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一、系统概述
FA506型细纱机是目前成纱质量好，自动化程度高，操作简单，便于管理的环锭细纱机，适用于纯棉或化纤的纯纺和混纺的细纱工序，尤其采用PLC作控制器，不但提高了控制精度，解决了生产管理方面存在的缺陷，大大降低操作者劳动强度；锭子曲线控制也提高了纱线的质量，保证了纱锭成型，提高了全机的产量。
系统设计特点:
1、用PLC控制整个纺纱过程，具有程序开车、钢领板自动升降、中途停车后自动跟踪开车、自动落纱、自动留头等。
2、设定纺丝的工艺参数，依据工艺要求自动协调控制；实现定长落纱和锭子速度曲线控制。
3、 显示纺纱过程的锭速、牵引倍数、细纱号数、捻度以及班产累计等。
4、 采用数字通信，提高了系统的抗干扰性。
二、系统硬件
电气控制系统包括：数字量输入及数据检测部分、可编程控制器部分、执行机构、人机界面。见图一
1、 数字量输入及数据检测部分：
1） 各种数字量开关包括开停车开关、功能开关，用于开停车与实现工艺要求的各种功能动作。
2） 三自动检测部分由关主电机、下钢板、刹车传感器构成。其作用为当落纱开始后能自动适位停车、自动留头、为重新开车降低断头创造条件。
3） 数据检测部分由主轴、前罗拉、后罗拉传感器组成。其作用是自动检测纺纱过程中主轴、前后罗拉的运行数据，为计算班产量、锭速、牵引倍数、细纱号数、捻度等工艺参数以及为锭子速度曲线控制提供数据。
2、 可编程控制器（PLC）部分：该部分主要由永宏FBs-60MC主机与扩展模块构成，可编程控制器专为工业环境而设计的通用自动化装置，它吸取了微电子技术、计算机技术及自动化技术的新成果，采用可编程的存储器，实现逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算，并通过数字式、模拟式的输入和输出控制各生产过程，永宏FBs-60MC主机有16点数字量输入、24点数字量输出，可带7个扩展模块，本系统设计所有数字量输入全部由主机完成，模拟量输入由扩展模块有FBs-6AD 完成
3、 执行机构包括主电机、吸风电机、钢领板升降电机、自动润滑装置、自动清洁装置、变频器、落纱电源等，用于完成纺纱过程的全部工艺动作。其中变频器锭子速度控制由变频器、锭子传动部分、主电机构成。其作用是变频器根据PLC的指令（锭子速度控制曲线）自动调整锭子运行，提高纱线质量和产量。
4、 人机界面采用TP27触摸显示屏做人机界面，完成参数设定、显示，可直接设定锭子运行曲线，实现控制柔性化。并能根据工艺要求修改参数。TP27与PLC之间以PPI协议通讯。
二、 软件设计：
电气控制软件分为：控制主程序、参数设定显示子程序、计算采样子程序、数字通讯子程序和锭子运行曲线子程序。
1、 控制主程序软件主控制程序部分，依据工艺要求编制的程序，上电后自动检测各开关量和传感器输入的数据，完成整个纺纱过程自动控制和调用子程序。
2、 参数设定显示子程序主要依据TP27配置完成参数设定显示，包括班次设定、错误设置提示，总产量、班产量累计显示、锭子速度、前罗拉速度、牵引倍数、捻度、产量、细纱号数等参数显示。其中参数设定菜单程序结构见框图二
3、 计算采样子程序主要依据主轴、前罗拉、后罗拉数据检测传感器采样结果以及设计参数完成系统计算，用以完成各类显示参数的计算及定长落纱等功能。
4、 数字通讯部分和锭子运行曲线子程序主要采用自由口通讯协议完成与变频器的数据传输。通讯设置自由口通讯控制寄存器设置为自由口通讯方式，程序通过接收中断和发出中断以及发送指令XMT控制通讯口的操作，在自由口通讯方式下通讯方式由程序梯图控制。通讯设置还定义了波特率、校验方式和数据长度等。为了使锭子运行曲线平滑。在设定的点与点之间采用数学建摸的方法拟合发送参数，该部分程序框图见图三。
三、 通讯设计：
该控制系统大特点是应用数字通讯方式完成TP27与PLC以及PLC与变频器之间的数据传输。PLC的Prt0口与TP27连接，以PPI协议通讯完成参数设定显示，Port1口与变频器相连，以自由口协议通讯完成锭子运行曲线控制，以往我们进行锭子速度曲线控制时只能选用模拟量来控制变频器运行，这样硬件成本高且控制精度较低。采用数字通讯后，硬件仅为一条屏蔽线，抗干扰能力增强，为实现联网传输控制参数提供了条件，降低了控制成本;数字通讯高精度、高可靠性和低成本极大的提高了机器性能比和市场竞争能力。
四、应用效果
FA506型细纱机控制系统前身采用PLC开关量控制和协议参数仪构成，全机控制精度低，可靠性和抗干扰性能差，系统成本高。采用永宏FBs-60MC系列PLC构成系统后，全机控制采取数字通讯方式，控制精度高，可靠性和抗干扰性能大为提高。利用“提高软件设计水平来降低硬件投入”原则，极大降低了系统成本，单机实现成本降低达控制系统的10％左右，极大提高了产品盈利能力，市场前景十分广阔。
在工业控制系统中，PLC作为一种稳定可靠的控制器已经得到了广泛的应用。由于中小型PLC的人机接口功能不很完善，不能提供给用户一个友好的交互界面，妨碍了对现场运行过程的跟踪与监控。
PLC实际工作中，通常人们采用4种装置为PLC配置人机界面：编程终端、显示终端、工作站及个人计算机。编程终端主要用于编程与调试，其监控功能相对较弱。显示终端的功能比较单一，主要用作现场显示。工作站系统很受用户欢迎，它功能全面、使用简单，但由于要配置组态软件，价格比较昂贵。个人计算机可配备多种语言，提供优良的软件平台，开发各种应用系统，特别是动态画面显示等，与PLC相结合组成一套PC-PLC监控管理系统，能够充分发挥它们各自的优点。在该系统中，关键的问题就是通信，用户对此须做较多的开发工作。
本文详细阐述了PC与PLC互连通信的一般方法，并以永宏公司的FATEK-FBSPLC为对象，以实际四层电梯模型监控系统为例，介绍了利用大家都熟悉的编程语言Visual Basic和Step7，实现PLC与上位计算机实时通信的通信过程。
2 通信方式
面对众多生产厂家的各种类型PLC，它们各有优缺点，能够满足用户的各种需求，但在形态、组成、功能、编程等方面各不相同，没有一个统一的标准，各厂家制订的通信协议也千差万别。目前，人们主要采用以下三种方式实现PLC与PC的互联通信：
(1)通过使用PLC开发商提供的系统协议和网络适配器，来实现PLC与PC机的互联通信。由于其通信协议是不公开的，互联通信必须使用PLC开发商提供的上位机组态软件，并采用支持相应协议的外设。可以说这种方式是PLC开发商为自己的产品量身定作的，难以满足不同用户的需求。
(2)使用目前通用的上位机组态软件，如组态王、InTouch、WinCC、力控等，来实现PLC与PC机的互连通信。组态软件以其功能强大、界面友好、开发简洁等优点目前在PC监控领域已经得到了广泛的应用，一般价格比较昂贵。组态软件本身并不具备直接访问PLC寄存器或其它智能仪表的能力,必须借助I/O驱动程序来实现。也就是说，I/O驱动程序是组态软件与PLC或其它智能仪表等设备交互信息的桥梁，负责从设备采集实时数据并将操作命令下达给设备，它的可靠性将直接影响组态软件的性能。在大多数情况下，I/O驱动程序是与设备相关的，即针对某种PLC的驱动程序不能驱动其它种类的PLC，组态软件的灵活性也受到了一定的限制。
(3)利用PLC厂商所提供的标准通信端口和由用户自定义的自由口通信方式来实现PLC与PC机的互连通信。这种方式由用户定义通信协议，不需要增加投资，灵活性好，特别适合于小规模的控制系统。
通过上述分析不难得出，掌握如何利用PLC厂商提供的标准通信端口和自由口通信方式以及大家所熟悉的编程语言来实现PC与PLC之间的实时通信是非常必要的。
3 FATEK-FBS PLC通信方式及原理
FATEK-FBSPLC内部集成的PPI接口为用户提供了强大的通信功能，可在多种模式下工作：PPI、Profibus-DP、自由口方式等。其中自由口通信方式具有特色，通信协议可完全由梯形图程序控制，通过它可以实现PLC与任何具有通信能力的设备进行互连，在本系统中选用自由口通信方式。
目前PLC与PC机的链接通信有两种方式，一种是PC机始终处于主导地位，数据的传送都由PC机定时发出命令，一种是PLC始终具有优先权。在本电梯模型监控系统中所有的控制信号均为开关量信号，考虑到上位PC机仅实时显示电梯的运行状态，不需向PLC发送控制指令，采用第二种通信方式。利用PLC循环扫描的特点，设备状态一旦改变，PLC立即检测到，并将反映系统状态变化的数据存入指定的数据缓冲区，通过XMT发送指令，将数据通过COM口发至上位机。每个系统的状态对应于数据缓冲区中的一个指定字节，所存储数据均为16进制数据，为保证通信过程的可靠性，上位机对所接受到的数据进行首尾字符校验，如果校验成功，则说明接收到的首末字节之间的数据是正确的，从而进行处理，否则，放弃这批数据，要求对方重发。
4 应用实例与程序设计
(1) 系统构成
FATEK-FBSPLC内部集成的PPI接口物理特性为RS485，而上位机的标准串口为RS232，为了实现两者的通信必须进行协议转换，永宏公司提供的PC/PPI电缆带有RS232/RS485电平转换器，再不增加任何硬件的情况下，可以方便的实现二者的互联和协议转换。
作为控制器的FATEK-FBSPLC利用电梯模型自带的电源线实现与四层电梯模型的互连，该电梯模型为教学试验装置，具备一般电梯的基本功能。硬件连接如图1所示。
图1 硬件连接示意图
(2) PLC部分编程
① 自由端口的初始化
在自由口通信模式下，通过设置特殊存储器SMB30（端口0），来为自由端口通信选择波特率、奇偶校验和数据位。这些设定必须与PC机设定值相一致。其格式如下：
SMB30
pp为奇偶校验选择，d为数据位选择，bbb为波特率选择。
 00为无校验，0为每个字符8位，000为38 400
baud，001为19 200baud；
 01为偶校验，1为每个字符7位，010为9 600 baud，011为4 800baud；
 10为无校验，100为2 400baud，101为1 200baud；
 11为奇校验，110为600baud，111为300baud；
mm为协议选择：00为PPI协议，01为自由口协议，10为PPI/主站模式，11默认为PPI/从站模式。
② FATEK-FBS PLC实时向上位PC机传送数据
图2 下位机程序流程图
在对电梯模型控制中，所有的控制信号均为开关量，基于这一特点，系统状态的改变即为这些开关量信号状态的改变，可通过跟踪这些开关量信号的上升沿信号、下降沿信号的到来，做为系统状态改变的依据。据此在本系统中，通过对同一个开关量信号的上升沿、下降沿分别定义不同的16进制数的方式，来代表信号的产生与结束，当检测到这些信号产生时，便将这些数据存入指定的数据缓冲区中的字节中，并通过COM口发至上位PC机，产生发送完成中断，PLC延迟等待接收来自上位机的应答信号，通过分析存储在接收字符缓冲器SMB2中的数据，判断是否需要重新发送。下位机程序如图2所示。
1 引言：
选矿厂年产500万吨铁精矿，其磁选车间共有16个系列。作为车间过滤机水封水，长期以来一直采用生产新水。使用后水封水流入尾矿系统，造成资源浪费。该项目实施后，将水封水的回水收集到水封水池。由水泵加压后作为磁选设备的水封水。取代原来采用新水作为水封水，新水仅作为生产过程中水消耗的少量补充，达到节能及水资源循环利用的目的。
该系统还包含一套回水系统，本文只介绍水封水系统。
2 水封水系统过程简述
水封水系统2台水泵（1801、1802）1用1备，正常运行1台，具体运行那一台由操作人员根据水泵运行工况决定，水封水池（L101）一座。系统在正常运行时不允许停泵，水封水池（L101）应保持高水位（2.5m）以上，如低于此水位，需对水池进行补水。启/停泵由操作人员根据磁选车间生产情况决定；事故停泵根据极低液位（1.0米）自动控制（自动控制时）。
3 控制系统的设计
3.1 系统结构
水封水控制系统框图如图1所示。本系统（含回水系统）以Quantum系列PLC为下位机，天津（台湾）罗升“PWS3261-TFT，12”型触摸屏为上位机，配以检测仪表和执行仪表等，组成集检测、控制和管理等功能于一体的控制系统。并将此系统并入磁选车间已有的车间级PLC控制网络。在系统中，下位机负责数据的采集和控制。上位机负责系统的监控管理和控制参数的修改。
3.2 硬件配置
3.2.1 PLC部分
系统使用施耐德公司的Quantum系列模块化产品，10槽背板，140 CPU11302控制器，11A累加电源模块，离散量输入/输出模块均为220VAC。模拟量输入/输出模块140 AMM 09000、信号4~20mA ,4入2出。
3.2.2 人机界面
选用操作界面友好、编程简单、使用方便、与PLC连接通信效果好的天津（台湾）罗升PWS3261-TFT，12”型触摸屏实现数据输入和状态显示。这种方案可以简化面板的的设计、便于运行参数的修改、增加系统控制的灵活性，还可以减缩系统设计和调试的时间。
3.2.3 液位变送器和显示仪表
本系统为地下水池，故采用“E+H”超声波液位计对水池的液位进行测量，方便仪表的检修。液位显示选用普通的数字显示仪表。
4、系统自动控制流程
4.1 控制方式
系统通过控制柜上的选择开关和触摸屏可以选择手动、自动两种方式。在自动方式故障时，可以切换到手动方式，实现系统的低保障。
“手动”时，操作人员根据数显仪的液位值，利用控制柜上的操作开关对各个水池的液位进行调节。
“自动”时，由PLC根据超声波液位送来的液位信号和系统设定的液位值进行比较后，得出的结果对各个水泵进行操作。
4.2 自动控制流程简介
自动控制流程图如图2所示。开始通电后，PLC自动对系统进行参数设定，完毕后系统就根据系统设定的参数进行控制。根据水池液位的高低对水泵的起停进行控制，并且监控各台水泵的运行状况。
4.3 具体控制
先将所有水泵的机旁操作开关置为连锁（自动）状态。选定主泵（1801），通过控制柜面板上的转换开关完成。假定水池液位值正常（2.5m≤L101≤3.4m），由磁选
车间给出启泵信号，水泵（主泵）启动，若主泵故障，备用泵自动投入。水封水在磁选过滤机（系统）过程中会消耗一部分水，使水池液位逐渐降低，当液位低于系统设值的低液位（2.50米）时，系统报警，并打开补水阀补充新水。当水位达到高液位（3.4m）时关闭新水补水阀，保证水池不溢出，避免水资源浪费。当水位到达极高液位（3.8m）时，系统给出报警。系统正常运行时不允许停泵（保证磁选车间正常用水）。若需停泵由操作人员决定；自动停泵条件是水池为极低液位(1.0米)时，作为保护水泵的措施，水池应保持高水位2.5以上，如低于此水位，需对水池进行补水。
5系统优点
磁选水封水系统是为了充分利用磁选车间剩余的水封水，减少磁选车间水封水新水补充量。达到节能目的。PLC和触摸屏相结合，不仅可以实时地监控水封水系统各个环节的运行状态。当系统控制参数发生变化时，还可以通过触摸屏对PLC的控制参数进行设定。简单方便、实用，省去了通过编程器重新设定参数的过程。
6、结束语
本系统利用施耐德公司的Quantum系列的PLC和罗升PWS3261-TFT，12”型触摸屏实现了水封水和回水系统的智能控制。该系统与2006年8月开始实施，同年12月开始投入生产试运行。运行结果表明：该系统操作方便、控制灵活、质量可靠、功能强大，可以实时地监控各个系统的运行状况。主要还是能够方便地修改系统的控制参数。提高水封水系统的工作效率。