染色機PLC控制系統(tǒng)設(shè)計

摘要本論文結(jié)合南通三喜織染有限公司的染色機技術(shù)改造項目，對“高溫高壓染色機控制系統(tǒng)”進行研究。該項目的任務(wù)是開發(fā)研制出能按染色工藝要求和溫控精度要求自動完成整個生產(chǎn)過程，并能在高溫、潮濕、酸堿等惡劣環(huán)境下長時間安全、可靠運行的控制系統(tǒng)。論文首先論述了染色機、可編程控制器的發(fā)展狀況以及觸摸屏的作用，然后從高溫高壓染色機工藝過程及功能要求入手，對控制系統(tǒng)的總體方案進行了論證和設(shè)計。對控制系統(tǒng)進行了詳細的分析，討論了硬件系統(tǒng)的組成及各硬件的選型;軟件系統(tǒng)的設(shè)計，溫度控制算法的實現(xiàn)等，從而完成對控制系統(tǒng)的設(shè)計。在系統(tǒng)的設(shè)計和開發(fā)過程中，我們將可編程控制器、觸摸屏等先進的控制手段和技術(shù)引入染色機的控制之中，實現(xiàn)了織物染色過程的自動控制，并通過觸摸屏設(shè)定顯示各項工藝參數(shù)和在線監(jiān)測。目前，系統(tǒng)調(diào)試試驗已取得了較理想的結(jié)果，各項性能指標均已達到了設(shè)計要求，充分證明了該染色機控制方案的正確性和可行性。該系統(tǒng)無論從功能上還是檔次上都獲得了質(zhì)的提高，基本達到了九十年代末國際先進機型的水平，機器投用后取得了較好的經(jīng)濟效益。關(guān)鍵字染色機;PLC;觸摸屏;溫度控制AbstractInthispaperwestudiedthecontrolsystemofhigh-temperature/high-pressuredyeingmachine,basedonprojectsoftechnologicalinnovationofSanXiWeaving&DyeingCo.,Ltd.Thetechnologicalinnovationofthisprojectistodevelopacontrolsystem,whichcanautomaticallyimplementthewholeproductionprocessaccordingtorequirementsofdyeingtechnologicalandaccuracyoftemperaturecontrolling.Italsocanbelong-termoperatedinthehightemperature,moistortheacid-baseenvironmentreliably&safely.First,thecurrentstatusofdyeingmachineandProgrammableLogicController(PLC)wasdiscussed,andthen,accordingtodyeingtechnological&performancerequirementsofhigh-temperature/high-pressuredyeingmachine,theoverallschemeofthesystemwaspresentedwithemphasisontheoverallschemedesignofthecontrolsystem.Finally,thedetailedcontrolsystemwasanalyzed,andthecontrollerhardwaresystemandmodelselectionwasdiscussed;theformationofsoftwaresystem,implementationofcontrolalgorithmicwasalsodiscussedtoaccomplishthedesignofcontrolsystem.Currently,theidealresultofthesystemcommissioninghasbeenobtainedandthedesignrequirementofeachperformanceindexwassatisfied.Therefore,thecorrectness&feasibilityofthedyeingmachinecontrolsystemisfullyproved.KeywordsDyeingmachine;PLC;Touchscreen;Converter;Temperaturecontro目錄TOC\h\z\t"中文摘要標題,1,英文摘要標題,1,章標題,1,節(jié)標題,2,條標題,3,結(jié)論標題,1,致謝標題,1,參考文獻標題,1,附錄標題,1"12880摘要 i23779Abstract ii18457第1章緒論 17881.1項目的背景及意義 1255931.2國內(nèi)外染色機的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 1135001.2.1染色機的現(xiàn)狀 1116041.2.2染色機的發(fā)展趨勢 2295281.2.3PLC在染色機上的應(yīng)用前景 31511.3論文研究的主要內(nèi)容 412006第2章染色機及其控制系統(tǒng)的總體方案設(shè)計 615422.1染色機概述 7281412.1.1染色過程 7297172.1.2染色設(shè)備 7222562.1.3染色機工作原理 74082.1.4高溫高壓染色工藝過程 8118832.1.5染色機的構(gòu)造 9282232.2系統(tǒng)的需求分析 11137712.2.1功能要求 11318102.2.2性能要求 11314812.2.3主要規(guī)格及技術(shù)參數(shù) 12195032.3控制方案論證 12259712.3.1控制器的選擇 13215382.3.2人機界面的實現(xiàn)方案 13299672.4控制系統(tǒng)的總體方案 14138312.4.1PLC控制系統(tǒng)設(shè)計的基本步驟 1420012.4.2控制系統(tǒng)硬件總體結(jié)構(gòu)關(guān)系 1652602.4.3控制系統(tǒng)主要器件的選擇 16264972.4.4系統(tǒng)的運行方式 2217638第3章高溫高壓染色機中的PLC控制 2394413.1控制要求 23275543.1.1程序設(shè)計思想 23137533.1.2主程序流程圖 24176843.1.3控制過程 25133283.2PLC地址分配 2677163.3系統(tǒng)軟件設(shè)計 28205473.4水泵電動機啟?？刂?29267523.4.1工作方式 29217363.4.2自動運行 29280413.4.3手動操作 2921136結(jié)論 3132109致謝 3231470參考文獻 339294附錄A 34緒論項目的背景及意義隨著市場經(jīng)濟的發(fā)展和國際市場的需求，對紡織品的質(zhì)量、花色品種、復(fù)現(xiàn)性、美感等要求越來越高。紡織工業(yè)必須適應(yīng)周期短、更新快、小批量、多品種的特點，不斷提高產(chǎn)品質(zhì)量、提高生產(chǎn)效益。中國加入世貿(mào)組織后，世界紡織品的貿(mào)易競爭更加激烈，我國的針織染整業(yè)不能僅僅停留在勞動力成本優(yōu)勢和價格低廉的優(yōu)勢上，而是要依靠技術(shù)創(chuàng)新來提高產(chǎn)品的技術(shù)含量和附加值，全面提升其在國際市場的競爭力。為此必須提高紡織設(shè)備自動化程度，走機電一體化的道路。染整是紡織品的后加工工序，對開發(fā)花色品種、改善產(chǎn)品質(zhì)量、提高紡織品的附加值起到關(guān)鍵性的作用。特別是對外銷產(chǎn)品，要求檔次高、品種多、批量小、質(zhì)量高、交貨期嚴格、組織生產(chǎn)工藝要求高，原料消耗高于內(nèi)銷，這樣必須具備良好的生產(chǎn)設(shè)備，才能保證很高的出口合格率，取得良好的經(jīng)濟效益。國內(nèi)外染色機的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢染色工藝是影響針織布產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵工藝，其產(chǎn)品質(zhì)量的好壞直接關(guān)系到企業(yè)的聲譽。染色機自動化程度的高低，對控制產(chǎn)品質(zhì)量有很大關(guān)系。染色機的現(xiàn)狀20世紀80年代的染色機，采用儀表加繼電器的控制結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)的穩(wěn)定性差，對染液的溫度用簡單的溫控器控制，溫控精度難以保證。染液噴嘴壓力用手動閥門來調(diào)節(jié)，導(dǎo)布輥的轉(zhuǎn)速用滑差電機或機械式無級調(diào)速器進行調(diào)速，這種控制方式人為主觀因素大，不節(jié)能，機械磨損嚴重，成品率低，產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定，系統(tǒng)運行和維護的成本高。90年代，染色機的發(fā)展很快，特別是廣泛使用計算機技術(shù)。壓力控制，升溫曲線跟蹤，保溫時間控制，染化料的供給，均采用計算機控制，并有指示、報警等多項功能，有的采用了群控，機電一體化程度很高。例如意大利的ILMA公司的溢流型噴射機配有布速電子檢測裝置，加速溢流型織物驅(qū)動裝置，使織物上色均勻，獲得良好的外觀和手感。德國第斯(Thies)高溫高壓染色機的液泵、提布輥均為交流變頻調(diào)速傳動。設(shè)有多產(chǎn)品模擬量全自動加料系統(tǒng)(MPI)縫頭測量系統(tǒng)，自動加水、進汽、液溫控制，生產(chǎn)全過程的工藝參數(shù)和操作程序均由T37型計算機控制和顯示。根據(jù)加工品種不同，可以預(yù)設(shè)工藝。國外其他知名的染色機制造廠家還有意大利伊特斯(INTES)公司和德國騰(THEN)機械有限公司等，其產(chǎn)品各有特點，控制核心多為單板機或單片機。為趕上國際先進水平，提高染色質(zhì)量，國內(nèi)紡織機械生產(chǎn)廠也積極進行了技術(shù)改造和產(chǎn)品開發(fā)。最具代表性的是上海印染機械廠與香港立信、宏信公司合作生產(chǎn)的射流染色機和筒子染色機，帶有PLC可編程控制器，可根據(jù)工藝的要求追蹤升溫、保溫、降溫曲線進行自動控制。還可進行工藝操作控制，如進水液位到時關(guān)泵、啟動循環(huán)泵，加工結(jié)束，待溫度降到一定值后自動排液等，并設(shè)有自動報警。另外還有一些地方老字號紡織機械廠也積極研制新品染色機，相繼開發(fā)出了一些適應(yīng)小批量、多品種、低張力、小浴比和節(jié)能型的染色機，如邵陽二紡機廠生產(chǎn)的高溫高壓噴射染色機、浙江印染機械制造公司生產(chǎn)的常溫常壓染色機、南通紡機廠生產(chǎn)的小批量連續(xù)軋染機等。然而國內(nèi)染色機與國外相比仍有較大差距，主要表現(xiàn)在設(shè)備的功能和適應(yīng)性較差，工藝技術(shù)水平不高。各印染廠的設(shè)備還不能適應(yīng)小批量、多品種、多功能、高附加值、流行性的快節(jié)奏變換的紡織品外貿(mào)要求;機電一體化水平較為落后，自動化程度較低;微電子技術(shù)推廣應(yīng)用不夠，軟件開發(fā)水平較低;傳感器、執(zhí)行元件品種不齊全;計算機在染色機上應(yīng)用還處在起步階段，不少項目是在老設(shè)備上進行技術(shù)改造，沒有形成批量生產(chǎn)能力。有些染色機雖己更新為計算機控制，提高了自動化程度，但控制方法、控制精度、穩(wěn)定性與國外專業(yè)廠家相比還有很大差距，而且各機臺單獨控制，難以實現(xiàn)設(shè)備之間以及設(shè)備與外界之間的信息交換，不利于集中監(jiān)控管理。目前國內(nèi)大部分染整廠使用香港、臺灣、意大利等國十年前生產(chǎn)的染色機。個別企業(yè)還在使用國產(chǎn)的拉缸噴淋式繩狀染色機，這類老型號的設(shè)備浴比大、拉伸大、產(chǎn)量低，屬于淘汰設(shè)備。近年來，染整企業(yè)新增的高檔染色機多半依賴進口，價格昂貴。染色機的發(fā)展趨勢縱觀國內(nèi)外染色機的發(fā)展狀況，總的發(fā)展趨勢可以概括為:計算機技術(shù)己普遍應(yīng)用、設(shè)備的自動化程度不斷提高，機電一體化己經(jīng)取得很大的發(fā)展，設(shè)備運行高速高效。染色機正在向適應(yīng)產(chǎn)品的小批量、多品種、高質(zhì)量，低張力、小浴比節(jié)約水電和染化料，減少廢液排放的方向發(fā)展，近年來特別突出的是提高機臺的自動化程度，計算機在染色機上己廣泛應(yīng)用，并注意研究新機型和改進老機型。染色機控制系統(tǒng)應(yīng)該具有結(jié)構(gòu)簡單，性能可靠，性價比高，實時性強，靈活，易于擴充的特點。染色機控制系統(tǒng)采用PLC可編程控制器，配置變頻器，利用可編程控制器控制染液按設(shè)定的速率升溫，降溫，保溫。還可以對提布棍，循環(huán)泵的轉(zhuǎn)速實現(xiàn)定時、定速控制。由于機器配備了可調(diào)節(jié)的噴嘴，可以使織物與染液接近同步速度運行，避免起毛及變形磨損的現(xiàn)象。工藝上可以消除色花、色差等質(zhì)量問題從而達到很好的控制效果。采用PLC作主控電器元件，自動化程度高，具有各種故障自動識別，自動報警，動作聯(lián)鎖，安全性好。操作簡單方便，可靠性高，維護工作量極少。還可以配置工控機和觸摸屏作為上位機，用來進行參數(shù)的修改與設(shè)定、全自動控制、在線監(jiān)視、傳送信息等工作。隨著計算機及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，染色機計算機控制系統(tǒng)也應(yīng)運而生，采用集中監(jiān)視管理和分散控制的分級式主從結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)分為兩級:上位機對系統(tǒng)進行監(jiān)控管理:多個分布在各個工作現(xiàn)場的下位機作為從站，負責(zé)現(xiàn)場信息的采集并向主站發(fā)放有關(guān)信號及執(zhí)行具體控制命令。這有利于大型染整企業(yè)多臺染色機的群監(jiān)群控，縮小不同染機所染物間的色差。PLC在染色機上的應(yīng)用前景可編程控制器(簡稱PLC)是60年代末美國數(shù)字公司研制開發(fā)的工業(yè)控制器件。隨著微電子技術(shù)、計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，PLC軟硬件水平與規(guī)模也發(fā)生了量的變化與質(zhì)的飛躍，其控制技術(shù)也朝著智能化方向發(fā)展。國際電工委員會(IEC)頒布了對PLC的規(guī)定〔81:可編程控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計。它采用可編程序的存貯器，用來在其內(nèi)部存貯執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，并通過數(shù)字的、模擬的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P(guān)設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴充其功能的原則設(shè)計。目的是用來取代繼電器、執(zhí)行邏輯、記時、計數(shù)等順序控制功能，建立柔性的程控系統(tǒng)。PLC在工業(yè)現(xiàn)場因其編程方便，抗干擾能力強，獲得了廣泛的應(yīng)用。但受到內(nèi)部硬件電路的限制，在運算速度、數(shù)據(jù)處理能力等方面和PC機相比，要遜色很多。因此在工業(yè)現(xiàn)場對復(fù)雜模型進行控制時，可以借助上位機PC來建立生產(chǎn)模型，通過構(gòu)建SCC監(jiān)督式控制系統(tǒng)，讓下位機PC為一DCC直接數(shù)字控制系統(tǒng)，實現(xiàn)復(fù)雜系統(tǒng)的控制。另外，還可通過上位機PC和下位機PC組建監(jiān)控系統(tǒng)，達到對工業(yè)現(xiàn)場實時監(jiān)控的目的。其中關(guān)鍵技術(shù)為PC機和PC之間的通訊。本文首先介紹PC機與PLC的通訊種類和機制，然后就采用高級語言VB和組態(tài)軟件MCGS，對完成以上二者通訊PC機和PLC有兩種通訊方式，一種是PC機作主動者，即主局，PLC為從動者，即子局。另一種是PLC為主局，而PC機為子局。無論工作在哪種方式，數(shù)據(jù)一般都采用串行方式來傳輸，即可通過RS232、RE422或RS485電纜線來進行信息傳遞。在進行通訊時，首先將PC機和PLC傳遞信息的波特率設(shè)置一致。另外還要對奇偶校驗位、傳輸數(shù)據(jù)位數(shù)和停止位進行設(shè)置。在PC機和PLC進行通訊時，要使用命令幀和響應(yīng)幀的形式來進行信息傳遞。每次通信送出的一組數(shù)據(jù)稱作“幀”。幀可以從持有發(fā)送權(quán)的一方傳出。每送出一幀，上位機或PLC就將發(fā)送權(quán)交給另一方。當接收方收到終端（命令或響應(yīng)的終字符）或分界符（分割幀的字符）信息后，就將發(fā)送權(quán)轉(zhuǎn)到另一方。PLC具有可靠性高、模塊化結(jié)構(gòu)組合靈活、編程直觀簡單方便的特點。其功能有以下幾種:開關(guān)量控制;模擬量控制;定時控制;計數(shù)控制;通訊聯(lián)網(wǎng)功能;步進控制;數(shù)據(jù)處理;自診斷功能;定位控制;顯示和打印功能。可以預(yù)見，隨著PLC成本的降低和機器要求的提高，將很快在大部分場合取代繼電器控制屏。其模塊化的電路、模擬量控制和通訊聯(lián)網(wǎng)等方面的功能日益強大以及良好的抗干擾能力，使它在工業(yè)上的應(yīng)用越來越廣。無論是與傳統(tǒng)的繼電器、接觸器邏輯控制相比，還是與現(xiàn)代的微型計算機系統(tǒng)乃至專用于控制的單片機相比，在工業(yè)控制方面PLC都具有明顯的優(yōu)越性。尤其是對生產(chǎn)流水線、動作復(fù)雜的單機，比起前述幾種控制手段來具有壽命長，可靠性高，對環(huán)境無特殊要求，開發(fā)費用低，周期短，無需專門的計算機軟、硬件知識，易掌握，功能擴展方便，成本可為一般用戶所接受等優(yōu)點，是現(xiàn)代機電一體化產(chǎn)品控制裝置的理想選擇。高溫高壓染色機的工作特點是:溫度控制精度要求高，執(zhí)行元件多，動作頻繁，安全聯(lián)鎖多，既有開關(guān)量控制又有模擬量控制。又處于酸、堿、水、蒸汽高溫高壓的惡劣環(huán)境中，因此對控制系統(tǒng)的抗干擾能力、可靠性要求極高。出于價格原因，有的染色機采用單片機控制，但在很多由PC機和單片機構(gòu)成的溫度控制系統(tǒng)中，由于單片機外部電路復(fù)雜，抗干擾能力弱，需要另外加入軟硬件保護，維護困難，這在一定程度上限制了它的使用和發(fā)展。國外在染色機上已經(jīng)大量地采用了PLC，大有取代單片機之勢，故障率大大降低，性能有了很大提高。通過對各種控制系統(tǒng)的分析比較，我們對染色機擬采用以PLC為核心的控制系統(tǒng)。論文研究的主要內(nèi)容南通三喜織染有限公司是一家老牌染整企業(yè)，擁有各類染色機二十多臺，其中有四臺高溫高壓染色機是九十年代進口設(shè)備。隨著使用年限的增加，潮濕的生產(chǎn)環(huán)境，電氣設(shè)備老化、接觸不良，參數(shù)易丟失，死機造成動作失常，故障頻繁，影響正常生產(chǎn)和染布質(zhì)量，急需改進。為了加快對老設(shè)備的技術(shù)改造，提高整機自動化程度和運行可靠性，研究開發(fā)了“高溫高壓染色機控制系統(tǒng)”。在對國內(nèi)外染色機的現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢進行分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合當前國內(nèi)染色機發(fā)展水平和目標要求，確定本項目工作的主要內(nèi)容如下:設(shè)計一套自動控制系統(tǒng)，對生產(chǎn)工藝過程進行自動控制，對溫度進行自動測控。整個系統(tǒng)設(shè)計研究的主要內(nèi)容如下:(1)分析國內(nèi)外染色機控制方法;(2)對待改進的染色機控制系統(tǒng)提出總體方案;(3)溫度控制方案的確定;(4)可編程控制器的硬件、軟件設(shè)計及安裝調(diào)試;(5)人機界面的設(shè)計以及系統(tǒng)通訊。染色機及其控制系統(tǒng)的總體方案設(shè)計自二十世紀六十年代美國推出可編程邏輯控制器（ProgrammableLogicController，PLC）取代傳統(tǒng)繼電器控制裝置以來，PLC得到了快速發(fā)展，在世界各地得到了廣泛應(yīng)用。同時，PLC的功能也不斷完善。隨著計算機技術(shù)、信號處理技術(shù)、控制技術(shù)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展和用戶需求的不斷提高，PLC在開關(guān)量處理的基礎(chǔ)上增加了模擬量處理和運動控制等功能。今天的PLC不再局限于邏輯控制，在運動控制、過程控制等領(lǐng)域也發(fā)揮著十分重要的作用。作為離散控的制的首選產(chǎn)品，PLC在二十世紀八十年代至九十年代得到了迅速發(fā)展，世界范圍內(nèi)的PLC年增長率保持為20%～30%。隨著工廠自動化程度的不斷提高和PLC市場容量基數(shù)的不斷擴大，近年來PLC在工業(yè)發(fā)達國家的增長速度放緩。但是，在中國等發(fā)展中國家PLC的增長十分迅速。綜合相關(guān)資料，2004年全球PLC的銷售收入為100億美元左右，在自動化領(lǐng)域占據(jù)著十分重要的位置。PLC是由摸仿原繼電器控制原理發(fā)展起來的，二十世紀七十年代的PLC只有開關(guān)量邏輯控制，首先應(yīng)用的是汽車制造行業(yè)。它以存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和運算等操作的指令；并通過數(shù)字輸入和輸出操作，來控制各類機械或生產(chǎn)過程。用戶編制的控制程序表達了生產(chǎn)過程的工藝要求，并事先存入PLC的用戶程序存儲器中。運行時按存儲程序的內(nèi)容逐條執(zhí)行，以完成工藝流程要求的操作。PLC的CPU內(nèi)有指示程序步存儲地址的程序計數(shù)器，在程序運行過程中，每執(zhí)行一步該計數(shù)器自動加1，程序從起始步（步序號為零）起依次執(zhí)行到最終步（通常為END指令），然后再返回起始步循環(huán)運算。PLC每完成一次循環(huán)操作所需的時間稱為一個掃描周期。不同型號的PLC，循環(huán)掃描周期在1微秒到幾十微秒之間。PLC用梯形圖編程，在解算邏輯方面，表現(xiàn)出快速的優(yōu)點，在微秒量級，解算1K邏輯程序不到1毫秒。它把所有的輸入都當成開關(guān)量來處理，16位（也有32位的）為一個模擬量。大型PLC使用另外一個CPU來完成模擬量的運算。把計算結(jié)果送給PLC的控制器。相同I/O點數(shù)的系統(tǒng)，用PLC比用DCS，其成本要低一些（大約能省40%左右）。PLC沒有專用操作站，它用的軟件和硬件都是通用的，所以維護成本比DCS要低很多。一個PLC的控制器，可以接收幾千個I/O點（最多可達8000多個I/O）。如果被控對象主要是設(shè)備連鎖、回路很少，采用PLC較為合適。PLC由于采用通用監(jiān)控軟件，在設(shè)計企業(yè)的管理信息系統(tǒng)方面，要容易一些?？删幊炭刂萍夹g(shù)并非單純是指PLC本身，而是包括其在內(nèi)的一系列自動控制裝置和技術(shù)的應(yīng)用。本系統(tǒng)在電氣控制部分設(shè)計時，充分考慮到用戶對染色機的功能需求和性能要求，在具體實現(xiàn)的過程中，又以系統(tǒng)的可靠性與易操作性為準則，盡量把本系統(tǒng)設(shè)計成為一個功能齊全、可靠性高且易于使用的染色設(shè)備。在設(shè)計控制系統(tǒng)之前，首先得了解機器結(jié)構(gòu)及其生產(chǎn)工藝。染色機概述染色過程染色是指染液中的染料向浸在其中的纖維轉(zhuǎn)移并透入纖維內(nèi)部，最終使纖維染上顏色的過程。染色過程一般包括三個階段。(1)吸附當纖維放入染液中后，染液中的染料就會逐漸擴散轉(zhuǎn)移到纖維表面，這個過程為吸附。吸附是可逆的，由于染液中染料濃度的變化，己染到纖維上的染料會重新擴散到染浴中去，這一過程稱為解吸。在上染過程中，吸附與解吸同時存在并保持平衡。(2)擴散由于染料吸附在纖維表面，使纖維內(nèi)外形成染料濃度差，因而促使染料由纖維向其內(nèi)部擴散。此時溶液中的染料又繼續(xù)吸附到纖維表面，直到吸附和解析再次達到平衡。(3)固著擴散到纖維內(nèi)部的染料與纖維相結(jié)合的過程稱為固著。固著方式因染料和纖維的種類不同而異。在染色過程中，上述三個階段相互之間既有區(qū)別又有聯(lián)系，不能截然分開。染色設(shè)備染色設(shè)備種類很多，按被染物的種類不同可分為纖維染色機、紗線染色機和織物染色機；按染色方法不同分為浸染機、卷染機和軋染機;按運轉(zhuǎn)形式不同分為間歇式染色機和連續(xù)式染色機。在織物染色過程中，因被加工的織物的形態(tài)不同又可分為繩狀和平幅兩種形式。本文的研究對象是高溫高壓噴射溢流染色機，屬于間歇式染色機，其加工對象為繩狀織物。染色機工作原理染色機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2--1，圖中左側(cè)為染缸，右側(cè)為染色用料的化料桶。染缸是主要控制對象，在盛有染液的染缸內(nèi)，循環(huán)泵強制染液在染缸內(nèi)循環(huán)流動，繩狀織物在儲布槽前部由提升滾筒提起后送進噴嘴，再由噴嘴噴出的液流帶動前行，使織物折迭在儲布槽的后部。在自身重力和主泵吸力的作用下，織物沿著鋪設(shè)在儲布槽底部的一塊高潤滑性的“特氟隆”片，順滑地移動到儲布槽前部。這樣反復(fù)循環(huán)，完成染色過程。化料桶用于染料和化學(xué)劑的調(diào)制，按工藝要求定時定量通過注料泵注入染缸。圖2-1染色機工作原理示意圖高溫高壓染色工藝過程染色機在整個染色過程中，主要是控制染缸內(nèi)染液執(zhí)行一條溫度按時間變化的工藝曲線，在工藝曲線中既有多段不同速率的升溫段、降溫段及多段不同時間的保溫段，又有配料、加料、進水、排水等輔助工序。圖2--2是一條典型的工藝曲線，織物進入染缸后關(guān)上工作門，入水到設(shè)定水位，循環(huán)泵啟動，開始加熱，染液溫度達到50℃時加助劑(用時5分鐘)，緊接著加染料(用時20分鐘)，繼續(xù)保溫10分鐘，然后以10C/分鐘的速度升溫至90℃，保溫10分鐘后再以10C/分鐘的速度升溫至1300C，保溫30-40分鐘，再以1.5℃/分鐘的速度降溫，溫度降至60℃時排液。圖2-2工藝曲線在進行高溫高壓染色時，當染液溫度高于85℃時，需要向染缸內(nèi)充入壓縮空氣加壓，以提高染液沸點溫度，保證染機正常工作。當壓力不足時自動打開壓縮空氣進氣閥，送入壓縮空氣加壓，直至壓力達到設(shè)定值，再將進氣閥關(guān)閉。在升溫過程中壓力過高時安全排壓閥打開，自動排氣，使壓力不超過上限。根據(jù)染色生產(chǎn)特點可將整個染色過程分為以下幾個工序:1)入水;2)入布;3)配料;4)注料5)升溫:6)保溫;7)降溫;8)取樣;9)水洗;10)出布;11)排水。在整個工藝過程中主要是對溫度、液位和壓力進行控制。染色機的構(gòu)造染色機的整機外型如圖2--3所示，機器主要由染缸、循環(huán)系統(tǒng)、熱交換器、加料系統(tǒng)、進出布機構(gòu)控制系統(tǒng)組成。圖2-3整機外型（1）循環(huán)系統(tǒng)循環(huán)泵(主泵)用來帶動染缸內(nèi)的染液作定向循環(huán)，由變頻電機驅(qū)動，其轉(zhuǎn)速由電控箱上的數(shù)顯轉(zhuǎn)速表顯示。循環(huán)泵和馬達的軸同步加工，固裝于同軸底座上，確保染液循環(huán)和機械運轉(zhuǎn)平穩(wěn)。循環(huán)泵的體積小，但吐液量大，故在低浴比染色狀況下亦能獲得較好的勻染性。噴嘴裝在染缸的上部，是織物進行染色交換的地方，噴嘴壓力由輸送管道上的壓力表指示，并可通過循環(huán)泵出口的節(jié)流閥加以調(diào)節(jié)，壓力的大小則視織物的材質(zhì)根據(jù)經(jīng)驗來加以確定。提升滾筒的作用是將折疊在染缸底部的織物提起送至噴嘴，由變頻電機驅(qū)動，其線速度由裝在電控箱上的數(shù)顯速度表指示。提升滾筒的速度可通過裝設(shè)在主電控箱上的控制單元來控制，即在總電控箱上直接旋轉(zhuǎn)速度調(diào)節(jié)旋鈕，直到數(shù)字顯示器顯示為所需的轉(zhuǎn)速設(shè)定值為止。（2）熱交換器熱交換器用于染色過程中對染液進行加熱和冷卻，蒸汽和冷卻水的流量由電氣調(diào)節(jié)閥控制，使染液溫度嚴格按工藝要求變化。熱交換器為多管式設(shè)計，該熱交換器效率高，升、降溫時間短，溫度由20℃上升至130℃只需25分鐘;由130℃降至80℃只需20分鐘。（3）加料系統(tǒng)化料桶用于染料和化學(xué)助劑的調(diào)制，打開相應(yīng)的閥門，便可將清水或染液注入桶內(nèi)，經(jīng)電動攪拌器攪拌后，按工藝要求定時定量通過注料泵注入染缸?；贤霸O(shè)有染液回流閥(控制染液從染缸回流至料桶)，配以離心式斜切口，使染液回流時能形成一旋轉(zhuǎn)水流，以促成對染料、助劑進行充分的攪拌。染料、助劑的注入可選擇自動或手動操作。在自動操作時，料桶內(nèi)的液位感測裝置會依照事先輸入的程序控制染料、助劑的注入速度，這對于防止色花等有較明顯的作用。（4）進出布機構(gòu)進出布滾筒由一帶齒輪減速箱的電機驅(qū)動，可作正反向運轉(zhuǎn)，正轉(zhuǎn)用于染色前的進布，反轉(zhuǎn)用于染色工藝完成后出布。（5）控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)用于控制水(液)、蒸汽、壓縮空氣管路閥門的啟閉、調(diào)節(jié)閥的開度以及電機的啟停和轉(zhuǎn)速控制。染缸內(nèi)染液溫度由鉑電阻測量，經(jīng)變送器輸入PLC的A/D接口，經(jīng)過調(diào)節(jié)算法運算后，由D/A接口經(jīng)過執(zhí)行機構(gòu)控制蒸汽閥門的開度，調(diào)節(jié)送入熱交換器的蒸汽量，使染液的溫度變化斜率符合編程設(shè)定的升溫斜率。在降溫階段，送入冷卻水冷卻，使溫度變化曲線滿足工藝要求。液位傳感器檢測染缸液位，按浴比(被染物與水的比例)要求控制液位高度?；贤耙何粰z測值用來作為控制回流量、注料量以及注料速度的依據(jù)。壓力檢測元件測量染缸內(nèi)壓力，根據(jù)工作要求確定進氣增壓或是排氣減壓。另外，本機控制系統(tǒng)設(shè)置了很多安全聯(lián)鎖功能，例如只有在溫度小于85'C，壓力小于0.01kg/cm時，系統(tǒng)才允許進行開蓋操作(取樣或出布)，以確保安全生產(chǎn)。打結(jié)檢測開關(guān)可以檢測到織物在提升滾筒上部的打結(jié)，然后啟動自動解除纏繞程序。布縫探測開關(guān)的檢測信號在探測使能按鈕按下后生效，當布縫經(jīng)過工作門時提升滾筒停轉(zhuǎn)，方便操作工拆開布縫出布。系統(tǒng)的需求分析功能要求控制系統(tǒng)改造后要求實現(xiàn)的主要功能有：(1)按浴比和織物重量控制加水量；(2)按工藝要求自動控制染色溫度，使其遵循染色溫度曲線的變化，誤差,<2%;(3)按時按量均勻加入染化料和助劑；(4)染色工藝可編程實現(xiàn)，任意修改、制訂；(5)存儲溫度曲線，每罐染色結(jié)束后將溫度曲線發(fā)送至上位機；(6)運行數(shù)據(jù)及時保存，確保在惡劣的現(xiàn)場條件和干擾環(huán)境以及意外斷電等情況下系統(tǒng)能夠安全運行；(7)全中文的人機操作界面，直接明了，可方便地傳遞數(shù)據(jù)，查看和設(shè)定參數(shù)；(8)循環(huán)泵電機、提升滾筒電機速度無級變速、平滑啟動；(9)在出現(xiàn)織物打結(jié)、纏布、溫度過高等故障時能發(fā)出報警信號，在故障消除后能繼續(xù)工作；(10)配置卸壓啟蓋等安全聯(lián)鎖裝置和電源自動切斷裝置。性能要求(1)可靠性系統(tǒng)是作為工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計的，工作在高溫、潮濕、酸堿等較為惡劣的環(huán)境之下，而且通常處于連續(xù)工作狀態(tài)，因此對其可靠性的要求較高。(2)可操作性系統(tǒng)主要是面向操作工人和基層的技術(shù)人員，因此，要求系統(tǒng)的操作界面必須友好，而且具有一定的容錯及安全保密措施。(3)可維護性系統(tǒng)采用模塊化結(jié)構(gòu)，便于維護，縮短維修時間，不影響正常生產(chǎn)。(4)開放性系統(tǒng)功能具備進一步的擴充能力，有利于實現(xiàn)群控。主要規(guī)格及技術(shù)參數(shù)(1)工作介質(zhì):染液、蒸汽、水。(2)控溫范圍:48℃--140'C;測溫范圍:0℃--153℃。(3)加熱和冷卻能力:高溫高壓染色機的最高加熱溫度為140℃;最低冷卻溫度為85℃。(4)熱交換方式:分別采用蒸汽或冷卻水間接加熱或冷卻。使用蒸汽壓力:0.5Mpa:使用冷卻水壓力:0.1-0.5Mpa。(5)浴比：小浴比1：4，中浴比1：8。水位控制設(shè)定范圍:0-1OOcm。(6)充氣加壓，使用壓縮空氣壓力:0.4-0.6MPa;工作壓力:簇0.4Mpa(表壓);最高工作壓力:0.5MPa。(7)織物運行速度:20-200m/min(連續(xù)可調(diào))。(8)最大布容量:400kg。控制方案論證控制系統(tǒng)的設(shè)計方案主要是依據(jù)系統(tǒng)的功能需求等提出的，在方案的論證階段，我們提出了幾個候選方案，其主要差別在于控制器、人機界面和染色機各部分動作控制實現(xiàn)方面的不同。在控制器的選擇上，有利用單片機和可編程控制器兩種方案;在人機界面實現(xiàn)方案的選擇上，分為液晶(LCD)+單片機、顯示器十微機和觸摸屏三種。在具體方案的篩選過程中，我們將系統(tǒng)的可靠性、可實現(xiàn)性、可維護性及經(jīng)濟性作為評價設(shè)計方案的主要依據(jù)。在比較了多家公司的產(chǎn)品之后，最終確定了系統(tǒng)的總體方案。下面分別對幾種方案逐項進行比較?？刂破鞯倪x擇控制器的構(gòu)成，采用單片機和可編程控制器構(gòu)成的控制系統(tǒng)在可靠性、可實現(xiàn)性、可維護性以及經(jīng)濟性方面的比較如表2-4。經(jīng)過詳細的調(diào)研和分析對比，考慮到染色機一般處于間歇工作或24小時連續(xù)工作的狀態(tài)，處在酸、堿、水、蒸汽高溫的惡劣環(huán)境中，因此對控制系統(tǒng)的抗干擾能力、可靠性要求非常高。所以，我們最終選擇了采用可編程控制器這一方案。至于可編程控制器的選型，當時有SIEMENS公司的S7-300和MTSUBISHI公司的FX2N兩種可編程控制器可供選擇，但由于對FX2N系列可編程控制器較為熟悉且其價格較低，因此我們選擇了FX2N作為系統(tǒng)的控制器。系統(tǒng)性能可靠性可實現(xiàn)性可維護性經(jīng)濟性片機系統(tǒng)較差，易受干擾，需采用多種抗干擾措施實現(xiàn)較為復(fù)雜，同時需設(shè)計大量外圍接口電路使用元件較多，維護困難價格便宜可編程控制器系統(tǒng)好，平時無故障時間可達十萬小時實現(xiàn)簡單，對于大多數(shù)信號可直接接入模塊化設(shè)計，維護方便價格比單片機高，但目前降價趨勢明顯人機界面的實現(xiàn)方案人機界面的實現(xiàn)方案較多，歸納起來主要有液晶(LCD)十單片機、顯示器十微型計算機和觸摸屏三種。界面性能可靠性可實現(xiàn)性可維護性經(jīng)濟性液晶+單片機一般編程復(fù)雜，可實現(xiàn)性較差程序的維修較為麻煩，不利于維護價格便宜顯示器+微型計算機一般，考慮到價格因素，微機一般選用普通的家用微機，抗干擾能力差較好，在微機上可使用的軟件較多，實現(xiàn)較為方便，但在可編程控制器中需編寫通信程序程序修改方便，可維護性較好價格較高觸摸屏好采用專用的組態(tài)軟件進行編程，且內(nèi)置通信程序，可實現(xiàn)性好通過組態(tài)軟件，進行修改，可維護性好價格高，選擇單色小尺寸的產(chǎn)品可降低成本表2-5是這三種人機界面實現(xiàn)方案的性能比較通過反復(fù)比較，我們最終確定了以觸摸屏作為人機界面的方案?？刂葡到y(tǒng)的總體方案整個控制系統(tǒng)由可編程控制器動作控制、電機變頻調(diào)速控制、溫度液位壓力檢測控制和觸摸屏等部分組成。其中可編程控制器是整個系統(tǒng)的控制中心，進入系統(tǒng)的所有信號都先要經(jīng)過可編程控制器，它讀取輸入信號后，按照內(nèi)部設(shè)定的程序進行處理，進而控制相應(yīng)的執(zhí)行機構(gòu)動作。溫度檢測控制系統(tǒng)根據(jù)可編程控制器檢測到的溫度與設(shè)定溫度進行比較，然后通過模擬量輸出模塊輸出控制調(diào)節(jié)閥，調(diào)節(jié)蒸汽或冷卻水閥門開度進行溫度控制。觸摸屏則為系統(tǒng)提供了友好的人機界面，系統(tǒng)所有的參數(shù)都存放在可編程控制器的內(nèi)部RAM里，由可編程控制器的串行口與觸摸屏相連，通過觸摸屏對各個參數(shù)進行讀取和設(shè)置。PLC控制系統(tǒng)設(shè)計的基本步驟PLC的工作方式和通用微機不完全一樣，因此系統(tǒng)開發(fā)過程與微機控制系統(tǒng)的開發(fā)過程有所不同，需要根據(jù)PLC的特點進行系統(tǒng)設(shè)計。PLC與繼電器控制系統(tǒng)也有本質(zhì)區(qū)別，硬件和軟件可分開設(shè)計是PLC的一大特點。可編程控制器應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計與調(diào)試的主要步驟如下：(1)深入了解和分析被控對象的工藝條件和控制要求被控對象是指受控的機械、電氣設(shè)備、生產(chǎn)線或生產(chǎn)過程。控制要求主要指控制的基本方式、應(yīng)完成的動作、自動工作循環(huán)的組成、必要的保護和聯(lián)鎖等。對較復(fù)雜的控制系統(tǒng)，還可將控制任務(wù)分成幾個獨立部分，這種可化繁為簡，有利于編程和調(diào)試。(2)確定I/0設(shè)備根據(jù)被控對象對PLC控制系統(tǒng)的功能要求，確定系統(tǒng)所需的用戶輸入、輸出設(shè)備。常用的輸入設(shè)備有按鈕、選擇開關(guān)、行程開關(guān)、傳感器等，常用的輸出設(shè)備有繼電器、接觸器、指示燈、電磁閥等。(3)選擇合適的PLC類型根據(jù)已確定的用戶1/0設(shè)備，統(tǒng)計所需的輸入信號和輸出信號的點數(shù)，選擇合適的PLC類型，包括機型的選擇、容量的選擇、1/0模塊的選擇、電源模塊的選擇等。(4)分配1/0點分配PLC的輸入輸出點，編制出輸入/輸出分配表或者畫出輸入/輸出端子的接線圖。接著就可以進行PLC程序設(shè)計，同時可進行控制柜或操作臺的設(shè)計和現(xiàn)場施工。(5)設(shè)計應(yīng)用系統(tǒng)梯形圖程序根據(jù)工作功能圖表或狀態(tài)流程圖等設(shè)計出梯形圖即編程。這一步是整個應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計的核心工作，也是比較困難的一步，要設(shè)計好梯形圖，首先要十分熟悉控制要求，同時還要有一定的電氣設(shè)計的實踐經(jīng)驗。(6)將程序輸入PLC當使用簡易編程器將程序輸入PLC時，需要先將梯形圖轉(zhuǎn)換成指令助記符，以便輸入。當使用可編程序控制器的輔助編程軟件在計算機上編程時，可通過上下位機的連接電纜將程序下載到PLC中去。(7)進行軟件測試程序輸入PLC后，應(yīng)先進行測試工作。因為在程序設(shè)計過程中，難免會有疏漏的地方。因此在將PLC連接到現(xiàn)場設(shè)備上去之前，必需進行軟件測試，以排除程序中的錯誤，同時也為整體調(diào)試打好基礎(chǔ)，縮短整體調(diào)試的周期。(8)應(yīng)用系統(tǒng)整體調(diào)試在PLC硬件設(shè)計和控制柜及現(xiàn)場施工完成后，就可以進行整個系統(tǒng)的聯(lián)機調(diào)試，如果控制系統(tǒng)是由幾個部分組成，則應(yīng)先作局部調(diào)試，然后再進行整體調(diào)試;如果控制程序的步序較多，則可先進行分段調(diào)試，然后再連接起來總調(diào)。調(diào)試中發(fā)現(xiàn)的問題，要逐一排除，直至調(diào)試成功。(9)編制技術(shù)文件系統(tǒng)技術(shù)文件包括說明書、電氣原理圖、電器布置圖、電氣元件明細表、PLC梯形圖?？刂葡到y(tǒng)硬件總體結(jié)構(gòu)關(guān)系本系統(tǒng)采用可編程控制器(PLC)作為控制核心和觸摸屏構(gòu)成兩級控制結(jié)構(gòu)。PLC負責(zé)按鈕、檢測開關(guān)等開關(guān)量信號和溫度、液位模擬量信號的輸入，以及發(fā)出信號去控制先導(dǎo)電磁閥、繼電器、變頻器等電氣元件，進而控制各閥門的啟閉、電機的運行，同時控制相應(yīng)指示燈的顯示。觸摸屏用來進行參數(shù)的修改與設(shè)定、全自動控制、在線監(jiān)視、傳送信息等工作。觸摸屏通過RS422串行口與PLC相連，進行相互通信、數(shù)據(jù)交換，所以觸摸屏是通過發(fā)出命令去控制PLC的運行以達到進行全自動控制的目的。PLC通過RS485模塊和變頻器進行通信，達到控制變頻器的啟停和轉(zhuǎn)向、轉(zhuǎn)速的要求。控制系統(tǒng)主要器件的選擇染色機控制系統(tǒng)主要器件包括觸摸屏、PLC、變頻器、RS485通訊卡等主要器件。它們的選擇原則是在保證功能的前提下盡可能地選擇可靠性高和使用方便的產(chǎn)品。另外的如接觸器、中間繼電器、電磁閥、壓力開關(guān)等主要利用原有的器件，所以這里不一一列出。(1)觸摸屏日本Digital公司GP系列觸摸屏工業(yè)圖形顯示器(簡稱觸摸屏)是一種連接人和機器(主要為PLC)的人機界面(HMI)，被稱為PLC的臉面。它是替代傳統(tǒng)的控制面板和鍵盤的智能化操作顯示器?？捎糜趨?shù)的設(shè)置、數(shù)據(jù)的顯示和存儲、并以曲線、動畫等形式描繪自動化控制的過程，并可簡化PLC的控制程序。GP2000系列觸摸屏具有全中文可編程人機界面，方便、實用;可接入多種工業(yè)網(wǎng)絡(luò);開放式通訊協(xié)議;與任何品牌的PLC或個人單片機直接通訊;內(nèi)置CF卡接口，創(chuàng)新以太網(wǎng)接口，方便數(shù)據(jù)采集。受到眾多高端機械設(shè)備生產(chǎn)廠商的青睞。本系統(tǒng)中觸摸屏上位機主要用來傳送工藝數(shù)據(jù)和監(jiān)控機臺的實時運行曲線，我們選用型號為GP2500-TC41-24V的觸摸屏，該觸摸屏為640*480點的高清析度顯示屏，配有兩個數(shù)據(jù)交換口，RS232和RS422,RS232可以和打印機連接進行打印數(shù)據(jù)報表等，RS422與PLC編程口相連進行工作過程的監(jiān)控和數(shù)據(jù)參數(shù)的設(shè)定與修改。(2)PLC的模塊配置在進行這項工作之前，需要對控制對象和控制任務(wù)進行統(tǒng)計和分析。然后確定系統(tǒng)的規(guī)模、機型和配置。經(jīng)過統(tǒng)計，本染色機控制系統(tǒng)需要配置如下16點輸入，12點輸出。歐姆龍集團全球知名的自動化控制及電子設(shè)備制造廠商，掌握著世界領(lǐng)先的傳感與控制核心技術(shù)。截止到2007年度，歐姆龍集團已經(jīng)擁有員工35,811人(2008年4月20日)，全球營業(yè)額近7,630億日元。產(chǎn)品品種達幾十萬種，涉及工業(yè)自動化控制系統(tǒng)、電子元器件、汽車電子、社會系統(tǒng)以及健康醫(yī)療設(shè)備等廣泛領(lǐng)域。歐姆龍研發(fā)的“傳感與控制”技術(shù)，不僅包括了傳統(tǒng)傳感器的信息提取功能，還在“傳感與控制”技術(shù)相結(jié)合的基礎(chǔ)上，通過人工智能系統(tǒng)的加工，將提取到的數(shù)據(jù)高效而準確地轉(zhuǎn)化為有價值的信息。(3)PLC的選擇可編程控制器簡稱PC（ProgrammableController），它經(jīng)歷了可編程序矩陣控制器PMC、可編程序順序控制器PSC，可編程序邏輯控制器PLC（ProgrammableLogicController）和可編程序控制器PC幾個不同時期。為與個人計算機（PC）相區(qū)別，現(xiàn)在仍然沿用可編程邏輯控制器這個老名字。1987年國際電工委員會（InternationalElectricalCommittee）頒布的PLC標準草案中對PLC做了如下定義：“PLC是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的數(shù)字運算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、計時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。PLC及其有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)該按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴展其功能的原則而設(shè)計?！盤LC的特點可靠性高，抗干擾能力強傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)中使用了大量的中間繼電器、時間繼電器。由于觸點接觸不良，容易出現(xiàn)故障。PLC用軟件代替大量的中間繼電器和時間繼電器，僅剩下與輸入和輸出有關(guān)的少量硬件，接線可減少到繼電器控制系統(tǒng)的1/10~1/100，因觸點接觸不良造成的故障大為減少。高可靠性是電氣控制設(shè)備的關(guān)鍵性能。PLC由于采用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路技術(shù)，采用嚴格的生產(chǎn)工藝制造，內(nèi)部電路采取了先進的抗干擾技術(shù)，具有很高的可靠性。例如三菱公司生產(chǎn)的F系列PLC平均無故障時間高達30萬小時。一些使用冗余CPU的PLC的平均無故障工作時間則更長。從PLC的機外電路來說，使用PLC構(gòu)成控制系統(tǒng)，和同等規(guī)模的繼電接觸器系統(tǒng)相比，電氣接線及開關(guān)接點已減少到數(shù)百甚至數(shù)千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC帶有硬件故障自我檢測功能，出現(xiàn)故障時可及時發(fā)出警報信息。在應(yīng)用軟件中，應(yīng)用者還可以編入外圍器件的故障自診斷程序，使系統(tǒng)中除PLC以外的電路及設(shè)備也獲得故障自診斷保護。這樣，整個系統(tǒng)具有極高的可靠性也就不奇怪了。硬件配套齊全，功能完善，適用性強PLC發(fā)展到今天，已經(jīng)形成了大、中、小各種規(guī)模的系列化產(chǎn)品，并且已經(jīng)標準化、系列化、模塊化，配備有品種齊全的各種硬件裝置供用戶選用，用戶能靈活方便地進行系統(tǒng)配置，組成不同功能、不同規(guī)模的系統(tǒng)。PLC的安裝接線也很方便，一般用接線端子連接外部接線。PLC有較強的帶負載能力，可直接驅(qū)動一般的電磁閥和交流接觸器，可以用于各種規(guī)模的工業(yè)控制場合。除了邏輯處理功能以外，現(xiàn)代PLC大多具有完善的數(shù)據(jù)運算能力，可用于各種數(shù)字控制領(lǐng)域。近年來PLC的功能單元大量涌現(xiàn)，使PLC滲透到了位置控制、溫度控制、CNC等各種工業(yè)控制中。加上PLC通信能力的增強及人機界面技術(shù)的發(fā)展，使用PLC組成各種控制系統(tǒng)變得非常容易。易學(xué)易用，深受工程技術(shù)人員歡迎PLC作為通用工業(yè)控制計算機，是面向工礦企業(yè)的工控設(shè)備。它接口容易，編程語言易于為工程技術(shù)人員接受。梯形圖語言的圖形符號與表達方式和繼電器電路圖相當接近，只用PLC的少量開關(guān)量邏輯控制指令就可以方便地實現(xiàn)繼電器電路的功能。為不熟悉電子電路、不懂計算機原理和匯編語言的人使用計算機從事工業(yè)控制打開了方便之門。系統(tǒng)的設(shè)計、安裝、調(diào)試工作量小，維護方便，容易改造PLC的梯形圖程序一般采用順序控制設(shè)計法。這種編程方法很有規(guī)律，很容易掌握。對于復(fù)雜的控制系統(tǒng)，梯形圖的設(shè)計時間比設(shè)計繼電器系統(tǒng)電路圖的時間要少得多。PLC用存儲邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設(shè)備外部的接線，使控制系統(tǒng)設(shè)計及建造的周期大為縮短，同時維護也變得容易起來。更重要的是使同一設(shè)備經(jīng)過改變程序改變生產(chǎn)過程成為可能。這很適合多品種、小批量的生產(chǎn)場合。體積小，重量輕，能耗低以超小型PLC為例，新近出產(chǎn)的品種底部尺寸小于100mm，僅相當于幾個繼電器的大小，因此可將開關(guān)柜的體積縮小到原來的1/2~1/10。它的重量小于150g，功耗僅數(shù)瓦。由于體積小很容易裝入機械內(nèi)部，是實現(xiàn)機電一體化的理想控制設(shè)備。PLC的應(yīng)用領(lǐng)域目前，PLC在國內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機械制造、汽車、輕紡、交通運輸、環(huán)保及文化娛樂等各個行業(yè)，使用情況大致可歸納為如下幾類。開關(guān)量的邏輯控制這是PLC最基本、最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，它取代傳統(tǒng)的繼電器電路，實現(xiàn)邏輯控制、順序控制，既可用于單臺設(shè)備的控制，也可用于多機群控及自動化流水線。如注塑機、印刷機、訂書機械、組合機床、磨床、包裝生產(chǎn)線、電鍍流水線等。模擬量控制在工業(yè)生產(chǎn)過程當中，有許多連續(xù)變化的量，如溫度、壓力、流量、液位和速度等都是模擬量。為了使可編程控制器處理模擬量，必須實現(xiàn)模擬量（Analog）和數(shù)字量（Digital）之間的A/D轉(zhuǎn)換及D/A轉(zhuǎn)換。PLC廠家都生產(chǎn)配套的A/D和D/A轉(zhuǎn)換模塊，使可編程控制器用于模擬量控制。運動控制PLC可以用于圓周運動或直線運動的控制。從控制機構(gòu)配置來說，早期直接用于開關(guān)量I/O模塊連接位置傳感器和執(zhí)行機構(gòu)，現(xiàn)在一般使用專用的運動控制模塊。如可驅(qū)動步進電機或伺服電機的單軸或多軸位置控制模塊。世界上各主要PLC廠家的產(chǎn)品幾乎都有運動控制功能，廣泛用于各種機械、機床、機器人、電梯等場合。過程控制過程控制是指對溫度、壓力、流量等模擬量的閉環(huán)控制。作為工業(yè)控制計算機，PLC能編制各種各樣的控制算法程序，完成閉環(huán)控制。PID調(diào)節(jié)是一般閉環(huán)控制系統(tǒng)中用得較多的調(diào)節(jié)方法。大中型PLC都有PID模塊，目前許多小型PLC也具有此功能模塊。PID處理一般是運行專用的PID子程序。過程控制在冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場合有非常廣泛的應(yīng)用。數(shù)據(jù)處理現(xiàn)代PLC具有數(shù)學(xué)運算（含矩陣運算、函數(shù)運算、邏輯運算）、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、排序、查表、位操作等功能，可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析及處理。這些數(shù)據(jù)可以與存儲在存儲器中的參考值比較，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能傳送到別的智能裝置，或?qū)⑺鼈兇蛴≈票?。?shù)據(jù)處理一般用于大型控制系統(tǒng)，如無人控制的柔性制造系統(tǒng)；也可用于過程控制系統(tǒng)，如造紙、冶金、食品工業(yè)中的一些大型控制系統(tǒng)。通信及聯(lián)網(wǎng)PLC通信含PLC間的通信及PLC與其它智能設(shè)備間的通信。隨著計算機控制的發(fā)展，工廠自動化網(wǎng)絡(luò)發(fā)展得很快，各PLC廠商都十分重視PLC的通信功能，紛紛推出各自的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。新近生產(chǎn)的PLC都具有通信接口，通信非常方便。在做出系統(tǒng)控制方案的決策之前，要詳細了解被控對象的控制要求，從而決定是否選用PLC進行控制。在控制系統(tǒng)邏輯關(guān)系較復(fù)雜(需要大量中間繼電器、時間繼電器、計數(shù)器等)、工藝流程和產(chǎn)品改型較頻繁、需要進行數(shù)據(jù)處理和信息管理(有數(shù)據(jù)運算、模擬量的控制、PID調(diào)節(jié)等)、系統(tǒng)要求有較高的可靠性和穩(wěn)定性、準備實現(xiàn)工廠自動化聯(lián)網(wǎng)等情況下，使用PLC控制是很必要的。目前，國內(nèi)外各生產(chǎn)廠家的PLC產(chǎn)品各有特色，系列多、功能強，使用戶有很大的選擇空間。只有全面權(quán)衡利弊、合理地選擇機型才一能達到經(jīng)濟實用的目的。一般選擇機型要以滿足系統(tǒng)功能需要為宗旨，不要盲目貪大求全，以免造成投資和設(shè)備資源的浪費。1)對輸入/輸出點的選擇要先確定統(tǒng)計出控制系統(tǒng)的1/0總點數(shù)，再按實際所需總點數(shù)的20-30%留出備用量后確定所需PLC的點數(shù)。另外要注意，一些高密度輸入點的模塊對同時接通的輸入點數(shù)有限制，一般同時接通的輸入點不得超過總輸入點的60%;PLC每個輸出點的驅(qū)動能力(A/點)也是有限的，有的PLC其每點輸出電流的大小還隨所加負載電壓的不同而異;一般PLC的允許輸出電流隨環(huán)境溫度的升高而有所降低等。在選型時要考慮這些問題。PLC的輸出點可分為共點式、分組式和隔離式幾種接法。隔離式的各組輸出點之間可以采用不同的電壓種類和電壓等級，但這種PT,C平均每點的價格較高。如果輸出信號之間不需要隔離，則應(yīng)選擇前兩種輸出方式的PLC。2)對存儲容量的選擇對用戶存儲容量只能作粗略的估算。在僅對開關(guān)量進行控制的系統(tǒng)中，可以用輸入總點數(shù)乘10字/點+輸出總點數(shù)乘5字/點來估算;計數(shù)器/定時器按((3-5)字/個估算;有運算處理時按((5^-10)字/量估算;在有模擬量輸入/輸出的系統(tǒng)中，可以按每輸入/或輸出一路模擬量約需(80-100)字左右的存儲容量來估算;有通訊處理時按每個接口200字以上的數(shù)量粗略估算。最后，一般按估算容量的50^-100%留有裕量。對缺乏經(jīng)驗的設(shè)計者，選擇容量時留有裕量要大些。3)對工/0響應(yīng)時間的選擇PLC的I/0響應(yīng)時間包括輸入電路延遲、輸出電路延遲和掃描工作方式引起的時間延遲(一般在2-v3個掃描周期)等。對開關(guān)量控制的系統(tǒng)，PLC和工/0響應(yīng)時間一般都能滿足實際工程的要求，可不必考慮工//0響應(yīng)問題。但對模擬量控制的系統(tǒng)、特別是閉環(huán)系統(tǒng)就要考慮這個問題。4)根據(jù)輸出負載的特點選型不同的負載對PLC的輸出方式有相應(yīng)的要求。例如，頻繁通斷的感性負載，應(yīng)選擇晶體管或晶閘管輸出型的，而不應(yīng)選用繼電器輸出型的。但繼電器輸出型的PLC有許多優(yōu)點，如導(dǎo)通壓降小，有隔離作用，價格相對較便宜，承受瞬時過電壓和過電流的能力較強，其負載電壓靈活(可交流、可直流)且電壓等級范圍大等。所以動作不頻繁的交、直流負載一般選用繼電器輸出型。綜上所述考慮，我們選用OMRON公司的型號為C28P的可編程控制器作為染色機的控制器，其輸出為繼電器輸出形式。通過主機上配有的RS422或RS232接口，可實現(xiàn)PLC與觸摸屏或PC機的通訊，使用GXDeveloper軟件可直接在PC機上用梯形圖編程、調(diào)試，此外也可用手持編程器進行指令編程，現(xiàn)場直接調(diào)試。（4）傳感器1)PT100鉑電阻本系統(tǒng)采用PT100鉑電阻進行染液測溫。鉑電阻是一種熱電阻，熱電阻傳感器是根據(jù)金屬導(dǎo)體的電阻值隨溫度變化而變化的特性進行測溫的。與銅電阻相比，鉑電阻具有測量精度高、性能穩(wěn)定可靠的特點，在工業(yè)上廣泛用于一2000C-+500℃之間的溫度測量，在本系統(tǒng)中鉑電阻的測溫范圍是0℃一++1530Co2)電接點溫度計電接點毛細管式溫度指示器有三支指針，分別為黑、紅和黃色。黑針指示主缸的溫度，紅針和黃針是帶電氣觸頭的指針，不會隨溫度的變化而推動。紅、黃兩支指針分別設(shè)定為90℃和850C，作為加壓、卸壓以及門鎖動作的條件。3)翻板式電遠傳磁浮子液位計染缸液位采用UHC-DB型翻板式電遠傳磁浮子液位計。主要由測量導(dǎo)管、磁浮子、傳感器、變送器和顯示儀五部分組成。工作原理是:磁浮子的比重小于0.5，可漂于液面之上并沿測量導(dǎo)管上下移動，導(dǎo)管內(nèi)的磁浮子隨液位的升降而同時吸合傳感器內(nèi)相應(yīng)位置上的干簧管，從而使傳感器內(nèi)的總電阻發(fā)生相應(yīng)的變化，將被測液位信號轉(zhuǎn)換成正比于液位變化的電阻信號，然后通過變送器將電阻轉(zhuǎn)換成4-20mADC標準電流輸出。指示器由磁性色片組成，當本體管內(nèi)的磁性浮子隨液位上升時色片翻轉(zhuǎn)，涂有紅色標志的塑料板即可醒目地指示出染缸中的液位高度，也可由數(shù)顯液位控制儀顯示液位和設(shè)定上、下限報警，實現(xiàn)液位的位式控制或調(diào)節(jié)。變送器為模塊電路，具有耐酸、防潮、防震、防腐蝕等優(yōu)點，適用于高溫高壓，耐腐蝕等場合。電路內(nèi)部含有恒流反饋電路和內(nèi)保護電路，可使輸出最大電流不超過28mA，因而能夠可靠地保護電源并確保二次儀表不被損壞?？蓪崿F(xiàn)對液位的遠距離顯示、位式控制、斷續(xù)或連續(xù)的PID調(diào)節(jié)。4)壓力式液位計料桶液位采用壓力式液位計。美國Solution公司的L301型液位計是由集氣筒、導(dǎo)壓管、傳感器組成的液位測量儀表。當集氣筒沉入被測液體中后，集氣筒內(nèi)空氣受到被測液體的壓力作用，通過導(dǎo)壓管壓力傳導(dǎo)至敏感元件上測量出液位變化，傳感器不直接作用被測介質(zhì)。導(dǎo)壓式液位計不受介質(zhì)起泡、沉積、混濁等影響，又無運動部件，安裝維護簡單，故特別適于冶金、電力、造紙、石油、化工等行業(yè)測量液位使用。相關(guān)參數(shù)為:工作電壓:12.5-36VDC;輸出信號:4-20mA二線制;測量范圍:1-20m;精度:0.2級、0.5級;允許溫度:介質(zhì)一300C^1250C;相對濕度:0^'95%Rho5)氣體壓力開關(guān)氣壓檢測采用兩個定值氣體壓力開關(guān)。當染缸壓力>0.01kgf/cmz時鎖缸，以免在缸內(nèi)有壓的情況下操作人員誤開工作門，引發(fā)事故。當染缸壓力>0.42kgf/cm2時停止加壓。（5）執(zhí)行機構(gòu)本系統(tǒng)執(zhí)行機構(gòu)中管道閥門全部采用氣動部件，如:電/氣閥門定位器、氣動薄膜調(diào)節(jié)閥和氣動薄膜切斷閥等?？煽啃愿撸S護方便，適合濕度大、酸堿性含量高的生產(chǎn)環(huán)境。電氣(I/P)轉(zhuǎn)換器的功能是將電流或電壓信號轉(zhuǎn)換成線性比例的氣壓信號輸出。它用以將調(diào)節(jié)器、計算機輸出的4-20mA或0^-1OmA的電流信號轉(zhuǎn)換為與之成比例的0.02-O.1MPa(0.2-lkgf/cm2)氣動模似信號，作為氣動閥門定位器的氣動控制信號，進而控制氣動薄膜調(diào)節(jié)閥開度以調(diào)節(jié)流量大小。電氣轉(zhuǎn)換器是工業(yè)自動化儀表中不可缺少的一種產(chǎn)品，它為微型計算機配用終端執(zhí)行元件提供了信號轉(zhuǎn)換的中間環(huán)節(jié)，被廣泛應(yīng)用于石油、化工、電力、冶金和輕紡等工業(yè)生產(chǎn)的自動控制過程中。系統(tǒng)的運行方式設(shè)備設(shè)有手動和自動兩種控制模式，由主控面板上的“自動/手動”轉(zhuǎn)換開關(guān)進行切換。自動運行模式用于正常的染色生產(chǎn)，操作人員按工藝要求通過觸摸屏進行編程，也可直接調(diào)用預(yù)先輸入并保存在PLC中的成熟的工藝曲線;手動模式則主要用于入布、調(diào)試、檢查維修、故障恢復(fù)等工作，操作人員根據(jù)操作面板上的按鈕，一步一步地調(diào)用相應(yīng)的功能子程序，完成相應(yīng)工作。高溫高壓染色機中的PLC控制可編程控制器是以微處理器為核心，集計算機技術(shù)、自動化控制技術(shù)于一體的一種新型工業(yè)控制系統(tǒng)由PLC一般采用易于理解和掌握的梯形圖語言及面向工業(yè)控制的簡單指令，形象直觀，特別適合現(xiàn)場工程技術(shù)人員的應(yīng)用。PLC控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，可靠性高抗干擾能力強，故障率低，易于操作、維修與維擴，不同工藝要求采用修改設(shè)計程序的簡單方法因此，PLC控制系統(tǒng)已逐漸代替?zhèn)鹘y(tǒng)工業(yè)控制系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)、科研、社會生活等諸多領(lǐng)域。高溫高壓染色機控制過程較復(fù)雜，要求可靠性高、電機功率較大，要求Y-△啟動，正反轉(zhuǎn)循環(huán)控制，又處于酸、堿、水、蒸汽高溫高壓的惡劣環(huán)境中，近幾年電氣設(shè)備老化、故障頻繁，經(jīng)常因電氣故障影響染紗質(zhì)量，急需改進。我們選用PLC控制系統(tǒng)對設(shè)備電氣系統(tǒng)進行徹底改造。控制要求程序設(shè)計思想織物染色整個工作過程大約需要4-5小時，其工藝曲線往往分成若干個工序。這些工序有的是斷續(xù)過程，有的是連續(xù)過程。例如加水工序即是將加水閥打開，將缸內(nèi)水位加到浴比水位的斷續(xù)過程。但有些工序如:按一定的速率升溫或?qū)⑷疽簻囟冗M行定值控制則是連續(xù)過程。對于不同的被染物和染化料有不同的工藝曲線。這些成熟的工藝曲線應(yīng)能隨時方便地被調(diào)用。同時為方便用戶對一些新工藝曲線進行試驗改進，就要求各個工序能任意組合，工藝人員能將工藝曲線用簡單的方法輸入到染色機的控制系統(tǒng)中去，實現(xiàn)人機對話。這些要求就是本系統(tǒng)程序設(shè)計的出發(fā)點。任何一種控制系統(tǒng)都是為了實現(xiàn)被控對象的工藝要求，以提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。因此，在設(shè)計PLC控制系統(tǒng)時，應(yīng)遵循以下基本原則：

（1）最大限度地滿足被控對象的控制要求充分發(fā)揮PLC的功能，最大限度地滿足被控對象的控制要求，是設(shè)計PLC控制系統(tǒng)的首要前提，這也是設(shè)計中最重要的一條原則。這就要求設(shè)計人員在設(shè)計前就要深入現(xiàn)場進行調(diào)查研究，收集控制現(xiàn)場的資料，收集相關(guān)先進的國內(nèi)、國外資料。同時要注意和現(xiàn)場的工程管理人員、工程技術(shù)人員、現(xiàn)場操作人員緊密配合，擬定控制方案，共同解決設(shè)計中的重點問題和疑難問題。

（2）保證PLC控制系統(tǒng)安全可靠保證PLC控制系統(tǒng)能夠長期安全、可靠、穩(wěn)定運行，是設(shè)計控制系統(tǒng)的重要原則。這就要求設(shè)計者在系統(tǒng)設(shè)計、元器件選擇、軟件編程上要全面考慮，以確?？刂葡到y(tǒng)安全可靠。例如：應(yīng)該保證PLC程序不僅在正常條件下運行，而且在非正常情況下（如突然掉電再上電、按鈕按錯等），也能正常工作。

（3）力求簡單、經(jīng)濟、使用及維修方便一個新的控制工程固然能提高產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量，帶來巨大的經(jīng)濟效益和社會效益，但新工程的投入、技術(shù)的培訓(xùn)、設(shè)備的維護也將導(dǎo)致運行資金的增加。因此，在滿足控制要求的前提下，一方面要注意不斷地擴大工程的效益，另一方面也要注意不斷地降低工程的成本。這就要求設(shè)計者不僅應(yīng)該使控制系統(tǒng)簡單、經(jīng)濟，而且要使控制系統(tǒng)的使用和維護方便、成本低，不宜盲目追求自動化和高指標。

（4）適應(yīng)發(fā)展的需要

由于技術(shù)的不斷發(fā)展，控制系統(tǒng)的要求也將會不斷地提高，設(shè)計時要適當考慮到今后控制系統(tǒng)發(fā)展和完善的需要。這就要求在選擇PLC、輸入/輸出模塊、I/O點數(shù)和內(nèi)存容量時，要適當留有裕量，以滿足今后生產(chǎn)的發(fā)展和工藝的改進。

本控制系統(tǒng)程序的設(shè)計思想是將工藝曲線中的斷續(xù)過程和連續(xù)過程編制在統(tǒng)一的控制程序中，采用工藝曲線數(shù)字化的編程手段。所謂工藝曲線數(shù)字化是將工藝曲線分解為若干個典型的工序，各個工序是獨立互不關(guān)聯(lián)的，因而，可以按照生產(chǎn)規(guī)律任意組合。每個工序賦于一個數(shù)字代碼。這種工藝曲線數(shù)字化的方法，工藝人員幾分鐘就可學(xué)會。而且往PLC控制系統(tǒng)中輸入工藝曲線的操作也很簡單。同時這種方法也就決定了PLC的程序結(jié)構(gòu)，但是工藝人員則無需了解PLC中的控制程序內(nèi)容。主程序流程圖PLC采用掃描方式執(zhí)行，每個掃描周期全部過程均掃描一遍。哪一段或哪一條指令被執(zhí)行取決于其邏輯條件是否滿足。因而順序流程圖能大體上反映程序的順序結(jié)構(gòu)與工作內(nèi)容，控制程序流程如圖3-1所示。在上電之后，系統(tǒng)等待操作人員設(shè)置工藝號并在觸摸屏上顯示。在未執(zhí)行工藝時應(yīng)將有關(guān)的輔助繼電器和控制用數(shù)據(jù)寄存器清零，吏系統(tǒng)處于初始狀態(tài)。操作人員按下執(zhí)行工藝鍵后，系統(tǒng)開始執(zhí)行工藝曲線。因為在一條工藝曲線中各工序是按執(zhí)行的先后順序排列的，所以PLC可以用變址的方法先取第一個工序執(zhí)行，待該工序執(zhí)行完后再順次取出下一個工序繼續(xù)執(zhí)行，各個工序的執(zhí)行程序塊是相互獨立的，因此，在取出工序代號后，要用比較指令確定是哪一個工序，用輔助繼電器作為該工序執(zhí)行塊的標志，并轉(zhuǎn)而執(zhí)行該程序塊?？刂七^程首先啟動電動機M1，高壓罐進水至高水位停，然后，下紗加料，密封高壓罐，打開冷壓氣加壓至設(shè)定值保壓，然后開高溫蒸汽閥升溫，設(shè)定好溫度上知控制時間及保持溫度時間，升溫同時，按下自動開關(guān)，染色電動機正轉(zhuǎn)達，由于本機功率較大，所以電動機啟動采用Y-Δ啟動，正轉(zhuǎn)10s暫停，然后電動機反轉(zhuǎn)啟動也采用Y-Δ啟動，運行2s暫停，返回正反循環(huán)程序至設(shè)定時間，然后排液、排壓、進行染色報警10s，自動停機。本系統(tǒng)還沒有手動控制，控制高壓罐進水、加壓、升溫、排水、排壓及停止進水、排水、停機圖3-1染色機控制過程圖3-2硬件接線圖PLC地址分配輸入／輸出信號在PLC接線端子上的地址分配是進行PLC控制系統(tǒng)設(shè)計的基礎(chǔ)。對軟件設(shè)計來說，I／O地址分配以后才可進行編程；對控制柜及PLC的外圍接線來說，只有I／O地址確定以后，才可以繪制電氣接線圖、裝配圖，讓裝配人員根據(jù)線路圖和安裝圖安裝控制柜。分配輸出點地址時，要注意前文提到的負載類型問題。在進行I／O地址分配時最好把I/O點的名稱、代碼和地址以表格的形式列寫出來。PLC控制器選用OMRON公司C28P，16點輸入，12點輸出。表3-1I/O地址分配輸入設(shè)備元件代號輸入點地址輸出設(shè)備元件代號輸出點地址水泵停止按鈕SB10000水泵繼電器KM10500水泵啟動按鈕SB20001加壓電磁閥YC10501水位上限開關(guān)SQ10002高溫蒸汽閥YC20502水位下限開關(guān)SQ20003染色機正轉(zhuǎn)繼電器KM20503加壓開關(guān)SP10004染色機反轉(zhuǎn)繼電器KM30504壓力表上限SP20005Y啟動繼電器KA10505高溫蒸汽開關(guān)SB30006Δ運轉(zhuǎn)繼電器KA20506溫度上限開關(guān)RT00007排液閥YC30507自動/手動按鈕SA0008排壓閥YC40508停止按鈕SB40009報警蜂鳴器HA0509手動正轉(zhuǎn)按鈕SB50010手動反轉(zhuǎn)按鈕SB60011壓力表下限SP30012表3-2計時器及計時器設(shè)置T00自動循環(huán)計時900sCNT10自動循環(huán)計數(shù)6次T01自動暫停計時3sT02染色正轉(zhuǎn)計時600sT03染色發(fā)轉(zhuǎn)計時120sT04Y-Δ轉(zhuǎn)換計時3sT05染色完全報警計時5s系統(tǒng)軟件設(shè)計根據(jù)工藝流程要求，制成基本邏輯梯形圖如圖，下面介紹其功能的實現(xiàn)。圖3-3梯形圖水泵電動機啟?？刂乒ぷ鞣绞娇刂葡到y(tǒng)設(shè)計成自動工作方式和手動工作方式兩種類型。自動工作方式時，機器按預(yù)先輸入的工藝要求:如進水及其水位、調(diào)料、注料及注料量、是否溢流、升溫時間及速率、保溫時間、降溫時間及速率、水洗時間、出布、放水等，自動地將這些程序有機地結(jié)合起來完成全部操作。手動工作方式時，操作人員根據(jù)操作面板上的按鈕，一步一步地調(diào)用相應(yīng)的功能子程序，完成所有工作。無論處于自動工作方式還是手動工作方式，檢測程序都將隨時檢測發(fā)生的故障并立即終止當前操作。手動工作方式與自動工作方工作方式可以相互轉(zhuǎn)換，但不可并存，在程序上設(shè)計了互鎖功能的程序段。無論是自動運行還是手動操作，首先必須啟動水泵電動機進水。在程序控制中啟動水泵電動機按鈕SB3，高壓罐進水至高水位限位開關(guān)SQ1或通過停止按鈕SB1停止進水。自動運行初始化條件：水滿至高水位SQ1，下紗并加料，密封高壓罐，電接點加壓開關(guān)SP1動作，冷壓電磁閥YC1打開，加壓至工藝設(shè)定值即壓力表上限，開關(guān)動作而停止加壓；然后，自動高溫蒸汽開關(guān)打開高溫蒸汽閥YC2升溫，設(shè)定好溫度上升控制時間及保溫時間，升溫至設(shè)定溫度上限，高溫蒸汽閥關(guān)閉。升溫同時，自動/手動旋鈕置SA自動，染色自動循環(huán)開始，內(nèi)設(shè)時間繼電器TIM00及計數(shù)器CNT10串級組合開始計時，并啟動暫停計時器TIM01計時3s，時間到，啟動正轉(zhuǎn)主接觸器KM1閉合，計時器KM2開始計時，設(shè)定600s，同時電動機Y接法繼電器在KA1閉合，電動機Y型啟動，計時器TIM04計時為3s，時間到，電動機換成Δ運轉(zhuǎn)。計時器TIM02時間到，電動機暫停，延時3s，反轉(zhuǎn)達接觸器KM2閉合，TIM03開始計時，可設(shè)定120s，電動機還是采用Y-Δ啟動運行。TIM03計時時間到，則電動機又暫停3s返回正轉(zhuǎn)運行程序，直至工藝設(shè)定TIM00及計數(shù)器CNT10計時時間到，染色電動機停止運行，排液閥打開，排除液體，排壓發(fā)打開，將壓力排除，報警開始，10s后停止，自動程序運行結(jié)束。手動操作將自動/手動旋鈕SA置于手動側(cè)，高壓罐進水、排水、加壓、升溫、染色機正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、都可以實現(xiàn)手動操作，以便于維修、調(diào)試等工作，若紗線需水洗，也可用手動操作方便完成。高溫高壓染色機的PLC控制系統(tǒng)一些參數(shù)需根據(jù)現(xiàn)場不同工藝要求而設(shè)定，改造后，電氣線路簡單，運行可靠，故障率低，保證了染紗質(zhì)量，提高了生產(chǎn)效率，特別是紗線品種不同工藝要求不同，我們可方便簡單地通過修改程序與設(shè)置參數(shù)而滿足了生產(chǎn)要求。結(jié)論本論文以面向紡織染整行業(yè)的高溫高壓染色機控制系統(tǒng)為景，詳細闡述了集PLC、觸摸屏、傳感器技術(shù)、通信技術(shù)于一體的控制系統(tǒng)的原理、構(gòu)成、設(shè)計與實現(xiàn)。本項目研究開發(fā)經(jīng)歷了調(diào)研、方案設(shè)計、軟硬件設(shè)計、實驗室調(diào)試、現(xiàn)場調(diào)試等幾個階段，最后在現(xiàn)場調(diào)試中各項功能基本都達到了預(yù)定目標，目前正在試用?？偨Y(jié)全文，具體做了以下幾方面的工作:(1)通過現(xiàn)場考察設(shè)備的控制要求并借鑒大量相關(guān)資料，對染色機的結(jié)構(gòu)及其各部分的控制要求作了深入的了解，為開發(fā)染色機控制系統(tǒng)奠定了理論基礎(chǔ);(2)根據(jù)染色機的控制要求，結(jié)合原有控制系統(tǒng)，設(shè)計出符合工藝要求且性能比較高的染色機控制系統(tǒng)總體方案，并進行方案論證;(3)系統(tǒng)的硬件設(shè)計;(4)系統(tǒng)的軟件設(shè)計;(5)觸摸屏監(jiān)控界面的設(shè)計。本系統(tǒng)的特點:(1)采用PLC為控制核心，配以抗干擾設(shè)計，使控制系統(tǒng)適合在惡劣環(huán)境下工作。(2)溫度控制采用模糊PUU}控制，取得了比純粹的PID控制更好的效果。誤差控制在士1.5℃以內(nèi)，嚴格按工藝要求的速率升、降溫。(3)友好的人機界面，工藝參數(shù)設(shè)置直觀、方便?？蓪崿F(xiàn)對染色工藝過程的監(jiān)視和記錄，以供分析產(chǎn)品的生產(chǎn)過程的質(zhì)量問題，為實現(xiàn)計算機生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)管理打下堅實的基礎(chǔ)。(4)實施動作聯(lián)鎖保護，發(fā)生超溫、超壓等情況時發(fā)出報警，并停止工作。(5)采用變頻調(diào)速，可根據(jù)織物的不同選擇相應(yīng)的頻率，平滑調(diào)節(jié)主泵和滾筒轉(zhuǎn)速并保持同步化，使織物所受張力基本恒定，避免對織物結(jié)構(gòu)造成破壞。(6)進一步提高了自動化程度。設(shè)有織物打結(jié)自動解除機構(gòu)和相應(yīng)程序;設(shè)置了布縫探測器，染色結(jié)束停機時布縫正好停在染缸工作門附近，方便了操作人員拆布頭、出布。本項目的研究雖然取得了一些成果，但仍然存在需要改進的地方:(1)要研究更為先進的控制方法保證溫控精度，提高系統(tǒng)自適應(yīng)能力，在供汽壓力波動的情況下，也能保證溫度按設(shè)置速率準確控制。(2)進一步提高自動化程度，實現(xiàn)配料加料的全自動化。致謝本論文是在田老師悉心指導(dǎo)下完成的。田老師知識淵博誨人不倦，從他的身上我不僅學(xué)到了很多專業(yè)知識而且還有很多為人之道，他那嚴謹?shù)慕虒W(xué)作風(fēng)、刻苦鉆研的治學(xué)態(tài)度深深地影響著我，成為我今后學(xué)習(xí)和工作的楷模。在此對田老師表示由衷的感謝和誠摯的敬意!同時我也要感謝佳木斯大學(xué)信息電子技術(shù)學(xué)院的其他老師，正是他們的關(guān)心和幫助，使我能順利完成大學(xué)階段的學(xué)習(xí)，在我的研究工作和論文寫作過程中給予的大力支持和幫助。忠心感謝在百忙之中審閱論文和參加答辯的各位專家、教授。參考文獻[1]陳立秋.染整工業(yè)自動化.北京：中國紡織出版社.2005[2]荊濤主.染整設(shè)備機電一體化.北京：中國紡織出版社.1997[3]夏科軍.高溫高壓經(jīng)軸染色機技術(shù)現(xiàn)狀.技術(shù)創(chuàng)新.2004[4]廖長泰.常壓溢噴染色機的改進與提高.紡針工業(yè).1996[5]汪海燕.PROFIBUS-DP現(xiàn)場總線的間歇式染色機控制系統(t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