永宏PLC在纺织厂清花线的应用
1 引言
纺织行业清花设备是集机、电、气等高新技术于一体的纺织机械设备。作为各种纺织工艺流程的前纺设备，在提高纺织产品档次与质量中起着重要作用。纺织行业是传统老行业，纺织厂老设备居多，传统设备均采用继电器控制系统，长期以来电气故障率高的问题一直没有解决。目前，在国际上已普遍采用PLC及变频控制技术取代继电器控制技术.传统的清花工序(非自动化程度高的新设备)的电气控制在纺织企业中是比较复杂的,而且电气故障也是较多的。对清花工序进行电气改造,引入PLC及变频自动控制系统意义很大。采用国产永宏(FATEK)PLC及变频控制系统改造清花生产线以后具有高产量、高除杂效率、高自动化等特点，在生产使用中体现了其设计合理，工艺性能好，机电一体化水平高。经不懈地改进、完善和提高开棉设备的设计和制造水平，缩短了我国开棉设备与国际先进水平的差距。
图1 清花生产线工艺示意图
（1）开松工序：把原料包中压紧的纤维块松解成较小的纤维束，同时避免纤维的损伤和杂质的碎裂。
（2）除杂工序：清除原料中大部分的杂质和疵点以及部分短绒，同时避免可纺纤维的损耗。
（3）混和工序：使不同成分、不同等级的原料充分混和，保证成纱质量的均匀一致。
（4）成卷工序：均匀喂给，制成一定重量和长度的纤维卷，以满足下道工序的需要。
开清棉机械按其功能划分有：开棉机械如自动抓棉机、棉箱给棉机等，其主要作用是开棉和给棉，无明显的除杂作用；混棉机械如多仓混棉机、混棉帘等，其主要作用是完成原棉的混和；开清棉机械如双辊轴流开棉机、豪猪式开棉机、单打手成卷机、锯齿辊筒清棉机等，其主要作用是开松原棉和清除杂质。一台好的开清棉应具有工艺流程短，适纺性强，工作效能高等特点。整套设备由几台不同功能的单机组成开清棉联合机，最基本的设备配置为：圆盘式抓棉机(2台)→除金属装置→六辊筒开棉机(附A045型凝棉器)→多仓混棉机→豪猪式开棉机(附A045型凝棉器)→豪猪式开棉机(附AO45型凝棉器)→二路电气配棉器→双棉箱给棉机(附AO45型凝器)(2台)→单打手成卷机(2台)。
（2）除杂工序：清除原料中大部分的杂质和疵点以及部分短绒，同时避免可纺纤维的损耗。
（3）混和工序：使不同成分、不同等级的原料充分混和，保证成纱质量的均匀一致。
（4）成卷工序：均匀喂给，制成一定重量和长度的纤维卷，以满足下道工序的需要。
开清棉机械按其功能划分有：开棉机械如自动抓棉机、棉箱给棉机等，其主要作用是开棉和给棉，无明显的除杂作用；混棉机械如多仓混棉机、混棉帘等，其主要作用是完成原棉的混和；开清棉机械如双辊轴流开棉机、豪猪式开棉机、单打手成卷机、锯齿辊筒清棉机等，其主要作用是开松原棉和清除杂质。一台好的开清棉应具有工艺流程短，适纺性强，工作效能高等特点。整套设备由几台不同功能的单机组成开清棉联合机，最基本的设备配置为：圆盘式抓棉机(2台)→除金属装置→六辊筒开棉机(附A045型凝棉器)→多仓混棉机→豪猪式开棉机(附A045型凝棉器)→豪猪式开棉机(附AO45型凝棉器)→二路电气配棉器→双棉箱给棉机(附AO45型凝器)(2台)→单打手成卷机(2台)。
2 清花工艺与PLC技术
2.1 清花生产线工艺流程介绍
开清工序，是纺纱工艺流程中的第一道工序，加工对象主要是轧棉厂或化纤制造厂运来的原料包。其主要作用是：对原棉进行开松、除杂、混和并制成厚度均匀的棉卷或输出流量均匀的棉流，供梳棉机使用。其主要任务如图1所示。
开清工序，是纺纱工艺流程中的第一道工序，加工对象主要是轧棉厂或化纤制造厂运来的原料包。其主要作用是：对原棉进行开松、除杂、混和并制成厚度均匀的棉卷或输出流量均匀的棉流，供梳棉机使用。其主要任务如图1所示。
2.2 PLC清花线控制技术路线
清花生产线原设计采用继电器控制系统，故障率极高，维修量很大,运行效率较低，同时因为前后各供棉电机没有变频调速，不能连续供棉，严重影响设备正常运行。改造前各个控制设备分散排列,操作也极为不便,改造前部分继电器控制的部分电路原理图如图2所示。
PLC成为工业领域内高可靠性计算机程序控制系统的代名词。将继电器控制系统用PLC代替，故障率显著降低，可靠性提高，很受欢迎。通过对清花电气线路和安全装置的改造来保证电气设备安全;通过电气方案的改进设计来满足工艺流程的要求;通过关键点电气装置的增设来保证和提高清棉工段的产品质量.该系统利用程序实现模糊算法和控制策略,与位移传感器、电流变换频率调节装置及电机等组成实时数据采集和控制系统,替代原来的铁炮拨叉调速系统,对清花成卷机的给棉罗拉转速进行调节,使给棉罗拉在单位时间输出的棉量保持恒定.经过现场实际运行后表明,提高了系统的精度和动态特性,降低了棉卷不匀率,控制效果良好.纺织机械应用了自动化技术后机构简化，性能改善，质量提高，操作方便，提升了设备的档次和水平。电气控制系统采用PLC、变频技术，使系统操作和工艺调整更加简单快捷；人机界面对话、故障自动诊断等功能使系统管理维护更有效；重物、金属、火星和异性纤维探测技术的应用，使系统安全有保障；气压控制技术、连续喂给技术和自调匀整技术的应用，使系统生产运行更加稳定可靠。
清花生产线原设计采用继电器控制系统，故障率极高，维修量很大,运行效率较低，同时因为前后各供棉电机没有变频调速，不能连续供棉，严重影响设备正常运行。改造前各个控制设备分散排列,操作也极为不便,改造前部分继电器控制的部分电路原理图如图2所示。
PLC成为工业领域内高可靠性计算机程序控制系统的代名词。将继电器控制系统用PLC代替，故障率显著降低，可靠性提高，很受欢迎。通过对清花电气线路和安全装置的改造来保证电气设备安全;通过电气方案的改进设计来满足工艺流程的要求;通过关键点电气装置的增设来保证和提高清棉工段的产品质量.该系统利用程序实现模糊算法和控制策略,与位移传感器、电流变换频率调节装置及电机等组成实时数据采集和控制系统,替代原来的铁炮拨叉调速系统,对清花成卷机的给棉罗拉转速进行调节,使给棉罗拉在单位时间输出的棉量保持恒定.经过现场实际运行后表明,提高了系统的精度和动态特性,降低了棉卷不匀率,控制效果良好.纺织机械应用了自动化技术后机构简化，性能改善，质量提高，操作方便，提升了设备的档次和水平。电气控制系统采用PLC、变频技术，使系统操作和工艺调整更加简单快捷；人机界面对话、故障自动诊断等功能使系统管理维护更有效；重物、金属、火星和异性纤维探测技术的应用，使系统安全有保障；气压控制技术、连续喂给技术和自调匀整技术的应用，使系统生产运行更加稳定可靠。
图2 原清花继电器控制系统部分原理
图3 基于永宏PLC的清花生产线
近年来,随着科学技术的进步和微电子技术的迅猛发展,可编程序控制器技术已广泛应用于自动化控制领域。可编程序控制器以其高可靠性和操作简便等特点,已经形成了一种工业控制趋势。传统的清花工序（非自动化程度高的新设备）的电气控制在纺织企业中是比较复杂的，而且电气故障也是较多的。在众多的PLC当中，如何选型取决于实际的应用需要。清花控制系统的特点是距离长、规模大、分布站点多、通讯对象多。国产永宏(FATEK)系列PLC恰恰适应于这样的应用需求，其强大的通讯能力、高速灵活的网络体系令众多的PLC难以与之匹敌，本方案主要采用具有很高性价比的FBS-60MA主机模块及FBS-60EAP扩展模块，FBS-60MA主机模块采用36点24VDC数字输入(4点可达10kHz)，24点(R/T/S)数字输出(“T”机型具4点10kHz输出)，一个RS-232或USB通讯端口(最大可扩充至3个)，FBS-60EAP扩展模块采用36点24VDC数字输入，24点(R/T/S)数字输出，内建电源供应器。其主要特点是：（1）模块化结构设计。且模块小型化、无排风扇结构、易于实现分布、易安装，便于维护。（2）高电磁兼容性和强抗震动、冲击性，使其具有最高的工业环境适应性。（3）功能强大。适用于不同的需求，提供各种类型的I/O模块、功能模块、通讯模块；程序运算速度快，运算指令丰富，强有力的程序处理能力，具有完善的自诊断功能。（4）通讯能力强。通讯协议的多样化，及具有的自定义功能使得各种通讯类型的应用成为可能，为应用系统的整合与集成提供了非常好的条件。（5）所有PLC系统的配置，包括通讯的配置，及组态、编程、调试，维护，管理均在软件中，统一的界面、全局的数据管理、方便的操作等为用户创造了良好的环境。
将清花车间总混、豪猪、成卷机由原来的继电器分散控制改为由永宏PLC集中控制，且总混、豪猪给棉电机均由变频器控制，双速运行，速度可调；PLC控制工作稳定可靠，故障率低；可根据需要重新改编程序，灵活方便；全套车只用一只集控柜，体积小，占用空间少，功能多、抗干扰、适用性强，更适于老厂改造。总控制思路如图3所示。图3 总控制系统设计图 开清棉联合机全流程的各项动作，由PLC程序控制完成。具有结构简单操作方便，运行稳定可靠．便于检查维修、故障少等优点，对提高产品质量、降低成本、提高效率。清花流程控制改造主要用PLC代替传统的继电器及接触器控制系统，用梯形图软件代替电路图，可节约大量电器元件，减少因元件触点、线圈的损坏而造成的坏车及马达烧坏。PLC编程控制取代传统电气的各单机分散控制为集中控制，一个PLC柜代替了多个电控箱。尤其是在清花技术改造中可缟程控制器代替传统的继电器及—接触器控制系统，用软件代替控制电路，大大减少开关量，使棉卷不匀率稳定在l.0以下，下机正卷率达98％以上，回花率降低2％～3％，棉卷纵向喂入生条不匀率6.79cv％，横向喂入生条不匀率7.62cv％，而且杜绝噎车、减少罗卜丝等。电气控制中心为清花全流程设备一个集中电气控制站。控制系统采用工业级PLC及人机界面控制系统，实现人机对话。显示器可直观显示电机运行状态和传感器位置，并可在显示器上读出各机台的设计参数。采用变频器更改工艺参数十分方便。电气控制中心提供标准计算机接口，方便工厂实现计算机控制和数据处理。具体的PLC主机及扩展部分控制原理图如图4图和5所示。
将清花车间总混、豪猪、成卷机由原来的继电器分散控制改为由永宏PLC集中控制，且总混、豪猪给棉电机均由变频器控制，双速运行，速度可调；PLC控制工作稳定可靠，故障率低；可根据需要重新改编程序，灵活方便；全套车只用一只集控柜，体积小，占用空间少，功能多、抗干扰、适用性强，更适于老厂改造。总控制思路如图3所示。图3 总控制系统设计图 开清棉联合机全流程的各项动作，由PLC程序控制完成。具有结构简单操作方便，运行稳定可靠．便于检查维修、故障少等优点，对提高产品质量、降低成本、提高效率。清花流程控制改造主要用PLC代替传统的继电器及接触器控制系统，用梯形图软件代替电路图，可节约大量电器元件，减少因元件触点、线圈的损坏而造成的坏车及马达烧坏。PLC编程控制取代传统电气的各单机分散控制为集中控制，一个PLC柜代替了多个电控箱。尤其是在清花技术改造中可缟程控制器代替传统的继电器及—接触器控制系统，用软件代替控制电路，大大减少开关量，使棉卷不匀率稳定在l.0以下，下机正卷率达98％以上，回花率降低2％～3％，棉卷纵向喂入生条不匀率6.79cv％，横向喂入生条不匀率7.62cv％，而且杜绝噎车、减少罗卜丝等。电气控制中心为清花全流程设备一个集中电气控制站。控制系统采用工业级PLC及人机界面控制系统，实现人机对话。显示器可直观显示电机运行状态和传感器位置，并可在显示器上读出各机台的设计参数。采用变频器更改工艺参数十分方便。电气控制中心提供标准计算机接口，方便工厂实现计算机控制和数据处理。具体的PLC主机及扩展部分控制原理图如图4图和5所示。
图4 永宏PLC主机控制部分原理图
图5 永宏PLC扩展控制部分原理图
为了PLC程序设计及维护方便，FBs系列主机备有程序记忆匣（FBs-PACK）可供我们选择，FBs-PLC指令超过300种以上，并采用最人性化，可读性最高之多输入/多输出指令方式。一个指令即可达成大部分其他品牌PLC数个指令才能做到的功能，使程序大为精简，同时运算结果可直接由指令方块右侧之输出取得。在程序可读性方面，每个应用指令之输入或输出端均有功能助忆简码说明，操作数字段则直接标明其属性简称并可于其正下方直接显示其状态或内容值，可免除它牌PLC无标示需死记之麻烦，程序可读性最高，效率最佳。在高阶应用方面，如网络LINK、PID控制、NC定位等，则有专用之便利指令与之对应，大幅降低使用障碍。FBs-PLC之视窗版阶梯图程序编辑软件阶梯图大师WinProladder提供使用者亲和性最高之视窗中文操作环境，及永宏精心安排之编辑、监视、除错等操作顺手，让使用者在极短时间内即可精通整体操作，加上WinProladder强大且齐全之编辑功能辅以按键、鼠标并用及在线即时之指令功能查询与操作指引，将使您之编辑、输入效率倍增。而直接于阶梯图上显示之“即时”接点状态、缓存器数据与多窗口监视、比较等功能，让使用者在作监视控制或除错时直观友好。图6是PLC与变频器部分程序设计梯形图。
图6 部分程序设计梯形图
结合有永宏PLC为主导组成的控制系统，我们还引进了变频器对前后供棉系统进行了前后供棉电机变频改造，系统经过改造后，保证了供棉稳定连续控制，大大提高了棉卷质量。同时对圆盘抓棉小车也进行了PLC及变频改造,原打手升降改为变频控制后,下降幅度随时可以根据前道工序所需要棉量调节。
4 结束语
基于永宏PLC的清花线改造至今共改造了五套清花全流程，采用集中式控制，永宏可编程控制器实现自动化控制，积累了丰富经验，并取得了一定经济效益和社会效益。国产可编程序控制器在国产纺织机械上的广泛应用，推动了国产纺织机械的机电一体化发展，缩小了与国外纺织机械的差距。但纺织专业很多自动化装置国内发展缓慢，尤其是在纺织专用的国产可编程序控制器和变频器方面需加快开发，才能发挥更大的效果.
基于永宏PLC的清花线改造至今共改造了五套清花全流程，采用集中式控制，永宏可编程控制器实现自动化控制，积累了丰富经验，并取得了一定经济效益和社会效益。国产可编程序控制器在国产纺织机械上的广泛应用，推动了国产纺织机械的机电一体化发展，缩小了与国外纺织机械的差距。但纺织专业很多自动化装置国内发展缓慢，尤其是在纺织专用的国产可编程序控制器和变频器方面需加快开发，才能发挥更大的效果.
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