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随着科技的飞速发展，纺织机械设备制造业也迎来了革命性的发展，当前纺机设备的发展特点主要体现在：触摸式人机界面（HMI），可编程逻辑控制器（PLC）以及各种气动控制元件的广泛应用；目前不断提高纺机设备的自动化程度以减轻操作者的劳动强度和提高纺织厂的生产效率成为纺织机械生产厂家的一个重要的研发设计宗旨。而自动化动作的实现则普遍需要通过用PLC来控制电磁阀以及气缸等执行部件来实现。条并卷联合机是前纺中精梳准备工艺中生产效率高的一种设备，HXFA368型条并卷联合机的自动化动作的实现需要通过压缩空气驱动气缸来实现，而压缩空气则是由PLC控制电磁阀来实现控制的。HXFA368型条并卷联合机采用了亚德客的电磁阀和气缸等气动元件来实现自动动作的执行。
2.应用设计
2.1 HXFA368型条并卷联合机的气动控制系统概述
一个典型的气动系统是由方向控制阀、气动执行元件、各种气动辅助元件及气源净化元件所组成。HXFA368型条并卷联合机选用亚德客的电磁阀、气缸、压力表以及管接头做为标准配置，主气源进气处先通过三连件后再进入主气路，各个电磁阀用来作为相应动作单元上压缩空气通断的控制，电磁阀则由PLC控制器来实现逻辑上的控制，气缸的选用根据具体机械动作的实现来确定，气缸运动的速度根据相应的节流阀来进行调节
2.2 HXFA368型条并卷联合机的动作流程概述
HXFA368型条并卷联合机的部分动作流程图：
HXFA368型条并卷联合机部分动作流程图
HXFA368型条并卷联合机在当设定的棉网长度到时主电机转为低速，电磁离合器分、扯断棉网，主电机停，此时棉架快速上升，上升到位时打开夹盘，棉架暂停在高位，开前门，前门打开后推棉卷，棉卷推出后推卷机构返回，推卷机构返回后关闭前门，前门关闭后棉卷架快速下降到低位，再进入上空管的步骤；棉卷推出后执行翻棉卷到小车的动作，翻棉卷机构返回后小车前推小车机构返回。
HXFA368型条并卷联合机各种动作的实现均是通过气动执行元件来实现的，在气动控制系统中将压缩空气的压力能转换为机械能，驱动机构作直线往复运动、摆动和旋转运动的元件，称为气动执行元件。在条并卷联合机中是采用电磁阀来控制气缸来执行动作的，而电磁阀的动作则由PLC来控制，在本设备的控制系统中采用了中达电通有限公司的DVP60ES型PLC来控制整个系统工作；电磁阀及气缸则均选用亚德客有限公司的产品。
2.3 HXFA368型条并卷联合机的自动动作的实现
HXFA368型条并卷联合机具有机电一体化程度较高的特点，其主动力由11KW的变频电机通过变频来实现变频调速控制，各个分步动作的实现主要由电磁阀控制压缩空气驱动气缸来实现动作控制，上下空管、翻棉卷、棉卷支架上升下降、推棉卷、小车前进、前防护门开合、空管仓落空管以及送空管机构上升下降等动作都对应着相应的电磁阀和气缸，而整个动作的协调运作则有PLC控制器来实现控制功能，在此只做一个简单的概述。
2.4控制电磁阀的PLC程序设计概述
HXFA368型条并卷联合机上的各种自动动作的实现是通过用PLC控制电磁阀来实现的，下面是一段对部分动作进行控制的步进程序。
在程序中：
S41是“送空管上升”过程的控制，X17是送空管机构上升限位位置检测点，X30是棉卷夹盘左合到位检测点，X31是棉卷夹盘右合到位检测点，M131继电器是实现对送空管机构上升动作的过程控制，程序中行的指令是在S41步进程序步的控制中当送空管机构没有上升到上升限位点左右夹盘均没有处于闭合状态的条件下执行送空管机构上升的动作。程序中第二行的M132继电器实现对送空管机构下降的控制，第二行的指令是在S41步进程序步的控制中当送空管机构已上升到上升限位点时实现对送空管机构下降的控制。第三行程序的指令是当送空管机构已上升到上升限位点时程序进入S42步进程序段即夹盘上升1mm步进段。
S42是“夹盘上升1mm”过程的控制，X16是送空管机构下降限位位置检测点，第四行程序实现的指令是当送空管机构复位时将送空管机构下降的动作复位；第五行程序实现的指令是通过Y7来控制相应的电磁阀以便实现棉卷夹盘上升1mm的控制；第六行中的X33是棉卷支架上升1mm和下降限位的检测点，第六行实现的指令是棉卷夹盘上升1mm后进入S43步进程序段。
S43是“上升1mm后夹空管”过程的控制，第七行中的M129继电器实现松开棉卷夹盘的控制功能，第七行实现的指令是对松开棉卷夹盘动作进行复位。第八行中的M124继电器实现的是闭合棉卷夹盘的控制功能，本行的指令实现的是实现控制闭合棉卷夹盘的命令；第九行实现的指令是当左右棉卷夹盘闭合时进入S44步进程序段。
S44是“棉卷支架上升、落空管”过程的控制，在第十行的程序中M513继电器实现的是运行状态下棉卷支架保持的的控制功能；第十一行中的M134继电器实现的是空管仓落空管命令；第十三行执行的是延时2秒后翻空管命令。第十四行中X25是弹簧板处空管检测点，本行指令执行的命令是弹簧板处有空管时进入S45程序步进段。
S45是“换卷后启动”过程的控制，第十五行执行的是启动低速运行控制指令。
PLC通过对各个自动动作的限位点的检测来实现对各个汽缸动作执行的协调，气缸是通过电磁阀控制的压缩空气来驱动的，具体动作执行的是否到位是通过传感器的检测来确定的。汽缸的运行速度则是通过调节节流阀来实现调节的。
2.4控制电磁阀的人机界面程序设计概述
在HXFA368型条并卷联合机上为了便捷的实现对各种自动动作的分立调试在此应用了台达DOP-AE10THTD型人机界面。通过人机界面可以方便的实现操作人员对各个电磁阀的实时控制，大大的方便了对各个自动动作的调试。
2.4.1 HXFA368型条并卷联合机上通过人机界面控制和调试电磁阀执行动作的界面设计。
在此界面中通过对打开棉卷夹盘，推棉卷，翻空管一次等触摸键的操作可以实现对相应电磁阀的控制，电磁阀通过对压缩空气的控制来实现压缩空气对气缸活塞的驱动进而实现相应的汽缸动作。在设备的调试过程中调试人员先通过调试设定界面中的触摸键来控制单步动作的执行，根据实际操作的需要来调整节流阀，以此实现对气缸运行速度的调节。
3. HXFA368型条并卷联合机气动控制系统中常见故障及解决方法
3.1电磁阀故障
电磁阀做为一种执行元件受控于PLC控制器，由于棉纺织设备长时间处于24小时运作状态电磁阀长期动作易造成电磁阀吸合不到位或者彻底损坏两种情况，电磁阀吸合不到位在HXFA368型条并卷联合机上体现出来的状态是间歇性动作故障，进而引起设备间歇性故障停车，在此种状况下当对单个电磁阀进行检测时又不好判断出阀体埙坏，需要根据具体情况进行综合判断；在电磁阀彻底埙坏的情况下体现出来的故障情况是某个动作不执行，在此情况下可以根据实际情况更换相应的电磁阀来解决问题。
3.2传感器故障
在设备自动动作执行的过程中需要用传感器对气缸动作的执行进行限位检测以便PLC对设备的自动动作进行逻辑上的协调控制，检测传感器的选用一般有磁感应传感器和接近开关两种类型，检测传感器一旦损坏就会导致自动动作停留在某个动作位停止而不继续往下执行下一步动作。遇到这种故障情况时就应当根据自动动作执行的情况来查找个并更换相应受损的传感器。
3.3气缸故障
作为一种重要的执行部件气缸通常会因为长时间的运作而导致气缸内部的活塞出现漏气现象，这种故障情况下气缸所表现出的现象是在压缩空气送入气缸后气缸不动作或者动作力度及行程达不到相应的要求，遇到这种情况时就应当对损坏的气缸进行维修或者更换气缸
一、 项目简介
1. 项目是为位于深圳龙岗区六联村的国琦电子设备厂家开发，客户行业主要是 PCB设备。PCB－印制电路板是信息产业的基础，从计算机、电视机到电子玩具等，几乎所有的电子电器产品中都有电路板存在。中国电子电路产业和中国电子信息产业一样，在近年来一直保持着高速增长。这一增长趋势还将持续到2010年或更长一段时间。尤其是近年来我国消费类电子和汽车电子的飞速发展更是为电子电路业提供了广阔空间,带动着整个产业链的发展,如PCB抗氧化机就是其中之一的PCB板工艺处理设备。
2. 项目的简要工艺流程。
入板→化学清洗→循环水洗1、2→市水洗→微蚀→泵洗→酸洗→循环酸洗3、4→DI水洗→吸干→吹干→抗氧化浸洗→吹干→循环水洗5、6、7→DI水洗→吸干→吹干→烘干→出板
开机后，所有的水缸、酸缸要先加满水且要定时加水，加满后输送带动作，当进板处感应有板进来时，所有的泵都动作。PCB板处理按工艺流程动作，在各工序都会有不同的时间延时。在进板处感应没板或设定数量到时，所有泵及输送停止待机，感应有板时又投入工作。
3.所用产品：威伦6070I人机（1台）+FBs-60MA(1台)+FBs-CB5（1个）+台达变频器（3台），构成Modbus总线通讯。
4. 以下为整条生产线图：
二、 控制系统构成
1. 可编程控制器部分：
永宏FBs-60MA+FBs-CB5组成，完成整机开关量，变频器通讯控制，并对机器运行过程的监控。
2. 人机界面：
采用威纶触摸屏，与永宏 PLC 通讯，完成加工过程、工艺参数的显示、设定。
3. 变频器：
采用台达变频器（VFD007M23A）,因整条生产线需要分成三段，分别实现无级调速，整机需要用到3台变频器。
4. 通讯部分：
永宏 PLC的PORT2通讯端口和变频器的RS485 连接，以MODBUS协议进行通讯，组成MODBUS总线,实现各段的无级调速。
5.硬件框图
三、 控制系统完成的功能
1.人机和PLC设计框图：
2.程序重要指令说明：
3.矩阵位位移指令
4.通讯指令
永宏PLC只用一条指令就可完成三台变频器与PLC的通讯，这就是便捷、人性化的一面。
5.通讯命令表格说明：
通讯部分，是通过 RS485 硬件接口，由PLC 以ModBus协议与变频器进行通讯，组成MODBUS总线，控制三个电机无级调速。永宏PLC 在ModBUS通讯方面有专用的便利指令FUN150.M_BUS，也是通过表格形式编辑，使得众多的参数一目了然，如下表即为读写变频器数据的通讯命令表格：
四、 项目运行
设备在八月份投入使用，在酸碱皆具的环境下使用稳定，抗干拢能力强，转换使用后得到客户的好评，不会再出现PLC与变频器通讯延时的问题存在。目前已使用两个月，尚未反映不良情况。
五、 应用体会
1.整个程序的难度不大，用永宏PLC和变频器通讯方面让用户觉得会更便捷，体现出人性化的特点，且经济型主机就可以满足客户要求，给客户节约了成本。
2.表格式的通讯方式填写非常方便，不像三菱、台达RS485通讯那么麻烦。
3.在编程过程中，因为用到的变址寄存器较多，有不够用的感觉，发现没有三菱的用得灵活;还有就是位组合的方式也不够灵活。
第3章 应用设计及功能实现
3.1触摸屏与PLC实现人机对话的设计
要想实现触摸屏与PLC的人机交流，必须却保PLC与触摸屏的正常通讯，触摸屏上画面的各种元件必须一一对应PLC上的各种软元件。
3.1.1 FBS系列PLC与永宏FV系列触摸屏的连接说明
图3.1 永宏触摸屏软件触控大师设置图
FV系列触摸屏的画面编辑软件为《触控大师》，上图3.1是永宏触摸屏与FBS系列PLC通讯时画面编辑软件《触控大师》上的设置。图3.2是FV系列触摸屏与FBS系列PLC通讯的详细接线图，用RS232通讯协议实现通讯。
图3.2 触摸屏与FBS主机的RS232通讯接线图
3.2温度控制的实现
本工程要求温度控制在一定的精度范围，用触摸屏输入设定温度值，通过触摸屏画面监控温度值。
3.2.1PLC温控模块FBS-TC6的接线图
温控模块的作用是把热电偶感知的温度信号转变为数字量信号送给PLC的装置，温度的精度与模块的分辨率有关，分辨率越高精度就越高。下图是FBS-TC6的接线图。
图3.3 PLC温控模块FBS-TC6的接线图
3.2.3触摸屏温控画面
图3.4是触摸屏的温控画面。图中《设定值》用来设定所需温度值，《感测值》用来显示FBS-TC6所检测到的温度值，《手动加热》是用来选择加热的开关。
图3.6触摸屏温控画面
上图中《感测值》用来显示FBS-TC6所检测到的温度值，也就是FBS-TC6测量现场所得到的测量值经过转换得来的，之要经过转换，是因为FBS-TC6测量现场所得到的测量值是一个工程值，要想显示实际的℃温度，就必须转换。该处需要注意一个问题，触摸屏里面的小数点只是个假象，参与程序运算的实际上是个整数，比如触摸屏设值33.3，那么在PLC中参与运算的则是333.
3.2.4PLC温控程序的思路
目前来讲PLC控制温度为科学的方法应当是PID控制法。PID控制器的参数整定是控制系统设计的核心内容。它是根据被控过程的特性确定PID控制器的比例系数、积分时间和微分时间的大小。PID控制器参数整定的方法很多，概括起来有两大类：一是理论计算整定法。它主要是依据系统的数学模型，经过理论计算确定控制器参数。这种方法所得到的计算数据未必可以直接用，还必须通过工程实际进行调整和修改。二是工程整定方法，它主要依赖工程经验，直接在控制系统的试验中进行，且方法简单、易于掌握，在工程实际中被广泛采用。
PID控制器参数的工程整定方法，主要有临界比例法、反应曲线法和衰减法。三种方法各有其特点，其共同点都是通过试验，按照工程经验公式对控制器参数进行整定。但无论采用哪一种方法所得到的控制器参数，都需要在实际运行中进行后调整与完善。现在一般采用的是临界比例法。利用该方法进行PID控制器参数的整定步骤如下：
(1)预选择一个足够短的采样周期让系统工作；
(2)仅加入比例控制环节，直到系统对输入的阶跃响应出现临界振荡，记下这时的比例放大系数和临界振荡周期；
(3)在一定的控制度下通过公式计算得到PID 控制器的参数
PID温控系统常见的一些问题和对策：
1.加温很迅速就达到目标值，但温度过冲很大
分析：
A.比例系数过大，致使在未达到设定温度前加温比例过高。
B．微分系数过小，致使对对象反应不敏感。
对策：减小比例系数或增加微分系数。
2.加温经常达不到目标值，小于目标值的时间较多。
分析：
A.比例系数过小，加温比例不够。
B.积分系数过小，对恒偏差补偿不足。
对策：增加比例系数或增加积分系数。
3．基本上在控制目标上，但上下偏差偏大，经常波动。
分析:
A.积分系数过小，对即时变化反应不够快，反映措施不力。
B．积分系数过大，使微分反应被淹没钝化。
C.设定的基本定时周期过短，加热没有来得及传到测温点。
对策：改变积分系数，调整基本定时周期。
4． 受工作环境影响较大，在稍有变动时就会引取温度的波动。
分析：
A.积分系数过小，对即时变化反应不够快，反映措施不力。
B.设定的基本定时周期过长，不能及时得到修正。
对策：改变微分系数，调整基本定时周期。
3.3马达调速的实现
触摸屏，PLC，变频器实现马达的调速，有以下几点：1，通过触摸屏输入马达速度的设定值和显示马达的当前速度。2，用PLC的模拟量输出模块FBS-4DA输出0-10V的电压控制变频器的输出频率。3，由变频器驱动马达运转及停止。
3.3.1PLC模拟量输出模块FBS-4DA的接线图
模拟量输出模块的作用是将PLC给出的数字量转换为模拟量信号并输出电压或电流的装置，下图是永宏电机FBS-4DA模拟量输出模块的接线图。O0+和O0-端子输出的0-10V电压连接到变频器的0-10V模拟量输入端子上，来控制变频器速度。
图3.7 FBS-4DA模拟量输出模块接线图
3.3.3 触摸屏速度控制画面
下图是触摸屏的速度控制画面，主要用来控制各马达的速度。OFF这牌按钮是用来启停相对应得马达的开关。A处的按钮用来设定和显示马达频率设定值。B处显示马达当前运行的频率。《加速》和《减速》按钮分别用来在运行时对马达频率进行微调。
图3.9触摸屏的速度控制画面
《马达频率设定值》是触摸屏对PLC主机给出的现场所需的马达频率，为一个现在值，需要根据实际情况通过PLC主机程序运算得到一个0-250的工程值，把这个工程值赋予FBC-4DA模块，再由FBS-4DA模块转换为模拟量电压或电流来控制变频器。在这里同样要注意触摸屏的小数点问题。
3.3.4 变频器的接线及设置
变频器接线示意图：
图3. 10 变频器拖动负载示意图
变频器的设置
不同品牌的变频器参数设置方法各不相同，但万变不离其中，主要有以下几个方面：
1. 设定频率指令来源，本工程应设定为主频率输入由模拟信号DC 0- +10V 控制（AVI）。
2. 运转指令来源，本工程设定为运转指令由外部端子控制。
3. 马达停机方式，本工程设定为自由停车。
4. 高操作频率，本工程设定为100HZ。
5. 高输出电压，本工程设定为220V。
一些比如加减速时间，禁止反转等功能也需要根据实际情况进行设定。