王劍浪，黃培軍，周青青，陳志偉

（浙江精功科技股份有限公司，浙江 紹興 312030）

1 控制系統(tǒng)概述

1.1 系統(tǒng)的總體設(shè)計結(jié)構(gòu)

設(shè)該車間總共擁有N臺加彈機，車間的監(jiān)控平臺由以太網(wǎng)的端口與車間內(nèi)部的每臺加彈機相連，企業(yè)的總監(jiān)控中心工作人員可以輸入相應(yīng)的IP地址，訪問生產(chǎn)車間網(wǎng)站，觀察每臺化纖加彈機的運行情況，同時，可在上位機中對機器運行的相關(guān)工藝參數(shù)進行重新設(shè)置或調(diào)節(jié)，向下位機發(fā)出相關(guān)的指令。然后，下位機接收指令以后，立即執(zhí)行任務(wù)。具體結(jié)構(gòu)參見下圖1。

圖1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖

1.2 網(wǎng)絡(luò)化可編程控制器

第一，該系統(tǒng)主要采用PEC4900的可編程式控制設(shè)備。這是當(dāng)前一種先進的技術(shù)產(chǎn)品，融合了以太網(wǎng)、MB+高速總線、Profibus總線、ZigBee通信技術(shù)。主要具有以下優(yōu)勢：其一，具有良好的開放性，支持EPA標準的高速以太網(wǎng)，還支持Modbus TCP/UDP的協(xié)議，可以兼容各類軟件。其二，具有極快的網(wǎng)絡(luò)通信速度極快。其三，支持RS485標準的Modbus協(xié)議，并且和第三方設(shè)備相連。其四，EPA，MB+Modbus、Profibus、ZigBee幾種網(wǎng)絡(luò)之間可以隨意組合，輕松達到無限點的自由組態(tài)。其五，可以最大化地確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。其六，編程軟件PLC支持功能模塊，可以根據(jù)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備實際情況，統(tǒng)一編程，對設(shè)備進行分布式的控制。其七，通過模塊化的控制模式，每個模塊既能夠獨自完成工作，又能夠利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，形成一個控制系統(tǒng)，帶有級大的靈活性。第二，本系統(tǒng)主要采用了PEC4900控制器，能夠有效地對機器運行的狀態(tài)加以控制，并且可以準確地算出所有的參數(shù)，便于快速讀取數(shù)據(jù)，例如溫度、轉(zhuǎn)速。此外，還能夠準確地讀寫設(shè)備中所有電機的運轉(zhuǎn)速度。同時，對于絲線的卷繞成型，也可以較好地控制重復(fù)，實現(xiàn)順利退繞。綜上所述，在以太網(wǎng)作用下，將控制器與上位機有機地連接起來，達到良好的通信效果，將采集的信息經(jīng)以太網(wǎng)的端口，傳入上位機里。上位機發(fā)出的指命也由以太網(wǎng)傳進控制器中，控制器會按照相應(yīng)的操作指令，控制車間中所有機器的運行。

2 系統(tǒng)的主要控制功能

2.1 溫度控制

在化纖加彈機嵌入式控制系統(tǒng)中，溫度控制是一項重要控制技術(shù)。對設(shè)備運轉(zhuǎn)中的溫度進行有效地控制，可以確保紡絲的質(zhì)量。對于系統(tǒng)的溫度控制，主要通過AI05000模塊完成。第一，控制模塊的硬件連接。AI05000模塊總共有8路輸入與輸出的模擬量。這些模擬量輸入時需要連接鉑電阻的模塊，而輸出需要接到PEC4900。該模塊利用RS-485、PEC4900網(wǎng)絡(luò)化可編程控制器相連，將采集的溫度數(shù)據(jù)傳輸?shù)絇EC4900里。例如：每臺加彈機總共有十二節(jié)車，每節(jié)車皆設(shè)有單獨的熱箱，對本節(jié)車進行溫控。在每個熱箱中選擇兩點，做為控溫、測溫的節(jié)點。每個點需要裝設(shè)一個鉑電阻的模塊，測量溫度。這樣，一節(jié)車總共需要采集兩個輸入點溫度。則A側(cè)應(yīng)當(dāng)需要采集二十四次輸入點的溫度，總共要設(shè)置三個AI05000的溫控模塊。根據(jù)多點控溫的相關(guān)原理，可以對每節(jié)車運行中的溫度進行獨立控制，保持較高的溫控精度，進而達到均勻加熱絲線的目的。第二，溫度控制的計算方法分析?；贏I05000的PID溫控流程，既控制精度較高，又可以確保系統(tǒng)具有適宜的溫度。采用PID算法，完成多路控溫，用來實現(xiàn)對固體繼電器進行有效地控制，更好地控制熱箱的工作狀態(tài)，達到精確控制溫度的目的。此外，PID控制器還可以調(diào)節(jié)輸出，保證沒有偏差，使整個系統(tǒng)更加穩(wěn)定。所謂的偏差，就是給定值和過程變量之差。依據(jù)PID的相關(guān)理論：關(guān)于輸出Mn的計算，主要通過微分項、比例項、積分項的函數(shù)關(guān)系式。其中，Mn代表第n采樣時刻的計算值；MPn代表對應(yīng)的比例項；Min、MDn分別代表相對的積分項、微分項。這里的比例項為增益與偏差的乘積。CPU求比例項的公式為：（Ei－Ei-1），MPn代表對應(yīng)的比例項值；P代表增益；Ei代表對應(yīng)的偏差值；Ei-1代表偏差值。積分項Min是增益K與偏差的乘積；K決定對偏差的靈活程度；偏差是定值和過程變量之差。CPU求積分的計算公式如下：（SPn－PVn），其中，Min為積分項；K為增益；SPn為給定值；PVn為過程變量。MDn與增益值和偏差變化成正相關(guān)。CPU求微分項的公式為（Ei－ 2Ei-1＋Ei-2），其中，MDn代表對應(yīng)的微分項值；K代表增益；Ei代表對應(yīng)的偏差值；Ei-1代表前一次的偏差值；Ei-2代表前二次產(chǎn)生的偏差。

借助PID理論對溫度的調(diào)節(jié)，可得到相應(yīng)的溫度變化曲線圖，最終使得溫度恢復(fù)到初始設(shè)定值，見圖2。

圖2 系統(tǒng)的溫度變化曲線圖

該系統(tǒng)的溫控功能，能夠?qū)崟r性地對設(shè)備的運行溫度進行監(jiān)測、控制。若溫度超時報警，則在電器柜上，會閃爍報警的紅燈。同時，人機界面屏也能夠觀察到溫度異常的熱箱。此外，溫控系統(tǒng)還能夠進行人工補償，讓實際工作中，所有熱箱的溫度值等于顯示值，以確保系統(tǒng)正常運行。

2.2 速度控制

該系統(tǒng)主要采用FC360變頻器與永磁電機實現(xiàn)對電機轉(zhuǎn)速的有效控制，讓機械設(shè)備處于恒定速度的拉絲狀態(tài)。這種變頻器具有良好的性能，一般能夠適合多種控制原理。如UIf電動機模式等。通常情況下，化纖加彈機在運行過程中，應(yīng)達到以下標準；其一，保證機器運行過程中絲線具有恒定不變的張力，就是指每臺電機具有穩(wěn)定的運轉(zhuǎn)速度。其二，關(guān)于絲線的卷繞成型，工作人員需要對動程進行修正，防止絲線的重疊，以實現(xiàn)順利退繞?；w加彈機嵌入式的控制系統(tǒng)，主要應(yīng)用了先進的FC360變頻設(shè)備，以及永磁同步電機技術(shù)，確保電機的運轉(zhuǎn)速度、絲餅卷繞方面皆可達到規(guī)定的控制標準。

2.3 切絲斷絲控制

該系統(tǒng)內(nèi)部安裝了單錠計長的裝置，用來對紡絲生產(chǎn)進行規(guī)劃與控制。在人機界面上設(shè)置分特數(shù)、卷繞重量、定重后切絲的延長時間等參數(shù)，界面屏上會顯示當(dāng)前每錠紡絲的實際重量。在單錠生頭的時候，需要開啟機器的定時開關(guān)，若絲線達到事先設(shè)定的長度時，會亮起相應(yīng)的落絲指示燈；如果過了一段時間，沒有發(fā)現(xiàn)落絲，則通過切絲器切斷原絲。若在紡絲期間產(chǎn)生了斷絲，切絲器會進行切斷。同時，確保定重的寄存器處于歸零狀態(tài)。

3 系統(tǒng)的通信監(jiān)控技術(shù)

第一，聯(lián)網(wǎng)的化纖加彈機控制系統(tǒng)，采用主從式的通信構(gòu)造，通過一臺PC機，控制很多嵌入的控制系統(tǒng)，PC機會自動發(fā)布控制指令或信息請求?？刂葡到y(tǒng)會接收上位機的信息并予以回應(yīng)，按照具體要求返回指定信息。每個系統(tǒng)皆安裝和加彈機相匹配的設(shè)備ID，PC機與控制系統(tǒng)發(fā)布的信息皆帶有設(shè)備的ID信息，利用設(shè)備ID，可以辨別信息的來源與接收人。第二，嵌入式的人機界面，經(jīng)過以太網(wǎng)端口，實現(xiàn)與上位機的有效通信，界面由以太網(wǎng)和可編程控制器相連，由RS-485、NCC2000計長板相連，采集運行設(shè)備的數(shù)據(jù)。通過DHMI界面的組態(tài)軟件，對系統(tǒng)的信息進行采集，并且形成報表，儲存于數(shù)據(jù)庫中。這樣，客戶或企業(yè)的管理者可以利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，實時訪問監(jiān)控的界面，進而掌握運行設(shè)備的實際狀況。由于ITC 1015共設(shè)三個網(wǎng)絡(luò)端口，其中兩個連PEC4900，另一個連監(jiān)控器。如果IP地址發(fā)生了沖突，可設(shè)置網(wǎng)橋加以解決。此外，建立數(shù)據(jù)庫，可以將設(shè)備的產(chǎn)量、效率、班產(chǎn)量等信息儲存于人機界面，客戶在監(jiān)控設(shè)備中，直接調(diào)取機器的工作報表，同時，依據(jù)其中內(nèi)容，合理判斷機器的運行狀態(tài)，進而實現(xiàn)了車間的信息化管理。

4 結(jié)語

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，加彈機的功能不斷增多，未來化纖加彈機還會朝著智能化方向發(fā)展。在日趨激烈的市場競爭中，唯有順利時代潮流的加彈機產(chǎn)品，才會占有較好的市場份額。本文的化纖加彈機，應(yīng)用了嵌入式的控制系統(tǒng)，通過實踐應(yīng)用表明：機器運行狀態(tài)平穩(wěn)，各項控制性能良好，無論采集數(shù)據(jù)還是各類的生產(chǎn)報表，其測試的準確率皆達到100%。依據(jù)報表中對原絲與紡絲工藝的記錄展開分析，有效地解決了紡絲中的實際問題，取得了預(yù)期目標。