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气流纺织为传统成熟的纱线纺织技术.随着纺织行业对纱线的品质要求的提高,对绵纱的丝纺控制愈加细微,于是如纱线的接头长度﹑支数﹑张力等成为纱纺的关键指针.
针对以上要求,国内纺织制造业正以性能更可靠﹑更稳定的PLC逐步取代国外流行以单片机为控制核心的纺纱系统,随着人机接口-触摸屏﹑变频器的应用推广,一些超前的企业及时地将人机接口﹑变频整合在该行业电气控制系统中,为精彩jingque的控制增添新的亮点.如该行业的先头代表企业之一浙江省***机械公司开发的型号***气流纺织机,就全部采用了台湾DELTA公司(中达电通股份有限公司)的PLC,矢量型变频器(VFD-B),节能专用风机﹑水泵型变频器(VFD-P)﹑触摸屏(PWS-3760)等主要电控产品,具体电气控制示图如下:
由以上视图可清晰看出,该系统采用单台人机接口-触摸屏通过RS-485总线,实时对PLC进行监控﹑参数调整﹑断纱自动报警等多项功能.本系统的PLC通过调整160多个电磁铁开合时间来实现纱线接头长度及纱线支数的调整
,由于受电磁线圈消磁特性及纱线粘度﹑引纱电机的速度等综合影响,电磁铁的开合时间亦通常有0.02-0.06秒的卫小调整来满足生产的需要.该系统单台人机接口的点睛运用控制工程网版权所有,在有效控制成本的基础上
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,极大地提高了生产效率及生产工义指针.该系统PLC的I/O共计996点,面对如此庞大的系统设计及其成本的压力,设计者却一反传统的大而大做CONTROLENGINEERINGChina版权所有,巧妙地利用DELTA公司PLC(自带485口)及人机接口共同支持MODBUS协议的特点,根据纺纱工义的要求,将996点分为10台PLC主机的小系统,仅用双绞线将传统的10台PLC与人机接口连为统一的"大系统",真正做到了大系统小设计.
在一个负载不断变化的引纱﹑喂给主轴上,实现纱线的支数稳定地控制,无疑都会采用速度死循环控制来实现,但在一定的物质成本限制下而达到高品质的控制,将是乃至明天甚至将来工业控制的高境界.而该系统全部采用DELTA公司的B型矢量变频器,该型变频器在有效控制励磁电流﹑转矩电流的基础上控制工程网版权所有,利用PG速度反馈卡,轻松简单地实现纱线支数的稳定控制.整条生产线的不间断的气流控制上也选用了DELTA公司P系列风机﹑水泵专用型变频器,而根据风机阻力与转速平方成正比特性开发的P型专用变频器,结合现场断纱的非性﹑非连续性,进行有级控制进风流量,使该套设备在用户使用不足一年中即可回收所有变频器的成本.
更引人注目的是,以上示图中,首例利用人机接口-触摸屏COM2(DELTA公司的人机接口INTERFACE为2S/1P)口与三台变频器直接通讯,彻底摆脱了"变频器 PLC触摸屏"的传统模式.该系统精心大胆的设计www.cechina.cn,主要利用了DELTA公司人机接口的宏功能(综合数据处理﹑逻辑运算﹑通讯等功能),用软件开放出一自由协议口,使不同协议的智能单元能够在一个控制平台上实现相对统一和整合,减轻了同一总线上的通讯负荷和风险.在实际应用中,该系统的引纱﹑喂给电机的频率及相互匹配系数,可直接通过触摸面板快捷地调整和电流的实时监控,并且使线上所有10多台PLC程序严格的一致,增加了PLC应急互换性,实现了多层控制单一化,复杂简单化.
纵观整个控制系统,简洁﹑准确﹑节能﹑人性化的设计风格无不透着现代设计者的匠心独具.也折射出新世纪传统控制产业的方向和主流.
本文介绍了触摸屏结合PLC在变频节能系统中的应用CONTROL ENGINEERINGChina版权所有，并对该系统中的触摸屏页面设计和PLC的原理及作用进行了分析。
1、引言
近几年，随着微电脑技术的不断进步，人们对自动化控制系统要求越来越高，采用现代自动化控制技术对减轻劳动强度、保证工程及产品质量、加快施工速度、提高劳动生产率和降低生产建设成本起着很重要的作用。触摸屏结合PLC在变频节能系统中的应用是一种自动控制的趋势，因为PLC本身有着运算速度高、指令丰富、功能强大、可靠性高、使用方便、编程灵活、抗干扰能力强等特点，而触摸屏（人机介面）在工艺参数较多需要人机交互时使用又使整个自动化控制系统的功能得到很大的加强。
通过触摸屏和PLC结合使用，可以在触摸屏中直接设定目标值（压力及温度等），通过PLC与实际值（传感器的测量值）进行比较运算，直接向变频节能系统发出运算指令（模拟信号），调节变频器的输出频率。并可实时监控到被控系统实际值的大小及变频器内的多个参数，实
现报警、记录等功能。一般PLC结合触摸屏的闭环调节的变频节能系统如下图所示。
图1
2、系统主要硬件组成
系统硬件由可编程控制器（含数字量输入/输出模块、模拟量输入模块）、触摸屏一台、变频器、传感器及若干电器元件组成。各部分说明如下：
(1)PLC：选用SIEMENS公司的S7-200系列CPU224（配数字量输入/输出模块、模拟量输入模块）。通过接收开关量、模拟量输入经处理后输出开关量、模拟量去控制继电器的动作，与触摸屏进行实时通讯，为触摸屏的显示提供数据，并对于触摸屏发出的信息进行处理等。
(2)触摸屏采用SIEMENS公司MP370。实现人机对话，与PLC系统进行数据传送和交换，将设定参数写入PLC，也可将PLC、传感器及变频器内部参数读入触摸屏，实现了模拟量、数字量的实时监控，目标值的设定以及报警记录等。
(3)变频器：采用SIEMENS公司440系列，通过USS4协议可由触摸屏通过PLC设置其内部参数
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根据PLC发送过来的数据（模拟量）值调节水泵或风机的转速，并将其内部运行参数反馈到PLC及触摸屏。
(4)压力、温度等传感器：将被控制系统（水系统或风系统）的实际参数值转变成电信号上传至PLC和触摸屏。
(5)电气元件：给PLC、触摸屏、变频器及传感器等供电，完成各种操作及驱动等。
3、触摸屏特点功能
触摸屏监控器是90年代出现的新型可编程终端，是新一代高科技人机界面产品。适于在恶劣的工业环境中应用控制工程网版权所有，作为人机界面可代替普通或工控计算机，具有交互性好，可靠性高，编程简单，与PLC联结简便等特点。触摸屏的主要功能有：
(1)主要用于实时显示设备或系统在操作状态方面的实时信息。
(2)触摸屏上的触摸按钮可产生相应的开关信号、数字信号（数值）、字符给PLC进行数据交换
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,从而产生相应的动作控制系统或设备的运行。
(3)可多幅画面重叠或切换显示，显示图形、字符串、报警信息、历史记录、趋势图等。
4、PLC在系统中的作用
PLC作为控制单元www.cechina.cn，是整个系统的控制核心。通过接收开关量、模拟量输入经处理后输出开关量、模拟量去控制继电器、变频器及电磁阀等的动作，主要体现以下几方面的作用：
1)初始化变量，设置自由通讯口协议和中断协议。
2)与触摸屏进行实时通讯，为触摸屏的显示提供数据，并对触摸屏输入的信息进行处理。
3)完成数字量与模拟量的相互转换。
4)逻辑控制及PID等运算。
5)发送模拟（数字）等调节变频器的输出频率。
6)通过USS4协议读写变频器内部参数。
提高熟料质量，保证设备安全和连续稳定运转的关键因素。喂煤计量控制装置必须具有稳定、准确、动作迅速等特性。
原来我公司采用由德国KHD成套设备公司提供的冲击式固体流量计
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,由于该流量计容易受到外界的干扰，计量波动大，引起喂煤量的波动,影响了窑的工况。喂煤装置分隔轮是由直流电机拖动，直流电机的换向器和电刷的故障率较高CONTROLENGINEERING China版权所有，维护量很大。公司经过调研论证，决定进行技术改造，将其替换成2套由合肥水泥设计院生产的科氏力秤煤粉定量给料系统。该秤依据科里奥利原理设计，实现对窑尾分解炉和窑头喂煤的计量及控制。
2 科里奥利原理
质量微粒m在以角速度ω转动的系统中除受到离心力FZ和摩擦力FR外，还受到垂直于其运动方向的惯性力FC的作用控制工程网版权所有，通过测量这个力，可测得质量m，这就是科里奥利原理，如图1所示。
图1 科里奥利原理示意
测量原理的实现需要一个以恒定速度转动的旋转测量圆盘(测轮)，其基本结构如图1所示。由电机拖动的测轮被叶片分成数个导流槽，散状物料由测轮中心上方进入测轮，经过锥形的转向装置后，形成散料流，进入导向叶片之间的导流槽中，并被以恒定角速度ω旋转着的导向叶片虏获，物料因离心力FZ的作用而向测轮外边缘运动，直至离开测轮被抛出。通过对物料所受科里奥利力FC的测量可得到物料的流量，工程中是通过测量FC对测轮的反作用力矩而测得物料流量的，这个力矩由测轮的驱动电机来补偿(离心力FZ和摩擦力FR都不能在测轮径向上产生力矩)。其计算式为：M=mωR2
式中：M──测轮所受力矩，N•m；
m──物料流量，t/h；
ω──测轮角速度，1/s；
R──测轮半径，m。
图2 测轮的基本结构示意
3 科氏力煤粉秤组成及工艺流程：
科氏称中的主要设备有由煤粉称重仓、水平回转式稳流给料机（以下简称给料机）、科里奥利质量流量计（以下简称流量计）、螺旋输送泵、回转空压机等组成。
主要工艺流程是：从煤磨制备出来的煤粉进入煤粉仓,对煤粉进行称重计量，要求达到一个合理料位，保证下煤稳定。煤粉仓底部与给料机连接，给料机按水平方向旋转，煤粉就由给料机喂入流量计，在流量计中经过前文所述的处理后，进入螺旋输送泵www.cechina.cn，与回转空压机中的压缩风混合后，一起到达窑头及分解炉(如图3所示)。流量计仅作为计量设备，而给料机作为预给料设备。
4 科氏力喂煤计量控制系统自控部分简介
2套设备控制部分的原理相同，主要由1台西门子的S7-200PLC（扩展了1个模拟量输入模块EM231和1个模拟量输出模块EM232）。1台西门子的触摸屏TP170A，2台ABB变频器，还有称重传感器,力距传感器，速度传感器等组成。如图4所示，图中M1为给料机，M2为流量计。
图4 科氏力控制系统示意图
PLC的型号为CPU222，属于小型PLC,但其指令功能非常丰富，能完成各种复杂控制功能。它具有8输入/6输出，共14个数字量I/O点。控制程序采用STEP-7Micro/Win32 V4.0 SP3编程软件开发。
触摸屏作为人机对话窗口，用于修改系统的工作参数，监控系统的工作过程。它防护等级高（IP65）,可用于恶劣的工作环境。触摸屏的使用省去了复杂的控制面板和仪表显示。TP170A通过Protool/Pro csV6.0为其组态。以通讯的方式读取PLC内部相应寄存器上的数据、状态及工作参数。
本控制方案中主要作用是从现场启动设备，整定内部参数，显示瞬时流量、累计流量，输入参数的设定，上下限报警值的设定，流量实时趋势曲线，在调试变频器时，也可以通过趋势来观察效果。TP170A与CPU222通过9针电缆进行通讯。
当所有设备处于正常工作状态，测得的仓重信号经过变送器处理后，送入DCS和EM231。流量计下端带有力矩传感器及速度传感器，测得扭矩与转速信号经过变送器，由EM231模块输入至PLC，计算出实际流量，并且与设定值进行比较，经过PID调节后，通过EM232，控制变频器的频率从而改变给料机转速，实现流量控制。
窑头喂煤大流量13t/h，窑尾喂煤大流量15t/h。两套喂煤的给料机及流量计所配电机功率相同分别是：5.5kW和1.1kW。