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案例頻道中空纖維是一種特殊化學(xué)材料，主要用于服裝材料加工和制造。含有中空纖維成分的紡織材料具有質(zhì)地柔軟，透氣性好，結(jié)實耐用等優(yōu)點，被廣大紡織輕工業(yè)普遍采用。本文介紹的生產(chǎn)線專門用于生產(chǎn)中空纖維這，其電氣控制系統(tǒng)完全采用臺達(dá)機(jī)電產(chǎn)品集成，以單一自動化技術(shù)平臺實現(xiàn)化纖工藝和技術(shù)生產(chǎn)要求。
2 工藝自動化系統(tǒng)
2.1 工藝流程
原料甲和原料乙以某種比例配比方式混合后輸送出去，經(jīng)過齒輪泵攪拌均勻后送往凝膠槽掛膠上料，再經(jīng)過水洗槽水洗，由牽絲輪帶動中空纖維進(jìn)入繞絲槽處理，最后由繞絲輪將中空纖維成品卷繞成型。生產(chǎn)線系統(tǒng)主要由配料罐甲、配料罐乙、齒輪泵、凝膠槽、水洗槽、牽絲輪、繞絲槽、繞絲輪等部件構(gòu)成，如圖1所示。
圖1 工藝流程畫面
2.2 控制內(nèi)容
齒輪泵速度和齒輪泵、配料罐甲、配料罐乙、凝膠槽、水洗槽、繞絲輪溫度控制。需要電氣控制系統(tǒng)控制齒輪泵旋轉(zhuǎn)速度，從而達(dá)到控制出料量和出料速度，在工藝要求的溫度下原料分別經(jīng)過齒輪泵、凝膠槽、水洗槽、繞絲槽、繞絲輪等溶液處理，系統(tǒng)要求根據(jù)不同規(guī)格產(chǎn)品設(shè)定并控制齒輪泵，配料罐甲、配料罐乙、凝膠槽、水洗槽、繞絲輪內(nèi)溶液溫度，同時要求顯示牽絲輪和繞絲輪的旋轉(zhuǎn)速度，系統(tǒng)能夠根據(jù)需要隨時存儲工藝參數(shù)。
3 自動化系統(tǒng)設(shè)計
3.1控制系統(tǒng)原理
制系統(tǒng)原理如圖2所示。利用臺達(dá)人機(jī)界面豐富的通訊口功能，可以提供給用戶3個COM接口，方便與外圍工控設(shè)備通訊聯(lián)機(jī)。COM1：RS232通訊方式與下位PLC連接，進(jìn)行生產(chǎn)線工藝參數(shù)設(shè)置和讀取；COM2：RS485通訊方式與一臺變頻器連接，可以進(jìn)行變頻器給定頻率設(shè)定，顯示輸出頻率、輸出電壓、輸出電流、報警信息以及大致原因等參數(shù)，同時可以通過人機(jī)界面通訊控制起動、停止變頻器；COM3：RS485通訊方式與6臺溫控器連接，可以顯示溫度設(shè)定值、當(dāng)前值，還可以通過通訊設(shè)定這6臺溫控器通訊站號、PID參數(shù)等內(nèi)容值。
臺達(dá)機(jī)電產(chǎn)品通訊協(xié)議符合標(biāo)準(zhǔn)的MODBUS通訊協(xié)議，使得臺達(dá)機(jī)電產(chǎn)品整合應(yīng)用時通訊連接方便、穩(wěn)定。人機(jī)界面COM2、COM3通訊口均支持RS485通訊方式，該方案應(yīng)用COM2口與變頻器VFD002S21A相連，人機(jī)界面直接讀取變頻器內(nèi)部參數(shù)；應(yīng)用COM3口直接連接6臺DTC系列溫控器，實時讀取相應(yīng)槽位SV、PV值，采用PID溫度控制方式達(dá)到準(zhǔn)確控溫效果，可以通過人機(jī)界面分別設(shè)置P、I、D相關(guān)參數(shù)以及實現(xiàn)通訊協(xié)議自動同步功能。
圖2 控制系統(tǒng)原理
3.2系統(tǒng)配置與通訊
（1）配置。控制系統(tǒng)方案配置如表2所示。表2列出的配件是生產(chǎn)線控制系統(tǒng)主要元器件，此外還包括低壓電器（低壓斷路器、繼電器、按鈕、指示燈等）、檢測傳感器（K型熱電偶、PT100熱電阻、接近開關(guān)等）元器件，此處不予贅述。
表2 系統(tǒng)配置表
序號 元件名稱 型號規(guī)格 數(shù)量（臺） 備 注
1 電源模塊 DVPPS02 1 DC24V
2 PLC DVP12SC11T 1 高速計數(shù)
3 變頻器 VFD002S21A 1
4 溫控器主機(jī) DTC1000V 1 人機(jī)通訊
5 溫控器擴(kuò)展 DTC2000V 5 人機(jī)通訊
6 編碼器 ES3－10CG6941 3 1000PPR
7 人機(jī)界面 DOP－AE80THTD 1 3＊COM口
（2）通訊。巧用人機(jī)界面提供的宏指令功能可以達(dá)到事半功倍的效果，上面的程序就是一個應(yīng)用例子，將PLC程序運(yùn)算的數(shù)據(jù)結(jié)果賦給變頻器作為給定頻率，實際上可以編輯更多的宏指令代替PLC程序，可以靈活的實現(xiàn)數(shù)學(xué)運(yùn)算和流程控制，但是要結(jié)合人機(jī)界面畫面程序注意考慮程序容量和執(zhí)行效率。為了確保通訊暢通，必須將人機(jī)模組參數(shù)項通訊口通訊協(xié)議、通訊格式分別和變頻器、溫控器相應(yīng)參數(shù)設(shè)置一致，本例中COM2和COM3通訊格式均為：RS485，19200，7，E，1。
人機(jī)界面CLOCK Macro宏指令介紹：
SELECTCOM(1) ；選擇通訊口；
(2#1@INVERTER-2001) = (1@D514) ；賦值語句；
END
3.3 轉(zhuǎn)速控制
系統(tǒng)轉(zhuǎn)速控制由PLC控制變頻器實現(xiàn)。DVP12SC型號PLC具有8DI、4DO，具有高速計數(shù)和高速脈沖輸出功能，本項目采用輸入點X1、X10、X11分別采集三路旋轉(zhuǎn)編碼器脈沖信號，對應(yīng)PLC內(nèi)部高速計數(shù)器軟元件分別是C236、C243、C245，分別對應(yīng)齒輪泵、牽絲輪、繞絲輪速度，前者齒輪泵速度要求精確控制，調(diào)試時較有難度，后二者速度只要求實時顯示，不要求精確控制。由于變頻器低頻運(yùn)轉(zhuǎn)時電機(jī)速度較慢，所以利用60ms定時中斷程序采集編碼器脈沖差值波動較大，測速不準(zhǔn)確，只能改變軟件算法，程序通過特殊輔助繼電器M1012和M1013組合應(yīng)用完成速度檢測，M1013是1S時鐘脈沖，M1012是100ms時鐘脈沖，具體做法就是，采用M1013采集各路編碼器1S內(nèi)積累的脈沖數(shù)量，再利用M1012時鐘脈沖進(jìn)行脈沖數(shù)量平均值計算，得到趨于合理、穩(wěn)定的脈沖數(shù)量值，再經(jīng)過程序處理轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)速度，實際證明這種方法還是能夠滿足客戶要求的，效果良好。
3.4 人機(jī)界面設(shè)計
臺達(dá)人機(jī)界面新版軟件提供“拮取畫面”功能按鈕，可以將人機(jī)某個畫面以后綴名為JPG的文件格式存儲在USB存儲盤中，方便地將工業(yè)現(xiàn)場工藝參數(shù)報表存儲和打印出來。系統(tǒng)工藝參數(shù)存儲畫面如圖3所示。按下圖3“存儲”按鈕后，該畫面就以JPG文件格式存儲在U盤中，文件名以日期＋畫面序號命名，如果U盤未插在人機(jī)背面，會顯示未找到存儲盤報警。
圖3 系統(tǒng)工藝參數(shù)存儲畫面
4 結(jié)束語
中空纖維生產(chǎn)線項目結(jié)合臺達(dá)機(jī)電HMI、PLC、變頻器、溫控器、編碼器等機(jī)電產(chǎn)品，為客戶開發(fā)了一套穩(wěn)定可靠的系統(tǒng)，該生產(chǎn)線自投產(chǎn)以來運(yùn)行正常，不但能夠滿足現(xiàn)場工藝要求，而且更提高了設(shè)備穩(wěn)定性和生產(chǎn)產(chǎn)品質(zhì)量和工作效率。
作者簡介
孫承志 工程師 供職于中達(dá)電通股份有限公司沈陽機(jī)電業(yè)務(wù)處。
參考文獻(xiàn)
［1］臺達(dá)DVP－PLC應(yīng)用技術(shù)手冊程序篇.
［2］臺達(dá)DOP系列人機(jī)界面應(yīng)用技術(shù)手冊.
［3］臺達(dá)VFD－S系列交流變頻器使用手冊.
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號