成卷机控制系统的自动化设计

杨海忠

（福建福能南纺卫生材料有限公司卫材厂，福建南平 353000）

为促进我国非织造布企业不断发展，进一步提高经济效益，成卷机的工作效率与运行质量对企业具有重要作用。在现代成卷机自动化程度不断提高的背景下，人们对产品质量提出了较高要求。另外，成卷机的工作效率为企业重视的问题。为了提高成卷机的使用性能，要设计成卷机控制系统，提高企业经济效益。

1.成卷机的控制方式

成卷机的控制要求包括：

其一，运行方式。成卷机工作方式包括自动、手动两种方式，系统在自动工作方式中根据设置的参数开展无纺布卷绕工作；系统在手动方式中对各轴工作进行控制，主要应用在设备调试与检修阶段；

其二，实时显示。在触摸屏中显示故障报警、卷绕卷数、线速度等参数信息[1]；

其三，协调一致。要求轴的速度根据要求协调同步控制，实现卷绕过程中的张力恒定；

其四，紧急停止。在出现紧急情况的时候，按下急停按钮之后全部机构的运行都会停止；

其五，数据保存。为了避免出现断电等意外情况导致卷绕失败，要实时保存当前的工作参数，断电后再次通电的时候能够继续完成没有完成的工作[2]；

其六，成卷机在生产线上实现不停机自动落卷。生产中待布卷达到设定长度时，自动翻转抬起切刀快速切断布，同时启用备用轴。卷布自动转入备用轴进行卷绕，成品轴移出，备用轴翻转到成品轴位置继续进行卷绕，这样就实现连续性生产。（这个过程就是自动换卷）

PLC使用欧姆龙机型，具备多功能一体化紧凑型PLC，内部设置模拟量4路输入2路输出端。PLC接收系统中的开关与按钮信号都是触摸屏数据，以程序与预先设定参数对继电器动作进行控制，并且为伺服驱动器与变频器输出控制量信号，对旋转编码器脉冲输入进行接收，控制电动机速度。

触摸屏实现无纺布指标、张力与防线速度等参数设置，并且显示信息。利用PLC和RS232串口实现数据通信和交换，提供给用户良好的人机交互界面[3]。

变频器使用欧姆龙系列，以PLC数字量输出信号对放线进行控制，使故障报警信息送到PLC输入端。以PLC模拟量输出0V～10V电压信号控制防线，OLC接收到旋转编码器的脉冲输入，利用CPLH高速计数功能，能够实现速度控制反馈回路，使运行精度得到提高。

2.成卷机自动化控制系统的设计

2.1 电气控制模块

在配电室中设置电气控制模块，主要包括输入输出电抗器单元、卡轴变频器组、回路接触器等；执行模块包括横动电机、卡轴电机、压辊电机，连接交流输入输出电抗器单元，衡东变频器、卡轴变频器组、压辊变频器组和控制器、通信模块相互连接。卡轴变频器组包括卡轴A、B变频器和压辊变频器、横动变频器，各个变频器之间利用共直流母线系统相互连接。电源单元主要包括直流缓冲电源，控制器使用PLC可编程控制器，具备较强的抗干扰能力、较高的可靠性，并且功能比较完善，配件齐全，具有较强的适应性，备受工程技术人员喜欢。另外，维护方便、建造工程量比较小，重量比较轻。触摸屏使用RS232通信接口电路和PLC可编程控制器相互连接，利用触摸屏能够对成卷机的工作情况进行查看，设置压力和频率，操作比较简单，方便车间工作人员的学习[4]。

在系统设计过程中，将制动电阻、通信卡、接触器等作为电器柜核心部件，横动、卡轴、压辊电机电缆和输出电抗器端子中压接，横动变频器、卡轴变频器和压辊变频器利用西门子通信卡相互连接，控制箱中可编程控制器为系统核心，利用DP口对变频器运转进行控制，利用MPI口和终端触摸屏通信，通过终端触摸屏将参数进行输入，箱内包括直流电源与缓冲模块的供电，使可编程控制器能够正常的运行[5]。

2.2 传动功能的设计

成卷机传动系统使用东芝公司，以成卷机工作需求选择合适的传动电机电源。针对传动系统的电动机功率不超过1MW，所以在对变频器选择过程中使用交直流电压型变频器。以成卷机工作原理表示，底辊电动机转矩与转速方向一致，在工作时利用直流母线经逆变器在底辊电动及内部传输，保证电动机正常运行。在成卷机开卷工作过程中，电动机转矩与转速都有所改变，为相反状态，功率流动方向也相反流动。针对变频器主电路，利用公共直流母线工作模式进行设计，利用此方法使成卷机与地滚电机逆变器在同一条直流母线中连接。利用此连接方式降低成卷机整流器容量[6]。

在成卷机主传动电机调试过程中，实现成卷机传动电机选型后，确定成卷机的转速和电机功率，此时，要求成卷机与底辊电机实现数据测试。首先，测试成卷机电动机功率。利用分析测试数据，成卷机额定功率到一定水平的时候，对电机转速能够保证在稳定水平，使成卷机工作性能进行保证。之后，实现底辊电机功率测试。利用测试数据计算与分析得出成卷机底辊电机在正常工作过程中的转速和功率。

在成卷机工作过程中，传动控制系统中除了控制成卷机无纺布张力之外，还能够实现成卷机自动停止控制，保证成卷机在正常工作中具有重要控制功能。利用自动停止控制保证成卷机得到相应的宽度与纸幅，保证成卷机因为失去张力影响导致速度过快。成卷机自动停止模式包括长度、直径两种自动停止模式，不同模式的功能与效果也各有不同。成卷机长度自动停止模式指的是成卷机控制系统以反馈信息计算运行长度，使得出实际长度值在控制系统中反馈，之后通过控制系统控制传动系统，在此过程中传动系统与控制系统实现成卷机运行长度的计算与控制[7]。

2.3 任务管理中PLC通信

PLC和专用控制器使用串口通信，PLC串行口支持上位机通信。Host-lint协议为经济、优化的通信方式，适合一台或者多台PLC与上位机的连接。可以使用RS232方式实现通信，最多可以使用32台PLC和上位机连接。

在传送一个帧的时候，将校验码设置于终止符前面，再检查传送时是否有数据错误，一般为FCS校验。每接收一阵就要对FCS进行计算，并且对比帧中FCS，保证数据传输的正确性。在手动时候，PLC模块利用串口通信，得出顺序逻辑动作指令对相应设备操作，自动时候以运动控制状态与机器各个行程开关、按钮与传感器等开关量状态，根据预先规定逻辑顺序实现工作[8]。

3.结语

通过生产实践，此成卷机控制系统软件与硬件设计满足生产需求。在生产过程中，系统控制软件结合硬件能够顺利实现数据处理、执行控制与信息输出，使成卷机根据设计需求可靠安全运行。