西门子模块6ES7231-7PB22-0XA8型号含义
本文主要介绍基于台达自动化产品的圆网印花机整体系统解决方案。台达圆网印花机整体系统解决方案，主要通过工业控制网络DeviceNet实现各色系的I/O控制；通过CANopen实现伺服数据的读写；通过独有的脉冲By-Pass功能实现12色伺服的同步控制。经现场实际生产验证，台达完善的工业控制网络，尤其是伺服内建独特动态误差修正功能可保证剧烈加减速不跑花。此系统方案的成功应用，有效地推动了国内圆网印花机的性能提升。
关键词：同步控制 相位调整 对花 电子凸轮 纠偏 DeviceNet CANopen
一、圆网印花机简介
1.圆网印花机原理
圆网印花机是一种使用圆形镍网在白色坯布上连续印制各色图案专用加工设备，工作原理类似套色印刷机。圆网印花机是筛网印花一种。如图1所示。
圆网印花机按圆网排列方式可分为：立式、卧式和放射式三种，其中使用普遍的是卧式圆网印花机。圆网印花机与其他设备组成联合机使用，一般印花车速为30～80m/min。广泛用于棉织物、化纤及其混纺织物和一般针织物、丝织物的印花。
图1 圆网印花机外观
2.印花园网规格参数：
印花圆网是在涂布感光胶的镍网上通过照相制网获得的。如图2所示。
圆网周长(D)：640mm、726mm、 820mm、 914mm、1018mm。
工作幅度(W)：1280mm、1620mm、1850mm、2400mm、2800mm、3200mm。
套色数目：6、12、16、20、24。
印品种类：机织或针织的纯棉、化纤即其混纺布、无纺布、毛巾布、植绒布、丝绸
车速：5～100 m/min
印花精度：0.1mm
图2 圆网外形图
3.圆网印花机主要装置功能
⑴进布装置：保证按要求的速度和张力将织物从布卷或布箱中无褶皱地导入到导带的准确位置上。
⑵印花导带：起作用在于将织物向前导送。
⑶对花装置：对花装置可使安装在网座上的所有圆网迅速组成一个完整的图案花型，共包含以下三个调整系统：
纵向调整：在印花过程中，通过圆网传动电机的差动，对圆网进行纵向调整；
横向调整：由一个对花电机带动减速机通过偏心块拖动网架，作横向调整；
斜向对角调整：由另一个对花电机带动减速机通过偏心块拖动网架，作斜向调整。
⑷圆筒镍网：简称圆网，由镍网胶接在闷头上制成，是印花的主要部件，通过刮刀将圆网图案转印至织物。
⑸烘房装置：主要用于印花织物的干燥。
⑹落布装置：把烘干的织物用正确的速度，以适当的张力从烘干部分送出，进入布箱。
4.设备工艺流程
圆网印花机主要工作流程，如图3所示。
图3 圆网设备工艺流程
二、控制系统设计原理
该系统涵括12台伺服、9台变频、25台HMI，为了便于系统控制和维护，每个色系均采用单独的PLC进行I/O点的控制。由于每个色系有1个bbbbb和5个OUTPUT,故选用DVP-14SSPLC，12个色系子PLC通过台达现场总线DeviceNet与主控PLC进行通讯。由于系统I/O点较多，且采用网络控制，主控PLC选用DVP32EH-L,圆网伺服的控制采用CANopen工业控制网络，实现与主控PLC的数据传输。导带由主控PLC通过模拟量实现速度控制，完成进步、烘房、出布。电机由同步控制器实现与主轴的同步控制。主控人机界面选用色彩绚丽、功能丰富的A系列10.4in超大屏幕触控面板，通RS485与主控PLC进行通讯，实现数据的采集与交换。
圆网采用具有网络型、高解析度、高响应的A2系列运动控制型伺服独立控制每色圆网。由于工艺要求12台圆网与主轴同步，本系统采用A2伺服内建电子凸轮功能和脉冲By-pass功能实现与主轴的同步控制。即主轴编码器直接输入12台伺服，实现所有圆网与主轴导带的同步。
三、台达系统应用解决方案
1.台达系统控制架构
本系统主要由台达B系列高端HMI、网络型PLC、变频器以及智能型运动控制伺服A2组成，其系统架构如图4所示。
图4 台达圆网系统控制架构
2.圆网伺服架构
圆网印花机主机部分是整个机台的核心工艺，工艺难点在于12轴圆网的同步控制。基于台达ASDA-A2系列高性能伺服驱动器的圆网主机控制系统，凭借其内置电子凸轮功能和强大的脉冲By-pass功能即可实现圆网的同步控制。运动控制程序有A2伺服单独完成，伺服与上位控制器之间采用CANopen网络通讯，实现逻辑控制。控制架构如图5所示。
图5 圆网控制架构
圆网点动对花设计
圆网对花：即在机台运转情况下，对印花位置进行调整补偿，此调整只能通过调整圆网来实现。如果花位超前，则需圆网减速，叠加负向偏差脉冲；如果花位滞后，则需圆网加速，叠加正向偏差脉冲。其工艺难点在于每次所叠加的速度和位置大小，因为圆网壁厚度仅为0.2mm,如果每次所叠加的速度或位置过大或过小，都有可能发生“扭网”或“断网”，而这两种现象都是不允许出现的。
对花分为粗对花和细对花，粗对花又包含点动对花和连续粗对花。点动对花主要采用凸轮+PR重叠方式执行，每次超前或滞后导带0.3mm；由于客户所要求印花精度为0.1mm，故细对花每次超前或滞后导带0.1mm,对花由操作人员手动完成。利用伺服事件触发(Event)PR程序，伺服PR规划如图6所示。
图6 伺服PR规划
3.HMI画面程序设计
主控HMI主要用于数据的采集，设备数据和状态的显示，以及机台控制按钮操作。圆网HMI除了规划基本机台控制功能外，通过人机配方功能在系统增加规格记忆与调用功能，此功能可记忆历史规格的套色数目、各色圆网的磁力大小、圆网尺寸、磁棒直径等必要信息，用户在下一做同等规格时，只需调用即可很方便地完成相关的设定。此功能在国产圆网系统为应用。为了减轻PLC的负担，对于规格参数的计算均采用HMI宏指令完成。（图7）
图7 HMI画面程序设计
4.PLC程序设计
⑴网络配置
对于DeviceNet和CANopenBuilder的配置，台达提供人性化编辑软件DeviceNetBuilder(图8),运用此软软可以简单迅速地完成整个网络的地址映射和配置。
图8 DeviceNetBuilder界面图
⑵园网单动程序设计
工艺要求在导带停止状态，即主编码器无脉冲送出的情况下，被选中圆网依然可以保持其原有相位以3m/min的速度运转，故此处利用CANopen网络控制P5-07触发PR#5以速度模式进行运转，以达到同步控制。
启动：写入P5-07=K5，即触发PR#5
停止：写入P5-07=K6，即触发PR#6
图10 圆网动作程序
四、台达圆网整体解决方案优势
1.整个控制系统采用CAN工业控制总线具有节省配线、降低成本、提高性能、方便维护等特点。
2.圆网采用高性能运动控制伺服，整个印花动作伺服单独处理;1kHz响应频宽，独有动态误差修正，保证加减速过程无跑花。
3. 经现场测试，台达控制系统可实现80～100m/min车速，印花精度≤0.1mm。
台达圆网印花机整套集成系统解决方案的成功应用，表明台达对此类行业机械的工艺流程有了更加深入的了解，可以为更多的印染行业客户提供低成本、高性能、优化的系统解决方案。
0 引 言
随着电子技术的发展，可编程序控制器（PLC）已经由原来简单的逻辑量控制，逐步具有了计算机控制系统的功能。在现代工业控制中，PLC占有了很重要的地位，它可以和计算机一起组成控制功能完善的控制系统。在许多行业的工业控制系统中，温度控制都是要解决的问题之一。如塑料挤出机大都采用简单的温控仪表和温控电路进行控制，存在控制精度低、超调量大等缺点，很难生产出高质量的塑料制品。在一些热处理行业都存在类似的问题。为此，设计了较为通用的温度控制系统，具体系统参数或部分器件可根据各行业的要求不同来进行调整。系统采用罗克韦尔SLC500系列PLC，通过PLC串口通信与计算机相连接，界面友好、运行稳定。
1 系统构成
基于PLC的温度控制系统一般有两种设计方案，一种是PLC扩展专用热电阻或热电偶温度模块构成；另一种是PLC扩展通用A/D转换模块来构成。
1.1扩展热电阻/热电偶模块
在SLC500控制器扩展模块中，有集温度采集和数据处理于一身的专用智能温度模块——热电阻/电阻信号输入模块（1746-NR4）。在此模块中温度模拟量产生对应的16位A/D数字值，其对热电阻变送的温度信号的分辨率约为1/8度，控制器在数值处理中可以直接使用模块的转换值，无需在硬件级电路上作其他处理。热电阻温度模块的使用十分方便，只需要将热电阻接到模块的接线端子上，不需要任何外部变送器或外围电路，温度信号由热电阻采集，变换为电信号后，直接送人温度模块中。热电偶/毫伏输入模块（1746-NT4）的功能与热电阻/电阻信号输入模块（1746-NR4）类似。系统如图1所示。
图1 扩展温度模块的温控系统
1.2扩展通用A/D模块
在PLC温度控制系统中，可以用通用模拟量输入输出混合模块构成温度采集和处理系统。通用A/D转换模块不具有温度数据处理功能，温度传感器采集到的温度信号要经过外围电路的转换、放大、滤波、冷端补偿和线性化处理后，才能被A/D转换器识别并转换为相应的数字信号。SLC500系列PLC常用的模拟量输入输出混合模块有——2路差分输入/2路电压输出模块（1746-NIO4V），其A/D转换为16位。由A/D转换模块构建的温控系统不但需要外加外围电路，其软件和硬件的设计也比较复杂。系统如图2所示。
图2 通用A/D转换模块温控系统
2输入输出控制
比较而言用温度模块1746-NR4构建的PLC温控系统具有较好的控制效果。SLC500控制器的输入通道中一个热电阻模块多可以接4个温度热电阻温度传感器。输出通道为模拟量输出模块（1746NIO4V），其输出信号是电压信号，可以通过电压调整器控制电源的开度（即一周期内的导通比率），从而控制电源的输出功率。
在被控对象要求较高的控温精度时，SLC500控制器可以采用PLC自身具有的PID指令进行PID控制算法的研究。SLC500系列PLC的PID指令使用下列算法：
输出＝Kc[（E）＋1/Ti∫（E）dt＋Td•D（PV）/Dt] ＋bias
程序设计时，输入PID指令后，要输入控制块，过程变量和控制变量的地址。对于SLC500PID指令，过程变量（PV）和控制变量（CV）两者的量度范围为0到16383。在使用工程单位输入时，必须把用户的模拟量范围整定在0-16383数字量度范围之内，为了实现这个目的，需要在PID指令之前使用数值整定指令（SCP指令）进行整定。整定原理如图3。
图3 数值整定原理
整定了PID指令的模拟量I/O范围，用户就能输入适用的小和大的工程单位。过程变量，偏差，设定点和死区将在PID数据监视屏上以工程单位显示。图4为PID指令的设置界面，表1为PID指令各参数的说明。
图4 PID模块在线参数设定与标志位
表1 PID模块参数说明
一般温控系统的控制算法可以采用分段式PID控制，即在系统工作的大多数时间内，为PID控制，其参数由10%电源开度下的温度飞升曲线测得。在温度响应曲线的由初态向设定点的上升段过程中，大致采用三段控制。置电源为满开度，以大的功输出克服热惯性；转入PID控制；接近设定点时置电源开度为0，提供一个保温阶段，以适应温度的滞后温升。基于以上要求，PID指令各参数可设置如表2所示。
表2 PID模块参数设定
温控系统中热电阻模拟量输入模块的电压信号范围一般是0～4124，SCP指令把它整定为0～16383的工程单位，将其值放入PV（过程变量）的内存地址N7∶38中，把控制输出值放入N7∶39当中。后用MOV指令把N7∶39中的过程变量传递到1746NIO4V模拟量输出模块中。控制效果如下：（1）SP－PV≥50时，输出值为大值32767，使电压调节器开度大，即给加热器大电压供电，使被测对象温度快速上升。（2）SP－PV＞－30和SP－PV＜50时，输出为PID控制输出，此范围为PID参数调节的范围。（3）SP－PV＜－30时，输出值为小值0，电压调节器开度为零，即停止加热。