摘要：簡要介紹了棉紡精梳機及可編程序控制器（PLC）的發展，回顧了歐姆龍PLC在本公司歷代產品電氣控制系統的應用概況，著重介紹了運用歐姆龍CP1H小型機在棉紡精梳機電氣控制中的方案實例及應用體會。

　　關鍵詞   精梳機；PLC；控制方案；同步發展

　　Abstract:This paper introduces the development of combing machine & PLC , reviews the application of OMRON PLC in the control system of our products, focusing on the specific solution and experiences of the combing machine control system with OMRON sysmac CP1H.

　　Key words    Combing Machine   PLC    Control Solution    Synchronized Development

　

      引言

　　我們上海一紡機械有限公司（原上海第一紡織機械廠、上海紡織機械總廠），建立已有80余年的歷史，專業生產紡織機械也有近半個世紀。公司常年致力于開發、生產、銷售的紡織機械品種涉及棉、毛、麻、絹、化纖等多種領域的前紡設備。

　　在科學技術飛速發展的歷史進程中，公司的紡織機械電氣控制系統的自動化程度也發生了較大的變化，控制系統從最早的十幾個繼電器控制，發展到用單板機、可編程序控制器（PLC）、可編程序計算機控制器（PCC）、工業控制器等多種控制形式，這些控制方式各有特點，例如，純繼電器線路可以用在控制極為簡單的紡織設備中，其價格低廉、維護方便，但不易于改變功能；單片機具有一定的編程靈活性、價格又低于一般的PLC，但控制點位和編程能力受到一定限制；PLC以其方便易掌握的編程指令及可擴展的輸入/輸出模塊、成熟的抗干擾技術而深受工程技術人員歡迎；PCC具有高可靠性、豐富的編程語言、強大的功能、良好的耐惡劣環境的能力，但由于價格問題較難在普通紡機設備中普遍應用；工業控制器的性能完善同時也與高價格相伴，因此只有在少數的大型紡織設備中采用。所以現在一般的紡機設備，PLC是最常見的控制器。因此，本文僅對PLC逐代應用于公司的“四代”精梳機等產品加以回顧和介紹。

　　1.棉精梳機簡介

　　本公司的主導產品是棉紡廠使用的精梳機（其主要功能是通過對從梳棉機產出的生條棉網的梳理來去除其中的短纖維、雜質、棉結和疵點等，同時也提高棉纖維的伸直度，使得精梳后的棉條通過后道工藝最終能紡制出60支以上的高支紗，由此來滿足人們舒適著裝或一些特殊的需求），公司也正是伴隨著精梳機不斷的升級換代而發展壯大的。十幾年前，我們公司的精梳機在全國棉紡廠的市場占有率曾經是90%以上，多么值得驕傲和令人羨慕的數字！由于人們生活水平的不斷提高，即使是在全國棉紡業壓錠的年代，人們對棉精梳設備的需求也絲毫沒有削弱過。當然在市場經濟的模式下，誰也無法壟斷任何產品，并且隨著歐洲發達國家制造的棉精梳機大舉進入、國內同行的多方夾擊，使得棉精梳設備制造業的市場競爭日益激烈，也對我們公司的精梳機市場份額形成了強烈的沖擊。形勢所迫，我們只有不斷的開發出新的紡機產品，才有繼續生存的空間。可見，做好和不斷開發新型精梳設備于國、于民、于企業的生存和發展是何等重要。

　　2.可編程序控制器（PLC）的發展與流派

　　可編程序控制器的英文為Programmable Controller，在二十世紀70-80年代一直簡稱為PC。到了90年代，由于個人計算機發展起來后也簡稱為PC，加之可編程序的概念所涵蓋的范圍太大，所以美國AB公司首次將可編程序控制器定名為可編程序邏輯控制器(PLC-Programmable Logic Controller)，為了方便，乃簡稱可編程序控制器為“PLC”。

　　1968年美國GM(通用汽車)公司提出取代繼電器控制裝置的要求，第二年美國數字公司研制出了第一代可編程序控制器，滿足了GM公司裝配線的要求。

　　隨著集成電路技術和計算機技術的發展，現在已有第五代PLC產品了。在制造工業的發展過程中，除了以連續量為主的反饋控制外，存在著大量的開關量為主的開環的順序控制，它按照邏輯條件進行順序動作或按照時序動作；另外還有與順序、時序無關的按照邏輯關系進行連鎖保護動作的控制；以及大量的開關量、脈沖量、計時、計數器、模擬量的越限報警等狀態量為主的離散量的數據采集監視。由于這些控制和監視的要求，所以PLC發展成了取代繼電器線路和進行順序控制為主的產品。

　　為了使用戶等完成類似繼電器線路的控制系統梯形圖，而編制了一套控制算法功能塊(或子程序)，稱為指令系統，固化在存貯器ROM中，用戶在編制應用程序時可以調用。指令系統大致可以分為兩類，即基本指令和擴展指令。細分一般PLC的指令系統有:基本指令、定時器/計數器指令、移位指令、傳送指令、比較指令、轉換指令、BCD運算指令、二進制運算指令增量/減量指令、邏輯運算指令、特殊運算指令等。另外PLC還提供了充足的計時器、計數器、內部繼電器、寄存器及存貯區等內部資源，為編程帶來極大方便。

　　世界上PLC產品可按地域分成三大類：一是美國產品，一是歐洲產品，一是日本產品。美國和歐洲的PLC技術是在相互隔離情況下獨立研究開發的，因此美國和歐洲的PLC產品有明顯的差異性。而日本的PLC技術是由美國引進的，對美國的PLC產品有一定的繼承性，但日本的主推產品定位在小型PLC上。日本的小型PLC最具特色，在小型機領域中頗具盛名，某些用歐美的中型機或大型機才能實現的控制，日本的小型機就可以解決。在開發較復雜的控制系統方面明顯優于歐美的小型機，所以格外受用戶歡迎。日本有許多PLC制造商，如三菱、歐姆龍、松下、富士、日立、東芝等，在世界小型PLC市場上，日本產品約占有70％的份額。

　　3.回顧本公司產品伴隨PLC技術的同步發展 

　　3.1  C60P用于“第一代”（以使用PLC算起，下同）FA252型棉精梳機

　　我們公司在1990年以前三十多年的精梳機研發歷史中，電氣控制部分都是通過繼電器來完成的，其價格雖然低廉，但不易于改變功能。隨著控制要求的不斷提高，純繼電器的控制線路已顯得越來越不能滿足，而且太多的繼電器使得電控柜的體積變得越來越大，線路錯縱復雜，給設計、制作和維護都帶來麻煩。

　　九十年代初，我們在開發新的棉精梳機FA252、FA253時，正好是PLC進入國內自動化領域不久，我們認真對比了當時世界著名的幾個品牌，首先確定小型機就能滿足控制需求，又由于日產PLC在編程語言方面更適應東方人的邏輯思維方式，所以首選日產PLC。

　　在日本多家PLC制造商中，比較下來歐姆龍自動化集團的PLC是引領工業自動化產品和應用先進技術的產品，它進入中國市場的時間早、產品性能穩定、編程簡易、調試方便（軟件雖然還只是基于當時DOS平臺的“LSS”，但已經有較豐富的功能，與其他日產PLC軟件相比，它的現場監控能力尤為出色），成為當時自動化領域的佼佼者。在中國，歐姆龍有遍布全國的物流、銷售和技術支持，可及時提供客戶最直接的服務。

　　基于以上理由，我們在“第一代”用PLC作為主控制器的棉精梳機時首選了日本歐姆龍公司的產品——九十年代初期的“C60P型PLC”。

　　 “C60P型”可編程序控制器，以現在的目光來看，體積可謂龐大，但該款PLC當時比起我們原先計劃要在電氣箱安裝幾十個繼電器來說體積可大大縮小了，而且控制邏輯可隨時修改，不需動一根電線和任何電氣元件就可改變控制功能，這些技術和元氣件的進步對于我們從事自動化設計的簡直是革命性的！

　　我們第一臺棉精梳樣機成功后就于1993年參加了在日本大阪的國際紡機展，當時國內外的棉精梳機還都在用繼電器控制著精梳設備的運轉。由于較早地使用了PLC，使得我們當時的精梳設備在控制技術上處于世界領先水平。

　　 緊接著，公司的精梳配套設備—FA355系列條并卷機也同樣采用了C60P型PLC。

　　3.2  CQM1用于“第二代”PX2型棉精梳機

　　    我們在九十年代后期，將歐姆龍公司的CQM1åž‹PLC用于公司的“第二代”PX2棉精梳機以及為之配套的SR80條并卷機，開發成功后幾年中銷量就達幾千臺。但由于CQM1åž‹PLC差不多可以歸入中型PLC的范疇，從現在來看價格也比較昂貴，而且目前已被下文提及的CP1H小型PLC取代，因此本文不再作介紹。

　　3.3  CPM1A用于“第三代”CJ25型棉精梳機

　　隨著時代的發展，我們的精梳設備同各行各業一樣也需要不斷的更新，首先要增強功能又不能擴大電氣箱空間，這就要依靠PLC的進步相輔佐。

　　九十年代后期，隨著歐姆龍公司PLC的新產品—CPM1A的推出，其比起原來的C60P體積差不多縮小了一倍，而且在指令種類(90多種)、指令執行時間（LD指令1.72μm）、數據存儲、定時器/計數器數量（128位）、中斷輸入和脈沖輸入、高速計數器、模擬量設定、通信距離（50M）等關鍵指標上比C60P都前進了一大步，完全能夠滿足我們的控制要求，于是，再次采用歐姆龍的CPM1A及顯示器MPT002組合作為我們“第三代”棉精梳機（此屬于公司一款中檔精梳機，與“第二代”精梳機同步生產、銷售）的控制及顯示單元。開發成功的“第三代”CJ25型棉精梳機在眾多用戶廠經多年使用，運行可靠、反映良好。

　　3.4  CPM2A用于公司其他產品

　　CPM2A系列PLC是OMRON公司在CPM1A基礎上推出的升級產品。它與CPM1A相比，在程序容量、指令種類、指令執行時間、數據存儲、定時器/計數器數量諸方面都有明顯進步，并新加了RS232通訊端口，支持各種無協議通訊方式，特別是脈沖輸出和同步功能的增加給設備的自動化控制提供了更大的方便。我們在承擔下屬公司的外協產品“高能聚焦超聲治療儀”的調試臺時，充分運用了CPM2A的脈沖輸出功能和同步功能，使得對于定位精度要求很高的該治療儀，在制作調試過程中就能很好把握設備的質量關，滿足了用戶的訂貨要求。

　　4.最新款CP1H用于“第四代”CJ60型棉精梳機

　　近年來，PLC技術的不斷進步，為我們開發新的產品提供了自動控制上的保證。歐姆龍公司2006年推出的新款CP1H小型PLC，在I/O的擴展能力、程序容量（20K）、指令種類、指令執行時間（LD指令0.1μm）、DM數據區（32K）、定時器/計數器數量（相當多）、功能塊、復雜的函數運算、浮點運算（ST）、內置模擬量輸入/輸出功能、串行PLC的連接功能、Modbus-Rtu的簡易主站功能、三個通訊口等諸方面比CPM2A又有長足進步。這些指標差不多與業內的中型PLC所相當，而CP1H的體積和價格又類同于其他小型PLC。所以CP1H的性價比確實是很令人吸引的。另外，CP1H還引進了USB的標準配置接口與個人電腦連接，增加了設備的通用性（但是該功能在現場調試過程中一旦受到變頻器工作的干擾就時有掉線情況發生，這時我們可以通過CP1H自帶的RS232串口來實現監控）。

　　軟件方面，與CP1H同步推出的CX-One也比原來歐姆龍公司的各種軟件版本更為人性化。在指令編寫、地址搜索、條文注釋、軟件保護、功能塊編制、多種編程語言、調試監控等方面為用戶提供了高水平的應用平臺。尤其是功能塊的調用及多種編程語言的靈活性給方案設計提供了極大的便利。值得一提的是歐姆龍公司居然允許在今天的CX-One軟件上把我們近20年前在計算機的DOS操作環境下使用“LSS”軟件編制的、Win 98環境下使用的“SSS”軟件編制的、以及所有Windows 環境下編制的歷史程序，都能通過CX-One的轉換而方便的讀出或進行老程序的升級。這與有些歐洲大的跨國公司相比確實體現出其優勢，后者不同等級的PLC甚至是地處不同國家的不同團隊開發的，因此分別使用了兩套完全不同的軟件開發體系，很難做到像歐姆龍公司那樣，一直保持軟件開發的延續性，使得每個新軟件的推出都考慮到對歷史產品具有很好的兼容性，這也是我們長期愿意使用歐姆龍PLC產品的理由之一。

　　2006年，我們在開發最新的“第四代”CJ60型高速棉精梳機時，由于設備的自動控制功能比前三代產品都大大增加，系統中包含了模擬量控制、函數運、Modbus通訊、數據高速采集等，如果沒有CP1H，我們只能選用中型PLC才能滿足控制方案的要求。經綜合考慮，我們還是選擇了歐姆龍的CP1H小型機。

　　4.1  整體方案

　　通過歐姆龍的小型機CP1H可編程控器、日本Pro-face的觸摸屏、德國KEB變頻器等強強聯合，組成了公司“第四代”CJ60型棉精梳機的控制方案，其核心技術是分別采用RS232接口和Modbus通訊方式連接PLC與觸摸屏及變頻器、運用PLC的內置模擬量輸入功能直接連接8個模擬量傳感器，實現對設備關鍵部位自停的智能化、數字化的控制、設備歷史故障發生與解除時間及次數的記憶、多級密碼分層管理等，并可通過觸摸屏的以太網接口實現向上通訊的功能，為紡織廠的現代化管理提供必要的保證。

　　對于PLC的軟件編程，根據需要將不同功能的程序段分列，每個任務分別用最合適的編程語言如梯形圖、高級語言等來完成。

　　4.2  I/O配置、標志位、變量聲明

　　通過I/O配置、標志位、變量聲明表，可方便靈活地查到各個I/O點位、標志、變量等的類型、地址、功能注釋等，部分聲明如下：

　

　    系統中的一些邏輯量控制基本采用了梯形圖法編制。梯形圖信號流向清晰、簡單、直觀、容易看懂，是一種面向對象實時的、圖形化的編程語言。 節載如下：（見圖2）

　　Cx-One軟件的特點之一，是可在程序段下方同頁顯示某變量的地址攔，方便觀察和調試等。

　　4.4  ST語言的應用

　　ST語言用在具有多個循環和具有函數運算的控制程序中尤其方便，諸如此類的編程方法一般在中型PLC機中才具有，但CP1H型小型機也具備了，很有特色。在CJ60的整機控制系統中除了邏輯量的控制之外，其他的控制則是運用了靈活的ST語言來實現，例如對于功能相同的N個傳感器的信號讀入和處理等，使用該語言編制控制程序，取得了很好的效果。節選如下：（見圖3）

 ã€€ã€€4.5  功能塊的編制與調用

　　功能塊編程方式是CP1H型小型機的另一具有特色的功能。在反復出現的相同邏輯的程序編制時，預先做好各種功能塊，然后在主程序需要時隨處調用，精簡了整個編程語句，使整個控制系統的設計顯得更加簡潔、易讀、易修改、易維護。實例如下：（見圖4及圖5）

　　5.結束語

　　迄今為止，除了本公司前兩年采用PCC系統開發的多軸驅動CJ40S型棉精梳機之外，應用了歐姆龍公司最為先進的小型機CP1H作為中央控制器的CJ60型棉精梳機電氣自動化的控制水平是國內外同類產品中最為先進的。CJ60型棉精梳機已銷售了近200臺，深受用戶的歡迎，日前，CJ60還成功地通過了國家權威機構的新產品科技成果鑒定和國家專項撥款項目驗收工作，整機的鑒定結論是：“CJ60型棉精梳機處于國內領先、國際先進的水平”。

　　歐姆龍的CP1H小型機還用于本公司與CJ60配套的CL15條并卷機以及更新換代的CJ40、SR80等前紡設備。歐姆龍PLC具有穩定可靠、價格便宜、功能齊全、應用靈活方便、操作維護方便的優點，這是它能持久占有市場的根本原因。在自動化、計算機、數字化、互聯網極為普及的今天，紡機設備的自動化水平只有與時俱進地不斷提高，才能在激烈的市場競爭中占有一席之地，才能不斷為改善人們的生活水平做出應有的貢獻。

　　對于PLC的發展商來說，它的市場潛力也是很大的，不僅在我國，即使在工業發達的日本也有調查表明，PLC配套的機電一體化產品的比例占40%左右，采用繼電器、接觸器控制尚有20%多。所以說，需要應用PLC的場合還很多，在我國就更是如此了。所以，我們也希望PLC的制造商們能不斷推出性能越來越優質的工業控制產品，來滿足各個領域的自動化控制需求。

　　PLC與紡織機械的前途同樣都將一片美好。

　　參 考 文 獻

　　歐姆龍公司歷代PLC的編程手冊、操作手冊。