染色工序在紡織品生產(chǎn)中占有重要地位，染色質(zhì)量直接決定了紡織品的色澤、外觀(guān)，甚至還影響紡織品的生產(chǎn)成本。在染色工序中，影響染色的因素主要有染液濃度、溫度、液位等，其中溫度控制是很重要而又復(fù)雜的控制過(guò)程。染色過(guò)程實(shí)際上是執(zhí)行由工藝人員針對(duì)不同織物的一條溫度曲線(xiàn)，每個(gè)工藝對(duì)染色的溫度、升降溫過(guò)程都有嚴(yán)格的要求，否則，容易使織物產(chǎn)生色差、缸差、條痕等疵點(diǎn)，造成復(fù)染率上升，生產(chǎn)成本的增加。針對(duì)染色過(guò)程溫度控制的復(fù)雜性，設(shè)計(jì)了基于PLC 的染色機(jī)溫度控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)染色過(guò)程溫度的控制，從而減少織物疵點(diǎn)，提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本。

 

1）溫度曲線(xiàn)存儲(chǔ)要求對(duì)于不同的染色品種，其對(duì)溫度的要求是不同的，因此對(duì)應(yīng)的溫度工藝曲線(xiàn)也是不同的，本系統(tǒng)通過(guò)觸摸屏的組態(tài)配方設(shè)計(jì)將多種染色工藝及每一套工藝中的不同階段的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在觸摸屏中，從而更方便的讓工藝人員去操作，工藝人員可以隨時(shí)修改工藝參數(shù)，并保存，這個(gè)數(shù)據(jù)將永久保持在觸摸屏中，將工藝人員設(shè)定的不同的溫度工藝曲線(xiàn)，全部由工作人員在觸摸屏上輸入，控制器根據(jù)接收的溫度工藝曲線(xiàn)進(jìn)行溫度控制。控制器和觸摸屏都具有斷電長(zhǎng)期保存當(dāng)前數(shù)據(jù)的功能。

　　2）溫度控制要求

在染色工藝過(guò)程中，典型的工藝曲線(xiàn)如圖1 下所示：

 

圖1 典型的工藝曲線(xiàn)

 

　　由圖 1 可知，染色工藝可以分為多個(gè)曲線(xiàn)段，不同的曲線(xiàn)段對(duì)應(yīng)不同的溫度。對(duì)染色過(guò)程的溫度控制主要是讓芯子上的杯子內(nèi)染液進(jìn)行升溫、保溫、降溫，結(jié)合生產(chǎn)的實(shí)際要求又將升溫階段按照斜率來(lái)進(jìn)行升溫設(shè)定，升溫中PLC的設(shè)定可以為0-9℃，這個(gè)速率需要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的加熱器的功率來(lái)計(jì)算，本次在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試過(guò)程中設(shè)定到4℃時(shí)加熱器已經(jīng)是滿(mǎn)功率運(yùn)行，在PLC中設(shè)定這種人性化的斜率升溫選擇，從而很好的進(jìn)行升溫階段的設(shè)定。溫度控制分為五個(gè)子程序：按直接升溫、斜率升溫、保溫、直接降溫和按照斜率降溫過(guò)程。這五個(gè)過(guò)程在PLC中分別對(duì)應(yīng)五段程序，然后根據(jù)上位步號(hào)的選擇進(jìn)行循環(huán)執(zhí)行。如圖2，圖3所示：

    

                                            

圖2：染色配方界面

 

 

圖3：主界面

 

3）報(bào)警顯示與染色配方功能

以上圖2和圖3是運(yùn)行過(guò)程中的比較主要的兩個(gè)界面，為了讓用戶(hù)能夠更好的查看運(yùn)行中各種狀態(tài)，在主畫(huà)面中做了曲線(xiàn)圖，可以更直觀(guān)的查看過(guò)程溫度的效果。而染色配方工藝界面讓用戶(hù)可以更方便的設(shè)置各套工藝并選擇運(yùn)行，本套系統(tǒng)每個(gè)工藝設(shè)置9步，可設(shè)定運(yùn)行的步號(hào)，并從這個(gè)步號(hào)往后運(yùn)行，當(dāng)一套工藝運(yùn)行完成后，主界面彈出一套染色工藝已運(yùn)行結(jié)束，請(qǐng)確認(rèn)，用戶(hù)確認(rèn)后方可進(jìn)行下一套工藝。如下圖所示。

 

圖4：一套工藝結(jié)束確認(rèn)

 

圖4中右側(cè)界面主要是馬達(dá)轉(zhuǎn)速的控制以及變頻正反轉(zhuǎn)的控制，除了轉(zhuǎn)速的控制是手動(dòng)設(shè)定外，正反轉(zhuǎn)的控制以及正轉(zhuǎn)時(shí)間、反轉(zhuǎn)時(shí)間和停止時(shí)間全部由PLC編程實(shí)現(xiàn)。當(dāng)出現(xiàn)各種故障時(shí)，觸摸屏指示燈閃爍，并出現(xiàn)故障報(bào)警，彈出故障報(bào)警畫(huà)面，顯示報(bào)警的原因。

 

　　本系統(tǒng)采用南大傲拓公司推出的NA200小型PLC作為現(xiàn)場(chǎng)控制器，NA系列可編程控制器是南大傲拓科技有限公司比較新研制出的具有國(guó)際先進(jìn)水平的新一代控制裝置，它采用

了工業(yè)控制領(lǐng)域的一系列比較新成果 ，選取了嶄新的軟硬件平臺(tái)，具有快速的處理能力、強(qiáng)大的抗干擾性能、靈活的可擴(kuò)展功能，對(duì)于任何復(fù)雜環(huán)境及處理要求，皆能游刃有余，應(yīng)付自如。二十多年自動(dòng)化產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)和數(shù)百個(gè)項(xiàng)目的現(xiàn)場(chǎng)考驗(yàn)，鑄就了南大傲拓PLC可靠的品質(zhì)，產(chǎn)品已經(jīng)通過(guò)了CE認(rèn)證 、船級(jí)社(CCS)認(rèn)證以及電力工業(yè)電力系統(tǒng)自動(dòng)化設(shè)備質(zhì)量檢驗(yàn)測(cè)試中心的嚴(yán)格測(cè)試和檢驗(yàn) ，各項(xiàng)性能指標(biāo)均達(dá)到或超過(guò)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，領(lǐng)先于同類(lèi)產(chǎn)品。 選用CPU2002 主機(jī)模塊；通過(guò)RS232口modbus-rtu協(xié)議連接觸摸屏。現(xiàn)場(chǎng)控制器擴(kuò)展了一塊智能溫度數(shù)據(jù)采集模塊RTD輸入模塊2通道，該模塊帶有2 個(gè)模擬輸入點(diǎn)，不再需要外部變送器，一個(gè)模塊就能完成數(shù)據(jù)采集及數(shù)據(jù)處理功能。系統(tǒng)的溫度信號(hào)的檢測(cè)采用鉑電阻PT100，鉑電阻具有測(cè)量精度高、性能穩(wěn)定可靠的特點(diǎn)，在工業(yè)上廣泛用于-200℃～+500℃之間的溫度測(cè)量。

另外如果需要可以通過(guò)RS485接口，MODBUS-RTU將PLC同工廠(chǎng)監(jiān)控相連，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操作與監(jiān)控。

控制系統(tǒng)部分配置一塊CPU2002（南大傲拓）、一塊RTD輸入模塊2通道（南大傲拓）、觸摸屏7寸（南大傲拓）。

 

　　由圖 1 可知，染色工藝可以分為幾個(gè)曲線(xiàn)段，不同的曲線(xiàn)段對(duì)應(yīng)不同的目的溫度、升降溫時(shí)間、保溫時(shí)間。對(duì)染色過(guò)程的溫度控制主要是對(duì)染槽升溫、保溫、降溫，結(jié)合生產(chǎn)的實(shí)際要求又將升溫分為直接升溫到指定溫度和按斜率準(zhǔn)確地升溫到指定溫度；同理，降溫也分為直接降溫到指定溫度和根據(jù)斜率準(zhǔn)確地降溫到指定溫度。因此溫度控制分為五個(gè)子程序：直接升溫、按斜率升溫、保溫、直接降溫、按斜率降溫。直接升溫還是斜率升溫、直接降溫還是斜率降溫根據(jù)實(shí)際需要通過(guò)中控機(jī)設(shè)定，而后由現(xiàn)場(chǎng)控制器PLC 的主程序調(diào)用相應(yīng)子程序。由于染缸體積較大，加熱管道相對(duì)較小，造成比較大的溫度慣性，一般可將其認(rèn)為是一種具有純滯后大慣性的被控對(duì)象，因而在升/降溫段采用趨勢(shì)判斷補(bǔ)償法，如果是升溫，則在溫度到達(dá)T 設(shè)定值目標(biāo)溫度-△Ti 時(shí)停止升溫，其中△Ti為補(bǔ)償溫度。PLC 的主程序中，根據(jù)接收到的來(lái)自觸摸屏的數(shù)據(jù)進(jìn)行判別，再執(zhí)行相應(yīng)的程序。在下傳的數(shù)據(jù)中包括目標(biāo)溫度、斜率、保溫時(shí)間等，因而PLC 可以根據(jù)這些數(shù)值判斷升溫、保溫、還是降溫。但是判斷升溫、降溫、保溫，光憑目標(biāo)溫度、斜率、保溫時(shí)間不能得到精確的判斷，因而使用前一曲線(xiàn)段的目標(biāo)溫度輔助進(jìn)行判斷。

 

　　下面以斜率升溫為例，說(shuō)明 PLC 的溫控過(guò)程。在斜率升溫時(shí)，將升溫段曲線(xiàn)按時(shí)間分成若干個(gè)相等的小間隔，因而工藝曲線(xiàn)的升溫段可以用階梯性表示。只要每一間隔的時(shí)間足夠小，則計(jì)算的每一間隔的溫度給定值與理想值的偏差就可忽略。

由于溫度的大滯后性，當(dāng)實(shí)際溫度T接近設(shè)定溫度時(shí)，這個(gè)時(shí)候做一個(gè)余熱升溫設(shè)定，從而保證在升溫到保溫階段不會(huì)出現(xiàn)溫度超出過(guò)高的現(xiàn)象。

另外由于PT100溫度的測(cè)量只有染槽的一個(gè)點(diǎn)，導(dǎo)致了溫度測(cè)量并不一定完全是比較終杯內(nèi)染液的溫度，所以設(shè)定了溫度補(bǔ)償△Ti，從而更好的滿(mǎn)足工藝要求。

升溫曲線(xiàn)如下圖所示：

 

圖5：不同的升溫速率斜率如圖所示（斜率為3℃/min和2℃/min）

 

 

    圖中也可以看到保溫階段的曲線(xiàn)。

為了更好的保證系統(tǒng)的安全性，系統(tǒng)增加了權(quán)限設(shè)置，設(shè)定了多種權(quán)限：超級(jí)管理員（具備所有權(quán)限）、工藝人員等等，這些都可以根據(jù)您的要求自由定制。

圖6：用戶(hù)登錄界面

 

而染色配方設(shè)計(jì)的內(nèi)容，大大簡(jiǎn)化了您用染色機(jī)控制電腦界面簡(jiǎn)單粗糙，操作較難的問(wèn)題，如下圖所示，直接在觸摸屏上自由定制您的工藝配方。

 

圖7：染色工藝配方編輯

 

　　本系統(tǒng)不但可以實(shí)現(xiàn)溫度控制，而且根據(jù)需要還可擴(kuò)展其他染色工藝過(guò)程的控制如水位、液位等參數(shù)的控制，具有良好的發(fā)展前景。

      本系統(tǒng)采用PLC作為生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的控制器，完成溫度控制，能及時(shí)準(zhǔn)確地控制染色產(chǎn)品的質(zhì)量，將產(chǎn)品的質(zhì)量隱患消滅在現(xiàn)場(chǎng)，保證染色一致性和一次準(zhǔn)確化；而與傳統(tǒng)的染色機(jī)控制電腦相比，采用PLC控制優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在：

      PLC控制使得系統(tǒng)更加穩(wěn)定，可靠；

      采用觸摸屏來(lái)操作，操作性相當(dāng)方便，效果更加直觀(guān)，使您的整套系統(tǒng)更加靈活；

      染色工藝配方這塊大大增強(qiáng)了操作性和直觀(guān)性，節(jié)約了您寶貴的時(shí)間以及人力物力；

      PLC控制的優(yōu)勢(shì)還在于靈活性更大，使您如果需要改進(jìn)或增加新的系統(tǒng)的工藝流程，只需要您維護(hù)程序，從而省去了您花高額的金錢(qián)去買(mǎi)新的染色機(jī)控制電腦！觸摸屏的界面更加可以根據(jù)您的要求自由定制。