西门子S7-200PLC在棉纺细纱机电气控制系统的应用

FA506细纱机性能优良、操作方便，机电一体化程度高，具备：纺纱参数设定、显示、纺纱过程自动控制、定长落纱、锭子速度曲线控制等功能。可按设定条件对纺纱过程的锭速、牵伸倍数、细纱号数、捻度等进行计算并自动显示，并依据机上各部分传感器自动协调控制。特别是定长落纱和自动落纱，大大降低了操作者劳动强度；锭子曲线控制提高了纱线的质量和保证了纱锭成型，提高全机的产品。

一、系统概述
FA506细纱机电气控制系统具备了纺纱过程所需的自动开车、钢领板自动升降、中途停车后自动跟踪开车、自动落纱、自动留头等功能外，还能设定显示纺纱的工艺参数，实现定长落纱和锭子速度曲线控制以及班产累计等功能。电气控制系统包括：传动部分、数据检测部分、三自动检测部分、变频器锭子速度曲线控制、可编程控制器部分、TD200单元及数字通讯控制部分。

二、系统硬件
1、传动部分：
包括主电机、吸风电机、钢领板升降电机、自动润滑装置、自动清洁装置、变频器、落纱电源、各种开关等。
2、数据检测部分：
该部分由主轴、前罗拉、后罗拉传感器组成。功能为自动检测纺纱过程中主轴、前后罗拉的运行数据，为计算班产、锭速、牵伸倍数、细纱号数、捻度等工艺参数以及锭子速度曲线控制提供数据。
3、三自动检测部分“
该部分由关主电机、下钢领板、刹车传感器构成。其作用为落纱机开始后能自动适应停车，自动留头，为重新开车降低断头创造条件。
4、变频器锭子速度控制：
该部分由变频器、锭子传动部分、主电机构成，其作用是变频器依据PLC传输的锭子速度控制曲线自动调整锭子运行，提高纱线质量和产量。
5、PLC部分
该部分由西门子S7 216主机构成，完成全机开关量输入、数据检测以及计算和过程控制，实现纺纱过程自动化和对机器运行情况进行监控。
6、TD2002参数设定显示单元
TD200与PLC之间以PPI协议通讯，完成纺纱过程工艺参数显示设定，可直接设定锭子运行曲线，实现控制柔性化。
7、数字通讯部分：
该部分由PLC的Port0、Port2口、TD200和变频器的RS485部分构成，Port0口与TD200以PDI协议通讯完成参数设定显示，Port1口与变频器的RS485以自由口协议通讯完成锭子曲线控制，数字通讯高精度、高可靠性和低成本极大的提高了机器性能比和市场竞争力。



三、系统软件
FA506细纱机电气控制系统软件分为：控制部分、参数设定显示部分、计算采样部分、数字通讯部分和锭子运行曲线部分。
1、控制部分：
为软件主程序部分，主要依据系统开关量和传感器的输入完成纺纱过程自动控制。
2、参数设定显示部分：
主要依据TD200配置完成参数设定显示菜单，共计设计菜单画面44幅，完成总产、班产累计显示、换班设定、锭子速度、前罗拉速度、牵伸倍数、捻度、千锭小时产量、细纱号数等参数显示，以及23幅参数设置画面，可完成参数的设定、错误设置提示等功能，共编辑系统键5个共8组。其功能为：
F1:A班班产 F2：B班班产 F3:C班班产 F4:D班班产
SHIFT+F1：总产显示 SHIFT+F2：换班设定
SHIFT+F3：参数显示 SHIFT+F4：参数设定
其中参数设定菜单程序框图如下。
3、计算采样部分：
主要依据主轴、前罗拉、后罗拉数据检测传感器采样结果以及设计参数完成系统计算，用以完成各类显示参数的计算及定长落纱等功能。
4、数字通讯部分和锭子运行曲线部分：
主要采用自由口通讯协议完成与变频器的数据传输。SMB30自由口通讯控制寄存器设置为自由口通讯方式后程序通过接受中断以及发送指令XMT控制通讯口的操作。在自由口通信方式下通信方式由程序梯图控制。SMB30还定义了波特率、校验方式和数据长度。为了使锭子运行曲线平滑，在设定的点与点之间采用数据建模的方法拟合发送参数，该部分程序框图如下：



四、数字通讯应用特点
该控制系统最大特点是应用数字通讯方式完成TD200与PLC以及PLC与变频器之间的数据传输。以往我们进行锭子速度曲线控制时只能选用模拟量来控制变频器运行，这样增加了硬件成本且控制精度较低。采用数字通讯后，由于介质为RS485，所以硬件仅为一根屏蔽线，且抗干扰能力增强，为实现联网传输控制参数提供了条件，降低了控制成本。数字通讯要求软件设计严谨，软件编制达5K。

五、应用效果
FA506型细纱机控制系统前身采用PLC开关量控制合外协参数仪构成，全机控制精度低，可靠性合抗干扰能力差，系统成本较高。采用西门子S7-200系统PLC构成控制系统后，全机控制采取数字通讯方式，控制精度高、可靠性合抗干扰性能较优。利用“提高软件设计水平来降低硬件投入”原则，极大降低了系统成本，单机实现成本降低达控制系统的10%左右，极大提高了产品盈利能力，从97捻以来公司累计生产达到2000多台。由于其优异的性能被中国纺机总公司列为99捻20万锭出口项目面纱细纱唯一入选机型，产品性能达到国际水平，深受国内用户欢迎，市场前景十分广阔。