預浸布生產線PLC控制系統分析

摘 要：預浸布生產線是漁具行業重要的生產裝置。本文介紹了PLC對預浸布生產線進行多輥速度控制、干燥塔溫度控制、收卷糾偏控制；采用變頻器對電機速度進行調節；使用觸屏作為人機接口，進行參數設置和監控，達到了滿意的控制效果。
關鍵詞：PLC 酚醛預浸布 變頻器 觸摸屏
0 引言
隨著科學技術的不斷發展，工業生產的技術裝備越來越復雜，自動化程度越來越高。可編程控制器(PLC)及其網絡架構是構成CIMS系統的基礎，被稱為現代工業自動化的三大支柱(PLC、數控技術、工業機器人)之一，由于其使用簡單、功能強大、可靠性高，目前已廣泛應用于現代工業的各個領域。越來越多的重要設備、工藝、關鍵部位都采用可編程控制器來組成控制系統。以往的控制系統由于較多的使用繼電邏輯器件，具有故障率高、維修不便、動作滯后、控制精度低弊端，使用可編程控制器可以使控制的精度和穩定性得到有效保證。
某漁具廠酚醛浸布生產線的操作流程為：玻璃纖維布在酚醛樹脂中浸泡后，通過多輥連接的生產線進行擠壓、拉伸，通過干燥塔分段干燥后就形成了酚醛預浸布，最后由收卷裝置將干燥后的預浸布卷成布筒。
該生產線是一個典型的多輥速度控制對象，其中有大小鋼輥十幾個(由電機帶動運轉)，為保持產品質量和生產的連續性，需要保持生產線中布的張力恒定，因此必須控制布前進的速度一致，帶動生產線前進的主要四個鋼輥(放卷輥、定速輥、輔助輥一、輔助輥二)的精確控制尤其關鍵。干燥塔為立式三段結構，分別采用不同溫度的蒸汽(100～200℃)對預浸布直吹固化，要求控制溫度波動范圍為設定溫度±2℃。預浸布傳動過程中會出現傳動跑偏，收卷裝置前通過光電開關檢測布的位置，控制收卷裝置移動電磁閥，糾正預浸布的偏移。
1 系統方案設計及實現
1.1硬件組成及系統方案
系統使用PLC作為控制系統的直接控制級，我們選擇了日本三菱公司的FX2N128MR，由于輸出點數較多，增加了輸出擴展模塊FX2N16EYT。
現場由多個旋轉編碼器(日本OMRON)測量速度輥的速度信號，通過特殊模塊FX2N4AD(實現模數轉換)傳送到PLC。PLC根據設定值和測量值運行算后，通過特殊模塊FX2N4DA(實現數模轉換)作為控制信號提供給變頻器。
由變頻器電機轉速，電機帶動速度進行速度控制，變頻器選用日本三菱公司FR-E540-0.4K-CH，這具有正反轉特性、啟動轉矩大、升速降速時間短、直流過載保護等功能。使用變頻器進行電機調速精度高、切換快，而且可以大大降低能源消耗。溫度采集采用鎧裝防爆Pt-100熱電阻，自行研制了溫度采集板，通過特殊模塊FX2N4ADPT將現場熱溫度信號采集上來，模數轉換后送往PLC。PLC根據設定值和測量值運算后，通過特殊模塊FX2N4DA提供現場調節閥的開度信號，控制蒸汽的流量，進而使干燥塔內溫度達到控制的要求。
收卷裝置前通過光電開關(日本OMRON)檢測布的位置，控制電磁閥，通過液壓泵的動作帶動收卷裝置的移動，糾正預浸布的偏移。
控制柜面板上安裝了觸摸屏(日本三菱公司F940GOT-SWD-C)作為人機交互界面，可以方便的進行工藝參數設置、控制參數設置以及現場運行參數數據查看、曲線查詢等操作。
考慮到安全柵的成本較高，系統防爆方式采用防爆的現場儀表及操作按鈕等，因此在控制系統中不再采用安全柵方式防爆，這樣可大大減少控制系統的造價。
1.2控制軟件結構
使用三菱公司GPP for Windows編程軟件進行控制程序編寫，該軟件可以使用梯形圖、指令表和SFC三種編程方式，指令多達156種，功能強大，編程非常方便。
設備精確控制的實現由PLC自帶的PID運算模塊實現，通過合理的設置P、I、D參數，可以得到滿意的控制效果。
為提高運行速度、減少運行指令，在控制軟件設計中我們采用了模塊化編程，設計了各種通用子程序，如數據采樣子程序、PID運算子程序、邏輯動作子程序、報警子程序等。
1.3觸摸屏
近年來，為了方便用戶在工業現場進行參數設置和查看等操作，三菱、OMRON、西門子等企業相繼推出了便于現場操作的人機接口設備(也稱圖示操作終端或觸摸民間)。日本三菱公司的GOT系列產品是用戶評價比較高的觸摸屏產品，我們選用型號為F940GOT-SWD-C的觸摸屏，該產品可與FX系列或A系列PLC的編程接口直接相連，可以安裝在控制盤或操作盤面板上。
使用三菱公司的FX-PCS-DU-WIN-C編程軟件可以設計觸摸屏畫面，該軟件類似于組態軟件，不用寫一句程序，只須將相關元件拖到畫面上，設置地址即可。
在個人計算機上設計完成后可以通過串口傳送到觸摸屏。觸摸屏上電后(使用24V電源，可由PLC直接供給)直接進入所設計的畫面，用手指在畫面輕輕一點就可以直接按設定的地址查看PLC數據區的數據了，同時也可以按權限對PLC數據區的數據進行修改。系統還支持歷史曲線、棒圖、餅圖等功能，也可以將打印機連接到觸摸屏實現按需打印或定時打印，使用起來非常方便。
2 結束語
可編程控制器和觸摸屏結合可以用在很多工控領域，在預浸布生產線中的應用則是一個實例。該系統2002年6月在威海某漁具廠投入運行后，控制達到了預定的工藝要求，產量質量穩定，運行至今情況良好，表明該設計方案是成功的。
雙方正準備對多套預浸布生產線進行控制，并通過RS485總線聯網至上位機組成分布式網絡結構，由上位機對系統進行綜合監控。上位機納入企業局域網后可以和全廠的信息管理系統相連，組成管控一體化的網絡系統。