1.引言
化纖紡絲工藝中，聚酯切片經(jīng)干燥設(shè)備除去水分后，通過螺桿擠壓機(jī)加熱熔融擠出，經(jīng)計量泵精確計量噴絲成形，然后在恒溫恒濕條件下冷卻固化以及牽伸，最后通過卷繞頭將紡絲成形的纖維卷繞成為成型良好的絲餅。其中，卷繞頭卷繞成的絲餅需滿足容量大、形狀穩(wěn)定、張力均勻、退繞容易等要求，具有高速度、大卷裝、連續(xù)自動化等特點(diǎn)，是化纖紡絲機(jī)上技術(shù)構(gòu)成最復(fù)雜、自動化程度最高的關(guān)鍵設(shè)備。
根據(jù)紡絲工藝要求，卷繞頭按紡絲速度可分為常速卷繞頭(1000m/min左右)、高速卷繞頭(3000～4000m/min)、以及超高速卷繞頭(6000～8000m/min)；根據(jù)升頭落筒方式，卷繞頭可分為半自動卷繞頭和全自動卷繞頭，其中，半自動高速卷繞頭只有一個卷繞軸(卡頭)，具有機(jī)械結(jié)構(gòu)簡單、性價比好等優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)是在絲餅卷繞完成后需要人工升頭換筒，有廢絲，不能實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的連續(xù)化；全自動高速卷繞頭具有兩個可以自動切換的卷繞軸(卡頭)，升頭換筒過程全自動化，無廢絲，可以最大限度提高生產(chǎn)率，是卷繞頭的主要發(fā)展方向。
高速卷繞頭的控制核心是通過對摩擦輥高速旋轉(zhuǎn)速度(即卷繞線速度)的精密測量，準(zhǔn)確控制卷繞軸的卷繞速度，實(shí)現(xiàn)紡絲卷繞的恒線速度恒張力控制。對全自動卷繞頭來說，還需要實(shí)現(xiàn)精確的升頭換筒的全自動控制。此外，還包括橫動機(jī)構(gòu)的三角波防疊控制、卷繞壓力控制、卷繞與牽伸部分的同步控制、每個卷繞頭卷繞工藝參數(shù)的設(shè)置及過程監(jiān)控、以及成組卷繞頭的聯(lián)網(wǎng)集中監(jiān)控等。
2．控制系統(tǒng)方案
高速卷繞頭控制系統(tǒng)采用Micro系列PLC(TSX3722 CPU)為控制核心，采用ATV31系列經(jīng)濟(jì)型磁通矢量控制變頻器控制卡頭和橫動電機(jī)。摩擦輥轉(zhuǎn)速的測量通過Micro PLC的高速計數(shù)口實(shí)現(xiàn)；ATV31變頻器的控制采用Micro PLC的通訊擴(kuò)展口(插入TSXSCP114 Modbus通訊擴(kuò)展卡配TSXSCPCU4030通訊電纜，作為主站)與ATV31內(nèi)置的Modubs接口連接，構(gòu)成Modbus總線，通過通訊控制方式實(shí)現(xiàn)；卷繞頭卷繞工藝參數(shù)的設(shè)置及聯(lián)網(wǎng)集中監(jiān)控則通過Micro PLC的編程口(加裝TSXPACC01總線隔離盒，作為從站)與上位工控機(jī)(作為主站)的串行口連接，構(gòu)成上一級Modbus總線實(shí)現(xiàn)。
3.控制系統(tǒng)簡介
Modbus協(xié)議是由第一臺PLC的發(fā)明者M(jìn)odicon (現(xiàn)為施耐德電氣公司高端PLC品牌)于1978年開發(fā)的一個用于PLC和編程器之間通訊的協(xié)議，1980年起，為眾多設(shè)備制造商在其不同的設(shè)備中采用，成為現(xiàn)場總線最開放、應(yīng)用最廣的通訊協(xié)議。
Modbus 協(xié)議是一個分級結(jié)構(gòu) (主從式) 異步串行通訊協(xié)議，可使主站對一個或多個從站進(jìn)行訪問，主站和從站之間允許多點(diǎn)連接。 Modbus 協(xié)議約定，只有主站唯一對數(shù)據(jù)的交換進(jìn)行管理，從站不能夠自己發(fā)送信息。主站和從站可以有兩種對話方式：查詢方式(主站對一個從站進(jìn)行對話并等待其回應(yīng))和廣播方式(主站對所有從站進(jìn)行對話且無須回應(yīng))。
Modbus 協(xié)議可以實(shí)現(xiàn)主站和多個從站之間的數(shù)據(jù)交換及檢驗(yàn)，因而在每個從站單元中都定義有數(shù)據(jù)區(qū)以使主站能夠?qū)ζ渲械臄?shù)據(jù)進(jìn)行讀出和/或?qū)懭氩僮鳎琈odbus報文結(jié)構(gòu)如下：
ATV31變頻器內(nèi)置的Modbus接口與CANOpen總線接口兼容，物理層為RS485，采用Modbus RTU方式，波特率可以是9.6/19.2Kbit/s，連接介質(zhì)可采用屏蔽雙絞線，傳輸距離可達(dá)1000 米，單總線上連接數(shù)量最多為31臺；連接時，只需將PLC和變頻器的DA、DB和0V共三根信號線互連即可方便地構(gòu)成Modubs總線。
應(yīng)用方面，首先需要對PLC和變頻器的相應(yīng)接口進(jìn)行相關(guān)設(shè)置(包括Modbus 主/從站方式、從站號、以及波特率、數(shù)據(jù)位、停止位、校驗(yàn)等參數(shù))，然后通過plc編程軟件在Miro PLC內(nèi)編寫相關(guān)讀寫操作的通訊程序，對多個從站的通訊可以通過編寫時間片程序(時鐘計數(shù)指
令或電子凸輪指令)分時執(zhí)行上述讀寫操作的方式實(shí)現(xiàn)。讀寫操作編程示例如下：
注： m - 模塊號(Micro PLC為0)，v - 通道號(編程口為0，擴(kuò)展口為1)，i - 從站地址(變頻器從站號)
對聯(lián)網(wǎng)集中監(jiān)控的上級Modbus總線，只需通過PLC編程軟件對Micro PLC的編程口進(jìn)行相關(guān)設(shè)置(包括Modbus 從站方式、從站號、以及波特率、數(shù)據(jù)位、停止位、校驗(yàn)等參數(shù))，然后通過上位機(jī)對Micro PLC的相應(yīng)內(nèi)存區(qū)進(jìn)行讀寫操作即可，在Micro PLC內(nèi)無需任何編程工作。
對摩擦輥高速旋轉(zhuǎn)速度(即卷繞線速度)的測量可通過Micro PLC的高速計數(shù)口，應(yīng)用Micro PLC的快速任務(wù)(Fast Task，即定時中斷服務(wù)程序)精密實(shí)現(xiàn)，精度達(dá)±1個脈沖；橫動變頻器部分的三角波防疊功能可通過PLC軟件編程或ATV31變頻器內(nèi)置的橫動功能實(shí)現(xiàn)；此外，Micro PLC提供的豐富的庫函數(shù)(字表操作、數(shù)制轉(zhuǎn)換、三角函數(shù)、浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算等)及在線編程、調(diào)試工具，為高速卷繞頭系統(tǒng)編程、調(diào)試及工藝修改提供了最大的便利。
4.結(jié)束語
在本系統(tǒng)中使用Micro PLC具有以下幾大特點(diǎn)：
(1)豐富的功能指令及人性化的軟件，給客戶編程帶來方便。
(2)可擴(kuò)展內(nèi)存容量，為客戶較復(fù)雜的工藝要求提供保證。
(3)穩(wěn)定可靠的Modbus通信，既降低成本，又提高效率。
