馮 德 海

(柳州市自動(dòng)化科學(xué)研究所，廣西 柳州 545001)

研究與技術(shù)

基于RS485的真空滲透及加繭自動(dòng)化系統(tǒng)

馮 德 海

(柳州市自動(dòng)化科學(xué)研究所，廣西 柳州 545001)

生絲加工真空滲透及加繭自動(dòng)化生產(chǎn)中，需對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行中真空度、液位、送繭斗數(shù)等主要參數(shù)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與調(diào)控。文章針對(duì)這種生產(chǎn)工藝，研究與設(shè)計(jì)了一種基于RS485的真空滲透及加繭自動(dòng)化系統(tǒng)。采用PLC直接讀取各個(gè)測(cè)點(diǎn)監(jiān)控值，真空滲透系統(tǒng)PLC和自動(dòng)加繭系統(tǒng)PLC通過RS485總線進(jìn)行連接，然后連接至PC工控主機(jī)，進(jìn)行數(shù)據(jù)顯示、保存和后期分析。操作人員通過監(jiān)控系統(tǒng)也可以很快發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)異常，并定位故障源，且第一時(shí)間對(duì)故障進(jìn)行排除，盡快恢復(fù)生產(chǎn)。應(yīng)用結(jié)果表明：基于RS485總線通信系統(tǒng)較傳統(tǒng)系統(tǒng)控制具有操作簡(jiǎn)單方便、智能化程度高、勞動(dòng)強(qiáng)度低等優(yōu)點(diǎn)，極大地提高生產(chǎn)效率。

生絲加工；自動(dòng)化；通信系統(tǒng)；真空滲透；自動(dòng)加繭；RS485

隨著市場(chǎng)對(duì)高質(zhì)量生絲需求的不斷擴(kuò)大，目前落后的生產(chǎn)設(shè)備及工藝已經(jīng)滿足不了市場(chǎng)需要，必須通過產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)和結(jié)構(gòu)調(diào)整才能適應(yīng)市場(chǎng)形勢(shì)。目前中國生絲加工基礎(chǔ)設(shè)施薄弱，現(xiàn)有生絲加工真空滲透及加繭生產(chǎn)的技術(shù)水平有待于進(jìn)一步提高，如蠶繭的真空滲透設(shè)備簡(jiǎn)陋，機(jī)械化、自動(dòng)化程度低，繅絲企業(yè)中大多數(shù)加工機(jī)械仍延用20世紀(jì)70、80年代的設(shè)備，還在采用人工扛繭倒繭，人工手動(dòng)控制抽真空加水滲透工作，勞動(dòng)強(qiáng)度大，人為干擾因素多，工藝不穩(wěn)定，嚴(yán)重影響產(chǎn)品質(zhì)量。傳統(tǒng)的生產(chǎn)設(shè)備已經(jīng)無法滿足產(chǎn)業(yè)的需求[1-2]。本研究提出了一種基于RS485總線的集散式自動(dòng)控制結(jié)構(gòu)，給出了其整體結(jié)構(gòu)、硬件設(shè)計(jì)、系統(tǒng)通訊網(wǎng)絡(luò)方案及系統(tǒng)軟件的開發(fā)和實(shí)現(xiàn)。該系統(tǒng)可方便地應(yīng)用于生絲生產(chǎn)煮繭加工過程中真空滲透和喂料加繭工序的自動(dòng)控制[3-5]，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)工藝[5-8]的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、監(jiān)控與信息化管理。

1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)及工作原理

1.1 網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)如圖1所示，系統(tǒng)由上位機(jī)、人機(jī)界面、PLC、現(xiàn)場(chǎng)傳感器元件和現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行元件組成。監(jiān)控系統(tǒng)計(jì)算機(jī)與受監(jiān)視對(duì)象的傳感器和可編程序控制器PLC通過RS485總線組網(wǎng)。由主控計(jì)算機(jī)(主設(shè)備)送出的查詢命令通過串行通訊端口發(fā)送出去,此信號(hào)在RS485網(wǎng)絡(luò)上傳播開來。傳感器和可編程序控制器PLC(從設(shè)備)收到屬于自身的查詢命令后，會(huì)進(jìn)行分析查詢命令的操作，最后將結(jié)果送到RS485網(wǎng)絡(luò)上，此信號(hào)最后由計(jì)算機(jī)的串行通訊端口接收處理。

圖1 網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)Fig.1 Structure of network monitoring system

1.2 送繭機(jī)和喂料機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

真空滲透是送繭機(jī)控制的一個(gè)重要的工藝過程，即把繭子放在密閉的容器中，用真空泵抽取繭層和繭腔內(nèi)的空氣，再進(jìn)水，利用大氣壓將水壓入處于負(fù)壓狀態(tài)下的繭內(nèi)，從而達(dá)到滲潤繭層的目的。目前，已開發(fā)出一套采用干抽法進(jìn)行的自動(dòng)滲透系統(tǒng)，即在抽氣至目的真空度過程、進(jìn)水滲透過程、滲透后放氣過程和排水過程，采用自動(dòng)化集中控制。真空滲透系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

1-真空滲透罐；2-真空泵；3-水泵；4-滲透用水池；5-循環(huán)水池圖2 真空滲透系統(tǒng)結(jié)構(gòu)Fig.2 Structure of vacuum osmosis system

自動(dòng)運(yùn)行工藝過程：關(guān)底蓋、開頂蓋→啟動(dòng)輸送帶電機(jī)→送繭完成→停止輸送帶電機(jī)→關(guān)頂蓋→關(guān)進(jìn)氣閥→啟動(dòng)真空泵，真空度達(dá)到設(shè)定值→開進(jìn)水閥至設(shè)定水位→關(guān)進(jìn)水閥→保壓→停止真空泵→開進(jìn)氣閥→真空表復(fù)“0”→開進(jìn)水閥至額定水位→開底蓋。

整個(gè)自動(dòng)運(yùn)行過程由送繭機(jī)PLC進(jìn)行集中控制，自動(dòng)采集現(xiàn)場(chǎng)傳感器信號(hào)，控制電磁閥和電機(jī)等執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

喂料機(jī)系統(tǒng)主要通過在蠶繭儲(chǔ)存桶中設(shè)置一個(gè)循環(huán)運(yùn)動(dòng)裝置(圖3)，該運(yùn)動(dòng)裝置包含機(jī)架、鏈條、送繭斗、鉸鏈、鏈傳動(dòng)系統(tǒng)、主傳動(dòng)軸、送繭斗、出繭口、推桿設(shè)備和繭籠容器。喂料機(jī)系統(tǒng)設(shè)置送繭斗，使得送繭斗在循環(huán)運(yùn)動(dòng)裝置中循環(huán)運(yùn)轉(zhuǎn)。儲(chǔ)存桶中的蠶繭進(jìn)入送繭斗中，鏈傳動(dòng)系統(tǒng)帶動(dòng)送繭斗中的蠶繭向上做提升運(yùn)動(dòng)，當(dāng)達(dá)到固定點(diǎn)時(shí)，推桿機(jī)架上的推桿設(shè)備向前運(yùn)動(dòng)，送繭斗上端蠶繭推出，多余蠶繭落回蠶繭儲(chǔ)存桶中，送繭斗容器中蠶繭數(shù)量在誤差范圍內(nèi)達(dá)到恒定。當(dāng)送繭斗達(dá)到最高點(diǎn)時(shí)，送繭斗翻轉(zhuǎn)，使得蠶繭進(jìn)入到繭籠容器中。

1-蠶繭儲(chǔ)備桶；2-機(jī)架；3-鏈條；4-送繭斗；5-鉸鏈；6-鏈傳動(dòng)系統(tǒng)；7-主傳動(dòng)軸；8-送繭斗；9-出繭口；10-送繭斗上端蠶繭；11-送繭斗容器中蠶繭；12-推桿設(shè)備；13-推桿機(jī)架；14-繭籠容器圖3 喂料機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)Fig.3 Structure of feeding machine system

整個(gè)自動(dòng)運(yùn)行過程由喂料機(jī)PLC進(jìn)行集中控制，自動(dòng)采集現(xiàn)場(chǎng)傳感器信號(hào)，控制電磁閥和電機(jī)等執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

2 系統(tǒng)控制流程

按照生產(chǎn)工藝要求，PLC和后臺(tái)計(jì)算機(jī)軟件程序按照系統(tǒng)控制流程圖編程，以保證全過程的自動(dòng)生產(chǎn)。真空滲透系統(tǒng)控制流程如圖4所示。

圖4 真空滲透系統(tǒng)控制流程Fig.4 Control flow of vacuum osmosis system

采用PLC及人機(jī)交互界面控制方式，當(dāng)啟動(dòng)自動(dòng)送繭系統(tǒng)后，控制頂蓋開蓋氣缸的電磁閥自動(dòng)通電，氣缸把頂蓋自動(dòng)打開，頂蓋開到位后送繭皮帶電機(jī)自動(dòng)啟動(dòng)，靠皮帶傳輸干繭到真空罐。當(dāng)干繭輸送完畢后送繭皮帶電機(jī)自動(dòng)停止，控制頂蓋開蓋氣缸的電磁閥自動(dòng)斷電，氣缸把頂蓋自動(dòng)關(guān)閉。然后進(jìn)行自動(dòng)抽真空和自動(dòng)進(jìn)水浸泡作業(yè)，經(jīng)PLC內(nèi)部編程換算成實(shí)際的真空度和水位值，實(shí)際的真空度和水位值與設(shè)定的真空度和水位值進(jìn)行實(shí)時(shí)比較。用實(shí)際的真空度和水位值與設(shè)定的生產(chǎn)需要的真空度和水位值進(jìn)行模糊運(yùn)算控制，用運(yùn)算后的差值輸出信號(hào)控制真空泵和進(jìn)水閥，確保罐內(nèi)的真空度和水位值在生產(chǎn)需要的誤差之內(nèi)，高精度地滿足工藝要求，保證蠶繭能繅出高品質(zhì)絲。

真空滲透完成后，當(dāng)傳感器檢測(cè)到繭籠容器自動(dòng)開籠蓋完成后，喂料機(jī)將滲透后的繭子均勻地投料到煮繭線進(jìn)行加熱煮繭。喂料機(jī)控制過程中，設(shè)計(jì)一套控制程序，保證在送繭過程中控制喂料機(jī)料倉循環(huán)水泵輔助沖水和振蕩器輔助震蕩，與傳輸皮帶電機(jī)實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)，保證繭子準(zhǔn)確均勻地投入到繭籠容器。喂料機(jī)系統(tǒng)控制流程如圖5所示。

3 用戶界面

3.1 系統(tǒng)控制界面

系統(tǒng)控制界面是整個(gè)軟件管理系統(tǒng)的核心，控制自動(dòng)生產(chǎn)的整個(gè)過程(圖6)。在自動(dòng)生產(chǎn)過程中，如果需要單獨(dú)控制時(shí)，把模式選擇為手動(dòng)模式，可以單獨(dú)控制各個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)行。

3.2 系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置界面

參數(shù)設(shè)置主要用于制定和修改真空滲透和自動(dòng)喂料工作時(shí)的工藝參數(shù)指標(biāo)，在作業(yè)之前先設(shè)定好生產(chǎn)參數(shù)，在生產(chǎn)過程中實(shí)時(shí)監(jiān)控記錄工藝參數(shù)，在生產(chǎn)完成后可以進(jìn)行查看送料情況(圖7)。

3.3 系統(tǒng)I/O狀態(tài)監(jiān)控界面

系統(tǒng)I/O狀態(tài)監(jiān)控主要收集監(jiān)控生產(chǎn)中的系統(tǒng)輸入和輸出信息，與預(yù)先設(shè)定的生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)流程實(shí)時(shí)地對(duì)各個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行比較監(jiān)控(圖8)。這個(gè)功能主要用于保證控制系統(tǒng)的正常工作。

圖6 喂料機(jī)系統(tǒng)控制界面Fig.6 Control interface of feeding machine system

圖7 喂料機(jī)系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置界面Fig.7 Parameter setting interface of feeder system

圖8 喂料機(jī)系統(tǒng)I/O狀態(tài)監(jiān)控界面Fig.8 I/O state monitoring interface of feeding machine system

4 使用效果分析

該系統(tǒng)代替了傳統(tǒng)的人工手動(dòng)開啟、停止方式，由PLC控制器執(zhí)行工藝過程，消除了因?yàn)槿藶橐蛩卦斐晒に嚮靵y的可能性，極大地提高了生產(chǎn)效率。表1為給出抽真空滲透改造前傳統(tǒng)方法和改造后采用自動(dòng)控制系統(tǒng)的對(duì)比情況。

從表1可以看出，改造前的傳統(tǒng)設(shè)備采用傳統(tǒng)機(jī)械表顯示真空度，用傳統(tǒng)電動(dòng)方法控制真空泵，真空控制精度誤差較大。改造后的設(shè)備采用高精度數(shù)顯方式顯示真空度，用PLC自動(dòng)控制真空泵和浸泡水位，控制精度誤差較小。使用改造后的自動(dòng)控制系統(tǒng)，滲透質(zhì)量得到了極大的改善，繅絲等級(jí)得到了極大的提高。

表1 抽真空滲透工藝改造前后對(duì)比Tab.1 Comparison between transformed and untransformed vacuum osmosis processes

注：繅折工藝設(shè)計(jì)285 kg。

5 結(jié) 語

控制系統(tǒng)采用通訊網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建完整的控制和監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，使PLC、觸摸屏、變頻器、傳感器、電機(jī)和電磁閥組成完整的控制系統(tǒng)，達(dá)到自動(dòng)控制的效果，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)的布線工作，提高了系統(tǒng)的可靠性，實(shí)現(xiàn)了集中監(jiān)控。系統(tǒng)投入運(yùn)行后，在提高生產(chǎn)效率、減少勞動(dòng)力成本等方面取得顯著成效。

[1]劉文烽,馮德海,黃永杰.制絲工藝中真空滲透的測(cè)控與信息化系統(tǒng)[J].絲綢,2015,52(7):14-18. LIU Wenfeng, FENG Dehai, HUANG Yongjie. Vacuum penetration control and information system developed for silk reeling process[J]. Journal of Silk,2015,52(7):14-18.

[2]楊成衛(wèi),劉鐵硯,陶玉瓊.如何利用干繭公證檢驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行繅絲生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)[J].中國纖檢,2011(9):46-48. YANG Chengwei, LIU Tieyan, TAO Yuqiong. How to utilize dried cocoon notary inspection data to design filature product[J]. China Fiber Inspection,2011(9):46-48.

[3]羅順高,黎瓊仙.淺談自動(dòng)繅繅絲煮繭工藝及方法[J].四川蠶業(yè),2014(1):41-42. LUO Shungao, LI Qiongxian. The automatic reeling cocoon cooking process and method[J]. Sichuan Canye,2014(1):41-42.

[4]曹賢君.關(guān)于煮繭的高效滲透及繅絲適應(yīng)性的研究[D].杭州:浙江理工大學(xué),2013:1-20. CAO Xianjun. Research about Efficient Permeation of Cocoon Cooking and Adapt of Reeling[D]. Hangzhou: Zhejiang Sci-Tech University,2013:1-20.

[5]徐長春.直接真空滲透繅絲應(yīng)用與分析[J].絲綢,2008(3):56-57. XU Changchun. Direct vacuum infiltration reeling application and analysis[J]. Journal of Silk,2008(3):56-57.

[6]黃繼偉,洪基武,林海濤,等.鮮繭繅生絲與干繭繅生絲的性能對(duì)比[J].絲綢,2013,50(11):28-32. HUANG Jiwei, HONG Jiwu, LIN Haitao, et al. Contrast on properties of the fresh cocoon silk and the dried cocoon silk[J]. Journal of Silk,2013,50(11):28-32.

[7]胡智文.兩種不同煮繭工藝路線的對(duì)比分析與探討[J].絲綢,2001(2):14-16. HU Zhiwen. Comparative analyses and investigations on two different cocoon cooking processes[J]. Journal of Silk,2001(2):14-16.

[8]沈仲衡.淺談減壓煮繭技術(shù)[J].江蘇絲綢,2011(3):17-19. SHEN Zhongheng. Discussion on the technology of vacuum cocoon cooking[J]. Jiangsu Silk,2011(3):17-19.

[9]李鑫,趙鵬.RS485總線形式的多路站控?cái)?shù)據(jù)采集系統(tǒng)[J].工業(yè)控制計(jì)算機(jī),2016(5):38-41. LI Xin, ZHAO Peng. Multi-channel station control data acquisition system with RS485 bus form[J]. Industrial Control Computer,2016(5):38-41.

[10]王東盈,李莉.觸摸屏、變頻器與PLC在調(diào)速系統(tǒng)中的設(shè)計(jì)研究[J].山東工業(yè)技術(shù),2016(10):237. WANG Dongying, LI Li. HMI, frequency converter and PLC in speed regulation system[J]. Shandong Industrial Technology,2016(10):237.

[11]李建榮.基于PLC和組態(tài)軟件的自控系統(tǒng)研究[J].山東工業(yè)技術(shù),2016(6):237-238. LI Jianrong. Research of automatic control system based on PLC and configuration software[J]. Shandong Industrial Technology,2016(6):237-238.

Vacuum osmosis and automatic cocoon feeding system based on RS485

FENG Dehai

(Liuzhou Automation Science Research Institution, Liuzhou 545001, China)

In the vacuum osmosis and automatic cocoon feeding production, real-time monitoring and regulation over the main parameters are required, including vacuum degree, liquid level, cocoon feeding amount etc. In this paper, according to the production process, a vacuum osmosis and automatic cocoon feeding system based on RS485 was designed and developed. PLC was employed to read the monitoring value of each measure point, the vacuum osmosis system PLC and automatic cocoon feeding system PLC were connected via RS485 bus and then connected to the PC industrial personal computer for data display, storage, and late-time analysis. Operator can quickly detect system error and locate the fault source via the monitoring system, and remove fault immediately, so as to resume production as soon as possible. The application results show that the system based on RS485 bus communication system has the advantages of simple operation, high intelligence degree and low labor intensity over traditional system control, which can greatly improve the production efficiency.

silk processing; automation; communication system; vacuum osmosis; automatic cocoon feeding; RS485

10.3969/j.issn.1001-7003.2017.07.003

2016-09-20;

2017-05-25

廣西科學(xué)研究與技術(shù)開發(fā)計(jì)劃重大專項(xiàng)計(jì)劃項(xiàng)目(桂科攻1400000)

馮德海(1987-)，男，助理工程師，主要從事自動(dòng)化技術(shù)與測(cè)控技術(shù)的應(yīng)用和科研。

TS142.72

A

1001-7003(2017)07-0013-05 引用頁碼: 071103