预浸布生产线PLC控制系统分析

预浸布生产线是渔具行业重要的生产装置。本文介绍了PLC对预浸布生产线进行多辊速度控制、干燥塔温度控制、收卷纠偏控制；采用变频器对电机速度进行调节；使用触屏作为人机接口，进行参数设置和监控，达到了满意的控制效果。
关键词：PLC 酚醛预浸布 变频器 触摸屏
0 引言
???? 随着科学技术的不断发展，工业生产的技术装备越来越复杂，自动化程度越来越高。可编程控制器(PLC)及其网络架构是构成CIMS系统的基础，被称为现代工业自动化的三大支柱(PLC、数控技术、工业机器人)之一，由于其使用简单、功能强大、可靠性高，目前已广泛应用于现代工业的各个领域。越来越多的重要设备、工艺、关键部位都采用可编程控制器来组成控制系统。以往的控制系统由于较多的使用继电逻辑器件，具有故障率高、维修不便、动作滞后、控制精度低弊端，使用可编程控制器可以使控制的精度和稳定性得到有效保证。
?? ? 某渔具厂酚醛浸布生产线的操作流程为：玻璃纤维布在酚醛树脂中浸泡后，通过多辊连接的生产线进行挤压、拉伸，通过干燥塔分段干燥后就形成了酚醛预浸布，最后由收卷装置将干燥后的预浸布卷成布筒。
??? 该生产线是一个典型的多辊速度控制对象，其中有大小钢辊十几个(由电机带动运转)，为保持产品质量和生产的连续性，需要保持生产线中布的张力恒定，因此必须控制布前进的速度一致，带动生产线前进的主要四个钢辊(放卷辊、定速辊、辅助辊一、辅助辊二)的精确控制尤其关键。干燥塔为立式三段结构，分别采用不同温度的蒸汽(100～200℃)对预浸布直吹固化，要求控制温度波动范围为设定温度±2℃。预浸布传动过程中会出现传动跑偏，收卷装置前通过光电开关检测布的位置，控制收卷装置移动电磁阀，纠正预浸布的偏移。
1 系统方案设计及实现
1.1硬件组成及系统方案
??? 系统使用PLC作为控制系统的直接控制级，我们选择了日本三菱公司的FX2N128MR，由于输出点数较多，增加了输出扩展模块FX2N16EYT。
??? 现场由多个旋转编码器(日本OMRON)测量速度辊的速度信号，通过特殊模块FX2N4AD(实现模数转换)传送到PLC。PLC根据设定值和测量值运行算后，通过特殊模块FX2N4DA(实现数模转换)作为控制信号提供给变频器。
??? 由变频器电机转速，电机带动速度进行速度控制，变频器选用日本三菱公司FR-E540-0.4K-CH，这具有正反转特性、启动转矩大、升速降速时间短、直流过载保护等功能。使用变频器进行电机调速精度高、切换快，而且可以大大降低能源消耗。温度采集采用铠装防爆Pt-100热电阻，自行研制了温度采集板，通过特殊模块FX2N4ADPT将现场热温度信号采集上来，模数转换后送往PLC。PLC根据设定值和测量值运算后，通过特殊模块FX2N4DA提供现场调节阀的开度信号，控制蒸汽的流量，进而使干燥塔内温度达到控制的要求。
??? 收卷装置前通过光电开关(日本OMRON)检测布的位置，控制电磁阀，通过液压泵的动作带动收卷装置的移动，纠正预浸布的偏移。
??? 控制柜面板上安装了触摸屏(日本三菱公司F940GOT-SWD-C)作为人机交互界面，可以方便的进行工艺参数设置、控制参数设置以及现场运行参数数据查看、曲线查询等操作。
??? 考虑到安全栅的成本较高，系统防爆方式采用防爆的现场仪表及操作按钮等，因此在控制系统中不再采用安全栅方式防爆，这样可大大减少控制系统的造价。
1.2控制软件结构
?? ナ褂萌菱公司GPP for Windows编程软件进行控制程序编写，该软件可以使用梯形图、指令表和SFC三种编程方式，指令多达156种，功能强大，编程非常方便。
??? 设备精确控制的实现由PLC自带的PID运算模块实现，通过合理的设置P、I、D参数，可以得到满意的控制效果。
??? 为提高运行速度、减少运行指令，在控制软件设计中我们采用了模块化编程，设计了各种通用子程序，如数据采样子程序、PID运算子程序、逻辑动作子程序、报警子程序等。
1.3触摸屏
??? 近年来，为了方便用户在工业现场进行参数设置和查看等操作，三菱、OMRON、西门子等企业相继推出了便于现场操作的人机接口设备(也称图示操作终端或触摸民间)。日本三菱公司的GOT系列产品是用户评价比较高的触摸屏产品，我们选用型号为F940GOT-SWD-C的触摸屏，该产品可与FX系列或A系列PLC的编程接口直接相连，可以安装在控制盘或操作盘面板上。
??? 使用三菱公司的FX-PCS-DU-WIN-C编程软件可以设计触摸屏画面，该软件类似于组态软件，不用写一句程序，只须将相关元件拖到画面上，设置地址即可。
??? 在个人计算机上设计完成后可以通过串口传送到触摸屏。触摸屏上电后(使用24V电源，可由PLC直接供给)直接进入所设计的画面，用手指在画面轻轻一点就可以直接按设定的地址查看PLC数据区的数据了，同时也可以按权限对PLC数据区的数据进行修改。系统还支持历史曲线、棒图、饼图等功能，也可以将打印机连接到触摸屏实现按需打印或定时打印，使用起来非常方便。
2 结束语
??? 可编程控制器和触摸屏结合可以用在很多工控领域，在预浸布生产线中的应用则是一个实例。该系统2002年6月在威海某渔具厂投入运行后，控制达到了预定的工艺要求，产量质量稳定，运行至今情况良好，表明该设计方案是成功的。
??? 双方正准备对多套预浸布生产线进行控制，并通过RS485总线联网至上位机组成分布式网络结构，由上位机对系统进行综合监控。上位机纳入企业局域网后可以和全厂的信息管理系统相连，组成管控一体化的网络系统。