引言

       紡織行業(yè)清花設備是集機、電、氣等高新技術(shù)于一體的紡織機械設備。作為各種紡織工藝流程的前紡設備，在提高紡織產(chǎn)品檔次與質(zhì)量中起著(zhù)重要作用。紡織行業(yè)是 傳統老行業(yè)，紡織廠(chǎng)老設備居多，傳統設備均采用繼電器控制系統，長(cháng)期以來(lái)電氣故障率高的問(wèn)題一直沒(méi)有解決。目前，在國際上已普遍采用PLC及變頻控制技術(shù) 取代繼電器控制技術(shù).傳統的清花工序(非自動(dòng)化程度高的新設備)的電氣控制在紡織企業(yè)中是比較復雜的,而且電氣故障也是較多的。對清花工序進(jìn)行電氣改造, 引入PLC及變頻自動(dòng)控制系統意義很大。采用國產(chǎn)永宏(FATEK)PLC及變頻控制系統改造清花生產(chǎn)線(xiàn)以后具有高產(chǎn)量、高除雜效率、高自動(dòng)化等特點(diǎn)，在 生產(chǎn)使用中體現了其設計合理，工藝性能好，機電一體化水平高。經(jīng)不懈地改進(jìn)、完善和提高開(kāi)棉設備的設計和制造水平，縮短了我國開(kāi)棉設備與國際先進(jìn)水平的差 距。

 

    圖1 清花生產(chǎn)線(xiàn)工藝示意圖

（1）開(kāi)松工序：把原料包中壓緊的纖維塊松解成較小的纖維束，同時(shí)避免纖維的損傷和雜質(zhì)的碎裂。
（2）除雜工序：清除原料中大部分的雜質(zhì)和疵點(diǎn)以及部分短絨，同時(shí)避免可紡纖維的損耗。
（3）混和工序：使不同成分、不同等級的原料充分混和，保證成紗質(zhì)量的均勻一致。
（4）成卷工序：均勻喂給，制成一定重量和長(cháng)度的纖維卷，以滿(mǎn)足下道工序的需要。
        開(kāi)清棉機械按其功能劃分有：開(kāi)棉機械如自動(dòng)抓棉機、棉箱給棉機等，其主要作用是開(kāi)棉和給棉，無(wú)明顯的除雜作用；混棉機械如多倉混棉機、混棉簾等，其主要作 用是完成原棉的混和；開(kāi)清棉機械如雙輥軸流開(kāi)棉機、豪豬式開(kāi)棉機、單打手成卷機、鋸齒輥筒清棉機等，其主要作用是開(kāi)松原棉和清除雜質(zhì)。一臺好的開(kāi)清棉應具 有工藝流程短，適紡性強，工作效能高等特點(diǎn)。整套設備由幾臺不同功能的單機組成開(kāi)清棉聯(lián)合機，最基本的設備配置為：圓盤(pán)式抓棉機(2臺)→除金屬裝置→六 輥筒開(kāi)棉機(附A045型凝棉器)→多倉混棉機→豪豬式開(kāi)棉機(附A045型凝棉器)→豪豬式開(kāi)棉機(附AO45型凝棉器)→二路電氣配棉器→雙棉箱給棉 機(附AO45型凝器)(2臺)→單打手成卷機(2臺)。

 

2 清花工藝與PLC技術(shù)

2.1 清花生產(chǎn)線(xiàn)工藝流程介紹
開(kāi)清工序，是紡紗工藝流程中的第一道工序，加工對象主要是軋棉廠(chǎng)或化纖制造廠(chǎng)運來(lái)的原料包。其主要作用是：對原棉進(jìn)行開(kāi)松、除雜、混和并制成厚度均勻的棉卷或輸出流量均勻的棉流，供梳棉機使用。其主要任務(wù)如圖1所示。

 

2.2 PLC清花線(xiàn)控制技術(shù)路線(xiàn)
        清花生產(chǎn)線(xiàn)原設計采用繼電器控制系統，故障率極高，維修量很大,運行效率較低，同時(shí)因為前后各供棉電機沒(méi)有變頻調速，不能連續供棉，嚴重影響設備正常運行。改造前各個(gè)控制設備分散排列,操作也極為不便,改造前部分繼電器控制的部分電路原理圖如圖2所示。
        PLC成為工業(yè)領(lǐng)域內高可靠性計算機程序控制系統的代名詞。將繼電器控制系統用PLC代替，故障率顯著(zhù)降低，可靠性提高，很受歡迎。通過(guò)對清花電氣線(xiàn)路和 安全裝置的改造來(lái)保證電氣設備安全;通過(guò)電氣方案的改進(jìn)設計來(lái)滿(mǎn)足工藝流程的要求;通過(guò)關(guān)鍵點(diǎn)電氣裝置的增設來(lái)保證和提高清棉工段的產(chǎn)品質(zhì)量.該系統利用 程序實(shí)現模糊算法和控制策略,與位移傳感器、電流變換頻率調節裝置及電機等組成實(shí)時(shí)數據采集和控制系統,替代原來(lái)的鐵炮撥叉調速系統,對清花成卷機的給棉 羅拉轉速進(jìn)行調節,使給棉羅拉在單位時(shí)間輸出的棉量保持恒定.經(jīng)過(guò)現場(chǎng)實(shí)際運行后表明,提高了系統的精度和動(dòng)態(tài)特性,降低了棉卷不勻率,控制效果良好.紡 織機械應用了自動(dòng)化技術(shù)后機構簡(jiǎn)化，性能改善，質(zhì)量提高，操作方便，提升了設備的檔次和水平。電氣控制系統采用PLC、變頻技術(shù)，使系統操作和工藝調整更 加簡(jiǎn)單快捷；人機界面對話(huà)、故障自動(dòng)診斷等功能使系統管理維護更有效；重物、金屬、火星和異性纖維探測技術(shù)的應用，使系統安全有保障；氣壓控制技術(shù)、連續 喂給技術(shù)和自調勻整技術(shù)的應用，使系統生產(chǎn)運行更加穩定可靠。 

                圖2 原清花繼電器控制系統部分原理

 

                   圖3 基于永宏P(guān)LC的清花生產(chǎn)線(xiàn) 
 

       近年來(lái),隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和微電子技術(shù)的迅猛發(fā)展,可編程序控制器技術(shù)已廣泛應用于自動(dòng)化控制領(lǐng)域。可編程序控制器以其高可靠性和操作簡(jiǎn)便等特點(diǎn),已經(jīng) 形成了一種工業(yè)控制趨勢。傳統的清花工序（非自動(dòng)化程度高的新設備）的電氣控制在紡織企業(yè)中是比較復雜的，而且電氣故障也是較多的。在眾多的PLC當中， 如何選型取決于實(shí)際的應用需要。清花控制系統的特點(diǎn)是距離長(cháng)、規模大、分布站點(diǎn)多、通訊對象多。國產(chǎn)永宏(FATEK)系列PLC恰恰適應于這樣的應用需 求，其強大的通訊能力、高速靈活的網(wǎng)絡(luò )體系令眾多的PLC難以與之匹敵，本方案主要采用具有很高性?xún)r(jià)比的FBS-60MA主機模塊及FBS-60EAP擴 展模塊，FBS-60MA主機模塊采用36點(diǎn)24VDC數字輸入(4點(diǎn)可達10kHz)，24點(diǎn)(R/T/S)數字輸出(“T”機型具4點(diǎn)10kHz輸 出)，一個(gè)RS-232或USB通訊端口(最大可擴充至3個(gè))，FBS-60EAP擴展模塊采用36點(diǎn)24VDC數字輸入，24點(diǎn)(R/T/S)數字輸 出，內建電源供應器。其主要特點(diǎn)是：（1）模塊化結構設計。且模塊小型化、無(wú)排風(fēng)扇結構、易于實(shí)現分布、易安裝，便于維護。（2）高電磁兼容性和強抗震 動(dòng)、沖擊性，使其具有最高的工業(yè)環(huán)境適應性。（3）功能強大。適用于不同的需求，提供各種類(lèi)型的I/O模塊、功能模塊、通訊模塊；程序運算速度快，運算指 令豐富，強有力的程序處理能力，具有完善的自診斷功能。（4）通訊能力強。通訊協(xié)議的多樣化，及具有的自定義功能使得各種通訊類(lèi)型的應用成為可能，為應用 系統的整合與集成提供了非常好的條件。（5）所有PLC系統的配置，包括通訊的配置，及組態(tài)、編程、調試，維護，管理均在軟件中，統一的界面、全局的數據 管理、方便的操作等為用戶(hù)創(chuàng )造了良好的環(huán)境。
        將清花車(chē)間總混、豪豬、成卷機由原來(lái)的繼電器分散控制改為由永宏P(guān)LC集中控制，且總混、豪豬給棉電機均由變頻器控制，雙速運行，速度可調；PLC控制工 作穩定可靠，故障率低；可根據需要重新改編程序，靈活方便；全套車(chē)只用一只集控柜，體積小，占用空間少，功能多、抗干擾、適用性強，更適于老廠(chǎng)改造。總控 制思路如圖3所示。圖3 總控制系統設計圖 開(kāi)清棉聯(lián)合機全流程的各項動(dòng)作，由PLC程序控制完成。具有結構簡(jiǎn)單操作方便，運行穩定可靠．便于檢查維修、故障少等優(yōu)點(diǎn)，對提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低成本、提 高效率。清花流程控制改造主要用PLC代替傳統的繼電器及接觸器控制系統，用梯形圖軟件代替電路圖，可節約大量電器元件，減少因元件觸點(diǎn)、線(xiàn)圈的損壞而造 成的壞車(chē)及馬達燒壞。PLC編程控制取代傳統電氣的各單機分散控制為集中控制，一個(gè)PLC柜代替了多個(gè)電控箱。尤其是在清花技術(shù)改造中可縞程控制器代替傳 統的繼電器及—接觸器控制系統，用軟件代替控制電路，大大減少開(kāi)關(guān)量，使棉卷不勻率穩定在l.0以下，下機正卷率達98％以上，回花率降低2％～3％，棉 卷縱向喂入生條不勻率6.79cv％，橫向喂入生條不勻率7.62cv％，而且杜絕噎車(chē)、減少羅卜絲等。電氣控制中心為清花全流程設備一個(gè)集中電氣控制 站。控制系統采用工業(yè)級PLC及人機界面控制系統，實(shí)現人機對話(huà)。顯示器可直觀(guān)顯示電機運行狀態(tài)和傳感器位置，并可在顯示器上讀出各機臺的設計參數。采用 變頻器更改工藝參數十分方便。電氣控制中心提供標準計算機接口，方便工廠(chǎng)實(shí)現計算機控制和數據處理。具體的PLC主機及擴展部分控制原理圖如圖4圖和5所 示。

                圖4 永宏P(guān)LC主機控制部分原理圖

                圖5 永宏P(guān)LC擴展控制部分原理圖

        為了PLC程序設計及維護方便，FBs系列主機備有程序記憶匣（FBs-PACK）可供我們選擇，FBs-PLC指令超過(guò)300種以上，并采用最人性化， 可讀性最高之多輸入/多輸出指令方式。一個(gè)指令即可達成大部分其他品牌PLC數個(gè)指令才能做到的功能，使程序大為精簡(jiǎn)，同時(shí)運算結果可直接由指令方塊右側 之輸出取得。在程序可讀性方面，每個(gè)應用指令之輸入或輸出端均有功能助憶簡(jiǎn)碼說(shuō)明，操作數字段則直接標明其屬性簡(jiǎn)稱(chēng)并可于其正下方直接顯示其狀態(tài)或內容 值，可免除它牌PLC無(wú)標示需死記之麻煩，程序可讀性最高，效率******。在高階應用方面，如網(wǎng)絡(luò )LINK、PID控制、NC定位等，則有專(zhuān)用之便利指令與之 對應，大幅降低使用障礙。FBs-PLC之視窗版階梯圖程序編輯軟件階梯圖大師WinProladder提供使用者親和性最高之視窗中文操作環(huán)境，及永宏 精心安排之編輯、監視、除錯等操作順手，讓使用者在極短時(shí)間內即可精通整體操作，加上WinProladder強大且齊全之編輯功能輔以按鍵、鼠標并用及 在線(xiàn)即時(shí)之指令功能查詢(xún)與操作指引，將使您之編輯、輸入效率倍增。而直接于階梯圖上顯示之“即時(shí)”接點(diǎn)狀態(tài)、緩存器數據與多窗口監視、比較等功能，讓使用 者在作監視控制或除錯時(shí)直觀(guān)友好。圖6是PLC與變頻器部分程序設計梯形圖。

 

                           圖6 部分程序設計梯形圖 

        結合有永宏P(guān)LC為主導組成的控制系統，我們還引進(jìn)了變頻器對前后供棉系統進(jìn)行了前后供棉電機變頻改造，系統經(jīng)過(guò)改造后，保證了供棉穩定連續控制，大大提 高了棉卷質(zhì)量。同時(shí)對圓盤(pán)抓棉小車(chē)也進(jìn)行了PLC及變頻改造,原打手升降改為變頻控制后,下降幅度隨時(shí)可以根據前道工序所需要棉量調節。

 

3 結束語(yǔ) 
        基于永宏P(guān)LC的清花線(xiàn)改造至今共改造了五套清花全流程，采用集中式控制，永宏可編程控制器實(shí)現自動(dòng)化控制，積累了豐富經(jīng)驗，并取得了一 定經(jīng)濟效益和社會(huì )效益。國產(chǎn)可編程序控制器在國產(chǎn)紡織機械上的廣泛應用，推動(dòng)了國產(chǎn)紡織機械的機電一體化發(fā)展，縮小了與國外紡織機械的差距。但紡織專(zhuān)業(yè)很 多自動(dòng)化裝置國內發(fā)展緩慢，尤其是在紡織專(zhuān)用的國產(chǎn)可編程序控制器和變頻器方面需加快開(kāi)發(fā)，才能發(fā)揮更大的效果