摘要：本文應用南大傲拓NA200PLC與觸摸屏實現染整行業布料染色的自動化控制
    

      1  引言
      染色工序在紡織品生產中占有重要地位，染色質量直接決定了紡織品的色澤、外觀，甚至還影響紡織品的生產成本。在染色工序中，影響染色的因素主要有染液濃度、溫度、液位等，其中溫度控制是很重要而又復雜的控制過程。染色過程實際上是執行由工藝人員針對不同織物的一條溫度曲線，每個工藝對染色的溫度、升降溫過程都有嚴格的要求，否則，容易使織物產生色差、缸差、條痕等疵點，造成復染率上升，生產成本的增加。針對染色過程溫度控制的復雜性，設計了基于PLC 的染色機溫度控制系統，實現對染色過程溫度的控制，從而減少織物疵點，提高生產效率，降低生產成本。
 

      2  系統控制要求
      1）溫度曲線存儲要求對于不同的染色品種，其對溫度的要求是不同的，因此對應的溫度工藝曲線也是不同的，本系統通過觸摸屏的組態配方設計將多種染色工藝及每一套工藝中的不同階段的數據存儲在觸摸屏中，從而更方便的讓工藝人員去操作，工藝人員可以隨時修改工藝參數，并保存，這個數據將永久保持在觸摸屏中，將工藝人員設定的不同的溫度工藝曲線，全部由工作人員在觸摸屏上輸入，控制器根據接收的溫度工藝曲線進行溫度控制。控制器和觸摸屏都具有斷電長期保存當前數據的功能。
　　 2）溫度控制要求
在染色工藝過程中，典型的工藝曲線如圖1 下所示：

 

 

                                   圖1 典型的工藝曲線

　　 由圖 1 可知，染色工藝可以分為多個曲線段，不同的曲線段對應不同的溫度。對染色過程的溫度控制主要是讓芯子上的杯子內染液進行升溫、保溫、降溫，結合生產的實際要求又將升溫階段按照斜率來進行升溫設定，升溫中PLC的設定可以為0-9℃，這個速率需要根據現場的加熱器的功率來計算，本次在現場測試過程中設定到4℃時加熱器已經是滿功率運行，在PLC中設定這種人性化的斜率升溫選擇，從而很好的進行升溫階段的設定。溫度控制分為五個子程序：按直接升溫、斜率升溫、保溫、直接降溫和按照斜率降溫過程。這五個過程在PLC中分別對應五段程序，然后根據上位步號的選擇進行循環執行。如圖2，圖3所示：

 

 

 

 

                                圖2-1：數碼實拍染色配方界面

 

 

                                   圖2-2：仿真運行染色配方界面

 

 

 

 

                                 圖3-1：數碼實拍主界面  

 

                         

 

                                    圖3-2：仿真運行主界面

 

 

       3）報警顯示與染色配方功能

       以上圖2和圖3是運行過程中的最主要的兩個界面，為了讓用戶能夠更好的查看運行中各種狀態，在主畫面中做了曲線圖，可以更直觀的查看過程溫度的效果。而染色配方工藝界面讓用戶可以更方便的設置各套工藝并選擇運行，本套系統每個工藝設置9步，可設定運行的步號，并從這個步號往后運行，當一套工藝運行完成后，主界面彈出一套染色工藝已運行結束，請確認，用戶確認后方可進行下一套工藝。如下圖所示：

 

 

 

                                  圖4：工藝結束確認畫面
       圖4中右側界面主要是馬達轉速的控制以及變頻正反轉的控制，除了轉速的控制是手動設定外，正反轉的控制以及正轉時間、反轉時間和停止時間全部由PLC編程實現。當出現各種故障時，觸摸屏指示燈閃爍，并出現故障報警，彈出故障報警畫面，顯示報警的原因。

       3  系統的硬件構成
　　 本系統采用南大傲拓公司推出的NA200小型PLC作為現場控制器，NA系列可編程控制器是南大傲拓科技有限公司最新研制出的具有國際先進水平的新一代控制裝置，它采用了工業控制領域的一系列最新成果 ，選取了嶄新的軟硬件平臺，具有快速的處理能力、強大的抗干擾性能、靈活的可擴展功能，對于任何復雜環境及處理要求，皆能游刃有余，應付自如。二十多年自動化產品的開發經驗和數百個項目的現場考驗，鑄就了南大傲拓PLC可靠的品質，產品已經通過了CE認證 、船級社(CCS)認證以及電力工業電力系統自動化設備質量檢驗測試中心的嚴格測試和檢驗 ，各項性能指標均達到或超過相關標準要求，領先于同類產品。 選用CPU2002 主機模塊；通過RS232口modbus-rtu協議連接觸摸屏?，F場控制器擴展了一塊智能溫度數據采集模塊RTD輸入模塊2通道，該模塊帶有2 個模擬輸入點，不再需要外部變送器，一個模塊就能完成數據采集及數據處理功能。系統的溫度信號的檢測采用鉑電阻PT100，鉑電阻具有測量精度高、性能穩定可靠的特點，在工業上廣泛用于-200℃～+500℃之間的溫度測量。
      另外如果需要可以通過RS485接口，MODBUS-RTU將PLC同工廠監控相連，實現遠程操作與監控。
      控制系統部分配置一塊CPU2002（南大傲拓）、一塊RTD輸入模塊2通道（南大傲拓）、觸摸屏7寸（南大傲拓）。

    

 

 

       4  系統的軟件設計
　　 由圖 1 可知，染色工藝可以分為幾個曲線段，不同的曲線段對應不同的目的溫度、升降溫時間、保溫時間。對染色過程的溫度控制主要是對染槽升溫、保溫、降溫，結合生產的實際要求又將升溫分為直接升溫到指定溫度和按斜率準確地升溫到指定溫度；同理，降溫也分為直接降溫到指定溫度和根據斜率準確地降溫到指定溫度。因此溫度控制分為五個子程序：直接升溫、按斜率升溫、保溫、直接降溫、按斜率降溫。直接升溫還是斜率升溫、直接降溫還是斜率降溫根據實際需要通過中控機設定，而后由現場控制器PLC 的主程序調用相應子程序。由于染缸體積較大，加熱管道相對較小，造成比較大的溫度慣性，一般可將其認為是一種具有純滯后大慣性的被控對象，因而在升/降溫段采用趨勢判斷補償法，如果是升溫，則在溫度到達T 設定值目標溫度-△Ti 時停止升溫，其中△Ti為補償溫度。PLC 的主程序中，根據接收到的來自觸摸屏的數據進行判別，再執行相應的程序。在下傳的數據中包括目標溫度、斜率、保溫時間等，因而PLC 可以根據這些數值判斷升溫、保溫、還是降溫。但是判斷升溫、降溫、保溫，光憑目標溫度、斜率、保溫時間不能得到精確的判斷，因而使用前一曲線段的目標溫度輔助進行判斷。
　　 下面以斜率升溫為例，說明 PLC 的溫控過程。在斜率升溫時，將升溫段曲線按時間分成若干個相等的小間隔，因而工藝曲線的升溫段可以用階梯性表示。只要每一間隔的時間足夠小，則計算的每一間隔的溫度給定值與理想值的偏差就可忽略。
       由于溫度的大滯后性，當實際溫度T接近設定溫度時，這個時候做一個余熱升溫設定，從而保證在升溫到保溫階段不會出現溫度超出過高的現象。
另外由于PT100溫度的測量只有染槽的一個點，導致了溫度測量并不一定完全是最終杯內染液的溫度，所以設定了溫度補償△Ti，從而更好的滿足工藝要求。
升溫曲線如下圖所示：

 

 

           圖5：不同的升溫速率斜率如圖所示（斜率為3℃/min和2℃/min）
       圖中也可以看到保溫階段的曲線。
      為了更好的保證系統的安全性，系統增加了權限設置，設定了多種權限：超級管理員（具備所有權限）、工藝人員等等，這些都可以根據您的要求自由定制。

 

 

                                       圖6：用戶登錄界面

 

 

                                   圖7：退出登錄界面
       而染色配方設計的內容，大大簡化了您用染色機控制電腦界面簡單粗糙，操作較難的問題，如下圖所示，直接在觸摸屏上自由定制您的工藝配方。

 

 

                                 圖8：染色工藝配方編輯
 

       5  結束語
　　 本系統不但可以實現溫度控制，而且根據需要還可擴展其他染色工藝過程的控制如水位、液位等參數的控制，具有良好的發展前景。
本系統采用PLC作為生產現場的控制器，完成溫度控制，能及時準確地控制染色產品的質量，將產品的質量隱患消滅在現場，保證染色一致性和一次準確化；而與傳統的染色機控制電腦相比，采用PLC控制優勢主要體現在：
     1）PLC控制使得系統更加穩定，可靠；
     2）采用觸摸屏來操作，操作性相當方便，效果更加直觀，而且也變得美觀，使您的整套系統更加靈活；
     3）染色工藝配方這塊大大增強了操作性和直觀性，節約了您寶貴的時間以及人力物力；
     4）PLC控制的優勢還在于靈活性更大，使您如果需要改進或增加新的系統的工藝流程，只需要您維護程序，從而省去了您花高額的金錢去買新的染色機控制電腦！觸摸屏的界面更加可以根據您的要求自由定制。