自动化技术在进口退煮漂联合机中的应用
进布--预洗--浸渍--漂白--后洗--烘干--出布其中进布、出布单元由连续进布装置和连续出布装置构成;预洗,即浸渍前的洗涤,由前3 台水洗箱组成;浸渍后的漂洗,即后洗,由后4 台水洗箱组成;浸渍工序在浸渍槽中完成对化学药品的浸渍;漂白工序在有钢型履带的蒸箱中完成;烘干工序由3套筒形干燥机完成。
1 系统概述
Brubomatic E Ⅱ型退煮漂联合机在控制结构上是一个典型的现场总线控制系统。它采用*的交流变频调速和微机控制、网络通信技术,达到了机台之间的同步协调和广调的速比范围,实现了各种工艺参数的在线检测和自动控制,提供了简洁明了的人机界面。特别是采用了现场总线CANBUS 的通信技术,大大提高了整台机器的运行可靠性和工作稳定性。整台设备集自动化、计算机、网络、通信技术于一体,效率高,适用广,属同类设备中的*产品。其控制系统结构框图如图1 所示。
2 现场总线技术
现场总线是当前自动化技术发展的热点。将其应用到印染机械中,无疑对设备的运动协调、可靠、产品质量起到关键作用。CAN （Controller AreaNetwork） ,即控制器局域网,是现场总线中的一种。
由于其高性能、高可靠性,国外许多大公司的工控产品都采用了这一技术,应用于各行各业。
由图1 可见,Brubomatic E Ⅱ型退煮漂联合机控制系统现场级由可编程计算机控制器（ PCC） 和29台变频器组成CAN 局域网（根据传动需要,其中2台为Lenze 变频器,其它为Siemens 变频器） 。中间控制级PCC 通过CAN 总线,向变频器发送频率给定、起停控制、正反转控制等控制信息,同时接收变频器返回的状态信息,如实际转速、故障状态等。在此采用现场总线的好处主要如下:
a） 节约成本。不用现场总线时,每台变频器需用电缆十几根,而采用现场总线,只需4 根,费用节省60 %以上,此外还可以大大节省I/ O 装置等硬件数量及投资,并减少控制室的占地面积。
b） 提高可靠性。印染设备由于结构复杂、体积庞大,因而通信量大,所以通信质量问题是产品质量的保证。现场总线设备由于其智能化、数字化,从根本上提高了测量与控制的精度,减少了传送误差。
c） 设备选择余地大。现场总线属开放式互联网络,所有技术和标准*公开,因此,用户可自由选择不同厂家的设备来集成系统。本设备为了与传动系统配套,选用了Siemens 和Lenze 两种变频器,网络通信很容易实现。实际调试时,用Siemens 代替Lenze 变频器,设备运行照常。
3 多电机同步技术
印染设备多为恒转矩负载,生产工艺要求调速,但对速度的精度要求不高。传统的印染设备采用直流电机拖动,单元之间采用松紧架检测张力,借助电子装置调节电机速度。近几年国内外采用交流变频异步电动机传动取代直流电动机传动,技术水平有了很大提高。但同步检测调节单元仍沿用原有的松紧架结构。这个环节成了新设备的故障多发点,影响了其潜能的发挥。有人作过改进,但改进工作主要集中在如何把松紧架的位置信号转变为控制用的电信号上,而没有涉及到松紧架本身。Brubomatic EⅡ型退煮漂联合机在电机同步技术上采用了多种无松紧架无张力传感器同步运行方案,现场观测和实际使用的结果证明:它们不仅能很好的同步,而且张力能够调节。
方法1 :大小电机法
一个单元用二台电机拖动,一台电机的功率大,另一台电机的功率小。小电机可以提供一定的辅助驱动转矩,以改善张力的均匀性,但不足以单独将设备驱动;大电机的功率足以将该单元驱动,决定了该单元的速度。
此法用在退煮漂联合机的7 个水洗箱单元,每单元有二台电机驱动,*台电机功率715kW采用矢量控制速度模式;第二台电机0175kW,采用矢量控制转矩模式。二台电机间不需要松紧架,同步*正常。
方法2 :一台变频器驱动多台电机
如果几个单元的功能和结构相似,每个单元有一台驱动电机而且功率不大,可以考虑使用一台变频器带多台电机。他们之间不需要松紧架,但主动辊的直径应略有差别,以保证必要的维持张力的线速度差。
此法用在退煮漂联合机的蒸箱中。为了加强蒸煮效果,延长滞留时间,使用了很多转动辊,其中一些为主动辊。他们的功能和结构相似,采用一台变频器带二台或三台电机, 每台电机的功率为0175kW。电机之间不需要松紧架,同步*正常。
4 新型可编程计算机控制器技术
可编程计算机控制器（ Programmable ComputerController ,简称PCC） 是奥地利贝加莱（B&R） 工业自动化公司推出的新一代PLC。同其他品牌的PLC 相比,PCC 的zui大特点在于它分时多任务的操作系统。它将整个操作界面分成数个不同优先权的任务等级。其中优先权高的任务等级有着较短的循环扫描周期,而且每个任务等级可包括多个具体任务,在这些任务中间可再细分其优先权的高低。在这种操作系统的管理下,优先权高的任务等级总是先被执行,剩余的时间里执行优先权较低的任务等级。一个多任务分时操作系统可以将比较重要任务的任务等级定义得高一些,如调节任务（由用户自定义） ,例外任务（由条件产生的中断触发） ,中断任务（由硬件产生的中断触发） ,而较一般的任务可以定义其任务等级低一些,如报警处理任务、结果处理任务等。这样整个控制系统便得到了优化,具有较好的实时性。另外,多任务应用程序可以很方便地由多人分工合作完成,并行操作,非常有利于结构化程序设计的实现,节省开发时间,提高工作效率[1 ] 。
Brubomatic E Ⅱ型退煮漂联合机控制系统中,PCC发挥着主要控制作用。它除了通过CAN 总线与变频器交换信息外,还负责其他所有模拟量、开关量的控制,并接受上位工控机的命令,同时上传必要的状态信息。PCC 与工控机之间以RS422 方式串行通信。软件开发中PCC 操作系统版本为PCC SW2125 ,编程工具采用基于Windows 的Automation Studio211 ,分别对B&RPCC 和IPC 进行编程。PCC 控制软件
任务分布如表1 所示。
5 具有分时多任务操作系统的工控机技术该控制系统中,上位监控级主要完成人机对话功能,包括给定值设定、实际值在线监测、故障报警等传统功能。由一台带触屏彩显的贝加莱工控机Provit2200 实现。与众不同的是,该触屏彩显面板上有24 个功能键,每键左上方带有LED 指示灯,这些“硬”键可作为屏内触摸键的扩展,也可实现某些特殊功能,如灯光报警等。同时贝加莱工控机支持232、422/ 485、CAN、并行口等多种通信方式,大大方便了系统互连与扩展。
工控机操作系统选用分时多任务操作系统Automation Runtime ,同PCC 的操作系统PCC SW 一样,用户应用程序分为循环任务和非循环任务两种。循环任务的任务等级分配也同PCC *相同。因此,工控机也可以很方便地进行结构化程序设计。尤其重要的是,工控机操作系统也支持梯形图等PCC 所有的编程语言,这就为上、下位机任务的合理分配,特别是开关量的处理提供了很大的灵活性。
6 结 语
Brubomatic E Ⅱ型退煮漂联合机采用了*的现场总线通信技术、无松紧架无张力传感器多电机同步技术、具有分时多任务操作系统的PCC 控制技术及具有PCC 控制功能的工控机技术。正是这些自动化技术的应用,使得该设备投入生产以来,运行稳定可靠,未发生任何故障影响生产。
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