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        S7-200PLC在溢流染色機(jī)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

        2013-09-13 07:55:16汪海燕
        機(jī)電工程 2013年1期
        關(guān)鍵詞:染色機(jī)溢流顯示器

        汪海燕

        (浙江警官職業(yè)學(xué)院 安全防范系,浙江 杭州 310018)

        0 引 言

        染色機(jī)控制技術(shù)是紡織品生產(chǎn)過程的關(guān)鍵因素之一,傳統(tǒng)的染色機(jī)控制技術(shù)基本上是采用人工監(jiān)視和手工操作方式,往往造成色差、色花、條痕等疵點,使織物的等級降低,復(fù)染率上升,產(chǎn)品質(zhì)量和穩(wěn)定性無法保證。為了提高產(chǎn)品的質(zhì)量和穩(wěn)定性,單片機(jī)與繼電器控制系統(tǒng)逐步取代了人工控制。但此類系統(tǒng)由于使用了大量的繼電器,控制觸點多,由于染色設(shè)備工作于潮濕腐蝕性環(huán)境之下,導(dǎo)致控制系統(tǒng)故障率高,檢修周期長,只能執(zhí)行簡單的順序控制功能,控制功能單一;同時單片機(jī)自身保護(hù)差,抗干擾能力不強(qiáng),已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代染機(jī)控制器技術(shù)的要求。一些先進(jìn)的染色設(shè)備采用的自動控制系統(tǒng)由于造價較高、操作復(fù)雜等原因又限制了其在中小企業(yè)的應(yīng)用。

        因此,本研究采用S7-200PLC[1-2]構(gòu)建溢流染色機(jī)控制系統(tǒng),從而提高染色機(jī)的功能和性能,提高整個染整企業(yè)的自動化化水平。

        1 溢流染色機(jī)工作原理

        織物染色生產(chǎn)工藝流程包括入水、入布、加染料、升溫、降溫、保溫、取樣、水洗、排水、出布等。溢流染色機(jī)采用溢流原理,染色機(jī)工作原理圖如圖1所示。

        圖1 染色機(jī)工作原理圖

        染液在浸漬槽(1)底部經(jīng)循環(huán)泵(4)作用后,由熱交換器(6)加熱后進(jìn)入溢流槽(3),溢流槽(3)內(nèi)布置了溢流管進(jìn)口,當(dāng)染液充滿溢流槽后,由于和染槽之間的上下液位差,染液溢入溢流管時帶動織物一同進(jìn)入染槽,循環(huán)運行,達(dá)到染色的目的[3]。

        2 系統(tǒng)功能

        系統(tǒng)功能介紹如下:

        (1)系統(tǒng)具有溫度檢測功能;

        (2)可以通過外接一個TD 200文本顯示器輸入不同的染色工藝存儲在PLC中;

        (3)系統(tǒng)具有重要故障報警功能;

        (4)系統(tǒng)具有緊急停車功能;

        (5)系統(tǒng)具有基本的啟動自檢功能;

        (6)系統(tǒng)具有防止誤操作功能;

        (7)系統(tǒng)具有一定的可擴(kuò)展性,系統(tǒng)可以通過擴(kuò)展模塊同上位機(jī)上的人機(jī)交互界面對參數(shù)進(jìn)行詳細(xì)的設(shè)置與調(diào)整;

        (8)采用MPI通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行染色工藝的下傳與現(xiàn)場信號的回傳。

        3 硬件系統(tǒng)

        3.1 控制器的選型

        PLC是專為工業(yè)控制設(shè)計的,具有強(qiáng)抗干擾能力,一般不需要采取什么特殊措施就可以直接在工業(yè)環(huán)境中使用。該控制系統(tǒng)的控制器選擇西門子的S7-200系列CPU226XM。

        3.2 PLC的硬件配置

        溢流染色機(jī)O型缸結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

        根據(jù)圖2,可得出系統(tǒng)需配置的I/O點數(shù)分別為:DI 16、DO 28、AI 2。對于一個被控的對象,所使用的I/O點數(shù)不會輕易變化,但是考慮到工藝和設(shè)備的改造,或I/O模塊的損壞、故障等,一般應(yīng)保留1/8的余量[4-10]。因而在PLC的CPU選型上,該系統(tǒng)采用帶24點DI、16點DO的CPU226XM;輸出外擴(kuò)了兩塊帶8點DO的EM222;針對兩路溫度的模擬量輸入,該系統(tǒng)外擴(kuò)了帶兩點模擬輸入的熱電阻模塊EM231。

        圖2 染色機(jī)結(jié)構(gòu)圖

        系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示,系統(tǒng)硬件清單如表1所示。

        表1 系統(tǒng)硬件硬件清單表

        染色機(jī)的加熱閥、冷凝水閥、冷卻閥、冷卻水閥、加壓閥、泄壓閥工作時會動作比較頻繁,特別是泄壓閥,因而PLC的輸出接口電路采用了晶體管輸出。而兩塊擴(kuò)展模塊EM222的輸出接口電路使用了繼電器輸出。

        該系統(tǒng)外接了一個TD200文本顯示器顯示染色過程中的一些操作信息,該顯示器適用于所有西門子S7-200系列的PLC。TD200連接很簡單,研究者只需用它提供的連接電纜接到S7-200系列PLC的PPI口上即可,不需要單獨的電源。

        該系統(tǒng)采用MPI網(wǎng)絡(luò)與上位機(jī)通訊,最多可以連接32個節(jié)點,普通PC通過CP5611通信卡聯(lián)入MPI網(wǎng)絡(luò),各個PLC通過EM277聯(lián)入MPI網(wǎng)絡(luò)。

        MPI網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)示意圖如圖3所示。

        圖3 硬件配置圖

        4 軟件系統(tǒng)

        控制軟件采用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計,將染色的過程分解為不同的步來實現(xiàn),這樣會更具有邏輯性,便于軟件的使用與維護(hù)。S7-200編程采用西門子公司的STEP7-MICRO WIN32軟件包,該軟件運行于WIN?DOWS環(huán)境下,界面友好,編程方便。

        PLC的控制程序主要有主程序、入水、布、加染料、升溫、降溫、保溫、取樣、水洗、排水、出布、通訊等子程序構(gòu)成,每個子程序是否執(zhí)行,需要根據(jù)網(wǎng)絡(luò)下傳的染色工藝參數(shù)來決定。根據(jù)順序控制的特點,本研究將染色工藝曲線分成若干個“步”,每一步都可能包括入水、入布、備料、加料等功能,在PLC中開辟了一個存放網(wǎng)絡(luò)下傳單步染色工藝的內(nèi)存區(qū)Xi,i表示第i步(i=1,2,3…),同時設(shè)置了控制動作完成標(biāo)志位,M0.0置位表示入水完成,M0.1置位表示入布完成等以及M1.0~M1.3全部置位時,則表示當(dāng)前步已執(zhí)行完畢。

        主程序順序邏輯圖如圖4所示。

        圖4 主程序流程圖

        限于篇幅,本研究僅介紹入水的程序設(shè)計過程。入水是指往染缸內(nèi)加水,它有兩種方式,一種是入冷水,即開入冷水閥V1;另一種是入熱水,即開入熱水閥V2。由于在染缸上設(shè)置了液位開關(guān),當(dāng)液位到達(dá)液位開關(guān)位置后,則接通開關(guān),停止入水,該系統(tǒng)設(shè)置了4個液位開關(guān),相應(yīng)的變量名為L0、L1、L2、L3,其中,L1、L2是染色入水水位,L3是水洗入水時使用的,L0是主馬達(dá)保護(hù)水位,以免損壞主馬達(dá)。同時系統(tǒng)若在給定的入水時間內(nèi),未檢測到染色水位Lμ或L2,則會產(chǎn)生報警信息并在TD200顯示器上顯示,同時入水閥保持開的狀態(tài),直至到達(dá)染色水位。入水過程中顯示器上會提示當(dāng)前正在“入水”。入水的程序框圖如圖5所示。

        控制系統(tǒng)軟件實驗采用調(diào)試板和文本顯示器相結(jié)合的方法來完成。調(diào)試板用來模擬所有系統(tǒng)輸入信號,本研究采用自帶的MPI接口組成小型PLC通訊網(wǎng)絡(luò)輸入染色工藝參數(shù),文本顯示器用來顯示輸出狀態(tài)、故障代碼及其他各種信息,可以方便地設(shè)置通信參數(shù)。目前該系統(tǒng)已完成實驗室調(diào)試。

        圖5 入水流程圖

        5 結(jié)束語

        在上述理論和設(shè)計基礎(chǔ)上,由S7-200組成的溢流染色機(jī)控制系統(tǒng)在實際應(yīng)用中能夠取得良好的控制效果,該系統(tǒng)充分利用了S7-200 PLC編程簡單可靠和參數(shù)整定方便迅速的優(yōu)點,將輸入輸出信號通過編程實現(xiàn)對染色過程的控制,提高了染色的穩(wěn)定性及系統(tǒng)的自動化水平,使得控制系統(tǒng)更加穩(wěn)定可靠;同時,該系統(tǒng)操作簡便,操作人員在較短時間內(nèi)便能掌握整個操作過程。

        (References):

        [1] 梁春英,張成勝,王福麗.S7-200 PLC在啤酒發(fā)酵監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].工業(yè)控制計算機(jī),2010,23(5):107-108.

        [2] 馬紀(jì)明,付 永,領(lǐng)王亮.S7-200 PLC在全自動打捆包裝機(jī)器人中的應(yīng)用[J].電氣自動化,2004,26(6):67-69.

        [3] 汪海燕,張建新.基于ARM的溢流染色機(jī)控制系統(tǒng)研究[J].絲綢,2009(12):35-37.

        [4] 賈貴璽,賈淑婭,車學(xué)哲.基于PLC的計量加料自動控制系統(tǒng)[J].紡織學(xué)報,2007,28(2):85-88.

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        [6] 荊 濤.染整設(shè)備機(jī)電一體化[M].北京:中國紡織出版社,1997.

        [7] 陳平瀾,李 克.染色機(jī)自控微電腦及其應(yīng)用[M].北京:紡織工業(yè)出版社,1988.

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        [9] 黃菊生,胡爭先,唐喚清.基于PLC和PC的溫控系統(tǒng)設(shè)計與開發(fā)[J].自動化儀表,2004,26(6):48-50.

        [10] 朱亞偉,趙建平.絲織物染整設(shè)備[M].北京:中國紡織出版社1998.

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