西门子6ES7 217-1AG40-0XB0安装调试

一、系统概述

FA506型细纱机是目前成纱质量好，自动化程度高，操作简单，便于管理的环锭细纱机，适用于纯棉或化纤的纯纺和混纺的细纱工序，尤其采用PLC作控制器，不但**了控制精度，而且解决了生产管理方面存在的缺陷，大大降低操作者劳动强度；同时锭子曲线控制也**了纱线的质量，保证了纱锭成型，**了全机的产量。系统设计特点:
1、用PLC控制整个纺纱过程，具有程序开车、钢领板自动升降、中途停车后自动跟踪开车、自动落纱、自动留头等。
2、设定纺丝的工艺参数，依据工艺要求自动协调控制；实现定长落纱和锭子速度曲线控制。
3、显示纺纱过程的锭速、牵引倍数、细纱号数、捻度以及班产累计等。
4、采用数字通信，**了系统的抗干扰性。

二、系统硬件

电气控制系统包括：数字量输入及数据检测部分、可编程控制器部分、执行机构、人机界面。见图一

１、数字量输入及数据检测部分：
        1）各种数字量开关包括开停车开关、功能开关，用于开停车与实现工艺要求的各种功能动作。
        2）三自动检测部分由关主电机、下钢板、刹车传感器构成。其作用为当落纱开始后能自动适位停车、自动留头、为重新开车降低断头创造条件。
        3）数据检测部分由主轴、前罗拉、后罗拉传感器组成。其作用是自动检测纺纱过程中主轴、前后罗拉的运行数据，为计算班产量、锭速、牵引倍数、细纱号数、捻度等工艺参数以及为锭子速度曲线控制提供数据。
２、可编程控制器（PLC）部分：该部分主要由永宏FBs-60MC主机与扩展模块构成，可编程控制器专为工业环境而设计的通用自动化装置，它吸取了微电子技术、计算机技术及自动化技术的新成果，采用可编程的存储器，实现逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算，并通过数字式、模拟式的输入和输出控制各生产过程，永宏FBs-60MC主机有16点数字量输入、24点数字量输出，可带7个扩展模块，本系统设计所有数字量输入全部由主机完成，模拟量输入由扩展模块有 FBs-6AD 完成
３、执行机构包括主电机、吸风电机、钢领板升降电机、自动润滑装置、自动清洁装置、变频器、落纱电源等，用于完成纺纱过程的全部工艺动作。其中变频器锭子速度控制由变频器、锭子传动部分、主电机构成。其作用是变频器根据PLC的指令（锭子速度控制曲线）自动调整锭子运行，**纱线质量和产量。
４、人机界面采用TP27触摸显示屏做人机界面，完成参数设定、显示，可直接设定锭子运行曲线，实现控制柔性化。并能根据工艺要求修改参数。TP27与PLC 之间以PPI协议通讯。

二、软件设计

电气控制软件分为：控制主程序、参数设定显示子程序、计算采样子程序、数字通讯子程序和锭子运行曲线子程序。
１、控制主程序软件主控制程序部分，依据工艺要求编制的程序，上电后自动检测各开关量和传感器输入的数据，完成整个纺纱过程自动控制和调用子程序。
２、参数设定显示子程序主要依据TP27配置完成参数设定显示，包括班次设定、错误设置提示，总产量、班产量累计显示、锭子速度、前罗拉速度、牵引倍数、捻度、产量、细纱号数等参数显示。其中参数设定菜单程序结构见框图二
３、计算采样子程序主要依据主轴、前罗拉、后罗拉数据检测传感器采样结果以及设计参数完成系统计算，用以完成各类显示参数的计算及定长落纱等功能。
４、数字通讯部分和锭子运行曲线子程序主要采用自由口通讯协议完成与变频器的数据传输。通讯设置自由口通讯控制寄存器设置为自由口通讯方式，程序通过接收中断和发出中断以及发送指令ＸＭＴ控制通讯口的操作，在自由口通讯方式下通讯方式由程序梯图控制。通讯设置还定义了波特率、校验方式和数据长度等。为了使锭子运行曲线平滑。在设定的点与点之间采用数学建摸的方法拟合发送参数，该部分程序框图见图三。

三、通讯设计

该控制系统大特点是应用数字通讯方式完成TP27与ＰＬＣ以及ＰＬＣ与变频器之间的数据传输。PLC的Prt0口与TP27连接，以PPI协议通讯完成参数设定显示， Port1口与变频器相连，以自由口协议通讯完成锭子运行曲线控制，以往我们进行锭子速度曲线控制时只能选用模拟量来控制变频器运行，这样硬件成本高且控制精度较低。采用数字通讯后，硬件仅为一条屏蔽线，抗干扰能力增强，为实现联网传输控制参数提供了条件，降低了控制成本;数字通讯高精度、高可靠性和低成本极大的**了机器性能比和市场竞争能力。

四、应用效果

FA506型细纱机控制系统前身采用ＰＬＣ开关量控制和协议参数仪构成，全机控制精度低，可靠性和抗干扰性能差，系统成本高。采用永宏FBs-60MC系列ＰＬＣ构成系统后，全机控制采取数字通讯方式，控制精度高，可靠性和抗干扰性能大为**。利用“**软件设计水平来降低硬件投入”原则，极大降低了系统成本，单机实现成本降低达控制系统的１０％左右，极大**了产品盈利能力，市场前景十分广阔。

1 引言

纺织行业清花设备是集机、电、气等高新技术于一体的纺织机械设备。作为各种纺织工艺流程的前纺设备，在**纺织产品档次与质量中起着重要作用。纺织行业是传统老行业，纺织厂老设备居多，传统设备均采用继电器控制系统，长期以来电气故障率高的问题一直没有解决。目前，在国际上已普遍采用PLC及变频控制技术取代继电器控制技术.传统的清花工序(非自动化程度高的新设备)的电气控制在纺织企业中是比较复杂的,而且电气故障也是较多的。对清花工序进行电气改造,引入PLC及变频自动控制系统意义很大。采用国产永宏(FATEK)PLC及变频控制系统改造清花生产线以后具有高产量、高除杂效率、高自动化等特点，在生产使用中体现了其设计合理，工艺性能好，机电一体化水平高。经不懈地改进、完善和**开棉设备的设计和制造水平，缩短了我国开棉设备与国际**水平的差距。

图1 清花生产线工艺示意图

（1）开松工序：把原料包中压紧的纤维块松解成较小的纤维束，同时避免纤维的损伤和杂质的碎裂。
（2）除杂工序：清除原料中大部分的杂质和疵点以及部分短绒，同时避免可纺纤维的损耗。
（3）混和工序：使不同成分、不同等级的原料充分混和，保证成纱质量的均匀一致。
（4）成卷工序：均匀喂给，制成一定重量和长度的纤维卷，以满足下道工序的需要。
开清棉机械按其功能划分有：开棉机械如自动抓棉机、棉箱给棉机等，其主要作用是开棉和给棉，无明显的除杂作用；混棉机械如多仓混棉机、混棉帘等，其主要作用是完成原棉的混和；开清棉机械如双辊轴流开棉机、豪猪式开棉机、单打手成卷机、锯齿辊筒清棉机等，其主要作用是开松原棉和清除杂质。一台好的开清棉应具有工艺流程短，适纺性强，工作效能高等特点。整套设备由几台不同功能的单机组成开清棉联合机，基本的设备配置为：圆盘式抓棉机(2台)→除金属装置→六辊筒开棉机(附A045型凝棉器)→多仓混棉机→豪猪式开棉机(附A045型凝棉器)→豪猪式开棉机(附AO45型凝棉器)→二路电气配棉器→双棉箱给棉机(附AO45型凝器)(2台)→单打手成卷机(2台)。

2 清花工艺与PLC技术

2.1 清花生产线工艺流程介绍
开清工序，是纺纱工艺流程中的道工序，加工对象主要是轧棉厂或化纤制造厂运来的原料包。其主要作用是：对原棉进行开松、除杂、混和并制成厚度均匀的棉卷或输出**均匀的棉流，供梳棉机使用。其主要任务如图1所示。

2.2 PLC清花线控制技术路线
清花生产线原设计采用继电器控制系统，故障率极高，维修量很大,运行效率较低，同时因为前后各供棉电机没有变频调速，不能连续供棉，严重影响设备正常运行。改造前各个控制设备分散排列,操作也极为不便,改造前部分继电器控制的部分电路原理图如图2所示。
PLC成为工业领域内高可靠性计算机程序控制系统的代名词。将继电器控制系统用PLC代替，故障率显著降低，可靠性**，很受欢迎。通过对清花电气线路和安全装置的改造来保证电气设备安全;通过电气方案的改进设计来满足工艺流程的要求;通过关键点电气装置的增设来保证和**清棉工段的产品质量.该系统利用程序实现模糊算法和控制策略,与位移传感器、电流变换频率调节装置及电机等组成实时数据采集和控制系统,替代原来的铁炮拨叉调速系统,对清花成卷机的给棉罗拉转速进行调节,使给棉罗拉在单位时间输出的棉量保持恒定.经过现场实际运行后表明,**了系统的精度和动态特性,降低了棉卷不匀率,控制效果良好.纺织机械应用了自动化技术后机构简化，性能改善，质量**，操作方便，**了设备的档次和水平。电气控制系统采用PLC、变频技术，使系统操作和工艺调整更加简单快捷；人机界面对话、故障自动诊断等功能使系统管理维护更有效；重物、金属、火星和异性纤维探测技术的应用，使系统安全有保障；气压控制技术、连续喂给技术和自调匀整技术的应用，使系统生产运行更加稳定可靠。

图2 原清花继电器控制系统部分原理

图3 基于永宏PLC的清花生产线

近年来,随着科学技术的进步和微电子技术的迅猛发展,可编程序控制器技术已广泛应用于自动化控制领域。可编程序控制器以其高可靠性和操作简便等特点,已经形成了一种工业控制趋势。传统的清花工序（非自动化程度高的新设备）的电气控制在纺织企业中是比较复杂的，而且电气故障也是较多的。在众多的PLC当中，如何选型取决于实际的应用需要。清花控制系统的特点是距离长、规模大、分布站点多、通讯对象多。国产永宏(FATEK)系列PLC恰恰适应于这样的应用需求，其强大的通讯能力、高速灵活的网络体系令众多的PLC难以与之匹敌，本方案主要采用具有很高性价比的FBS-60MA主机模块及FBS-60EAP扩展模块，FBS-60MA主机模块采用36点24VDC数字输入(4点可达10kHz)，24点(R/T/S)数字输出(“T”机型具4点10kHz输出)，一个RS-232或USB通讯端口(大可扩充至3个)，FBS-60EAP扩展模块采用36点24VDC数字输入，24点(R/T/S)数字输出，内建电源供应器。其主要特点是：（1）模块化结构设计。且模块小型化、无排风扇结构、易于实现分布、易安装，便于维护。（2）高电磁兼容性和强抗震动、冲击性，使其具有高的工业环境适应性。（3）功能强大。适用于不同的需求，提供各种类型的I/O模块、功能模块、通讯模块；程序运算速度快，运算指令丰富，强有力的程序处理能力，具有完善的自诊断功能。（4）通讯能力强。通讯协议的多样化，及具有的自定义功能使得各种通讯类型的应用成为可能，为应用系统的整合与集成提供了非常好的条件。（5）所有PLC系统的配置，包括通讯的配置，及组态、编程、调试，维护，管理均在软件中，统一的界面、全局的数据管理、方便的操作等为用户创造了良好的环境。
将清花车间总混、豪猪、成卷机由原来的继电器分散控制改为由永宏PLC集中控制，且总混、豪猪给棉电机均由变频器控制，双速运行，速度可调；PLC控制工作稳定可靠，故障率低；可根据需要重新改编程序，灵活方便；全套车只用一只集控柜，体积小，占用空间少，功能多、抗干扰、适用性强，更适于老厂改造。总控制思路如图3所示。图3 总控制系统设计图开清棉联合机全流程的各项动作，由PLC程序控制完成。具有结构简单操作方便，运行稳定可靠．便于检查维修、故障少等优点，对**产品质量、降低成本、**效率。清花流程控制改造主要用PLC代替传统的继电器及接触器控制系统，用梯形图软件代替电路图，可节约大量电器元件，减少因元件触点、线圈的损坏而造成的坏车及马达烧坏。PLC编程控制取代传统电气的各单机分散控制为集中控制，一个PLC柜代替了多个电控箱。尤其是在清花技术改造中可缟程控制器代替传统的继电器及—接触器控制系统，用软件代替控制电路，大大减少开关量，使棉卷不匀率稳定在l.0以下，下机正卷率达98％以上，回花率降低2％～3％，棉卷纵向喂入生条不匀率6.79cv％，横向喂入生条不匀率7.62cv％，而且杜绝噎车、减少罗卜丝等。电气控制中心为清花全流程设备一个集中电气控制站。控制系统采用工业级PLC及人机界面控制系统，实现人机对话。显示器可直观显示电机运行状态和传感器位置，并可在显示器上读出各机台的设计参数。采用变频器更改工艺参数十分方便。电气控制中心提供标准计算机接口，方便工厂实现计算机控制和数据处理。具体的PLC主机及扩展部分控制原理图如图4图和5所示。

图4 永宏PLC主机控制部分原理图

图5 永宏PLC扩展控制部分原理图

为了PLC程序设计及维护方便，FBs系列主机备有程序记忆匣（FBs-PACK）可供我们选择，FBs-PLC指令超过300种以上，并采用人性化，可读性高之多输入/多输出指令方式。一个指令即可达成大部分其他品牌PLC数个指令才能做到的功能，使程序大为精简，同时运算结果可直接由指令方块右侧之输出取得。在程序可读性方面，每个应用指令之输入或输出端均有功能助忆简码说明，操作数字段则直接标明其属性简称并可于其正下方直接显示其状态或内容值，可免除它牌PLC无标示需死记之麻烦，程序可读性高，效率佳。在高阶应用方面，如网络bbbb、PID控制、NC定位等，则有专用之便利指令与之对应，大幅降低使用障碍。FBs-PLC之视窗版阶梯图程序编辑软件阶梯图大师WinProladder提供使用者亲和性高之视窗中文操作环境，及永宏精心安排之编辑、监视、除错等操作顺手，让使用者在极短时间内即可精通整体操作，加上WinProladder强大且齐全之编辑功能辅以按键、鼠标并用及在线即时之指令功能查询与操作指引，将使您之编辑、输入效率倍增。而直接于阶梯图上显示之“即时”接点状态、缓存器数据与多窗口监视、比较等功能，让使用者在作监视控制或除错时直观友好。图6是PLC与变频器部分程序设计梯形图。

图6 部分程序设计梯形图

结合有永宏PLC为主导组成的控制系统，我们还引进了变频器对前后供棉系统进行了前后供棉电机变频改造，系统经过改造后，保证了供棉稳定连续控制，大大**了棉卷质量。同时对圆盘抓棉小车也进行了PLC及变频改造,原打手升降改为变频控制后,下降幅度随时可以根据前道工序所需要棉量调节。

3 结束语
基于永宏PLC的清花线改造至今共改造了五套清花全流程，采用集中式控制，永宏可编程控制器实现自动化控制，积累了丰富经验，并取得了一定经济效益和社会效益。国产可编程序控制器在国产纺织机械上的广泛应用，推动了国产纺织机械的机电一体化发展，缩小了与国外纺织机械的差距。但纺织很多自动化装置国内发展缓慢，尤其是在纺织专用的国产可编程序控制器和变频器方面需加快开发，才能发挥更大的效果。