摘 要：本文主要論述臺(tái)達(dá)機(jī)電產(chǎn)品在針刺型無紡布生產(chǎn)線上的系統(tǒng)集成應(yīng)用原理。項(xiàng)目展示了同構(gòu)平臺(tái)機(jī)電自動(dòng)化產(chǎn)品的系統(tǒng)集成優(yōu)勢。
關(guān)鍵詞：針刺機(jī)；變頻器；人機(jī)界面；PLC

1 引言

無紡布在發(fā)達(dá)國家的日常生活和工業(yè)生產(chǎn)甚至土建工程和醫(yī)療衛(wèi)生中有廣泛的用途。自從1990年開始，中國通過引進(jìn)歐洲光、機(jī)、電、氣、液全自動(dòng)化成套生產(chǎn)線設(shè)備，有了現(xiàn)代意義上的無紡布生產(chǎn)能力。根據(jù)機(jī)電工程的理念，現(xiàn)代無紡布是典型的高新自動(dòng)化設(shè)備密集型產(chǎn)業(yè)。例如某上市公司自1990年開始全廠5條引進(jìn)歐洲自動(dòng)化生產(chǎn)線的PLC達(dá)到60余臺(tái)套共計(jì)3700多I/O點(diǎn)；變頻器達(dá)到120多臺(tái)，永磁同步交流調(diào)速自冷密封電機(jī)在一套梳理機(jī)機(jī)組的集成直軸伺服傳動(dòng)達(dá)到23臺(tái)，具有世界先進(jìn)水平。5條線萬噸年產(chǎn)能單班生產(chǎn)員工僅40人，擁有亞洲最先進(jìn)的水刺型無紡布研發(fā)與生產(chǎn)能力。
無紡布的紡織工程學(xué)名叫做非織造布。非織造布工藝完全不同于傳統(tǒng)的紡紗——織布過程，非織造布的最大特點(diǎn)是不需要紡紗過程，它的“織布”過程更加類似于造紙工藝，非織造布通常是在一條生產(chǎn)線上直接實(shí)現(xiàn)從纖維到成布的連續(xù)加工過程。非織造布生產(chǎn)線“吃”進(jìn)去的是纖維，“吐”出來的是布。參見圖1針刺型無紡布工藝過程，定向或隨機(jī)排列的纖維通過摩擦、抱合、粘合或這些方法的組合，而相互結(jié)合制成的水平纏結(jié)薄片、纖維網(wǎng)或絮墊，經(jīng)過針刺機(jī)組在垂直布面方向纏結(jié)成布。因?yàn)闆]有傳統(tǒng)意義的紡紗織布過程，所以叫做無紡布。

圖1 針刺型無紡布工藝過程
圖1中的送棉箱，開松機(jī)和氣壓棉箱是將密實(shí)的纖維變成蓬松雜亂的纖維并送到梳理機(jī)入口，梳理機(jī)將纖維梳理成厚薄均勻的纖維網(wǎng)并送到鋪網(wǎng)機(jī)，鋪網(wǎng)機(jī)將送來的纖維網(wǎng)按照重量要求疊成多層的纖維網(wǎng)送往針刺機(jī)并由針刺機(jī)刺成相互結(jié)合制成的纖維薄片。無紡布生產(chǎn)線系統(tǒng)是一個(gè)看似各自獨(dú)立、但卻互相牽制的一個(gè)大系統(tǒng)，本文將以針刺機(jī)組為對象集成自動(dòng)化針刺無紡布生產(chǎn)線。

2 臺(tái)達(dá)機(jī)電簡介

從最早第一臺(tái)變頻器面世，臺(tái)達(dá)機(jī)電至今已經(jīng)能為客戶提供PLC控制器、溫度控制器、計(jì)數(shù)器、人機(jī)界面、變頻驅(qū)動(dòng)器、伺服驅(qū)動(dòng)器、數(shù)控系統(tǒng)等一系列產(chǎn)品，已經(jīng)有能力向客戶提供完善可靠的機(jī)電一體化解決方案。汕頭三輝企業(yè)是一家以生產(chǎn)無紡布機(jī)械為主的企業(yè)，與中達(dá)電通已有多年合作，對臺(tái)達(dá)產(chǎn)品給予了強(qiáng)力支持與高度信任，并取得了非常良好的效果。本文主要以三輝企業(yè)生產(chǎn)的針刺機(jī)組生產(chǎn)線為例，簡要闡述臺(tái)達(dá)機(jī)電產(chǎn)品的整合應(yīng)用及其優(yōu)點(diǎn)。

3 自動(dòng)化系統(tǒng)集成規(guī)劃

3.1 總體技術(shù)路線

（1）PLC的存儲(chǔ)容量和處理速度。整條生產(chǎn)線而言，數(shù)據(jù)運(yùn)算及邏輯運(yùn)算量很大，16K容量遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，單臺(tái)PLC的處理速度將會(huì)影響生產(chǎn)的穩(wěn)定性。

（2）針刺生產(chǎn)線的布局和設(shè)備操作。各機(jī)臺(tái)是分散的，集中一地操作會(huì)為生產(chǎn)帶來不便，但假如分散操作，必須會(huì)帶來人機(jī)與PLC間的距離問題及PLC與受控單元的布線問題。

（3）設(shè)備組合方式。通常一條完整的生產(chǎn)線用戶會(huì)采購生產(chǎn)設(shè)備廠家性能或價(jià)格有優(yōu)勢的產(chǎn)品，或根據(jù)自身生產(chǎn)的產(chǎn)品采用不同的設(shè)備組合，故每條生產(chǎn)線組合可能完全不同。
綜上所述，為滿足方便安裝，方便整線整合，提高系統(tǒng)性能，本系統(tǒng)按照單機(jī)設(shè)計(jì)、自由組合方式設(shè)計(jì)（見圖2、圖3），即是每臺(tái)針刺機(jī)使用一臺(tái)PLC、一臺(tái)人機(jī)、每臺(tái)針刺機(jī)提供聯(lián)機(jī)接口，不同需求用戶組成生產(chǎn)線時(shí)控制上只要將各機(jī)臺(tái)連上控制總線即可，單機(jī)程式不須做修改，改動(dòng)內(nèi)容僅在總控制器部分。

圖2 人機(jī)與PLC連接采用RS232方式
臺(tái)達(dá)的驅(qū)動(dòng)器、控制器及人機(jī)界面等產(chǎn)品均帶有RS485接口，采用通訊方式安裝方便、價(jià)格低廉，故在規(guī)劃整條生產(chǎn)線的控制方式時(shí)可以充分利用通訊的方便性。故可以擬出以下兩種方式：圖2方式，PLC與人機(jī)聯(lián)線使用RS232,模擬量傳遞速度信號（考慮到通訊有實(shí)時(shí)性問題），變頻器頻率由PLC通訊給定，功能端子給定命令。圖3方式，PLC與人機(jī)聯(lián)線使用RS485, 模擬量傳遞速度信號，變頻器頻率由人機(jī)COM3通訊給定，功能端子給定命令。兩者相比差異在于變頻器控制源上。雖然效果一樣，但圖3方式遠(yuǎn)遠(yuǎn)增強(qiáng)了人機(jī)與PLC的通訊距離，亦即對本系統(tǒng)來說人機(jī)安放的范圍將很寬，更適合生產(chǎn)線上分布安裝，故將本系統(tǒng)按照圖3設(shè)計(jì)。

圖3 人機(jī)與PLC連接采用RS485方式
如圖3所示，本系統(tǒng)將使用到變頻器，PLC和人機(jī)界面。按照機(jī)型體積和驅(qū)動(dòng)能力，臺(tái)達(dá)變頻器分出多個(gè)系列產(chǎn)品，因VFD-B系列變頻器支持矢量閉環(huán)控制，低頻驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)，而針刺機(jī)系統(tǒng)對速度穩(wěn)定性要求較高，并且定位模式運(yùn)行時(shí)要求低速大力矩，故本系統(tǒng)采用性價(jià)比較高的VFD-B。人機(jī)采用具有兩個(gè)RS485的DOP-AE系列和PLC采用具有良好性價(jià)比的DVP-SA。

3.2 人機(jī)界面設(shè)計(jì)

操作界面主要實(shí)現(xiàn)對針刺、進(jìn)料、出料、剝網(wǎng)、托網(wǎng)及機(jī)臺(tái)間通訊進(jìn)行監(jiān)控操作。單機(jī)界面設(shè)計(jì)分五部分：啟動(dòng)畫面，主畫面，參數(shù)設(shè)定畫面，手動(dòng)操作畫面，配方畫面和幫助畫面。在設(shè)計(jì)用戶界面之前，須根據(jù)控制方案設(shè)計(jì)模組參數(shù)相關(guān)內(nèi)容，一是控制器選擇和控制區(qū)設(shè)定：控制器使用DELTA CONTROLLER ASCII，控制區(qū)長度設(shè)為8；二是通訊方式和通訊口設(shè)定，DOP-AE提供一個(gè)RS232口和兩個(gè)RS485口（或一個(gè)RS422口），設(shè)計(jì)時(shí)只要在模組參數(shù)設(shè)定的通訊項(xiàng)分別指定兩個(gè)RS485口的指向和通訊格式即可。這兩步完成才有下面的深入設(shè)計(jì)。

圖5 單機(jī)主畫面
（1）主畫面參見圖5、圖6。

單機(jī)主畫面的功能在于用戶能最直接了解到本地機(jī)器的運(yùn)行狀態(tài)、生產(chǎn)數(shù)據(jù)及生產(chǎn)線相鄰設(shè)備的連接狀況，故設(shè)計(jì)上主畫面分三部分：數(shù)據(jù)及狀態(tài)監(jiān)控區(qū)；換頁區(qū)；控制區(qū)。數(shù)據(jù)及狀態(tài)監(jiān)控區(qū)監(jiān)控各工藝動(dòng)作狀態(tài)和運(yùn)行數(shù)據(jù)，包括針刺次數(shù)、針刺時(shí)間、針刺密度、針刺頻率、牽伸比和進(jìn)料出料速度等,其中針刺時(shí)間和針刺次數(shù)在授權(quán)的情況下能清除當(dāng)前值,在針刺時(shí)間或針刺次數(shù)到達(dá)設(shè)定值后系統(tǒng)將彈出換針提示；換頁區(qū)完成各頁面切換,用戶可根據(jù)需要直接切換到相應(yīng)頁面進(jìn)行操作；手動(dòng)操作控制區(qū)控制油泵運(yùn)行和控制針刺動(dòng)作、入料、出料運(yùn)行。在主畫面按“運(yùn)行“后，該畫面油泵手動(dòng)停止無效，系統(tǒng)將按照已設(shè)定的頻率繼續(xù)運(yùn)行，運(yùn)行狀態(tài)下可實(shí)時(shí)調(diào)整針刺頻率。在聯(lián)動(dòng)狀態(tài)，針刺密度的修改將直接影響到進(jìn)料和出料速度，但牽伸比將維持恒定。非聯(lián)動(dòng)狀態(tài)，用戶可以手動(dòng)單獨(dú)更改針刺頻率和進(jìn)出料速度（即牽伸比）。