【应用】南大傲拓小型PLC NA200用于染色机温度控制系统，内置铂电阻实现-200～+500℃温度检测
染色工序在纺织品生产中占有重要地位，染色质量直接决定了纺织品的色泽、外观，甚至还影响纺织品的生产成本。在染色工序中，影响染色的因素主要有染液浓度、温度、液位等，其中温度控制是很重要而又复杂的控制过程。染色过程实际上是执行由工艺人员针对不同织物的一条温度曲线，每个工艺对染色的温度、升降温过程都有严格的要求，否则，容易使织物产生色差、缸差、条痕等疵点，造成复染率上升，生产成本的增加。针对染色过程温度控制的复杂性，设计了基于PLC的染色机温度控制系统，实现对染色过程温度的控制，从而减少织物疵点，提高生产效率，降低生产成本。
系统控制要求
1.温度曲线存储要求对于不同的染色品种，其对温度的要求是不同的，因此对应的温度工艺曲线也是不同的，本系统通过触摸屏的组态配方设计将多种染色工艺及每一套工艺中的不同阶段的数据存储在触摸屏中，从而更方便的让工艺人员去操作，工艺人员可以随时修改工艺参数，并保存，这个数据将永久保持在触摸屏中，将工艺人员设定的不同的温度工艺曲线，全部由工作人员在触摸屏上输入，控制器根据接收的温度工艺曲线进行温度控制。控制器和触摸屏都具有断电长期保存当前数据的功能。
2.温度控制要求。在染色工艺过程中，典型的工艺曲线如下所示：
由图1可知，染色工艺可以分为多个曲线段，不同的曲线段对应不同的温度。对染色过程的温度控制主要是让芯子上的杯子内染液进行升温、保温、降温，结合生产的实际要求又将升温阶段按照斜率来进行升温设定，升温中PLC的设定可以为0~9℃，这个速率需要根据现场的加热器的功率来计算，本次在现场测试过程中设定到4℃时加热器已经是满功率运行，在PLC中设定这种人性化的斜率升温选择，从而很好的进行升温阶段的设定。温度控制分为五个子程序：按直接升温、斜率升温、保温、直接降温和按照斜率降温过程。这五个过程在PLC中分别对应五段程序，然后根据上位步号的选择进行循环执行。如图2，图3所示：
3.报警显示与染色配方功能。以上图2和图3是运行过程中的最主要的两个界面，为了让用户能够更好的查看运行中各种状态，在主画面中做了曲线图，可以更直观的查看过程温度的效果。而染色配方工艺界面让用户可以更方便的设置各套工艺并选择运行，本套系统每个工艺设置9步，可设定运行的步号，并从这个步号往后运行，当一套工艺运行完成后，主界面弹出一套染色工艺已运行结束，请确认，用户确认后方可进行下一套工艺。如下图所示。
图4中右侧界面主要是马达转速的控制以及变频正反转的控制，除了转速的控制是手动设定外，正反转的控制以及正转时间、反转时间和停止时间全部由PLC编程实现。当出现各种故障时，触摸屏指示灯闪烁，并出现故障报警，弹出故障报警画面，显示报警的原因。
系统的硬件构成
本系统采用南大傲拓公司推出的NA200小型PLC作为现场控制器，NA系列可编程控制器是南大傲拓科技有限公司最新研制出的具有国际先进水平的新一代控制装置，它采用了工业控制领域的一系列最新成果 ，选取了崭新的软硬件平台，具有快速的处理能力、强大的抗干扰性能、灵活的可扩展功能，对于任何复杂环境及处理要求，皆能游刃有余，应付自如。
二十多年自动化产品的开发经验和数百个项目的现场考验，铸就了南大傲拓PLC可靠的品质，产品已经通过了CE认证 、船级社（CCS）认证以及电力工业电力系统自动化设备质量检验测试中心的严格测试和检验 ，各项性能指标均达到或超过相关标准要求，领先于同类产品。
该PLC选用CPU2002主机模块；通过RS232口modbus-rtu协议连接触摸屏。现场控制器扩展了一块智能温度数据采集模块RTD输入模块2通道，该模块带有2个模拟输入点，不再需要外部变送器，一个模块就能完成数据采集及数据处理功能。
系统的温度信号的检测采用铂电阻PT100，铂电阻具有测量精度高、性能稳定可靠的特点，在工业上广泛用于-200℃～+500℃之间的温度测量。
另外如果需要可以通过RS485接口，MODBUS-RTU将PLC同工厂监控相连，实现远程操作与监控。
控制系统部分配置一块CPU2002（南大傲拓）、一块RTD输入模块2通道（南大傲拓）、触摸屏7寸(南大傲拓）。
系统的软件设计
由图1可知，染色工艺可以分为几个曲线段，不同的曲线段对应不同的目的温度、升降温时间、保温时间。对染色过程的温度控制主要是对染槽升温、保温、降温，结合生产的实际要求又将升温分为直接升温到指定温度和按斜率准确地升温到指定温度；同理，降温也分为直接降温到指定温度和根据斜率准确地降温到指定温度。
因此温度控制分为五个子程序：直接升温、按斜率升温、保温、直接降温、按斜率降温。直接升温还是斜率升温、直接降温还是斜率降温根据实际需要通过中控机设定，而后由现场控制器PLC的主程序调用相应子程序。由于染缸体积较大，加热管道相对较小，造成比较大的温度惯性，一般可将其认为是一种具有纯滞后大惯性的被控对象，因而在升/降温段采用趋势判断补偿法，如果是升温，则在温度到达T设定值目标温度-△Ti 时停止升温，其中△Ti为补偿温度。
PLC的主程序中，根据接收到的来自触摸屏的数据进行判别，再执行相应的程序。在下传的数据中包括目标温度、斜率、保温时间等，因而PLC可以根据这些数值判断升温、保温、还是降温。但是判断升温、降温、保温，光凭目标温度、斜率、保温时间不能得到精确的判断，因而使用前一曲线段的目标温度辅助进行判断。
下面以斜率升温为例，说明PLC的温控过程。在斜率升温时，将升温段曲线按时间分成若干个相等的小间隔，因而工艺曲线的升温段可以用阶梯性表示。只要每一间隔的时间足够小，则计算的每一间隔的温度给定值与理想值的偏差就可忽略。
由于温度的大滞后性，当实际温度T接近设定温度时，这个时候做一个余热升温设定，从而保证在升温到保温阶段不会出现温度超出过高的现象。
另外由于PT100温度的测量只有染槽的一个点，导致了温度测量并不一定完全是最终杯内染液的温度，所以设定了温度补偿△Ti，从而更好的满足工艺要求。升温曲线如下图所示：
图5：不同的升温速率斜率如图所示（斜率为3℃/min和2℃/min）图中也可以看到保温阶段的曲线。
为了更好的保证系统的安全性，系统增加了权限设置，设定了多种权限：超级管理员（具备所有权限）、工艺人员等等，这些都可以根据您的要求自由定制。
而染色配方设计的内容，大大简化了您用染色机控制电脑界面简单粗糙，操作较难的问题，如下图所示，直接在触摸屏上自由定制您的工艺配方。
本系统不但可以实现温度控制，而且根据需要还可扩展其他染色工艺过程的控制如水位、液位等参数的控制，具有良好的发展前景。本系统采用PLC作为生产现场的控制器，完成温度控制，能及时准确地控制染色产品的质量，将产品的质量隐患消灭在现场，保证染色一致性和一次准确化;而与传统的染色机控制电脑相比，采用PLC控制优势主要体现在：
PLC控制使得系统更加稳定，可靠；
采用触摸屏来操作，操作性相当方便，效果更加直观，使您的整套系统更加灵活；
染色工艺配方这块大大增强了操作性和直观性，节约了您宝贵的时间以及人力物力、
PLC控制的优势还在于灵活性更大，使您如果需要改进或增加新的系统的工艺流程，只需要您维护程序，从而省去了您花高额的金钱去买新的染色机控制电脑，触摸屏的界面更加可以根据您的要求自由定制。
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