捻線機是玻璃纖維生產(chǎn)線上的關鍵設備之一，捻線機的平穩(wěn)運轉以及適應生產(chǎn)工藝的多樣化是生產(chǎn)線的必要條件，工控自動化是滿足這些條件的必要保障。因此，控制系統(tǒng)是玻璃纖維捻線機關鍵技術的重要環(huán)節(jié)之一。傳統(tǒng)的生產(chǎn)設備由于老化或者自動化程度較低，不能滿足行業(yè)發(fā)展的需要，必須對其進行技術改造。
用PLC做控制系統(tǒng)核心，成本低、穩(wěn)定性高，程序編寫和調試也比較方便。但PLC在人機對話、故障判斷、在線修改等方面有些不便，需要對編程非常熟悉的專業(yè)人員進行操作。并且，想要直觀地了解生產(chǎn)過程和監(jiān)控信號的動態(tài)變化必須選擇一個上位機來配合PLC，才能組成較好的自動控制系統(tǒng)。因此，本系統(tǒng)采用觸摸屏與PLC通信，共同組成生產(chǎn)過程的自動控制系統(tǒng)。
1 系統(tǒng)組成
系統(tǒng)主要由觸摸屏、可編程控制器PLC、開關電源、步進電機驅動器、步進電機、變頻器、三相異步電動機等構成，其配置如圖1所示。控制系統(tǒng)主要利用程序控制鋼領板運行的速度、方向、位移，達到控制成形。
圖1 系統(tǒng)配置框圖
觸摸屏作為人機界面可以進行工藝參數(shù)的設定、運行狀態(tài)的監(jiān)控等。可編程控制器是整個控制系統(tǒng)的核心。它將工藝參數(shù)存儲并通過一定的控制算法控制變頻器的運行狀態(tài)以及步進電機的運行狀態(tài)。開關電源為觸摸屏、PLC、步進電機（包括接近開關、按鈕、中間繼電器）等提供工作電源。步進電機驅動器將可編程控制器給定的控制信號轉換和放大驅動步進電機工作。步進電機作為執(zhí)行單元通過機械傳動主要完成捻線機鋼領板的升降動作。變頻器通過可編程控制器控制運行狀態(tài)，通過內部參數(shù)的設定，可以調整運行的頻率，從而控制三相異步電動機的運行狀態(tài)和工作頻率。
三相異步電動機作為執(zhí)行單元通過機械傳動主要完成錠子以及羅拉的傳動。
2 EView觸摸屏和PLC通信
本設計采用EView MTS000工業(yè)嵌入式觸摸屏人機界面。在MTS000組態(tài)軟件中定義串口類設備s7.200PLC，串口號為COM.。設備定義結束后，定義I／0實型變量和離散變量，分別與設備輸入寄存器和輸出寄存器連接，實現(xiàn)開關量的控制口。觸摸屏與PLC的連接如圖2所示，并且按表1所示設置觸摸屏中的通信參數(shù)。
圖2 硬件連接圖
3 MT5000組態(tài)軟件
MTS000中用“工程”來表示組態(tài)軟件組態(tài)生成的應用系統(tǒng)。創(chuàng)建一個新工程就是創(chuàng)建一個新的用戶應用系統(tǒng)。建立工程的一般步驟為：構造數(shù)據(jù)庫（定義變量）_+定義設備一設計圖形界面一建立動畫連接。+運行和調試。但是，在進行設計的時候，它們不是獨立的，而是交替進行的，需要綜合考慮。首先，創(chuàng)建一個新工程，定義路徑和名稱，在設備選項中選定一個COM口，進行PLC連接。MTS000提供的設備連接向導對話框列出了工業(yè)生產(chǎn)常用的一些硬件設備（如PLC、板卡、智能儀表、變頻器等），并且已經(jīng)根據(jù)這些常用設備各自的通信協(xié)議制作了相應的通信協(xié)議，使應用人員從繁瑣的底層驅動程序中解脫出來。選擇了西門子公司S7.200系列PLC后，選擇通信方式，并給定設備名稱和地址，還要設置采樣時間和通信參數(shù)。
然后，進行動畫畫面的設計和變量的定義。雙擊數(shù)據(jù)詞典，定義和編寫系統(tǒng)所有變量。變量可以設為只讀、只寫和讀／寫模式。對于既要采集PLC狀態(tài)，又要實現(xiàn)對PLC的遠程控制的變量設置為讀／寫模式，而不需要向PLC發(fā)送命令的變量設置為只讀，這樣可以節(jié)省PLC掃描時間、加快系統(tǒng)進程、提高PLC效率。
繪制圖形畫面時，雙擊畫面選項，在彈出的繪圖環(huán)境下繪制與捻線機相對應的監(jiān)控畫面。系統(tǒng)監(jiān)控的設備較多，為更清楚明了地顯示不同設備的各個參數(shù)，需要繪制多幅畫面，既方便顯示又方便現(xiàn)場操作員進行控制。
主畫面里利用ShowPicture（畫面名）函數(shù)實現(xiàn)對其他畫面的調用。繪制完流程畫面后，將系統(tǒng)與要監(jiān)控的參數(shù)和畫面中的變量一一對應起來。這樣HMI組態(tài)基本完成。
4 組態(tài)界面設計及功能介紹
在MTS000組態(tài)軟件中編制系統(tǒng)的組態(tài)界面。根據(jù)本系統(tǒng)的特點及實際使用情況，界面設計由系統(tǒng)開機歡迎、上電提示、零點調整和查詢（總程、動程、升速、降速、級升、滑行）、方式設置的修改和查詢（成形方式、停車方式、回零方式）、數(shù)據(jù)的修改和查詢（計長長度、羅拉直徑、高度系數(shù)、手動速度、回零速度）等界面組成。這里給出了零點調整界面和數(shù)據(jù)設置界面，分別如圖3、圖4所示。
圖3 零點調整界面
零點調整界面動態(tài)顯示紗線的高度及長度。并動畫顯示紗線的成形過程。不同的紗型具有不同的動畫顯示過程。數(shù)據(jù)設置采用彈出數(shù)字小鍵盤的形式進行數(shù)據(jù)的設置和修改。整個界面設計簡單易懂。一目了然。使操作人員不需要專業(yè)知識，隨著操作提示和幫助，首次操作就可以基本獨立地進行工作。
圖4 數(shù)據(jù)設置界面
5 PLC程序設計
PLC的主要輸入/輸出端口定義以及PLC寄存器單元分配分別如表2、3所示：
為方便地增加或刪減程序模塊，同時也便于針對不同程序模塊進行完善，程序設計采用模塊化結構。PLC程序流程圖如圖5所示：
圖5 程序流程圖
6 結語
實際應用結果表明，玻璃纖維捻線機自動控制系統(tǒng)采用EasyView觸摸屏，簡化了控制系統(tǒng)結構，大大地提高了控制系統(tǒng)的實時監(jiān)控性，有效地降低了生產(chǎn)成本；PLC控制捻線機的運行和紗線的成形，達到了預期的控制效果，提高了生產(chǎn)效率。