PLC在棉纺细纱机电气控制系统的应用
来源： 录入时间：07-03-18 12:07:38 English version
１ 引言
FA506型细纱机是目前成纱质量好，自动化程度高，操作简单，便于管理的环锭细纱机，适用于纯棉或化纤的纯纺和混纺的细纱工序，尤其采用PLC作控制器，不但提高了控制精度，而且解决了生产管理方面存在的许多缺陷，可纺织造、针织等所用的细纱。FA506细纱机电气控制系统用PLC控制整个纺纱过程，纺纱过程所需的自动开车、钢领板自动升降、中途停车后能自动跟踪开车、自动落纱、自动留头等功能。能设定显示纺丝的工艺参数，实现定长落纱和锭子速度曲线控制以及班产累计等功能。对纺纱过程的锭速、牵引倍数、细纱号数、捻度等进行计算并自动显示，并依据机上各部分传感器自动协调控制。采用数字通信，提高了系统的抗干扰性。
２ 系统构成
2.1硬件组成
FA506细纱机电气控制系统的硬件构成包括以下几个部分：传动部分、检测部分、变频器、可编程控制器、人机界面、数字通讯。见图1。
⑴传感器、指令开关信号输入部分
部分由主轴、前后罗拉传感器、成形桃轮位置传感器、钢领板行程传感器和指令开关组成，主轴、前后罗拉传感器用来测速，由PLC计算出相应的锭速、纺纱长度、产量、牵伸倍数、捻度、细纱号数等；成形桃轮位置传感器使停车时能按一定顺序和位置停车，有利于下一次开车，减少开车断头，实现纱线自动留头；钢领板行程传感器用来确定钢领板在开车、满纱、落纱时的位置；指令开关用来发送开车、中途停车等指令。
⑵数据检测部分：数据检测部分由主轴、前罗拉、后罗拉传感器组成。功能为自动检测纺纱过程中主轴、前、后罗拉的运行数据，为计算班产、锭速、牵伸倍数、细纱号数、捻度等工艺参数以及锭子速度曲线控制提供数据。
⑶传动部分：包括主电机、吸风电机、钢领板升降电机、自动润滑装置、自动清洁装置、变频器、落纱电源、各种开关等。
⑷变频器锭子速度控制：该部分由变频器、锭子传动部分、主电机构成，其作用是变频器依据PLC传输的锭子速度控制曲线自动调整锭子运行，提高纱线质量和产量。
⑸PLC部分:该部分由松下Fp0 plc构成，完成全机开关量输入、数据检测以及计算和过程控制，实现纺纱过程自动化和对机器运行情况进行监控。
⑹MD506L参数设定显示单元: MD506L与PLC之间以PPI协议通讯，完成纺纱过程工艺参数显示设定，可直接设定锭子运行曲线，实现控制柔性化。
⑺数字通讯部分：该部分由触摸屏MD506L通讯口、PLC 通讯口
和变频器的RS485部分构成，触摸屏MD506L与
PLC 通讯口以RS232C协议通讯完成参数设定显示，PLC 通讯口与变频器的RS485以自由口协议通讯完成锭子曲线控制，数字通讯高精度、高可靠性和低成本极大的提高了机器性能比和市场竞争力。
⑻其它执行机构：该部分包括吸风电动机、钢领板电动机、自动润滑装置、吹吸风电动机、落纱电源、制动器和信号灯，由连接到PLC输出点的接触器驱动或由PLC输出点直接驱动。
图1 系统硬件构成图
2.2系统软件和组态
（１）MD506L组态软件。MD506L触摸屏共组态有21幅画面，可进行菜单式操作，键盘式数据输入，可图形显示，多种提示信息可指导操作，故障诊断信息，方便维修。开机首页中组态有：纺纱长度、锭速、前罗拉速度、细纱号数、捻度、工作班次、班产量、总产量、时间、纺纱长度显示图形及[报警信息>、[班次选择>、[主菜单>选择按钮。主要数据都在本页显示出来，按选择按钮可切换到相应页进行操作。在主菜单页中可按屏上按钮[参数查阅／设定>、[查阅产量／清零>、[三自动选择>、[时间设定>、[触摸屏校准>及[注意事项>等可切换到相应页面，根据密码锁位置的不同，按相同按钮会切换到不同页面，从而拒绝没有权限的人员对参数进行修改。当操作人员输入数据时，显示屏会自动显示操作键盘和数据的设定范围，若输入不正确或超出范围，显示屏会显示出错信息，输入的数据不被接受。
（２） PLC程序。FA506细纱机电气控制系统软件分为：包括过程控制程序和测速计算程序、速度曲线控制程序和参数数据保存程序几个部分：
· 过程控制程序：根据输入点的指令开关信号、成形桃轮位置传感器、钢领板行程位
置传感器信号和触摸屏设定的参数进行纺纱过程的自动控制。
· 测速计算程序：运用PLC的高速计数器和普通计数器对主轴、前后罗拉测速传感器
的信号进行统计，再经过计算得到需要的数据显示到触摸屏上。
· 速度曲线控制程序：包括SMB130自由口通讯协议初始化，数据计算、发送、接受，
发送中断，接受中断。
· 参数数据保存程序：将重要的37个参数数据共148字节的内容用程序方法写入
EEPROM中，当某一数据发生更改则重新写入。
· 数字通讯部分和锭子运行曲线部分：主要采用自由口通讯协议完成与变频器的数据
传输。FP0 PLC通讯控制寄存器设置为自由口通讯方式后,程序通过接受中断以及发
送指令控制通讯口的操作。在自由口通信方式下通信方式由程序梯图控制。FP0还
定义了
波特率、校验方式和数据长度。为了使锭子运行曲线平滑，在设定的点与点
之间采用数据建模
的方法拟合发送参数。其中参数设定菜单程序框图如图2。
图2 参数设定图
（３）编程用到的主要计算。
主轴测速传感器脉冲宽度的计算
式中：
P —脉冲宽度；
r主轴— 主轴转速，r／min；
Ф磁块— 磁块直径(霍尔传感器触发用)值为8 mm；
D传感轮—传感器轮直径(外径表面装磁块)值为90 mm。
以通常主轴转速 主轴1500 r／min计算，则可算出P的值为1.13 ms，这一值小于PLC程序扫描周期，因此在编程时对主轴测速应采用高速计数器，否则计数不准确，传感器也应有足够大的开关频率。
根据设定锭速计算出变频器频率根据以下两公式：
式中：
r锭——锭子转速，r／min；
r电动机- 电动机转速，r／min；
D - 电动机皮带轮直径，mm；
D2-主轴皮带轮直径，mm；
D -滚盘直径，mm；
D -锭盘直径，mm；
r额定-电动机50 Hz额定转速；
F —变频器输出频率，Hz；
σ—锭带厚度。
可导出以下公式用于在编程中把设定的锭速换算成变频器输出频率：
３ 数字通讯应用特点
该控制系统最大特点是应用数字通讯方式完成人机界面与PLC以及PLC与驱动器之间的数据传输。以往我们进行锭子速度曲线控制时只能选用模拟量来控制变频器运行，这样增加了硬件成本且控制精度较低。采用数字通讯后，由于介质为RS485，所以硬件仅为一根屏蔽线，且抗干扰能力增强，为实现联网传输控制参数提供了条件，降低了控制成本。数字通讯要求软件设计严谨，软件编制达5K。
４ 结束语
FA506型细纱机控制系统前身采用PLC开关量控制合外协参数仪构成，全机控制精度低，可靠性合抗干扰能力差，系统成本较高。采用PLC构成控制系统后，全机控制采取数字通讯方式，控制精度高、可靠性合抗干扰性能较优。利用“提高软件设计水平来降低硬件投入”原则，极大降低了系统成本，单机实现成本降低达控制系统的10%左右，极大提高了产品盈利能力，具有广阔的应用前景。