宋 甜 陳曉琳 夏 彬

(武漢鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖北 武漢430000)

0 前言

在我國，圓網(wǎng)印花技術(shù)是八十年代從國外引進(jìn)的機(jī)械共軸傳動(dòng)技術(shù)，其缺點(diǎn)是：傳動(dòng)環(huán)節(jié)過多，積累誤差大，導(dǎo)致印花精度不高；隨著機(jī)械磨損的逐步加劇，容易出現(xiàn)“跑花”現(xiàn)象，影響印花的穩(wěn)定性；對不同厚度織物的適應(yīng)性受到限制。圓網(wǎng)的驅(qū)動(dòng)控制是印花機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)之一，它應(yīng)保證各圓網(wǎng)在印花過程中的位置同步，從而保證在花布上的各色圖案間的位置關(guān)系與花型設(shè)計(jì)相符。根據(jù)圓網(wǎng)印花工藝，在分析了“錯(cuò)花”現(xiàn)象的成因以及傳統(tǒng)印花機(jī)的缺點(diǎn)的基礎(chǔ)之上，結(jié)合現(xiàn)場要求，提出了由驅(qū)動(dòng)設(shè)備、控制面板、監(jiān)控設(shè)備和PLC構(gòu)成的圓網(wǎng)印花控制系統(tǒng)的整體方案。每個(gè)圓網(wǎng)由伺服電機(jī)在控制面板的控制下獨(dú)立驅(qū)動(dòng)，控制面板之間相互獨(dú)立，統(tǒng)一由PLC控制、協(xié)調(diào)。

1 圓網(wǎng)印花機(jī)系統(tǒng)簡介

進(jìn)布單元由進(jìn)布電機(jī)M1作為其傳動(dòng)電機(jī)，其作用是對基布作印花加工前的工藝整理，使其平整勻速的傳送到印花單元。

印花單元是整個(gè)印花系統(tǒng)的核心，由印花橡膠導(dǎo)帶、圓網(wǎng)電機(jī)、圓網(wǎng)、對花裝置、水洗和刮刀裝置以及漿泵系統(tǒng)組成?；歼M(jìn)入印花單元后，被送至印花橡膠導(dǎo)帶上，通過熱塑膠的粘合作用，將織物粘貼在印花橡膠導(dǎo)帶上，連續(xù)地經(jīng)過各個(gè)圓網(wǎng)。導(dǎo)帶在主令電機(jī)M2的驅(qū)動(dòng)下作水平運(yùn)動(dòng)，各圓網(wǎng)與導(dǎo)帶相切并跟隨導(dǎo)帶同步轉(zhuǎn)動(dòng)。圓網(wǎng)內(nèi)部裝有印花漿料和磁棒，網(wǎng)壁上根據(jù)花型蝕刻有極小的滲透孔，圓網(wǎng)轉(zhuǎn)動(dòng)過程中，印花漿料在磁棒的擠壓下從滲透孔中滲出印在坯布上。一個(gè)圓網(wǎng)對應(yīng)一種花色，基布依次經(jīng)過各印花圓網(wǎng)，完成印花全過程。

完成了印花的織物在松弛狀態(tài)下被送入烘房。烘房內(nèi)的風(fēng)機(jī)M3由變頻器驅(qū)動(dòng)。布匹進(jìn)入烘房后，在傳送帶的帶動(dòng)下經(jīng)過供房，運(yùn)行的同時(shí)織物上的顏料被風(fēng)機(jī)烘干。烘干后的花布最后由出布電機(jī)M4帶出機(jī)臺圓網(wǎng)印花機(jī)是一種大型、綜合、以連續(xù)化加工方式進(jìn)行的生產(chǎn)設(shè)備，各個(gè)控制單元聯(lián)合作業(yè)。通常分四個(gè)部分：進(jìn)布、印花、烘房和落布。

2 系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)

圓網(wǎng)印花機(jī)控制系統(tǒng)主要由五個(gè)主要部分組成，分別是、HMI人機(jī)界面、工控機(jī)、PLC控制器、進(jìn)布控制單元、印花控制單元，各控制單元形成以PLC為中心的控制網(wǎng)，控制結(jié)構(gòu)圖如下控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 控制框圖

系統(tǒng)采用MT506M(WEINVIEW)觸摸屏，液晶顯示、中文界面，以方便工人操作。編輯環(huán)境為EB500。人機(jī)界面主要是對系統(tǒng)運(yùn)行的各種參數(shù)進(jìn)行顯示，包括印花車速、總產(chǎn)量以及故障顯示等，人機(jī)界面也用作輸入設(shè)備向PLC發(fā)出命令信號，也可以對系統(tǒng)的一些參數(shù)進(jìn)行修改，升降速步長、故障屏蔽等等。觸摸屏與PLC之間通過PPI總線相連。

PLC控制器包括CTS7 216 CPU （24DI/16DO），24V線性穩(wěn)壓電源，外加 CTS7 223（16DI/16DO）、CTS7 221（32DI）、CTS7 232（4AO）專用模塊完成對數(shù)據(jù)的采集與處理。編程環(huán)境為S7-200。CTS7 200系列CPU具有分段功能，可將程序分成三段，各段程序獨(dú)立運(yùn)行，互不影響。CPU在內(nèi)部都集成了一個(gè)或多個(gè)通信口，通信口標(biāo)準(zhǔn)為RS--485半雙工串行通信口，在物理上不需要外接通信模塊，利用相應(yīng)的電纜就能構(gòu)成具有多種通信功能的復(fù)雜通信網(wǎng)絡(luò)。PLC是系統(tǒng)控制的核心，將觸摸屏及對花面板發(fā)出的指令傳達(dá)給驅(qū)動(dòng)裝置，并將設(shè)備的相關(guān)信息送回觸摸屏上顯示。

印花機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)主要包括伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)和步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)兩種方式。本系統(tǒng)采用Schneider Lexium23系列伺服驅(qū)動(dòng)器及BCH系列三相同步伺服電機(jī)伺服電機(jī)，其特點(diǎn)是工作穩(wěn)定，抗干擾能力強(qiáng)。Lexium23系列伺服驅(qū)動(dòng)器，可以兼容分辨率為20位的編碼器，提供多種增益的調(diào)諧方式，自動(dòng)調(diào)諧的功能非常強(qiáng)大，可自行估算負(fù)載的慣量并自動(dòng)調(diào)整增益值等參數(shù)。其高級濾波功能、共振抑制及指令平滑功能為提高印花機(jī)的工藝精度提供了可靠的硬件支持。

PLC與伺服電機(jī)及變頻器之間的通訊總線采用modbus現(xiàn)場總線協(xié)議，底層采用485電氣連接，最大通訊速率57.6K。PLC為總線主站，負(fù)責(zé)控制整個(gè)系統(tǒng)，并完成對從站的配置、傳遞參數(shù)、診斷、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ堋Ｋ欧?qū)動(dòng)器及變頻器是總線上的從站，從站只能被動(dòng)響應(yīng)主站的請求。PLC與對花面板間采用I/O編碼控制，與其它設(shè)備間采用I/O控制。分配器與通過輸入脈沖流對伺服驅(qū)動(dòng)器傳遞速度指令。

3 Modus現(xiàn)場總線

通訊總是具有延時(shí)和不確定性。簡單的通訊協(xié)議很難解決數(shù)據(jù)傳輸?shù)难訒r(shí)及數(shù)據(jù)傳輸?shù)牟淮_定性等問題。由于圓網(wǎng)印花系統(tǒng)中，PLC對驅(qū)服電機(jī)的控制指令都需要通過通訊實(shí)現(xiàn)。為保證系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和高效性，必須保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴Ｓ行?shù)據(jù)，如速度等實(shí)時(shí)性數(shù)據(jù)，延時(shí)過長將使其失去意義。同時(shí).圓網(wǎng)印花系統(tǒng)是一個(gè)開放式系統(tǒng)，因此通訊協(xié)議應(yīng)該能夠滿足開放性的要求。使用modbus現(xiàn)場總路線技術(shù)完成印花系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信無疑是最好的選擇。

PLC與伺服電機(jī)的Modbus通信設(shè)計(jì)：

PLC與伺服電機(jī)的Modbus通信組網(wǎng)的功能是配合對花面板實(shí)現(xiàn)圓網(wǎng)對花，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 PLC、伺服網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

PLC作為主站，站地址設(shè)為2，十二臺伺服驅(qū)動(dòng)器作為從站，站地址設(shè)置范圍為3H-EH，總線占用PLC端口0。通訊程序流程如下：PLC輸入端接收到來自對花面板的命令后，程序調(diào)用串口初始化函數(shù)MBUS_CTRL對端口0進(jìn)行初始化設(shè)置，規(guī)定串口通訊速率、校驗(yàn)方式及通訊協(xié)議等通訊參數(shù)；將發(fā)送字節(jié)數(shù)和發(fā)送數(shù)據(jù)賦值到PLC數(shù)據(jù)緩沖區(qū)或?yàn)閷⒁x取的從站數(shù)據(jù)設(shè)置數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)；以MBUS_CTRL函數(shù)的初始化完成位觸發(fā)收發(fā)函數(shù)MBUS_MSG，向伺服驅(qū)動(dòng)器發(fā)起讀寫指令；伺服驅(qū)動(dòng)器接收到來自PLC的請求后對接收到的指令進(jìn)行解析，并做出應(yīng)答。

4 總結(jié)

為了保證在印花過程中不錯(cuò)花，必須保證在印花過程中圓網(wǎng)之間的位置絕對同步以及導(dǎo)帶與圓網(wǎng)之間的線速度相對同步。通過改善導(dǎo)帶的運(yùn)行特性，使導(dǎo)帶在印花階段保持一個(gè)相對穩(wěn)定的運(yùn)行特性，減小速度波動(dòng)和使用現(xiàn)場總線技術(shù)，同時(shí)對多臺電機(jī)發(fā)送速度指令，縮短圓網(wǎng)電機(jī)間的響應(yīng)時(shí)間差以使圓網(wǎng)同步特性得到改善。

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