6SL3040-1MA00-0AA0

介绍邦纳PLC和HMI在并条机上应用案例。
并条机系统概述.
　　棉条在变成粗纱、细纱的过程中，被成百倍的牵伸，其很短范围内的重不匀将影响很长范围内纱的质量。粗纱前的梳棉和并条过程是改善棉条重不匀，进而显著改善成纱质量的关键工序。并条工序处在改善棉条重不匀的后环节，其自调匀整控制的效果将直接影响成纱质量。对并条机的自调匀整而言，主牵伸电机、辅助牵伸电机和条筒电机都需要进行控制，自调匀整的效果主要取决于主牵伸电机和辅助牵伸电机之间速 比的合理调节。条筒电机需要按照一定的速度与主牵伸电机和辅助牵伸电机同步启动和停止，条筒电机带动条筒的转动，以保证棉条均匀缠绕在条筒中，其速度控制精度对棉条的质量没有大的影响，因此，主牵伸电机和辅助牵伸电机的快速和jingque控制应该为研究的重点。
邦纳PLC和HMI概述
　　美国邦纳是国际的传感检测和自动化技术专家。公司BSP01系列PLC、THM系列人机界面特别适合在纺织机械领域使用。
　BSP01系列可编程逻辑控制器结构紧凑，性能zhuoyue，功能丰富 ，通讯强大. A系列是高性能控制器，具有高的运算速度，大的程序容量，更多的应用指令，及更高的脉冲输出和高速计数功能。PLC多可以扩充3个通讯端口，并具有Computer bbbb，Databbbb和远距离输入输出功能三种特殊的网络通讯功能。THM人机界面性能zhuoyue，外观精美，产品系列齐全。除了具有监视、操作、储存数据的基本功能外，还支持与大多数品牌的控制器、PLC、变频器等设备的通讯。在工厂自动化和过程自动化的各个领域都有广泛的应用。
自调匀整控制系统结构
　　在高速并条机的自调匀整控制中，从棉条被检测到相应的检测点到达变速点，中间有一个延时过程。该延时过程的jingque控制是决定开环自调匀整控制效果的一个关键因素。这个延时相比于自调匀整的控制周期很大，所以该系统是一个典型的纯滞后大延时环节。该延时与系统速度有关，但是系统的模型未知，所以难以采用史密斯预估延时法。如果采用传统的定时查询法，CPU的大量时间耗费在查询上，系统运行效率低、精度不高而且自调匀整所能控制的片断的长度也降不下来。可以利用硬件在等位移条件下触发中断以实现与速度无关的jingque延时，大大提高CPU效率，并能实现并条机全程自调匀整控制。
　　并条机自调匀整硬件结构如图4所示，控制系统是主从式控制结构，工控机为主，PLC为辅。主要的控制功能：棉条的自调匀整在工控机中实现，PLC主要实现系统的逻辑控制，如自动换筒等，使工控机控制程序得以简化，提高了系统的可靠性。通用工控机、邦纳BSP01 系列PLC、两个伺服驱动器及1变频器之间通过通讯进行控制；触摸屏和PLC之间通过串口通讯，棉条的厚度由三个压力传感器测量，并通过工业控制计算机中的数据采集卡进行采集，进行自调匀整控制。
控制要点
　　并条机自调匀整的控制方式可分为开环、闭环和混合环三种形式。开环系统属针对性匀整，适合短片段不匀，闭环系统适合长片段不匀，混合环系统能兼长短片段不匀，但机构复杂，制造精度要求很高。并条工序对控制成纱重量不匀和重量偏差指标有非常重要的把关作用，对匀整的针对性具有较高的要求。
　　R1, R2, 和 R3 分别代表前罗拉（由主牵伸电机带动）、后罗拉（由辅牵伸电机带动）和给棉罗拉（通过传动机构：皮带轮与R2保持恒定的速度比）。S1, S2, 和 S3 是三个棉条厚度传感器， S3用于开环控制， S2用于闭环控制，S1用于波谱分析，B是喇叭口。主要通过合理调节R1与R2的速度比来达到自调匀整目的。为了改善棉条的不匀度，便于速度的调控，这里保持R1的速度不变，通过调节R2的速度实现自调匀整。因为是采用模拟量控制牵伸电机，所以，改变输出到R2的电压大小，就能调节R2的速度达到自调匀整的目的。
　　棉条的质量取决于两点：一是主、辅牵伸电机以及条筒电机三者的同步性，另一点即是三者之间合理的速度比。三者之间的合理的速度比通过后述的控制策略获得。而三者的同步性依赖于硬件的快速响应和软件的合理性，硬件的特点在前面已述。
　　对于并条机而言，开环控制可以消除死区，但是对来自牵伸系统干扰的影响无能为力，系统的稳定性较弱；闭环控制可以抑制干扰的影响，系统有着较强的鲁棒性，但不能消除死区。

并条机的控制过程是一个非线性，动态变化的过程，容易受到外部干扰(牵伸波，噪声等)，很难建立统一的数学、物理模型。因此，为了消除死区，降低干扰的影响，提高系统稳定性，本文采用短开环和长闭环的混合控制模式。
　　开环的目的是避免死区并获得控制基本量uo，闭环的目的是抑制干扰，得到控制校正量△uc修正控制基本量uo。因此开环控制器和闭环控制器是并条机控制系统的核心。
工艺配置分析
1． 合理选择总牵伸倍数：并条机的牵伸范围较大，为5～15倍，在实际生产中，应根据实际工艺条件和质量要求，合理选择总牵伸倍数。因为喂入须条在牵伸过程中产生附加不匀的纤维的移距偏差会随着牵伸倍数的增大而增加，而移距偏差的增加势必会影响牵伸质量，因此，在实际生产中总牵伸倍数的选配不宜太大，一般而言，6根并合时在7倍以下，8根并合时在10倍以下较为适宜，否则，将不利于改善棉条条干水平。
2． 棉条定量的设定：尽管牵伸机构设置较为合理，对棉条定量的适应性较大，但配置的定量也不能太大，以避免因棉条定量过大导致须条间产生分层现象，影响棉条质量。
3． 合理选择主牵伸区罗拉隔距：通常采用摇架弹簧加压形式。在保证加压充分的前提下，为了大限度地减小较短纤维的浮游动程，改善主牵伸区的牵伸质量，提高棉条条干水平，主牵伸区罗拉隔距以偏小掌握为宜。纺制长度整齐度较好的纤维时，主牵伸区罗拉隔距可适当放大。
4． 合理配置后区罗拉隔距和后区牵伸倍数：后区牵伸的主要作用是使喂入的条子略带张力，使纤维伸直，使须条具有一定的紧密度进入中区，再由中区进入主牵伸区后能够稳定牵伸，提高牵伸质量。后区牵伸倍数和后区罗拉隔距对棉条条干的影响较为明显，可结合加压压力、纤维性能及纺制品种等进行优选配置。
5． 选好压力棒位置：压力棒位置由二胶辊的前冲量和后移量来确定。在实际配置工艺时，可根据生产条件，对压力棒位置进行优选。
6． 合理确定托棉板入口大小：托棉板入口的大小要根据条子的定量和喂入根数确定，一般情况，8根并合时为12～16mm，6根并合时为9～13mm，也可根据实际情况随时调整，以保证喂入条子既不发生重叠又不过于分散为原则。
总结：
　　作为自动化行业的者，美国邦纳将利用几十年产品研发与应用经验，结合邦纳传统的优势产品：光电传感器系列、工业智能指示灯系列等等，与邦纳PLC控制器及HMI人机界面相集成，配合这些检测、信号传输等产品，为用户提供简易完整、强大稳定、可靠安全、灵活开放的解决方案，广泛应用在水处理、冶金、石油天然气、煤矿，水泥、印包、钢铁、电子、汽车、地铁、纺机等要求苛刻的现场环境中，为广大机器制造商和终用户提供完整、简易，开放，集成和灵活的自动化解决方案。

近些年来，随着我国的电力、电器行业的迅猛发展，对材料提出了新的技术要求，带动了铜加工行业的加工工艺的进步。我们参与完成了铜加工设备中名为“无氧铜杆连铸机组”的关键设备的电控系统的开发生产。 所谓的无氧铜连铸，是先将铜在400KW的中频加热炉中融化，铜水表面始终覆盖着一层木炭粉，将铜水与氧气隔绝，而后在冷却水套中结晶成铜杆，通过牵引实现连续铸造。这样工艺生产出的铜材导电性能好，线路损耗低，已经受到行业的认可。 电控系统负责完成铜杆从上引连铸 、牵引、卷绕成盘的流水线的整个生产过程的控制。其中伺服电机带动减速机和及其他机械结构将铜杆向上牵引，实现连续铸造；再由变频器带动机械对铸造好的铜杆实现牵引、卷绕、完成盘状包装。 由于这种冶炼设备都连续24小时不间断运行，一般日产20吨Φ8mm铜杆，产量大，产值高，所以对机组的可靠性要求也很高。设备一旦由于故障而停机，为了避免炉中的铜水冷却凝固后与炉子结为一体，必须要通电保温，光的电费损失就高达5000元人民币。由于停机造成大量的废铜也是一大笔损失。同时，该种设备的工作环境却相当恶劣：现场环境温度极高，距离中频加热炉旁2米的环境温度还要达到50℃，会加速电器元件的老化；炭粉、灰尘等导电颗粒可能会影响触摸屏、PLC、伺服驱动器等电器元件的正常工作。这样的环境已经超越了一般电器产品的环境要求，但产品一旦发生故障又会带来损失和不良的反响，这样的设备对我们及选用的产品来说都是一种考验。 为此，我们经过了广泛的市场调查，进行了实物试验，并进行了方案论证。我们终采用了抗干扰能力强、性价比较高的日本富士电机公司的触摸屏和可编程控制器来控制交流伺服系统和变频器，组成整个项目的电气控制系统。 系统控制框图: 2# 上引连铸 机构单元 RS485 通讯模块 RS485 通讯模块 RS485 通讯模块 牵引与卷绕机构单元 1# 上引连铸 机构单元 电控系统主要分两大组成部分：

1. 铜杆上引部分。

2. 铜杆牵引卷绕成盘部分。 以下对于各部分的控制要求与电气系统组成予以分别的说明。

一：铜杆上引部分： 上引系统硬件构成及控制框图： 1# 上引机构组成 2# 上引机构组成 富士可编程控制器 SPB 交流伺服系统 富士触摸屏 UG20 富士可编程控制器 SPB 交流伺服系统 机械部分 富士触摸屏 UG20 机械部分 上引部分由如上控制框图所示的两套完全独立的机构组成，通过触摸屏设置上引的位置控制量、上引的速度，以及作为整个系统故障及运行数据、状态显示。通过可编程控制器完成速度与牵引距离的浮点数算法，然后通过PLS1这条脉冲输出指令完成上引的控制过程。上引节距的控制精度为0.01mm, 速度高可达到3m/min。由于SPB系列的PLC具有 100kHz的输出频率，很轻松地控制伺服电机实现高速、高频的运行与停止，保证了上引的速度与精度。

二：铜杆牵引与卷绕部分： 这部分负责将前面连续铸造出来的12根铜杆，通过12个变频器牵引，再通过另外的12个变频器来进行卷绕控制，实现成品的绕盘，终形成盘状包装。

1．铜杆牵引部分： 铜杆牵引部分与前面的上引部分进行RS485的通讯，可以直接获得连铸的速度，以此作为基准速度，并接收与每一根铜杆相连的浮辊电位器的信号，以此获得由于机械打滑等原因引起的线速度误差。PLC将两部分数据运算后，修正变频器的速度，使牵引系统及时地将连铸出来的铜杆牵引到绕盘部分。 由于SPB系列可编程控制器具有bbbb-DATA的数据传递功能，能够实现每一个处于RS485通讯网络中的可编程控制器之间的数据共享，可以大大减少工程技术人员编制通讯程序的时间，极大地提高了编程效率。即使2套独立的上引机构有不同的连铸速度，也可以通过实时的数据传送到牵引部分的PLC，使之及时调整变频器的牵引速度。 而且，SPB系列可编程控制器的A/D模块的转换精度达到14位（16000/10V）的高分辨率，即使每一根铜杆的线速度有微量的速度变化，都能通过高分辨率的A/D模块敏锐地捕捉到，使PLC能够迅速修正。

2．铜杆卷绕部分： 铜杆卷绕部分是整个系统的难点：没有任何其他的传感器等电信号，仅仅依靠控制前文提到的卷绕变频器，就要将铜杆绕成一圈圈均匀排列好的由外往里或由里往外的渐开线状的盘型，循环往复后逐渐堆成圆柱型的一大卷。由于铜材本身就有一定的硬度，除了牵引轮、导向轮、转动的绕盘外再也没有其他机械机构，同时客户还提出要求，要通过触摸屏设定绕盘的内、外径尺寸。

首先，我们运用高等数学的理论建立数学模型，进行jingque的数学计算。SPB系列的可编程控制器具有强大的浮点运算功能，使我们顺利地将高等数学的运算公式转换成可编程控制器的运算公式，很好地实现了绕盘的控制。 其次为了节约成本，我们通过利用可编程控制器的48个输出点，加上我们自己编制的专用程序实现了jingque到0.1Hz的调频，顺利实现了对24个变频器的调速控制，省掉了24路D/A的转换，极大地降低了成本。 我们经过调试和精简PLC指令，顺利地完成了卷绕部分的工作，达到了客户的要求。 总结： 值得一提的是，在项目中，出于成本控制的考虑，往往不配置与触摸屏连接的RS232通讯模块，但是触摸屏又已经占据了编程口，给现场调试中进行在线监控带来了困难。这时，我们把计算机直接接到富士PLC的编程口，调试时取代触摸屏，从电脑把数据输入到 PLC的数据寄存器，将PLC内的辅助继电器地址强行置位，而且置位后的数据立即参与运算，实现了在线监控。这种直接输入的功能，令调试变得更直接、更便利。 以前，在上引连铸设备领域，国内只生产机械式的低档设备，产量低，不能满足客户的产量要求；而设备都依赖进口，其高昂的价格令国内众多企业驻足不前。我们的电控系统开发成功后，性能不逊于进口设备，使得国产设备的性能明显提升了一个台阶。而且由于我们采用了富士触摸屏、PLC产品，使得操作界面友善、维护便利、价格低廉，使得设备获得了市场的一致认可，短时间内就基本取代了进口设备。 我们的电控系统在2年的实际应用中，经受了恶劣环境的考验，系统运作稳定可靠。生产出的铜杆产品质量优良，即使是由废铜原料生产的铜杆也可以拉丝成直径0.08mm的导线，获得了客户的好评。目前，这种设备已经进入批量生产，远销缅甸、越南、泰国、印尼等东南亚国家。