染色机温度自动控制系统中PLC技术的应用研究

2014-11-22颜跃辉

机械工程师 2014年1期

颜跃辉

（邵阳纺织机械责任有限公司，湖南邵阳 422000）

0 引言

染色工艺在我国有着悠久的历史，染色工艺对布料的色彩和外观起着决定性的作用，传统的染色工艺是靠人工完成的，在现代化的进程中随着机器的应用，染色工艺由机器所替代，在染色工艺中，影响染色质量的因素有很多，主要因素有染色剂浓度、温度、时间、助剂以及胚布的染前处理等，其中对温度的控制是一个十分重要和复杂的过程。

非自动化染色机的温度控制，是由工人手动通过温度计测量染色时的大概温度，然后进行加温和冷却控制，因此会产生很大的误差，染色的效果非常差，严重影响了染色的质量。如果染色机能够根据不同产品的温度曲线来控制产品的染色的过程，就会减少染色误差，提高染色效果和质量。而基于PLC 的染色机温度控制系统就能通过温度曲线来精确控制染色过程的温度。

1 染色机温度控制机理

通常染色的温度越高，染色剂扩散越快，纤维染色就越快；同时因温度的升高，纤维膨化而使内部空隙增大、增多，也便于染料的扩散，加快染色速度。但是如果染色时温度过高，就会使纤维内部空隙过大，染料在扩散进纤维内部空隙的时候会因为空隙过大，而无法使染料保存在纤维中，这样就会影响染色的效果。温度过高还会加快染色的速率，产生染色不均的现象。因此，染色时温度是非常重要的，合理控制染色温度，有利于提高染色的质量。

2 PLC 的定义与特点

PLC 的全称为可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller，PLC），是一种以计算机为基础而开发的自动控制装置，把计算机技术、自动控制技术、通信技术结合在一起，实现对机械或工艺生产过程的自动化控制。图1 介绍的是自动化染色机工作系统的流程图。

PLC 是一个以微处理器为核心的数字运算操作的电子系统装置，它采用的是可编程序的存储器，可以在其存储器内部执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等指令的操作，然后通过数字式或模拟式的输入、输出接口，发出各种指令信号，控制各种机械或生产过程来完成指定的任务。PLC 是微机技术与传统的继电接触控制技术相结合的产物，解决了传统继电器控制系统中接线复杂、可靠性低、功耗高、通用性和灵活性差等一系列缺点，充分利用了微处理器的优点，同时又充分考虑到现场操作人员的技术水平，其中特别简化了PLC 的程序编制过程，操作人员不需要专门的计算机编程语言知识，就能对PLC 进行正常操作。

3 PLC发展情况

1960 年代末，美国公司生产出世界上第一台可编程控制器并成功应用于实际生产，PLC 的发展已经历经了40 多年。早期出现的PLC 只是继电器控制装置的一种替代品，由于当时的技术水平有限，PLC 只具有最基本的逻辑控制、定时以及计数功能，只能应用于单一的生产过程控制。随着科学技术的不断发展，微处理器技术、超大规模集成电路技术都相继在PLC 中得到应用，PLC 的功能越来越强大，特别是20 世纪末PLC 诞生了各种各样的特殊功能单元，出现了各种人机界面单元、通行单元，使得PLC 在各种设备中的应用更加简单，配套更加容易。就整体而言不论是PLC 的硬件还是软件都在不断地向标准化方向发展。

图1 染色机操作系统软件流程图

4 基于PLC 的染色机温控系统中的优势

随着现代电子技术的不断发展，PLC 已经由原来简单的逻辑量控制逐步拥有了计算机控制功能，在现代工业生产中得到广泛的应用。同时还拥有高抗干扰性、可靠性强、体积小、编程方便、网络功能强大、易维修等优点。

（1）可实时更新。PLC 系统之间、PLC 与计算机之间以及PLC 与其他智能设备间都可以实现相互通信，相互交换彼此系统之间的相关信息。PLC 系统也可以与通用计算机之间连接行成网络，来实现信息的交换和实时更新，满足工厂自动化系统发展的需要。

（2）可靠性高。PLC 中所有的输入/输出信号均采用光电隔离，使工业现场的外电路与控制器内部电路之间相互隔离，互不干扰。PLC 的各模块都采用完整的屏蔽措施，以防止噪声和粉尘的干扰。系统中采用的各元器件都要经过严格的筛选和检验。染色机工作的环境比较恶劣，容易影响电子设备的正常运转。PLC 系统的高可靠性保证了它能在该环境下正常运行。PLC 系统还具有良好的自我诊断功能，一旦电源、其他软件或硬件发生异常，系统就会发出警报，同时系统自身也会立即采取有效措施，防止故障扩大。

（3）系统配置简单灵活。PLC 产品种类繁多，规模可分大、中、小等。也可以根据自动控制的工程所要实现的功能不同，来进行不同的配置。在满足控制工程需要前提下，输入/输出端可以进行灵活组合。

（4）适应不同的生产环境。适应高温、振动、冲击和粉尘等恶劣环境以及电磁干扰环境。不会因为工作环境的改变而影响系统的工作状况。另外为了方便人员对控制器进行操作，它还有多种人机对话的接口模块，通过人机对话，可直接对系统进行控制。

（5）控制器采用模块化结构设计。为了适应各种工业控制需求，除了单元式的小型控制器以外，绝大多数控制器均采用模块化结构设计。控制器的各个部件，包括CPU、电源、输入/输出端等均采用模块化设计，这些单独的模块都可以通过机架和电缆连接起来形成一个完整的控制器，可以根据需要自行组合控制器。

（6）安装简单，维修方便。使用时非常方便，只需将各种加工设备与PLC 相应的输入/输出端相连接，就可以实现PLC 对加工过程的自动化控制。各个模块上都有运行情况和故障指示装置，方便操作人员了解运行情况和查找故障发生位置和原因。因为PLC 系统采用的是模块化结构，所以一旦某模块发生故障，可以单独的把发生故障的模块更换掉，使系统迅速恢复运行。

（7）价格优势。现在PLC 设备已经趋于成熟，有的厂家甚至有了自己的制造标准，使PLC 设备制造变得简单了，造价低、性价比高。

5 PLC 技术在染色机温度控制系统中的应用

染色机染色过程中对温度的要求非常严格，如果温度达不到要求，就会严重影响染色的质量。然而靠人工根本不可能准确地控制温度要求，所以就需要一种控制系统能快速、准确地控制温度达到染色的要求。

图2 所示为PLC 自动控制系统中自动控制的流程图。通过这一控制系统可以非常智能的实现染色机温度的自动控制。

图2 控制系统结构框图

PLC 系统中的温度控制模块能快速、准确地改变温度。PLC 的温度控制模块选用铂电阻作为温度传感器，这种传感器在温度低于200℃时对温度的改变特别敏感。温度控制模块可以输入设定好的温度值，来控制生产过程中所需的温度。它通过传感器来获取染色机中的温度情况，然后把温度信号传入温度控制系统中，由系统根据温度曲线来识别判断该时刻染色机中需要什么样的温度，然后系统把确定的温度控制信号输出到功率扩展板上，通过控制晶闸管通断的时间比例来改变加热器的加热功率，达到控制温度的目的。