1 引言

　　紡織業(yè)作為國民經(jīng)濟(jì)支柱產(chǎn)業(yè)，2006年生產(chǎn)總值36000億元，其中紡織機(jī)械生產(chǎn)總值達(dá)526億元。紡織工業(yè)是傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，用現(xiàn)代化技術(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)是紡織工業(yè)的唯一出路。。國務(wù)院對裝備制造業(yè)和紡織業(yè)的發(fā)展一直很關(guān)心，很支持。例如： 國務(wù)院關(guān)于振興裝備制造業(yè)的若干意見》(2006年)提出“以科技進(jìn)步為支撐，大力提高裝備制造企業(yè)的自主創(chuàng)新能力?！边@一段特別提出要以系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)、控制技術(shù)與關(guān)鍵總成技術(shù)為重點(diǎn)，增加研發(fā)投入，加快提高企業(yè)的自主創(chuàng)新能力和研發(fā)能力。國家發(fā)改委、財(cái)政部、科技部等十部委于2006年5月聯(lián)合下發(fā)了 關(guān)于加快紡織行業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整促進(jìn)產(chǎn)業(yè)升級若干意見的通知》，因此紡織機(jī)械作為紡織工業(yè)的技術(shù)裝備，應(yīng)為紡織工業(yè)的發(fā)展提供更高檔次的產(chǎn)品?！笆晃濉庇质羌徔椆I(yè)奠定由紡織大國向紡織強(qiáng)國轉(zhuǎn)變的關(guān)鍵時(shí)期，紡織機(jī)械將對10種新型成套紡機(jī)設(shè)備進(jìn)行技術(shù)攻關(guān)和實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。高檔次的紡織機(jī)械必然實(shí)現(xiàn)數(shù)字化、智能化控制。而PLC可編程控制器是實(shí)現(xiàn)數(shù)字化、智能化的關(guān)鍵的技術(shù)，PLC技術(shù)已在紡機(jī)設(shè)備中得到推廣應(yīng)用，應(yīng)用水平在逐漸提高，今后在紡織工業(yè)中應(yīng)用PLC一方面是繼續(xù)推廣應(yīng)用面，另方面是繼續(xù)提高應(yīng)用水平，如合理的選用PLC，充分利用其軟件資源為實(shí)現(xiàn)紡織機(jī)械的智能化提供技術(shù)保證。

　　近10年來，各種可編程控制器PLC在各類紡織機(jī)械中推廣應(yīng)用，大多數(shù)應(yīng)用為PLC與變頻器等組成各種變頻調(diào)速系統(tǒng)或現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)，除此以外還有用于邏輯控制，生產(chǎn)過程控制和生產(chǎn)工藝參數(shù)控制等。PLC在紡織工業(yè)中應(yīng)用面越來越廣，已遍及各種紡織機(jī)械，應(yīng)用量越來越大，年需求量已達(dá)12萬臺(tái)以上。

2 PLC在紡織工業(yè)應(yīng)用

　　2.1 邏輯控制

　　主要是取代各種中間繼電器，時(shí)間繼電器和計(jì)數(shù)器等實(shí)現(xiàn)各種開關(guān)量(通斷)控制。一臺(tái)PLC可取代少則幾個(gè)繼電器(例如在并條機(jī)自動(dòng)換筒的邏輯控制等)多則幾十個(gè)甚至百余個(gè)繼電器(例如打倉機(jī)、清聯(lián)合機(jī)的順序控制等)當(dāng)然最簡單的是起動(dòng)、停止等。

　　2.2 順序控制

　　根據(jù)生產(chǎn)設(shè)備要求輸入信息的順序進(jìn)行順序控制或根據(jù)順序功能圖編制用戶程序?qū)崿F(xiàn)順序控制。例如，高溫高壓染色機(jī)的順序控制等。高溫高壓染色過程如下：

　　首先高壓罐進(jìn)水即起動(dòng)水泵，當(dāng)高壓罐水位升到高水位時(shí)水泵停。接著下紗(筒紗)、加染料并將高壓罐密封，打開空壓機(jī)加壓至設(shè)定值并保持該壓力不變，然后打開高溫蒸汽閥升溫。當(dāng)溫度達(dá)到設(shè)定值時(shí)染色電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)起動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)，正轉(zhuǎn)8—15秒(具體由生產(chǎn)工藝確定)停機(jī)，暫停3—5秒后，電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)起動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)2—3秒停，若尚未達(dá)到設(shè)定的染色時(shí)間再返回正反循環(huán)程序，直至達(dá)到染色設(shè)定時(shí)間，再排液(染液)，減壓、染色完畢報(bào)警5—10秒自動(dòng)停機(jī)，染色全過程結(jié)束，如圖1所示。

　　2.3 PID控制

　　PID控制算法將被測量(反饋量)隨時(shí)與設(shè)定量進(jìn)行比較，并對其偏差值△u進(jìn)行P(比例)I(積分)D (微分)控制，直到偏差值A(chǔ)U-O。例如漿紗機(jī)漿槽漿液和烘筒溫度的控制等，均是將溫度信號(hào)通過接i：1轉(zhuǎn)換為4—20mA的信號(hào)，再送至PLC與設(shè)定值比較，經(jīng)PID運(yùn)算處理后可精確地控制上過各點(diǎn)的溫度。在PID中：P為比例系數(shù)相當(dāng)于放大系數(shù)，P值越大，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精度越高，抗擾動(dòng)能力越強(qiáng)，另方面P值越大，系統(tǒng)的穩(wěn)定性越差，易發(fā)生振蕩；I為積分時(shí)間，積分時(shí)間越長，系統(tǒng)的響應(yīng)越慢，積分時(shí)間越短，系統(tǒng)響應(yīng)越快，越容易產(chǎn)生振蕩，系統(tǒng)的穩(wěn)定性也越差；D為微分時(shí)間，微分時(shí)間越長，系統(tǒng)的超前作用越強(qiáng)，系統(tǒng)超調(diào)量越小，振蕩減緩。微分時(shí)間越短，系統(tǒng)的超前調(diào)節(jié)作用越弱，系統(tǒng)超調(diào)量增大。一般說來，在保證系統(tǒng)不出現(xiàn)振蕩的情況下，積分時(shí)間盡可能短些，以提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度，比例系數(shù)盡可能大些，以提高系統(tǒng)的靜態(tài)精度。微分時(shí)間盡可能長些，以減小系統(tǒng)的超調(diào)量。系統(tǒng)若出現(xiàn)短周期性振蕩?？稍龃蠓e分時(shí)間或減小比例系數(shù)或減小微分時(shí)問。系統(tǒng)若出現(xiàn)長周期性(如比積分時(shí)間設(shè)定值長)振蕩時(shí)，可減小積分時(shí)間。

　　2.4 數(shù)據(jù)處理

　　PLC能進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算，函數(shù)運(yùn)算，數(shù)據(jù)比較、數(shù)制轉(zhuǎn)換、和數(shù)據(jù)傳送，以及定時(shí)、計(jì)數(shù)控制等多種數(shù)據(jù)處理。例如，細(xì)紗機(jī)主軸、前、后羅拉速度通過速度傳感器檢測，其值送PLC進(jìn)行運(yùn)算處理后，可計(jì)算出紡紗長度、牽伸倍數(shù)和捻度等工藝參數(shù)。紡紗長度輸入PLC與設(shè)定值進(jìn)行比較后即時(shí)調(diào)整變頻器輸出頻率，使細(xì)紗機(jī)按設(shè)定的紡紗曲線紡紗，當(dāng)紡紗長度達(dá)到設(shè)定時(shí)停機(jī)。

圖1 染色過程序控制程序框圖

3 PLC在紡機(jī)聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用

　　3.1 紡機(jī)聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)

　　PLC組網(wǎng)的主要形式有以下幾種類型：

　　(1)通過PLC制造商提供的協(xié)議和網(wǎng)絡(luò)適配器，構(gòu)成特定的公司內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)。其特點(diǎn)是網(wǎng)絡(luò)協(xié)議不公開。如西門子PPI協(xié)議等。

　　(2)與工業(yè)現(xiàn)場總線構(gòu)成現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)。如西門子s7—200／300／400系列PLc可通過PROFIBUS—DP通信口接人PROFIBUS現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)。其特點(diǎn)是通過總線的通信能力，擴(kuò)展PLC的控制范圍。

　　(3)通過標(biāo)準(zhǔn)的RS485串行通信網(wǎng)絡(luò)和自定義或自主選擇的通信協(xié)議，構(gòu)成PLC及工控機(jī)的分布式網(wǎng)絡(luò)。此方案具有較好的靈活性和性價(jià)比，應(yīng)用較廣。

　　3.2 基于紡機(jī)通訊的應(yīng)用

PLC的通信技術(shù)在紡織工業(yè)得到推廣應(yīng)用，其主要通信類型有：

　　(1)PLC與PLC的通信， 以擴(kuò)大控制規(guī)模例如并紗機(jī)共有108錠子，12錠為1節(jié)，全機(jī)共9節(jié)，每節(jié)采用1臺(tái)PLC控制該節(jié)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)、停止和卷繞運(yùn)行速度，控制切絲器的切斷動(dòng)作，當(dāng)卷繞長度達(dá)到設(shè)定值時(shí)，控制電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)，全機(jī)由9臺(tái)PLC組成分布式網(wǎng)絡(luò)，其中一臺(tái)為主機(jī)，其余為從機(jī)，主機(jī)PLC與PLC之間相互通信，傳輸數(shù)據(jù)等。

　　(2)PLC與其它智能控制裝置(如變頻器、伺服控制器等)之間的通信聯(lián)網(wǎng)，PLC與變頻器或伺服控制器之間采用串行通信的方式、實(shí)現(xiàn)PLC對具有RS一485通信功能的變頻器或伺服控制器的控制，控制變頻器的輸出頻率，輸出電壓或控制伺服控制器輸出的調(diào)制電壓，此種通信方式在紡織機(jī)械中應(yīng)用最為普遍，例如，半精紡梳毛機(jī)，該機(jī)為可編程控制PLC控制，變頻調(diào)速、觸摸屏操作顯示如圖2所示。PLC的一個(gè)通信口(如PORT1)以自由口方式與變頻器的RS485通信口進(jìn)行串行通信連接、PLC的另一個(gè)通信口(如PORTO)以PP1協(xié)議與觸摸屏通信，完成工藝參數(shù)的設(shè)定、修改、數(shù)據(jù)顯示。PLC與觸摸屏通信，完成工藝參數(shù)的設(shè)定、修改、查詢和數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、顯示，故障診斷；與變頻器通信，完成控制斜簾、平簾變頻器(含電動(dòng)機(jī))的起動(dòng)、運(yùn)行速度和停止；控制喂毛簾、剝毛輥、毛斗電動(dòng)機(jī)的起、停等邏輯控制；計(jì)算功能：自動(dòng)喂毛機(jī)的白調(diào)勻整系將每斗所稱的毛的實(shí)際重量與工藝設(shè)定的重量通過觸摸屏送至PLC進(jìn)行比較，根據(jù)重量偏差值經(jīng)計(jì)算后調(diào)整喂毛時(shí)間(即延長或縮短喂毛時(shí)間)， 以保證單位時(shí)間內(nèi)喂入的毛料基本相等，起到了自調(diào)勻整的作用；控制自動(dòng)換簡制作，當(dāng)滿筒信號(hào)(編碼器脈沖計(jì)數(shù)達(dá)設(shè)定值時(shí))送至PLC，PLC控制換筒電磁閥動(dòng)作，帶動(dòng)氣動(dòng)換筒子機(jī)構(gòu)將滿筒推出，并撥進(jìn)空簡，完成自動(dòng)換筒。

圖2 半精紡梳毛控制系統(tǒng)原理框圖

　　(3)PLC與上位機(jī)IPC等的通信，IPC用于對PLC的編程、監(jiān)控和管理，而PLC用于現(xiàn)場設(shè)備的直接控制，此種方式應(yīng)用例不少。

　　例如簾子線浸膠機(jī)控制系統(tǒng)中上位機(jī)為工業(yè)計(jì)算機(jī)IPC與主站PLC機(jī)通信、IPC監(jiān)控全機(jī)的運(yùn)行、數(shù)據(jù)歸擋、工藝參數(shù)的設(shè)定、修改，各種報(bào)表的打印等。IPLC作為總線系統(tǒng)主站，選用S7—300系列PLC，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)交換、數(shù)據(jù)整理、2PLC一4PLC選用s7—200PLC分別用作浸膠段主傳動(dòng)控制、前后段主傳動(dòng)控制、各風(fēng)機(jī)和各點(diǎn)溫度的控制。2PLC一4PLC通過DP從站接VIEM277將S7—200作為從站掛到Profibus—DP現(xiàn)場總線上，執(zhí)行上層的指令，并通過自由口采用RS-485協(xié)議與變頻器通信采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)，如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)

　　(4)PLC與PLC的數(shù)據(jù)存取單元進(jìn)行通信。PLC提供了各種不同的數(shù)據(jù)存取單元，通過此數(shù)據(jù)存取單元可方便地對設(shè)定數(shù)據(jù)進(jìn)行修改，對各監(jiān)控點(diǎn)的數(shù)據(jù)或圖形變化情況進(jìn)行監(jiān)控，還可對PLC出現(xiàn)的故障進(jìn)行診斷等，上述的簾子線浸膠機(jī)PLC與PLC之間的通信即屬此類。

4 紡織工業(yè)PLC市場分析

　　紡織工業(yè)應(yīng)用各種PLC數(shù)量大，年需求量12萬臺(tái)以上，以棉紡織機(jī)械年需求量為例列表如表1所示。表中數(shù)據(jù)根據(jù)中國紡機(jī)協(xié)會(huì)等有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)測算而得，僅供參考。其它紡機(jī)設(shè)備配套PLC的年需求量不一一列表，分析過如下：化纖機(jī)械配套PLC的年需求量約4850臺(tái)；毛紡織機(jī)械配套PLC的年需求量約2370臺(tái)；針織機(jī)機(jī)械配套PLC的年需求量約6990臺(tái)；染整機(jī)械配套PLC的年需求量約6150臺(tái)；非織造布機(jī)械表1 棉紡織機(jī)械設(shè)備配用PLG的年需求量配套PLC的年需求量為2000臺(tái)以上；服裝機(jī)械配套PLC的年需求量為3000臺(tái)以上；生產(chǎn)廠泵類負(fù)載配套PLC的年需求量為5000臺(tái)以上；生產(chǎn)廠技術(shù)改造配套PLC的年需求量為6000臺(tái)以上。

5 結(jié)束語

　　PLC變頻器一樣，是紡織自動(dòng)化的核心單元，PLC在紡織工業(yè)中的應(yīng)用，減少了電控拒內(nèi)大量中間繼電器和時(shí)間繼電器等，實(shí)現(xiàn)了硬件軟件化，且具有很強(qiáng)的運(yùn)算功能和多種控制功能，大大提高了控制系統(tǒng)工作的可靠性和靈活性。紡織工業(yè)正面臨著設(shè)計(jì)創(chuàng)新提升產(chǎn)品市場競爭力，推出高擋的紡織品和紡織機(jī)械產(chǎn)品，需要更多更好的推廣應(yīng)用PLC等高科技產(chǎn)品。在《十一五 期間預(yù)計(jì)每年需求PLC的量將以10—15％的速度遞增，到2010年對PLC的年需求量將達(dá)20萬臺(tái)以上。目前紡織工業(yè)應(yīng)用PLC的品牌較多，其中以西門子S7—200—300居榜首，其次有歐姆龍、施耐德、三菱、富士、松下、臺(tái)達(dá)和光洋電子等品牌的PLC。