立式磨毛机控制系统设计

1磨毛机结构

立式八辊砂皮磨毛机结构简图如图1所示。图中“1”为进布机架，“2”为进布主动，“3”为分丝(开幅)机构，“4”为磨毛辊，“5”为拖辊，“6”为压辊，“7”为刷毛辊，“8”为吸尘风口，“9”为出布主动，“10”为落布机架。布料由“1”位置进入磨毛机，送入到后续一系列的加工过程，最终在位置“10”出布。磨毛过程中，织物与磨毛辊的运行方向相反，产生磨毛效果，使得织物表面的绒毛变得细致和均匀。

2控制系统设计

2.1总体方案设计

该系统采用PLC作为主控制器，搭建了一个集PLC、变频器、人机界面、气动、传感器等的恒张力控制系统。各个气缸的运动通过电磁阀控制来实现，利用触摸屏实现人机交互，采用变频器对电机的运行速度进行调节，另外张力传感器模块可以检测磨毛过程中织物的张力。

2.2PLC选型和输入/输出点的分配

根据现场控制要求，选用型号为FX3G-40MR的PLC来实现控制，具体的输入、输出点分配如表1～2所示。该型号的PLC输出点有20个，但用来控制压辊的电磁阀线圈以及压辊进出布的输出点还没有分配，显然PLC输出点不满足分配需求，需要扩展一个输入输出模块。

2.3基于485总线的变频控制电路设计

在该磨毛控制系统中共有电动机18台，都是选用三相交流异步电动机，根据工艺要求，其中需要调速的电动机有12台，电动机转速的大小可以通过触摸屏来进行直接设定。在磨毛控制系统中，变频控制部分主要采用ν/f开环控制和闭环矢量控制方式［7］。该控制系统中进布和出布部分所用变频器采用闭环的速度控制方式，选用海利普HLP-NV系列变频器，采用MODBUS总线［8］进行通讯。变频器的速度控制主要通过RS-485接口［9］及网络协议来实现。变频控制系统设计如图3所示。2.4网络组态设计该控制系统选择使用人机界面与控制单元进行通讯，通过人与控制系统之间的信息交换，对整个系统的操作和监控也能更加方便的实现。人机界面系统的工作原理图如图4所示。根据现场实际需要，选用台达DOP-B1OS411触摸屏作为系统的人机界面［9］，触摸屏通过MODBUS连接PLC［10］，利用DOPSoft软件进行组态设计。

3张力的PID控制

张力控制在纺织、轧钢、印刷等工业生产过程中应用比较广泛。在纺织后处理工序如磨毛、剪毛过程中，织物的张力控制是影响最终加工效果的重要因素之一。在高速运转的磨毛机组上，实现实时张力恒定对织物来说非常重要。当前，在工业控制系统中最常用的是PID控制的控制方法。

3.1张力的产生

张力的检测被放置在磨毛区，织物的张力主要在2个导布辊之间形成，体现在2个导布辊之间的速度差，即张力的控制归根结底是2个导布辊的线速度的控制。张力传感器实时检测张力值，经PLC运算后实时调整进布辊电动机的转速，保证线速度差的恒定，实现恒张力控制。

3.2张力的控制

该系统采用直接法张力控制，即利用张力传感器直接去检测织物的张力值。通过4路模拟量输入采集2个张力传感器的值，通过PLC的ADC将采集到的模拟量转化为数字量，在PLC内进行量化细分，将量化后的数字量采用PID控制算法进行闭环控制，从而实时地控制进布辊电动机的输出。

4控制系统软件设计

磨毛机控制系统的软件设计主要包括PLC程序设计以及利用组态软件对台达触摸屏进行人机界面的组态设计。

4.1触摸屏人机界面组态

为了取代传统的显示仪表和控制面板，使用人机界面与控制单元(包括单片机或者PLC)进行通讯，通过人与控制系统之间的信息交换，对整个系统的操作和监控也能更加方便的实现。根据该控制系统的实际需要，人机界面触摸屏主要包括欢迎界面、全机运行界面、磨辊控制界面、参数调节界面、故障显示界面等。通过全机运行界面可直观地看到整个磨毛机控制系统的工作状态，进行车速和张力的设定。从全机运行界面可进入到参数调节界面、故障显示界面以及磨辊控制界面。

4.2PLC程序设计

根据磨毛机控制要求，将PLC程序划分为全局初始化、模拟量处理、部分运行、全机运行、通讯控制和报警判断及处理几个部分。作为整个磨毛机控制系统软件中最重要的一部分，全机运行控制包括变频器、各电动机的协调动作，以及进出布系统的张力控制。全机运行流程控制图如图6所示。

5控制系统调试

控制系统设计完成后，需要进行调试，包括系统的单机调试和联机调试。在机械和电气线路连接完成并检测正常后，依靠三菱FX3G-40MRPLC的在线监控先进行控制系统的单机调试，对电动机运行情况进行测试。通过设定变频器的参数，对需要调速的电动机进行调速测试，观察电动机的转速是否和设定的频率相对应，是否能稳定运行;对于不需要进行调速的电动机，要观察电动机的启动和停止是否正常，电动机的转向是否和控制要求一致。系统的联机调试分为空载联机调试和带负载联机调试2部分。调试时通常先进行空载联机调试，按顺序开启各拖动电动机，设定变频器的参数，测定各电动机的调速性能是否符合控制要求。通过触摸屏设定车速，观察是否可以达到对应的速度。空载调试完成后就要进入控制系统的带载联机调试。通过调试发现，系统能正常运行，达到了预定的控制要求。

6结语

本文在充分了解磨毛机的结构和磨毛生产工艺后，设计了一套基于三菱FX3G-40MR的PLC的磨毛机控制系统。通过实际的生产调试，发现该系统运行平稳，故障率低，达到了预定的控制要求。

作者：郭爱云 单位：常州刘国钧高等职业技术学校