1 引言

　　非織造布(Nonwovens)又稱(chēng)為無(wú)紡布或不織布。非織制布是在不用紗線或少用紗線(纖維超過(guò)50%)的情況下直接利用高聚物切片、短纖維或長(zhǎng)絲通過(guò)各種纖網(wǎng)成形方法和固結(jié)工藝，如化學(xué)粘合、針刺、水刺、熱軋、縫編、印花、熱風(fēng)透吹粘合等制成的具有柔軟、透氣和平面結(jié)構(gòu)的新型纖維制品。PGI南海南新無(wú)紡布有限公司是全球著名無(wú)紡布生產(chǎn)商-美國(guó)PGI(Polymer Group, Inc.)集團(tuán)公司。主要生產(chǎn)的無(wú)紡布以天然纖維棉花為主要材料，通過(guò)大小開(kāi)棉機(jī)，混棉機(jī)得到分散，比例均勻的纖維，利用抽風(fēng)電機(jī)把纖維送入喂入輥，主輥，道夫輥，鋪網(wǎng)輥?zhàn)兂山z狀后，再通過(guò)成卷機(jī)，打包機(jī)加工成可利用的無(wú)紡布。

　　根據(jù)工藝流程要求以及考慮到此生產(chǎn)線已使用年限過(guò)長(zhǎng)，加之操作人性化方面不夠。通過(guò)與公司里的技術(shù)人員反復(fù)磋商。決定對(duì)其進(jìn)行升級(jí)改造。

　　2 系統(tǒng)組成

　　原來(lái)的生產(chǎn)線主要有4條(分別命名為CARD1~4)。四條生產(chǎn)線由4套系統(tǒng)(分別叫NP10，NP20，NP30，NP40)進(jìn)行數(shù)字量的控制，另外還有兩套系統(tǒng),其中一套進(jìn)行模擬量的控制(叫做NP50)，另外一套(NP60)進(jìn)行報(bào)警，指示使用。每套系統(tǒng)可獨(dú)立運(yùn)行。全部使用西門(mén)子PLC進(jìn)行控制。其中NP10，NP20，NP30，NP40，NP60使用的是西門(mén)子早期的PLC S5-110A，而NP50使用的是S5-115進(jìn)行電機(jī)的調(diào)速和通訊。

　　針對(duì)企業(yè)提出的“管控一體化”人性化的要求，確定系統(tǒng)方案。設(shè)計(jì)中采用了“集中監(jiān)視，分散控制”的監(jiān)控系統(tǒng)。因?yàn)橄到y(tǒng)的輸入輸出點(diǎn)數(shù)較多(差不多800點(diǎn))，并且要求每條生產(chǎn)線旁邊都有現(xiàn)場(chǎng)操作員面板，因此不宜選擇計(jì)算機(jī)來(lái)作監(jiān)控。最后選擇了西門(mén)子公司的操作員面板OP270作監(jiān)控。因?yàn)楝F(xiàn)場(chǎng)的變頻器，直流調(diào)速器都還使用正常，并且也考慮到S5-115還有利用的可行性，決定保留NP50這套系統(tǒng)而改掉NP10～40，NP60這五套系統(tǒng)?？紤]到西門(mén)子S7系列PLC的強(qiáng)大功能完全可以用一套315-2DP＋分布式I/OET200M(簡(jiǎn)稱(chēng)NP-new)代替原來(lái)繁多的5套系統(tǒng)。

　　2.1 操作員面板監(jiān)控站

　　由4臺(tái)OP270和1臺(tái)OP37組成。其中OP270與S7-315通過(guò)Dp網(wǎng)相連，傳送速率設(shè)為187.5kbps.OP37與S5-115也以Dp網(wǎng)通訊。這些面板主要完成電機(jī)的啟動(dòng)，停止，電機(jī)的運(yùn)行狀況的顯示，報(bào)警提示以及電機(jī)的轉(zhuǎn)速等模擬信號(hào)等。由于操作員面板的引入使得操作更加人性化，同時(shí)也取代了原來(lái)的NP60系統(tǒng)。使得整個(gè)系統(tǒng)整潔，明了，減少了繁多的元器件損壞帶來(lái)的無(wú)休無(wú)止的維護(hù)。

　　2.2 NP-new系統(tǒng)

　　由一臺(tái)S7-300中的315－2DP＋4個(gè)ET200M＋15個(gè)DI×32+10個(gè)DO×32組成。主要作用是進(jìn)行數(shù)字量的邏輯運(yùn)算，同時(shí)通過(guò)Profibus和OP270以及NP50通訊。由于在這套系統(tǒng)中保留了原來(lái)模擬量調(diào)速系統(tǒng)(考慮改造成本太大也沒(méi)必要)，因此整個(gè)系統(tǒng)要面臨的是繁多的電機(jī)啟停和各種各樣的監(jiān)測(cè)信號(hào)輸入和保護(hù)電路。因此后來(lái)專(zhuān)門(mén)開(kāi)發(fā)出電機(jī)起停專(zhuān)用塊，使得整個(gè)編程變得非常簡(jiǎn)單，享受。

　　2.3 NP-50系統(tǒng)

　　主要完成模擬量的調(diào)速使用。其中直流電機(jī)使用開(kāi)環(huán)控制，交流電機(jī)如主輥電機(jī)和道夫輥電機(jī)使用交流閉環(huán)控制，利用測(cè)速發(fā)電機(jī)對(duì)主輥進(jìn)行測(cè)速。得到的交流電經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換變成-10~10V直流電進(jìn)入變頻器控制電機(jī)轉(zhuǎn)速。在實(shí)際運(yùn)行中，主輥電機(jī)功率比較大(30kW)，轉(zhuǎn)速也比較快,而在對(duì)進(jìn)來(lái)的棉花進(jìn)行拉絲時(shí)，如果有金屬進(jìn)入棉花的話很可能把刺頭搞壞，因此通常都裝有金屬探測(cè)裝置，主要探測(cè)是否有金屬進(jìn)來(lái)。如果萬(wàn)一有金屬進(jìn)入的話，或者火警或急停來(lái)的時(shí)候需要主輥馬上停機(jī)。因此設(shè)置了一套連動(dòng)監(jiān)測(cè)裝置讓主輥可以反接制動(dòng)停機(jī)。

　　2.4 監(jiān)測(cè)儀表

　　各種各樣的測(cè)量裝置在系統(tǒng)中使用。包括:

　　(１) 安全回路的檢測(cè)。主要是各扇門(mén)的監(jiān)控;

　　(２) 測(cè)速電機(jī)與電壓轉(zhuǎn)換儀表;

　　(３) 帶延時(shí)的電眼。主要監(jiān)視棉花有沒(méi)來(lái)到以及是否出現(xiàn)棉花堵賽;

　　(４) 光柵。防止棉花外露;

　　(５) 各種液壓裝置等，主要是進(jìn)行卷繞和切割用;

　　(６) 各類(lèi)行程開(kāi)關(guān)。如跑偏行程開(kāi)關(guān)等。

　　圖1 為系統(tǒng)的架構(gòu)圖。

　　4個(gè)OP270和PLC及ET200M之間通過(guò)Profibus通訊。4個(gè)IM153分別安裝于不同機(jī)柜中，就近控制現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備。

　　圖1 系統(tǒng)架構(gòu)圖

　　3 工藝控制描述

　　從外面買(mǎi)回來(lái)的纖維材料一般是一包一包的需要經(jīng)過(guò)大小開(kāi)棉機(jī)使各種捆綁纖維開(kāi)松，并用風(fēng)機(jī)輸入下道工序之用。實(shí)際我們這套系統(tǒng)中中有2臺(tái)開(kāi)棉機(jī)，可放置2種不通的纖維材料。從開(kāi)棉機(jī)出來(lái)的棉花根據(jù)工藝的不通可以進(jìn)混棉機(jī)也可以不進(jìn)混棉機(jī)，混棉機(jī)的作用只是把2種不通的棉花按一定的比例混合。當(dāng)然在某些情況下并不需要混棉這時(shí)從開(kāi)包機(jī)出來(lái)的棉花會(huì)直接進(jìn)入下道工序。

　　大小開(kāi)棉機(jī)出來(lái)的棉花或混棉機(jī)里出來(lái)的棉花一般通過(guò)一系列抽風(fēng)電機(jī)把棉花送入梳理機(jī)。梳理機(jī)是整個(gè)系統(tǒng)的核心，主要作用是纖維的梳理，通常由喂入輥，主輥，道夫輥，鋪網(wǎng)輥組成。通常喂入輥和鋪網(wǎng)輥速度比較慢，用直流電機(jī)＋直流調(diào)速器進(jìn)行控制。喂入輥的作用是把棉花慢慢的送入，送來(lái)的棉花經(jīng)過(guò)主輥和道夫輥的高速旋轉(zhuǎn)會(huì)被拉成一根一根的絲狀。最后通過(guò)鋪網(wǎng)輥把絲狀棉花送到下個(gè)工序。

　　絲狀的棉花一般要經(jīng)過(guò)成卷機(jī)的氣壓式切邊刀或電動(dòng)飛刀切邊電熱絲橫切裝置或電動(dòng)飛刀橫切裝置等做成需要的形狀。最后通過(guò)打包機(jī)打包。形成產(chǎn)品。

　　當(dāng)然在實(shí)際中并不只有這些裝置，不過(guò)它們是整個(gè)系統(tǒng)的主要需要控制的部分，其它的還有

　　(1) 邊角料開(kāi)松機(jī)，用于無(wú)紡布邊料開(kāi)松料回收利用。

　　(2) 震動(dòng)給棉機(jī)，將松開(kāi)纖維進(jìn)一步開(kāi)松混合，并處理成均勻的筵棉提供下道工序。

　　(3) 氣流給棉機(jī)，將松開(kāi)纖維進(jìn)一步開(kāi)松混合，并處理成均勻的筵棉提供下道工序。整個(gè)工藝流程簡(jiǎn)圖２所示。

　　圖2 工藝流程圖

　　4 電機(jī)啟動(dòng)程序的研究

　　4.1 電機(jī)正傳控制功能塊設(shè)計(jì)

　　由于系統(tǒng)比較復(fù)雜，電機(jī)數(shù)目比較繁多。因此尋找一條好的清晰控制思路就顯得異常重要。編程中大量碰到是電機(jī)起?？刂啤Ｋ云惹行枰幹埔粋€(gè)功能塊:它能最完善的表達(dá)出電機(jī)的所有信息，并且可靠。圖3將以電機(jī)的正轉(zhuǎn)為例來(lái)介紹這樣的一個(gè)塊。

　　圖3 電機(jī)正轉(zhuǎn)功能塊圖

　　在圖3這個(gè)塊中:①表示電機(jī)的啟動(dòng)位，②表示電機(jī)停止位。③是電機(jī)的熱繼電器，正常情況下熱繼為1。如果熱電器信號(hào)沒(méi)來(lái)，啟動(dòng)不了電機(jī)，并且提示故障。④為電機(jī)的接觸器返回的信號(hào)。正常情況電機(jī)啟動(dòng)后應(yīng)該給回一個(gè)接觸器吸合信號(hào)。如果電機(jī)沒(méi)有給回的話，監(jiān)控異常信號(hào)會(huì)輸出。通常我們把監(jiān)控異常信號(hào)取出延時(shí)一會(huì)，如果延時(shí)過(guò)后還沒(méi)出現(xiàn)電機(jī)反饋信號(hào)，這時(shí)輸出電機(jī)的連接監(jiān)控有效，切斷電機(jī)，故障輸出。⑤表示電機(jī)的連接監(jiān)控。通常在電機(jī)啟動(dòng)等待1～2秒等待接觸器反饋信號(hào)來(lái)到，如果在這段時(shí)間之內(nèi)反饋信號(hào)沒(méi)有到達(dá)，通過(guò)內(nèi)部的邏輯電路停止電機(jī)。⑥是復(fù)位按鈕。從邏輯圖可以看出，電機(jī)正常情況下按復(fù)位按鈕是無(wú)效的，只有⑨端出現(xiàn)故障時(shí)按復(fù)位按鈕才有效。⑦用來(lái)啟動(dòng)電機(jī)。它的吸合直接對(duì)應(yīng)了電機(jī)的起停。⑧表示電機(jī)的監(jiān)控異常。通常它的作用是用來(lái)延時(shí)1~2秒看電機(jī)的反饋信號(hào)是否回來(lái)，如果沒(méi)有回來(lái)它就控制⑤端電機(jī)連接監(jiān)控接通。切斷電機(jī)，故障輸出。⑨是故障輸出端。

　　在使用這個(gè)塊一般情況下①②它們不表示一個(gè)按鈕。通常用一個(gè)M寄存器表示，M的信號(hào)通常又是由一系列信號(hào)“與”“或”后得到的。如上圖所示。例如“電機(jī)的啟動(dòng)信號(hào)”＝“啟動(dòng)按鈕”本塊的故障輸出端⑨的非信號(hào)。輸出某臺(tái)電機(jī)啟動(dòng)后給回的信號(hào)。再例如電機(jī)的停止信號(hào)“＝”火警“或”急停“或”停止按鈕“或”聯(lián)動(dòng)電機(jī)的反饋信號(hào)的非信號(hào)“或”。

　　5 電機(jī)正反傳控制功能塊設(shè)計(jì)

　　圖4是電機(jī)的正反轉(zhuǎn)起停功能塊圖。

　　圖4 電機(jī)正反轉(zhuǎn)起停功能塊

　　6 組態(tài)與通訊設(shè)計(jì)

　　6.1 編程和組態(tài)軟件

　　在本改造中通過(guò)西門(mén)子S5(S5-115+IM308)PLC與西門(mén)子S7(S7-315+IM153)進(jìn)行通訊。同時(shí)S7對(duì)原先的5套系統(tǒng)進(jìn)行完全的代替。從后來(lái)使用上來(lái)看，完全可行。在S5中，通過(guò)IM 308和FB192可以傳送多達(dá)122個(gè)連貫字(244字節(jié))。這已經(jīng)完全滿足要求了。而在S7中S7-300中，通過(guò)SFC14和SFC15進(jìn)行字節(jié)的接受與傳送，傳送的數(shù)據(jù)量多達(dá)16個(gè)字(32字節(jié))。

　　組態(tài)軟件在S7-300中使用STEP7 V5.3，利用HW CONFIG進(jìn)行組態(tài)。在S5中使用COM_ET進(jìn)行組態(tài)也是相當(dāng)方便的。因?yàn)镃OM_ET軟件自版本V2.1起就已經(jīng)是Windows版本了。值得注意的是不能使用S7-300 的FM和CP，因?yàn)樗鼈円餐ㄟ^(guò)背板總線使用S7系統(tǒng)實(shí)用程序，而這是S5主站不支持的。

　　6.2 系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)置

　　(１) 在設(shè)置網(wǎng)絡(luò)時(shí)要特別注意的是把CPU屬性中的COMMUNICATION中的屬性設(shè)置對(duì)，通常它都有3個(gè)項(xiàng)，一項(xiàng)是PG Communication，默認(rèn)值是1。第二項(xiàng)是OP Communication,默認(rèn)值也是1，第三項(xiàng)是S7 Standard，默認(rèn)值是12。由于最大的連接數(shù)是16，而OP270掛在S7 DP網(wǎng)絡(luò)上的有4個(gè)，所以我們要把S7 Standard的默認(rèn)值設(shè)為11或再小點(diǎn)10也行。

　　(２) 其它的一些設(shè)置都是一些常規(guī)設(shè)置，這里就不再說(shuō)了。至于OP270支持串口下載，USB口下載和DP口下載，直接把用PROTOOL編好的程序以及OP的站地址設(shè)好下到屏中就可以了。還有就是OP的背景燈亮通常要置2BIT位才是亮。

　　(３) 本設(shè)計(jì)中注意的問(wèn)題

　　●最好使用專(zhuān)用的電纜和電纜接頭。也許你不使用專(zhuān)用的電纜和電纜接頭可能當(dāng)時(shí)通訊也沒(méi)問(wèn)題。但一旦你進(jìn)行維護(hù)的時(shí)候你會(huì)發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)老是出現(xiàn)莫名其妙的問(wèn)題，到時(shí)不光你要來(lái)回的往返于工廠之間，可能到最后你也查不出問(wèn)題的所以然來(lái)，所以為了你以后維護(hù)方便。最好還是使用專(zhuān)用電纜和電纜接頭。

　　●Profibus網(wǎng)絡(luò)終端電阻必須有，在使用時(shí)把頭尾電纜插頭的終端電阻開(kāi)關(guān)拔到ON上，中間的拔到OFF上即可。注意是首尾拔ON。

　　●當(dāng)使用S7掛ET200M時(shí)。通常加一些OB塊，例如OB82-87，OB120等，這樣做的目的是防止其中的某一個(gè)ET200M站斷電或故障，S7 CPU就停止運(yùn)行的情況出現(xiàn)。

　　7 結(jié)束語(yǔ)

　　非織造布(又稱(chēng)無(wú)紡布或不織布)是紡織業(yè)中年輕而大有發(fā)展前途的一個(gè)新興領(lǐng)域。它具有工藝流程短、產(chǎn)量高、原料來(lái)源廣泛、產(chǎn)品性能可按需要設(shè)計(jì)和用途廣泛等優(yōu)點(diǎn)。對(duì)于其控制目前幾乎全部使用PLC進(jìn)行控制，但一般由于各臺(tái)機(jī)械之間的相互整合性不是太強(qiáng)，如何把他們完全的整合聯(lián)系到一起進(jìn)行統(tǒng)一的調(diào)控這是需要我們這些技術(shù)人員需要共同努力的地方。