西门子6ES7214-2AS23-0XB8参数选型
并条机系统概述
棉条在变成粗纱、细纱的过程中，被成百倍的牵伸，其很短范围内的重不匀将影响很长范围内纱的质量。粗纱前的梳棉和并条过程是改善棉条重不匀，进而显著改善成纱质量的关键工序。并条工序处在改善棉条重不匀的后环节，其自调匀整控制的效果将直接影响成纱质量。对并条机的自调匀整而言，主牵伸电机、辅助牵伸电机和条筒电机都需要进行控制，自调匀整的效果主要取决于主牵伸电机和辅助牵伸电机之间速 比的合理调节。条筒电机需要按照一定的速度与主牵伸电机和辅助牵伸电机同步启动和停止，条筒电机带动条筒的转动，以保证棉条均匀缠绕在条筒中，其速度控制精度对棉条的质量没有大的影响，主牵伸电机和辅助牵伸电机的快速和jingque控制应该为研究的重点。
邦纳PLC和HMI概述
美国邦纳是国际的传感检测和自动化技术专家。公司BSP01系列PLC、THM系列人机界面特别适合在纺织机械领域使用。
BSP01系列可编程逻辑控制器结构紧凑，性能zhuoyue，功能丰富 ，通讯强大.A系列是高性能控制器，具有高的运算速度，大的程序容量，更多的应用指令，及更高的脉冲输出和高速计数功能。PLC多可以扩充3个通讯端口，并具有Computerbbbb，Databbbb和远距离输入输出功能三种特殊的网络通讯功能。THM人机界面性能zhuoyue，外观精美，产品系列齐全。除了具有监视、操作、储存数据的基本功能外，还支持与大多数品牌的控制器、PLC、变频器等设备的通讯。在工厂自动化和过程自动化的各个领域都有广泛的应用。
自调匀整控制系统结构
在高速并条机的自调匀整控制中，从棉条被检测到相应的检测点到达变速点，中间有一个延时过程。该延时过程的jingque控制是决定开环自调匀整控制效果的一个关键因素。这个延时相比于自调匀整的控制周期很大，该系统是一个典型的纯滞后大延时环节。该延时与系统速度有关，系统的模型未知，难以采用史密斯预估延时法。如果采用传统的定时查询法，CPU的大量时间耗费在查询上，系统运行效率低、精度不高自调匀整所能控制的片断的长度也降不下来。可以利用硬件在等位移条件下触发中断以实现与速度无关的jingque延时，大大提高CPU效率，并能实现并条机全程自调匀整控制。
并条机自调匀整硬件结构如图4所示，控制系统是主从式控制结构，工控机为主，PLC为辅。主要的控制功能：棉条的自调匀整在工控机中实现，PLC主要实现系统的逻辑控制，如自动换筒等，使工控机控制程序得以简化，提高了系统的可靠性。通用工控机、邦纳BSP01系列PLC、两个伺服驱动器及1变频器之间通过通讯进行控制；触摸屏和PLC之间通过串口通讯，棉条的厚度由三个压力传感器测量，并通过工业控制计算机中的数据采集卡进行采集，进行自调匀整控制。
控制要点
并条机自调匀整的控制方式可分为开环、闭环和混合环三种形式。开环系统属针对性匀整，适合短片段不匀，闭环系统适合长片段不匀，混合环系统能兼长短片段不匀，但机构复杂，制造精度要求很高。并条工序对控制成纱重量不匀和重量偏差指标有非常重要的把关作用，对匀整的针对性具有较高的要求。
并条机的检测结构如图5所示，R1, R2, 和 R3分别代表前罗拉（由主牵伸电机带动）、后罗拉（由辅牵伸电机带动）和给棉罗拉（通过传动机构：皮带轮与R2保持恒定的速度比）。S1, S2,和 S3 是三个棉条厚度传感器， S3用于开环控制，S2用于闭环控制，S1用于波谱分析，B是喇叭口。主要通过合理调节R1与R2的速度比来达到自调匀整目的。为了改善棉条的不匀度，便于速度的调控，这里保持R1的速度不变，通过调节R2的速度实现自调匀整。因为是采用模拟量控制牵伸电机，改变输出到R2的电压大小，就能调节R2的速度达到自调匀整的目的。
棉条的质量取决于两点：一是主、辅牵伸电机以及条筒电机三者的同步性，另一点即是三者之间合理的速度比。三者之间的合理的速度比通过后述的控制策略获得。而三者的同步性依赖于硬件的快速响应和软件的合理性，硬件的特点在前面已述。
对于并条机而言，开环控制可以消除死区，对来自牵伸系统干扰的影响无能为力，系统的稳定性较弱；闭环控制可以抑制干扰的影响，系统有着较强的鲁棒性，但不能消除死区。
并条机的控制过程是一个非线性，动态变化的过程，容易受到外部干扰(牵伸波，噪声等)，很难建立统一的数学、物理模型。为了消除死区，降低干扰的影响，提高系统稳定性，本文采用短开环和长闭环的混合控制模式，如图6所示。
开环的目的是避免死区并获得控制基本量uo，闭环的目的是抑制干扰，得到控制校正量△uc修正控制基本量uo。开环控制器和闭环控制器是并条机控制系统的核心。涉及的变量及其关系解释如下。
图6 并条机混合环控制策略
工艺配置分析
1． 合理选择总牵伸倍数：并条机的牵伸范围较大，为5～15倍，在实际生产中，应根据实际工艺条件和质量要求，合理选择总牵伸倍数。因为喂入须条在牵伸过程中产生附加不匀的纤维的移距偏差会随着牵伸倍数的增大而增加，而移距偏差的增加势必会影响牵伸质量，在实际生产中总牵伸倍数的选配不宜太大，一般而言，6根并合时在7倍以下，8根并合时在10倍以下较为适宜，否则，将不利于改善棉条条干水平。
2． 棉条定量的设定：牵伸机构设置较为合理，对棉条定量的适应性较大，但配置的定量也不能太大，以避免因棉条定量过大导致须条间产生分层现象，影响棉条质量。
3． 合理选择主牵伸区罗拉隔距：通常采用摇架弹簧加压形式。在保证加压充分的前提下，为了大限度地减小较短纤维的浮游动程，改善主牵伸区的牵伸质量，提高棉条条干水平，主牵伸区罗拉隔距以偏小掌握为宜。纺制长度整齐度较好的纤维时，主牵伸区罗拉隔距可适当放大。
4． 合理配置后区罗拉隔距和后区牵伸倍数：后区牵伸的主要作用是使喂入的条子略带张力，使纤维伸直，使须条具有一定的紧密度进入中区，再由中区进入主牵伸区后能够稳定牵伸，提高牵伸质量。后区牵伸倍数和后区罗拉隔距对棉条条干的影响较为明显，可结合加压压力、纤维性能及纺制品种等进行优选配置。
5． 选好压力棒位置：压力棒位置由二胶辊的前冲量和后移量来确定。在实际配置工艺时，可根据生产条件，对压力棒位置进行优选。
6． 合理确定托棉板入口大小：托棉板入口的大小要根据条子的定量和喂入根数确定，一般情况，8根并合时为12～16mm，6根并合时为9～13mm，也可根据实际情况随时调整，以保证喂入条子既不发生重叠又于分散为原则。
作为自动化行业的者，美国邦纳将利用几十年产品研发与应用经验，结合邦纳传统的优势产品：光电传感器系列、工业智能指示灯系列等等，与邦纳PLC控制器及HMI人机界面相集成，配合这些检测、信号传输等产品，为用户提供简易完整、强大稳定、可靠安全、灵活开放的解决方案，广泛应用在水处理、冶金、石油天然气、煤矿，水泥、印包、钢铁、电子、汽车、地铁、纺机等要求苛刻的现场环境中，为广大机器制造商和终用户提供完整、简易，开放，集成和灵活的自动化解决方案。
1 引言
寒地水稻是我国北方地区大面积种植的作物，寒地水稻的种植技术日趋成熟。寒地水稻的整个生长过程可粗略的分为两个阶段，即温室育秧阶段、田间生长阶段。在温室育秧阶段对水稻的产量有着决定性的影响，农业专家曾经说过“秧好8成粮”。寒地水稻育秧阶段的重要过程是浸种、催芽。
浸种催芽设备实现了水稻浸种催芽的智能化控温控水，全自动化设定，科学严格的保证了水稻种子浸种催芽的所需条件，为水稻芽种生产提供了科技方向。根据当前垦区水稻标准化生产的需要，为实现水稻生产全程机械化，针对水稻浸种、催芽生产过程中机械化程度低、劳动强度大、生产标准不规范等情况，浸种催芽设备能根据种子浸种催芽所需的温度自动调控，使种子受热均匀，出芽一致。普通方法浸种需要10—11天时间，催芽需要2—3天，浸种催芽设备由于科学调节温度和水量，全程智能化监控，可使浸种时间缩短为8天，催芽时间缩短为24小时，大大提高了工作效率。
浸种催芽设备采用多箱结构，在浸种、催芽两工艺流程中采取种子不出箱的办法来完成，也就是当某箱完成浸种时，由控制参数改变将其转换为催芽箱。系统控制准备水箱的水温，工作时跟据浸种、催芽箱的测量温度参数采用注水的方法，来完成调节浸种、催芽箱内温度。
现以黑龙江建三江海博工贸有限公司为例。
技术特点
浸种催芽设备从技术上能够准确的保证水稻的浸种质量。浸种催芽设备的技术特点如下：
1、采用智能恒温控温仪可实现控制点及精度可调，调整分辨率±0.1℃；
2、采用智能多点测温保证测量温度与真实温度差不大于±0.5℃；
3、采用PLC智能计算控温保证控制温度与真实温度差不大于±0.5℃；
4、采用传感器智能补偿技术是根除仪器及传感器的离散问题；
5、采用多传感器测量技术可做到浸种箱内多部位的检测温度；
6、采用计算机技术实现部件工作状态可预制；
7、采用玻璃钢水箱整体保温克服箱内边缘温度与内部温度超差及实现节能。
2 催芽浸种设备工艺流程
一、调水工况
二、浸种工况
1、调水
2、浸种箱注水
3、浸种箱温控
4、浸种结束
三、催芽工况
1、破胸准备
2、破胸工况
3、催芽工况
四、结束
浸种、催芽工况结束后通过浸种、催芽箱后面的出水阀把剩余的水排除。待用于下次使用。
3 PLC控制系统设计
浸种催芽设备自动监控系统实现对各个浸种催芽箱的阀门、水位、温度控制；锅炉的阀门、温度控制；水箱的阀门、温度、循环泵控制；工艺数据采集（如水内PH值检测）、数据通讯及上位监控和管理等。
基于“集中管理，分散控制”的模式，数字化、信息化环保工程的思想，着眼于企业“管控一体化”信息系统的建设，建立一个先进、可靠、高效、安全且便于扩充的集过程控制、监视和计算机调度管理于一体并且具备良好开放性的监控系统，完成对整个工艺过程及全部生产设备的监测与自动控制。我们采用以和利时公司LM系列可编程控制器PLC为现场集控系统，实现对各个浸种催芽设备分控站的自动控制和数据采集。
3.1 控制系统结构
整个系统设1个中央控制室、8个浸种催芽设备PLC分控制站。浸种催芽设备分控站由可编程序控制器（PLC）及触摸屏组成，对本地浸种催芽设备实现自动控制、数据采集及数据传送。中央控制室、浸种催芽设备分控站之间的数据通讯采用成熟的TCP/IP通讯技术。
系统结构图如下：
图3-1 系统结构图
3.2 PLC系统配置
PLC系统由LM3109 CPU模块、LM3403 TCP/IP通讯模块及LM3223开关量输出模块组成，配置和利时HT6000系列触摸屏，实现就地自动控制。
1、LM3109CPU模块：集成一体化模块，自带40点数字量I/O，提供24路DC24V输入/16路继电器输出。具有1个RS232和1个RS485通讯接口，支持专有协议/ModbusRTU协议/自由协议。
2、LM3403 以太网扩展模块：通过连接本模块，使得LM系列PLC作为MODBUS/TCP从站被连接到局域网中 。
3、LM3223 继电器输出模块：提供16通道继电器型输出，额定负载电压为DC24V或AC24－－220V，输出开关容量为2A。
4、采用HT6000系列触摸屏，尺寸从5.7″到15″可选，集成多路通讯口，内部集成配方存储卡，HT6000系列配方卡为256KB，可实现数据、历史操作记录、历史趋势图断电保存等，方便用户查询。
以8箱体单炉浸种催芽设备为例，输入输出信号清单如下：
表 4-1 输入输出信号清单
3.3 系统网络
中央控制室与各远程PLC控制站之间通过星型结构局域网络来实现数据通讯。局域网络的主要设备为交换机或集线器，主要完成PLC与中央控制室数据传输转发的任务。主要设置的参数如下：
1、与PLC LM3403模块TCP通讯接口参数，包括IP地址、子网掩码、网关及输入、输出区大小设置。
2、中央控制室工控机完成计算机IP地址设置，组态软件通讯PLC配置。
3、星型结构局域网。星型网络几乎是Ethernet（以太网）网络专用，它是因网络中的各工作站节点设备通过一个网络集中设备（如集线器或者交换机）连接在一起，各节点呈星状分布而得名。这类网络目前用的多的传输介质是双绞线，如常见的五类线、超五类双绞线等，距离超过100米时，采用光纤通讯。
3.4 监控系统功能
3.4.1 中央控制室功能
中央控制室内选用研华工业级计算机，配备不间断电源，现实短时间的掉电保持保护；提供大屏幕显示（液晶电视），把计算机的画面显示在大屏幕上，供操作员外的其他人员了解育种进程。
上位软件选用和利时HollyView组态软件，实现对现场数据的实时监控，提供友好的画面显示，具有数据报表、数据历史查询、温度趋势曲线、故障报警记录、远程控制管理等功能。大大减少人员的现场操作，实现工业级别的全自动监控。
配备打印机设备，打印历史记录，提供数据分析的依据。提供USB接口，对历史数据可以拷贝保存。
可在控制室内完成中央控制和现场控制切换，手动控制和自动控制切换，工艺参数设定及修正，权限控制等操作。
3.4.2 现场PLC控制站功能
PLC采集设备数据的方式有两种：一种是通过I/O点的方式监控设备的阀门、电机、液位状态；另一种是通过RS485通讯的方式采集设备的多路温度信号。
浸种催芽过程以温度为主要参考条件，通过一定的逻辑关系，实现对系列阀门及电机的控制，科学严格的保证水稻种子浸种催芽的所需条件。
配置现场级触摸屏HT6A00T与PLC通讯，显示设备实时数据，实现设备就地控制。就地控制独立于中央控制室，在中央控制系统故障时，也可单独控制设备。
4 结束语
基于和利时LM系列PLC可编程控制器的浸种催芽设备监控系统，实现了浸种催芽设备安全、稳定运行，提高了生产线运转的可靠性，大幅度提升了其性能。为垦区水稻标准化生产奠定了基础，大大提高了浸种催芽工作效率。