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PLC和变频器在清棉机系统中的应用电气自动化07自动33PLC和变频器在清棉机系统中的应用1、采用STEP7 200软件，完成模块化生产系统原理的设计
2、选择好合适的软硬件，规划出控制硬件基本原理图；
3、利用汇编语言完成功能程序的编写；
4、对程序进行调试，以满足应用系统的需要；
以PLC，触摸屏和变频器的概念、特点、系统组成作为研究基础背景，在STEP7 200编程软件的基础上，通过模块化单元功能及通信完成基于清棉机的模块化生产系统原理的设计

PLC和变频器在清棉机系统中的应用

STEP7 200
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时间（第 周）
工 作 内 容

STEP7 200

摘 要

目 录

第一章 引言 11
第二章 PLC控制系统的构成与特点 12
2.1 PLC控制系统的构成 12
2.2 PLC控制系统的特点 13
第三章 变频器的概述 14
3.1 变频器的技术概要 14
3.2 变频调速的原理 14
3.3 变频器 15
3.4 异步机的标量控制 15
3.5 异步机的矢量控制 16
第四章 触摸屏概述 18
4.1前言 18
4.2原理 18
第五章 清棉机的作用,结构和电气特点 19
5.1清棉机的作用和结构 19
5.2清棉机的电气特点 19
第六章 清棉机的电路组成 21
6.1 清棉机的主电路 21
6.2 PLC控制电路 23
第七章 清棉机机构分析 26
7.1 天平调节装置（均匀控制机构） 26
7.2综合打手 26
7.3尘笼凝棉 26
7.4成卷 27
第八章 影响开松除杂的主要因素 28
第九章 清棉机的传动与工艺计算 29
9.1 清棉机传动 29
9.2清棉机的工艺计算 29
第十章 控制系统编程的可靠性 31
10.1优先程序的设计 31
10.2故障检测程序的设计 31
10.3联锁控制程序的设计 32
第十一章 通讯系统 34
第十二章 系统调试 35
12.1变频器关键参数的设定故障处理 35
12.2 PLC的调试 35
第十三章 关于PLC和变频器规范布线 37
13.1 原因 37
13.4 变频器与 PLC 连接需注意的问题 39
第十四章 总结 41
第十五章 42
参考文献 45

引言
随着改革开放，电力电子技术、微电子技术和控制技术得到了不断的发展，90年代变频器、PLC变频器，触摸屏技术的飞速进步，加之网络通讯技术的日趋成熟和广泛应用。对于现在大型清棉机的运转，仍采用传统的固定频率三相交流电机拖动负载，显然已经跟不上时代的步伐了，将其取而代之的即是变频器和PLC的装置，其控制系统的综合控制越来越趋于整体之间的发挥，实现对清棉机系统的现代化运行管理。

PLC控制系统的构成与特点
2.1 PLC控制系统的构成
通常机械设备的电气控制系统主要有控制电器，保护电器和电动机组成。如图1.1所示的一台电器控制柜PLC,断路器，熔断器，交流接触器，中间接触器，热继电器和变压器等主要电气器件。
图1.2所示为继电器电气控制系统和PLC电器控制系统框图。可以看出，它们的控制方式不同，继电器控制属于继电器硬件连线控制方式，PLC控制属于存储程序控制方式。PLC利用程序中的“软继电器”取代传统的物理继电器，使控制系统的硬件结构大大简化，具有体积小，价格便宜，维护方便，编程简单，控制功能强，可靠性高等一系列优点。因此，目前PLC电器控制系统在各个行业机械设备的电气控制中得到非常广泛的应用。
图1.3给出了一个PLC控制简图，说明电气控制系统的工作原理，在图1-3中，启动|停止按钮分别接PLC的输入段I0.0和I0.1,d、交流接触器的线圈接PLC的输出端Q0.0，PLC程序对其的|停止按钮的状态进行逻辑运算，运算的结果决定了输出端Q0.0是否接通或断开交流接触器的电源，从而控制电动机的工作状态。
2.2 PLC控制系统的特点
1. 硬件结构简单
继电器控制逻辑是通过大量的物理继电器连线来实现的，结构复杂；而PLC控制逻辑是有程序（软继电器）构成，取消了中间继电器和时间继电器等控制器件，大大简化了硬件接线。
2.控制逻辑更改方便
要改变继电器控制逻辑必须重新接线工作量很大，因此有的用户宁愿拆除旧的控制柜而另外新做一个电气控制柜；而修改PLC的控制逻辑只需要重新编写或更改用户程序即可。
3.系统稳定，维护方便
PLC性能指标高，抗干扰强，能在工业生产环境下长期稳定地工作。据统计，PLC控制系统的电气故障仅为相应功能的继电器控制系统故障的5%。当电路发生故障时，可根据PLC输出|输入的LED显示来判断产生故障的部位，迅速地排除故障

变频器的概述
3.1 变频器的技术概要
变频调速作为一种新型的调速方法自本世纪初提出以来发展十分迅速，它在节能，维护量小，自动控制性能好等方面的优点突出。加之近年来电力电子技术的长足发展，大大降低了其一次性成本的投入。
清棉机的动力传动需要转速应对棉量的多少而自动变化的特点。因此在了解清棉机的工艺要求和各类变频器的特点后才能正确选择适用的变频器和辅件。
3.2 变频调速的原理
变频调速系统的原理框图入图3-1所示。

图3-1变频调速系统的原理框图
控制器根据转速的给定值和反馈量(开环控制和无速度传感器控制时可无转速传感器)运用相应的控制算法控制逆变器中功率器件的关断时序。恒压恒频的三相交流电通过逆变器产生电压和频率均可变的三相交流电，供给交流电机的定子，以实现平滑的交流电机调速。在多数情况下，把控制器和逆变器合二为一，称为变频器。
3.3 变频器
随着电力半导体器件的发展，变频器的发展也经历了几个阶段。电力电子器件的自关断、模块化、变流电路开关的高频化和控制手段的全数字化，促进了变频器的小型化、多功能化、高性能化。尤其是控制手段的全数字化，利用了微机的强大信息处理能力，使软件功能不断强化，变频器的灵活性和适应性不断增强。随着网络时代的到来，变频器的网络功能和通信能力不断加强，它不仅可以与设备网的现场总线相连，还可与信息网交换实时数据。
衡量变频器的好坏，主要比较其以下功能:转速控制方法、频率上升和下降的最快时间、一般静差率下的最低转速(调速范围)、多段速度选择、载波频率设定、频率跨跳功能、速度反馈、定时控制、PI控制、数字设定、人机界面、网络通信接口、可编程控制器接口、各种安全保护措施、各种故障诊断和显示功能等。
3.4 异步机的标量控制
由异步机的稳态特性推导出来的恒定压频比控制方法只控制变量的幅值，并且给定量和反馈量都是与相应变量成正比的直流量，因此叫标量控制。标量控制是最早在变频调速中使用的技术，其控制原理简单，实现容易，也能满足一定的调速性能要求。
(1)转速开环的压频比控制系统
一个恒压频比的开环交流调速系统如图3-2示，它采用的是偏置线性的压频比特性，转速的给定信号n*通过压控振荡器(VCO)产生频率指令信号，电压指令信号Ui随转速的给定信号n*变化。U。是在低速时改善机械特性的电压补偿。
图 3- 2恒 压 频 比 的 开 环 交 流 调 速 系统
在开环系统中，不仅存在静差，而且，速度往往会随着负载转矩和电源电压的变化而波动。
(2)转速闭环的压频比控制系统
采用与电机同轴连接的测速发电机进行实际转速反馈，这种闭环系统如图3-3示。
图中，给定速度和实际速度比较，确定速度偏差，然后通过速度调节器，决定逆变器的频率和电压。速度环的输出信号通过电流极限控制器，限制变频器的电压和频率的快速变化。电流反馈只有当电动机电流升到预置的最大值时才起作用，它控制逆变器电流和频率的变化率。
如果仅要求稳态性能，恒压频比控制可以胜任大范围的调速任务。

图 3- 3闭 环 压 频 比 控 制 调 速 系统
3.5 异步机的矢量控制
异步电机的数学模型是一个高阶、非线性、强祸合、多变量的系统，通过坐标变换可以使之降阶并解偶，但没有改变其非线性、多变量的本质。在标量控制中，动态性能不够理想，调节器的参数很难设计，原因在于仍采用单变量系统的控制思想。
矢量控制(vector control)的诞生使交流变频调速技术在精细化方面大大迈进了一步，达到了可与直流调速系统的性能相当的程度。
矢量控制的基本思想就是:把异步机经坐标变换等效成直流机，然后，仿造直流机的控制方法，求得直流电机的控制:在经过相应的反变换，就可以控制交流机了。
从本质上说，矢量控制也是一种解祸控制。通过坐标变换，它将定子电流分解成磁链分量和转矩分量，分别进行控制。矢量控制使得在动态过程中对电磁转矩进行精确控制成为可能，大大提高了调速的动态性能。
图示3-4为矢量控制的基本原理图。
==两个独立的控制闭环:一个控制磁通，一个控制力矩。
==磁通控制器通过磁通转矩特性曲线中*(n)得到磁通设定值中*。
== 常数(基速范围内)护-1/n(弱磁范围内)
==力矩控制器通过速度控制器得到力矩设定值M*o
==实际检测参数包括有:
测量参数的坐标转换，电机模型，定子电流分解成磁链分量(iu)和转矩分量(iw)
磁链分量(i,.)作用于转子磁通，但有一个时间迟滞，磁通建立时间约200ms至>Is，转矩分量(iw)直接作用干力矩，产生时间约lms(运动控制变频器)或5ms(一般矢量控制变频器)。因此磁链分量和转矩分量可以独立控制。
定子频率f用于力矩闭环控制，定子电压U用于磁通闭环控制。
实际的矢量控制比下面的方框图更复杂。值得注意的是低速时的电流模型，电压模型和温度模型。

图3-4矢量控制系统原理图

触摸屏概述
4.1前言
计算机技术从诞生之日起，便在不断地为融入生活而努力，“消除科技与生活之间的鸿沟”也成了科技人员共同的使命。依托于网络的发展，各项技术有了更强的延伸性和更大的发展空间，中央的处理中心处理着复杂的技术问题，而呈现在消费者面前的，是多姿多彩的应用终端，IT的三大模块化发展，正在为科技真正融入生活铺砖引路。
而近年来，最受瞩目的终端技术当属触摸屏技术（Touch Panel）。触摸屏是一种附加在显示器表面的透明介质，通过使用者的手指触摸该介质来实现对计算机的操作定位，最终实现对计算机的查询和输入的技术。触摸屏技术使得人们得以与计算机进行亲密接触，显示屏带来的不再是单纯的眼球体验，而逐渐转向互动体验。
4.2原理
触摸屏由触摸检测部件和触摸屏控制器组成；触摸检测部件安装在显示器屏幕前面，当手指或其它介质接触到屏幕时, 依据不同感应方式，侦测电压、电流、声波或红外线等，以此测出触压点的坐标位置,并将坐标位置信息传送给CPU。它同时能接收CPU发来的命令并加以执行。

清棉机的作用,结构和电气特点
5.1清棉机的作用和结构
清棉机的作用是对初步开始松，混合后的棉纤维进行精细开松和除杂，被加工后的棉纤维在输棉风机的抽吸作用下送人下一机台。JWF1124型清棉机的结构如图4.1和图4.2所示，该机主要用于清梳联生产线。

5.2清棉机的电气特点
（1）JWF1124型清棉机的电气控制系统由PLC，触摸屏和变频器组成，控制功能强，操作灵活。
（2）工艺参数可以在操作屏幕上方便地进行修改和设定。例如，可以通过设定打手电动机的频率来确定打手的转速，还可以设定打手转速防轧值。
（3）外部有『总开』，『总停』和『紧急刹车』按钮。触摸屏操作界面上有打手测试，给棉开，给棉停，给棉点动等按钮，例如，当设备因故障镱车时，按触摸屏界面中中的给棉反转按钮，给棉罗拉低速反转，可将镱在给棉罗拉与打手之间的棉花倒出来。
（4）打手电动机受变频器的控制，可以根据不同原料的生产工艺设置打手转速，当打手因缠棉转速下降时，可自动停车保护打手电动机，避免摩擦引起火灾。
（5）给棉电动机受变频器的控制，当前级机台要棉量增大时，给棉电动机转速升高；当前级机台要棉量减少时，给棉电动机转速降低，使输棉管道的棉流保持均匀。
清棉机的电路组成
6.1 清棉机的主电路
主电路如图5-1所示，主电路有2太电动机，M1是打手电动机，受变频器A1控制。M2是给棉电动机，受变频器A2控制。断路器QF1~QF4对电路提供过载和短路保护。
打手变频器A1的模拟量输入端链接PLC的模拟量扩展单元EM235的模拟电压输出端。
给棉变频器A2的模拟量输入端在清梳联生产线中连接集中控制柜上的给棉调节器，以调节输棉管道内棉流量的大小。
AC380V经变压器T1为AC220V，供PLC和PLC输出端负载使用，AC220V经整流后输出DC 24V供PLC输入端和触摸屏使用。
6.2 PLC控制电路
PLC输入电路如图5-2所示，使用外部DC 24V电源。各输入端子的定义号与功能见表5-3

PLC输出电流如图5-4所示，使用AC 220V电源，各输出端子的定义号与功能见表5-5.

模拟量扩展单元的电路如图5-6所示。模拟量扩展单元的型号为KM235，使用外部DC 24V电源。模拟量扩展单元的定义号与功能见表5-7.

清棉机机构分析
7.1 天平调节装置（均匀控制机构）
1、作用：当棉层厚度发生变化时，天平罗拉速度反向改变，使单位时间内的喂棉量不变。（检测棉层的厚度，根据棉层厚度的变化调整给棉速度，保证在单位实践内向打手室内喂入的棉丛重量恒定，达到成卷均匀的目的。）
2、机构
（1）检测机构：由天平杆（以刀口为支点摆动）、天平罗拉（定轴转动）组成；检测棉层的厚度信号。如下图：

（2）传递放大机构：由一系列的连杆、杠杆组成；将信号传递放大。
（3）变速机构：改变天平罗拉转速；由铁炮完成。
3、调节过程：棉层↑→天平杆头端↓（尾端↑）→平衡杠杆上摆→双臂杠杆逆时针摆动→铁炮皮带向上铁炮小头移动→被动铁炮减速→天平罗拉减速。
7.2综合打手
1、综合打手的结构
2、影响开松除杂的工艺参数：
（1）综合打手转速：900-1000转/分；
（2）打手与天平罗拉的隔距：7-11 mm；
（3）打手与尘棒的隔距：入口8-10 mm， 出 口16-18 mm；
（4）尘棒间距：5-8 mm。
7.3尘笼凝棉
1、尘笼的结构与作用（利用图片）
由上下尘笼、风道、风机等组成。
2、作用：将散棉凝聚成为棉层，并清除其中的细小杂质。
3、工作过程
风机转动→气流沿风道流动→尘笼表面形成负压→散棉凝聚在尘笼表面，形成棉层；细小杂质进入尘笼，通过风道、风机进入尘室。
风机速度大于综合打手速度的10％~25％，风机速度过大，横向两边风速高，造成棉层两边厚；风速过小，也会造成横向不匀。
7.4成卷
1、对成卷的要求
（1）棉卷要有一定的长度：要求对棉卷定长控制；
（2）减少退卷时的棉层粘连：要求对棉层加压；
（3）棉卷成形良好、卷绕紧密：要求对棉卷加压。
2、成卷过程
成层→ 棉层加压→ 层卷成卷 →棉卷加压 → 定长控制
↓ ↓ ↓
由紧压罗拉完成 由棉卷加压装置完成 由定长控制装置完成
3、棉层加压
（1）加压方式：紧压罗拉自重加压与重锤杠杆加压相结合的方式。
(2) 加压机构与过程（利用图片）
4、棉卷加压
（1）机构：棉卷压钓、长降轮系、制动轮系、制动杠杆、加压重锤。
（2）加压过程：棉卷直径↑→棉卷压钓有上升趋势→制动轮有逆时针转动的趋势→制动轮受阻→棉卷压钓上升受阻→实现对棉卷加压。

影响开松除杂的主要因素
（一）综合打手转速 转速高，开松除杂效果好，但加工长纤维或成熟度差的原棉时，过高的打手转速易产生束丝。一般转速为800~1000r/min。
（二）天平罗拉转速 当喂入棉层厚度一定时，天平罗拉转速快，产量增加，但开松梳理作用降低；反之，有利开松除杂。
（三）综合打手与天平罗拉间隔距 该隔距小，开松效果好，但过小隔距易损伤纤维，并造成天平曲杆振动。一般7~10 mm，根据纤维长度确定。
（四）综合打手与尘棒间隔距 该隔距小，开松除杂效果好，但过小隔距易造成通道阻塞，产生疵点。此隔距由进口到出口应逐渐放大，一般进口8~10mm，出口16~18 mm。
（五）尘棒间隔距 该隔距大小视纤维含杂情况而定，一般5~8 mm。
清棉机的传动与工艺计算
9.1 清棉机传动

9.2清棉机的工艺计算
1、速度计算
（1）棉卷罗拉转速
设N0为2.2千瓦电机转速，N1为棉卷罗拉转速，I为2.2千瓦电机至棉卷罗拉的传动比，则有：
N0/N1=I
因为
所以：
（2）天平罗拉速度（略）
2、牵伸计算（棉卷罗拉到天平罗拉的牵伸倍数）
设V1为棉卷罗拉速度，V2为天平罗拉速度，则：
E=V1/V2称为棉卷罗拉到天平罗拉的牵伸倍数；根据牵伸倍数的定义则有：
控制系统编程的可靠性
本系统中采用了以下几种方式提高了系统可靠性。
10.1优先程序的设计
为了确保PLC动作的可靠，在软件设计时使用了动作优先程序，其基本形式有以下两种:
①关断优先式
图4.7(a)关断优先式启动、保持、停止控制程序梯形图，当关断信号X2=1时，无论启动信号状态如何继电器M400“被关断(状态为0)，当关断信号X2=0时，使启动信号X1=1，则可启动M400(使其状态变为1)，并通过常开触点M400自锁，在X1变为“0”后仍保持M400为启动状态(状态保持为1)

因为当X1与X2同时为1时，关断信号X2有效，所以称为关断优先式，此在生活供水程序中使用。
②启动优先式
图4.7(b)为启动优先式启动、保持、停止控制程序梯形图。当启动信号X1=1时，无论关断信号X2状态如何，M400被启动，并且当X2=0时，通过M400常开触点实现自锁。当启动信号Xl=O时，使X2=1，可实现关断M400，因为当X1与X2同时为“1”时，启动信号X1有效，所以称为启动优先式，此在消防状态供水使用。
10.2故障检测程序的设计
在软件设计中增加故障检测程序是抑制PLC 外部元件引发控制系统故障的有效办法，这方面我们采用两种故障检测法:
时间故障检测法：
由于控制系统工作循环中各工步的运动都有一定的严格规定的时间，因此，我们以这些时间为参考，在要检测的工步动作开始的同时，启动一个定时器，定时器的时间设定值比正常情况下该动作要持续的时间长25%左右，当某一工步动作时间超过规定时间，达到对应的定时器预置时间，还未转入下一个工步动作时，这时系统发出故障信号，停止正常工作循环程序，启动报警及显示程序，这就是所谓“超节拍保护”。
②逻辑错误检测法：
PLC控制系统在正常的情况下，各输入、输出信号、中间记忆装置之间存在着确定的逻辑关系，一旦出现异常逻辑关系，必定是控制系统出了故障。因此，我们事先编制好一些常见故障的异常逻辑程序，加进用户程序中，当这种逻辑关系实一状态为“1"，就必然出现了相应的设备故障。即可将异常逻辑关系的状态输出作为故障信号，用来实现报警、停机等控制
。
10.3联锁控制程序的设计
在生产机械的各种运动之间，往往存在着某种相互制约关系，我们采用联锁控制的方法来提高系统的可靠性。联锁控制的关键是正确选择和使用联锁信号。
①不能同时发生的运动联锁控制
图4.8为不能同时发生的运动联锁控制梯形图，为了实现运动A与运动B不会同时发生，选择联锁信号为M400和M410的常闭触点，分别串入M410和M400的控制回路中，当M400和M410中有任一个要启动时，另一个必须首先已被关断，反之，两者中任何一个启动之后都首先将另一个的控制回路断开，从而保证任何时间两者不可能同时启动。提高且保证了控制系统的可靠性。
②顺序步进联锁控制
在顺序依次发生的运动之间，采用顺序步进联锁控制的方式，选择前一个运动的常开触点，串联在下一个运动的启动线路中，同时选择后一个运动的常闭触点串入前个运动的关断控制回路中，这样，只有上一个运动发生了，下一个运动才可以进行，且一旦后一个运动发生了，立即迫使前一个运动停止。

通讯系统
为了使变频器、PLC与计算机之间能够通讯，上位机选用研华586工控机，ACS601变频器自带RS-485C接口，S7-200LC的端口1可作为自由通讯端口，且也为RS485端口，由此构成了由多台设备的计算机控制。利用每台变频器和PLC上内置的RS485口，通过双绞线或屏蔽双绞线，依次将工控机与各变频器通讯的对应端子连接起来，就构成了如上图5.1的硬件系统结构图。
系统调试
12.1变频器关键参数的设定故障处理
针对本系统中的主要部件变频器，本节主要阐述了系统调试中的参数设定和故障处理方法。
变频器有数百个参数可以填写或改写。如果参数缺省(即出厂时的设定值)，只要接线正确即可投入正常运行。但是，选择适当的参数可以提高运行的品质和达到某些必要或特殊的要求。
在变频器调试过程中参数类故障就是其中的一种。
①参数设置类故障 ②过压类故障
对变频器来说，都有一个正常的工作电压范围，当电压超过这个范围时很可能损坏变频器，常见的过电压有两类。
1)输入交流电源过压 2)发电类过电压
③其它故障
1)过载 2) 过 流 3) 欠 压
12.2 PLC的调试
PLC系统的程序调序可分为以下三个步骤。
①实验室调试
在验室中即可进行，主要完成以下工作:
1) 编程器不与PLC相连，仅在离线状态下，通过使用编程软件中的“文件检查”功能检查程序是否与其组态相匹配、是否有重复输出线圈、各种参数值是否超出设定范围及基本语法错误。调试中发现的任何错误均显示相应的错误代码，调试人员可查找用户手册确定错误内容并及时修改。
2) 编程器只与PLC主机在线联络，此时可以检查通信口参数的设置、PLC和I/O状态设置，还可将各控制功能程序块提出，排除其它程序的干扰，对输入信号和中间接点信号进行状态强制，观察相应的输出接点变化是否满足程序设计的逻辑要求，对程序逻辑进行初步检查。
②制造地调试
首先，待系统上电后，通过观察CPU模块和各接口模块的指示灯，检查CPU和总线接口的状态是否正常，系统能否正常运行。同时检查实际PLC系统与程序“通信管理表I/O map”中远程站及站模块的设置是否一致，以及系统的通信配置是否满足要求。

关于PLC和变频器规范布线
13.1 原因
　丝光工序是将煮练过的平幅织物在一定张力下，用浓碱溶液处理，使织物纤维发生不可逆的溶胀，纤维截面趋向圆形，表面光滑，再经冲洗去碱、蒸洗去净等加工，使织物产生丝一样的光泽，从而使织物获得稳定的尺寸、耐久的光泽、增加抗拉强度并提高对染料的吸附力。

　　丝光工艺使用的丝光机有布铗丝光机、直辊丝光机、弯辊丝光机等，其中应用比较普遍的是布铗丝光机，是由左、右两组布铗链条组成，织物在布铗夹持下进行冲洗去碱扩幅，幅宽容易控制，使织物获得较好的缩水率。

　　高速布铗丝光联合机和其它染整机械一样由进布装置、扎车、绷布辊、布铗式拉幅机(丝光机)、水洗机、烘燥机、出布装置等众多通用装置和单元机组成。其控制系统采用多单元交流变频调速，调幅、吸碱、喷淋、碱液回收用交流电机传动，探边、水洗机、上排导布辊用力矩电机传动，控制核心是对丝光机左、右两组布铗链独立传动，在速度跟随的同时实现位置同步，要求运转布速可达100m/min以上。整个系统采用10.4” Magelis XBT-G 彩色TFT触摸屏(XBT G5330)进行参数设定、显示等操作和系统监控。

13.2 控制系统方案
　　高速布铗丝光机控制系统采用施耐德电气公司的Micro PLC为控制核心，丝光机部分的传动控制采用两台通过光纤通讯连接的UE/ME系列高性能变频器实现左、右两组布铗链的速度跟随和位置同步；其它部分传动采用ATV58和ATV31变频器，通过PLC的模拟量输出控制实现恒速度恒张力控制。PLC还同时对众多碱泵按设定时序控制，并实现丝光过程中的脱铗停车、探边、烧碱浓度与布铗拉幅之间的故障连锁，以及停车时碱泵的自动停喷、停吸等。整个系统采用10.4” Magelis XBT-G 彩色TFT触摸屏(XBT G5330)进行参数设定、显示等操作和系统监控。　　
13.3 控制系统说明
　　高速布铗丝光联合机控制系统的核心是 UE/ME系列高性能变频器的应用。
　　UE/ME系列变频器是施耐德电气公司推出的空间矢量控制型高性能变频器，功率范围为15～500kW，通过模块并联方式最大功率可达1200kW，具有充足的可灵活配置的输入、输出接口(包括光纤输入输出接口，Max.50米)，内置PID过程控制器，控制方式可以是磁通矢量或V/F控制。开环模式下可精确控制电机速度低至1Hz；闭环矢量控制模式下，通过采用闭环控制转矩模式可实现张力控制、开卷/卷取控制、位置控制、转矩控制等；采用闭环控制速度模式可实现起重及提升、高精度速度控制、位置控制、零速满转矩等。此外，UE/ME系列变频器内置Modbus 通讯协议的标准RS485/232 通讯口，并支持DeviceNet, Interbus, Profibus-DP等网络。
　　UE/ME 系列变频器的另一个突出特点是Vysta for Windows 软件允许用户自定义特殊应用。Vysta软件是基于Windows的图形化编程平台，主要由两部分组成：显示屏编辑器(可自定义显示屏结构及内容，包括菜单格式及显示数据的类型)和原理图编辑器(用于编辑控制功能，控制功能块利用拖放技术相互连接)。采用Vysta软件并结合变频器的输入/输出接口，可以实现传统PLC控制功能移至UE/ME变频器中，从而提高传动系统响应速度和性能，满足用户自有知识产权的需要。

　　丝光机控制系统正是采用了UE/ME系列变频器通过Vysta软件编程的用户自定义特殊应用功能，通过原理图编辑，并结合变频器间光纤输入、输出接口，将丝光机左、右两组布铗链的速度跟随和位置同步的复杂运算和控制功能内置在变频器中，方便地满足了系统的要求。

　　此外，在高速布铗丝光联合机的水洗机部分，利用UE/ME系列变频器的力矩控制功能实现导布辊张力的连续可调控制，可以从根本上改变传统的张力开环并通过力矩电机有级调节的应用方式，张力控制十分稳定，实现了生产的连续运行，同时产品质量也得到了大幅度提高。具体实现实现方案是：采用普通变频电机加光码反馈替代原有的力矩电机，将导布辊的张力反馈送到变频器的模拟输入口，与张力给定作比较，通过一套数学模型运算，给出需要的输出力矩参考，直接控制变频器的输出力矩；与丝光机控制一样，水洗机控制的所有运算都直接通过Vysta软件的原理图编辑功能完成。
13.4 变频器与 PLC 连接需注意的问题
可编程序控制器（PLC），由于它可通过软件改变设备的控制逻辑，不需要大量增加或减少外部的硬件设备，简单方便，再加上高可靠性，体积小，抗干扰能力强，能在比较恶劣的环境下工作等诸多优点。因此，PLC 被广泛应用在工业控制领域以及其他的相关控制领域，并且得到越来越多的关注和使用。
变频器可以把一固定频率的电能转化为另一频率的电能，具有较好的节电效果和很好的调速
性能，把它应用于交流电机的调速和控制系统，是最方便的。
由于 PLC 和变频器有很好的应用效果，所以在很多情况下，PLC 和变频器都会相互配合使用。由PLC 提供控制信号或通断指令来控制变频器的运转以及高低频率的输出，达到控制生产节奏和产品质量的目的。但两者在配合使用时又应注意几个方面的问题，现介绍如下：
变频器的输入信号中包括对运行、停止、正转、反转、微动等运行状态进行操作的开关型指
令信号，变频器常常通过外部中间继电器接点和通断或具有继电器接点通断性质的元件（比如晶体管的开关特性）──引入输入信号，以得到PLC 所发出运转指令。在使用继电器进行相关的控制时，常因接点接触不良造成误动作，而在用晶体管引入指令信号时，也应考虑晶体管本身所需的电压、电流容量等因素，以保证整个系统的可靠性。在设计变频器的输入信号电路时，还应注意当输入信号电路连接不当时，有时也会造成变频器的误动作。比如，当输入信号电路采用继电器等感性负载时，继电器通断产生的浪涌电流带来的噪声干扰，有可能引起变频器的误动作，所以应在线路中接有相应的干扰抑制电路。即应在继电器线圈两端增加续流二极管或在继电器接点两端增加消弧元件。
变频器中也存在着一些数值型（比如频率、电压等）指令信号的输入，可分为数字信号和模
拟信号两种。数字信号输入，多采用变频器面板上的按键来操作或通过串行接口来设定。模拟信号输入则通过接线端子由外部给定，通常是0～5V、O～10V 的电压信号或0～10mA、4～20mA的电流信号。由于接口电路因输入信号而异，因此必须根据变频器的输入阻抗来选择PLC 的输出模块。当变频器的 PLC 电压信号范围不同时，如变频器的输入信号为0～10V，而PLC 的输出电压信号为0～5V，或PLC 的输出信号电压为0～10V 时，而变频器的输入电压范围为0～5V 时，由于变频器和晶体管的允许电压电流等因素的限制，须用串联的方式接入限流电阻或采用分压方式，以保证进行开关时不超过PLC 和变频器的相应范围。此外，在连接时，应尽量将主线路和控制线路分开，以保证主线路一侧的干扰不传达到控制电路中。
在使用中，通常变频器也通过接线端子向外部输出相应的监测模拟信号，其信号常是 0V～
5V、0V～10V 的电压信号或0～10mA、4～20mA 的电流信号。无论是哪一种信号，都应注意PLC一侧的输入阻抗大小以保证电路中的电压和电流不超过电路的允许值，以保证系统的可靠性和减少误差。另外，由于监测系统互不相同，在使用时应考虑相互间的兼容问题。
另外，在利用 PLC 进行顺序控制时，由于PLC 进行数据处理需要时间，客观上存在着一定的延迟现象，所以在比较精确的控制中应考虑这一问题。
因为变频器在运行中会产生比较大的电磁干扰，为保证PLC 不因为变频器主电路断路器以及开关器件等产生的干扰而出现故障，所以将二者进行连接时还注意以下问题：
1.对PLC 及变频器本身应按规定的接线标准和接地条件进行良好的接地，且在接地时应将二者很好地分开。
2.当电源条件不很好时，应在PLC 的电源模块以及输入输出模块的电源线路中接入噪音滤波器，若有必要，在变频器的一侧也应如此（主要是电抗器）。
3.当二者需要安装于同一配电柜中时，应尽量将负载线路和控制线路分开。
总结
采用了可编程程序控制器PLC开清棉联合机的有效的将清花、梳棉和滤尘部分有机地结合起来，成为一个系统，其特点是：集中控制线路简单，开清棉联合机采用可编程程序控制器PLC后，可在控制柜上随时修改程序，以满足工艺改变需要。PLC编程控制取代传统电气的各单机分散控制为集中控制，一个PLC柜代替了多个电控箱。尤其是在清花技术改造中可编程控制器代替传统的继电器及—接触器控制系统，用软件代替控制电路，大大减
少开关量，使棉卷不匀率稳定在l.0以下，下机正卷率达98％以上，回花率降低2％～3％，棉卷纵向喂入生条不匀率6．79cv％，横向喂入生条不匀率7．62cv％，而且杜绝噎车、减少罗卜丝等。而这种修改只需改变plc的内部程序，无需改动外部硬件线路，同时它通过软件来实现各环节的联锁，大大简化了硬件线路，除了接触器线圈、开关、按钮、电磁阀线圈、指示灯等外，同时还可以在编制顺序起动软件程序的这段时间内，操作人员不能随机干预，因而也就不会发生由于操作人员误操作二出现堵车现象或因同时起动容量较大的电动机而造成对电网的冲击的结果。因此故障率极低、维修方便，又由于PLC是用软件替代大量中间继电器、时间继电器、计数器等，因此控制柜体积大大缩小，从而减小占地面积，省工省料，大大降低生产成本，产品质量显著提高。

PLC程序图

【1】 宋毓琳 吴志刚 周美珍国产清梳联合机的调试与工艺效果2000，1
【2】 王远恒 郭中益 等国产清梳联技术经济初步分析1999，10
【3】 高宜畏清梳联合机工艺技术与设备创新探讨2000，1
【4】 李琼 邱林PLC在国产开清棉联合机上的应用
【5】 林洪志 建议推广国产清梳联生产线
【6】 章有鹤 关于清梳联技术的分析与讨论
【7】 吴俊年 新纺织 新型棉纺设备使用报告与分析 2002，7
【8】 苏馨逸 国产清梳联有关技术问题的探讨2000
【9】 费青 清梳联生条重量不匀率及自调匀整器作用的分析1999，27
【10】 夏鹤龄 清梳联技术纵横谈1998，26