摘 要

钢丝绳是由经过特殊处理的高强度钢丝捻制而成，由于它具有非常好的冲击吸收性能、承载能力大、结构多样等优点，被广泛应用国内的工业、林业等各行各业。

与钢丝绳有关的生产设备有很多，而合绳机是用来捻制钢丝绳的重要设备，因此研究合绳机钢丝绳的控制是很重要的。

本文首先介绍了整个合绳机钢丝绳的生产流程，接着分析了机械张力控制系统是如何控制钢丝绳张力的，在此基础上，提出了一种基于PLC的张力控制方法，以实现对张力的快速、精确控制。

本文的设计原理是：首先在触摸屏上设置初始参数，然后将PLC的程序下载至触摸屏，之后变频器控制电机运动，当张力发生变化时，张力传感器和测速编码器分别会将张力信号和线速度信号传给PLC，这时PLC会控制变频器内部进行PID运算，然后以此改变电机转速和力矩到达张力恒定的目的。

在论文中，分析与设计了S7-300PLC与MM440变频器的通讯控制单个电机做正转、点动、改变速度等各种运动，来表明整个系统是如何通讯设计的。

论文中对硬件系统进行组态，并阐述整个硬件模块的设计，最后通过软件设计说明我的张力控制是如何实现的，并在人机界面上设计了控制部分的显示功能，最后，阐述整个张力系统设计的好处及不足之处。

关键字：合绳机；张力恒定；PID控制

Abstract

Wire rope products are made of steel wires with high strength. Because it has the very good shock absorption performance, bearing capacity, structural diversity, etc., it was widely used in domestic industry, forestry and other industries

There are many production equipments which are related to the steel wire rope, and the wire rope machine is an important equipment used to lay the wire rope, so it is very important to study the control of the wire rope of the wire rope.

In this paper, we first introduce how to produce the steel wire rope , and then analyzes the non automatic tension control is how to control the tension of wire rope, then this shortcoming was improved and proposed a more efficient tension control method to more rapid and precise control tension.

My design principle is roughly: the touch screen for human-computer interaction and parameter settings. The output of the I/0 module control that open,close the main inverter and cooling oil pump, forward rotate, reversal main motor. The tension value which set from the touch screen is sent to the inverter through the communication port. After obtaining the line speed signal and the tension feedback signal, the coil diameter and the PID operation is calculated in the converter, computing results will be output to control the torque of the electric motor in order to constant tension control.

In the whole paper, I make a communication between S7-300PLC and MM440 converter to control a single motor to do a positive turn, move, change speed and other kinds of movement, it can show how the whole system is designed to communicate.

After I made a configuration for the entire hardware system, and elaborated the hardware module design. Finally, I threw the software design to explain my tension control, in the man-machine interface can see I control those aspects. The final conclusion showed the benefits and the shortcomings of the tension system design .

Key words: steel wire rope; constant tension; PID contrl

目 录

第1章 绪论 1

1.1 研究合绳机张力控制的目的及意义 1

1.2 钢丝绳张力控制的国内外现状 2

1.3 本文研究内容及结构 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 钢丝绳生产工艺以及传统张力控制分析 4

2.1 钢丝绳的生产工艺 4

2.2绳股张力控制原理和影响因素 4

2.3本章小结 6

第3章 合绳机张力控制整体设计方案及控制策略 7

3.1张力控制系统整体方案设计 7

3.2 PID控制策略 8

3.2.1 双闭环控制系统介绍 8

3.2.2 电流调节器仿真设计 9

3.2.3 速度调节器仿真设计 10

3.2.4 仿真结果及分析 10

3.3 本章小结 11

第4章 硬件模块设计 13

4.1 整体硬件设计 13

4.2 PLC选型 14

4.2.1 PLC 选型原则 14

4.2.2 确定PLC选型 14

4.3硬件电路设计图的分析 15

4.4变频器选型 17

4.4.1 变频器选型原则 17

4.4.2确定变频器的选型 18

4.5触摸屏(HMI)选型 19

4.6 PLC系统组态的建立 19

4.7本章小结 21

第5章 系统软件设计 22

5.1 整体布局 22

5.2 PLC与变频器通讯设计 23

5.2.1系统硬件组态 23

5.2.2 MM440参数设置 23

5.2.3 MM440通讯协议 24

5.3 PLC控制程序设计 25

5.4 PLC张力部分程序设计 30

5.5 人机界面设计 33

5.5.1 人机界面软件介绍 33

5.5.2 合绳机流程界面 33

5.6调试过程中出现的问题 37

5.7 本章小结 38

第6章 结论 39

参考文献 40

附 录 41

致谢 44

第1章 绪论

1.1 研究合绳机张力控制的目的及意义

合绳机是一种将绳股捻制成钢丝绳的设备。合绳机在捻制原理和结构上与捻股机无显著区别。不同的只是合绳机中工字轮上装载的不是钢丝而是捻绳用的股。

而因为钢丝绳具有非常好的冲击吸收性能、承载能力大、结构多样等优点，被广泛应用国内的工业、林业等各行各业。

而本论文之所以要做有关于合绳机的张力控制设计是因为我国钢丝绳产品的质量还有很大的不足差距。而造成这种差距的原因一方面是硬件方面不如国外的好，另一方面就是国产捻制质量比外国差得多。捻制质量差的话会使钢丝绳的使用寿命下降，甚至发生钢丝绳在生产过程中发生断绳从而引起重大事故的情况。

在这种背景下，我们首先应该思考一下我国钢丝绳质量方面为何存在一定的问题,而这些我们该如何解决。分析表明钢丝绳中股绳受力不均，会导致实际承载能力下降，从而导致钢丝绳发生断裂引起事故 。因此，研究如何使钢丝绳捻制过程中各线轴股绳张力保持恒定，以此来使股绳均匀承担负载带来的压力，避免发生断绳引起事故是我们应该好好思考的。