Процесс окрашивания занимает важное место в производстве текстильных изделий; качество окраски напрямую определяет цвет, внешний вид и даже влияет на себестоимость производства. Среди факторов, влияющих на процесс окрашивания, основными являются концентрация красящего раствора, температура, уровень жидкости и другие параметры, при этом контроль температуры является важным и одновременно сложным этапом управления. Фактически процесс окрашивания заключается в выполнении температурной кривой, установленной технологами для конкретных типов ткани; каждый технологический процесс предъявляет строгие требования к температуре, а также к процессам её повышения и понижения. В противном случае это легко приводит к таким дефектам, как цветовые различия, брак по цилиндрам и полосы, что, в свою очередь, увеличивает процент повторного окрашивания и, соответственно, себестоимость продукции. Учитывая сложность управления температурой в процессе окрашивания, был разработан система управления температурой окрашивающей машины на основе ПЛК, которая обеспечивает точный контроль температуры в ходе окрашивания, тем самым снижая количество дефектов ткани, повышая производительность и уменьшая затраты на производство.

　　Требования к системному управлению

　　1. Требования к хранению температурных кривых для различных видов окрашивания различаются, так как каждому из них соответствуют свои индивидуальные температурные режимы и, соответственно, разные технологические кривые. Данная система с помощью настроек конфигурации на сенсорном экране позволяет сохранять в памяти устройства данные о нескольких технологических процессах окрашивания и о различных этапах каждого из этих процессов, что делает работу технологов более удобной. Технологи могут в любой момент корректировать технологические параметры и сохранять изменения; эти данные навсегда сохраняются в памяти сенсорного экрана. Все заданные сотрудниками различные температурные кривые процессов вводятся оператором непосредственно на сенсорном экране, а контроллер осуществляет управление температурой на основе полученных температурных кривых. И контроллер, и сенсорный экран обладают функцией долговременного сохранения текущих данных даже при отключении питания.

　　2. Требования к контролю температуры. На протяжении процесса окрашивания типичная технологическая кривая представлена ниже:

　　Рисунок 1 Типичная технологическая кривая

　　Как видно из рисунка 1, технологический процесс окрашивания можно разделить на несколько криволинейных участков, каждый из которых соответствует определённой температуре. Основное управление температурой в процессе окрашивания заключается в постепенном нагреве, поддержании заданной температуры и охлаждении красящего раствора внутри стакана на сердечнике. При этом этап нагрева дополнительно настраивается с учётом фактических производственных требований — его темпы задаются в зависимости от наклона кривой. В ходе нагрева PLC позволяет устанавливать скорость нагрева в диапазоне от 0 до 9°C; этот темп необходимо рассчитывать исходя из мощности установленного на месте нагревателя. Во время текущих испытаний на объекте при установке скорости нагрева на уровне 4°C нагреватель уже работал на полную мощность. Таким образом, использование в PLC удобного режима настройки темпа нагрева позволило эффективно реализовать весь этап повышения температуры. Температурный контроль осуществляется с помощью пяти подпрограмм: прямого нагрева, нагрева по заданному наклону, выдержки при постоянной температуре, прямого охлаждения и охлаждения по заданному наклону. Каждый из этих пяти процессов в PLC соответствует отдельной программе, которые затем циклически выполняются в зависимости от выбранного номера верхнего шага. Как показано на рисунках 2 и 3.

　　Рисунок 2: Интерфейс формулы окрашивания

　　Рисунок 3: Главный интерфейс

　　3. Отображение сигнализации и функция рецепта окрашивания. Выше на рисунках 2 и 3 представлены два наиболее важных интерфейса в процессе работы. Чтобы пользователи могли лучше отслеживать различные состояния во время выполнения, на главном экране отображены графики, позволяющие более наглядно визуализировать эффект температуры процесса. Интерфейс технологии рецепта окрашивания позволяет пользователям удобнее настраивать различные технологические циклы и выбирать их для запуска. В данной системе каждый технологический цикл настроен на 9 шагов; можно задать номер шага, с которого начнется выполнение, и продолжить работу именно с этого шага. После завершения одного технологического цикла на главном экране появляется уведомление: «Технологический цикл окрашивания завершен. Пожалуйста, подтвердите». Только после подтверждения пользователя может быть запущен следующий технологический цикл. Как показано на рисунке ниже.

　　Рисунок 4: Подтверждение завершения технологии

　　На правой панели рисунка 4 в основном осуществляется управление частотой вращения двигателя и контроль переключения направления вращения с помощью преобразователя частоты. При этом, хотя управление скоростью выполняется вручную, управление направлением вращения, а также время прямого, обратного вращения и остановки полностью реализованы с помощью программирования ПЛК. В случае возникновения различных неисправностей индикаторы сенсорного экрана начинают мигать, появляется аварийное оповещение, и на экран выводится соответствующее сообщение с указанием причины неисправности.

　　Аппаратная составляющая системы

　　Данная система использует миниатюрный ПЛК NA200, выпущенный компанией Nanda Aotuo, в качестве контроллера на месте. Программируемые контроллеры серии NA — это новое поколение устройств управления международного уровня передовой разработки компании Nanda Aotuo Technology Co., Ltd. Они объединяют ряд самых современных достижений в области промышленного контроля и представлены на базе совершенно новой программно-аппаратной платформы. Эти контроллеры обладают высокой скоростью обработки, отличной помехозащищённостью и гибкими возможностями расширения, что позволяет им легко справляться с любыми сложными условиями и требованиями к обработке данных. Более двадцати лет опыта разработки автоматизированных продуктов и успешное прохождение полевых испытаний на сотнях проектов позволили компании Nanda Aotuo добиться надёжного качества своих ПЛК. Продукция уже прошла сертификацию CE, сертификацию классификационного общества CCS, а также строгие тесты и проверки в Центре контроля качества и испытаний автоматизированного оборудования для электроэнергетических систем. Все эксплуатационные показатели соответствуют или превосходят требования соответствующих стандартов, опережая аналогичные продукты на рынке. В качестве основного модуля используется CPU2002; подключение сенсорного экрана осуществляется через интерфейс RS232 по протоколу Modbus-RTU. На месте контроллер дополнительно оснащён интеллектуальным модулем сбора данных о температуре RTD с 2 каналами входа. Этот модуль имеет 2 аналоговых входных точки, что исключает необходимость использования внешних преобразователей — один такой модуль способен одновременно выполнять функции сбора и обработки данных. Для измерения температурных сигналов в системе применяется платиновый термометр сопротивления PT100, который отличается высокой точностью измерений, стабильностью и надёжностью. Он широко используется в промышленности для измерения температуры в диапазоне от -200°C до +500°C.

　　Кроме того, при необходимости можно подключить ПЛК к заводскому мониторингу через интерфейс RS485 и протокол MODBUS-RTU, обеспечивая удалённое управление и мониторинг.

　　Часть системы управления оснащена одним процессором CPU2002 (Nanda Aotuo), одним модулем ввода RTD на 2 канала (Nanda Aotuo) и сенсорным экраном диагональю 7 дюймов (Nanda Aotuo).

　　Программное проектирование системы

　　Из рисунка 1 видно, что технологический процесс окрашивания можно разделить на несколько участков кривой, каждый из которых соответствует определённой целевой температуре, времени нагрева и охлаждения, а также времени выдержки. Основное управление температурой в процессе окрашивания заключается в контроле нагрева, поддержания температуры и охлаждения в ванне, при этом, учитывая реальные производственные требования, нагрев подразделяется на прямой нагрев до заданной температуры и точный нагрев по заданному наклону; аналогично, охлаждение также делится на прямое охлаждение до заданной температуры и точное охлаждение по заданному наклону. Таким образом, управление температурой осуществляется с помощью пяти подпрограмм: прямого нагрева, нагрева по заданному наклону, выдержки, прямого охлаждения и охлаждения по заданному наклону. Выбор между прямым или по наклону нагревом, а также прямым или по наклону охлаждением производится оператором через центральный компьютер в зависимости от текущих потребностей, после чего соответствующая подпрограмма вызывается основной программой локального контроллера PLC. Поскольку объём красильной ванны достаточно велик, а нагревательные трубопроводы относительно малы, возникает значительная тепловая инерция; поэтому на этапах нагрева/охлаждения применяется метод компенсации с учётом динамики процесса. Если происходит нагрев, то подача тепла прекращается, как только температура достигает значения T — ΔTi, где ΔTi представляет собой компенсирующую температуру. В основной программе PLC принимаемые данные с сенсорного экрана анализируются, после чего выполняется соответствующая программа. Полученные в передаваемых данных значения включают целевую температуру, наклон и время выдержки, что позволяет PLC определять, требуется ли нагрев, выдержка или охлаждение. Однако для точного определения режима — нагрев, охлаждение или выдержка — недостаточно одних лишь целевой температуры, наклона и времени выдержки; поэтому дополнительно используется информация о целевой температуре предыдущего участка кривой.

　　Ниже на примере постепенного повышения температуры будет описан процесс управления температурой с помощью ПЛК. При постепенном нагреве кривая участка нагрева делится по времени на несколько равных небольших интервалов, в результате чего участок нагрева технологической кривой можно представить ступенчато. Если время каждого интервала достаточно мало, то отклонение заданной температуры для каждого интервала от идеальной величины можно пренебречь.

　　Из-за большой инерционности температуры, когда фактическая температура T приближается к заданной, в этот момент следует выполнить настройку подогрева за счёт остаточного тепла, чтобы гарантировать, что в процессе перехода к стадии поддержания температуры не произойдёт её чрезмерного превышения.

　　Кроме того, поскольку измерение температуры PT100 производится только в одной точке окрашивающего бака, это приводит к тому, что измеренная температура не всегда полностью отражает температуру красящего раствора в конечном стакане. Поэтому была установлена температурная компенсация △Ti, что позволяет лучше удовлетворять технологические требования. Кривая нагрева представлена на следующем рисунке:

　　Рисунок 5: Различные наклоны скорости нагрева показаны на рисунке (наклон — 3°C/мин и 2°C/мин). На рисунке также видна кривая этапа выдержки.

　　Чтобы лучше обеспечить безопасность системы, в неё добавлена настройка прав доступа, предусматривающая множество разрешений: суперадминистратор (обладает всеми правами), технологи и т.д.; все они могут быть свободно настроены в соответствии с вашими требованиями.

　　Рисунок 6: Интерфейс входа пользователя

　　А содержание разработки рецептов окрашивания значительно упрощает проблему сложного и грубого управления компьютерным интерфейсом окрасочной машины, что затрудняет работу, — как показано на рисунке ниже, вы можете прямо на сенсорном экране свободно настраивать свой технологический рецепт.

　　Рисунок 7: Редактирование рецепта процесса окрашивания

　　Данная система позволяет не только осуществлять контроль температуры, но и при необходимости расширяться для управления другими процессами окрашивания, такими как контроль уровня воды, уровня жидкости и других параметров, что обеспечивает хорошие перспективы развития. В качестве контроллера на производственной площадке данная система использует ПЛК, который выполняет управление температурой, позволяя оперативно и точно контролировать качество окрашиваемой продукции, устраняя потенциальные дефекты прямо на месте и гарантируя однородность окраски и высокую точность с первого раза. При этом преимущества использования ПЛК по сравнению с традиционными компьютерами управления окрашивающими машинами проявляются прежде всего в следующем:

　　Управление PLC делает систему более стабильной и надежной;

　　Использование сенсорного экрана делает управление весьма удобным, обеспечивает более наглядный результат и делает вашу систему более гибкой.

　　Рецептура технологического процесса окрашивания значительно улучшает удобство и наглядность, экономя ваше драгоценное время, а также человеческие и материальные ресурсы.

　　Преимущество управления PLC также заключается в большей гибкости: если вам потребуется улучшить или добавить новый технологический процесс в систему, вам нужно будет лишь обновить программу, что позволит сэкономить значительные средства, необходимые для покупки нового компьютера управления окрасочной машиной! Интерфейс сенсорного экрана можно также свободно настраивать в соответствии с вашими требованиями.