电力变压器立式绕线机准自动控制系统的研究

摘要

立式绕线机是生产电力变压器连续式线圈的专用设备，它与导线拉紧装置、放线架等组成立式绕线机系统，并在控制系统的作用下完成连续式线圈的绕制。本课题以某公司生产的VW1500-10T型立式绕线机系统为基础，经过对单导线连续式线圈绕制工艺仔细研究，结合国外立式绕线机的先进设计思想，对VW1500-10T型立式绕线机系统机构进行优化，在原系统的基础上增加了激光线发生器装置和单导线电动折弯装置，并为优化后的立式绕线机系统设计高效稳定的准自动控制系统，使之具备绕线模自动分档和单导自动折弯功能。
　　本控制系统以西门子S7-200系列PLC为主控制器，光洋C-More系列触摸屏为人机交互界面，实现参数设置、状态监控、系统报警处理等控制。根据系统功能，将该系统分为绕线控制子系统和辅助控制子系统。绕线控制子系统主要是实现花盘旋转、绕线模自动分档、单导线自动折弯等功能的控制。辅助控制子系统主要是实现花盘升降、盖板开合、导线拉挤装置的升降、气缸与气囊拉紧、放线架制动、单导线电动折弯装置动作等控制。触摸屏通过通讯电缆与绕线控制子系统和辅助控制子系统建立通讯连接，可以通过触摸屏实现基本功能的控制、绕线数据的输入、系统报警信息的实时显示与历史报警的查询等功能。
　　绕线模自动分档功能的实现，是控制系统根据采集的花盘旋转编码器信号以及通过触摸屏输入的绕线模分档数据，结合在系统内建立的绕线模分档数学模型，实现绕线模自动分档。在进行绕线模分档时，激光线发生器装置在绕线模外表面投射出一条铅直光线，该铅直光线不随花盘的转动而转动，每当系统控制花盘及绕线模自动停止时，操作人员可沿该铅直光线画一条分档线，直到分档完成。在该部分的控制中，最主要的是每一档的定位停车。为确保每一档都能准确的定位停车，在系统设置了降速曲线，使绕线机在即将到达分档位置时，按照降速曲线迅速定位停车，使得分档误差都控制在±2mm以内，基本满足分档需要，并提高了分档效率。
　　单导线自动折弯功能的实现，是该系统中最重要的部分。控制系统根据采集的花盘旋转编码器信号、导线长度测量编码器的信号以及通过触摸屏输入的单导线连续式绕组的绕制数据，并结合在系统内建立的单导线换位“S”弯自动折弯的数学模型，得出折弯点、降速点的位置，控制单导线电动折弯装置，实现单导线自动折弯。在该部分的控制中，最重要的是起始点确定以及到达折弯点时的定位停车。起始点的确定采用激光线发生器装置在绕线模外表面投射的一条铅直光线来实现。为确保到达折弯点时能准确的定位停车，在系统内设置了正饼、反饼降速曲线，使绕线机在即将到折弯点位置时，按照相应的降速曲线迅速定位停车，使得最终的正饼、反饼换位“S”弯的定位误差控制在±2.5mm以内，提高了线圈绕制效率。
　　此外，本文还对立式绕线机的系统结构、单导线连续式线圈的绕制工艺、PLC的编程工具、人机界面进行了介绍，最后介绍了本系统的现场调试方法、调试过程、在现场调试中遇到的问题以及问题的解决方法。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 电力变压器立式绕线机概述

1．2 研究现状和存在的主要问题

1．3 课题研究的目的及意义

1．4 本课题研究的主要内容

第二章 立式绕线机系统结构优化及控制要求

2．1 现有VW1500-10T立式绕线机系统结构

2．2 单导线连续式线圈绕制工艺

2．2．1 绕线模分档工艺过程

2．2．2 单导线连续式线圈绕制工艺

2．3 立式绕线机的系统机构优化

2．3．1 单导线电动折弯装置

2．3．2 导线长度测量装置

2．3．3 激光线发生器装置

2．3．4 优化后的立式绕线机系统结构

2．4 优化后的立式绕线机系统的控制要求

2．4．1 设备参数

2．4．2 控制要求

2．5 本章小结

第三章 立式绕线机控制系统方案与硬件设计

3．1 控制系统总体方案设计

3．2 控制系统主控设备简介

3．2．1 可编程控制器

3．2．2 旋转编码器

3．2．3 测长轮

3．2．4 触摸屏

3．3 花盘旋转与升降电机控制系统的设计

3．3．1 变频器的选型

3．3．2 三相交流异步电机的变频调速原理

3．3．3 花盘旋转电机的控制原理

3．3．4 花盘升降电机的控制原理

3．4 其他部分控制系统的设计

3．4．1 盖板开合电机的控制原理

3．4．2 导线气动拉紧装置控制原理

3．4．3 导线电动折弯装置及放线架控制原理

3．4．4 编码器信号采集原理

3．5 单导线自动折弯控制系统的设计

3．5．1 单导线自动折弯控制系统结构

3．5．2 单导线连续式线圈关键绕制数据的获得

3．5．3 空间零点的获得

3．5．4 自动折弯控制系统数学模型的建立

3．6 绕线模自动分档控制系统的设计

3．6．1 自动分档起始点的确定

3．6．2 自动分档的工艺过程

3．6．3 自动分档控制功能的实现

3．7 本章小结

第四章 立式绕线机准自动控制系统软件的设计

4．1 PLC编程软件介绍

4．1．1 编程软件STEP7简介

4．1．2 PLC工程的建立

4．2 控制系统程序设计

4．2．1 绕线控制子系统PCL程序设计

4．2．2 辅助控制子系统POL程序设计

4．3 人机界面

4．3．1 人机界面组态

4．3．2 人机界面组态程序的下载

4．4 本章小结

第五章 系统现场调试

5．1 调试前的准备工作

5．2 系统调试

5．2．1 24V供电设备的调试

5．2．2 三相异步电机的调试

5．2．3 辅助功能调试

5．2．4 绕线模自动分档功能调试

5．2．5 单导线自动折弯功能调试

5．3 调试中遇到的问题及解决方法

第六章 结论

附录

参考文献

致谢