西门子6ES7221-1BH22-0XA8参数介绍本文主要介绍了台达DVP系列PLC在新型环锭细纱机上的应用。该机型整个控制系统采用了一套台达DVP14SS11R控制单元（PLC主机），配DVP16SP11R扩展模块（16点I/O扩展），来组成40点PLC控制部分，采用一块DVP02DA-S（2路模拟量输出模块）分别控制主变频和升降变频驱动，同时采用台达TP04-AS2文本显示屏进行系统外部输入与纺纱数据的监控，使用台达VFD-B-P系列变频器控制主传动电机和钢领板电机。从整体控制方案的应用效果来看，整个控制系统纺纱联动运行稳定，实现了生产速度和工作效率的有效提高。 关键词：环锭细纱机 PLC 纺机控制系统 1． 前言： 上海二纺机股份有限公司是从事纺织机械及纺织器材制造的大型企业之一，公司建立已有近90年的历史，常年致力于研发、生产、销售棉纺细纱机、粗纱机和自动络筒机等多种纺机设备。进入21世纪，上海及长三角飞速发展的经济环境、金融环境、信息环境和环保环境，为上海二纺机的持续发展提供了绝好的机遇，同时也面临着更大的挑战。在科学技术日益发展的，纺织机械电气控制系统的自动化程度也越来越高，从初的采用几十个继电器控制，发展到现在的可编程控制器（PLC），随着公司考虑开发更具市场竞争力的产品以应对日益激烈的国内、国际竞争，2008年中旬，我们设计试验了一套台达PLC控制系统，以应用在公司环锭细纱机上。 2．环锭细纱机简介： 上海二纺机股份有限公司的主导产品是棉纺毛纺厂使用的环锭细纱机，细纱工序是成纱的后一道工序，是将粗纱进一步牵伸30～50倍并加捻，纺成具有一定特数、符合相关质量标准的细纱，供捻线、机织或针织使用。纺织厂生产规模的大小是以细纱机总锭数表示的；细纱产量是决定各工序数量的依据；细纱的质量水平、原料物料耗电量等指标、劳动生产率等是技术和管理水平的体现，因此，细纱工序在纺织厂中占有重要的地位。新型环锭细纱机，首先是前后罗拉的严格同步，实现牵伸倍数和捻度的精密控制，保证高支数纱线的成纱质量；其次是采用先进的驱动控制技术实现十点曲线调速成形，从而实现了机械结构的简化、生产速度的提高、以及纱线支数和管纱成形的自动调节。 3．系统概述： 新型细纱机电气控制系统采用PLC控制整个纺纱落纱过程，具备纺纱过程所需的钢领板自动升降、留头率功能、中途停车后能自动记住纺纱位置跟踪开车、中途落纱、定长落纱等功能。可以设定和修改纺纱的各项工艺参数，实现定长落纱、机械落纱，可以根据用户的需要设定锭子的十点曲线长度和速度，以及班产量累计、设置密码保护及自动故障诊断等功能。对纺纱过程的锭速、前罗拉转速、前罗拉线速、捻度等进行计算并在文本显示屏上跟踪显示，并依据机器上各部分传感器自动协调控制，具有较高的系统整体抗干扰性。 4．整体控制系统方案 整体控制系统方案采用了台达DVP系列PLC。采用了一套台达DVP14SS11R作为PLC主机（输入：8点，输出：6点，继电器输出），选配了DVP16SP11R，16点I/O扩展模块（输入：8点，输出：8点，继电器输出），来组成40点PLC控制部分，采用一块DVP02DA-S，为2路模拟量输出模块，来分别控制主变频传动和钢领板升降变频驱动。使用台达平板型交流电机驱动器VFD-B-P系列变频器控制主传动电机和钢领板电机。显示单元部分采用台达TP04-AS2文本显示屏进行系统外部输入与纺纱各项数据的监控。 1、传动部分：包括主电机、吸风电机、钢领板升降电机、油泵电机及润滑装置、主变频器、升降变频器、清洁器装置、各种低压开关及接触器等。 2、三自动检测部分：该部分由三自动行程开关、停主电机接近开关、下钢领板接近开关、刹车片构成。其作用为落纱信号给出后能自动适应停车，自动留头，为重新开车降低断头创造条件。 3、变频器锭子速度控制：该部分由变频器、锭子传动部分、主电机构成，其作用是变频器依据程控器传输的锭子速度控制十点曲线自动调整锭子运行，提高纱线质量和产量。 4、数据检测部分：该部分由主轴、前罗拉测速光电管组成。功能为自动检测纺纱过程中主轴、前罗拉的运行数据，为计算班产量、锭速、前罗拉转速、前罗拉线速、捻度等工艺参数以及锭子速度曲线控制提供数据。 5、PLC控制部分：该部分由PLC主单元及IO模块、模拟量输出模块等构成，完成全机开关量输入、数据检测以及计算和过程控制，实现纺纱过程自动化和对机器运行情况进行监控。 6、显示单元部分：文本显示单元与PLC之间以通讯线实现连接，完成纺纱过程工艺参数显示设定，可直接设定锭子运行十点曲线，实现控制柔性化，同时对机器运行过程中出现的错误，实时监控反馈。 7、模拟量通讯部分：该部分由PLC的2路模拟量输出模块、变频器通讯模块部分构成，PLC的通讯接口与文本显示单元以通信线实现通讯完成参数设定显示，变频器以模拟量方式控制锭子运行速度曲线，整机的高可靠性和低成本极大的提高了机器性能比和市场竞争力。 图一：控制系统方案5．PLC软件编程 通过台达WPLSoft软件对PLC进行软件编程，根据需要将不同功能的程序段分列，每个任务分别使用合适的编程语言如梯形图、语言等来完成。 (1) 梯形图编辑： 梯形图是使用得多的图形编程语言，其与电器控制系统的电路图很相似，具有清晰、直观、易懂的优点，很容易被掌握，特别适用于在系统中的开关量逻辑控制，具有可实时监控的特点，如图二，图三。 图二：梯形图 图三：输入指令图(2) 指令编辑： WPLSoft软件同时提供了指令编辑模式，进入指令模式编辑后，直接键入PLC完整指令，输入完成后的指令在编辑区中，左边为该指令在PLC主机的程序内存地址，可以清楚地得到指令在程序内存的相对地址，如图四所示。 图四：指令模式6．应用效果 实际应用表明，采用新的控制系统方案后，全机将运动控制与驱动器功能集成在一起，系统具有较快的响应速度。前后罗拉严格同步，实现牵伸和捻度的精密控制，保证了高支数纱线的成纱质量，整套控制方案可靠性和抗干扰性能较优。同时由于纺织机械是一个竞争非常激烈的领域，因此成本也必须考虑在内，一方面是整体的硬件投资成本，另一方面是系统的运行成本。新控制方案的应用，比原先使用的方案硬件投资成本下降约25%左右，系统的运行成本基本持平，是一个比较有竞争力的产品设计。 7．结束语 本系统采用了台达控制系统解决方案，将纺织机械和现代先进控制技术相结合，使控制系统的现场化和抗干扰性能得以极大提高。并使纺机产品能实现复杂的控制功能，大量数据的实时准确采集和共享也得以实现，大大提高了纺织机械的先进水平。利用“提高软件设计水平来降低硬件投入”的原则，极大降低了电气控制系统成本，台达PLC一、 引言 近十多年来，我国纺织机械行业的自动化水平有了明显的提高，在新型纺织机械上普遍采用了自动化技术。这项技术的内容包含了先进的信息处理和控制技术，即以计算机为核心，有PLC、工控机、单片机、人机界面、现场总线等组成的控制系统。先进的驱动技术，有变频调速、交流伺服、步进电机等，检测传感技术和执行机构等。棉纺织设备较有代表性的机电一体化产品，例如新型的粗纱机，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。采用触摸屏人机界面，操作简单方便。变频调速降低了设备的噪音和功率，减少了机械损耗，并且随着业内人士对纺织工艺的更深入了解，粗纱机的功能更加的完善，使国产粗纱机比进口粗纱机更加适合在国内应用。 二、 台达自动化产品的介绍 随着自动化产品的发展，台达已由单一的变频器生产研发厂家发展到现在能为客户提供PLC、温控器、计数器、人机界面、变频驱动器、伺服驱动器、数控系统等多元化产品，在冶金、纺织、医药等几十个行业都有更广泛的应用。尤其在纺织行业占据了很大的市场份额。河北太行纺机公司是生产纺织机械的企业，有多种机型采用了台达成套解决方案——精梳机FA298A、并条机FA361A、粗纱机FA421A/THFA4421、细纱机FA561A等关键纺织设备，既为生产品质提供了技术保证，也提升了企业的产品价值与综合竞争力。 三、 系统开发的简介 3.1 硬件构成 （1）控制的核心部件是PLC，在整个控制系统起着举足轻重的作用，选型的时候要考虑其存储容量和处理速度。根据控制要求需要的输入24点、输出24点，并且需要两个通讯端口，其一RS485通讯端口来控制时时给定频率，来达到电机的时时速度控制，还要根据纺纱工艺要求写入变频器的参数；其二连接上位机触摸屏（HMI），来实现人机对话。依据上述要求选型为主模块DVP32E（数量1个）、扩展模块DVP08（数量2个）。 （2）整合计算整机的实际功率为8-9kw（每台设备安装时的机械间隙不一样，导致设备的实际功率也有所不同），选用10kw的电机，驱动变频器选型为VFD150B43A，遵循适当放大的原则。这样可以有效的一致新设备在初运行时由于机械没有磨合好产生的误报警。 （3）人机界面的选择很重要，它是人机交流的主要途径，每天设备和人接触多的就是人机界面，它不仅要求外型美观，而且还要耐用，在纺纱厂环境这样比较恶劣的条件下24小时能够保障无故障长时间运行。台达DOP57STD界面为蓝白双色，色调柔和，，是个很不错的选择。 （4）控制框图 图1 控制结构图3.2 功能介绍 在80年代我国悬锭粗纱机已经广泛的应用了变频调速技术，但当时由于PLC在纺织领域没有很广泛的应有，所以在粗纱机功能上也没有深入的开发。随着工控产品本身功能的增强和对纺织工艺更深入的了解，粗纱机的功能有了新的开发。 （1）通讯参数写入 虽然现代变频器被更广泛的推广，但由于有些纺纱厂的技术力量薄弱，对变频器的参数设定有一定的难度，纺织工艺的变动，往往需要设备生产厂家的技术工程师来更改，这样既耽误生产，又增加了售后服务成本。基于这点考虑开发的变频器参数通讯写入，只需在人机界面修改参数，点击写入即可。既方便有降低了操作难得。 （2） 定位停车 在粗纱机生头、断纱接头时，都需要把锭翼停到一个固定的角度，这样挡车工才易于操作，在早期的粗纱机是没有定位停车功能，需要挡车工手动扳动锭翼，这种错误操作往往对纱线的质量产生破坏，容易产生细节。定位停车功能就能解决这个问题，当粗纱断纱报警停车停车时，锭翼停在一个易于接头的角度，不用再手动扳动锭翼，降低了劳动轻度，提高了纺纱质量。 （3）无极调速 由于锭翼通道对速度的变化产生的摩擦力是不一样，速度的大幅跳跃会对纱线的张力长生很大的影响，本功能是根据纺织工艺的要求，在小纱低速时逐渐的调高输出频率，中纱恒速，大纱逐渐的降低速度，每次根据换向次数跳动很小的频率，是变化频率不造成对纱线张力的负面影响。 四、 软件开发 （1）人机程序的开发 人机界面开发要遵循简单明了，易于操作的原则，实现数据的监控，主要包括监视画面、CCD张力控制画面、运行控制画面、参数设置画面、班产数据画面、输入输出点监视画面、帮助换面。主要画面参见图2、图3、图4。 1.1监视画面（见图2） 根据纺纱工艺要求，有些数据要随时能查看，例如一落纱长、纺纱定长、纺纱速度、罗拉转速、锭翼转速等，把这些数据放在同一画面方便查看。 图2 监视画面1.2运行控制画面（见图3） 粗纱机所有的控制操作都能在此画面上实现，包含起动、点动、停止和落纱三自动的实现。 图3 运行控制画面1.3变频器参数写入画面（见图4） 设置好的变频器参数后此按钮就会显示，等待大约10秒后，参数设置完毕，按钮状态恢复。 图4 变频器参数写入画面（2）PLC程序的开发 按照工艺要求和功能的构思，规划好每个输入输出点的含义后就是程序的编制，考虑到程序的容量和开发程序的简洁易读性，该程序大量应用了子程序，程序分块结构，方便程序的修改和查找。P0：变频器参数写入,在执行变频器参数写入时调用该子程序；P1：即时给定频率，变频器输出频率根据粗纱换向次数来给定，按照升速曲线来变换速度：P2：落纱三自动。程序收到满纱信号后，调用落纱三自动子程序。给松皮带信号 → 松紧皮带电机正向起动 → 松皮带到位接近开关亮 → 松皮带电机停止运转 → 步进电机反转起动复位皮带 → 皮带复位行程开关打开 → 步进电机停止运转 → 下龙筋升降电机正向起动 → 下龙筋超将到位 → 下龙筋升降电机停止。 P4：密码验证程序。需要密码进入工艺参数设置画面，设置参数时条用密码验证子程序，密码验证通过才能进入。 五、 结束语 随着工控产品的高效、成熟以及技术价值日益的提高，纺织机械自动化程度也越来越高，但设计的出发点还要以用户简单、好用为根本，厂商应在不增加系统硬件的基础上尽量开发即结合工艺又实用的功能，使我国的纺织机械向更高水平发展