NA200系列PLC在异纤清除机中的应用
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NA200系列PLC在异纤清除机中的应用

摘要:本文主要介绍na200系列plc在棉花异纤清除机中自动控制系统的构成,并说明各部分控制功能的实现,以及与上位机通讯功能的设计。设备运行稳定,具有很高的可借鉴性。

关键词:plc ;异纤清除机;逻辑控制;通讯协议;梯形图

 

1、前言

  随着可编程控制器(简称plc:programmable logic controller)的从无到有,功能从弱到强,应用领域从小到大,其已经成为工业控制领域的主流控制设备,在各行各业发挥着越来越大的作用。

  1.1 plc应用的必要性

  棉花异纤清除机作为一种在线清除棉花中异纤的设备,其主要作用是代替人工挑拣棉花中所含的各类异纤,从而保证纱线的质量。棉花异纤清除机作为一种生产质量控制设备,其运行的稳定性和设备的可操作性是首要要求。第一,一旦设备运行不正常不仅会影响产量,还会造成纱线质量下降,因此,设备的控制单元必须选用可靠性高的器件。第二,设备自身的操作方法以及与生产线其他设备的级联控制方式,需要适应纺织厂工人的操作习惯,尽可能做到一键式启动、停止。基于以上需求,棉花异纤清除机采用plc作为逻辑控制单元能够很好的满足设备的设计要求。

  1.2 na200系列plc的特点

  作为小型一体化plc 产品,na200plc包括一个单独的cpu模块,以及各种可供选择的功能扩展模块,无论是独立运行,还是相互连接构成网络,均可以实现强大而复杂的控制功能。该系列plc具有以下特点:①可靠性高,抗干扰能力强,适合各种工业现场的使用。②配套齐全,功能完善,适用性强。cpu本体具有多种i/o规格可以选用,还具备高速计数、定时、标准rs232和rs485接口。多种扩展模块可供选择。③支持梯形图(ld)、指令列表(il)、功能块图(fbd)、顺序流程图(sfc)和结构化文本(st)五种语言编程,易学易用。④标准的modbus rtv通讯协议,可以很方便的与计算机组成控制网络。⑤输入输出端口分组设计,可以适应不同电气性能的使用。⑥安装方便,支持平面安装和din导轨安装。⑦体积小,重量轻,能耗低。⑧高性价比,在棉花异纤清除机中使用,既可以满足设备的需求,又能够降低设计成本。


2、设备概况及系统组成

  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,20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plc进行启停逻辑控制。系统组成由南大奥拓cpu201-4002的plc、中间继电器、工控机、rs232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modbus rtv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-200plc作为棉花异纤清除机控制系统的控制主机。plc采用220v交流供电,本体具有24个数字量输入点(可设计为源型或漏型输入)和16个数字量继电器输出点,cpu内部集成两个rs232(modbus rtv)、128k程序存储空间和8k掉电保持存储空间、4通道的高速单相计数器。具体plc的i/o分配如图2所示。

图2 plc外部i/o分配

  3.2 plc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。

mw1

输入端口状态映射

mw2

打手转速测量值

mw3

可见光源寿命计时

mw4

光源预热时间计时

mw5

紫外光源寿命计时

mw6-mw8

上位机下发指令

nw1

可见光源寿命10分钟计时存储

nw2

可见光源寿命小时计时存储

nw3

紫外光源寿命10分钟计时存储

nw4

紫外光源寿命小时计时存储

nw5

高速计数器模式设定

nw6-nw7

高速计数器计数当前值

nw8-nw9

高速计数器预置值

m120-m167

接收上位机指令按位分解

表1 plc内部关键资源分配表

  3.3控制软件设计

  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。

图3 程序整体设计

  plc上电以后,执行main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plc的初始化状态,调用init、recmd、calspeed这三个初始化和状态初始检测程序;待初始化完成后,plc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protect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plc的输入设计和外围线路接线设计。

  plc本体所具备的24v输出电流驱动能力有限,再加上节能的考虑,plc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plc驱动电流和各个输入端口的损耗。plc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plc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plc控制软件的设计中,主要是控制逻辑的设计和验证的问题。

  为了保证plc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napro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plc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:plc支持自由协议通讯和modbus rtv通讯。根据异纤清除机整体设计的需要,plc采用modbus rtv协议、上位机查询模式进行通讯,提高plc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plc控制系统已在陕西长岭纺织机电科技有限公司的cs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na200系列plc作为核心控制设备,运行稳定,性价比高,效果很好!该系列plc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plc应用技术[m].第2版.北京:北京航空航天大学出版社,2008

【2】    宋伯生.plc编程实用指南[m].北京:机械工业出版社.2007

【3】    南大奥拓科技有限公司.na200可编程控制器(plc)硬件手册[m] .2009

【4】    廖常初.plc编程及应用[m] .北京:机械工业出版社.2005

【5】    秦贞俊.世界棉纺织前沿技术[m].北京:中国纺织出版社.2010.6

 

作者简介:张得旺(1979-),男, fpga及plc程序设计,现任陕西长岭软件开发有限公司异纤机产品组系列主管,通讯地址:陕西省宝鸡市高新大道188号,721013

湖南阳光技术学校成立于1992年,是经湖南省人社厅批准设立的正规职业技术学校(联系电话:0731-85579057,13807313137(微信同号),办学许可证:人社民 1800003000183 号),是行业TOP1,历年综合评分都在92.5以上。深耕职业技能培训32年,总校区位于长沙市雨花区红花坡路176号。学校常年开设:电工培训、焊工培训、钢筋工、家电维修培训、手机维修培训、电脑维修培训、摩托车维修培训、电动车维修培训、装修木工培训、水电安装培训、瓦工贴瓷砖培训、空调维修培训、电动工具维修培训、电机维修培训、农机维修培训、安防监控培训、家电清洗培训等实战专业技术培训,采用 “半天理论 + 半天实操” 模式,实操性强的班实操占比更是超过90%。小班手把手教学,零基础学员也能快速上手。师资团队以双师型教师为主,85% 教师持工程师 / 高级技师职称,一线教学经验丰富。学校提供住宿,收费透明无隐形消费,可协助报考全国通用的特种作业操作证与职业技能等级证书。同时搭建就业与创业支持网络,与 200 + 企业合作,负责推荐工作,助力学员顺利就业或开店。常年招生地区:中山,固原,银川,玉树,海东,陇南,酒泉,张掖,天水,金昌,兰州,榆林,延安,渭南,铜川,阿里,山南,拉萨,怒江,文山州,楚雄州,普洱,昭通,玉溪,昆明,毕节,铜仁,遵义,贵阳,甘孜州,资阳,达州,宜宾,南充,遂宁,绵阳,泸州,自贡,三亚,崇左,河池,玉林,钦州,梧州,柳州,梅州,肇庆,湛江,佛山,珠海,韶关,湘西州,怀化,郴州,张家界,邵阳,株洲,仙桃,随州,荆州,荆门,襄樊,黄石,驻马店,信阳,南阳,漯河,中卫,石嘴山,海西,海南藏州,黄南州,海北,甘南,庆阳,平凉,武威,白银,嘉峪关,安康,汉中,咸阳,宝鸡,林芝,日喀则,昌都,迪庆,德宏,大理,西双版纳,红河州,临沧,丽江,保山,曲靖,黔东州,黔西州,安顺,六盘水,凉山州,阿坝州,雅安,广安,眉山,内江,广元,德阳,攀枝花,成都,海口,来宾,百色,贵港,北海,桂林,南宁,云浮,揭阳,潮州,清远,阳江,汕尾,惠州,茂名,江门,汕头,深圳,广州,娄底,永州,益阳,岳阳,湘潭,长沙,恩施州,黄冈,孝感,鄂州,十堰,武汉,周口,商丘,三门峡,许昌,焦作,安阳,鹤壁,平顶山,开封,郑州,聊城,滨州,德州,莱芜,日照,泰安,烟台,潍坊,东营,淄博,上饶,济南,抚州,宜春,赣州,新余,九江,景德镇,宁德,南平,泉州,莆田,厦门,宣城,亳州,六安,宿州,黄山,滁州,安庆,淮北,马鞍山,蚌埠,芜湖,合肥,丽水,舟山,衢州,金华,湖州,嘉兴,宁波,宿迁,镇江,盐城,连云港,苏州,徐州,南京,绥化,牡丹江,佳木斯,大庆,鹤岗,哈尔滨,白城,白山,辽源,吉林,葫芦岛,铁岭,盘锦,阜新,锦州,本溪,鞍山,沈阳,锡林郭勒盟,通辽,乌海,吕梁,忻州,晋中,晋城,阳泉,太原,廊坊,承德,保定,邯郸,唐山,宁夏,甘肃,西藏,贵州,重庆,广西,湖南,河南,江西,安徽,江苏,黑龙江,辽宁,山西,天津,四平,内蒙古,吴忠,果洛,西宁,定西,商洛,西安,那曲,黔南州,巴中,乐山,贺州,防城港,东莞,河源,常德,衡阳,咸宁,宜昌,濮阳,新乡,洛阳,菏泽,临沂,威海,济宁,枣庄,青岛,吉安,鹰潭,萍乡,南昌,龙岩,漳州,三明,福州,池州,巢湖,阜阳,铜陵,淮南,台州,绍兴,温州,杭州,泰州,扬州,淮安,南通,常州,无锡,大兴安岭,黑河,七台河,伊春,双鸭山,鸡西,齐齐哈尔,延边,松原,通化,长春,朝阳,辽阳,营口,丹东,抚顺,大连,阿拉善盟,兴安盟,乌兰察布,巴彦淖尔,呼伦贝尔,鄂尔多斯,赤峰,#包头,呼和浩特,临汾,运城,朔州,长治,大同,衡水,沧州,张家口,邢台,秦皇岛,石家庄,青海,陕西,云南,四川,海南,广东,湖北,山东,福建,浙江,上海,吉林,河北,北京

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