FA109型清棉机控制系统的改进
原文刊自：2020年4月
第48卷（总第582期）
探讨 FA109 型清棉机控制系统的改进方法。分析了原 FA109 型清棉机设备程序设计的不足。通过重新修改程序，解决了第二打手因故停止转动后，触摸屏仍然显示给棉正常，导致设备噎车，使打手梳针损坏的问题。结果表明：经改进后长期运行，效果理想。认为：改进方法简单有效，且不增加成本。
清棉机；控制系统；打手；高速计数模块；测速电路
1 结构原理
清棉机的任务是对经过初步开松和混和的原棉进行精细开松，并除去其中的杂质。FA109型三辊筒清棉机结构如图1所示。该机的清棉系统由3只直径相同，依次为粗针、粗锯齿和细锯齿辊筒组成，并附有除尘刀和分梳板。其速度可根 据 原 料 的 等 级 进 行 调 整 ，控 制 速 度 按 1. 7∶1的比例递增，根据给棉情况，由交流变频器进行无级调速，以利于纤维的开松和转移。该机主控单元为 SZ⁃4（即 DL205）型可编程控制器，配有1 块 Z ⁃16D2 输入模块，2 块 Z ⁃8TR1 输出模块，1块 Z ⁃CTIE 高速计数模块，1块 Z ⁃4AD24 通道模拟量输入模块。生产过程各种信息和工艺参数可在触摸屏上显示与设定。
2 故障现象
某企业在消化吸收了国外先进技术的基础上，研制的清梳联以其质优、价廉、高产得到用户和专家的好评，某纺织厂长期使用该清梳联，其中 FA109 型清棉机在使用过程中出现第二打手胶带断后打手停止旋转，触摸屏还是显示正常速度且给棉正常，导致设备噎车，使打手梳针损坏。
3 原因分析
检查电气部分没有发现问题，怀疑 PLC 内部损坏，可在另外 1 台 FA109 型清棉机上试验，去掉第二打手接近开关后速度仍然不变。判定并非是普通的电气故障，而是设备程序有问题。与打手测速相关的电路如图 2 所示。
在图 2 中可以看到，设备有 3 个打手测速接近开关 B1、B2、B3，PLC 的测速计数模块 Z⁃CTIE为 2 通道计数模块，由于该 SZ ⁃4 型 PLC 只能使用 1 块计数模块，因此转速最高的第三辊筒测速接近开关所测脉冲数送入计数模块的第一通道，第一和第二辊筒测速接近开关所测脉冲数送入计数模块的第二通道。Z ⁃CTIE 只有 1 个通道AB 相或 2 通道单相输入高速计数器，无法满足设备要求，用一个继电器 K10 切换使第一打手和第二打手共用一个高速计数器。观察设备运行情况，K10 继电器在启动和运行过程中一直吸合，不知道 B2 接近开关到底起什么作用。
电话咨询该企业技术人员，技术人员答复：最初由于 Z⁃CTIF 计数器模块只有 2 路高速计数，而选用四路高速计数模块 Z ⁃02Z 价位太高，就设计用 K10 继电器每隔 5 s 切换一次 B1、B2 输入。设计开始没有发现有问题，后来用户反应与 K10连接的 PLC 输出模块继电器触点频繁损坏（10 s吸合/断开一次，1 年工作 6 000 h 就动作 216 万次）。在 2003 年就在程序上改为 K10 常闭，不再对第二打手测速，程序上显示的第二打手速度是第一打手速度×1. 7 得到的数据，所以第二打手即使不转速度也会显示。2005 年改为西门子 S7⁃226PLC，不再存在类似问题。
4 改进方法
基于厂家介绍的情况，如要克服以上故障，似乎只有更换 PLC 重新编写程序，但这样一来成本较高。那么能不能利用现有 PLC 加以改进呢？仔细分析发现，打手一的速度比较低，在600 r/min 左右，用笔记本电脑查看 FA109 型清棉机的扫描时间在12 ms/次，接近开关脉冲60个/s，周期在16 ms，如果用普通计数器对第一打手计数基本可行。后通过修改 PLC 程序，去掉一些没有用的级式程序后扫描时间缩短到 7 ms/次~10 ms/次，后试验用普通计数器对打手一测速，显示测试速偏低（打手实际速度 630 r/min 显示 500 r/min 左右）。PLC 扫描时间无法继续降低，如果降低每秒打手脉冲数量（以前 6 脉冲/周），需要重新制作与接近开关对应的信号盘。后查阅 Z⁃CITF 说明书发现以下内容。
从上面内容可以看到，Z ⁃CTIF 模块在 SZ ⁃4CPU 模块下可以实现 1 路 A/B 5 KHz 或 2 路加法5 KHz 计数；也可设置后当作 4 路外部中断输入（1 KHz）。由于 FA109 型清棉机最高打手速度也不会超过 4 000 r/min，折合接近开关脉冲 400 脉冲/s，完全可以利用 Z ⁃CTIF 中断代替高速计数器来实现同时对 3 路打手测速功能。改中断后 Z⁃CTIF 模 块 接 线 如 图 3 所 示 ，K10 继 电 器 拆 除不用。
程序修改部分如下：修改 Z⁃CTIF 模块为 4 路中断输入。
原程序：
LDS K10 OUTW R7633∥ 设 置 R7633=K10，设置模块为加法计数。
LDC K10001 OUTD R7634∥ 设 置 I0/I1输入为 0001—加法计数，绝对值设定值方式。
LDC K70007 OUTD R7636∥ 设 置 I2/I3 输入为 0007—外部复位输入（计数用，无中断）。
修改为：
LDS K40 OUTW R7633∥ 设 置 R7633=K40，设置模块为中断。
LDC K40004 OUTD R7634∥ 设 置 I0/I1 输入为 0004—中断输入。
LDC K40004 OUTD R7636∥ 设 置 I2/I3 输入为 0004—中断输入。
修改后设置中断程序梯形图如图 4 所示。
这样该模块的 C0⁃C3 就变成外部中断输入，下一步设计中断子程序。在中断子程序中，在 I0（I1/I2）上升沿对 R3000（R3100/R3200）寄存器加一，随后可以每隔 5 s 取出后乘以 2 就是打手 1 的转速。修改后中断子程序梯形图如图 5 所示。
5 结语
经过对 Z ⁃CTIF 模块计数方式的重新设计，在不增加成本的基础上，取消了 K10 继电器，对接线相应做了调整，仅改写了控制程序就圆满解决了设备设计上的先天缺陷。经使用表明，设备能长期稳定运行，并且杜绝了以前经常发生的故障，设备改进获得了成功。
资料来源：棉纺织技术