可编程序控制器在纺织领域的应用.doc

盐城纺织职业技术学院 2006 级毕业论文 题 目可编程序控制器在纺织领域的应用 专 业新型纺织机电技术 学 号 061031135 姓 名袁修凯 指导老师张立峰 交稿日期 2008.12.22 盐城纺织职业技术学院 摘要 I 可编程序控制器在纺织领域的应用 摘摘 要：要：我国的纺织行业正步入新一轮发展环境中，新的机遇更需要技术基础作为 支撑，作为新型成熟的控制技术PLC，以其各种优点成为首选。本文通过对 PLC 基础知识的介绍，PLC 应用于纺织领域的优越性能，PLC 应用于纺织的拓展领域的主 要方向，以及对 PLC 应用于纺织的发展趋势作了基本阐述，并分析了本土化 PLC 应用 所产生的问题，提出了几点建设性的建议，为我国纺织设备的技术含量提供了理论依 据、技术支持，指明了我国纺织机械的发展方向。 关键词：关键词： 纺织纺织 可编程序控制器可编程序控制器 机电一体化技术机电一体化技术 作者：袁修凯 导师：张立峰 盐城纺织职业技术学院 摘要 II PLC in the field of textile applications Abstract：Chinas textile industry is entering a new round of development of the environment， new opportunities as a basis for more technical support， as a new type of mature control technology - -PLC， its advantages to become the first choice. Based on PLCs presentation basic knowledge， PLC used in the field of textiles and superior performance， PLC used in the textile and expand the area of the main direction of the PLC as well as textiles used in the development of the basic trends described and analyzed the localization PLC Application Arising from the issue raised a number of constructive suggestions for Chinas textile equipment， technology provides a theoretical basis， technical support， pointing out Chinas textile machinery development. Key words： Textile PLC Integration of machinery technology Mechatronics Written by：YuanXiukai Supervised by：ZhangLifeng 盐城纺织职业技术学院 目录 目录目录 引言 -1 第一章 PLC 的基本知识-2 1.1 PLC 的产生与发展 -2 1.2 PLC 的特点 -2 1.2.1 灵活、通用-2 1.2.2 可靠性高、抗干扰能力强-3 1.2.3 编程简单、使用方便-3 1.2.4 接线简单、功能强、体积小、重量轻、易于实现机电一体化-4 1.3 PLC 的控制思想 -4 1.3.1 开关量的逻辑控制-4 1.3.2 模拟量的闭环控制-4 1.3.3 数字量的智能控制-5 1.4 本章小结 -5 第二章 PLC 在纺织设备中的应用-6 2.1 PLC 提高纺机运行的稳定性和可靠性 -6 2.2 PLC 改善了劳动环境，降低了现场噪声 -7 2.3 PLC 提高了设备运行效率，降低了工人劳动强度 -8 2.4 PLC 提高了产品质量/产量；增强了纺机设备的适应性 -9 2.5 PLC 提高了纺织机械整体水平和纺机的市场竞争力 -10 2.6 本章小结 -11 第三章 PLC 在纺织设施中的应用-12 3.1 PLC 在纺织厂中央空调中的应用 -12 3.2 PLC 在纺织空压系统 -13 3.3 PLC 在纺织废水处理系统中的应用 -13 3.4 本章小结 -14 第四章 PLC 在拓展纺织领域内的应用-15 4.1 PLC 在纺织虚拟仪器中的应用 -15 4.2 PLC 在染整企业的应用 -16 4.2.1 染缸系统-16 4.2.2 退煮漂联合机-17 4.3 PLC 在印花机上的应用 -18 4.4 本章小结 -19 第五章 PLC 在纺织中应用的发展趋势-20 第六章 结论 -22 参考文献 -23 致谢 -24 可编程序控制器在纺织领域的应用 引言 第 1 页 共 24 页 引言 随着自动化生产这一概念的发展深入，纺织行业也迎来了自动化普及的春天， PLC 以其灵活通用、可靠性高、抗干扰能力强、编程容易、接线简单、功能强、体积小、 重量轻、易于实现机电一体化的特点，正悄然掀起纺织行业的自动化变革。 PLC 作为我国纺织行业自动化进程的一个里程碑，其在纺织行业的应用具有纺织进 程划时代的意义。 本文从 PLC 在纺织设备、纺织设施、纺织拓展领域等几个方面，分条阐述了 PLC 在纺织行业的应用对纺织行业的影响，展望了我国纺织中 PLC 应用的发展前景，总结 了我国纺织中 PLC 应用存在的问题，指出了 PLC 在我国的发展中存在的不足，并提出 了初步的解决方案。 可编程序控制器在纺织领域的应用 第一章 PLC 的基础知识 第 2 页 共 24 页 第一章 PLC 的基本知识 在生产过程、科学研究和其它产业领域中，电器控制技术的应用都是十分广泛的。 尤其在纺织机械设备中，电气控制亦比其它的控制方法使用的更为普遍。随着科学技 术的发展，特别时大规模集成电路的问世和微处理技术的应用，出现了 PLC,它不仅可 以取代传统的继电接触器控制系统，还可以进行复杂的过程控制和构成分布式自动化 系统，使纺织中的电气控制技术进入了一个崭新的阶段。到目前为止，纺织行业应用 的 PLC 为所有行业最多的行业。 1.1 PLC 的产生与发展 PLC 又叫可编程序控制器。1985 年，国际电工委员会(IEC)在其颁布的可编程控制 器标准草案第二稿中，对可编程控制器定义如下：可编程控制器是一种数字运算操作 的电子系统，专为工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存储器，用来在其内部 存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式、 模拟式的输入和输出，控制各种机械或生产过程。 现代 PLC 的功能已远远超出上述定义的范围。近年来，PLC 的发展异常迅猛，产 品更新换代的速度明显加快，功能日益增强，应用领域愈加广泛。PLC 已成为实现工 业自动化的一种强有力工具。 1.2 PLC 的特点 PLC 具有很多与其他控制系统不同的特点，这些特点也决定了其应用的领域与适 应的对象，体现了 PLC 的强大功能。 1.2.1 灵活、通用 在继电器控制系统中，使用的控制器件是大量的继电器，整个系统是根据设计好 的电气控制图，由人工通过布线、焊接、固定等手段组装完成的，其过程费时费力。 如果因为工艺上的稍许变化，需要改变电气控制系统的话，那么原先的整个电气控制 系统将被全部拆除，而重新进行布线、焊接、固定等工作，耗费了大量的人力、物力 和时间。而 PLC 是通过存储在存储器中的程序实现控制功能的，如果控制功能需要改 变的话，只需要修改程序以及改动极少量的接线即可。而且，同一台 PLC 还可以用于 不同的控制对象，改变软件就可以实现不同的控制要求，因此具有很大的灵活性、通 用性。另外，PLC 产品还具有多样化、系列化的特点，其结构形式多种多样，同一系 列又有低档、中档、高档之分，因此可以适应于各种不同规模、不同要求的工业控制。 PLC 还有多种功能模块，可以根据需要灵活组合成各种不同功能的控制装置，实现各 种特殊的控制要求。 可编程序控制器在纺织领域的应用 第一章 PLC 的基础知识 第 3 页 共 24 页 1.2.2 可靠性高、抗干扰能力强 对工业控制器件来讲，可靠性是一个非常重要的指标，如何能在各种恶劣的工业 环境和条件(如电磁干扰、低温潮湿、灰尘、超高温等)下，平稳、可靠地工作，将故障 率降至最低，是研制每一种控制器件必须考虑的问题。PLC 的研制者在这一方面采取 了许多有力的措施，使 PLC 具有很高的可靠性和抗干扰能力，因此被称为“专为适应恶 劣的工业环境而设计的计算机” 。 首先，PLC 采用的是微电子技术，大量的开关动作是由无触点的半导体电路来完 成的，因此不会出现继电器控制系统中的接线老化、脱焊、触点电弧等现象，提高了 可靠性。另外，PLC 还在硬件和软件两方面采取了以下主要措施来提高其可靠性。 硬件措施 对电源变压器、CPU、编程器等主要部件，均采用严格措施进行屏蔽，以防外界 干扰；对供电系统及输入线路采用多种形式的滤波，如 LC 或 II 型滤波网络，以消除 或抑制高频干扰，也削弱了各种模块之间的相互影响；对 CPU 这个核心部件所需的 +5V 电源，采用多级滤波，并用集成电压调整器进行调整，以适应交流电网的波动和 过电压、欠电压的影响；在 CPU 与 I/O 电路之间，采用光电隔离措施，有效地隔离了 内部电路与 I/O 间的联系，减少故障和误动作；采用模块式结构，这种结构有助于在 故障情况下短时修复。因为一旦查出某一模块出现故障就能迅速更换，使系统恢复正 常工作。 软件措施 监控程序定期地检测外界环境，如掉电、欠电压、后备电池电压过低及强干扰信 号等，以便及时进行处理；当检测到故障时，立即把现状态存入存储器，并对存储器 进行封闭，禁止对存储器的任何操作，以防存储信息被冲掉。这样，一旦检测到外界 环境正常后，便可恢复到故障发生前的状态，继续原来的程序工作；设置监视定时器 WDT，如果程序每次循环执行时间超过了 WDT 规定时间，表明程序进入死循环，立 即报警；加强对程序的检查和校验，一旦程序有错，立即报警，并停止执行；对用户 程序及动态数据进行电池后备，停电时利用后备电池供电，保证信息不丢失。由于采 取了以上措施，使 PLC 的可靠性、抗干扰能力大大提高，这是 PLC 控制优于微机控制 的一大特点。 1.2.3 编程简单、使用方便 用微机实现控制，使用的是汇编语言，难于掌握，要求使用者具有一定水平的计 算机硬件和软件知识。而 PLC 采用面向控制过程、面向问题的“自然语言”目前大多数 PLC 采用的梯形图语言编程方式，既继承了继电器控制线到大多数电气技术人员的读 图习惯及应用微机的水平，很容易被电气于编程，程序改变时也容易修改，灵活方便。 这种面向控制过程与面前微机控制常用的汇编语言相比，虽然在 PLC 内部增加了解释 可编程序控制器在纺织领域的应用 第一章 PLC 的基础知识 第 4 页 共 24 页 程序，对大多数的机电控制设备来说，PLC 的控制速度是足够快的。 用微机控制，还要在输入输出接口上做大量工作，才能与控制现场连接起来，调 试也比较烦琐。而 PLC 的输入输出接口已经做好，可直接与控制现场的用户设备连接。 输入接口可以与各种开关和传感器连接，输出接口具有较强的驱动能力，可以直接与 继电器、接触器、电磁阀等连接，使用很方便。 1.2.4 接线简单、功能强、体积小、重量轻、易于实现机电一体化 PLC 的接线只需将输入设备(如按钮、开关等)与 PLC 输入端子连接，将输出设备 (如接触器、电磁阀等)与 PLC 输出端子连接。接线工具仅为螺丝刀，接线工作极其简 单、工作量极少。 现代 PLC 不仅具有条件控制、计时、计数、步进等控制功能，而且还能完成 A/D、D/A 转换、数字运算和数据处理以及通信联网、生产过程监控等。因此，它既可 对开关量进行控，又可对模拟量进行控制；既可控制一台单机、一条生产线，又可控 制一个机群，多条生产线；既可现场控制，又可远距离控制；既可控制简单系统，又 可控制复杂系统。 由于 PLC 采用半导体集成电路，因此具有体积小、重量轻、功耗低的特点。且由 于 PLC 是专为工业控制而设计的专用计算机，其结构紧凑、坚固耐用、体积小巧，并 由于具备很强的可靠性和抗干扰能力，使之易于装入机械设备内部，因而成为实现机 电一体化十分理想的控制设备。 1.3 PLC 的控制思想 PLC 的控制思想有多种，所以 PLC 又可实现多种不同的控制要求，但是其主要的 控制思想为“集中管理、分散控制”的分布式控制。 1.3.1 开关量的逻辑控制 开关量的逻辑控制是 PLC 的最基本控制功能。所控制的逻辑可以是各种各样的： 时序的、组合的、延时的、计数的、不计数的等等。控制的输入、输出点数可以不受 限制。少则十点、几十点，多则成千上万的点，并可通过联网来实现控制。用 PLC 进 行开关量控制的实例很多，冶金、机械、纺织、轻工、化工等等，几乎所有工业行业 都需用到它。目前，PLC 是首选的目标，就是用于开关量的控制。 1.3.2 模拟量的闭环控制 PLC 具有 A/D， D/A 转换及算术运算等功能，因此可以实现模拟量控制。有的 PLC 还具有 PID 控制或模糊控制的功能，可用于闭环的位置控制、速度控制和过程控 制。目前除大型机、中型机具有此功能外，一些公司的小型机也具有这种功能。如 可编程序控制器在纺织领域的应用 第一章 PLC 的基础知识 第 5 页 共 24 页 OMRON 公司的 CQM1 机，松下电工的 FP1 机等。 1.3.3 数字量的智能控制 利用 PLC 能接受和输出高速脉冲的功能，在配备相应的传感器(如旋转编码器或脉 冲伺服装置、闭口环型分配器、功放、步进电机)就能实现数字量的智能控制。较高级 的还专门开发了位控制单元模块、运动单元模块等，实现了曲线插补。新开发的运动 单元，还认识数控技术的。 1.4 本章小结 可编程序控制器是一种专为工业环境下应用而设计的数字运算操作电子系统。其 优质的性能正逐渐在现代工业机电一体化方向得以充分发挥，各种不同和优点也正形 成不同的分支学科，PLC 的功能正在不断的拓展，各个功能模块的开发插入，使得 PLC 完全可以替代一般性的 PC 机，而且其特有的灵活通用、可靠性高、抗干扰能力 强、编程简单等特性使其更加有更广阔的竞争实力与市场。 在不久的将来，可编程序控制器的各个行业普及一定能够为机械设备的更新换代， 解放劳动力方面有更大的贡献。 可编程序控制器在纺织领域的应用 第二章 PLC 在纺织设备中的应用 第 6 页 共 24 页 第二章 PLC 在纺织设备中的应用 在科学技术飞速发展的历史进程中，纺织机械电气控制系统的自动化程度发生了 巨大的进步。控制系统从最早的十几个继电器控制，发展到用单板机、PLC、可编程 序计算机控制器（PCC）等。这些控制方式各有特点，例如，纯继电器线路可以用在 控制简单的纺织设备中，其价格低廉、维护方便，但不易于改变功能；单片机具有一 定的编程灵活性、价格又低于一般的 PLC，但控制点位和编程能力受到一定限制； PLC 以其方便易掌握的编程指令及可扩展的输入/输出模块、成熟的抗干扰技术而深受 工程技术人员欢迎，所以现在一般的纺机设备，PLC 是最常见的控制器。 2.1 PLC 提高纺机运行的稳定性和可靠性 PLC 在纺机运行的稳定性和可靠性方面，简洁明了的故障报警、简易了的系统维 护，具有任意设置系统参数的可行性。 FA029( D )多仓混棉机电气控制系统包括进棉风机、输棉风机、斜帘电动机、剥棉 电动机、均棉电动机、平帘电动机、打手电动机等，人机界面采用西门子 TP170B 触 摸屏面板，其功能方框图见图 2-1。FA029( D )多仓混棉机采用西门子 S7-300 可编程控 制器控制，控制部分包括开关量输入、输出模块和模拟量输入输出模块。平帘、斜帘、 喂棉、打手等 4 台电动机和 2 个风机都采用变频调速。开关量输入信号包括机外连锁 控制信号，各种开关和光电信号，各电动机过载信号及变频器过载信号 4 个部分，开 关量输出包括联锁控制信号，交流接触器控制信号和变频器启动信号 3 个部分。 图 2-1 FA029(D)多仓混棉机电气控制系统示意图 采用的 PLC 大大提高了各个电机之间的配合精度，协调了各部分之间的运动配合， 可编程序控制器在纺织领域的应用 第二章 PLC 在纺织设备中的应用 第 7 页 共 24 页 提高了整机运行的稳定性和可靠性，触摸屏面板的使用可以直接设定和修改各种工艺 参数、手动调试，各变频器和光电信号接收、发射器的参与可以随机监控运行状况及 故障报警，保证了设备的安全运行。 2.2 PLC 改善了劳动环境，降低了现场噪声 在纺织生产中，由于传动系统的工作需要，许多纺织机械均采用长边轴十齿轮变 速箱转动，例如涤纶后加工联合机从导丝机到 4 道牵伸机有 40 米长，采用长边轴十齿 轮变速箱分别传动导丝机、14 道牵伸机和紧张热定型机等，其工作原理示意图如图 2-2 所示： 图 2-2 牵伸段总线控制系统框图（改造前） 虽然此种传动方式经济且维护工艺趋于成熟，但是此种传动方式不但占地面积大 （100 平方米以上） ，而且噪声大，传统梳棉机、浆纱机等棉纺机械也如此。这样一方 面存在安全隐患，另一方面也制约了整机运行的效率，使生产率下降，降低了经济效 益！ 选用 PLC 对原有的机台进行改造如图 2-3，用几台交流电动机替换长边轴十齿轮变速箱， 增加对应数量的变频器，交流电动机就可以由 PLC 进行控制，既可以提高了整机运行 的速度，又提高了整机运行的稳定性和可靠性，减少了噪声，间接提高了经济效益， 虽然对 PLC 和交流电动机的投入增加了成本，但是从长远利益看却是有效的投入。 可编程序控制器在纺织领域的应用 第二章 PLC 在纺织设备中的应用 第 8 页 共 24 页 图 2-3 牵伸段总线控制系统框图（改造后） 这样很好地解决了多单元机（即多电动机）的速度比例同步调速技术并淘汰了长 边轴十齿轮变速箱的传动方式。由此，改善了劳动条件，降低了现场的噪声，有利于 保护操作人员的身体健康。 2.3 PLC 提高了设备运行效率，降低了工人劳动强度 过去更换加工产品品种时需停机更换大量的齿轮、皮带轮等机件，例如传统的粗 纱机在纺制不同品种时需要改变各牵伸罗拉、锭翼、筒管、龙筋升降等传动部件的速 度比例，需要改变捻度、张力、成形角度等则要调整锥轮、成形机构、差动机构、摆 动机构和换向机构等，这样需要更换齿轮、皮带轮几十个多至百余个，既其时又费力 还要停机一个班至几个班。 90 年代末开始新型粗纱机采用多电机传动，PLC 控制、变频调速后，更换品种很 简便只须在触摸屏上输入有关工艺参数、设置各传动部件的运行速度等即可，减少了 停机时间，大大提高了粗纱机的运行效率，同时降低了劳动强度。该控制系统原理框 图如图 2-5 所示： 图 2-5 粗纱机控制系统原理框图 该系统中 PLC 作为上位机，采用 CAN 通信适配卡与 CAN 总线连接。CAN 总线上的各 部件（变频器等）必须具有 CAN 标准通信接口。变频器（4 台）采用共直流母线供电方 式，共直流母线供电可以将 4 台通用变频器的直流电源相互并联方式或采用将一台变 频器的直流电源供电给其余 3 台逆变器的方式。4 台电动机均带编码器实现速度闭环控 制，保证高精度调速。PLC 通过 CAN BUS 现场总线控制 4 台变频器和电动机按多个数学 模型或根据实测粗纱张力进行控制。4 台变频器和电动机按工艺所需的规律运转。例如 锭翼卷绕速度随卷绕直径的增大而降速，保证恒张力卷绕。在触摸屏上对工艺参数进 可编程序控制器在纺织领域的应用 第二章 PLC 在纺织设备中的应用 第 9 页 共 24 页 行设定，再利用电子齿轮功能、保证无论锭翼速度高纸、筒管、罗拉、笼筋升降的速 度与锭翼速度之比始终保持纺纱工艺要求的速比关系。 总体来说，应用此设计后，大大降低了机台的停车时间，提高了设备的运转效率， 另外，由于设备占地面积小，电气化程度高，能耗小。并设有罗拉缠绕、断条、筒管 库空等自停装置，并设有指示灯，方便操作、维修，提高生产率。这样就降低了保全 操作人员的工作时间和工作量和企业的用工量，降低了工人劳动强度。 2.4 PLC 提高了产品质量/产量；增强了纺机设备的适应性 随着科技的发展，技术的进步，剑杆织机电气控制系统也由原来繁杂的数字逻辑 电路发展到目前的以可编程控制器为核心的主流形式。它采用各种电气辅助装置对织 机的各部分的工作状态进行探测，探测结果送入PLC内部，PLC按照预先编排的程序对 这些数据进行处理、运算。运算结果经输出口送到各个执行机构，从而控制织机各部 分协调工作。 用PLC控制剑杆织机，可以使织机的可靠性成倍提高，并大大减少误停车和动作失 灵现象。下面对可编程控制器在剑杆织机中的具体控制作简要分析。所用PLC为西门子 公司的S7-200型PLC。 PLC控制剑杆织机的PLC上I/O点分配如表2-1 地址输人/输出设备备注 I0.0 点动按钮常开触点 I0.1 停车按钮常开触点 I0.2 开车按钮常开触点 I0.3 储纬器继电器一经停信号2 常开触点并联 I0.4 经停定位接近开关常开触点 I0.5 纬纱传感器常开触点 I0.6 纬停定位接近开关常开触点 I0.7 寻纬区接近开关常开触点 I1.1 急停按钮一电机热保一脱机开关4 常闭触点串联 I1.2 龙头行程开关常开触点 I1.3 正寻纬按钮常开触点 I1.4 反寻纬按钮常开触点 Q0.0 绿色指示灯正常停车指示 Q0.1 红色指示灯断经定点停车指示 Qo.2 黄色指示灯断纬定点停车指示 Q0.3 吸铁驱动经纱松弛 Q0.4 刹车一离合驱动刹车一离合转换 Q0.5 高压一低压驱动高一低压转换 Q0.6 正向寻纬驱动正向寻纬 Q0.7 反向寻纬驱动反向寻纬 可编程序控制器在纺织领域的应用 第二章 PLC 在纺织设备中的应用 第 10 页 共 24 页 表2-1 PLC I/O点分配表 按下控制箱而板上的开车按钮，离合器被励磁，织机运转。 若经线断，则纲上停经架给出信号，等平综位信号到来时，PLC 发出停机信号。 织机停车。 纬纱接近开关给出相遇信号的同时，若纬纱传感器给出断纬信号，则 PLC 输出 定位停机信号。 按控制箱而板上“点动”按钮，离合器被励磁，织机运转，松开“点动”按钮， 织机停车。 无断经、断纬故障时，按机上停车按钮，织机停车。 储纬器缺纬的控制过程与断经相同。 按下急停/修车按钮，织机立即刹车，然后转入脱离状态，调试人员可自由转动 手轮，以便放开按钮后织机随即进入停车状态。 PLC 在剑杆织机上的应用可以实现以下功能： 准确的停车定位功能，达到织机定点停车要求，适合车速 300RPM 以下的剑杆织 机。 灵活的编程，实现电子选色功能（可达 99 色）。 可靠的断纬、断经检测。 由此可知，PLC 在剑杆织机上的应用提高了加工产品质量、产量增强了纺机设备对 生产工艺的适应性。不仅如此，PLC 控制、变频调速可保证速度调节方便，控制准确对 提高纺织品加工质量有利。例如：粗纱机采用多电动机变频调速后简化了机械结构、 提高了车速（产量）、减少粗纱断头，基本避免了出现粗细节的粗纱，既增加了产量 又保证了粗纱质量的稳定性，同时改变工艺简便、快捷。细纱机按纺纱曲线进行变频 调速后也能提高车速增加单产，又能减少断头、提高纱线质量。浆纱机采用多电动机 变频调速后，可控制加工纱线伸长率在 1%左右，生产加工不同品种的纱，要求采用度 和不同的速比，由于 PLC 控制、变频调速、各单元机调速方便、控制准确，所以可能 满足不同的速同品种纱的加工要求，即提高了设备对工艺的适应性。 2.5 PLC 提高了纺织机械整体水平和纺机的市场竞争力 本世纪初在纺织机械上采用并推广应用了 PLC 控制变频调速等新技术，加之加工 技术的提高，使得纺机整体水平有了明显提高，同时增强了市场竞争力，一方面在国 内市场赢得了更多的市场份额，我国纺织机械的年销售额逐年增加约 20%，2006 年已 达 500 亿以上。从本世纪初以来细纱机和化纤机械已基本顶替了同类产品的进口，另 一方面在国际市场我国纺织机械出口到了更多的国家，现在主要有印度、巴基斯坦、 孟加拉国、印尼、土耳其、日本、德国等 130 多个国家，纺机出口以每年 20%以上的速 度增长，从本世纪初的 3 亿美元增至 2006 年出口纺机金额已达 10 亿美元以上。 可编程序控制器在纺织领域的应用 第二章 PLC 在纺织设备中的应用 第 11 页 共 24 页 2.6 本章小结 近 10 年来纺织机械普遍推广应用了 PLC 控制、变频调速等新技术、新产品，改变 了我国纺织机械电气控制系统工作不稳定不可靠的被动局面，加上机械加工水平的提 高使整个纺织机械上了一个台阶，得到国内外客户的信任，从而争得了国内外两个市 场，近年来我国纺织机械年销售额以 20%以上的速度递增，纺织机械出口每年也以 20% 以上速度递增，这是一个大好形势。但我国纺织机械自主创新较少，使得我国纺机整 体水平还不够高，技术自主的纺机还不多，与先进国家相比差距较大。我们使用 PLC 控制、变频调速等新技术的水平还不够高，特别是其中的软件功能尚未得到充分应用， 这些还有待于下一步改进提高。 可编程序控制器在纺织领域的应用 第三章 PLC 在纺织设施中的应用 第 12 页 共 24 页 第三章 PLC 在纺织设施中的应用 PLC 尽管在我国的纺织机械方面发展还不太成熟，但是也不影响在纺织设施中的应 用，随着 PLC 在纺织机械中应用的渐趋完善，其在纺织设施方面也以同样的速度在普 及着，大有赶超在工业其他方向的应用的势头。 3.1 PLC 在纺织厂中央空调中的应用 纺织厂中央空调是对纺织厂内空气进行调节的专用系统，它通过对风机、阀门、 泵等设备的开、关及连续调节来控制室内温度、湿度，使之满足一定要求。提高中央 空调系统的经济性、可靠性及可维护性，需采用控制产品对中央空调系统的各个设备 进行控制。早期的中央空调控制器多为就地式专用控制器和 DDC 控制器，它们具有控 制功能简单、不易联网及信息集成度不高等缺点。随着计算机技术、控制技术和网络 技术的发展，现在的中央空调系统都倾向于采用先进、实用、可靠的可编程控制器 (PLC)来进行控制。 纺织厂空调通风系统非常复杂，首先采用一台功率比较大的风机获得足够的风源，然 后通过各种规格的风道将风送到相应车间，最后通过调节各车间进风口的大小来控制 风量。以前，风机一直都是以工频方式运行，相应转速是设定不变的，操作人员每隔 一定时间到各道工序测量实际的温度和湿度，并根据误差情况进行相应的人为调节。 当季节变化时要求更换风机皮带盘，当湿度过低时要在风通中增加蒸汽，以此控制风 量和湿度，这样不但劳动强度大、麻烦，调速也受到一定限制，而且它不能随天气变 化而灵活调节，特别是风机一直在最大转速下运行，显得很不经济。 可编程序控制器在纺织领域的应用 第三章 PLC 在纺织设施中的应用 第 13 页 共 24 页 图 3-1 中央空调硬件结构图 为提高中央空调系统的经济性、可靠性及可维护性，需采用控制产品对中央空调 系统的各个设备进行控制。 随着可编程技术的普及，在国外，从 70 年代开始就已大量采用可编程技术对空调 系统进行监控。国内从 80 年代开始引进空调控制系统，运行效果良好，节能效果显著， 但是引进设备投资大，维修困难。为此，许多纺织厂车间设计安装了可编程控制的空 调监控系统。该系统采用标准的可编程模块结构，使系统可以根据用户的需要自由组 合达到较高的性能价格比。如图 3-1 为中央空调控制系统的机构图。 纺织厂中央空调控制系统可编程技术控制思想： 随全年气象的变化，按室外新焙值分不同情况进行控制。 把全年车间温湿度控制在规定范围内，用变风量控制车间的温度，变露点控制 车间相对湿度。 控制系统简单。便于维修，便于操作。 以 PLC 为核心的高可靠的监控系统实现了对空调主机的控制及各关联主机之间的 协调控制，具有先进、可靠、经济、灵活的显著特色。 3.2 PLC 在纺织空压系统 现代纺织企业中，越来越多的纺织企业均采用现代化的纺织机械用于生产，用来 提高生产量，其中，喷气织机作为高科技纺织机械越来越多的被应用到生产实践中， 空压系统作为一项重要的辅助工程在纺织生产中不可忽视。 空压系统配备的主要设备为离心式空气压缩机、冷冻式空气干燥器，通过储气罐、 连接管道和阀门等组成压缩空气供气系统，并配套冷却系统、仪表空气系统，计算机 检测系统，以实现空压系统为生产一线保证不同压力、不同负荷的用气需求。在此前 提下确保合格的供气品质，满足稳定的气源压力，自动调节供气流量等是空压系统自 动控制的基本任务。 随着自动化水平的不断提高，成熟的空压系统已实现无人值守操作。空压系统的 整体自动调控具有更重要的意义： 单台空压机无法保证空压系统整体供气压力的稳定，而空压系统的整体自控可 以有效保持系统内空气压力稳定。 整体的负载平衡，减少排气放空，可以节约更多的能源，节省人力成本。 可以实现无人操作，根据实际需要自动开机或加载空压机以保持系统压力。 可以定时间断地记录空压机运行数据和报警，如跳车、喘振、通讯故障、压力 等 为提高生产效率，降低成本，缩小事故发生系数。 可编程序控制器在纺织领域的应用 第三章 PLC 在纺织设施中的应用 第 14 页 共 24 页 3.3 PLC 在纺织废水处理系统中的应用 随着中国经济的发展和人民生活水平的逐步提高。必然对环境提出更高的要求。 解决好纺织企业水污染问题，对污水进行处理后再进行排放，是生态环境保护以及为 人们营造舒适生活环境的重要条件。PLC控制系统用于纺织企业污水处理，可以对鼓风 机、水泵、行程开关、远程I/O、一些开关量输入/输出点，及其液位，流量等一些模 拟量进行控制，从而实现污水处理的自动化。其控制系统组成如图3-2： 图3-2 废水处理 废水处理系统中，采用可编程控制器代替物理继电器实现自动控制提高了系统的 稳定性和可靠性，最大限度地降低了故障发生率。它把计算机功能完备、灵活通用等 优点和继电器简单易懂、操作方便的优点结合起来，解决了传统控制中的触点氧化、 接触不良、机械震颤等问题。同时，梯级图程序易于编写和修改，在系统控制要求发 生变化时，只需对其梯级图程序做相应修改，避免了传统控制中修改继电器线路的繁 重工作。该控制系统在实际应用中，不仅提高了控制过程的自动化程度也极大的提高 里生产效率。 该污水处理的PLC控制系统，具有结构简单，安装调试方便等特点，可广泛应用于 污水处理厂及有关企业的污水处理，实现污水处理的自动化。采用主控PLC，提高废水 处理系统的工作效率，减少了人员的投入和成本的损耗。 3.4 本章小结 纺织设施是纺织企业的固定资本，也是纺织生产中的主要场所，只有保证了纺织 设施的安全、稳定、高效运作，才能保证纺织机械的正常运转，生产出合格的产品， 保障企业的经济效益。对纺织设施的有效投入，是保证降低生产成本、扩大生产规模、 提高经济效益的有效途径。 自动化控制中的PLC参与，大幅提高了生产效率的同时，也在各方面保障了安全 生产，是纺织企业现代化生产的保障，是纺织企业进行自动化改革的主要发展方向。 可编程序控制器在纺织领域的应用 第四章 PLC 在纺织拓展领域的应用 第 15 页 共 24 页 第四章 PLC 在拓展纺织领域内的应用 4.1 PLC 在纺织虚拟仪器中的应用 随着纺织工业的发展，织物从传统的衣料向装饰、工业、农用、军用多领域发展。 用途不同的织物，对性能的要求也各不相同，这就对纺织品检测仪器提出了更多、更 新的要求，而纺织品检测仪器开发周期相对较长，成本较高，推广困难，这对纺织行 业稳定产品质量，加快新产品开发，提高产品竞争力非常不利。随着计算机技术的发 展，传统仪器向计算机化的方向发展，虚拟仪器是自动测试仪器技术发展的一个重要 方向。 图 4-1 虚拟仪器示意图 可编程控制器是以微处理器为核心，综合计算机技术、自动控制技术发展起来的 一种新型工业自动控制装置。具有结构紧凑、可靠性高、编程简单、指令强大、灵活 性强等诸多优点，在工业控制领域得到广泛应用。采用串口通信方式将 PLC 控制器与 个人计算机相联接，组成上、下位机的测控系统，实现 PC 与 PLC 两者的信息共享，既 具有计算机运算速度快，显示图形方便，界面友好等优点，又具有 PLC 控制功能强、 运行可靠性及抗干扰能力强等优点，在检测自动化实际应用中有很高价值。 在虚拟仪器中计算机处于核心地位，软件技术和测试系统紧密地结合，形成了一 个有机整体，使得仪器的结构概念和设计观点等都发生了变化。基于 PLC 技术的虚拟 仪器特点有以下三个方面的优点。 将信号分析、显示、存储、打印和其他管理集中交给计算机来完成，充分发挥 了计算机强大的数据处理、传输和发布功能，使得组建系统变得更加灵活、简单。许 多硬件都被软件所代替，减少了由电路器件引起的误差。 在上述系统中所使用的 A/D 转换模块、PLC 控制器和通信接口等都是使用成熟的 标准模块，之间的联接非常简单，这样的仪器开发免去了专业性很强的电子电路开发， 可编程序控制器在纺织领域的应用 第四章 PLC 在纺织拓展领域的应用 第 16 页 共 24 页 提高了开发效率。 便于构成复杂的测试系统，经济性好。在综合的纺织测试中心，可以用虚拟仪 器来处理多测试系统传来的数据，完成综合数据处理功能。虚拟仪器既可以作为测试 仪器独立使用，又可以通过计算机网络构成复杂的分布式测试系统，进行远程测试、 监控和故障诊断，这是传统仪器所不能达到的。 总之虚拟仪器是现代计算机技术、通信技术和测量技术相结合的产物，是传统仪 器观念的一次变革，是将来仪器产业发展的一个重要方向。纺织产品指标繁多，对测 量仪器在数量和功能上都有巨大的需求。将虚拟仪器技术应用于纺织品检测中，必将 推动纺织检测技术的一次新的技术革命，促进纺织行业的健康发展。 4.2 PLC 在染整企业的应用 目前染整设备技术发展总的趋势是：向环境保护、节能降耗、省时高效、短流程 方面发展，重视无水加工技术、无制版印花技术、低温等离子处理等新技术；另一重 要趋势是广泛采用自动化技术，传动系统采用交流变频多单元同步调速系统；在控制 系统方面，广泛应用可编程控制器，参数在线监控普遍应用，提升了染整设备的自动 化程度，使工艺稳定性、重现性得以大幅度提高。 4.2.1 染缸系统 图 4-2 染缸系统电气系统结构图 电气系统结构图说明： PC 作为系统的上位机通过串口与主控制箱的 PLC 主站模块的通讯口 I/0 连接， 采用 RS232 通讯实现对 PLC 数据的采集和控制。 系统主干通讯网络采用 MODBUS 协议。 可编程序控制器在纺织领域的应用 第四章 PLC 在纺织拓展领域的应用 第 17 页 共 24 页 系统分为三个控制箱：主控制箱、机身控制箱、机身电磁阀接线盒。系统需要 配置 5 个 PLC 主模块，以 MODBUS 总线协议进行通讯。主控制箱内有 3 个 PLC 主模块， 其中第 1 个主模块配置为 MODBUS 主站。机身控制箱和机身电磁阀接线盒分别各配置 1 个 PLC 主模块。 主控制箱的主站 PLC 采用 EC20-2012BTA 主模块（晶体管输出） ，扩展了 2 个 EC20-4PT 模块（温度测量） 、2 个 EC20-4AD 模块（4-20mA 模拟量测量） ；主控制箱的从 站 PLC 采用 2 个 EC20-2012BTA 主模块（晶体管输出） 。 机身控制箱从站 PLC 采用 EC20-2012BRA 主模块（继电器输出） ，扩展了 1 个 EC20-4AD 模块（0-10VDC 模拟量测量） 。控制箱应留出未来扩展的空间，以便将来增加 扩展模块。该控制箱上安装 1 个无锡汇联 SLIAN 的文本显示屏，通讯线与 PLC 的通讯 口 0 连接（RS-232） 。 机身电磁阀接线盒从站 PLC 采用 EC20-3232BRA 主模块（继电器输出） 。 5 个比例阀分别由主控制箱的 3 个 PLC 主模块进行控制。每个 PLC 主模块可控 制 2 个比例阀。 4 台变频器和 2 个流量计都作为 MODBUS 从站，由主控制箱主站 PLC 进行监控。 可编程控制器与电脑的共同参与，不但使染缸系统的工作趋于更加的稳定，更加 为系统工艺参数的设定更加的方便。 4.2.2 退煮漂联合机 退煮漂联合机属于染整设备中的前处理设备，主要作用是采用化学方法去除纺织 物上的各种杂质(如浆料、油剂、污染物等)，使其表面洁净，呈现本色光泽，便于后 续加工。退煮漂联合机包括退浆、煮练、漂洗三部分。 图 4-3 退煮漂联合机 对退煮漂联合机来说，联合蒸房的效率、化学原料及环保问题、和热回收利用问 题是最受关注的。 退煮漂联合机整机采用变频器作为驱动设备，传动点约为 3060 个；采用松紧架 作为张力反馈，每个变频器可进行简单张力控制，具体方式有变频器自身调节或者采 用同步控制器控制。退煮漂整机采用通讯控制方式，可设置多个基准点分段运行，实 现运行速度自适应。 可编程序控制器在纺织领域的应用 第四章 PLC 在纺织拓展领域的应用 第 18 页 共 24 页 图 4-4 退煮漂联合机系统结构图 PLC 在退煮漂联合机的应用体现如下优点： 快速的处理器，执行基本指令只需 0.1s，特殊指令 0.3s 以上 最大支持 320 点开关量； XA 型内置 4 入 2 出模拟量功能，分辨率 1/12000； 标准搭载 4 轴高速计数器功能（单相 100kHz相位 50kHz）和 4 轴 100kHz 高速 脉冲输出； 标准搭载 USB 并联端口； 串行通讯端口可自由选择 RS-232C、RS-485（2 端口） ； 支持 HostLi