PLC在纺织工业中的应用

1 引言

　　纺织业作为国民经济支柱产业，2006年生产总值36000亿元，其中纺织机械生产总值达526亿元。纺织工业是传统产业，用现代化技术改造传统产业是纺织工业的唯一出路。。国务院对装备制造业和纺织业的发展一直很关心，很支持。例如： 国务院关于振兴装备制造业的若干意见》(2006年)提出“以科技进步为支撑，大力提高装备制造企业的自主创新能力。”这一段特别提出要以系统设计技术、控制技术与关键总成技术为重点，增加研发投入，加快提高企业的自主创新能力和研发能力。国家发改委、财政部、科技部等十部委于2006年5月联合下发了 关于加快纺织行业结构调整促进产业升级若干意见的通知》，因此纺织机械作为纺织工业的技术装备，应为纺织工业的发展提供更高档次的产品。“十一五”又是纺织工业奠定由纺织大国向纺织强国转变的关键时期，纺织机械将对10种新型成套纺机设备进行技术攻关和实现产业化。高档次的纺织机械必然实现数字化、智能化控制。而PLC可编程控制器是实现数字化、智能化的关键的技术，PLC技术已在纺机设备中得到推广应用，应用水平在逐渐提高，今后在纺织工业中应用PLC一方面是继续推广应用面，另方面是继续提高应用水平，如合理的选用PLC，充分利用其软件资源为实现纺织机械的智能化提供技术保证。

　　近10年来，各种可编程控制器PLC在各类纺织机械中推广应用，大多数应用为PLC与变频器等组成各种变频调速系统或现场总线控制系统，除此以外还有用于逻辑控制，生产过程控制和生产工艺参数控制等。PLC在纺织工业中应用面越来越广，已遍及各种纺织机械，应用量越来越大，年需求量已达12万台以上。

2 PLC在纺织工业应用

　　2.1 逻辑控制

　　主要是取代各种中间继电器，时间继电器和计数器等实现各种开关量(通断)控制。一台PLC可取代少则几个继电器(例如在并条机自动换筒的逻辑控制等)多则几十个甚至百余个继电器(例如打仓机、清联合机的顺序控制等)当然最简单的是起动、停止等。

　　2.2 顺序控制

　　根据生产设备要求输入信息的顺序进行顺序控制或根据顺序功能图编制用户程序实现顺序控制。例如，高温高压染色机的顺序控制等。高温高压染色过程如下：

　　首先高压罐进水即起动水泵，当高压罐水位升到高水位时水泵停。接着下纱(筒纱)、加染料并将高压罐密封，打开空压机加压至设定值并保持该压力不变，然后打开高温蒸汽阀升温。当温度达到设定值时染色电动机正转起动运转，正转8—15秒(具体由生产工艺确定)停机，暂停3—5秒后，电动机反转起动运转2—3秒停，若尚未达到设定的染色时间再返回正反循环程序，直至达到染色设定时间，再排液(染液)，减压、染色完毕报警5—10秒自动停机，染色全过程结束，如图1所示。

　　2.3 PID控制

　　PID控制算法将被测量(反馈量)随时与设定量进行比较，并对其偏差值△u进行P(比例)I(积分)D (微分)控制，直到偏差值AU-O。例如浆纱机浆槽浆液和烘筒温度的控制等，均是将温度信号通过接i：1转换为4—20mA的信号，再送至PLC与设定值比较，经PID运算处理后可精确地控制上过各点的温度。在PID中：P为比例系数相当于放大系数，P值越大，系统的稳态精度越高，抗扰动能力越强，另方面P值越大，系统的稳定性越差，易发生振荡；I为积分时间，积分时间越长，系统的响应越慢，积分时间越短，系统响应越快，越容易产生振荡，系统的稳定性也越差；D为微分时间，微分时间越长，系统的超前作用越强，系统超调量越小，振荡减缓。微分时间越短，系统的超前调节作用越弱，系统超调量增大。一般说来，在保证系统不出现振荡的情况下，积分时间尽可能短些，以提高系统的响应速度，比例系数尽可能大些，以提高系统的静态精度。微分时间尽可能长些，以减小系统的超调量。系统若出现短周期性振荡。可增大积分时间或减小比例系数或减小微分时问。系统若出现长周期性(如比积分时间设定值长)振荡时，可减小积分时间。

　　2.4 数据处理

　　PLC能进行算术运算，函数运算，数据比较、数制转换、和数据传送，以及定时、计数控制等多种数据处理。例如，细纱机主轴、前、后罗拉速度通过速度传感器检测，其值送PLC进行运算处理后，可计算出纺纱长度、牵伸倍数和捻度等工艺参数。纺纱长度输入PLC与设定值进行比较后即时调整变频器输出频率，使细纱机按设定的纺纱曲线纺纱，当纺纱长度达到设定时停机。

图1 染色过程序控制程序框图

3 PLC在纺机联网应用

　　3.1 纺机联网架构

　　PLC组网的主要形式有以下几种类型：

　　(1)通过PLC制造商提供的协议和网络适配器，构成特定的公司内部网络。其特点是网络协议不公开。如西门子PPI协议等。

　　(2)与工业现场总线构成现场总线网络。如西门子s7—200／300／400系列PLc可通过PROFIBUS—DP通信口接人PROFIBUS现场总线网络。其特点是通过总线的通信能力，扩展PLC的控制范围。

　　(3)通过标准的RS485串行通信网络和自定义或自主选择的通信协议，构成PLC及工控机的分布式网络。此方案具有较好的灵活性和性价比，应用较广。

　　3.2 基于纺机通讯的应用

PLC的通信技术在纺织工业得到推广应用，其主要通信类型有：

　　(1)PLC与PLC的通信， 以扩大控制规模例如并纱机共有108锭子，12锭为1节，全机共9节，每节采用1台PLC控制该节电动机的起动、停止和卷绕运行速度，控制切丝器的切断动作，当卷绕长度达到设定值时，控制电动机停转，全机由9台PLC组成分布式网络，其中一台为主机，其余为从机，主机PLC与PLC之间相互通信，传输数据等。

　　(2)PLC与其它智能控制装置(如变频器、伺服控制器等)之间的通信联网，PLC与变频器或伺服控制器之间采用串行通信的方式、实现PLC对具有RS一485通信功能的变频器或伺服控制器的控制，控制变频器的输出频率，输出电压或控制伺服控制器输出的调制电压，此种通信方式在纺织机械中应用最为普遍，例如，半精纺梳毛机，该机为可编程控制PLC控制，变频调速、触摸屏操作显示如图2所示。PLC的一个通信口(如PORT1)以自由口方式与变频器的RS485通信口进行串行通信连接、PLC的另一个通信口(如PORTO)以PP1协议与触摸屏通信，完成工艺参数的设定、修改、数据显示。PLC与触摸屏通信，完成工艺参数的设定、修改、查询和数据统计、显示，故障诊断；与变频器通信，完成控制斜帘、平帘变频器(含电动机)的起动、运行速度和停止；控制喂毛帘、剥毛辊、毛斗电动机的起、停等逻辑控制；计算功能：自动喂毛机的白调匀整系将每斗所称的毛的实际重量与工艺设定的重量通过触摸屏送至PLC进行比较，根据重量偏差值经计算后调整喂毛时间(即延长或缩短喂毛时间)， 以保证单位时间内喂入的毛料基本相等，起到了自调匀整的作用；控制自动换简制作，当满筒信号(编码器脉冲计数达设定值时)送至PLC，PLC控制换筒电磁阀动作，带动气动换筒子机构将满筒推出，并拨进空简，完成自动换筒。

图2 半精纺梳毛控制系统原理框图

　　(3)PLC与上位机IPC等的通信，IPC用于对PLC的编程、监控和管理，而PLC用于现场设备的直接控制，此种方式应用例不少。

　　例如帘子线浸胶机控制系统中上位机为工业计算机IPC与主站PLC机通信、IPC监控全机的运行、数据归挡、工艺参数的设定、修改，各种报表的打印等。IPLC作为总线系统主站，选用S7—300系列PLC，负责数据交换、数据整理、2PLC一4PLC选用s7—200PLC分别用作浸胶段主传动控制、前后段主传动控制、各风机和各点温度的控制。2PLC一4PLC通过DP从站接VIEM277将S7—200作为从站挂到Profibus—DP现场总线上，执行上层的指令，并通过自由口采用RS-485协议与变频器通信采集现场数据，如图3所示。

图3 系统通信网络

　　(4)PLC与PLC的数据存取单元进行通信。PLC提供了各种不同的数据存取单元，通过此数据存取单元可方便地对设定数据进行修改，对各监控点的数据或图形变化情况进行监控，还可对PLC出现的故障进行诊断等，上述的帘子线浸胶机PLC与PLC之间的通信即属此类。

4 纺织工业PLC市场分析

　　纺织工业应用各种PLC数量大，年需求量12万台以上，以棉纺织机械年需求量为例列表如表1所示。表中数据根据中国纺机协会等有关资料统计测算而得，仅供参考。其它纺机设备配套PLC的年需求量不一一列表，分析过如下：化纤机械配套PLC的年需求量约4850台；毛纺织机械配套PLC的年需求量约2370台；针织机机械配套PLC的年需求量约6990台；染整机械配套PLC的年需求量约6150台；非织造布机械表1 棉纺织机械设备配用PLG的年需求量配套PLC的年需求量为2000台以上；服装机械配套PLC的年需求量为3000台以上；生产厂泵类负载配套PLC的年需求量为5000台以上；生产厂技术改造配套PLC的年需求量为6000台以上。

5 结束语

　　PLC变频器一样，是纺织自动化的核心单元，PLC在纺织工业中的应用，减少了电控拒内大量中间继电器和时间继电器等，实现了硬件软件化，且具有很强的运算功能和多种控制功能，大大提高了控制系统工作的可靠性和灵活性。纺织工业正面临着设计创新提升产品市场竞争力，推出高挡的纺织品和纺织机械产品，需要更多更好的推广应用PLC等高科技产品。在《十一五 期间预计每年需求PLC的量将以10—15％的速度递增，到2010年对PLC的年需求量将达20万台以上。目前纺织工业应用PLC的品牌较多，其中以西门子S7—200—300居榜首，其次有欧姆龙、施耐德、三菱、富士、松下、台达和光洋电子等品牌的PLC。