FA109型清棉機(jī)控制系統(tǒng)的改進(jìn)

靖 文 孫立香 崔恒穩(wěn) 常 成

（鹽城工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇鹽城，224005）

1 結(jié)構(gòu)原理

清棉機(jī)的任務(wù)是對(duì)經(jīng)過(guò)初步開(kāi)松和混和的原棉進(jìn)行精細(xì)開(kāi)松，并除去其中的雜質(zhì)。FA 109型三輥筒清棉機(jī)結(jié)構(gòu)如圖1所示。該機(jī)的清棉系統(tǒng)由3只直徑相同，依次為粗針、粗鋸齒和細(xì)鋸齒輥筒組成，并附有除塵刀和分梳板［1-2］。其速度可根據(jù)原料的等級(jí)進(jìn)行調(diào)整，控制速度按1.7∶1的比例遞增，根據(jù)給棉情況，由交流變頻器進(jìn)行無(wú)級(jí)調(diào)速，以利于纖維的開(kāi)松和轉(zhuǎn)移［3-4］。該機(jī)主控單元為SZ-4（即DL 205）型可編程控制器，配有1塊Z-16D2輸入模塊，2塊Z-8TR1輸出模塊，1塊Z-CTIE高速計(jì)數(shù)模塊，1塊Z-4AD24通道模擬量輸入模塊。生產(chǎn)過(guò)程各種信息和工藝參數(shù)可在觸摸屏上顯示與設(shè)定。

圖1 FA 109A型清棉機(jī)的結(jié)構(gòu)圖

2 故障現(xiàn)象

某企業(yè)在消化吸收了國(guó)外先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上［5］，研制的清梳聯(lián)以其質(zhì)優(yōu)、價(jià)廉、高產(chǎn)得到用戶和專家的好評(píng)，某紡織廠長(zhǎng)期使用該清梳聯(lián)，其中FA 109型清棉機(jī)在使用過(guò)程中出現(xiàn)第二打手膠帶斷后打手停止旋轉(zhuǎn)，觸摸屏還是顯示正常速度且給棉正常，導(dǎo)致設(shè)備噎車，使打手梳針損壞。

3 原因分析

檢查電氣部分沒(méi)有發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，懷疑PLC內(nèi)部損壞，可在另外1臺(tái)FA 109型清棉機(jī)上試驗(yàn)，去掉第二打手接近開(kāi)關(guān)后速度仍然不變。判定并非是普通的電氣故障，而是設(shè)備程序有問(wèn)題。與打手測(cè)速相關(guān)的電路如圖2所示。

圖2 原打手測(cè)速電路圖

在圖2中可以看到，設(shè)備有3個(gè)打手測(cè)速接近開(kāi)關(guān)B1、B2、B3，PLC的測(cè)速計(jì)數(shù)模塊Z-CTIE為 2通道計(jì)數(shù)模塊［6-7］，由于該 SZ-4型 PLC只能使用1塊計(jì)數(shù)模塊，因此轉(zhuǎn)速最高的第三輥筒測(cè)速接近開(kāi)關(guān)所測(cè)脈沖數(shù)送入計(jì)數(shù)模塊的第一通道，第一和第二輥筒測(cè)速接近開(kāi)關(guān)所測(cè)脈沖數(shù)送入計(jì)數(shù)模塊的第二通道。Z-CTIE只有1個(gè)通道AB相或2通道單相輸入高速計(jì)數(shù)器，無(wú)法滿足設(shè)備要求，用一個(gè)繼電器K 10切換使第一打手和第二打手共用一個(gè)高速計(jì)數(shù)器。觀察設(shè)備運(yùn)行情況，K 10繼電器在啟動(dòng)和運(yùn)行過(guò)程中一直吸合，不知道B2接近開(kāi)關(guān)到底起什么作用。

電話咨詢?cè)撈髽I(yè)技術(shù)人員，技術(shù)人員答復(fù)：最初由于Z-CTIF計(jì)數(shù)器模塊只有2路高速計(jì)數(shù)，而選用四路高速計(jì)數(shù)模塊Z-02Z價(jià)位太高，就設(shè)計(jì)用K 10繼電器每隔5 s切換一次B1、B2輸入。設(shè)計(jì)開(kāi)始沒(méi)有發(fā)現(xiàn)有問(wèn)題，后來(lái)用戶反應(yīng)與K 10連接的PLC輸出模塊繼電器觸點(diǎn)頻繁損壞（10 s吸合/斷開(kāi)一次，1年工作6 000 h就動(dòng)作216萬(wàn)次）。在2003年就在程序上改為K10常閉，不再對(duì)第二打手測(cè)速，程序上顯示的第二打手速度是第一打手速度×1.7得到的數(shù)據(jù)，所以第二打手即使不轉(zhuǎn)速度也會(huì)顯示。2005年改為西門(mén)子S7-226PLC，不再存在類似問(wèn)題。

4 改進(jìn)方法

基于廠家介紹的情況，如要克服以上故障，似乎只有更換PLC重新編寫(xiě)程序，但這樣一來(lái)成本較高。那么能不能利用現(xiàn)有PLC加以改進(jìn)呢？仔細(xì)分析發(fā)現(xiàn)，打手一的速度比較低，在600 r/min左右，用筆記本電腦查看FA 109型清棉機(jī)的掃描時(shí)間在12 ms/次，接近開(kāi)關(guān)脈沖60個(gè)/s，周期在16 ms，如果用普通計(jì)數(shù)器對(duì)第一打手計(jì)數(shù)基本可行。后通過(guò)修改PLC程序，去掉一些沒(méi)有用的級(jí)式程序后掃描時(shí)間縮短到7 ms/次～10 ms/次，后試驗(yàn)用普通計(jì)數(shù)器對(duì)打手一測(cè)速，顯示測(cè)試速偏低（打手實(shí)際速度630 r/min顯示500 r/min左右）。PLC掃描時(shí)間無(wú)法繼續(xù)降低，如果降低每秒打手脈沖數(shù)量（以前6脈沖/周），需要重新制作與接近開(kāi)關(guān)對(duì)應(yīng)的信號(hào)盤(pán)。后查閱Z-CITF說(shuō)明書(shū)發(fā)現(xiàn)以下內(nèi)容。

使用SZ-4型PLC時(shí)

加減計(jì)數(shù)器 1點(diǎn) （90°相位差2相信號(hào)/加、減個(gè)別信號(hào)5 kcps、24段設(shè)定）

加法計(jì)數(shù)器 2點(diǎn) （5 kcps、24段設(shè)定）

外部中斷輸入 4點(diǎn) （0.1 ms脈沖）

脈沖捕捉輸入 4點(diǎn) （0.1 ms脈沖）

普通輸入 4點(diǎn) （帶軟件濾波）

脈沖輸出 1點(diǎn) （40 kcps～50 kcps）

從上面內(nèi)容可以看到，Z-CTIF模塊在SZ-4 CPU模塊下可以實(shí)現(xiàn)1路A/B 5 KHz或2路加法5 KHz計(jì)數(shù)；也可設(shè)置后當(dāng)作4路外部中斷輸入（1 KHz）。由于FA 109型清棉機(jī)最高打手速度也不會(huì)超過(guò)4 000 r/min，折合接近開(kāi)關(guān)脈沖400脈沖/s，完全可以利用Z-CTIF中斷代替高速計(jì)數(shù)器來(lái)實(shí)現(xiàn)同時(shí)對(duì)3路打手測(cè)速功能。改中斷后ZCTIF模塊接線如圖3所示，K10繼電器拆除不用。

程序修改部分如下：修改Z-CTIF模塊為4路中斷輸入。

原程序：

LDS K 10 OUTW R7633∥設(shè)置R7633=K10，設(shè)置模塊為加法計(jì)數(shù)。

LDC K10001 OUTD R7634∥設(shè)置 I0/I1輸入為0001—加法計(jì)數(shù)，絕對(duì)值設(shè)定值方式。

LDC K 70007 OUTD R7636∥設(shè)置 I2/I3輸入為0007—外部復(fù)位輸入（計(jì)數(shù)用，無(wú)中斷）。

圖3 改進(jìn)后打手電路接線圖

修改為：

LDS K40 OUTW R7633∥設(shè)置R7633=K40，設(shè)置模塊為中斷。

LDC K40004 OUTD R7634∥設(shè)置 I0/I1輸入為0004—中斷輸入。

LDC K40004 OUTD R7636∥設(shè)置 I2/I3輸入為0004—中斷輸入。

修改后設(shè)置中斷程序梯形圖如圖4所示。

圖4 修改后設(shè)置中斷程序梯形圖

這樣該模塊的C0-C3就變成外部中斷輸入，下一步設(shè)計(jì)中斷子程序。在中斷子程序中，在I0（I1/I2）上升沿對(duì)R3000（R3100/R3200）寄存器加一，隨后可以每隔5 s取出后乘以2就是打手1的轉(zhuǎn)速。修改后中斷子程序梯形圖如圖5所示。

圖5 修改后中斷子程序梯形圖

5 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過(guò)對(duì)Z-CTIF模塊計(jì)數(shù)方式的重新設(shè)計(jì)，在不增加成本的基礎(chǔ)上，取消了K10繼電器，對(duì)接線相應(yīng)做了調(diào)整，僅改寫(xiě)了控制程序就圓滿解決了設(shè)備設(shè)計(jì)上的先天缺陷。經(jīng)使用表明，設(shè)備能長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行，并且杜絕了以前經(jīng)常發(fā)生的故障，設(shè)備改進(jìn)獲得了成功。