1 引言

　　紡織業(yè)作為國民經(jīng)濟支柱產(chǎn)業(yè)，2006年生產(chǎn)總值36000億元，其中紡織機械生產(chǎn)總值達526億元。紡織工業(yè)是傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，用現(xiàn)代化技術改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)是紡織工業(yè)的唯一出路。。國務院對裝備制造業(yè)和紡織業(yè)的發(fā)展一直很關心，很支持。例如： 國務院關于振興裝備制造業(yè)的若干意見》(2006年)提出“以科技進步為支撐，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)設計技術、控制技術與關鍵總成技術為重點，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、財政部、科技部等十部委于2006年5月聯(lián)合下發(fā)了 關于加快紡織行業(yè)結構調(diào)整促進產(chǎn)業(yè)升級若干意見的通知》，因此紡織機械作為紡織工業(yè)的技術裝備，應為紡織工業(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國轉(zhuǎn)變的關鍵時期，紡織機械將對10種新型成套紡機設備進行技術攻關和實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。高檔次的紡織機械必然實現(xiàn)數(shù)字化、智能化控制。而PLC可編程控制器是實現(xiàn)數(shù)字化、智能化的關鍵的技術，PLC技術已在紡機設備中得到推廣應用，應用水平在逐漸提高，今后在紡織工業(yè)中應用PLC一方面是繼續(xù)推廣應用面，另方面是繼續(xù)提高應用水平，如合理的選用PLC，充分利用其軟件資源為實現(xiàn)紡織機械的智能化提供技術保證。

　　近10年來，各種可編程控制器PLC在各類紡織機械中推廣應用，大多數(shù)應用為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)中應用面越來越廣，已遍及各種紡織機械，應用量越來越大，年需求量已達12萬臺以上。

2 PLC在紡織工業(yè)應用

　　2.1 邏輯控制

　　主要是取代各種中間繼電器，時間繼電器和計數(shù)器等實現(xiàn)各種開關量(通斷)控制。一臺PLC可取代少則幾個繼電器(例如在并條機自動換筒的邏輯控制等)多則幾十個甚至百余個繼電器(例如打倉機、清聯(lián)合機的順序控制等)當然最簡單的是起動、停止等。

　　2.2 順序控制

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

　　首先高壓罐進水即起動水泵，當高壓罐水位升到高水位時水泵停。接著下紗(筒紗)、加染料并將高壓罐密封，打開空壓機加壓至設定值并保持該壓力不變，然后打開高溫蒸汽閥升溫。當溫度達到設定值時染色電動機正轉(zhuǎn)起動運轉(zhuǎn)，正轉(zhuǎn)8—15秒(具體由生產(chǎn)工藝確定)停機，暫停3—5秒后，電動機反轉(zhuǎn)起動運轉(zhuǎn)2—3秒停，若尚未達到設定的染色時間再返回正反循環(huán)程序，直至達到染色設定時間，再排液(染液)，減壓、染色完畢報警5—10秒自動停機，染色全過程結束，如圖1所示。

　　2.3 PID控制

　　PID控制算法將被測量(反饋量)隨時與設定量進行比較，并對其偏差值△u進行P(比例)I(積分)D (微分)控制，直到偏差值AU-O。例如漿紗機漿槽漿液和烘筒溫度的控制等，均是將溫度信號通過接i：1轉(zhuǎn)換為4—20mA的信號，再送至PLC與設定值比較，經(jīng)PID運算處理后可精確地控制上過各點的溫度。在PID中：P為比例系數(shù)相當于放大系數(shù)，P值越大，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精度越高，抗擾動能力越強，另方面P值越大，系統(tǒng)的穩(wěn)定性越差，易發(fā)生振蕩；I為積分時間，積分時間越長，系統(tǒng)的響應越慢，積分時間越短，系統(tǒng)響應越快，越容易產(chǎn)生振蕩，系統(tǒng)的穩(wěn)定性也越差；D為微分時間，微分時間越長，系統(tǒng)的超前作用越強，系統(tǒng)超調(diào)量越小，振蕩減緩。微分時間越短，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，積分時間盡可能短些，以提高系統(tǒng)的響應速度，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分時間或減小比例系數(shù)或減小微分時問。系統(tǒng)若出現(xiàn)長周期性(如比積分時間設定值長)振蕩時，可減小積分時間。

　　2.4 數(shù)據(jù)處理

　　PLC能進行算術運算，函數(shù)運算，數(shù)據(jù)比較、數(shù)制轉(zhuǎn)換、和數(shù)據(jù)傳送，以及定時、計數(shù)控制等多種數(shù)據(jù)處理。例如，細紗機主軸、前、后羅拉速度通過速度傳感器檢測，其值送PLC進行運算處理后，可計算出紡紗長度、牽伸倍數(shù)和捻度等工藝參數(shù)。紡紗長度輸入PLC與設定值進行比較后即時調(diào)整變頻器輸出頻率，使細紗機按設定的紡紗曲線紡紗，當紡紗長度達到設定時停機。

圖1 染色過程序控制程序框圖

3 PLC在紡機聯(lián)網(wǎng)應用

　　3.1 紡機聯(lián)網(wǎng)架構

　　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)絡適配器，構成特定的公司內(nèi)部網(wǎng)絡。其特點是網(wǎng)絡協(xié)議不公開。如西門子PPI協(xié)議等。

　　(2)與工業(yè)現(xiàn)場總線構成現(xiàn)場總線網(wǎng)絡。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。其特點是通過總線的通信能力，擴展PLC的控制范圍。

　　(3)通過標準的RS485串行通信網(wǎng)絡和自定義或自主選擇的通信協(xié)議，構成PLC及工控機的分布式網(wǎng)絡。此方案具有較好的靈活性和性價比，應用較廣。

　　3.2 基于紡機通訊的應用

PLC的通信技術在紡織工業(yè)得到推廣應用，其主要通信類型有：

　　(1)PLC與PLC的通信， 以擴大控制規(guī)模例如并紗機共有108錠子，12錠為1節(jié)，全機共9節(jié)，每節(jié)采用1臺PLC控制該節(jié)電動機的起動、停止和卷繞運行速度，控制切絲器的切斷動作，當卷繞長度達到設定值時，控制電動機停轉(zhuǎn)，全機由9臺PLC組成分布式網(wǎng)絡，其中一臺為主機，其余為從機，主機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械中應用最為普遍，例如，半精紡梳毛機，該機為可編程控制PLC控制，變頻調(diào)速、觸摸屏操作顯示如圖2所示。PLC的一個通信口(如PORT1)以自由口方式與變頻器的RS485通信口進行串行通信連接、PLC的另一個通信口(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)的設定、修改、查詢和數(shù)據(jù)統(tǒng)計、顯示，故障診斷；與變頻器通信，完成控制斜簾、平簾變頻器(含電動機)的起動、運行速度和停止；控制喂毛簾、剝毛輥、毛斗電動機的起、停等邏輯控制；計算功能：自動喂毛機的白調(diào)勻整系將每斗所稱的毛的實際重量與工藝設定的重量通過觸摸屏送至PLC進行比較，根據(jù)重量偏差值經(jīng)計算后調(diào)整喂毛時間(即延長或縮短喂毛時間)， 以保證單位時間內(nèi)喂入的毛料基本相等，起到了自調(diào)勻整的作用；控制自動換簡制作，當滿筒信號(編碼器脈沖計數(shù)達設定值時)送至PLC，PLC控制換筒電磁閥動作，帶動氣動換筒子機構將滿筒推出，并撥進空簡，完成自動換筒。

圖2 半精紡梳毛控制系統(tǒng)原理框圖

　　(3)PLC與上位機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)場設備的直接控制，此種方式應用例不少。

　　例如簾子線浸膠機控制系統(tǒng)中上位機為工業(yè)計算機IPC與主站PLC機通信、IPC監(jiān)控全機的運行、數(shù)據(jù)歸擋、工藝參數(shù)的設定、修改，各種報表的打印等。IPLC作為總線系統(tǒng)主站，選用S7—300系列PLC，負責數(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控制、前后段主傳動控制、各風機和各點溫度的控制。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

　　(4)PLC與PLC的數(shù)據(jù)存取單元進行通信。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定數(shù)據(jù)進行修改，對各監(jiān)控點的數(shù)據(jù)或圖形變化情況進行監(jiān)控，還可對PLC出現(xiàn)的故障進行診斷等，上述的簾子線浸膠機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)應用各種PLC數(shù)量大，年需求量12萬臺以上，以棉紡織機械年需求量為例列表如表1所示。表中數(shù)據(jù)根據(jù)中國紡機協(xié)會等有關資料統(tǒng)計測算而得，僅供參考。其它紡機設備配套PLC的年需求量不一一列表，分析過如下：化纖機械配套PLC的年需求量約4850臺；毛紡織機械配套PLC的年需求量約2370臺；針織機機械配套PLC的年需求量約6990臺；染整機械配套PLC的年需求量約6150臺；非織造布機械表1 棉紡織機械設備配用PLG的年需求量配套PLC的年需求量為2000臺以上；服裝機械配套PLC的年需求量為3000臺以上；生產(chǎn)廠泵類負載配套PLC的年需求量為5000臺以上；生產(chǎn)廠技術改造配套PLC的年需求量為6000臺以上。

5 結束語

　　PLC變頻器一樣，是紡織自動化的核心單元，PLC在紡織工業(yè)中的應用，減少了電控拒內(nèi)大量中間繼電器和時間繼電器等，實現(xiàn)了硬件軟件化，且具有很強的運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)正面臨著設計創(chuàng)新提升產(chǎn)品市場競爭力，推出高擋的紡織品和紡織機械產(chǎn)品，需要更多更好的推廣應用PLC等高科技產(chǎn)品。在《十一五 期間預計每年需求PLC的量將以10—15％的速度遞增，到2010年對PLC的年需求量將達20萬臺以上。目前紡織工業(yè)應用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、臺達和光洋電子等品牌的PLC。