摘 要

Abstract 2

第1章 绪论 1

1.1研究背景和意义 1

1.2 浆纱车间管控的国内外发展现状及趋势分析 2

1.2.1浆纱车间管控的国内外发展现状 2

1.2.2浆纱机车间管控的发展趋势分析 3

1.3本文主要研究内容及结构安排 4

1.3.1本文主要研究内容 4

1.3.2本文结构 4

第2章 浆纱车间生产工艺及控制方案选型 5

2.1浆纱机生产工艺分析 5

2.1.1浆纱机工艺流程分析 5

2.1.2浆纱车间控制参数 8

2.2浆纱车间管控设计方案 9

第3章 浆纱车间管控系统设计 10

3.1浆纱机硬件系统设计 10

3.1.1西门子PLC控制器 10

3.1.2浆纱机控制系统硬件选型 10

3.1.3 PLC硬件组态 11

3.2信号检测装置硬件选型 13

3.2.1压浆辊压力检测装置 13

3.2.2烘筒温度检测装置 13

3.2.3回潮率测量装置选型 14

3.2.4经纱张力检测装置 14

3.2.5浆槽液面高度检测装置 14

第4章 触摸屏监控系统设计 15

4.1触摸屏介绍及选型 15

4.1.1触摸屏 15

4.1.2触摸屏硬件选型 15

4.2触摸屏与PLC通信连接 16

4.2.1触摸屏与PLC连接 16

4.2.2 创建触摸屏变量表 16

4.3 HMI控制界面设计 17

4.3.1 GA310浆纱机监控主页面 17

4.3.2控制曲线监控页面 18

4.3.3压浆压力监控页面 19

4.3.4控制页面 20

4.3.5织轴卡信息页面 21

4.3.6回潮率检测页面 22

4.3.7故障诊断页面 22

4.3.8帮助页面 23

4.3.9拖引电机负载率检测页面 24

第5章 系统仿真及调试 25

5.1系统仿真 25

5.2现场调试 27

第6章 总结和展望 30

参考文献 31

附录 PLC硬件接口图 32

致谢 34

摘要

浆纱是指在经纱上添加浆液使其具有可织性的工艺流程，浆纱过程包括经纱上浆、烘燥、并轴卷装等。纱线经过浆纱过程之后，有效改善了纱线的耐磨性。由于浆纱过程直接决定纱线成品的质量，因此浆纱过程的高精度智能化控制变得非常重要。

浆纱车间管控系统主要是通过西门子PLC检测生产过程数据，并且将设备运行状态、产品标识、班次及员工工作信息等写入控制系统。论文采用西门子S7-300系列PLC进行控制，采用TP1500型触摸屏进行数据处理及显示。论文主要的研究内容包括：

（1）分析当前浆纱机的发展历程以及发展现状，了解浆纱车间管控系统的重要性，指出浆纱车间控制系统基本设计思路。

（2）分析浆纱生产过程的工艺要求，结合PLC控制系统明确控制参数，对浆纱工艺参数进行分析，并确定参数检测硬件型号及检测方法。

（3）浆纱车间管控系统采用S7-313C 2DP型PLC进行控制，采用STEP7进行软件开发工作，选用西门子TP1500型触摸屏进行数据监控及显示，现场仿真效果理想。

论文通过设计浆纱车间管控系统，对浆纱过程实现了自动化监控，简化了车间管控操作。通过管控系统可实时查看并控制浆纱机张力、温度、上浆率等工艺参数，有效地提高了生产效率。系统还存在很多不足，在后续工作中将不断改进。

关键词：车间管控；浆纱过程；触摸屏；PLC；仿真

Abstract

Sizing refers to a process in which a slurry is added to a warp yarn to make it woven. The sizing process includes warp sizing, drying, and axial winding. After the yarn passes through the sizing process, the yarn wear resistance is effectively improved. Since the sizing process directly determines the quality of the finished yarn, high-precision intelligent control of the sizing process becomes very important.

The sizing workshop control system mainly detects the production process data through Siemens PLC, and writes the equipment operation status, product identification, shift and employee work information into the control system. The paper is controlled by Siemens S7-300 series PLC, and uses TP1500 type touch screen for data processing and display. The main research contents of the thesis include:

（1）Analyze the development history and development status of the current sizing machine, understand the importance of the sizing workshop control system, and point out the basic design ideas of the sizing workshop control system.

（2）Analyze the process requirements of the sizing production process, combine the PLC control system to define the control parameters, analyze the sizing process parameters, and determine the hardware type and detection method of the parameter detection.

（3）The sizing workshop control system is controlled by S7-313C 2DP PLC. The software development work is carried out with STEP7. The Siemens TP1500 touch screen is used for data monitoring and display. The field simulation effect is ideal.

Through the design of the sizing workshop control system, the paper realized the automatic monitoring of the sizing process and simplified the control operation of the workshop. Through the control system, the process parameters such as tension, temperature and sizing rate of the slasher can be viewed and controlled in real time, which effectively improves production efficiency. There are still many shortcomings in the system, and will continue to improve in the follow-up work.

Key words: Workshop control；Sizing process；touch screen；PLC；simulation

第1章 绪论

1.1研究背景和意义

在祖国大力发展经济建设的过程中，纺织业带来的社会红利给人民带去了幸福感。自改革开放时期起，服装纺织产业就作为最初的出口产业之一，为推动改革开放和发展经济做出了重要的贡献。纺织工业起源于英国，随后向美欧转移，逐步影响了全世界的纺织业。随着科技的不断发展，信息化技术已经应用到各行各业中，纺织行业引进了诸多先进的工业技术，工业化进程加速使得纺织业自动化程度不断攀升。近年来，世界各纺织工厂基于现代化设备大力发展自动化生产线，工业控制系统采用可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller，PLC）和触摸屏设备实现了系统的智能化管理，因此在工业上得到广泛应用。

纺织工艺过程复杂，纺织过程系统包括纺纱过程和织造过程，我们当前研究的浆纱处于纺纱和织布之间。浆纱是整个棉布织造过程中非常关键的一道工序，因此需要浆纱机保持良好的车况并且在信息采集上要时刻保持高密度信息采集及数据分析，浆纱机的高质量管理和控制变的极为重要。

纵观近年来国际纺织机械展展出的浆纱机，在性能及管控设备上越来越趋于自动化和智能化，由于浆纱在织布过程中占据关键位置，其所需要保证的是经过浆纱处理的经纱光滑并且坚韧，确保经纱具备可织性。现代化浆纱机通过计算机智能控制，通过合理设置参数值，确保浆纱过程结束时浆纱质量稳定可靠，并且在回潮率、粘结现象、张力伸长、温度、上浆率等方面有优异的表现。2014年国际纺织机械展上浆纱机械总体进展采用宽幅化卷筒，更多浆纱槽以及多单元传动装置提高浆纱机的自动化性能表现。在2018年中国国际纺织机械展上，展出的浆纱机结构大大简化，并且在浆槽设计以及烘燥路径优化方面越来越棒。通过国内外优秀纺织机厂的浆纱机直观对比，目前国内浆纱机在节能降耗和智能控制等方面与国外优秀纺织厂相比还存在不小的差距，因此加快产业向智能化转型迫在眉睫。

国内纺织机械公司较为优秀的比如郑州纺织机械厂以及江阴祥盛纺织机械厂等，通过近几年的创新和改进，这些公司生产的浆纱机械在性能上达到了国际先进水平，目前国内浆纱机的主要是通过采用计算机控制的多单元传动型双浆槽浆纱机。当前结合较为流行的PLC应用技术，国内厂商积极改进方案设计，使得浆纱机管理控制逐渐趋于完善，目前浆纱机生产线控制系统主要采用PLC现场控制、上位机监控以及现场总线方案实现对浆纱过程的控制。尤其是近年来西门子S7系列PLC产品的应用促进了机械的高效率管理，相比于其他PLC，西门子S7系列PLC功能完备、可拓展性强、运行速度快、兼容性好，并且采用了标准化的设计语言，S7系列PLC的广泛应用，必将使浆纱机械的性能进一步充分发挥。基于PLC的监控数据通过交互界面实时显示并且通过计算机编程处理以及控制的高性能管控系统正在替代老旧的生产线，全自动、高集成生产线成为当下发展的趋势^[1]。

大力发展集成度高、运算能力强、通讯性能优异的智能化生产设备已经成为共识、在当今社会，工业自动化4.0已经提出，紧跟潮流发展现代化生产线是重中之重，通过西门子系列PLC结合组态软件，优化编程环境，可使浆纱设备的性能得到进一步提升，这将为车间管理提供了有力的支持，基于网络的车间动态实时管控受到了重多企业的青睐。

1.2 浆纱车间管控的国内外发展现状及趋势分析

1.2.1浆纱车间管控的国内外发展现状

当前世界各国基于现代化技术大力发展车间管控技术，在浆纱车间中，主要针对浆纱机进行管理控制，大多采用PLC结合组态软件实现对生产管理系统的控制，车间管控系统通过实时检测设备运行状态和工艺参数，将生产数据交由计算机平台分析及处理，实现对车间的智能化控制。

纺织业一直是我国的支柱型产业，从古代起，经纱上浆工艺就已经被人们掌握，智慧的劳动人民一直在探索有效的织布方法。随着改革开放的兴起，中国加入WTO的推动，国内重多纺织机械厂开始模仿国外先进浆纱机并进行改革和研发工作，在中国，作为衣食住行的重要支撑行业，纺织业急需深入的变革才能为急速发展的中国提供强劲的动力。这其中不乏优秀的代表，例如郑州纺织机械厂以及江阴祥盛纺织机械厂等都积极引进苏联等国的纺织机械，这才加快了国内纺织机械向自动化及智能化方向发展的步伐。当前中国虽然已经成为世界纺织品生产消费的超级大国，但是同国外相比，依然有很大的改革和进步空间。纺织业自兴起之初，就一直被人们所重视，18世纪末英国人率先发明了动力织布机，这使得浆纱成为一道独立的工序，从此以后浆纱机不断得到发展。在近些年的发展过程中，由于电气智能化的迅速崛起，浆纱机的浆纱方法和上浆设备有了长足的发展，尤其是浆纱机传动系统的变化，从早期的边轴传动系统，到现在的多单元混合传动控制，这一系列的变革使浆纱机在控制速度、张力以及伸长控制上都取得了很好的控制效果，并且优化了吸浆均匀性，使得烘燥效率成倍增长。

纵观国内外浆纱机械，当前浆纱机均已实现由电气装置完全控制，各国主要在高精尖纺纱技术上存在差异。2014年和2018年中国国际纺织机械展参展机型系列展示了当前纺织机械的优秀成果以及发展趋势，毫无疑问强劲的工业基础必然缔造优秀的工业机器，国外主要是德国、日本等优势明显。国外比较经典的浆纱机有德国祖克浆纱机、瑞士贝宁格浆纱机、日本津田驹浆纱机、德国卡尔迈耶浆纱机等，国内浆纱纺织机械厂通过一系列改革和研究，也成功研发出了性能优越、质量可靠的浆纱机械，例如在2014年展会上展出的郑州恒天重工GA310型浆纱机以及在2018年展会上展出的江阴祥盛浆纱机，通过在驱动系统中逐步采用伺服电机控制，缩减甚至消除各传动单元的速度差异，在浆纱伸长率、张力控制以及浆纱可织性方面都有了优异的表现^[2]。

当前浆纱车间的智能化控制已经为各国所重视，通过智能化的电气控制不仅实现对浆纱过程的全方位控制，实现对车间人员组织、指挥、调度等，并且使得浆纱车间控制向精细化、智能化控制发展。中国作为纺织品生产及消费大国，对高性能、高质量、管控一体化需求越来越高，同时，国内纺织设备生产商也积极提升浆纱产品质量，相信通过不断地学习以及技术的不断进步，我国的纺织机械能进步得到发展。

1.2.2浆纱机车间管控的发展趋势分析

近些年浆纱机在自动化生产上有了长足的发展，结合电气参数精确控制，自动化水平不断提升，国内纺织行业正处于转型期，对高端纺织机械需求量越来越高。但部分高端纺纱机还依赖于进口。当前国内纺纱机在电控和传动上力求改进，通过优选电器降低故障率，改进软件设计，采用网络控制以及预烘区张力分组检测与调控等方案，全方位提高浆纱机的调控精确度，不仅提高了浆纱的质量，而且使得过程全部可控，这一系列的研究极具实用价值。采用自动化设备，调用高精度传感器进行检测、PLC实时检测控制、计算机网络分区调控、变频调速传动等方法已经在浆纱机上逐步应用，面向未来，专门针对浆纱车间管控的系统应用而生，采用PLC作为控制器，通过以太网络将数据传输到触摸屏上，实现浆纱车间管理控制的自动化，并且还可以实现对员工班次的调度，方便与工厂计算机管理平台进行数据交互。

目前车间管控的发展主要是结合先进技术实现车间的智能化管理，智能化控制当前发展较为领先的是一系列自动化设备生产商，例如德国西门子公司、日本三菱公司、美国AB（Alien－Bradley）公司、日本OMRON公司、美国莫迪康公司(施奈德)、日本东芝公司等，其生产的自动化管理设备促进了车间管控的进一步发展。工业4.0时代，全集成自动化已经提出，在此基础上，采用现代化通信控制车间机械信息能确保生产过程的可靠可控，为企业的高质量管理提供了方便。结合PLC的车间管控发展趋势，管控设备向智能化、小体积、可拓展模式丰富、容量大等方向发展，通过高质量信息传输，实现高效的人机界面交互效果。在未来更加智能的车间管控系统可使浆纱的质量和效率进一步提高，自动化生产和监控使得企业的管理系统进一步升级，促进整个企业向智能化高速发展。

在纺织机械机电一体化发展过程中，由于信息化技术的革新，自动化设备已经大量应用，目前国内外厂商主要是将更加先进智能的人机控制界面、PLC控制系统、交流伺服系统、步进电机系统应用到车间管控中去，结合PC嵌入式控制系统，将新兴技术和浆纱车间管控紧密结合。

1.3本文主要研究内容及结构安排

1.3.1本文主要研究内容

本文主要的研究内容是通过深入分析浆纱车间运行过程，根据控制需求，实现对浆纱车间精确控制的目的，综合采用网络通信技术以及PLC控制方法等，将PLC采集的数据进行收集，设计程序在组态软件上将车间运行状态信息实时显示出来，最终实现对车间生产管理的一体化控制。在此基础上，重点分析浆纱机的设备运行信息、生产状态、产品标识、班次及员工信息等，通过设计生产管理、设备管理、能耗、产品信息等功能模块，提供与上一级计算机数据交互的平台，便于管理者直接管理。

本次设计主要采用西门子S7系列可编程逻辑控制器，PLC作为硬件设备对数据进行采集，利用WINCC组态软件设计浆纱车间管控程序，通过调试最终达到管理控制的各项要求。针对本次设计主要做了以下工作：

1. 分析浆纱车间管控设计所涉及到的各项参数及控制指标。
2. 详细分析西门子PLC和组态软件的相关设计方法。
3. 系统设计浆纱机车间管控的硬件模块及软件程序。
4. 通过上机调试并改进设计方案。

1.3.2本文结构

第1章 绪论。论述论文的研究背景及浆纱车间管控的意义，叙述国内外浆纱机研究现状以及设计浆纱车间控制系统所采用的方案。

第2章 浆纱车间生产工艺分析以及PLC控制技术的相关论述。主要论述浆纱车间的工艺流程，并分析浆纱过程控制参数，提出了控制系统设计方案。

第3章 硬件系统设计，主要分析了浆纱车间管控系统的相关硬件选型问题，确定组态网络连接方式，实现硬件系统的有效连接。

第4章 组态软件界面设计。主要完成触摸屏和PLC系统的通信匹配，实现数据的可视化操作，并设计了各类数据监控界面。

第5章 系统仿真及现场调试。通过软件设计仿真及现场调试方案，分析结果并指出改进思路。

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