成卷機(jī)控制系統(tǒng)的自動(dòng)化設(shè)計(jì)

楊海忠

（福建福能南紡衛(wèi)生材料有限公司衛(wèi)材廠，福建南平 353000）

為促進(jìn)我國(guó)非織造布企業(yè)不斷發(fā)展，進(jìn)一步提高經(jīng)濟(jì)效益，成卷機(jī)的工作效率與運(yùn)行質(zhì)量對(duì)企業(yè)具有重要作用。在現(xiàn)代成卷機(jī)自動(dòng)化程度不斷提高的背景下，人們對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量提出了較高要求。另外，成卷機(jī)的工作效率為企業(yè)重視的問題。為了提高成卷機(jī)的使用性能，要設(shè)計(jì)成卷機(jī)控制系統(tǒng)，提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。

1.成卷機(jī)的控制方式

成卷機(jī)的控制要求包括：

其一，運(yùn)行方式。成卷機(jī)工作方式包括自動(dòng)、手動(dòng)兩種方式，系統(tǒng)在自動(dòng)工作方式中根據(jù)設(shè)置的參數(shù)開展無紡布卷繞工作；系統(tǒng)在手動(dòng)方式中對(duì)各軸工作進(jìn)行控制，主要應(yīng)用在設(shè)備調(diào)試與檢修階段；

其二，實(shí)時(shí)顯示。在觸摸屏中顯示故障報(bào)警、卷繞卷數(shù)、線速度等參數(shù)信息[1]；

其三，協(xié)調(diào)一致。要求軸的速度根據(jù)要求協(xié)調(diào)同步控制，實(shí)現(xiàn)卷繞過程中的張力恒定；

其四，緊急停止。在出現(xiàn)緊急情況的時(shí)候，按下急停按鈕之后全部機(jī)構(gòu)的運(yùn)行都會(huì)停止；

其五，數(shù)據(jù)保存。為了避免出現(xiàn)斷電等意外情況導(dǎo)致卷繞失敗，要實(shí)時(shí)保存當(dāng)前的工作參數(shù)，斷電后再次通電的時(shí)候能夠繼續(xù)完成沒有完成的工作[2]；

其六，成卷機(jī)在生產(chǎn)線上實(shí)現(xiàn)不停機(jī)自動(dòng)落卷。生產(chǎn)中待布卷達(dá)到設(shè)定長(zhǎng)度時(shí)，自動(dòng)翻轉(zhuǎn)抬起切刀快速切斷布，同時(shí)啟用備用軸。卷布自動(dòng)轉(zhuǎn)入備用軸進(jìn)行卷繞，成品軸移出，備用軸翻轉(zhuǎn)到成品軸位置繼續(xù)進(jìn)行卷繞，這樣就實(shí)現(xiàn)連續(xù)性生產(chǎn)。（這個(gè)過程就是自動(dòng)換卷）

PLC使用歐姆龍機(jī)型，具備多功能一體化緊湊型PLC，內(nèi)部設(shè)置模擬量4路輸入2路輸出端。PLC接收系統(tǒng)中的開關(guān)與按鈕信號(hào)都是觸摸屏數(shù)據(jù)，以程序與預(yù)先設(shè)定參數(shù)對(duì)繼電器動(dòng)作進(jìn)行控制，并且為伺服驅(qū)動(dòng)器與變頻器輸出控制量信號(hào)，對(duì)旋轉(zhuǎn)編碼器脈沖輸入進(jìn)行接收，控制電動(dòng)機(jī)速度。

觸摸屏實(shí)現(xiàn)無紡布指標(biāo)、張力與防線速度等參數(shù)設(shè)置，并且顯示信息。利用PLC和RS232串口實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信和交換，提供給用戶良好的人機(jī)交互界面[3]。

變頻器使用歐姆龍系列，以PLC數(shù)字量輸出信號(hào)對(duì)放線進(jìn)行控制，使故障報(bào)警信息送到PLC輸入端。以PLC模擬量輸出0V～10V電壓信號(hào)控制防線，OLC接收到旋轉(zhuǎn)編碼器的脈沖輸入，利用CPLH高速計(jì)數(shù)功能，能夠?qū)崿F(xiàn)速度控制反饋回路，使運(yùn)行精度得到提高。

2.成卷機(jī)自動(dòng)化控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

2.1 電氣控制模塊

在配電室中設(shè)置電氣控制模塊，主要包括輸入輸出電抗器單元、卡軸變頻器組、回路接觸器等；執(zhí)行模塊包括橫動(dòng)電機(jī)、卡軸電機(jī)、壓輥電機(jī)，連接交流輸入輸出電抗器單元，衡東變頻器、卡軸變頻器組、壓輥?zhàn)冾l器組和控制器、通信模塊相互連接。卡軸變頻器組包括卡軸A、B變頻器和壓輥?zhàn)冾l器、橫動(dòng)變頻器，各個(gè)變頻器之間利用共直流母線系統(tǒng)相互連接。電源單元主要包括直流緩沖電源，控制器使用PLC可編程控制器，具備較強(qiáng)的抗干擾能力、較高的可靠性，并且功能比較完善，配件齊全，具有較強(qiáng)的適應(yīng)性，備受工程技術(shù)人員喜歡。另外，維護(hù)方便、建造工程量比較小，重量比較輕。觸摸屏使用RS232通信接口電路和PLC可編程控制器相互連接，利用觸摸屏能夠?qū)Τ删頇C(jī)的工作情況進(jìn)行查看，設(shè)置壓力和頻率，操作比較簡(jiǎn)單，方便車間工作人員的學(xué)習(xí)[4]。

在系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中，將制動(dòng)電阻、通信卡、接觸器等作為電器柜核心部件，橫動(dòng)、卡軸、壓輥電機(jī)電纜和輸出電抗器端子中壓接，橫動(dòng)變頻器、卡軸變頻器和壓輥?zhàn)冾l器利用西門子通信卡相互連接，控制箱中可編程控制器為系統(tǒng)核心，利用DP口對(duì)變頻器運(yùn)轉(zhuǎn)進(jìn)行控制，利用MPI口和終端觸摸屏通信，通過終端觸摸屏將參數(shù)進(jìn)行輸入，箱內(nèi)包括直流電源與緩沖模塊的供電，使可編程控制器能夠正常的運(yùn)行[5]。

2.2 傳動(dòng)功能的設(shè)計(jì)

成卷機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)使用東芝公司，以成卷機(jī)工作需求選擇合適的傳動(dòng)電機(jī)電源。針對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)的電動(dòng)機(jī)功率不超過1MW，所以在對(duì)變頻器選擇過程中使用交直流電壓型變頻器。以成卷機(jī)工作原理表示，底輥電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速方向一致，在工作時(shí)利用直流母線經(jīng)逆變器在底輥電動(dòng)及內(nèi)部傳輸，保證電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行。在成卷機(jī)開卷工作過程中，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速都有所改變，為相反狀態(tài)，功率流動(dòng)方向也相反流動(dòng)。針對(duì)變頻器主電路，利用公共直流母線工作模式進(jìn)行設(shè)計(jì)，利用此方法使成卷機(jī)與地滾電機(jī)逆變器在同一條直流母線中連接。利用此連接方式降低成卷機(jī)整流器容量[6]。

在成卷機(jī)主傳動(dòng)電機(jī)調(diào)試過程中，實(shí)現(xiàn)成卷機(jī)傳動(dòng)電機(jī)選型后，確定成卷機(jī)的轉(zhuǎn)速和電機(jī)功率，此時(shí)，要求成卷機(jī)與底輥電機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)測(cè)試。首先，測(cè)試成卷機(jī)電動(dòng)機(jī)功率。利用分析測(cè)試數(shù)據(jù)，成卷機(jī)額定功率到一定水平的時(shí)候，對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速能夠保證在穩(wěn)定水平，使成卷機(jī)工作性能進(jìn)行保證。之后，實(shí)現(xiàn)底輥電機(jī)功率測(cè)試。利用測(cè)試數(shù)據(jù)計(jì)算與分析得出成卷機(jī)底輥電機(jī)在正常工作過程中的轉(zhuǎn)速和功率。

在成卷機(jī)工作過程中，傳動(dòng)控制系統(tǒng)中除了控制成卷機(jī)無紡布張力之外，還能夠?qū)崿F(xiàn)成卷機(jī)自動(dòng)停止控制，保證成卷機(jī)在正常工作中具有重要控制功能。利用自動(dòng)停止控制保證成卷機(jī)得到相應(yīng)的寬度與紙幅，保證成卷機(jī)因?yàn)槭埩τ绊憣?dǎo)致速度過快。成卷機(jī)自動(dòng)停止模式包括長(zhǎng)度、直徑兩種自動(dòng)停止模式，不同模式的功能與效果也各有不同。成卷機(jī)長(zhǎng)度自動(dòng)停止模式指的是成卷機(jī)控制系統(tǒng)以反饋信息計(jì)算運(yùn)行長(zhǎng)度，使得出實(shí)際長(zhǎng)度值在控制系統(tǒng)中反饋，之后通過控制系統(tǒng)控制傳動(dòng)系統(tǒng)，在此過程中傳動(dòng)系統(tǒng)與控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)成卷機(jī)運(yùn)行長(zhǎng)度的計(jì)算與控制[7]。

2.3 任務(wù)管理中PLC通信

PLC和專用控制器使用串口通信，PLC串行口支持上位機(jī)通信。Host-lint協(xié)議為經(jīng)濟(jì)、優(yōu)化的通信方式，適合一臺(tái)或者多臺(tái)PLC與上位機(jī)的連接?？梢允褂肦S232方式實(shí)現(xiàn)通信，最多可以使用32臺(tái)PLC和上位機(jī)連接。

在傳送一個(gè)幀的時(shí)候，將校驗(yàn)碼設(shè)置于終止符前面，再檢查傳送時(shí)是否有數(shù)據(jù)錯(cuò)誤，一般為FCS校驗(yàn)。每接收一陣就要對(duì)FCS進(jìn)行計(jì)算，并且對(duì)比幀中FCS，保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性。在手動(dòng)時(shí)候，PLC模塊利用串口通信，得出順序邏輯動(dòng)作指令對(duì)相應(yīng)設(shè)備操作，自動(dòng)時(shí)候以運(yùn)動(dòng)控制狀態(tài)與機(jī)器各個(gè)行程開關(guān)、按鈕與傳感器等開關(guān)量狀態(tài)，根據(jù)預(yù)先規(guī)定邏輯順序?qū)崿F(xiàn)工作[8]。

3.結(jié)語

通過生產(chǎn)實(shí)踐，此成卷機(jī)控制系統(tǒng)軟件與硬件設(shè)計(jì)滿足生產(chǎn)需求。在生產(chǎn)過程中，系統(tǒng)控制軟件結(jié)合硬件能夠順利實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)處理、執(zhí)行控制與信息輸出，使成卷機(jī)根據(jù)設(shè)計(jì)需求可靠安全運(yùn)行。