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2 印染工艺流程

　　从实际的印染系统中，可将其系统结构简化出来，其结构组成如图1所示。

　　该系统组的工作流程为：增压泵抽取液槽中的液体或水，通过过滤器输送到喷盘架上安装的各个喷盘中。当平幅运行的织物通过时，液体便以雾状喷射其上。未被喷射到织物上的液体则通过回流管流回到液槽。通过预过滤器清除回流液体中的杂质。控制单元根据布速控制喷液量及其它相关器件，电源线接喷盘电机，当其得电时电机运行，使喷盘高速旋转喷出雾状液体，电源线控制增压泵的运行，信号线一边与接近开关相连，另一边向控制单元输入织物移动速度开关量信号。

51401583-100电气控制系统设计

　　通过控制系统评估，plc控制系统只需对程序进行修改，适应性强；可靠性高；微处理器控制，实时性好好；易扩展，控制灵活等优点［1］。因此采用plc来设计该电气控制系统**为合理。

根据印染系统的控制要求，可以把该plc控制系统分为以下几个部分：触摸屏用来输入湿度设定值并用于观察机器运行状态数据；主令开关向plc发出指令控制设备的运转；接近开关用于测速；plc根据外部输入信号及内部程序向变频器、喷盘电机、报警器、电磁阀发出动作指令。其电气控制系统的结构框图如图2所示。

　　3.1 系统原理设计

　　根据控制要求与负载的特性，本控制系统选取使用方便、体积小巧、经济实惠的东芝vfnci变频器、松下fpo-c14crs可编程控制器与mt506lv触摸屏。plc控制变频器的方法有［2］：

　　（1）开关量信号控制变频器。plc的输出点、com点直接与变频器的“正转”、“反转”、“高速”、“中速”、“低速”等端口分别相连。plc可以通过程序控制变频器的正转、反转、停止，也可以控制变频器高速、中速、低速端子的不同组合，实现多段速度运行。因为它是采用开关量来实施控制的，其调速曲线不是一条连续平滑的曲线，也无法实现精细的速度调节。

　　（2）模拟量信号控制变频器。plc配置模拟量输出模块，通过模拟量输出模块输出的直流电压或电流送给变频器的模拟电压/电流转速给定输入端，用模拟量输出控制变频器的输出频率。这种控制方式的优点是plc程序编制简单方便，调速曲线平滑连续，缺点是在大规模生产线中，当控制电缆较长，尤其是da模块采用电压信号输出时，线路有较大的电压降，影响了系统的稳定性和可靠性，此外，plc的模拟量输出模块价格较高。

　　（3） 用高速脉冲输出信号作为频率给定信号。某些变频器有高速脉冲输入功能，可以用plc输出的高速脉冲的频率作为变频器的频率给定信号。

　　（4）用串行通信提供频率给定信号［3］。通过通信，plc和变频器之间还可以传送大量的参数设置信息、和状态信息。如果plc和变频器都自带串行通信接口，并且可以使用相同的通信协议，硬件上不需要增加额外的开销。只是熟悉通信协议和设计通信程序需要一定的专业知识。目前，常用串行通信接口有：rs232接口、rs485接口、rs422接口。

　　在本电气控制系统中，利用串行通信来实现plc对变频器的控制。具体是通过标准配备用于网络连接的串行通讯端口与plc连接，其转速受plc控制，变频器外部电路设计如图3所示。

 电气原理设计

　　根据印染给液系统的工艺要求，通过上述对变频器，可编程控制器与触摸屏之间电路的连接、控制信号的通信的讨论。可以设计出该电气控制系统的总体电路原理图。如图4所示。

　　电动机1转数受控于变频器，当转速增加时，喷液量增加，当转速减小时，喷液量减少。电动机2受控于plc，带动喷盘高速旋转，喷出雾状水珠。继电器j3受控于plc控制油泵工作，油泵控制喷盘架中的滑板，阻止水喷向织物表面，以防止织物过分给液。触摸屏内部程序按工作要求进行编写，其一方面用于显示当前工作状态，另一方面用于调整plc内部程序中的数据、发布操作指令。接近开关用于检测织物的移动速度，plc根据其传送过来的信号来调整喷液量。

　　在松下fp系列plc中，plc无论采用的是手持编程器还是编程工具软件，其编程及监控功能都很强。其fp-h型手持编程器还有用户程序转存功能。其编程软件除己汉化的dos版npst-gr外，还有windows版的fpsoft和fpwin-gr等［5］。fpwin-gr编程软件具有三种编程模式（符号梯形图模式、布尔梯形图模式、布尔非梯形图模式），可以进行联机调试，监控寄存器和继电器的状态，随时改变plc的状态。电气控制系统的程序流程如图5所示。

4 结束语

　　通过对plc、变频器、触摸屏、电路设计、程序设计等的综合运用，并进行了大量的测试和系统调试，较为详细地研究了印染设备中自动喷水装置的结构及原理。基于plc及变频器的印染设备电气控制系统是通过触摸屏实现对织物运行状态的监测和湿度的设定，利用plc、变频器自动调整供液水泵的转速，能将水或液体均匀地、定量地喷射在织物上，给液量随布速的变化而自动调节，保证前后供液量均匀一致。随着工业自动化技术的不断发展，触摸屏、plc、变频器本身的成本也在不断降低，节省了人力物力，提高了生产的安全性，生产效率得到较大的提高，产品质量得到了较大的改善，提高了产品的市场竟争力。在生产企业中具有广阔的应用前景。

可编程序控制器（plc）是以微处理器为基础，综合计算机、通信、联网以及自动控制技术而开发的新一代工业控制装置。可编程序控制器plc在我国的发展与应用已有30多年的历史，现在它已经广泛应用于国民经济的各个工业生产领域，成为提高传统工业装备水平和技术能力的重要设备和强大支柱。随着我国国民经济的全面发展和技术水平的不断提高，可编程序控制器应用领域不断扩大，了解熟悉和掌握plc程序设计语言以及应用软件编程技术，对plc的进一步推广应用和使用维护具有十分重要的作用。

2 plc程序设计语言

　　根据plc应用范围，程序设计语言可以组合使用，常用的程序设计语言有：梯形图程序设计语言；布尔助记符程序设计语言（语句表）；功能表图程序设计语言；功能模块图程序设计语言；结构化语句描述程序设计语言；梯形图与结构化语句描述程序设计语言；布尔助记符与功能表图程序设计语言；布尔助记符与结构化语句描述程序设计语言。

　　2.1 梯形图（ladder diagram）

　　程序设计语言梯形图程序设计语言是用梯形图的图形符号来描述程序的一种程序设计语言。采用梯形图程序设计语言，程序采用梯形图的形式描述。这种程序设计语言采用因果关系来描述事件发生的条件和结果。每个梯级是一个因果关系。在梯级中，描述事件发生的条件表示在左面，事件发生的结果表示在后面。梯形图程序设计语言是**常用的一种程序设计语言。它来源于继电器逻辑控制系统的描述。

　　在工业过程控制领域，电气技术人员对继电器逻辑控制技术较为熟悉，因此，由这种逻辑控制技术发展而来的梯形图受到了欢迎，并得到了广泛的应用。梯形图程序设计语言的特点是：

　　（1） 与电气操作原理图相对应，具有直观性和对应性。

　　（2） 与原有继电器逻辑控制技术相一致，对电气技术人员来说，易于撑握和学习。

　　（3） 与原有的继电器逻辑控制技术的不同点是，梯形图中的能流（power

　　flow）不是实际意义的电流，内部的继电器也不是实际存在的继电器，因此，应用时，需与原有继电器逻辑控制技术的有关概念区别对待。

　　（4） 与布尔助记符程序设计语言有一一对应关系，便于相互的转换和程序的检查。

　　2.2布尔助记符（boolean mnemonic）

　　程序设计语言布尔助记符程序设计语言是用布尔助记符来描述程序的一种程序设计语言。布尔助记符程序设计语言与计算机中的汇编语言非常相似，采用布尔助记符来表示操作功能。布尔助记符程序设计语言具有下列特点：

　　（1） 采用助记符来表示操作功能，具有容易记忆，便于撑握的特点。

　　（2） 在编程器的键盘上采用助记符表示，具有便于操作的特点，可在无计算机的场合进行编程设计。

　　（3） 与梯形图有一一对应关系。其特点与梯形图语言基本类同。

功能表图（sepuential chart）

　　程序设计语言功能表图程序设计语言是用功能表图来描述程序的一种程序设计语言。它是近年来发展起来的一种程序设计语言。采用功能表图的描述，控制系统被分为若干个子系统，从功能入手，使系统的操作具有明确的含义，便于设计人员和操作人员设计思想的沟通，便于程序的分工设计和检查调试。功能表图程序设计语言的特点是：

　　（1） 以功能为主线，条理清楚，便于对程序操作的理解和沟通。

　　（2） 对大型的程序，可分工设计，采用较为灵活的程序结构，可节省程序设计时间和调试时间。

　　（3） 常用于系统的规模校大，程序关系较复杂的场合。

　　（4）只有在活动步的命令和操作被执行，对活动步后的转换进行扫描，因此，整个程序的扫描时间较其他程序编制的程序扫描时间要大大缩短。功能表图来源于佩特利（petri）网，由于它具有图形表达方式，能较简单和清楚地描述并发系统和复杂系统的所有现象，并能对系统中存有的象死锁、不安全等反常现象进行分析和建模，在模型的基础上能直接编程，所以，得到了文泛的应用。

　　近几年推出的plc和小型集散控制系统中也已提供了采用功能表图描述语言进行编程的软件。学习、了解和掌握佩特利（petri）网的一些基本概念，可以有助于对功能表图的进一步理解。

　　2.4结构化语句（structured text）

　　描述程序设计语言结构化语句描述程序设计语言是用结构化的描述语句来描述程序的一种程序设计语言。它是一种类似于高级语言的程序设计语言。在大中型的

　　plc系统中，常采用结构化语句描述程序设计语言来描述控制系统中各个变量的关系。它也被用于集散控制系统的编程和组态。结构化语句描述程序设计语言采用计算机的描述语句来描述系统中各种变量之间的各种运算关系，完成所需的功能或操作。大多数制造厂商采用的语句描述程序设计语言与basic语言、pascal语言或c语言等高级语言相类似，但为了应用方便，在语句的表达方法及语句的种类等方面都进行了简化。结构化程序设计语言具有下列特点：

　　（1） 采用高级语言进行编程，可以完成较复杂的控制运算；

　　（2） 需要有一定的计算机高级程序设计语言的知识和编程技巧，对编程人员的技能要求较高，普通电气人员无法完成；

　　（3）直观性和易操作性等性能较差；

　　（4） 常被用于采用功能模块等其他语言较难实现的一些控制功能的实施。

　　部分plc的制造厂商为用户提供了简单的结构化程序设计语言，它与助记符程序设计语言相似，对程序的步数有一定的限制，同时，提供了与plc间的接口或通信连接程序的编制方式，为用户的应用程序提供了扩展余地。

3 plc程序设计

　　3.1 plc控制系统的设计步骤

plc控制系统设计步骤图

　　3.2 编程编程语言的选择

　　在编制plc控制程序设计时，除i/o地址列表外，有时还要把在程序中用到的中间继电器（m）、定时器（t）、计数器（c）和存储单元（v）以及它们有作用或功能列写出来，以便编写程序和阅读程序。在编程语言的选择上，用梯形图编程还是用语句表或使用功能图编程，这主要取决于以下几点：

　　（1） 有些plc使用梯形图编程不是很方便（如书写不方便），则可用语句表编程，但梯形图总比语句表直观。

　　（2） 经验丰富的人员可用语句表直接编程，就像使用汇编语言一样。

　　（3） 如果是清晰的单顺序、选择顺序或并发顺序的控制任务，则**用功能图来编程设计程序。

　　3.3 编程注意事项

　　（1） 设计可编程控制器时，

　　安全性是**重要的，即使在外部的电源发生异常时，可编程控制器出现故障时，整个系统也能在安全状态下工作，应在可编程控制器外部，设置如下几中安全电路：紧急停止电路，保护电路，正转逆转等相反操作的连锁电路，定位的上限/下线等防止损坏的连锁电路等，以防止误操作产生故障。

　　（2）编程要理论联系实践。从**简单的做起，循序渐进。例如说学习西门子plc编程**开始可以先编写些只包括数字量的，然后再考虑模拟量的，另外像计时器、计数器也经常使用等。

　　（3）在一段程序里不可有同样的两个输出存在。比如说前段程序有1个输出q0.0存在，后面就不要再有了，除非是做子函数，而且要保证主函数和子函数里的输出也不能重复，否则plc只考虑后者。

　　（4）数字量输出分为继电器输出和晶体管输出两种：前者电流大，后者速度快。要考虑电源容量问题，如果容量小了，那么plc在输出后电压不够，输出也就停了，然后，电压又够了plc又输出了，电压又不够输出又停，外表特征就是设备反复启动反复停止。这和程序无关。

　　（5）用步进指令设计梯形图时，要注意plc初始状态继电器的设置。一般plc的状态继电器分有初始状态继电器、回零状态继电器、一般状态继电器、保持状态继电器和报警状态继电器。状态继电器的使用不受限制，当状态继电器不用于步进顺序控制时，它也可作为辅助继电器使用。

　　（6）使用梯形图编程时，应把串联多的电路块尽量放在**上边，把并联多的电路块尽量放在**左边，这样即节省指令，又美观。在同一程序中，同一编号的线圈使用两次及两次以上称为双线圈，双圈非常容易引起误动作，应避免使用。触点应画在水平线上，不包含触点的分支线条应放在垂直方向，不要放在水平方向，以便于读图和图形的美观。线圈和指令盒一般不能直接连接在左边的母线上，如需要的话可通过特殊的继电器完成。

　　（7）采用什么品牌的plc完全依据个人喜好，不同的plc只是语法有些差异，只要会一种以后另一种也就会了。总之就是一句话，如果想编plc程序设计就要多学多练。

　　（8）编程完成后，要进行室内模拟调试，可借助模拟开关和plc输出端的输出指示灯进行。需要模拟信号i/o时，可用电位器和万用表配合进行。调试时，可利用外围设备模拟各种现场开关和传感器状态，然后观察plc输出逻辑是否正确。目前的plc产品都可在pc机上编程，并进行直接模拟调试。

　　（9）联机调试时，可把编好的程序下载到plc中。调试时一定要先将主电路断开，只对控制电路进行调试，若通过联调信号接入发现有软硬件中的问题，对问题进行整改，并反复测试系统无误后，才能投入交付使用。

4 结束语

　　plc程序设计工作，除了要熟悉和掌握plc程序设计语言及其控制电路的工作原理外，更重要的是要靠平时更多的编程实践和应用经验的不断积累，才能正真提高编程人员的技术水平，才能更好地掌握编程技巧和程序设计方法，满足生产实际工作的需要。