際網路的任何一台計算機上就能瀏覽工業控制現場的資料，實現「控管一體化」，這是其他任何一種現場匯流排都無法比擬的。
（四）可持續發展潛力大
乙太網的引人將為控制系統的後續發展提供可能性，使用者在技術公升級方面無需獨自的研究投入，對於這一點，任何現有的現場匯流排技術都是無法比擬的。同時，機械人技術、智慧型技術的發展都要求通訊網路具有更高的頻寬和效能，通訊協議有更高的靈活性，這些要求乙太網都能很好地滿足。
3 結構設計
3.1 電機的選擇
yvp系列變頻器調速三項非同步電動機是一種交流、高效、節能調速電動機，與變頻器配合使用，是機電一體化的調速新產品。其具有效率高、調頻範圍廣、噪音低、振動小、啟動力矩大、結構簡單，執行平穩（尤其在低頻時）、使用可靠，維護方便等功能。並且體積小、重量輕，單獨裝有軸流風機，在不同轉速下均具有良好的冷卻效果。
根據目前具有的條件，選擇yvp系列變頻調速三項非同步電動機的基本機構型號為b5，即機座不帶底腳，端蓋有凸緣；安裝結構形式採用v1型。型號選擇yvp80(2)-4i。
表1 yvp系列變頻調速三項非同步電機引數
3.2減速器的選擇
在這裡由於空間的有限，需要選擇的減速器要結構緊湊、體積輕巧、小型高效、安裝簡單、靈活輕捷、易於維修；傳動比大、扭矩大、承載過載能力高；執行平穩、噪音小、經久耐用、適應性強、安全可靠性高。查手冊可知nrmv系列精工渦輪減速器正適合這種情況。
依據本設計的方案結構特點以及設計電機的輸出功率，實際輥軸傳動的速度範圍等引數選擇下列型號的減速器，具體引數如表2所示。
表2 nrmv系列精工渦輪減速器引數
3.3軸承的選擇
由於輥子的轉動要求選擇帶座圓柱孔外球面軸承，而在安裝輪子的地方選擇深溝球軸承即可。它們的主要特點如下：深溝球軸承具有自動調心功能、負載能力大、使用壽命長、密封效能好、堅固的軸承座。
按照標準設計選擇國家標準軸承座。
3.4機架的選擇
根據模型的結構特點，設計要求，整體機架的受力情況，並根據目前情況，我初步選擇冷彎等邊槽鋼焊接，gb/t6723-1986,型號為 120×50×5。
3.5 氣缸的選擇
qgb系列氣缸是緩衝式氣缸。工作介質為經過淨化處理的內油霧壓縮氣體。氣缸的緩衝作用，是當活塞運動到接近行程末端時，安裝於氣缸內部的緩衝裝置開始起作用，使活塞運動速度降低，運動平穩，避免發生衝擊現象，該系列氣缸半徑40~50mm的為不可調緩衝，缸徑63mm以及以上的氣缸為可調緩衝式的。
加壓的氣缸採用qgb63x40,工作壓力為0.15~0.8mpa，理論壓力為拉力1250n，推力1120n，（假設壓力為0.
4mpa時）；成捲機構的氣缸採用qgb63x150,工作壓力為0.15~0.8mpa，理論壓力為拉力1250n,推力1120n (假設壓力為0.
4mpa)。
3.6 張力感測器的選擇
因為此模型設計的是枕式安裝，要求精度高，溫漂小，相應快。壽命長，安裝方便等，所以選擇的張力檢測裝置為fmi型張力感測器。型號wiefmi0500，額定荷重500n。
機電傳動課程設計的小結
小結作為乙個工科學生，實踐是我們最好的學習手段，而在校期間，僅有的課程設計是我們唯一的實踐機會。把握好課程設計的這個學習機會，我們可以學到許多課本中無法學到的知識。機電傳動控制這門課，是以電機為被控物件，控制為核心的一門課程。所以，我們不僅要掌握現代工業的各種控制方法，同時也應了解電機的原理以及特性...
機電傳動控制課程設計書
機電傳動控制 課程設計說明書 院系班級 姓名學號 指導老師 目錄1 任務書3 1 課程設計目的3 2 課程設計內容3 2 正文4 1.課程設計主要目的4 2.機電傳動控制概述4 3.控制要求5 4.繼電器接觸器控制系統設計5 4.1原理圖5 4.1.1主電路6 4.1.2控制電路6 4.1.3照明顯...
機電傳動課程設計說明書 參考
機電傳動控制 課程設計說明書 院系班級 姓名學號 指導老師 目錄一 任務書2 二 正文5 1.課程設計主要目的5 2.機電傳動控制概述5 3.總體設計6 3.1.控制要求的分析6 3.2液壓控制迴路中電磁閥被控邏輯表示式6 3.3繼電器接觸器和plc控制的解決方法7 4.繼電器接觸器控制系統設計8 ...