基于NA200系列PLC在异纤清除机的设计方案

随着可编程控制器（简称PLC：ProgrammablelogicController）的从无到有，功能从弱到强，应用领域从小到大，其已经成为工业控制领域的主流控制设备，在各行各业发挥着越来越大的作用。

1.1 PLC应用的必要性

棉花异纤清除机作为一种在线清除棉花中异纤的设备，其主要作用是代替人工挑拣棉花中所含的各类异纤，从而保证纱线的质量。棉花异纤清除机作为一种生产质量控制设备，其运行的稳定性和设备的可操作性是首要要求。第一，一旦设备运行不正常不仅会影响产量，还会造成纱线质量下降，因此，设备的控制单元必须选用可靠性高的器件。第二，设备自身的操作方法以及与生产线其他设备的级联控制方式，需要适应纺织厂工人的操作习惯，尽可能做到一键式启动、停止。基于以上需求，棉花异纤清除机采用PLC作为逻辑控制单元能够很好的满足设备的设计要求。

1.2 NA200系列PLC的特点

作为小型一体化PLC 产品，NA200PLC包括一个单独的CPU模块，以及各种可供选择的功能扩展模块，无论是独立运行，还是相互连接构成网络，均可以实现强大而复杂的控制功能。该系列PLC具有以下特点：①可靠性高，抗干扰能力强，适合各种工业现场的使用。②配套齐全，功能完善，适用性强。CPU本体具有多种I/O规格可以选用，还具备高速计数、定时、标准RS232和RS485接口。多种扩展模块可供选择。③支持梯形图（LD）、指令列表（IL）、功能块图（FBD）、顺序流程图（SFC）和结构化文本（ST）五种语言编程，易学易用。④标准的Modbus RTV通讯协议，可以很方便的与计算机组成控制网络。⑤输入输出端口分组设计，可以适应不同电气性能的使用。⑥安装方便，支持平面安装和DIN导轨安装。⑦体积小，重量轻，能耗低。⑧高性价比，在棉花异纤清除机中使用，既可以满足设备的需求，又能够降低设计成本。

2、设备概况及系统组成

棉花异纤清除机是一种能在线检测并剔除棉花中有害杂质的集机、光、电、气于一体的自动化电子设备，可无缝接入到前纺工序中。设备主要包括前级输棉风机、打手电机、罗拉电机、吸废棉风机、光源系统、高速相机、大规模集成处理板卡、工控机和高速气阀等，各部分负载类型不同，所需电压不同，对电源稳定程度的要求也不同；其启动流程为：首先启动工控机，20秒后启动光源系统，工控机启动完成后启动吸废棉风机，然后启动打手电机，待打手转速正常后，启动罗拉电机，启动前级输棉风机，最后启动相机、板卡，最后设备自动进入运行状态。另外，设备安装与纺织厂的生产线中，采用统一的供电线路和控制中心，来进行整条生产线的启动及故障报警等。生产线启动时，首先启动滤尘系统，然后启动后级梳棉设备，接着启动异纤清除机，最后启动前级开棉机，整条生产线开始过棉生产。

基于以上工艺设计要求，系统采用PLC进行启停逻辑控制。系统组成由南大奥拓CPU201-4002的PLC、中间继电器、工控机、RS232通讯电缆和异纤清除机的输入输出开关等构成，其中PLC主要负责接收生产线开启信号，对棉花异纤清除机进行电气逻辑控制，同时完成光源寿命计时统计、打手电机转速测量以及与工控机进行Modbus RTV通讯。系统硬件组成如图1所示：

图1 系统组成

3、软件功能设计

3.1硬件配置及端口设定

在系统设计之前，根据其复杂程度，从经济性、可靠性等方面考虑，选择NA-200PLC作为棉花异纤清除机控制系统的控制主机。PLC采用220V交流供电，本体具有24个数字量输入点（可设计为源型或漏型输入）和16个数字量继电器输出点，CPU内部集成两个RS232（Modbus RTV）、128K程序存储空间和8K掉电保持存储空间、4通道的高速单相计数器。具体PLC的I/O分配如图2所示。

图2 PLC外部I/O分配

3.2 PLC内部资源分配

在设计程序过程中，会使用到许多中间继电器、寄存器、定时器等软元件，为了便于编程及修改，在程序编写前先列出可能用到的软元件，现将与上位机通讯及关键元件进行规定，如表1所示。