三菱Q PLC在纖維后處理生產(chǎn)線上的應(yīng)用

1. 公司介紹

本項目的設(shè)備制造商為高安公司，該公司為規(guī)模較大的化纖機械生產(chǎn)廠，F(xiàn)A產(chǎn)品有著廣泛的應(yīng)用，在行業(yè)中也有一定的知名度。該設(shè)備用于5000噸纖維后處理生產(chǎn)線項目，其業(yè)主方為某日資化纖廠。

2. 設(shè)備說明

該設(shè)備用于化纖多次拉伸、卷曲前處理生產(chǎn)，主要由導(dǎo)絲架、八棍導(dǎo)絲機、熱水槽、第一牽伸機、水浴槽、第二牽伸機、蒸汽箱、第三牽伸機、疊絲機、張力架、卷曲機、卷曲側(cè)板電機、油泵電機、振動電機、循環(huán)水泵、振動檢測等設(shè)備構(gòu)成。I/O控制規(guī)模為103點，其中開關(guān)量輸入點為61點，開關(guān)量輸出點為39點，模擬量輸入點為3點。主要控制要求為：化纖絲的速度、牽伸比、蒸汽及水溫、相關(guān)的連鎖邏輯控制等。本系統(tǒng)控制的關(guān)鍵是要保證導(dǎo)絲、一牽、二牽、三牽、卷曲五臺電機的速度同步。

3．系統(tǒng)配置

如圖，系統(tǒng)采用三菱公司的Q系列PLC作為主控制器，傳動控制為艾默生公司的EV2000系列變頻器，人機界面為F940GOT。


系統(tǒng)主要配置如下：

● 主控制器：Q00CPU：速度和牽伸比給定，通過I/O模塊，檢測現(xiàn)場各機臺急停，限位等開關(guān)量及模擬量信號，完成連鎖控制及報警功能。
● 輸入模塊：QX40：完成現(xiàn)場的開關(guān)量控制采集，
● 輸出模塊：QY10：完成開關(guān)量輸出。
● 模塊量輸入：Q64AD：以完成現(xiàn)場的模擬量檢測。
● 串行通訊模塊：QJ71C24N-R4：構(gòu)成變頻器通迅鏈路。
● 傳動驅(qū)動單元：艾默生公司的EV2000系列變頻器。

鑒于篇幅的原因，本文主要描述系統(tǒng)控制的關(guān)鍵設(shè)計和實現(xiàn)，即保證導(dǎo)絲、一牽、二牽、三牽、卷曲五臺電機的速度同步。客戶基于成本的因素，傳動驅(qū)動單元選用艾默生公司的EV2000系列變頻器，并要求主控制器和其構(gòu)成一個以RS485為通訊介質(zhì)的低速廉價通訊鏈路。盡管導(dǎo)絲、一牽、二牽、三牽、卷曲5臺變頻器采用共用直流母線運行方式，并安裝增量式編碼器構(gòu)成轉(zhuǎn)速閉環(huán)以提高速度精度，卷曲機變頻器還外加張力傳感器以穩(wěn)定控制拉伸張力，提高纖維質(zhì)量，但是在設(shè)備起停過程特別是在運行過程中調(diào)整運行速度和牽伸比等工藝參數(shù)時低速通訊鏈路的實時性的問題就表現(xiàn)出來了。

在設(shè)計上，雖然一個通訊模塊可以組成485網(wǎng)絡(luò)，但因為通信量很大，我們必須實時發(fā)送電機的速度指令及起停信息，同時還要不斷讀取變頻器的工作電壓、電流、頻率等參數(shù)，所以如果采用一塊模塊的話，通信周期將增大，也就達不到實時的作用。所以我們選用兩塊485通訊模塊，即四個通訊口同時對一牽、二牽、三牽、卷曲四臺變頻進行通訊，而導(dǎo)絲和一牽共用一個通訊口，在下一周期通訊。考慮到通訊協(xié)議幀長度最長為18個字節(jié)，在19200Bit/s傳輸速率下，各速度指令響應(yīng)的最大時差為20ms左右，當(dāng)最大車速為200M/Min時，盡管導(dǎo)絲略有滯后，但在工藝上是可以接受的。該方案可以有效地解決速度指令的同步能力，實現(xiàn)開車起步和停車過程中按指令同步升降速以及運行中速度調(diào)整時五臺電機速度的同步和纖維拉伸張力的均勻。

4．調(diào)試情況和體會

在實際調(diào)試過程中，系統(tǒng)基本符合我們預(yù)想。但在通訊調(diào)試中，我們發(fā)現(xiàn)Q系列PLC在搭載多通訊模塊系統(tǒng)時，通訊的穩(wěn)定性和PLC的掃描周期的長短有關(guān)。隨著功能的不斷增強，程序的不斷完善，掃描周期也隨之加大，當(dāng)最大掃描周期大于25ms時，通訊開始有不穩(wěn)定現(xiàn)象出現(xiàn)。

現(xiàn)象：我們用QJ71C24的專用通訊指令來接受通訊數(shù)據(jù)，當(dāng)掃描周期大于25ms時，在同時通訊的4個口中，排在程序的最后一個口偶爾會有通訊錯誤，當(dāng)接受標(biāo)志位已跳變?yōu)镺N，表示數(shù)據(jù)已接受完畢，但接受數(shù)據(jù)區(qū)中卻無數(shù)據(jù)。我們對同時通訊的四個口的程序次序顛倒過來發(fā)現(xiàn)情況依舊，錯誤只發(fā)生在次序排在最后的一個口。

分析原因：我們認(rèn)為是通訊時序出現(xiàn)了問題，系統(tǒng)接受標(biāo)志位的跳變和系統(tǒng)數(shù)據(jù)的傳遞不同步，即系統(tǒng)內(nèi)部通訊標(biāo)志建立時，通訊緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)尚未來得及傳送完畢。故我們判斷掃描周期延長會影響系統(tǒng)通訊的時序。 解決辦法：精簡程序來縮短掃描周期或更換高速PLC 。但由于本系統(tǒng)程序量較大，最后為了保證系統(tǒng)的可靠性我們將CPU從Q00更換為Q02，提高了系統(tǒng)處理速度，把掃描周期降低至10ms以下，問題得以解決。

5．用戶的反饋

本系統(tǒng)已正常投產(chǎn)三個多月，目前系統(tǒng)運行非常穩(wěn)定、可靠，技術(shù)指標(biāo)完全達到了設(shè)計效果。