摘  要   簡(jiǎn)要介紹了棉紡精梳機(jī)及可編程序控制器（PLC）的發(fā)展，回顧了歐姆龍PLC在本公司歷代產(chǎn)品電氣控制系統(tǒng)的應(yīng)用概況，著重介紹了運(yùn)用歐姆龍CP1H小型機(jī)在棉紡精梳機(jī)電氣控制中的方案實(shí)例及應(yīng)用體會(huì)。 

關(guān)鍵詞   精梳機(jī)；PLC；控制方案；同步發(fā)展

0．引言

　　我們上海一紡機(jī)械有限公司（原上海第一紡織機(jī)械廠、上海紡織機(jī)械總廠），建立已有80余年的歷史，專業(yè)生產(chǎn)紡織機(jī)械也有近半個(gè)世紀(jì)。公司常年致力于開發(fā)、生產(chǎn)、銷售的紡織機(jī)械品種涉及棉、毛、麻、絹、化纖等多種領(lǐng)域的前紡設(shè)備。

　　在科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展的歷史進(jìn)程中，公司的紡織機(jī)械電氣控制系統(tǒng)的自動(dòng)化程度也發(fā)生了較大的變化，控制系統(tǒng)從最早的十幾個(gè)繼電器控制，發(fā)展到用單板機(jī)、可編程序控制器（PLC）、可編程序計(jì)算機(jī)控制器（PCC）、工業(yè)控制器等多種控制形式，這些控制方式各有特點(diǎn)，例如，純繼電器線路可以用在控制極為簡(jiǎn)單的紡織設(shè)備中，其價(jià)格低廉、維護(hù)方便，但不易于改變功能；單片機(jī)具有一定的編程靈活性、價(jià)格又低于一般的PLC，但控制點(diǎn)位和編程能力受到一定限制；PLC以其方便易掌握的編程指令及可擴(kuò)展的輸入/輸出模塊、成熟的抗干擾技術(shù)而深受工程技術(shù)人員歡迎；PCC具有高可靠性、豐富的編程語言、強(qiáng)大的功能、良好的耐惡劣環(huán)境的能力，但由于價(jià)格問題較難在普通紡機(jī)設(shè)備中普遍應(yīng)用；工業(yè)控制器的性能完善同時(shí)也與高價(jià)格相伴，因此只有在少數(shù)的大型紡織設(shè)備中采用。所以現(xiàn)在一般的紡機(jī)設(shè)備，PLC是最常見的控制器。因此，本文僅對(duì)PLC逐代應(yīng)用于公司的“四代”精梳機(jī)等產(chǎn)品加以回顧和介紹。

1．棉精梳機(jī)簡(jiǎn)介

　　本公司的主導(dǎo)產(chǎn)品是棉紡廠使用的精梳機(jī)（其主要功能是通過對(duì)從梳棉機(jī)產(chǎn)出的生條棉網(wǎng)的梳理來去除其中的短纖維、雜質(zhì)、棉結(jié)和疵點(diǎn)等，同時(shí)也提高棉纖維的伸直度，使得精梳后的棉條通過后道工藝最終能紡制出60支以上的高支紗，由此來滿足人們舒適著裝或一些特殊的需求），公司也正是伴隨著精梳機(jī)不斷的升級(jí)換代而發(fā)展壯大的。十幾年前，我們公司的精梳機(jī)在全國棉紡廠的市場(chǎng)占有率曾經(jīng)是90%以上，多么值得驕傲和令人羨慕的數(shù)字！由于人們生活水平的不斷提高，即使是在全國棉紡業(yè)壓錠的年代，人們對(duì)棉精梳設(shè)備的需求也絲毫沒有削弱過。當(dāng)然在市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的模式下，誰也無法壟斷任何產(chǎn)品，并且隨著歐洲發(fā)達(dá)國家制造的棉精梳機(jī)大舉進(jìn)入、國內(nèi)同行的多方夾擊，使得棉精梳設(shè)備制造業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日益激烈，也對(duì)我們公司的精梳機(jī)市場(chǎng)份額形成了強(qiáng)烈的沖擊。形勢(shì)所迫，我們只有不斷的開發(fā)出新的紡機(jī)產(chǎn)品，才有繼續(xù)生存的空間?？梢姡龊煤筒粩嚅_發(fā)新型精梳設(shè)備于國、于民、于企業(yè)的生存和發(fā)展是何等重要。

2．可編程序控制器（PLC）的發(fā)展與流派

　　可編程序控制器的英文為Programmable Controller，在二十世紀(jì)70-80年代一直簡(jiǎn)稱為PC。到了90年代，由于個(gè)人計(jì)算機(jī)發(fā)展起來后也簡(jiǎn)稱為PC，加之可編程序的概念所涵蓋的范圍太大，所以美國AB公司首次將可編程序控制器定名為可編程序邏輯控制器(PLC-Programmable Logic Controller)，為了方便，乃簡(jiǎn)稱可編程序控制器為“PLC”。

　　1968年美國GM(通用汽車)公司提出取代繼電器控制裝置的要求，第二年美國數(shù)字公司研制出了第一代可編程序控制器，滿足了GM公司裝配線的要求。

　　隨著集成電路技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在已有第五代PLC產(chǎn)品了。在制造工業(yè)的發(fā)展過程中，除了以連續(xù)量為主的反饋控制外，存在著大量的開關(guān)量為主的開環(huán)的順序控制，它按照邏輯條件進(jìn)行順序動(dòng)作或按照時(shí)序動(dòng)作；另外還有與順序、時(shí)序無關(guān)的按照邏輯關(guān)系進(jìn)行連鎖保護(hù)動(dòng)作的控制；以及大量的開關(guān)量、脈沖量、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)器、模擬量的越限報(bào)警等狀態(tài)量為主的離散量的數(shù)據(jù)采集監(jiān)視。由于這些控制和監(jiān)視的要求，所以PLC發(fā)展成了取代繼電器線路和進(jìn)行順序控制為主的產(chǎn)品。

　　為了使用戶等完成類似繼電器線路的控制系統(tǒng)梯形圖，而編制了一套控制算法功能塊(或子程序)，稱為指令系統(tǒng)，固化在存貯器ROM中，用戶在編制應(yīng)用程序時(shí)可以調(diào)用。指令系統(tǒng)大致可以分為兩類，即基本指令和擴(kuò)展指令。細(xì)分一般PLC的指令系統(tǒng)有:基本指令、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器指令、移位指令、傳送指令、比較指令、轉(zhuǎn)換指令、BCD運(yùn)算指令、二進(jìn)制運(yùn)算指令、增量/減量指令、邏輯運(yùn)算指令、特殊運(yùn)算指令等。另外PLC還提供了充足的計(jì)時(shí)器、計(jì)數(shù)器、內(nèi)部繼電器、寄存器及存貯區(qū)等內(nèi)部資源，為編程帶來極大方便。

　　世界上PLC產(chǎn)品可按地域分成三大類：一是美國產(chǎn)品，一是歐洲產(chǎn)品，一是日本產(chǎn)品。美國和歐洲的PLC技術(shù)是在相互隔離情況下獨(dú)立研究開發(fā)的，因此美國和歐洲的PLC產(chǎn)品有明顯的差異性。而日本的PLC技術(shù)是由美國引進(jìn)的，對(duì)美國的PLC產(chǎn)品有一定的繼承性，但日本的主推產(chǎn)品定位在小型PLC上。日本的小型PLC最具特色，在小型機(jī)領(lǐng)域中頗具盛名，某些用歐美的中型機(jī)或大型機(jī)才能實(shí)現(xiàn)的控制，日本的小型機(jī)就可以解決。在開發(fā)較復(fù)雜的控制系統(tǒng)方面明顯優(yōu)于歐美的小型機(jī)，所以格外受用戶歡迎。日本有許多PLC制造商，如三菱、歐姆龍、松下、富士、日立、東芝等，在世界小型PLC市場(chǎng)上，日本產(chǎn)品約占有70％的份額。

3． 回顧本公司產(chǎn)品伴隨PLC技術(shù)的同步發(fā)展  

3．1.  C60P用于“第一代”（以使用PLC算起，下同）FA252型棉精梳機(jī)

　　我們公司在1990年以前三十多年的精梳機(jī)研發(fā)歷史中，電氣控制部分都是通過繼電器來完成的，其價(jià)格雖然低廉，但不易于改變功能。隨著控制要求的不斷提高，純繼電器的控制線路已顯得越來越不能滿足，而且太多的繼電器使得電控柜的體積變得越來越大，線路錯(cuò)縱復(fù)雜，給設(shè)計(jì)、制作和維護(hù)都帶來麻煩。

　　九十年代初，我們?cè)陂_發(fā)新的棉精梳機(jī)FA252、FA253時(shí)，正好是PLC進(jìn)入國內(nèi)自動(dòng)化領(lǐng)域不久，我們認(rèn)真對(duì)比了當(dāng)時(shí)世界著名的幾個(gè)品牌，首先確定小型機(jī)就能滿足控制需求，又由于日產(chǎn)PLC在編程語言方面更適應(yīng)東方人的邏輯思維方式，所以******日產(chǎn)PLC。

　　在日本多家PLC制造商中，比較下來歐姆龍自動(dòng)化集團(tuán)的PLC是引領(lǐng)工業(yè)自動(dòng)化產(chǎn)品和應(yīng)用先進(jìn)技術(shù)的產(chǎn)品，它進(jìn)入中國市場(chǎng)的時(shí)間早、產(chǎn)品性能穩(wěn)定、編程簡(jiǎn)易、調(diào)試方便（軟件雖然還只是基于當(dāng)時(shí)DOS平臺(tái)的“LSS”，但已經(jīng)有較豐富的功能，與其他日產(chǎn)PLC軟件相比，它的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控能力尤為出色），成為當(dāng)時(shí)自動(dòng)化領(lǐng)域的佼佼者。在中國，歐姆龍有遍布全國的物流、銷售和技術(shù)支持，可及時(shí)提供客戶最直接的服務(wù)。

　　基于以上理由，我們?cè)?ldquo;第一代”用PLC作為主控制器的棉精梳機(jī)時(shí)******了日本歐姆龍公司的產(chǎn)品——九十年代初期的“C60P型PLC”。

　　“C60P型”可編程序控制器，以現(xiàn)在的目光來看，體積可謂龐大，但該款PLC當(dāng)時(shí)比起我們?cè)扔?jì)劃要在電氣箱安裝幾十個(gè)繼電器來說體積可大大縮小了，而且控制邏輯可隨時(shí)修改，不需動(dòng)一根電線和任何電氣元件就可改變控制功能，這些技術(shù)和元?dú)饧倪M(jìn)步對(duì)于我們從事自動(dòng)化設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)直是革命性的！我們第一臺(tái)棉精梳樣機(jī)成功后就于1993年參加了在日本大阪的國際紡機(jī)展，當(dāng)時(shí)國內(nèi)外的棉精梳機(jī)還都在用繼電器控制著精梳設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)。由于較早地使用了PLC，使得我們當(dāng)時(shí)的精梳設(shè)備在控制技術(shù)上處于************水平。

　　緊接著，公司的精梳配套設(shè)備—FA355系列條并卷機(jī)也同樣采用了C60P型PLC。

3．2．CQM1用于“第二代”PX2型棉精梳機(jī)

    我們?cè)诰攀甏笃?，將歐姆龍公司的CQM1型PLC用于公司的“第二代”PX2棉精梳機(jī)以及為之配套的SR80條并卷機(jī)，開發(fā)成功后幾年中銷量就達(dá)幾千臺(tái)。但由于CQM1型PLC差不多可以歸入中型PLC的范疇，從現(xiàn)在來看價(jià)格也比較昂貴，而且目前已被下文提及的CP1H小型PLC取代，因此本文不再作介紹。

3．3．CPM1A用于“第三代”CJ25型棉精梳機(jī)

　　隨著時(shí)代的發(fā)展，我們的精梳設(shè)備同各行各業(yè)一樣也需要不斷的更新，首先要增強(qiáng)功能又不能擴(kuò)大電氣箱空間，這就要依靠PLC的進(jìn)步相輔佐。

　　九十年代后期，隨著歐姆龍公司PLC的新產(chǎn)品—CPM1A的推出，其比起原來的C60P體積差不多縮小了一倍，而且在指令種類(90多種)、指令執(zhí)行時(shí)間（LD指令1.72μm）、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器數(shù)量（128位）、中斷輸入和脈沖輸入、高速計(jì)數(shù)器、模擬量設(shè)定、通信距離（50M）等關(guān)鍵指標(biāo)上比C60P都前進(jìn)了一大步，完全能夠滿足我們的控制要求，于是，再次采用歐姆龍的CPM1A及顯示器MPT002組合作為我們“第三代”棉精梳機(jī)（此屬于公司一款中檔精梳機(jī)，與“第二代”精梳機(jī)同步生產(chǎn)、銷售）的控制及顯示單元。開發(fā)成功的“第三代”CJ25型棉精梳機(jī)在眾多用戶廠經(jīng)多年使用，運(yùn)行可靠、反映良好。

3．4． CPM2A用于公司其他產(chǎn)品

　　CPM2A系列PLC是OMRON公司在CPM1A基礎(chǔ)上推出的升級(jí)產(chǎn)品。它與CPM1A相比，在程序容量、指令種類、指令執(zhí)行時(shí)間、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器數(shù)量諸方面都有明顯進(jìn)步，并新加了RS232通訊端口，支持各種無協(xié)議通訊方式，特別是脈沖輸出和同步功能的增加給設(shè)備的自動(dòng)化控制提供了更大的方便。

    我們?cè)诔袚?dān)下屬公司的外協(xié)產(chǎn)品“高能聚焦超聲治療儀”的調(diào)試臺(tái)時(shí)，充分運(yùn)用了CPM2A的脈沖輸出功能和同步功能，使得對(duì)于定位精度要求很高的該治療儀，在制作調(diào)試過程中就能很好把握設(shè)備的質(zhì)量關(guān)，滿足了用戶的訂貨要求。

4． 最新款CP1H用于“第四代”CJ60型棉精梳機(jī)

　　近年來，PLC技術(shù)的不斷進(jìn)步，為我們開發(fā)新的產(chǎn)品提供了自動(dòng)控制上的保證。

　　歐姆龍公司2006年推出的新款CP1H小型PLC，在I/O的擴(kuò)展能力、程序容量（20K）、指令種類、指令執(zhí)行時(shí)間（LD指令0.1μm）、DM數(shù)據(jù)區(qū)（32K）、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器數(shù)量（相當(dāng)多）、功能塊、復(fù)雜的函數(shù)運(yùn)算、浮點(diǎn)運(yùn)算（ST）、內(nèi)置模擬量輸入/輸出功能、串行PLC的連接功能、Modbus-Rtu的簡(jiǎn)易主站功能、三個(gè)通訊口等諸方面比CPM2A又有長(zhǎng)足進(jìn)步。這些指標(biāo)差不多與業(yè)內(nèi)的中型PLC所相當(dāng)，而CP1H的體積和價(jià)格又類同于其他小型PLC。所以CP1H的性價(jià)比確實(shí)是很令人吸引的。另外，CP1H還引進(jìn)了USB的標(biāo)準(zhǔn)配置接口與個(gè)人電腦連接，增加了設(shè)備的通用性（但是該功能在現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試過程中一旦受到變頻器工作的干擾就時(shí)有掉線情況發(fā)生，這時(shí)我們可以通過CP1H自帶的RS232串口來實(shí)現(xiàn)監(jiān)控）。

　　軟件方面，與CP1H同步推出的CX-One也比原來歐姆龍公司的各種軟件版本更為人性化。在指令編寫、地址搜索、條文注釋、軟件保護(hù)、功能塊編制、多種編程語言、調(diào)試監(jiān)控等方面為用戶提供了高水平的應(yīng)用平臺(tái)。尤其是功能塊的調(diào)用及多種編程語言的靈活性給方案設(shè)計(jì)提供了極大的便利。值得一提的是歐姆龍公司居然允許在今天的CX-One軟件上把我們近20年前在計(jì)算機(jī)的DOS操作環(huán)境下使用“LSS”軟件編制的、Win 98環(huán)境下使用的“SSS”軟件編制的、以及所有Windows 環(huán)境下編制的歷史程序，都能通過CX-One的轉(zhuǎn)換而方便的讀出或進(jìn)行老程序的升級(jí)。這與有些歐洲大的跨國公司相比確實(shí)體現(xiàn)出其優(yōu)勢(shì)，后者不同等級(jí)的PLC甚至是地處不同國家的不同團(tuán)隊(duì)開發(fā)的，因此分別使用了兩套完全不同的軟件開發(fā)體系，很難做到像歐姆龍公司那樣，一直保持軟件開發(fā)的延續(xù)性，使得每個(gè)新軟件的推出都考慮到對(duì)歷史產(chǎn)品具有很好的兼容性，這也是我們長(zhǎng)期愿意使用歐姆龍PLC產(chǎn)品的理由之一。

　　2006年，我們?cè)陂_發(fā)最新的“第四代”CJ60型高