南大傲拓NA200PLC在染色机温度控制系统的应用
1、引言
染色工序在纺织品生产中占有重要地位，染色质量直接决定了纺织品的色泽、外观，甚至还影响纺织品的生产成本。在染色工序中，影响染色的因素主要有染液浓度、温度、液位等，其中温度控制是很重要而又复杂的控制过程。染色过程实际上是执行由工艺人员针对不同织物的*条温度曲线，每个工艺对染色的温度、升降温过程都有严格的要求，否则，容易使织物产生色差、缸差、条痕等疵点，造成复染率上升，生产成本的增加。针对染色过程温度控制的复杂性，设计了基于PLC 的染色机温度控制系统，实现对染色过程温度的控制，从而减少织物疵点，提高生产效率，降低生产成本。
2、系统控制要求
1）温度曲线存储要求对于不同的染色品种，其对温度的要求是不同的，因此对应的温度工艺曲线也是不同的，本系统通过触摸屏的组态配方设计将多种染色工艺及每*套工艺中的不同阶段的数据存储在触摸屏中，从而更方便的让工艺人员去操作，工艺人员可以随时修改工艺参数，并保存，这个数据将*保持在触摸屏中，将工艺人员设定的不同的温度工艺曲线，全部由工作人员在触摸屏上输入，控制器根据接收的温度工艺曲线进行温度控制。控制器和触摸屏都具有断电长期保存当前数据的功能。
2）温度控制要求
在染色工艺过程中，典型的工艺曲线如图1 下所示：
图1 典型的工艺曲线
由图 1 可知，染色工艺可以分为多个曲线段，不同的曲线段对应不同的温度。对染色过程的温度控制主要是让芯子上的杯子内染液进行升温、保温、降温，结合生产的实际要求又将升温阶段按照斜率来进行升温设定，升温中PLC的设定可以为0-9℃，这个速率需要根据现场的加热器的功率来计算，本次在现场测试过程中设定到4℃时加热器已经是满功率运行，在PLC中设定这种人性化的斜率升温选择，从而很好的进行升温阶段的设定。温度控制分为五个子程序：按直接升温、斜率升温、保温、直接降温和按照斜率降温过程。这五个过程在PLC中分别对应五段程序，然后根据上位步号的选择进行循环执行。如图2，图3所示：
图2：染色配方界面
图3：主界面
3）报警显示与染色配方功能
以上图2和图3是运行过程中的*主要的两个界面，为了让用户能够更好的查看运行中各种状态，在主画面中做了曲线图，可以更直观的查看过程温度的效果。而染色配方工艺界面让用户可以更方便的设置各套工艺并选择运行，本套系统每个工艺设置9步，可设定运行的步号，并从这个步号往后运行，当*套工艺运行完成后，主界面弹出*套染色工艺已运行结束，请确认，用户确认后方可进行下*套工艺。如下图所示。
图4：*套工艺结束确认
图4中右侧界面主要是马达转速的控制以及变频正反转的控制，除了转速的控制是手动设定外，正反转的控制以及正转时间、反转时间和停止时间全部由PLC编程实现。当出现各种故障时，触摸屏指示灯闪烁，并出现故障报警，弹出故障报警画面，显示报警的原因。
3、系统的硬件构成
本系统采用南大傲拓公司推出的NA200小型PLC作为现场控制器，NA系列可编程控制器是南大傲拓科技有限公司*新研制出的具有*际先进水平的新*代控制装置，它采用
了工业控制*域的*系列*新成果 ，选取了崭新的软硬件平台，具有快速的处理能力、强大的抗干扰性能、灵活的可扩展功能，对于任何复杂环境及处理要求，皆能游刃有余，应付自如。二十多年自动化产品的开发经验和数百个项目的现场考验，铸就了南大傲拓PLC可靠的品质，产品已经通过了CE认证 、船*社(CCS)认证以及电力工业电力系统自动化设备质量*验测试中*的严格测试和*验 ，各项性能指标均达到或超过相关标�*螅�*先于同类产品。 选用CPU2002 主机模块；通过RS232口modbus-rtu协议连接触摸屏。现场控制器扩展了*块智能温度数据采集模块RTD输入模块2通道，该模块带有2 个模拟输入点，不再需要外部变送器，*个模块就能完成数据采集及数据处理功能。系统的温度信号的*测采用铂电阻PT100，铂电阻具有测量精度高、性能稳定可靠的特点，在工业上广泛用于-200℃～+500℃之间的温度测量。
另外如果需要可以通过RS485接口，MODBUS-RTU将PLC同工厂监控相连，实现远程操作与监控。
控制系统部分配置*块CPU2002（南大傲拓）、*块RTD输入模块2通道（南大傲拓）、触摸屏7寸（南大傲拓）。
4、系统的软件设计
由图 1 可知，染色工艺可以分为几个曲线段，不同的曲线段对应不同的目的温度、升降温时间、保温时间。对染色过程的温度控制主要是对染槽升温、保温、降温，结合生产的实际要求又将升温分为直接升温到指定温度和按斜�*既返厣碌街付ㄎ露龋煌恚滴乱卜治苯咏滴碌街付ㄎ露群透菪甭*既返亟滴碌街付ㄎ露取Ｒ虼宋露瓤刂品治甯鲎映绦颍褐苯由隆葱甭噬隆⒈Ｎ隆⒅苯咏滴隆葱甭式滴隆Ｖ苯由禄故切甭噬隆⒅苯咏滴禄故切甭式滴赂菔导市枰ü锌鼗瓒ǎ笥上殖】刂破�PLC 的主程序调用相应子程序。由于染缸体积较大，加热管道相对较小，造成比较大的温度惯性，*般可将其认为是*种具有纯滞后大惯性的被控对象，因而在升/降温段采用趋势判断补偿法，如果是升温，则在温度到达T 设定值目标温度-△Ti 时停止升温，其中△Ti为补偿温度。PLC 的主程序中，根据接收到的来自触摸屏的数据进行判别，再执行相应的程序。在下传的数据中包括目标温度、斜率、保温时间等，因而PLC 可以根据这些数值判断升温、保温、还是降温。但是判断升温、降温、保温，光凭目标温度、斜率、保温时间不能得到精确的判断，因而使用前*曲线段的目标温度辅助进行判断。
下面以斜率升温为例，说明 PLC 的温控过程。在斜率升温时，将升温段曲线按时间分成若干个相等的小间隔，因而工艺曲线的升温段可以用阶梯性表示。只要每*间隔的时间足够小，则计算的每*间隔的温度给定值与理想值的偏差就可忽略。
由于温度的大滞后性，当实际温度T接近设定温度时，这个时候做*个余热升温设定，从而保证在升温到保温阶段不会出现温度超出过高的现象。
另外由于PT100温度的测量只有染槽的*个点，导致了温度测量并不*定*是*终杯内染液的温度，所以设定了温度补偿△Ti，从而更好的满足工艺要求。
升温曲线如下图所示：
图5：不同的升温速率斜率如图所示（斜率为3℃/min和2℃/min）
图中也可以看到保温阶段的曲线。
为了更好的保证系统的安全性，系统增加了*限设置，设定了多种*限：超*管理员（具备**限）、工艺人员等等，这些都可以根据您的要求自由定制。
图6：用户登录界面
而染色配方设计的内容，大大简化了您用染色机控制电脑界面简单粗糙，操作较难的问题，如下图所示，直接在触摸屏上自由定制您的工艺配方。
图7：染色工艺配方编辑
5、结束语
本系统不但可以实现温度控制，而且根据需要还可扩展其他染色工艺过程的控制如水位、液位等参数的控制，具有良好的发展前景。
本系统采用PLC作为生产现场的控制器，完成温度控制，能及时准确地控制染色产品的质量，将产品的质量隐患消灭在现场，保证染色*致性和*次准确化；而与传统的染色机控制电脑相比，采用PLC控制优势主要体现在：
PLC控制使得系统更加稳定，可靠；
采用触摸屏来操作，操作性相当方便，效果更加直观，使您的整套系统更加灵活；
染色工艺配方这块大大增强了操作性和直观性，节约了您宝贵的时间以及人力物力；
PLC控制的优势还在于灵活性更大，使您如果需要改进或增加新的系统的工艺流程，只需要您维护程序，从而省去了您花高额的金钱去买新的染色机控制电脑！触摸屏的界面更加可以根据您的要求自由定制。