蚁象公司将S7-200 PLC应用在连续纺丝机

1 项目简介

     我国粘胶纤维工业经过几十年的努力，特别是在近几年进入了高速增长的阶段。目前，粘胶纤维产量已居世界前列。多年来，国内粘胶长丝生产基本上依靠中性、酸性半连续纺丝机，不能适应国内外两个市场迅速发展的需求。这两种机型最大的弱点是：丝饼小、丝条短、接点多、不适宜高速织机的工艺要求。丝饼物理指标内外层差异、染色性不理想；纺速低，生产周期长；厂房、设备、资金占用多，对环境污染大。因此，造成我们生产的粘胶长丝距国际先进水平还有不小的差距。而我国现有产品的质量、品种都不能满足国际市场的需求。为推动粘胶长丝纺丝机技术进步，克服半连续纺丝机的不足，满足国内外市场的需求，我公司从意大利斯奈克公司首家引进24台FCT连续纺丝机。连续纺丝机使传统纺丝、凝固、去酸水洗、烘干、上油和络筒于一体，使纺丝成形到成品卷装工艺流程由原来长达9 0 多个小时，缩短到连续纺丝成形、卷装只要几分钟的时间。如图所示FCT纺丝机一是采用模块化设计，每模块4个锭位，采用一辊四丝技术。二是水平玻璃管纺丝浴成形，满足高纺速要求。三是丝条干均匀，染色好。四是集纺丝、牵伸、再生、水洗、上浆、烘干和卷绕于一体。五是采用浆和油混合成分，满足丝筒少毛丝、卷绕成形以及下游织造厂整经要求。六是采用平行卷绕成形技术实现稳定较小张力和大卷装的要求。

        每台车的电气控制控制系统采用Profibus通讯总线方式，通过西门子TP170A触摸屏设置及显示工艺参数，进而改变西门子MMV型变频器驱动的双辊、粘胶、卷绕、横动电机的转速，主控制器为西门子S7-300 可编程控制器。

       随着时间的推移，库存备件已消耗完，原配套MMV型变频器及S7-300可编程控制器西门子公司不再生产，新型号M440变频器及S7-300控制器与原控制系统无法兼容，需修改程序。由于设备制造商斯奈克公司不提供S7-300控制器的程序而且对程序进行了加密，给我们设备维护及分析处理故障带来很大难度。为保障连续纺的正常生产，同时也为我国自主生产连续纺丝机奠定基础，我公司成立了连续纺丝机电气控制系统开发应用课题组。确定在对FCT3000连续纺丝机消化吸收的基础上，结合一年多的实际使用情况，克服原系统缺点自主创新，开发以S7-200PLC为控制核心拥有自主知识产权的连续纺丝机电气控制系统。

2控制系统构成

  控制器由极高性价比的S7-200PLC取代价格昂贵的S7-300PLC。S7-200PLC是紧凑型可编程控制器，硬件构架由CPU模块和丰富的扩展模块组成，它具有如下特性：

．极高的可靠性；

．极丰富的指令集；

．易于掌握，

．便捷的操作；

．丰富的内置集成功能；

．实时特性；

．强劲的通讯能力；

．丰富的扩展模块。
   其优越的性能完全能满足连续纺丝机自动化控制的需求。因此主站控制器选用S7-200系列中具有两个通讯口的CPU226，其通讯端口l与西门子TP170A触摸屏RS485通讯口连接，从站CPU221通讯口再与触摸屏RS485通讯口做并行连接，采用PPI通讯方式。其通讯端口2通过网络连接器与变频器RS485通讯端口连接，采用自由通讯模式，通过USS协议指令控制粘胶泵变频器、双辊变频器、卷绕变频器、横动变频器的运行及参数采集。硬边A.B，浆液泵、浆液搅拌电机接触器的常闭辅助点及控制柜内空气开关的常闭辅助点接入CPU226 I0.0-I0.4输入端子，控制器输出端子Q0.6、Q0.7、Q1．O、Q1.1分别控制硬边A、硬边B、报警灯及报警笛。CPU221安装在现场操作箱内，硬边A限位开关、硬边B限位开关、A、B面断丝开关常开点接人其输入端子I0.0-I0.3。

  电气控制系统构成简图如下：

  根据变频器使用要求，在变频器输出侧建议不使用接触器，以防止变频器在运行过程中，接触器释放对变频器的冲击，因此将原设计中的变频器输出接触器全部去掉，双辊、卷绕、横动、粘胶变频器输出直接给到柜内输出端子至电机，即去掉了中间环节，又减少了变频器的故障率，提高了变频器运行的可靠性。

  电气控制系统软件主要分三部分：参数显示设定单元TP170A组态编程、可编程控制器CPU226、可编程控制器CPU221编程。

  (1)触摸屏TP170A使用Prto016．O编程软件编程，操作界面由英文改为中文，编制有六个界面分别是：

  主界面：列有五个子界面及实时时钟显示。

  启停界面：开停粘胶泵、双辊、卷绕、横动、硬边及运行车速显示。

  启停界面：开停粘胶泵、双辊、卷绕、横动、硬边及运行车速显示。

  参数显示界面：显示粘胶泵、双辊、卷绕速度，每分钟横动次数，硬边电机停止时间。

  参数设置界面：设置粘胶泵、双辊、卷绕速度，每分钟横动次数，硬边电机停止时间。

  报警显示界面：显示机台断丝、变频器故障、浆液泵、浆液搅拌、硬边电机故障。

系统设置界面：设置触屏对比度及灵敏度校验。

  主界面与子界面，子界面与子界面之间能快速跳转。参数设置界面设有密码保护，只有操作员才能进入。为在报警发生时工艺人员能及时看到报警情况，触摸屏无论在任何界面报警界面都能自动弹出，并在此界面设有报警复位。

                       改造前控制柜内布置

                   改造后控制柜内布置

  (2)S7-200可编程控制器使用STEP7-Micro/WIN32 编程软件，软件程序能兼容西门子新旧变频器。

3控制系统完成的功能

  粘胶液从喷丝头的微孔中喷出形成粘胶细流，与酸浴接触，开始成形反应形成粘胶丝。丝在整个再生、水洗、上浆、烘干和卷绕过程中线速度一致，这就要求变频器分别控制的粘胶泵电机、双棍电机、卷绕电机转速恒定。否则转速差异不仅影响丝条条干的均匀性，而且容易造成卷绕断头。为此，工艺一般要求全机处理辊线速度误差为±0.5米／分，这对控制及变频器的性能提出了较高的要求。S7-200PLC和M440变频器完全满足了丝纤度的均匀性对泵轴电机转速稳定性的高要求，提高了丝的品质，减少了卷绕断头，提高了满筒率。生产不同品种的产品可在触摸屏十分方便地修改电机转速等参数，S7-200PLC向变频器发出指令，变频器的运行频率经计算公式折算为电机的转速在触屏显示以便工艺人员监控和了解生产过程。变频器驱动的横动电机带动导丝器往复摆动使丝卷绕在筒子的不同位置，以防止丝的重叠。电机转速要在42Hz-46Hz变化，增、减速时间2 0秒，高、低速运行时间分别保持3 0秒循环往复，通过设置变频器参数及充分利用S7-200PLC的指令功能，程序上实现了控制要求。另丝饼在成形过程中两端要形成硬边防止丝脱落，通过硬边电机的开停来实现此要求。硬边电机拖动机械装置转动一周碰触行程开关，行程开关闭合开关量传人安装在现场操作盘内作为从站的S7-200  CPU221，与主站S7-200 CPU226做网络通讯，其软件程序十分简单只有～条移动指令，把采集到的硬边A.B行程开关状态移人寄存器，主站读取此寄存器的状态从而控制硬边电机停125 秒后自动运行循环往复。每台纺丝机共152个纺锭，当任意一锭出现断头时，自动声光报警通知工艺工及时处理。每锭对应一开关量，开关状态通过数据总线传人PLC，PLC根据开关量的状态发出报警指令。

  通讯地址的分配：粘胶泵变频器的地址为9，双棍变频器地址为4，卷绕A为5、卷绕B为6.横动A为7.横动B为8。触摸屏地址为1，主站端口l地址为2、端口0地址为3、从站地址为1 0，网络通讯波特率为19200pbs。

变频器参数的设置：

MMV型：P091=地址

P092=7  19200波特率

P093=0    串口通讯超时时间

P094=100设定值的百分比

P910=1  远程控制

P099=0  无选件模块

MM4型：P2011=地址

P0700=5命令源通过COM链路的USS设置

P2010=7  19200 pbs

P1000=55频率设定值的选择

P2014=0  USS报文的停止传输时间

  与FCT3000纺丝机原配电气控制系统相比，此系统利用了性价比高的西门子S7-200可编程控制器作为控制核心，成本低可靠性高，编程操作简单维护方便。控制系统的技术关键如下：

  S7-200PLC作为控制核心与六台变频器实现自由口通信。

  触摸屏TP170A的操作界面为中文，与S7-200作PPI通讯。

  软件程序兼容新旧变频器。

  控制器与变频器通讯超时只发出报警不在停车。

  变频器输出无接触器，减少中间环节。

  控制器出现故障，可随时更换不用停机，减少生产损失。

4应用与推广

  2006年5月新的电气控制系统应用到15号车，经一段时间的运行，发现部分锭子出现间歇性断头的现象，经对控制系统的每个环节认真分析，推断是电磁干扰所至。于是对可编程控制器做抗干扰接地连接，同时对通讯缆的屏蔽网做两端接地连接，采取措施后故障消除。根据实际使用情况和工艺使用意见，进一步修改软件程序实现了：

(1)报警喇叭短时间响后自动停止，报警灯仍继续指示的功能，断丝后在触摸屏及现场控制盒均能对报警复位。

(2)车速在触摸屏上的设置由设置频率改为设置实际速度，使操作更加方便直观。

(3)横动电机能快速开停，到达设定频率后再高、低速缓慢变化。

(4)进一步优化触摸屏操作界面，使操作界面简单明了，参数的设置及显示更加直观。

  从0 6年7月新的电气控制系统陆续应用到连续纺丝机，至0 7年3月24台纺丝机全部改造完毕。至今24 台纺丝机运行稳定、可靠，完全满足了工艺生产的要求。电气控制系统开发应用的成功，解决了我公司连续纺面临停车的危险，打破了外国人的技术封锁，不再受制与人。由于程序的开放透明，可方便地修改程序满足工艺的生产控制要求，同时也为我们快速分析处理电气故障创造了有利条件。自主研发提高了自我创新能力，降低了成本，节约了费用。开发的拥有自主知识产权的软件程序，为生产国产化连续纺丝机创造了条件，奠定了基础。

5应用体会

  连续纺丝机电气控制系统，充分利用最新的自动化控制技术，将西门子S7-200PLC、TP170A触摸屏、M440变频器等进行有机结合，功能强、可靠性高，提高了纺丝机的自动化水平。