成卷機(jī)控制系統(tǒng)的自動化設(shè)計

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)的工作效率與運行質(zhì)量對企業(yè)具有重要作用。在現(xiàn)代成卷機(jī)自動化程度不斷提高的背景下，人們對產(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，運行方式。成卷機(jī)工作方式包括自動、手動兩種方式，系統(tǒng)在自動工作方式中根據(jù)設(shè)置的參數(shù)開展無紡布卷繞工作；系統(tǒng)在手動方式中對各軸工作進(jìn)行控制，主要應(yīng)用在設(shè)備調(diào)試與檢修階段；

其二，實時顯示。在觸摸屏中顯示故障報警、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)緊急情況的時候，按下急停按鈕之后全部機(jī)構(gòu)的運行都會停止；

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，要實時保存當(dāng)前的工作參數(shù)，斷電后再次通電的時候能夠繼續(xù)完成沒有完成的工作[2]；

其六，成卷機(jī)在生產(chǎn)線上實現(xiàn)不停機(jī)自動落卷。生產(chǎn)中待布卷達(dá)到設(shè)定長度時，自動翻轉(zhuǎn)抬起切刀快速切斷布，同時啟用備用軸。卷布自動轉(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，這樣就實現(xiàn)連續(xù)性生產(chǎn)。（這個過程就是自動換卷）

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)與按鈕信號都是觸摸屏數(shù)據(jù)，以程序與預(yù)先設(shè)定參數(shù)對繼電器動作進(jìn)行控制，并且為伺服驅(qū)動器與變頻器輸出控制量信號，對旋轉(zhuǎn)編碼器脈沖輸入進(jìn)行接收，控制電動機(jī)速度。

觸摸屏實現(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)字量輸出信號對放線進(jìn)行控制，使故障報警信息送到PLC輸入端。以PLC模擬量輸出0V～10V電壓信號控制防線，OLC接收到旋轉(zhuǎn)編碼器的脈沖輸入，利用CPLH高速計數(shù)功能，能夠?qū)崿F(xiàn)速度控制反饋回路，使運行精度得到提高。

2.成卷機(jī)自動化控制系統(tǒng)的設(shè)計

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、壓輥變頻器組和控制器、通信模塊相互連接?？ㄝS變頻器組包括卡軸A、B變頻器和壓輥變頻器、橫動變頻器，各個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，操作比較簡單，方便車間工作人員的學(xué)習(xí)[4]。

在系統(tǒng)設(shè)計過程中，將制動電阻、通信卡、接觸器等作為電器柜核心部件，橫動、卡軸、壓輥電機(jī)電纜和輸出電抗器端子中壓接，橫動變頻器、卡軸變頻器和壓輥變頻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口對變頻器運轉(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行[5]。

2.2 傳動功能的設(shè)計

成卷機(jī)傳動系統(tǒng)使用東芝公司，以成卷機(jī)工作需求選擇合適的傳動電機(jī)電源。針對傳動系統(tǒng)的電動機(jī)功率不超過1MW，所以在對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，底輥電動機(jī)轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速方向一致，在工作時利用直流母線經(jīng)逆變器在底輥電動及內(nèi)部傳輸，保證電動機(jī)正常運行。在成卷機(jī)開卷工作過程中，電動機(jī)轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速都有所改變，為相反狀態(tài)，功率流動方向也相反流動。針對變頻器主電路，利用公共直流母線工作模式進(jìn)行設(shè)計，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)主傳動電機(jī)調(diào)試過程中，實現(xiàn)成卷機(jī)傳動電機(jī)選型后，確定成卷機(jī)的轉(zhuǎn)速和電機(jī)功率，此時，要求成卷機(jī)與底輥電機(jī)實現(xiàn)數(shù)據(jù)測試。首先，測試成卷機(jī)電動機(jī)功率。利用分析測試數(shù)據(jù)，成卷機(jī)額定功率到一定水平的時候，對電機(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，實現(xiàn)底輥電機(jī)功率測試。利用測試數(shù)據(jù)計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)因為失去張力影響導(dǎo)致速度過快。成卷機(jī)自動停止模式包括長度、直徑兩種自動停止模式，不同模式的功能與效果也各有不同。成卷機(jī)長度自動停止模式指的是成卷機(jī)控制系統(tǒng)以反饋信息計算運行長度，使得出實際長度值在控制系統(tǒng)中反饋，之后通過控制系統(tǒng)控制傳動系統(tǒng)，在此過程中傳動系統(tǒng)與控制系統(tǒng)實現(xiàn)成卷機(jī)運行長度的計算與控制[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，適合一臺或者多臺PLC與上位機(jī)的連接?？梢允褂肦S232方式實現(xiàn)通信，最多可以使用32臺PLC和上位機(jī)連接。

在傳送一個幀的時候，將校驗碼設(shè)置于終止符前面，再檢查傳送時是否有數(shù)據(jù)錯誤，一般為FCS校驗。每接收一陣就要對FCS進(jìn)行計算，并且對比幀中FCS，保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性。在手動時候，PLC模塊利用串口通信，得出順序邏輯動作指令對相應(yīng)設(shè)備操作，自動時候以運動控制狀態(tài)與機(jī)器各個行程開關(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)實踐，此成卷機(jī)控制系統(tǒng)軟件與硬件設(shè)計滿足生產(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)計需求可靠安全運行。