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1 引言
塑料、印染以及造纸纺织等业生产中，往往具有很多个同步传动单机，每个机组都有各自独立拖动系统。与此同时，又要求各单元间被加工物(布匹、纸张等)运行线速度能够步调一致，即实现同步运动。造纸设备种类繁多，传动结构也各异，但从系统组成来看都是由压榨、烘干、压光、卷取等几个部分组成，各部分都有电机驱动。造纸工艺要求:设备传动时应保证纸各部分传送时具有恒定速度及恒定张紧度。目前造纸设备实现这个要求佳控制方案是变频调速，而对变频器控制主要有两类:一类是PLC控制，另一类是IPC机或工控机控制。本文采用PLC控制来实现造纸机同步传动。
2 造纸机同步传动系统
2.1 造纸生产线控制要求分析
图1为造纸生产线操作台面板图。该系统由多个单元组成，各单元要求保持同步，构成同步传动控制系统。对同步控制要求:
图1 操作台布置图
(1) 统调:各单元要能够同时升速和降速。统调是主指令单元(通常是一单元)对转速要求来进行调节。
(2) 局部微调:当操作人员发现某单元速度不同步时，可以进行微调(人工干预)。微调时，该单元以后各单元转速必须同时升速或降速，而不必逐个进行。
(3) 单独微调:检修和调试阶段，遇到特殊情况，又必须能够对每个单元进行单独微调。
该生产线由四个单元组成，各个单元运行情况可以由各自线速表直观显示出来。
2.2 同步运行
(1) 当进行统调操作时，将单/统调开关切换到统位置，统调按钮增/减对四个单元进行同步控制;
(2) 当发现某单元速度不同步时，可以进行同步微调，例如:当2单元需要调节时，则2~4单元则同时升速或降速;
(3) 当某种原因，某个个别单元速度跟不上时，这时需要进行绷紧。造纸系统来说，需要按下绷紧按钮，使其速度短暂提升一小段时间，达到绷紧效果。
便于操作人员直观了解系统运行情况，各个操作均有相应指示灯显示。
2.3 造纸机同步传动控制原理
(1) 变频器启停
如图2所示，以#1单元变频器控制图为例，SA13为变频器启动开关，当SA13接通时，运行指示灯LA11亮，停止指示灯LA12灭，此时变频器处于运行状态;当按下变频器停止按钮SA12时，线圈KA13失电，变频器停止运行。
图2 变频器控制图
(2) 统/单调控制
统/单调开关SA11置于统调位置，此时，线圈KA12接通，生产系统处于统调状态，同步器，可以使#1~#4同时进行升速和降速调整。当拨到单调位置时，线圈KA12失电，同时线圈KA11通电，进入同步微调状态。这时可以调整该变频器及其以下单元。
(3) 绷紧
当常开开关SA14闭合，此时线圈KA14通电，此时变频器会从外部到一个瞬间稍高电压，控制该单元转速提升到正常水平;断开SA14，恢复统调状态。图3为由4个控制单元组成生产系统接线图。
图3 由4个控制单元组成控制系统
2.4 造纸机同步传动系统PLC控制
采用欧姆龙公司可编程序控制器CPM1A-40CDR-D对该造纸机同步系统进行改造[3][4]，选择两个数字信号输入端X1和X2，功能预置，作为升速和降速之用，同时，把绷紧功能整合到各单元单独微调;改造后控制系统图如图4所示。
图4 采用PLC进行控制同步系统
真空热处理是应用于制造工业中，为了使工业产品具备良好性能的必要中间工序，它是热处理的一个分支，主要目的是为了防止工件在加工过程中产生氧化和脱碳。由于可编程控制器应用了微电子技术和计算机技术，各种控制功能是通过软件来实现的，只要改变程序，就可适应生产工艺的改变，因而适应性强。它不仅能完成逻辑运算、定时、计数等功能，而且能进行算术运算.因而既可进行开关量控制，又可进行模拟量控制，还能与计算机联成网络，实现分级控制。况且PLC体积小，重量轻，结构紧凑，开发周期短，安装和维护工作量小。因此，在用微电子技术改造传统产业的过程中，传统的继电器控制系统，大多数被PLC所取代。本文正是通过阐述PLC和真空热处理炉控制系统相结合进行设计，提出整体思路，并进行了系统硬件和软件设计。
1 控制系统方案的确定
1.1 控制系统的工作原理
首先，将预定工作的PLC及被控制的真空热处理上电，并向工业控制机发送准备就绪信号。此后，利用工业控制机启动整个系统的控制运行。工作过程中，PLC一方面实现与工业控制机之间的数据通信，一方面控制真空热处理炉的正常运行。当PLC接收到工业控制机发出的数据提取命令后，就把采集到的真空热处理炉工作情况，如炉内真空度、温度、冷却水状态以及各部件的开关状态等数据向工业控制机发送，当数据发送完毕后，PLC又继续控制真空热处理炉。
PLC对设备的控制主要是通过接触器、固态继电器等电气元件组成的外围电路来控制气压阀、真空泵、电阻丝等各部件的运行、送气操作、到限与故障报警。而工业控制机一方面把接收到的数据处理并显示，另一方面则等待第二个时钟中断信号的到来，准备发出下一个提取数据的命令和接收发来的数据。控制系统设计为一台工业控制机连接两台PLC，将定时提取每一台PLC数据，轮流往复地控制两台PLC工作。
1.2 控制系统总体布局
设备总体以PLC作为控制核心，工业控制机作为监督和显示。利用热电偶返回温度信号，通过与设定值比较输出可控脉冲给固态继电器来控制温度。利用真空传感器返回真空度信号，然后根据真空度的数值进行下一步工作，并驱动电磁阀和真空泵使炉膛达到所需真空度。对于循环水传感器进行监测，当出现报警状态时及时进行处理。通过控制循环水阀门和循环水泵的开启协调整个厂房所有真空炉的用水量。通过PLC程序控制炉门的直线开关和旋转开关。总体布局示意图如图1。
图1 总体布局示意图
1.3 控制系统设计方案
控制系统共分为供电系统，抽真空控制系统，加热控制系统，炉门开关台车进出控制系统，循环水控制系统。而供电系统为手动操作。以抽真空控制系统为例介绍系统设计方案。操作步骤是用PLC进行编程，由机械泵，罗兹泵进行抽初中级真空，扩散泵准备。取到达一定真空度和扩散泵准备好的较长时间打开扩散泵，具体原理见图2。
图2 抽真空系统工作原理
2 系统的硬件设计
PLC控制系统的硬件是由PLC，输入/输出电路以及外围设备等组成的。系统的规模根据真空热处理工艺需要而定，真空热处理炉的PLC顺序控制系统的硬件组成图3所示。
图3 PLC外部顺序控制系统示意图
由于真空热处理炉带有闭环控制、PID调节、通信连网等，故控制线路较为复杂，因此选择大中型PLC方能满足要求。由于本控制系统控制的对象是容积为10立方米的热处理真空炉，确定采用PLC型号为S7-300，抽真空系统的外部组件连接见图4。其中NL1-NL3为机械泵，ND1，ND2为扩散泵，NZ1为罗兹泵.VP1-VP13为气动阀门，BW1-BW5为泵体冷却器，PT1-PT4，PA1，PA2。PA3为真空传感器，PD1-PD3为压力表。由机械泵NL1，NL2，NL3抽初级真空，NZ1抽中级真空，ND1，ND2抽真空。
图4 抽真空系统外部组件连接图
3 PLC控制系统软件设计步骤
(1)制定真空炉运行方案。根据热处理工艺的要求，分析热电偶、真空度等输入参数与控制接触器和固态继电器等的输出信号与各种操作之间的逻辑关系，确定需要检测的量和控制的方法。并设计出真空炉系统中各设备的操作内容和操作顺序。据此可画出流程图。
(2)画抽真空和温度控制流程图。
(3)制定PLC控制系统的抗干扰措施，比如电源隔离、外围电路的光电偶合。
(4)编写程序，根据被控对象输入如热电偶和输出信号如控制固态继电器的脉冲及所选定PLC型号，分配硬件资源，为梯形图的各种继电器或接点进行编号，再按照技术说明，用梯形图进行编程。
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。
2.5 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。
2.5.1 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。
1 引言
随着科技的飞速发展，纺织机械设备制造业也迎来了革命性的发展，当前纺机设备的发展特点主要体现在：触摸式人机界面(HMI)，可编程逻辑控制器(PLC)以及各种气动控制元件的广泛应用;目前不断提高纺机设备的自动化程度以减轻操作者的劳动强度和提高纺织厂的生产效率成为纺织机械生产厂家的一个重要的研发设计宗旨。而自动化动作的实现则普遍需要通过用PLC来控制电磁阀以及气缸等执行部件来实现。条并卷联合机是前纺中精梳准备工艺中生产效率高的一种设备，HXFA368型条并卷联合机的自动化动作的实现需要通过压缩空气驱动气缸来实现，而压缩空气则是由PLC控制电磁阀来实现控制的。HXFA368型条并卷联合机采用了亚德客的电磁阀和气缸等气动元件来实现自动动作的执行。
2 应用设计
2.1 HXFA368型条并卷联合机的气动控制系统概述
一个典型的气动系统是由方向控制阀、气动执行元件、各种气动辅助元件及气源净化元件所组成。 HXFA368型条并卷联合机选用亚德客的电磁阀、气缸、压力表以及管接头做为标准配置，主气源进气处先通过三连件后再进入主气路，各个电磁阀用来作为相应动作单元上压缩空气通断的控制，电磁阀则由PLC控制器来实现逻辑上的控制，气缸的选用根据具体机械动作的实现来确定，气缸运动的速度根据相应的节流阀来进行调节。
2.2 HXFA368型条并卷联合机的动作流程概述
图1 HXFA368型条并卷联合机的部分动作流程图
HXFA368型条并卷联合机在当设定的棉网长度到时主电机转为低速，电磁离合器分、扯断棉网，主电机停，此时棉架快速上升，上升到位时打开夹盘，棉架暂停在高位，开前门，前门打开后推棉卷，棉卷推出后推卷机构返回，推卷机构返回后关闭前门，前门关闭后棉卷架快速下降到低位，然后再进入上空管的步骤;棉卷推出后执行翻棉卷到小车的动作，翻棉卷机构返回后小车前进一步，推小车机构返回。
HXFA368型条并卷联合机各种动作的实现均是通过气动执行元件来实现的，在气动控制系统中将压缩空气的压力能转换为机械能，驱动机构作直线往复运动、摆动和旋转运动的元件，称为气动执行元件。在条并卷联合机中是采用电磁阀来控制气缸来执行动作的，而电磁阀的动作则由PLC来控制，在本设备的控制系统中采用了中达电通有限公司的DVP60ES型PLC来控制整个系统工作;电磁阀及气缸则均选用亚德客有限公司的产品。
2.3 HXFA368型条并卷联合机的自动动作的实现
HXFA368型条并卷联合机具有机电一体化程度较高的特点，其主动力由11KW的变频电机通过变频来实现变频调速控制，各个分步动作的实现主要由电磁阀控制压缩空气驱动气缸来实现动作控制，上下空管、翻棉卷、棉卷支架上升下降、推棉卷、小车前进、前防护门开合、空管仓落空管以及送空管机构上升下降等动作都对应着相应的电磁阀和气缸，而整个动作的协调运作则有PLC控制器来实现控制功能，在此只做一个简单的概述。
2.4 控制电磁阀的PLC程序设计概述
HXFA368型条并卷联合机上的各种自动动作的实现是通过用PLC控制电磁阀来实现的，下面是一段对部分动作进行控制的步进程序。
图2 步进程序
