1 引言
非織造布(Nonwovens)又稱為無紡布或不織布。非織制布是在不用紗線或少用紗線(纖維超過50%)的情況下直接利用高聚物切片、短纖維或長絲通過各種纖網(wǎng)成形方法和固結(jié)工藝，如化學粘合、針刺、水刺、熱軋、縫編、印花、熱風透吹粘合等制成的具有柔軟、透氣和平面結(jié)構(gòu)的新型纖維制品。PGI南海南新無紡布有限公司是全球著名無紡布生產(chǎn)商-美國PGI(Polymer Group, Inc.)集團公司。主要生產(chǎn)的無紡布以天然纖維棉花為主要材料，通過大小開棉機，混棉機得到分散，比例均勻的纖維，利用抽風電機把纖維送入喂入輥，主輥，道夫輥，鋪網(wǎng)輥變成絲狀后，再通過成卷機，打包機加工成可利用的無紡布。
根據(jù)工藝流程要求以及考慮到此生產(chǎn)線已使用年限過長，加之操作人性化方面不夠。通過與公司里的技術人員反復磋商。決定對其進行升級改造。
2 系統(tǒng)組成
原來的生產(chǎn)線主要有4條(分別命名為CARD1~4)。四條生產(chǎn)線由4套系統(tǒng)(分別叫NP10，NP20，NP30，NP40)進行數(shù)字量的控制，另外還有兩套系統(tǒng),其中一套進行模擬量的控制(叫做NP50)，另外一套(NP60)進行報警，指示使用。每套系統(tǒng)可獨立運行。全部使用西門子PLC進行控制。其中NP10，NP20，NP30，NP40，NP60使用的是西門子早期的PLC S5-110A，而NP50使用的是S5-115進行電機的調(diào)速和通訊。
針對企業(yè)提出的“管控一體化”人性化的要求，確定系統(tǒng)方案。設計中采用了“集中監(jiān)視，分散控制”的監(jiān)控系統(tǒng)。因為系統(tǒng)的輸入輸出點數(shù)較多(差不多800點)，并且要求每條生產(chǎn)線旁邊都有現(xiàn)場操作員面板，因此不宜選擇計算機來作監(jiān)控。最后選擇了西門子公司的操作員面板OP270作監(jiān)控。因為現(xiàn)場的變頻器，直流調(diào)速器都還使用正常，并且也考慮到S5-115還有利用的可行性，決定保留NP50這套系統(tǒng)而改掉NP10～40，NP60這五套系統(tǒng)?？紤]到西門子S7系列PLC的強大功能完全可以用一套315-2DP＋分布式I/OET200M(簡稱NP-new)代替原來繁多的5套系統(tǒng)。
2.1 操作員面板監(jiān)控站
由4臺OP270和1臺OP37組成。其中OP270與S7-315通過Dp網(wǎng)相連，傳送速率設為187.5kbps.OP37與S5-115也以Dp網(wǎng)通訊。這些面板主要完成電機的啟動，停止，電機的運行狀況的顯示，報警提示以及電機的轉(zhuǎn)速等模擬信號等。由于操作員面板的引入使得操作更加人性化，同時也取代了原來的NP60系統(tǒng)。使得整個系統(tǒng)整潔，明了，減少了繁多的元器件損壞帶來的無休無止的維護。
2.2 NP-new系統(tǒng)
由一臺S7-300中的315－2DP＋4個ET200M＋15個DI×32+10個DO×32組成。主要作用是進行數(shù)字量的邏輯運算，同時通過Profibus和OP270以及NP50通訊。由于在這套系統(tǒng)中保留了原來模擬量調(diào)速系統(tǒng)(考慮改造成本太大也沒必要)，因此整個系統(tǒng)要面臨的是繁多的電機啟停和各種各樣的監(jiān)測信號輸入和保護電路。因此后來專門開發(fā)出電機起停專用塊，使得整個編程變得非常簡單，享受。
2.3 NP-50系統(tǒng)
主要完成模擬量的調(diào)速使用。其中直流電機使用開環(huán)控制，交流電機如主輥電機和道夫輥電機使用交流閉環(huán)控制，利用測速發(fā)電機對主輥進行測速。得到的交流電經(jīng)過轉(zhuǎn)換變成-10~10V直流電進入變頻器控制電機轉(zhuǎn)速。在實際運行中，主輥電機功率比較大(30kW)，轉(zhuǎn)速也比較快,而在對進來的棉花進行拉絲時，如果有金屬進入棉花的話很可能把刺頭搞壞，因此通常都裝有金屬探測裝置，主要探測是否有金屬進來。如果萬一有金屬進入的話，或者火警或急停來的時候需要主輥馬上停機。因此設置了一套連動監(jiān)測裝置讓主輥可以反接制動停機。
2.4 監(jiān)測儀表
各種各樣的測量裝置在系統(tǒng)中使用。包括:
(１) 安全回路的檢測。主要是各扇門的監(jiān)控;
(２) 測速電機與電壓轉(zhuǎn)換儀表;
(３) 帶延時的電眼。主要監(jiān)視棉花有沒來到以及是否出現(xiàn)棉花堵賽;
(４) 光柵。防止棉花外露;
(５) 各種液壓裝置等，主要是進行卷繞和切割用;
(６) 各類行程開關。如跑偏行程開關等。
圖1 為系統(tǒng)的架構(gòu)圖。
4個OP270和PLC及ET200M之間通過Profibus通訊。4個IM153分別安裝于不同機柜中，就近控制現(xiàn)場設備。
圖1 系統(tǒng)架構(gòu)圖
3 工藝控制描述
從外面買回來的纖維材料一般是一包一包的需要經(jīng)過大小開棉機使各種捆綁纖維開松，并用風機輸入下道工序之用。實際我們這套系統(tǒng)中中有2臺開棉機，可放置2種不通的纖維材料。從開棉機出來的棉花根據(jù)工藝的不通可以進混棉機也可以不進混棉機，混棉機的作用只是把2種不通的棉花按一定的比例混合。當然在某些情況下并不需要混棉這時從開包機出來的棉花會直接進入下道工序。
大小開棉機出來的棉花或混棉機里出來的棉花一般通過一系列抽風電機把棉花送入梳理機。梳理機是整個系統(tǒng)的核心，主要作用是纖維的梳理，通常由喂入輥，主輥，道夫輥，鋪網(wǎng)輥組成。通常喂入輥和鋪網(wǎng)輥速度比較慢，用直流電機＋直流調(diào)速器進行控制。喂入輥的作用是把棉花慢慢的送入，送來的棉花經(jīng)過主輥和道夫輥的高速旋轉(zhuǎn)會被拉成一根一根的絲狀。最后通過鋪網(wǎng)輥把絲狀棉花送到下個工序。
絲狀的棉花一般要經(jīng)過成卷機的氣壓式切邊刀或電動飛刀切邊電熱絲橫切裝置或電動飛刀橫切裝置等做成需要的形狀。最后通過打包機打包。形成產(chǎn)品。
當然在實際中并不只有這些裝置，不過它們是整個系統(tǒng)的主要需要控制的部分，其它的還有
(1) 邊角料開松機，用于無紡布邊料開松料回收利用。
(2) 震動給棉機，將松開纖維進一步開松混合，并處理成均勻的筵棉提供下道工序。
(3) 氣流給棉機，將松開纖維進一步開松混合，并處理成均勻的筵棉提供下道工序。整個工藝流程簡圖２所示。
圖2 工藝流程圖
4 電機啟動程序的研究
4.1 電機正傳控制功能塊設計
由于系統(tǒng)比較復雜，電機數(shù)目比較繁多。因此尋找一條好的清晰控制思路就顯得異常重要。編程中大量碰到是電機起停控制。所以迫切需要編制一個功能塊:它能最完善的表達出電機的所有信息，并且可靠。圖3將以電機的正轉(zhuǎn)為例來介紹這樣的一個塊。
圖3 電機正轉(zhuǎn)功能塊圖
在圖3這個塊中:①表示電機的啟動位，②表示電機停止位。③是電機的熱繼電器，正常情況下熱繼為1。如果熱電器信號沒來，啟動不了電機，并且提示故障。④為電機的接觸器返回的信號。正常情況電機啟動后應該給回一個接觸器吸合信號。如果電機沒有給回的話，監(jiān)控異常信號會輸出。通常我們把監(jiān)控異常信號取出延時一會，如果延時過后還沒出現(xiàn)電機反饋信號，這時輸出電機的連接監(jiān)控有效，切斷電機，故障輸出。⑤表示電機的連接監(jiān)控。通常在電機啟動等待1～2秒等待接觸器反饋信號來到，如果在這段時間之內(nèi)反饋信號沒有到達，通過內(nèi)部的邏輯電路停止電機。⑥是復位按鈕。從邏輯圖可以看出，電機正常情況下按復位按鈕是無效的，只有⑨端出現(xiàn)故障時按復位按鈕才有效。⑦用來啟動電機。它的吸合直接對應了電機的起停。⑧表示電機的監(jiān)控異常。通常它的作用是用來延時1~2秒看電機的反饋信號是否回來，如果沒有回來它就控制⑤端電機連接監(jiān)控接通。切斷電機，故障輸出。⑨是故障輸出端。
在使用這個塊一般情況下①②它們不表示一個按鈕。通常用一個M寄存器表示，M的信號通常又是由一系列信號“與”“或”后得到的。如上圖所示。例如“電機的啟動信號”＝“啟動按鈕”本塊的故障輸出端⑨的非信號。輸出某臺電機啟動后給回的信號。再例如電機的停止信號“＝”火警“或”急停“或”停止按鈕“或”聯(lián)動電機的反饋信號的非信號“或”。
5 電機正反傳控制功能塊設計
圖4是電機的正反轉(zhuǎn)起停功能塊圖。
圖4 電機正反轉(zhuǎn)起停功能塊
6 組態(tài)與通訊設計
6.1 編程和組態(tài)軟件
在本改造中通過西門子S5(S5-115+IM308)PLC與西門子S7(S7-315+IM153)進行通訊。同時S7對原先的5套系統(tǒng)進行完全的代替。從后來使用上來看，完全可行。在S5中，通過IM 308和FB192可以傳送多達122個連貫字(244字節(jié))。這已經(jīng)完全滿足要求了。而在S7中S7-300中，通過SFC14和SFC15進行字節(jié)的接受與傳送，傳送的數(shù)據(jù)量多達16個字(32字節(jié))。
組態(tài)軟件在S7-300中使用STEP7 V5.3，利用HW CONFIG進行組態(tài)。在S5中使用COM_ET進行組態(tài)也是相當方便的。因為COM_ET軟件自版本V2.1起就已經(jīng)是Windows版本了。值得注意的是不能使用S7-300 的FM和CP，因為它們也通過背板總線使用S7系統(tǒng)實用程序，而這是S5主站不支持的。
6.2 系統(tǒng)的網(wǎng)絡設置
(１) 在設置網(wǎng)絡時要特別注意的是把CPU屬性中的COMMUNICATION中的屬性設置對，通常它都有3個項，一項是PG Communication，默認值是1。第二項是OP Communication,默認值也是1，第三項是S7 Standard，默認值是12。由于最大的連接數(shù)是16，而OP270掛在S7 DP網(wǎng)絡上的有4個，所以我們要把S7 Standard的默認值設為11或再小點10也行。
(２) 其它的一些設置都是一些常規(guī)設置，這里就不再說了。至于OP270支持串口下載，USB口下載和DP口下載，直接把用PROTOOL編好的程序以及OP的站地址設好下到屏中就可以了。還有就是OP的背景燈亮通常要置2BIT位才是亮。
(３) 本設計中注意的問題
●最好使用專用的電纜和電纜接頭。也許你不使用專用的電纜和電纜接頭可能當時通訊也沒問題。但一旦你進行維護的時候你會發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)老是出現(xiàn)莫名其妙的問題，到時不光你要來回的往返于工廠之間，可能到最后你也查不出問題的所以然來，所以為了你以后維護方便。最好還是使用專用電纜和電纜接頭。
●Profibus網(wǎng)絡終端電阻必須有，在使用時把頭尾電纜插頭的終端電阻開關拔到ON上，中間的拔到OFF上即可。注意是首尾拔ON。
●當使用S7掛ET200M時。通常加一些OB塊，例如OB82-87，OB120等，這樣做的目的是防止其中的某一個ET200M站斷電或故障，S7 CPU就停止運行的情況出現(xiàn)。
7 結(jié)束語
非織造布(又稱無紡布或不織布)是紡織業(yè)中年輕而大有發(fā)展前途的一個新興領域。它具有工藝流程短、產(chǎn)量高、原料來源廣泛、產(chǎn)品性能可按需要設計和用途廣泛等優(yōu)點。對于其控制目前幾乎全部使用PLC進行控制，但一般由于各臺機械之間的相互整合性不是太強，如何把他們完全的整合聯(lián)系到一起進行統(tǒng)一的調(diào)控這是需要我們這些技術人員需要共同努力的地方。