1、前言

    冶金行业中大量使用西门子公司的控制产品。我公司在冶金项目中，逐步引进了和西门子产品完全兼容、高性价比的德国VIPA公司的产品，取得了很好的效果，也提高了我公司在承接项目中的竞争力。

    2、系统构成

    在某电渣炉PLC控制系统中，我们使用了德国VIPA 公司300S系列的控制系统，其主要配置为：

    1） 1个VIPA 314-6CG03作为CPU模块；
    2） VIPA 300S CPU上都带有一个以太网通讯接口，功能相当于CP-343-1EX11，可直接与工控机连接。
    3） VIPA 300S CPU上都带有一个可配置的RS485通讯接口，用来和四块厦门宇电的温控表通讯；
    4） 由于工艺设计要求PLC I/O模块要分别放在两个导轨上，通过西门子IM365扩充了第二个机架；
    5） 1台远程的 Profibus-DP从站，从站选用VIPA 353-1DP01接口模块；
    6） 两个旋转编码器直接与CPU上自带的计数器接口连接，用来计算电极的位置。
    7） 两台西门子的直流调速器6R7018用来控制慢速电机。
    8） 两台ABB的变频器用来控制两臂的旋转。

    系统结构方框图如图1所示。

图1 系统结构方框图

    该系统已投入生产，满足设计要求，系统稳定可靠。整个控制系统从控制器到远程站都使用了VIPA公司的PLC产品。

    2.1 主控站（机架1）

    选用了VIPA 314-6CG03 CPU，它采用VIPA SPEED7技术，是目前基于Step7编程的快的PLC。它与西门子（6ES7 314-6CG03-0AB0 V2.0）兼容。但扩充了8 DIO，一个以太网接口模块及一个485PtP接口，而该VIPA型号在带有Profibus-DP接口的同时还能带有RS485 PtP接口, 特别适合在该项目上的应用。另外挂接了VIPA 300V系列的开关量输出模块VIPA 322-1BH00两块。其排列如图2所示。

图2

    2.2 2.主控站（机架2）

    通过西门子IM365扩充第二个机架，其它模块选用VIPA模块。由于VIPA的CPU可带32个I/O模块，所以VIPA公司没有西门子IM365的兼容产品。本设计由于工艺设计要求I/O模块要分别安装在两个导轨上。排列如图3所示。

图3

 4、系统配置

    一台细纱机通常有250～400个纱锭，纺纱锭数一般用细纱机台数×40来表示。细纱机本身的纺纱能力用纱锭的转速表示。细纱机的运行模式分为高、低速两档。在启动开绕和绕满停车时，为了防止断纱而实行软启动和停车。系统中用了16台内置EMC滤波器的变频器和16台三相250W的电机。控制系统采用 PLC。所有的变频器都由PLC通过RS485串行通信口来控制。这样不仅增强了系统的控制性能，而且还减少了系统布线和调试的时间。控制系统的框图如图1所示。运行模式如图2所示。

图1 系统框图

图2 系统运行模式

    纺纱过程中由电机来带动纱锭（线轴）工作。电机在变频器的控制下运转而带动纱锭进行纺纱。纺纱的质量取决于变频器能否在负载变化时保持稳定的运行。系统中采用欧姆龙3G3JV变频器来控制纱锭电机的运行，3G3JV变频器具有很高的动态性能容许负载快速变化，其FCC控制功能可以提供非常平稳的运行速度，从而减少了断纱，提高了纺纱的质量。3G3JV变频器具有快速的捕捉再启动功能，当电网故障时可以快速地再同步纱锭速度，以避免断纱的产生。 3G3JV变频器可以控制电机在负载变化时从静止到输出650Hz平稳地运行。所有的变频器和电机的参数，如电机的实际速度、电机电流、电机的输出力矩以及变频器和电机的运行状态都可以通过串行口来访问。

    细纱机的运行模式分为高速和低速两档。在系统开绕到低速以及由低速到高速的加速过渡过程中，电机带动纱锭在变频器的控制下在设定的时间内均匀加速。在由高速到低速以及由低速到绕满停车的减速过渡过程中，电机在变频器的控制下在设定的时间内均匀减速，如系统的运行模式图所示。在启动开绕和绕满停车时，变频器实行软启动和停车，以避免断纱的出现。低速和高速的持续时间由PLC控制，而具体的运行速度是通过对变频器的设定来确定的。

    接通电源后，吸风电动机开始工作。同时，钢领板升降电动机正转，钢领板上升。当钢领板升到了始纺位置时，其复位开关动作，电动机停止。按下低速起动按钮，主机开始低速运行，进行细纱接头。按下高速起动按钮，转换为高速运转，全机进入正常纺纱阶段。

    纺纱满管后，钢领板复位开关动作，满管信号灯亮。进入工作位置，主机停止开关接通，此时，主机高速接触器释放，钢领板升降中间继电器吸合，主机断电保持惯性回转。随后，钢领板升降电动机反转，钢领板开始下降，降到极限位置时，钢领板下降限位开关动作，停止下降。撑爪电磁铁吸合时，将撑爪打开，主轴制动电磁铁吸合，主轴制动刹车。经过一段延时后，切断控制电源，落纱完毕。

    需要中途停车时，按下中途停车按钮，主机即可停车，并自行制动。需要提前落纱时，按下中途落纱按钮即可。当机器发生意外时，按下紧急停车择钮，可使全机立即停车。

    在程序中设置了各个过程、设备之间的联锁保护，使生产过程更加安全、合理。

    5、结束语

    系统中采用的3G3JV变频器的防护等级为IP20，为了保证变频器长期可靠地运行，在系统工作过程中需要注意以下几个方面：

    （1）由于纺织生产本身的工艺要求，要保持车间一定的温度和湿度，在炎热的夏季一定要注意变频器柜体的温度不要超限，要确保柜体的通风。

    （2）由于纺纱车间的粉尘较多，如果变频器的柜体设计密封程度不够，粉尘进入变频器内堆积，吸附在电力、电子元件上，将会导致绝缘降低，引起变频器故障。因此在设计柜体时要注意防尘，并定期清理柜子的过滤器。

    （3）由于供电质量低以及同一电网连接多台变频器，故需考虑在每台变频器的输入端加进线电抗器，以保护变频器长久地正常运行。

在程序中：

    S41是“送空管上升”过程的控制，X17 是送空管机构上升限位位置检测点，X30是棉卷夹盘左合到位检测点，X31是棉卷夹盘右合到位检测点，M131继电器是实现对送空管机构上升动作的过程控制，程序中第一行的指令是在S41步进程序步的控制中当送空管机构没有上升到上升限位点而且左右夹盘均没有处于闭合状态的条件下执行送空管机构上升的动作。程序中第二行的M132继电器实现对送空管机构下降的控制，第二行的指令是在S41步进程序步的控制中当送空管机构已上升到上升限位点时实现对送空管机构下降的控制。第三行程序的指令是当送空管机构已上升到上升限位点时程序进入S42步进程序段即夹盘上升1mm步进段。

    S42是“夹盘上升1mm”过程的控制，X16是送空管机构下降限位位置检测点，第四行程序实现的指令是当送空管机构复位时将送空管机构下降的动作复位；第五行程序实现的指令是通过Y7来控制相应的电磁阀以便实现棉卷夹盘上升1mm的控制；第六行中的X33是棉卷支架上升1mm和下降限位的检测点，第六行实现的指令是棉卷夹盘上升1mm后进入S43步进程序段。

    S43是“上升1mm后夹空管”过程的控制，第七行中的M129继电器实现松开棉卷夹盘的控制功能，第七行实现的指令是对松开棉卷夹盘动作进行复位。第八行中的M124继电器实现的是闭合棉卷夹盘的控制功能，本行的指令实现的是实现控制闭合棉卷夹盘的命令；第九行实现的指令是当左右棉卷夹盘闭合时进入S44步进程序段。

    S44是“棉卷支架上升、落空管”过程的控制，在第十行的程序中M513继电器实现的是运行状态下棉卷支架保持的的控制功能；第十一行中的M134继电器实现的是空管仓落空管命令；第十三行执行的是延时2秒后翻空管命令。第十四行中X25是弹簧板处空管检测点，本行指令执行的命令是弹簧板处有空管时进入S45程序步进段。

    S45是“换卷后启动”过程的控制，第十五行执行的是启动低速运行控制指令。

    PLC通过对各个自动动作的限位点的检测来实现对各个汽缸动作执行的协调，气缸是通过电磁阀控制的压缩空气来驱动的，具体动作执行的是否到位是通过传感器的检测来确定的。汽缸的运行速度则是通过调节节流阀来实现调节的。

2.4 控制电磁阀的人机界面程序设计概述

    在HXFA368型条并卷联合机上为了便捷的实现对各种自动动作的分立调试在此应用了台达DOP-AE10THTD型人机界面。通过人机界面可以方便的实现操作人员对各个电磁阀的实时控制，大大的方便了对各个自动动作的调试。

    2.4.1 HXFA368型条并卷联合机上通过人机界面控制和调试电磁阀执行动作的界面设计。

图3 界面设计

    在此界面中通过对打开棉卷夹盘，推棉卷，翻空管一次等触摸键的操作可以实现对相应电磁阀的控制，电磁阀通过对压缩空气的控制来实现压缩空气对气缸活塞的驱动进而实现相应的汽缸动作。在设备的调试过程中调试人员先通过调试设定界面中的触摸键来控制单步动作的执行，然后根据实际操作的需要来调整节流阀，以此实现对气缸运行速度的调节。

3 HXFA368型条并卷联合机气动控制系统中常见故障及解决方法

3.1 电磁阀故障

    电磁阀做为一种执行元件受控于PLC控制器，由于棉纺织设备长时间处于24小时运作状态电磁阀长期动作易造成电磁阀吸合不到位或者彻底损坏两种情况，电磁阀吸合不到位在HXFA368型条并卷联合机上体现出来的状态是间歇性动作故障，进而引起设备间歇性故障停车，在此种状况下当对单个电磁阀进行检测时又不好判断出阀体埙坏，需要根据具体情况进行综合判断；在电磁阀彻底埙坏的情况下体现出来的故障情况是某个动作不执行，在此情况下可以根据实际情况更换相应的电磁阀来解决问题。

3.2 传感器故障

    在设备自动动作执行的过程中需要用传感器对气缸动作的执行进行限位检测以便PLC对设备的自动动作进行逻辑上的协调控制，检测传感器的选用一般有磁感应传感器和接近开关两种类型，检测传感器一旦损坏就会导致自动动作停留在某个动作位停止而不继续往下执行下一步动作。遇到这种故障情况时就应当根据自动动作执行的情况来查找个并更换相应受损的传感器。

3.3 气缸故障

    作为一种重要的执行部件气缸通常会因为长时间的运作而导致气缸内部的活塞出现漏气现象，这种故障情况下气缸所表现出的现象是在压缩空气送入气缸后气缸不动作或者动作力度及行程达不到相应的要求，遇到这种情况时就应当对损坏的气缸进行维修或者更换气缸。

4 结论语

    HXFA368型条并卷联合机是一种自动化程度比较高的棉纺织设备，该设备是为棉纺织企业前纺工段中的精梳工序做准备的一种高效能棉纺设备，该型纺机设备经过多年来的改进提升总体性能和效率已经完全可以替代国外同类纺机设备如瑞士立达公司生产的E32型和E35型条并卷联合机，而其价位却仅为后者的三分之一左右，为国家节约了大量外汇。目前HXFA368型条并卷联合机已经广泛的应用在山东、河北、河南、陕西、甘肃以及湖南等多数棉纺织企业，其优良的性能已经得到了棉纺织企业用户的yizhihaoping