1 引言染色工序在紡織品生產中占有重要地位，染色質量直接決定了紡織品的色澤、外觀，甚至還影響紡織品的生產成本。在染色工序中，影響染色的因素主要有染液濃度、溫度、液位等，其中溫度控制是很重要而又復雜的控制過程。染色過程實際上是執行由工藝人員針對不同織物的一條溫度曲線，每個工藝對染色的溫度、升降溫過程都有嚴格的要求，否則，容易使織物產生色差、缸差、條痕等疵點，造成復染率上升，生產成本的增加。針對染色過程溫度控制的復雜性，設計了基于PLC的染色機溫度控制系統，實現對染色過程溫度的控制，從而減少織物疵點，提高生產效率，降低生產成本。2 系統控制要求1）溫度曲線存儲要求對于不同的染色品種，其對溫度的要求是不同的，因此對應的溫度工藝曲線也是不同的，若將所有染色品種的溫度工藝曲線都存入現場溫度控制器中，則對該控制器的內存要求非常高，導致系統臃腫，因此本系統設計通過一臺中控機，將工藝人員設定的不同的溫度工藝曲線，全部由工作人員在中控機上輸入后經PROFIBUS—DP 現場總線下傳給現場控制器，現場控制器根據接收的溫度工藝曲線進行溫度控制，同時現場控制器可以隨時向中控機申請修改溫度工 藝曲線的參數。在網絡中斷時，現場控制器可以保存當前的溫度工藝曲線，并且具有斷電長期保存當前溫度曲線的功能。2）溫度控制要求在染色工藝過程中，典型的工藝曲線如圖1 下所示：圖1 典型的工藝曲線由圖1 可知，染色工藝可以分為多個曲線段，不同的曲線段對應不同的溫度。對染色過程的溫度控制主要是對染槽升溫、保溫、降溫，結合生產的實際要求又將升溫分為直接升溫到指定溫度和按斜率準確地升溫到指定溫度；同理，降溫也分為直接降溫到指定溫度和根據斜率準確地降溫到指定溫度。因此溫度控制分為五個子程序：直接升溫、按斜率升溫、保溫、直接降溫、按斜率降溫。直接升溫還是斜率升溫、直接降溫還是斜率降溫根據實際需要通過中控機設定，而后由現場控制器PLC的主程序調用相應子程序。3）報警及顯示功能為系統設置了一個 TD 200 文本顯示器，顯示染色過程中的一些操作和報警信息，該顯示器適用于所有西門子S7-200 系列的PLC。4）中控機監控要求采用西門子公司的WINCC 實現中控機對現場PLC 的監控，主要實現當前溫度顯示、動態溫度曲線顯示、溫度等參數設置、報警記錄和打印報表等功能。3 系統的硬件構成本系統采用西門子公司推出的 S7-200PLC 作為現場控制器，選用CPU226 主機模塊；通過CP5613 卡完成現場控制器同中控機之間的通信。現場控制器S7-200 擴展了一塊智能溫度數據采集模塊EM231，該模塊帶有4 個模擬輸入點，集成有16 位/轉換器，分辨率達0.1℃，能自動進行線性化處理，有冷端補償功能，不再需要外部變送器，一個模塊就能完成數據采集及數據處理功能。系統的溫度信號的檢測采用鉑電阻PT100，鉑電阻具有測量精度高、性能穩定可靠的特點，在工業上廣泛用于-200℃~+500℃之間的溫度測量。由于現場控制器S7-200 不能直接同PROFIBUS—DP 現場總線相連，因而為S7-200 外擴了PROFIBUSDP 模塊EM277。對于不同的染色品種，對應的溫度工藝曲線也是不同的，若將所有可能用到的溫度曲線存入現場控制器中，則對現場控制器的內存要求很高，因此本系統設計通過中控機，將工藝人員設定的不同的溫度工藝曲線，全部由工作人員在中控機上輸入后經PROFIBUS—DP 現場總線下傳給現場控制器，現場控制器根據接收的溫度工藝曲線進行溫度控制，同時現場控制器可以隨時向中控機申請修改溫度工藝曲線的參數。在網絡中斷時，現場控制器可以保存當前的溫度工藝曲線，并且具有斷電長期保存當前溫度曲線的功能，同時可以將現場的溫度等信號上傳至中控機，形成監控界面，如果需要可以通過網卡將中控機同工廠信息網以及Internet 網相連，實現底層到高層的信息共享。系統的結構圖如圖2 所示。4 系統的軟件設計由圖 1 可知，染色工藝可以分為幾個曲線段，不同的曲線段對應不同的目的溫度、升降溫時間、保溫時間。對染色過程的溫度控制主要是對染槽升溫、保溫、降溫，結合生產的實際要求又將升溫分為直接升溫到指定溫度和按斜率準確地升溫到指定溫度；同理，降溫也分為直接降溫到指定溫度和根據斜率準確地降溫到指定溫度。因此溫度控制分為五個子程序：直接升溫、按斜率升溫、保溫、直接降溫、按斜率降溫。直接升溫還是斜率升溫、直接降溫還是斜率降溫根據實際需要通過中控機設定，而后由現場控制器PLC 的主程序調用相應子程序。由于間歇式染色機的染缸體積較大，加熱管道與冷水管道相對較小，造成比較大的溫度慣性，一般可將其認為是一種具有純滯后大慣性的被控對象，因而在升/降溫段采用趨勢判斷補償法，如果是升溫，則在溫度到達T 目標溫度-△Ti 時停止升溫；若是降溫，則在溫度到達T 目標溫度+△Tj 時，停止降溫，其中△Ti、△Tj 為補償溫度。由于溫度控制的程序都在現場控制器PLC中，但是染色工藝參數是從中控機下傳給PLC的，因而在PLC 的主程序中，需要根據接收到的來自中控機的數據進行判別，再執行相應的子程序。在下傳的數據中包括目標溫度、斜率、保溫時間等，因而PLC 可以根據這些數值判斷升溫、保溫、還是降溫。但是判斷升溫、降溫、保溫，光憑目標溫度、斜率、保溫時間不能得到精確的判斷，因而使用前一曲線段的目標溫度輔助進行判斷。由下面溫度控制判斷表1 表示。（說明：T*為本曲線段的目標溫度，T*′為前一曲線段的目標溫度）

關鍵詞： PLC 溫度控制系統 染色工序