染色機溫度自動控制系統(tǒng)中PLC技術的應用研究

顏躍輝

（邵陽紡織機械責任有限公司，湖南邵陽 422000）

0 引言

染色工藝在我國有著悠久的歷史，染色工藝對布料的色彩和外觀起著決定性的作用，傳統(tǒng)的染色工藝是靠人工完成的，在現(xiàn)代化的進程中隨著機器的應用，染色工藝由機器所替代，在染色工藝中，影響染色質量的因素有很多，主要因素有染色劑濃度、溫度、時間、助劑以及胚布的染前處理等，其中對溫度的控制是一個十分重要和復雜的過程。

非自動化染色機的溫度控制，是由工人手動通過溫度計測量染色時的大概溫度，然后進行加溫和冷卻控制，因此會產生很大的誤差，染色的效果非常差，嚴重影響了染色的質量。如果染色機能夠根據不同產品的溫度曲線來控制產品的染色的過程，就會減少染色誤差，提高染色效果和質量。而基于PLC 的染色機溫度控制系統(tǒng)就能通過溫度曲線來精確控制染色過程的溫度。

1 染色機溫度控制機理

通常染色的溫度越高，染色劑擴散越快，纖維染色就越快；同時因溫度的升高，纖維膨化而使內部空隙增大、增多，也便于染料的擴散，加快染色速度。但是如果染色時溫度過高，就會使纖維內部空隙過大，染料在擴散進纖維內部空隙的時候會因為空隙過大，而無法使染料保存在纖維中，這樣就會影響染色的效果。溫度過高還會加快染色的速率，產生染色不均的現(xiàn)象。因此，染色時溫度是非常重要的，合理控制染色溫度，有利于提高染色的質量。

2 PLC 的定義與特點

PLC 的全稱為可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC），是一種以計算機為基礎而開發(fā)的自動控制裝置，把計算機技術、自動控制技術、通信技術結合在一起，實現(xiàn)對機械或工藝生產過程的自動化控制。圖1 介紹的是自動化染色機工作系統(tǒng)的流程圖。

PLC 是一個以微處理器為核心的數字運算操作的電子系統(tǒng)裝置，它采用的是可編程序的存儲器，可以在其存儲器內部執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數和算術運算等指令的操作，然后通過數字式或模擬式的輸入、輸出接口，發(fā)出各種指令信號，控制各種機械或生產過程來完成指定的任務。PLC 是微機技術與傳統(tǒng)的繼電接觸控制技術相結合的產物，解決了傳統(tǒng)繼電器控制系統(tǒng)中接線復雜、可靠性低、功耗高、通用性和靈活性差等一系列缺點，充分利用了微處理器的優(yōu)點，同時又充分考慮到現(xiàn)場操作人員的技術水平，其中特別簡化了PLC 的程序編制過程，操作人員不需要專門的計算機編程語言知識，就能對PLC 進行正常操作。

3 PLC發(fā)展情況

1960 年代末，美國公司生產出世界上第一臺可編程控制器并成功應用于實際生產，PLC 的發(fā)展已經歷經了40 多年。早期出現(xiàn)的PLC 只是繼電器控制裝置的一種替代品，由于當時的技術水平有限，PLC 只具有最基本的邏輯控制、定時以及計數功能，只能應用于單一的生產過程控制。隨著科學技術的不斷發(fā)展，微處理器技術、超大規(guī)模集成電路技術都相繼在PLC 中得到應用，PLC 的功能越來越強大，特別是20 世紀末PLC 誕生了各種各樣的特殊功能單元，出現(xiàn)了各種人機界面單元、通行單元，使得PLC 在各種設備中的應用更加簡單，配套更加容易。就整體而言不論是PLC 的硬件還是軟件都在不斷地向標準化方向發(fā)展。

圖1 染色機操作系統(tǒng)軟件流程圖

4 基于PLC 的染色機溫控系統(tǒng)中的優(yōu)勢

隨著現(xiàn)代電子技術的不斷發(fā)展，PLC 已經由原來簡單的邏輯量控制逐步擁有了計算機控制功能，在現(xiàn)代工業(yè)生產中得到廣泛的應用。同時還擁有高抗干擾性、可靠性強、體積小、編程方便、網絡功能強大、易維修等優(yōu)點。

（1）可實時更新。PLC 系統(tǒng)之間、PLC 與計算機之間以及PLC 與其他智能設備間都可以實現(xiàn)相互通信，相互交換彼此系統(tǒng)之間的相關信息。PLC 系統(tǒng)也可以與通用計算機之間連接行成網絡，來實現(xiàn)信息的交換和實時更新，滿足工廠自動化系統(tǒng)發(fā)展的需要。

（2）可靠性高。PLC 中所有的輸入/輸出信號均采用光電隔離，使工業(yè)現(xiàn)場的外電路與控制器內部電路之間相互隔離，互不干擾。PLC 的各模塊都采用完整的屏蔽措施，以防止噪聲和粉塵的干擾。系統(tǒng)中采用的各元器件都要經過嚴格的篩選和檢驗。染色機工作的環(huán)境比較惡劣，容易影響電子設備的正常運轉。PLC 系統(tǒng)的高可靠性保證了它能在該環(huán)境下正常運行。PLC 系統(tǒng)還具有良好的自我診斷功能，一旦電源、其他軟件或硬件發(fā)生異常，系統(tǒng)就會發(fā)出警報，同時系統(tǒng)自身也會立即采取有效措施，防止故障擴大。

（3）系統(tǒng)配置簡單靈活。PLC 產品種類繁多，規(guī)模可分大、中、小等。也可以根據自動控制的工程所要實現(xiàn)的功能不同，來進行不同的配置。在滿足控制工程需要前提下，輸入/輸出端可以進行靈活組合。

（4）適應不同的生產環(huán)境。適應高溫、振動、沖擊和粉塵等惡劣環(huán)境以及電磁干擾環(huán)境。不會因為工作環(huán)境的改變而影響系統(tǒng)的工作狀況。另外為了方便人員對控制器進行操作，它還有多種人機對話的接口模塊，通過人機對話，可直接對系統(tǒng)進行控制。

（5）控制器采用模塊化結構設計。為了適應各種工業(yè)控制需求，除了單元式的小型控制器以外，絕大多數控制器均采用模塊化結構設計?？刂破鞯母鱾€部件，包括CPU、電源、輸入/輸出端等均采用模塊化設計，這些單獨的模塊都可以通過機架和電纜連接起來形成一個完整的控制器，可以根據需要自行組合控制器。

（6）安裝簡單，維修方便。使用時非常方便，只需將各種加工設備與PLC 相應的輸入/輸出端相連接，就可以實現(xiàn)PLC 對加工過程的自動化控制。各個模塊上都有運行情況和故障指示裝置，方便操作人員了解運行情況和查找故障發(fā)生位置和原因。因為PLC 系統(tǒng)采用的是模塊化結構，所以一旦某模塊發(fā)生故障，可以單獨的把發(fā)生故障的模塊更換掉，使系統(tǒng)迅速恢復運行。

（7）價格優(yōu)勢?，F(xiàn)在PLC 設備已經趨于成熟，有的廠家甚至有了自己的制造標準，使PLC 設備制造變得簡單了，造價低、性價比高。

5 PLC 技術在染色機溫度控制系統(tǒng)中的應用

染色機染色過程中對溫度的要求非常嚴格，如果溫度達不到要求，就會嚴重影響染色的質量。然而靠人工根本不可能準確地控制溫度要求，所以就需要一種控制系統(tǒng)能快速、準確地控制溫度達到染色的要求。

圖2 所示為PLC 自動控制系統(tǒng)中自動控制的流程圖。通過這一控制系統(tǒng)可以非常智能的實現(xiàn)染色機溫度的自動控制。

圖2 控制系統(tǒng)結構框圖

PLC 系統(tǒng)中的溫度控制模塊能快速、準確地改變溫度。PLC 的溫度控制模塊選用鉑電阻作為溫度傳感器，這種傳感器在溫度低于200℃時對溫度的改變特別敏感。溫度控制模塊可以輸入設定好的溫度值，來控制生產過程中所需的溫度。它通過傳感器來獲取染色機中的溫度情況，然后把溫度信號傳入溫度控制系統(tǒng)中，由系統(tǒng)根據溫度曲線來識別判斷該時刻染色機中需要什么樣的溫度，然后系統(tǒng)把確定的溫度控制信號輸出到功率擴展板上，通過控制晶閘管通斷的時間比例來改變加熱器的加熱功率，達到控制溫度的目的。

6 結語

PLC 在染色機自動控制系統(tǒng)中的應用使得染色變得更加簡便、易控制，應用這個系統(tǒng)進行染色只需要特定產品染色的溫度圖，把這張溫度圖的相關溫度信息輸入計算機，就可以對該產品進行高精度的染色加工。

PLC 系統(tǒng)為操作人員設計了良好的人機對話功能，可以自動選擇染色類型和染色品種，極大地簡化了操作人員對系統(tǒng)的可操作性。系統(tǒng)還具有高度的開放性，提高了染色機的自動化程度，同時也提高了產品的染色質量，帶來了大量的經濟效益。

［1］羅為平，向陽.染色機溫度的非線性控制［J］.紡織學報，2002，23（2）：119-120.

［2］趙衛(wèi)東，辛宏，王元，等.PLC 在溫度控制系統(tǒng)中的應用［J］.儀器儀表學報，2001，22（S1）：469-471.

［3］任勝杰.電氣控制與PLC 系統(tǒng)［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2013.