PLC和HMI在并條機(jī)上的應(yīng)用

　　并條機(jī)系統(tǒng)概述

　　棉條在變成粗紗、細(xì)紗的過程中，被成百倍的牽伸，其很短范圍內(nèi)的重不勻?qū)⒂绊懞荛L范圍內(nèi)紗的質(zhì)量。粗紗前的梳棉和并條過程是改善棉條重不勻，進(jìn)而顯著改善成紗質(zhì)量的關(guān)鍵工序。并條工序處在改善棉條重不勻的最后環(huán)節(jié)，其自調(diào)勻整控制的效果將直接影響成紗質(zhì)量。對并條機(jī)的自調(diào)勻整而言，主牽伸電機(jī)、輔助牽伸電機(jī)和條筒電機(jī)都需要進(jìn)行控制，自調(diào)勻整的效果主要取決于主牽伸電機(jī)和輔助牽伸電機(jī)之間速比的合理調(diào)節(jié)。條筒電機(jī)需要按照一定的速度與主牽伸電機(jī)和輔助牽伸電機(jī)同步啟動(dòng)和停止，條筒電機(jī)帶動(dòng)條筒的轉(zhuǎn)動(dòng)，以保證棉條均勻纏繞在條筒中，其速度控制精度對棉條的質(zhì)量沒有大的影響，因此，主牽伸電機(jī)和輔助牽伸電機(jī)的快速和精確控制應(yīng)該為研究的重點(diǎn)。

　　邦納PLC和HMI概述

　　美國邦納是國際知名的傳感檢測和自動(dòng)化技術(shù)專家。公司BSP01系列PLC、THM系列人機(jī)界面特別適合在紡織機(jī)械領(lǐng)域使用。

　　BSP01系列可編程邏輯控制器結(jié)構(gòu)緊湊，性能卓越，功能豐富，通訊強(qiáng)大.A系列是高性能控制器，具有高的運(yùn)算速度，大的程序容量，更多的應(yīng)用指令，及更高的脈沖輸出和高速計(jì)數(shù)功能。PLC最多可以擴(kuò)充3個(gè)通訊端口，并具有Computerlink，Datalink和遠(yuǎn)距離輸入輸出功能三種特殊的網(wǎng)絡(luò)通訊功能。THM人機(jī)界面性能卓越，外觀精美，產(chǎn)品系列齊全。除了具有監(jiān)視、操作、儲存數(shù)據(jù)的基本功能外，還支持與大多數(shù)品牌的控制器、PLC、變頻器等設(shè)備的通訊。在工廠自動(dòng)化和過程自動(dòng)化的各個(gè)領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。

　　自調(diào)勻整控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

　　在高速并條機(jī)的自調(diào)勻整控制中，從棉條被檢測到相應(yīng)的檢測點(diǎn)到達(dá)變速點(diǎn)，中間有一個(gè)延時(shí)過程。該延時(shí)過程的精確控制是決定開環(huán)自調(diào)勻整控制效果的一個(gè)關(guān)鍵因素。這個(gè)延時(shí)相比于自調(diào)勻整的控制周期很大，所以該系統(tǒng)是一個(gè)典型的純滯后大延時(shí)環(huán)節(jié)。該延時(shí)與系統(tǒng)速度有關(guān)，但是系統(tǒng)的模型未知，所以難以采用史密斯預(yù)估延時(shí)法。如果采用傳統(tǒng)的定時(shí)查詢法，CPU的大量時(shí)間耗費(fèi)在查詢上，系統(tǒng)運(yùn)行效率低、精度不高而且自調(diào)勻整所能控制的片斷的長度也降不下來?？梢岳?a target="_blank">硬件在等位移條件下觸發(fā)中斷以實(shí)現(xiàn)與速度無關(guān)的精確延時(shí)，大大提高CPU效率，并能實(shí)現(xiàn)并條機(jī)全程自調(diào)勻整控制。

　　并條機(jī)自調(diào)勻整硬件結(jié)構(gòu)如圖4所示，控制系統(tǒng)是主從式控制結(jié)構(gòu)，工控機(jī)為主，PLC為輔。主要的控制功能：棉條的自調(diào)勻整在工控機(jī)中實(shí)現(xiàn)，PLC主要實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的邏輯控制，如自動(dòng)換筒等，使工控機(jī)控制程序得以簡化，提高了系統(tǒng)的可靠性。通用工控機(jī)、邦納BSP01系列PLC、兩個(gè)伺服驅(qū)動(dòng)器及1變頻器之間通過通訊進(jìn)行控制；觸摸屏和PLC之間通過串口通訊，棉條的厚度由三個(gè)壓力傳感器測量，并通過工業(yè)控制計(jì)算機(jī)中的數(shù)據(jù)采集卡進(jìn)行采集，進(jìn)行自調(diào)勻整控制。

　　控制要點(diǎn)

　　并條機(jī)自調(diào)勻整的控制方式可分為開環(huán)、閉環(huán)和混合環(huán)三種形式。開環(huán)系統(tǒng)屬針對性勻整，適合短片段不勻，閉環(huán)系統(tǒng)適合長片段不勻，混合環(huán)系統(tǒng)能兼長短片段不勻，但機(jī)構(gòu)復(fù)雜，制造精度要求很高。并條工序?qū)刂瞥杉喼亓坎粍蚝椭亓科钪笜?biāo)有非常重要的把關(guān)作用，對勻整的針對性具有較高的要求。

　　并條機(jī)的檢測結(jié)構(gòu)如圖5所示，R1，R2，和R3分別代表前羅拉（由主牽伸電機(jī)帶動(dòng)）、后羅拉（由輔牽伸電機(jī)帶動(dòng)）和給棉羅拉（通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)：皮帶輪與R2保持恒定的速度比）。S1，S2，和S3是三個(gè)棉條厚度傳感器，S3用于開環(huán)控制，S2用于閉環(huán)控制，S1用于波譜分析，B是喇叭口。主要通過合理調(diào)節(jié)R1與R2的速度比來達(dá)到自調(diào)勻整目的。為了改善棉條的不勻度，便于速度的調(diào)控，這里保持R1的速度不變，通過調(diào)節(jié)R2的速度實(shí)現(xiàn)自調(diào)勻整。因?yàn)槭遣捎?a href="http://ttokpm.com/analog/" target="_blank">模擬量控制牽伸電機(jī)，所以，改變輸出到R2的電壓大小，就能調(diào)節(jié)R2的速度達(dá)到自調(diào)勻整的目的。

　　棉條的質(zhì)量取決于兩點(diǎn)：一是主、輔牽伸電機(jī)以及條筒電機(jī)三者的同步性，另一點(diǎn)即是三者之間合理的速度比。三者之間的合理的速度比通過后述的控制策略獲得。而三者的同步性依賴于硬件的快速響應(yīng)和軟件的合理性，硬件的特點(diǎn)在前面已述。

　　對于并條機(jī)而言，開環(huán)控制可以消除死區(qū)，但是對來自牽伸系統(tǒng)干擾的影響無能為力，系統(tǒng)的穩(wěn)定性較弱；閉環(huán)控制可以抑制干擾的影響，系統(tǒng)有著較強(qiáng)的魯棒性，但不能消除死區(qū)。

　　并條機(jī)的控制過程是一個(gè)非線性，動(dòng)態(tài)變化的過程，容易受到外部干擾（牽伸波，噪聲等），很難建立統(tǒng)一的數(shù)學(xué)、物理模型。因此，為了消除死區(qū)，降低干擾的影響，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性，本文采用短開環(huán)和長閉環(huán)的混合控制模式，如圖6所示。

　　開環(huán)的目的是避免死區(qū)并獲得控制基本量uo，閉環(huán)的目的是抑制干擾，得到控制校正量△uc修正控制基本量uo。因此開環(huán)控制器和閉環(huán)控制器是并條機(jī)控制系統(tǒng)的核心。

　　工藝配置分析

　　1．合理選擇總牽伸倍數(shù)：并條機(jī)的牽伸范圍較大，為5～15倍，在實(shí)際生產(chǎn)中，應(yīng)根據(jù)實(shí)際工藝條件和質(zhì)量要求，合理選擇總牽伸倍數(shù)。因?yàn)槲谷腠殫l在牽伸過程中產(chǎn)生附加不勻的纖維的移距偏差會隨著牽伸倍數(shù)的增大而增加，而移距偏差的增加勢必會影響牽伸質(zhì)量，因此，在實(shí)際生產(chǎn)中總牽伸倍數(shù)的選配不宜太大，一般而言，6根并合時(shí)在7倍以下，8根并合時(shí)在10倍以下較為適宜，否則，將不利于改善棉條條干水平。

　　2．棉條定量的設(shè)定：盡管牽伸機(jī)構(gòu)設(shè)置較為合理，對棉條定量的適應(yīng)性較大，但配置的定量也不能太大，以避免因棉條定量過大導(dǎo)致須條間產(chǎn)生分層現(xiàn)象，影響棉條質(zhì)量。

　　3．合理選擇主牽伸區(qū)羅拉隔距：通常采用搖架彈簧加壓形式。在保證加壓充分的前提下，為了最大限度地減小較短纖維的浮游動(dòng)程，改善主牽伸區(qū)的牽伸質(zhì)量，提高棉條條干水平，主牽伸區(qū)羅拉隔距以偏小掌握為宜。紡制長度整齊度較好的纖維時(shí)，主牽伸區(qū)羅拉隔距可適當(dāng)放大。

　　4．合理配置后區(qū)羅拉隔距和后區(qū)牽伸倍數(shù)：后區(qū)牽伸的主要作用是使喂入的條子略帶張力，使纖維伸直，使須條具有一定的緊密度進(jìn)入中區(qū)，再由中區(qū)進(jìn)入主牽伸區(qū)后能夠穩(wěn)定牽伸，提高牽伸質(zhì)量。后區(qū)牽伸倍數(shù)和后區(qū)羅拉隔距對棉條條干的影響較為明顯，可結(jié)合加壓壓力、纖維性能及紡制品種等進(jìn)行優(yōu)選配置。

　　5．選好壓力棒位置：壓力棒位置由二膠輥的前沖量和后移量來確定。在實(shí)際配置工藝時(shí)，可根據(jù)生產(chǎn)條件，對壓力棒位置進(jìn)行優(yōu)選。

　　6．合理確定托棉板入口大?。和忻薨迦肟诘拇笮∫鶕?jù)條子的定量和喂入根數(shù)確定，一般情況，8根并合時(shí)為12～16mm，6根并合時(shí)為9～13mm，也可根據(jù)實(shí)際情況隨時(shí)調(diào)整，以保證喂入條子既不發(fā)生重疊又不過于分散為原則。

　　總結(jié)：

　　作為自動(dòng)化行業(yè)的領(lǐng)先者，美國邦納將利用幾十年產(chǎn)品研發(fā)與應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合邦納傳統(tǒng)的優(yōu)勢產(chǎn)品：光電傳感器系列、工業(yè)智能指示燈系列等等，與邦納PLC控制器及HMI人機(jī)界面相集成，配合這些檢測、信號傳輸?shù)犬a(chǎn)品，為用戶提供簡易完整、強(qiáng)大穩(wěn)定、可靠安全、靈活開放的解決方案，廣泛應(yīng)用在水處理、冶金、石油天然氣、煤礦，水泥、印包、鋼鐵、電子、汽車、地鐵、紡機(jī)等要求苛刻的現(xiàn)場環(huán)境中，為廣大機(jī)器制造商和最終用戶提供完整、簡易，開放，集成和靈活的自動(dòng)化解決方案。