摘 要

近几年随着国家经济的快速发展，生产建设的速度也越来越快。相应的，我国的生产建设对于材料的要求也更高。然而许多生产工艺和技术仍较为落后，导致材料的质量跟不上建设的需求。钢丝绳作为生产建设中比较常见的材料,其生产设备也需要进行改进和更新。本文以筐篮式合绳机为例，研究其张力控制系统的新型控制方案，对提高钢丝绳的质量和生产效率具有重要意义。

论文主要研究了基于PLC的筐篮式合绳机张力控制系统的控制方案。传统的控制方案采用气阀控制，需要采用气阀实时控制气压，用尼龙绳作为阻尼元件，人为因素对其影响较大，实用性不高。与原有的筐篮式合绳机相比，本设计方案摒除传统的气阀控制，采用摩擦片加链条的方式抱住张力轴，链条由丝杆带动，采用伺服装置带动丝杆控制链条的松紧。

研究结果表明：这种新的控制方式完全实现过程自动化控制，可控范围大，可靠性和实用性大大增加。有效的提高了钢丝绳的质量和生产效率。

本文特色：本文设计的控制系统采用新的控制方案，由反馈，驱动，PID控制和触摸屏三部分组成。反馈采用张力传感器，由PLC采集参与运算。驱动装置通讯为CAN总线，而PLC为PROFIBUS,中间需要转换。

本文介绍了筐篮式合绳机的工作原理和生产工艺，研究了硬件部分的设计和硬件选型，软件部分的设计，PLC程序和HMI程序设计。最后，对本文进行总结，并展望未来筐篮式合绳机张力控制系统的发展方向。

关键字：筐篮式合绳机；张力控制；PLC；自动化

Abstract

In recent years, with the rapid development of the national economy, the speed of production and construction is more and more fast.Accordingly, our country's production and construction of the material requirements are also higher.However, many production processes and technologies are still relatively backward, resulting in the quality of the material can not keep up with the needs of the construction.Steel wire rope as a common material in the production and construction, the production equipment also need to be improved and updated.In this paper, a basket of rope machine as an example.a new type of control scheme of tension control system is studied, which is important to improve the quality and efficiency of the steel wire rope.

This paper mainly studies the control scheme of the tension control system of basket type wire rope machine based on PLC. Compared with the original planet type strander, The traditional control scheme adopts the air valve control, which needs to use the air valve to control the pressure in real time, and the nylon rope is used as the damping element.Human factors on the impact of the larger, practicality is not high. the design of the project to abandon the traditional air valve control,The friction plate and the chain are used to hold the tension shaft, and the chain is driven by the screw rod,The servo device drives the screw rod to control the tightness of the chain.

The results show that the new control method can realize the automatic control of the process, the controllable range is big, the reliability and practicability are greatly increased. The quality and production efficiency of wire rope are improved effectively.

Paper characteristics: The control system designed in this paper adopts a new control scheme, Composed of three parts, feedback, drive, PID control and touch screen. Feedback use pressure sensor, by the PLC acquisition and participation in operation. The communication of the driving device is CAN bus, while PLC is PROFIBUS, and the intermediate needs to be converted.

This paper introduces the working principle and production technology of planet type strander.The hardware part of the design and hardware selection, software design, PLC program and HMI program design.At last, the paper summarizes and prospects the development direction of the tension control system of the planet type strander.

Key words：planet type strander；tension control；PLC；automation

目 录

第1章 绪论 1

1.1 课题提出的背景和意义 1

1.2 课题的国内外研究现状 2

1.2.1 国内研究现状 2

1.2.2 国外研究现状 2

1.3 本文主要研究内容及结构 3

1.3.1 本文主要研究内容 3

1.3.2 本文结构安排 3

第2章 筐篮式合绳机张力控制系统分析 4

2.1 筐篮式合绳机的工作原理 4

2.2 合绳机张力控制系统分析 5

2.2.1 股张力对钢丝绳的影响 5

2.2.2 张力控制原理 5

2.3 本章小结 6

第3章 筐篮式合绳机张力控制方案设计 7

3.1 系统总体控制方案设计 7

3.1.1 单股张力恒定控制方案设计 7

3.1.2 各股张力匹配控制方案设计 8

3.2 筐篮式合绳机参数确定 9

3.2.1 合绳机筐篮转速计算 9

3.2.2 钢丝绳捻距计算 10

3.3 张力控制PID算法设计 11

3.4 本章小结 12

第4章 系统硬件和软件设计 13

4.1 系统硬件整体设计 13

4.2 硬件选型 15

4.2.1 PLC选型 15

4.2.2 伺服选型 16

4.2.3 触摸屏选型 18

4.2.4 传感器选型 19

4.3 系统硬件电路设计 20

4.3.1 PLCI/O地址分配 20

4.3.2 PLC控制电路设计 22

4.3.3 张力控制电路 23

4.4 系统软件整体设计 24

4.5 PLC和HMI程序设计 25

4.5.1 PLC程序设计 25

4.5.2 HMI程序设计 28

4.5.3 伺服参数设计 31

4.6 本章小结 31

第5章 结论 32

5.1 全文总结 32

5.2 展望 33

参考文献 34

附 录 35

附录A：部分源程序 35

附录B：PLC配置图 44

附录C：控制原理图 45

附录D：系统接线图 46

致 谢 47

第1章 绪论

筐篮式合绳机是一种将钢丝制成的绳股捻制成钢丝绳的设备。在合绳机上将钢丝绳股围绕绳芯中心作螺旋线排列，这个过程称为合绳。筐篮式合绳机主要用于生产中、粗规格的钢丝绳，在金属丝及其制品生产中应用广泛。本章节中主要介绍了筐篮式合绳机在国内外的研究现状，和本论文的研究内容和发展方向。

1.1 课题提出的背景和意义

钢丝绳是电梯、物料搬运机械等重要设备的关键部件。钢丝绳一般包括拉丝、捻股及合绳三个生产工序^[1]。合绳机顾名思义，主要用于合绳工序中将钢丝绳股有序列的合并成绳。

国内捻制粗钢丝绳需要合绳机的工字轮直径不小于1200mm ^[2]，国内该类合绳机均为筐篮式合绳机。作为钢丝绳生产过程中广泛使用的设备，其重要性不言而喻。但是国内大部分企业的筐篮式合绳机较为落后，自动化程度较低，生产设备长期得不到更新，仅仅只能满足基本的生产工艺要求。面对日益增长的市场需求，即使这些企业想要对筐篮式合绳机进行优化和改进，由于大部分企业的研发能力薄弱，往往也是有心无力。同时，由于生产出来的产品规格较少，已渐渐难以满足庞大的市场需求。研究表明，改进筐篮式合绳机的张力控制系统能够显著提高筐篮式合绳机的性能^[3]。因此，对于筐篮式合绳机张力控制系统的改进，提高设备的利用率，充分发挥设备性能，这对整个钢丝绳生产行业具有重要意义。不仅提高了设备工作效率，也会推动行业的发展和进步。

原有的筐篮式合绳机张力控制系统有许多不足之处，丝杆调节需要手动操作，依赖操作工的手感和经验，产品质量因人而异，张力从满轮到浅轮不能保持恒定，整个系统工作效率较低。一部分的筐篮式合绳机通过改进使用气阀控制，需要使用气动电磁比例阀实时控制气压保持张力恒定，使用尼龙绳作为阻尼元件，自动化程度不高^[4]。