圓網(wǎng)印花機的設計分析與研究

宋 甜 陳曉琳 夏 彬

(武漢鐵路職業(yè)技術(shù)學院，湖北 武漢430000)

0 前言

在我國，圓網(wǎng)印花技術(shù)是八十年代從國外引進的機械共軸傳動技術(shù)，其缺點是：傳動環(huán)節(jié)過多，積累誤差大，導致印花精度不高；隨著機械磨損的逐步加劇，容易出現(xiàn)“跑花”現(xiàn)象，影響印花的穩(wěn)定性；對不同厚度織物的適應性受到限制。圓網(wǎng)的驅(qū)動控制是印花機的關(guān)鍵技術(shù)之一，它應保證各圓網(wǎng)在印花過程中的位置同步，從而保證在花布上的各色圖案間的位置關(guān)系與花型設計相符。根據(jù)圓網(wǎng)印花工藝，在分析了“錯花”現(xiàn)象的成因以及傳統(tǒng)印花機的缺點的基礎之上，結(jié)合現(xiàn)場要求，提出了由驅(qū)動設備、控制面板、監(jiān)控設備和PLC構(gòu)成的圓網(wǎng)印花控制系統(tǒng)的整體方案。每個圓網(wǎng)由伺服電機在控制面板的控制下獨立驅(qū)動，控制面板之間相互獨立，統(tǒng)一由PLC控制、協(xié)調(diào)。

1 圓網(wǎng)印花機系統(tǒng)簡介

進布單元由進布電機M1作為其傳動電機，其作用是對基布作印花加工前的工藝整理，使其平整勻速的傳送到印花單元。

印花單元是整個印花系統(tǒng)的核心，由印花橡膠導帶、圓網(wǎng)電機、圓網(wǎng)、對花裝置、水洗和刮刀裝置以及漿泵系統(tǒng)組成。基布進入印花單元后，被送至印花橡膠導帶上，通過熱塑膠的粘合作用，將織物粘貼在印花橡膠導帶上，連續(xù)地經(jīng)過各個圓網(wǎng)。導帶在主令電機M2的驅(qū)動下作水平運動，各圓網(wǎng)與導帶相切并跟隨導帶同步轉(zhuǎn)動。圓網(wǎng)內(nèi)部裝有印花漿料和磁棒，網(wǎng)壁上根據(jù)花型蝕刻有極小的滲透孔，圓網(wǎng)轉(zhuǎn)動過程中，印花漿料在磁棒的擠壓下從滲透孔中滲出印在坯布上。一個圓網(wǎng)對應一種花色，基布依次經(jīng)過各印花圓網(wǎng)，完成印花全過程。

完成了印花的織物在松弛狀態(tài)下被送入烘房。烘房內(nèi)的風機M3由變頻器驅(qū)動。布匹進入烘房后，在傳送帶的帶動下經(jīng)過供房，運行的同時織物上的顏料被風機烘干。烘干后的花布最后由出布電機M4帶出機臺圓網(wǎng)印花機是一種大型、綜合、以連續(xù)化加工方式進行的生產(chǎn)設備，各個控制單元聯(lián)合作業(yè)。通常分四個部分：進布、印花、烘房和落布。

2 系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)

圓網(wǎng)印花機控制系統(tǒng)主要由五個主要部分組成，分別是、HMI人機界面、工控機、PLC控制器、進布控制單元、印花控制單元，各控制單元形成以PLC為中心的控制網(wǎng)，控制結(jié)構(gòu)圖如下控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 控制框圖

系統(tǒng)采用MT506M(WEINVIEW)觸摸屏，液晶顯示、中文界面，以方便工人操作。編輯環(huán)境為EB500。人機界面主要是對系統(tǒng)運行的各種參數(shù)進行顯示，包括印花車速、總產(chǎn)量以及故障顯示等，人機界面也用作輸入設備向PLC發(fā)出命令信號，也可以對系統(tǒng)的一些參數(shù)進行修改，升降速步長、故障屏蔽等等。觸摸屏與PLC之間通過PPI總線相連。

PLC控制器包括CTS7 216 CPU （24DI/16DO），24V線性穩(wěn)壓電源，外加 CTS7 223（16DI/16DO）、CTS7 221（32DI）、CTS7 232（4AO）專用模塊完成對數(shù)據(jù)的采集與處理。編程環(huán)境為S7-200。CTS7 200系列CPU具有分段功能，可將程序分成三段，各段程序獨立運行，互不影響。CPU在內(nèi)部都集成了一個或多個通信口，通信口標準為RS--485半雙工串行通信口，在物理上不需要外接通信模塊，利用相應的電纜就能構(gòu)成具有多種通信功能的復雜通信網(wǎng)絡。PLC是系統(tǒng)控制的核心，將觸摸屏及對花面板發(fā)出的指令傳達給驅(qū)動裝置，并將設備的相關(guān)信息送回觸摸屏上顯示。

印花機驅(qū)動系統(tǒng)主要包括伺服電機驅(qū)動和步進電機驅(qū)動兩種方式。本系統(tǒng)采用Schneider Lexium23系列伺服驅(qū)動器及BCH系列三相同步伺服電機伺服電機，其特點是工作穩(wěn)定，抗干擾能力強。Lexium23系列伺服驅(qū)動器，可以兼容分辨率為20位的編碼器，提供多種增益的調(diào)諧方式，自動調(diào)諧的功能非常強大，可自行估算負載的慣量并自動調(diào)整增益值等參數(shù)。其高級濾波功能、共振抑制及指令平滑功能為提高印花機的工藝精度提供了可靠的硬件支持。

PLC與伺服電機及變頻器之間的通訊總線采用modbus現(xiàn)場總線協(xié)議，底層采用485電氣連接，最大通訊速率57.6K。PLC為總線主站，負責控制整個系統(tǒng)，并完成對從站的配置、傳遞參數(shù)、診斷、實時數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ堋Ｋ欧?qū)動器及變頻器是總線上的從站，從站只能被動響應主站的請求。PLC與對花面板間采用I/O編碼控制，與其它設備間采用I/O控制。分配器與通過輸入脈沖流對伺服驅(qū)動器傳遞速度指令。

3 Modus現(xiàn)場總線

通訊總是具有延時和不確定性。簡單的通訊協(xié)議很難解決數(shù)據(jù)傳輸?shù)难訒r及數(shù)據(jù)傳輸?shù)牟淮_定性等問題。由于圓網(wǎng)印花系統(tǒng)中，PLC對驅(qū)服電機的控制指令都需要通過通訊實現(xiàn)。為保證系統(tǒng)的實時性和高效性，必須保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴Ｓ行?shù)據(jù)，如速度等實時性數(shù)據(jù)，延時過長將使其失去意義。同時.圓網(wǎng)印花系統(tǒng)是一個開放式系統(tǒng)，因此通訊協(xié)議應該能夠滿足開放性的要求。使用modbus現(xiàn)場總路線技術(shù)完成印花系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信無疑是最好的選擇。

PLC與伺服電機的Modbus通信設計：

PLC與伺服電機的Modbus通信組網(wǎng)的功能是配合對花面板實現(xiàn)圓網(wǎng)對花，網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 PLC、伺服網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)

PLC作為主站，站地址設為2，十二臺伺服驅(qū)動器作為從站，站地址設置范圍為3H-EH，總線占用PLC端口0。通訊程序流程如下：PLC輸入端接收到來自對花面板的命令后，程序調(diào)用串口初始化函數(shù)MBUS_CTRL對端口0進行初始化設置，規(guī)定串口通訊速率、校驗方式及通訊協(xié)議等通訊參數(shù)；將發(fā)送字節(jié)數(shù)和發(fā)送數(shù)據(jù)賦值到PLC數(shù)據(jù)緩沖區(qū)或為將要讀取的從站數(shù)據(jù)設置數(shù)據(jù)存儲區(qū)；以MBUS_CTRL函數(shù)的初始化完成位觸發(fā)收發(fā)函數(shù)MBUS_MSG，向伺服驅(qū)動器發(fā)起讀寫指令；伺服驅(qū)動器接收到來自PLC的請求后對接收到的指令進行解析，并做出應答。

4 總結(jié)

為了保證在印花過程中不錯花，必須保證在印花過程中圓網(wǎng)之間的位置絕對同步以及導帶與圓網(wǎng)之間的線速度相對同步。通過改善導帶的運行特性，使導帶在印花階段保持一個相對穩(wěn)定的運行特性，減小速度波動和使用現(xiàn)場總線技術(shù)，同時對多臺電機發(fā)送速度指令，縮短圓網(wǎng)電機間的響應時間差以使圓網(wǎng)同步特性得到改善。

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