摘 要

钢丝绳产品均采用高强度钢丝，由于其特点，如优异的柔韧性，相对较低的重量，承载能力强，构造多样，规格齐全等，它被普遍应用于生活各行各业，如港口，车站，矿山，建筑，冶金，石油钻探，林业，旅游，军工等，合绳是制造钢丝绳的过程，合绳机是在钢丝绳制造过程中最重要的主要生产设备。通过分析，我们得出结论：张力控制在合绳的过程中起关键作用。

文章阐明了合绳机的组成，运行机制，生产工艺流程和设备状况，总结了影响钢丝绳的质量的股张力控制过程中的关键因素。在分析了影响股张力的相关因素的基础上，建立合绳机的数学模型，建立了以PID控制为核心的控制系统，奠定张力控制系统仿真的基础。由于复杂的环境条件，难免会发生实际控制系统的张力实时变化。因此，上线的PID控制器参数的调整将通过使用PID控制器以配合控制对象的变化来实现，钢绞线的恒定张力控制目标将因此实现。

仿真的结果表明，该系统是稳定的，便于操作。该系统的快速跟随能力要好得多，稳态精度高，并调整时间被明显改善。该系统的动态性能以及抗干扰的能力提高，所以该系统是能够满足生产需要的。

关键词：钢丝绳；合绳机；张力控制；PID控制

Abstract

Adopt high strength steel wire, steel wire rope products due to its characteristics, such as excellent flexibility, relatively low weight, carrying capacity is strong, structure variety, complete specifications, etc., it is widely applied in all walks of life of life such as port, station, mine, building, metallurgy, oil drilling, forestry, tourism, military industry and so on, the rope is the process of manufacturing steel wire rope, and rope machine is the most important stage in the process of production of main production equipment. Through the analysis, we concluded that the tension control has played a key role in the process of laying-up.

The article illuminates the laying-up machine structure, operating mechanism, production process and equipment conditions, summarizes the main effects on the quality of wire rope strands of the key problems in the process of tension control. On the analysis of the impact tension on the basis of the related factors, and mathematical model of the rope machine, set up the core of the PID control system simulation of tension control system basis. Due to the complicated environmental conditions, will inevitably change actual real-time control system of tension. Therefore, online adjustment of PID controller parameters by using PID controller to cooperate with the change of the controlled object, steel strand of constant tension control goal to achieve.

The simulation results show that the system is stable, easy to operation. To have better ability to quickly follow the system steady-state accuracy is high, and adjust the time is obviously improved. The system dynamic performance and anti-interference ability to improve, so the system is able to meet the need of production.

Key words: steel wire rope; closing machine; tension control; PID control

目 录

第1章 绪论 1

1.1课题提出的背景 1

1.2钢丝绳发展的概况 1

1.2.1国外钢丝绳生产发展概况 1

1.2.2国内钢丝绳生产发展概况 2

1.3 本文的主要研究内容 2

第2章 研究基础 3

2.1钢丝绳的基本特性 3

2.1.1钢丝绳的基本概念 3

2.1.2钢丝绳的基本特性 4

2.2钢丝绳生产工艺 7

2.3钢丝绳生产设备的张力控制方式 8

2.4本章小结 9

第3章 PID控制器在系统中的应用 10

3.1合绳机张力控制系统 10

3.1.1单根股绳张力控制模型 10

3.1.2张力控制原理 11

3.1.3合绳机多股张力控制原理 13

3.2仿真及性能分析 15

3.2.1仿真工具介绍 15

3.2.2仿真结果及性能分析 16

3.3本章小结 17

第4章 系统实现 18

4.1硬件设计 18

4.1.1控制器 18

4.1.2变频器 19

4.1.3人机交互界面 20

4.1.4通讯方式 21

4.1.5电机选型 22

4.2软件设计 23

4.2.1PLC程序设计 23

4.2.2HMI界面设计 25

4.3本章小结 28

第5章 结论与展望 29

5.1结论 29

5.2展望 29

参考文献 30

附录A 31

附录B 32

致 谢 33

第1章 绪论

1.1课题提出的背景

进入21世纪的十几年来，随着中国国民经济整体水平的蓬勃发展，民族工业借势得到迅速繁荣，在重要工业领域大大缩短了与世界先进水平的距离,许多领域我们与工业发达国家站在同一起跑线上,有些领域还处在领先地位。

随着工业4.0的正式拉开序幕，和我国的经济结构改革的进行，工业各部门将迎来巨大的机遇和挑战。工业的发张和改革，对更先进的生产技术有着极大的需求。钢丝绳在工业各部门有着广泛而重要的用途，且暂无理想的替代品。所以其生产工艺的改进，在这个变革的时代，变得尤为重要。

分析表明，股受力不均，从而导致实际的承载能力降低，与此类事故的发生有非常密切的关系。因此，研究钢丝绳合绳机股张力控制技术^[1]，以保证钢丝绳合绳过程中，每一条股张力一致，达到使用时的钢丝绳甚至可以承担所有共享负载，充分发挥钢丝绳的承载能力，这是提高钢丝绳的使用寿命，避免重大安全生产事故的重要措施。为了提高产品在激烈的市场环境下的竞争优势，如何有效地克服钢丝绳合绳过程中股张力不均的问题^[2]，已成为现阶段的一项紧迫任务。

1.2钢丝绳发展的概况

1.2.1国外钢丝绳生产发展概况

西方国家经济科技的发展，尤其是冶金、机电工业的发展为钢丝绳的发展提供了有力条件：钢的冶炼、轧制技术不断提高，拉丝、制绳设备性能不断改善，告诉拉丝机、捻股机及大型捻绳及组先后问世，极大地改善了钢丝绳的生产条件。

目前，国外的钢丝绳制造公司普遍采用大盘重周转、实现连续化、高速化、自动化操作，大大提高了生产效率和钢丝绳的制作质量；捻股机组逐步向高速化、自动化方向发展，大型串联机组和大型捻绳机组先后投入使用。

1.2.2国内钢丝绳生产发展概况

我国的钢丝绳制造行业现状为：得益于线材质量的提高、生产工艺装备的改进、辅助装备和辅助材料的质量改善及一些技术难关的攻克，钢丝绳产品质量趋于稳定；生产企业高速增长，产量逐年提升，年产量位居世界前列，现处于从钢丝绳生产大国向强国过渡的阶段；钢丝绳品种结构增多，能基本满足国内用户的需求，需要进口的产品逐年减少。总的来说，与发达国家之前的差距在逐年缩小。