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P L O 与D O S PL C an d DCS 棉花异纤清除机是一种能在线检测并剔除棉花 中 有害杂质的集机、光 、电、气于一体的 自动化 电子设 备 ， 可无缝接入到前纺工序 中。设备主要包括前级输 棉风机 、打手 电机 、罗拉电机、吸废棉风机、光源系 统、高速相机 、大规模集成处理板卡、工控机和高速 气阀等 ， 各部分负载类型不同， 所需电压不同， 对 电源 稳定程度的要求也不同 ； 其启动流程为 首先启动工控 机 ， 2 0秒后启动光源系统 ， 工控机启动完成后启动吸废 棉风机 ， 然后启动打手 电机 ， 待打手转速正常后 ， 启动 罗拉 电机 ， 启动前级输棉风机 ， 最后启动相机 、板卡 ， 最后设备 自动进入运行状态 。另外 ， 设备安装与纺织 厂 的生产线中， 采用统一的供 电线路和控制 中心 ， 来进 行整条生产线的启动及故 障报警等。生产线启动时 ， 首先启动滤尘系统 ， 然后启动后级梳棉设备 ， 接着启动 异纤清除机 ， 最后启动前级开棉机 ， 整条生产 线开始过 棉生产 。 基于以上工艺设计要求， 系统采用 P LC进行启停 逻辑控制。系统组成由南大奥拓 CPU 2 0 l 一4 0 0 2的 P LC、中间继电器、工控机 、RS 2 3 2通讯 电缆和异纤 清除机的输入输出开关等构成 ， 其中PLC主要负责接 收生产线开启信号 ， 对棉花异纤清除机进行 电气逻辑 控制 ， 同时完成光源寿命计时统计、打手 电机转速测 量以及与工控机进行 Mo d b u s R T V通讯。系统硬件组 成如 图 1所示 。 图 1 系统组成 3 软件功能设计 3 ． 1 硬件配置及端 口设定 在系统设计之前， 根据其复杂程度 ， 从经济性、可 靠性等方面考虑， 选择 NA一2 0 0 P L C作为棉花异纤清除 自动化技 术与应用2 0 l 2年第 3 1卷第 1 期 机控制系统的控制主机。P LC采用 2 2 0 V交流供电， 本 体具有 2 4 个数字量输入点 可设计为源型或漏型输入 和 1 6个数字量继电器输出点， C PU 内部集成两个 RS 2 3 2 Mo d b u s RT V 、1 2 8 K程序存储空间和 8 K掉电保持存 储空间、4通道的高速单相计数器。具体 P LC的I ／ O分 配 如 图 2所示 。 打 檎 P LC 2 2 0 V 报警灯红 报警灯黄 报警灯绿 2 2 O、 计算机 气阀板 相机 图像卡 照明 灯组A 照明灯缈 紫外光源 2 2 O 、 废棉风机 输楠风机 打手正转 打手反转 罗挝正转 罗拉反转 图 2 P L C夕 卜 音 B I ／ O分酉 己 3 ． 2 P L C内部资源分配 在设计程序过程中， 会使用到许多中间继电器、寄 存器 、定时器等软元件 ， 为 了便于编程及修改， 在程序 编写前先列出可能用到的软元件 ， 现将与上位机通讯及 关键 元件进 行规 定 ， 如表 1所示 。 表 1 P L C内部关键资源分配表 M 1 输入端口状态映射 唧 2 打手转速测量值 M 3 可见光源寿命计时 M W 4 光源预热时阃计时 M W 5 紫外光源寿命计时 M W 6 唧 8 上位机下发指令 N W l 可见光源寿命 l 0分钟 计时存储 N 舵 可见光源寿命小时计时存储 N W 3 紫外光源寿命 1 0分钟 计时存储 N W 4 紫外光源寿命小时计时存储 N W 5 高速计数器模式设定 N 张 S N 耵 高速计数器计数当前值 R W 8 懈9 高速计数器预置值 M 1 2 0 - M 1 6 7 接收上位机指令按 位分解 自 动 化 技术 与 应 用 2 0 l 2 年 第3 1 卷 第1 期 P L C 与D C S PL C an d DCS 3 ． 3 控制软件设计 控制软件采用梯形图语言【 编写， 采用模块式设 计 ， 针对不同的控制功能采用不同的功能子程序完成 ， 主程序 中通过控制条件对各个子程序进行调用 。如图 3所 示 。 霉 |岫 i V e t 2 0 } l 一 0 9 ～ 2 3 1 5 2 7 3 3 C e ] E K c啦 I 刺 t 攀 置 吾 营 l L i ‘ ； i l 蠢 L l 图3 程序整体设计 P LC上 电以后， 执行 MAI N主程序， 主程序采用顺 序执行方式， 根据不同的状态 ， 调用不同的子程序 ； 主程 序根据 P L C 的初始化状态， 调用 I N I T、R E C M D、 C AL S P E E D这三个初始化和状态初始检测程序； 待初始 化完成后 ， P L C根据输入的 “ 自动 ／手动”信号以及上 位机的控制命令 ， 开始进行光源预热、寿命统计、输入 输出逻辑控制、数据通讯等功能； 程序执行过程中， 全程 监控通讯 、打手转速等状态 ， 如出现异常 ， 则立即将异 常状态上报上位机， 并转入执行 P RO T EC T子程序， 对整 机进行保护 ， 防止出现更为严重的故障。 3 ． 4 设计中的问题及解决措施 ① 硬件方面 在异纤清除机的设计中， 主要的硬 件问题是 P LC的输入设计和外围线路接线设计。 P LC本体所具备的2 4 V输出电流驱动能力有限， 再 加上节能的考虑 ， PL C的输入端 口接线方式设计为漏 型， 外围开关尽量使用常开触点， 保证正常工作时， 所需 电流最小 ， 只有在开关特定操作或异常时才导通 ， 减少 对 P LC驱动电流和各个输入端口的损耗。P LC的输出 端 口大部分与接触器等元件连接 ， 接触器的突然断开和 闭合会形成浪涌， 对 P L C的输出端子造成损坏 ， 因此在 每个接触器上加装一些保护装置 ， 例如， 浪涌抑制器等， 增加触点的寿命。 ② 软件方面 在P LC控制软件的设计中， 主要是 控制逻辑的设计和验证的问题_ 4 】 。 为了保证 P LC控制命令的及时响应， 在程序设计中 应对程序的长度进行优化 ， 尽量采用模块化设计， 利用 状态命令字来切换需要执行的功能模块 ， 减少执行周期 内的指令数 目。在程序编写完毕后， 首先在电脑上利用 NAP r o自带的仿真软件对程序执行结果进行软件仿真， 主要是检查是否存在错误 ； 然后通过 P LC联机的方式检 查程序是否存在逻辑上的缺陷。调试时， 可根据功能模 块分类分别调试 ， 最后进行总体调试 。 ③ 通讯方面 P LC支持 自由协议通讯和 Mo d b u s RT V通讯。根据异纤清除机整体设计的需要， P L C采用 Mo d b u s RTV协议、上位机查询模式进行通讯 ， 提高 P L C程序执行的效率 ， 降低上位机中断响应的频率。 4 结束语 目前 ， 该 P LC控制系统 已在陕西长岭纺织机 电科技 有限公司的 C S系列异纤机种使用。经过长达4年的使 用表明， 采用南大傲拓科技有限公司的 NA2 0 0 系列 P L C 作为核心控制设备， 运行稳定， 性价 比高， 效果很好该 系列 P LC具有丰富的内部资源 ， 支持多种编程语言 ， 程 序设计简单， 对于需要严格控制成本的异纤清除机产品 是一个不错的选择 。 参考文献 【 1 】王永华． 现代电气控制及P LC应用技术[ M】 ． 第2 版． 北 京 北京航空航天大学出版社 ， 2 0 0 8 ． 【 2 】宋伯生． P L C 编程实用指南I N】 ． 北京 机械工业出版社， 2 0 0 7． 【 3 】 南大奥拓科技有限公司． N A 2 0 0 可编程控制器 P L C 硬 件手册[ M】 ． 2 0 0 9 ． 【 4 】廖常初． P LC编程及应用 ] ． 北京 机械工业出版社， 2 0 0 5 ． f 5 ]秦贞俊． 世界棉纺织前沿技术[ M] ． 北京 中国纺织出版 社 ， 2 0 1 0 ， 6 ． 作者简介 张得旺 1 9 7 9 一 ， 男， 工程师， 主要从事F P G A及 PL C程序 设计 。
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