永宏PLC在紡織廠清花線的應用

1 引言

紡織行業清花設備是集機、電、氣等高新技術于一體的紡織機械設備。作為各種紡織工藝流程的前紡設備，在提高紡織產品檔次與質量中起著重要作用。紡織行業是傳統老行業，紡織廠老設備居多，傳統設備均采用繼電器控制系統，長期以來電氣故障率高的問題一直沒有解決。目前，在國際上已普遍采用PLC及變頻控制技術取代繼電器控制技術.傳統的清花工序(非自動化程度高的新設備)的電氣控制在紡織企業中是比較復雜的,而且電氣故障也是較多的。對清花工序進行電氣改造,引入PLC及變頻自動控制系統意義很大。采用國產永宏(FATEK)PLC及變頻控制系統改造清花生產線以后具有高產量、高除雜效率、高自動化等特點，在生產使用中體現了其設計合理，工藝性能好，機電一體化水平高。經不懈地改進、完善和提高開棉設備的設計和制造水平，縮短了我國開棉設備與國際先進水平的差距。

圖1 清花生產線工藝示意圖

（1）開松工序：把原料包中壓緊的纖維塊松解成較小的纖維束，同時避免纖維的損傷和雜質的碎裂。
（2）除雜工序：清除原料中大部分的雜質和疵點以及部分短絨，同時避免可紡纖維的損耗。
（3）混和工序：使不同成分、不同等級的原料充分混和，保證成紗質量的均勻一致。
（4）成卷工序：均勻喂給，制成一定重量和長度的纖維卷，以滿足下道工序的需要。

開清棉機械按其功能劃分有：開棉機械如自動抓棉機、棉箱給棉機等，其主要作用是開棉和給棉，無明顯的除雜作用；混棉機械如多倉混棉機、混棉簾等，其主要作用是完成原棉的混和；開清棉機械如雙輥軸流開棉機、豪豬式開棉機、單打手成卷機、鋸齒輥筒清棉機等，其主要作用是開松原棉和清除雜質。一臺好的開清棉應具有工藝流程短，適紡性強，工作效能高等特點。整套設備由幾臺不同功能的單機組成開清棉聯合機，最基本的設備配置為：圓盤式抓棉機(2臺)→除金屬裝置→六輥筒開棉機(附A045型凝棉器)→多倉混棉機→豪豬式開棉機(附A045型凝棉器)→豪豬式開棉機(附AO45型凝棉器)→二路電氣配棉器→雙棉箱給棉機(附AO45型凝器)(2臺)→單打手成卷機(2臺)。

2 清花工藝與PLC技術

2.1 清花生產線工藝流程介紹
開清工序，是紡紗工藝流程中的第一道工序，加工對象主要是軋棉廠或化纖制造廠運來的原料包。其主要作用是：對原棉進行開松、除雜、混和并制成厚度均勻的棉卷或輸出流量均勻的棉流，供梳棉機使用。其主要任務如圖1所示。

2.2 PLC清花線控制技術路線
清花生產線原設計采用繼電器控制系統，故障率極高，維修量很大,運行效率較低，同時因為前后各供棉電機沒有變頻調速，不能連續供棉，嚴重影響設備正常運行。改造前各個控制設備分散排列,操作也極為不便,改造前部分繼電器控制的部分電路原理圖如圖2所示。
PLC成為工業領域內高可靠性計算機程序控制系統的代名詞。將繼電器控制系統用PLC代替，故障率顯著降低，可靠性提高，很受歡迎。通過對清花電氣線路和安全裝置的改造來保證電氣設備安全;通過電氣方案的改進設計來滿足工藝流程的要求;通過關鍵點電氣裝置的增設來保證和提高清棉工段的產品質量.該系統利用程序實現模糊算法和控制策略,與位移傳感器、電流變換頻率調節裝置及電機等組成實時數據采集和控制系統,替代原來的鐵炮撥叉調速系統,對清花成卷機的給棉羅拉轉速進行調節,使給棉羅拉在單位時間輸出的棉量保持恒定.經過現場實際運行后表明,提高了系統的精度和動態特性,降低了棉卷不勻率,控制效果良好.紡織機械應用了自動化技術后機構簡化，性能改善，質量提高，操作方便，提升了設備的檔次和水平。電氣控制系統采用PLC、變頻技術，使系統操作和工藝調整更加簡單快捷；人機界面對話、故障自動診斷等功能使系統管理維護更有效；重物、金屬、火星和異性纖維探測技術的應用，使系統安全有保障；氣壓控制技術、連續喂給技術和自調勻整技術的應用，使系統生產運行更加穩定可靠。

圖2 原清花繼電器控制系統部分原理

圖3 基于永宏PLC的清花生產線

近年來,隨著科學技術的進步和微電子技術的迅猛發展,可編程序控制器技術已廣泛應用于自動化控制領域。可編程序控制器以其高可靠性和操作簡便等特點,已經形成了一種工業控制趨勢。傳統的清花工序（非自動化程度高的新設備）的電氣控制在紡織企業中是比較復雜的，而且電氣故障也是較多的。在眾多的PLC當中，如何選型取決于實際的應用需要。清花控制系統的特點是距離長、規模大、分布站點多、通訊對象多。國產永宏(FATEK)系列PLC恰恰適應于這樣的應用需求，其強大的通訊能力、高速靈活的網絡體系令眾多的PLC難以與之匹敵，本方案主要采用具有很高性價比的FBS-60MA主機模塊及FBS-60EAP擴展模塊，FBS-60MA主機模塊采用36點24VDC數字輸入(4點可達10kHz)，24點(R/T/S)數字輸出(“T”機型具4點10kHz輸出)，一個RS-232或USB通訊端口(最大可擴充至3個)，FBS-60EAP擴展模塊采用36點24VDC數字輸入，24點(R/T/S)數字輸出，內建電源供應器。其主要特點是：（1）模塊化結構設計。且模塊小型化、無排風扇結構、易于實現分布、易安裝，便于維護。（2）高電磁兼容性和強抗震動、沖擊性，使其具有最高的工業環境適應性。（3）功能強大。適用于不同的需求，提供各種類型的I/O模塊、功能模塊、通訊模塊；程序運算速度快，運算指令豐富，強有力的程序處理能力，具有完善的自診斷功能。（4）通訊能力強。通訊協議的多樣化，及具有的自定義功能使得各種通訊類型的應用成為可能，為應用系統的整合與集成提供了非常好的條件。（5）所有PLC系統的配置，包括通訊的配置，及組態、編程、調試，維護，管理均在軟件中，統一的界面、全局的數據管理、方便的操作等為用戶創造了良好的環境。
將清花車間總混、豪豬、成卷機由原來的繼電器分散控制改為由永宏PLC集中控制，且總混、豪豬給棉電機均由變頻器控制，雙速運行，速度可調；PLC控制工作穩定可靠，故障率低；可根據需要重新改編程序，靈活方便；全套車只用一只集控柜，體積小，占用空間少，功能多、抗干擾、適用性強，更適于老廠改造。總控制思路如圖3所示。圖3 總控制系統設計圖 開清棉聯合機全流程的各項動作，由PLC程序控制完成。具有結構簡單操作方便，運行穩定可靠．便于檢查維修、故障少等優點，對提高產品質量、降低成本、提高效率。清花流程控制改造主要用PLC代替傳統的繼電器及接觸器控制系統，用梯形圖軟件代替電路圖，可節約大量電器元件，減少因元件觸點、線圈的損壞而造成的壞車及馬達燒壞。PLC編程控制取代傳統電氣的各單機分散控制為集中控制，一個PLC柜代替了多個電控箱。尤其是在清花技術改造中可縞程控制器代替傳統的繼電器及—接觸器控制系統，用軟件代替控制電路，大大減少開關量，使棉卷不勻率穩定在l.0以下，下機正卷率達98％以上，回花率降低2％～3％，棉卷縱向喂入生條不勻率6.79cv％，橫向喂入生條不勻率7.62cv％，而且杜絕噎車、減少羅卜絲等。電氣控制中心為清花全流程設備一個集中電氣控制站。控制系統采用工業級PLC及人機界面控制系統，實現人機對話。顯示器可直觀顯示電機運行狀態和傳感器位置，并可在顯示器上讀出各機臺的設計參數。采用變頻器更改工藝參數十分方便。電氣控制中心提供標準計算機接口，方便工廠實現計算機控制和數據處理。具體的PLC主機及擴展部分控制原理圖如圖4圖和5所示。

圖4 永宏PLC主機控制部分原理圖

圖5 永宏PLC擴展控制部分原理圖

為了PLC程序設計及維護方便，FBs系列主機備有程序記憶匣（FBs-PACK）可供我們選擇，FBs-PLC指令超過300種以上，并采用最人性化，可讀性最高之多輸入/多輸出指令方式。一個指令即可達成大部分其他品牌PLC數個指令才能做到的功能，使程序大為精簡，同時運算結果可直接由指令方塊右側之輸出取得。在程序可讀性方面，每個應用指令之輸入或輸出端均有功能助憶簡碼說明，操作數字段則直接標明其屬性簡稱并可于其正下方直接顯示其狀態或內容值，可免除它牌PLC無標示需死記之麻煩，程序可讀性最高，效率最佳。在高階應用方面，如網絡LINK、PID控制、NC定位等，則有專用之便利指令與之對應，大幅降低使用障礙。FBs-PLC之視窗版階梯圖程序編輯軟件階梯圖大師WinProladder提供使用者親和性最高之視窗中文操作環境，及永宏精心安排之編輯、監視、除錯等操作順手，讓使用者在極短時間內即可精通整體操作，加上WinProladder強大且齊全之編輯功能輔以按鍵、鼠標并用及在線即時之指令功能查詢與操作指引，將使您之編輯、輸入效率倍增。而直接于階梯圖上顯示之“即時”接點狀態、緩存器數據與多窗口監視、比較等功能，讓使用者在作監視控制或除錯時直觀友好。圖6是PLC與變頻器部分程序設計梯形圖。

圖6 部分程序設計梯形圖

結合有永宏PLC為主導組成的控制系統，我們還引進了變頻器對前后供棉系統進行了前后供棉電機變頻改造，系統經過改造后，保證了供棉穩定連續控制，大大提高了棉卷質量。同時對圓盤抓棉小車也進行了PLC及變頻改造,原打手升降改為變頻控制后,下降幅度隨時可以根據前道工序所需要棉量調節。

4 結束語
基于永宏PLC的清花線改造至今共改造了五套清花全流程，采用集中式控制，永宏可編程控制器實現自動化控制，積累了豐富經驗，并取得了一定經濟效益和社會效益。國產可編程序控制器在國產紡織機械上的廣泛應用，推動了國產紡織機械的機電一體化發展，縮小了與國外紡織機械的差距。但紡織專業很多自動化裝置國內發展緩慢，尤其是在紡織專用的國產可編程序控制器和變頻器方面需加快開發，才能發揮更大的效果.