在无纺布设备工艺流程中，完成纤维的混合及开松后，即可将其送入喂棉系统。喂棉系统的选用应与纤维类型以及成网机形式相适应，通常槽式喂棉机用于长度小于60mm的细旦纤维，更长的纤维或是粗旦纤维则应采用带振动槽的喂棉箱—气压型振动棉箱。本项目重点介绍的气压型振动棉箱现已通过研发并投入正常生产中。
2 气压型振动棉箱简介及控制要求
2.1 振动棉箱
气压型振动棉箱是介于开清系统和梳理系统之间的重要工艺设备，如图1 所示。原料从上输送管道进入喂棉箱内，通过控制箱内上、下箱气流压力，以保证形成连续、均衡的喂给量；同时通过振动板的振动，使喂棉箱形成均匀一致的筵棉从喂棉箱下部输出，喂入下道成网机。就成网机而言，由喂棉系统均衡、稳定地输出筵棉对纤网的质量（单位面积重量以及长、短片段不匀率等）至关重要。
图1 气压型振动喂棉箱
2.2 设计要求
要求建立完善的自动控制系统，利用先进的自动化技术和工艺参数对喂棉箱进行实时监测和自动调节，使设备和工艺生产保持在最优的运行状态，提高设备的运行效率，主要包括以下几点：
（1） pid和连续喂棉自动控制系统，通过设定适当工艺参数如：上、下箱压力，上、下限压力报警和pid比例系数p和积分系数i，使喂给速度得到连续保证，从而使上、下箱压力保持恒定。
（2） 高速计数，利用plc特殊高速计数点实时监测打手辊转速的快慢，以便在出现原料堵塞之前及时做出合适的处理。
（3） 实时监测众多工艺参数设备运行状态，如储棉箱料位监测，以便保证喂棉箱内压力的稳定；实时监测上、下箱压力，以便在挂花或开清供棉不足时及时处理，保证生产的连续性和稳定性。
（4） 建立集中控制系统，通过计算机发出集中启动和集中停止命令，快速、准确地完成生产设备的自动启动或停车，并对所有设备进行有效的联锁保护。
（5） mpi通讯的设定和实现，只是通过通讯设定即可解决通讯问题，简洁、迅速。
3 技术方案和实现方法
根据控制要求和实际所需控制点数选用西门子s7-200cn系列plc。cpu224主单元加em223 扩展i/o单元，人机界面选用西门子tp170b触摸屏，实现较高的配置性价比。除预留两个点作为备用外，设计上其他plc点都有充分利用，tp170b是单色5.7’屏，既能节约成本又能图文并茂直观显示出所需工作画面的内容。具体控制原理详如图2所示。在工程实际中，应用最为广泛的调节器控制规律pid控制或pid调节，对于常见的的弱耦合单回路低阶反馈系统是最有效的控制算法。喂棉箱上箱、下箱压力设定值由工艺确定，根据不同原料和产量要求设定上下箱压力值，选用pi算法。在实际调试中，通过人机界面先大致设定一个经验值k1，k2，然后根据调节效果修改参数值；同时喂给速度值通过pi调节可实现连续喂棉，界面中通过棒图形象地表示连续喂棉的波动情况，如图3所示。
图2 系统控制原理框图
图3 连续喂棉棒图
3.1 打手辊转速实时监测
利用plc特殊高速计数点实时监测打手辊转速的快慢，以便在出现原料堵塞之前及时做出合适的处理。利用s7-200 cpu224专用高速计数点，6个独立的高速计数器（100khz），hsc0-hsc5只有定义了计数器和计数器模式才能对计数器动态参数进行编程，每个高速计数器都有一个控制字节，本程序里是以smb37为例，对smb37.7-smb37.0d7-d0为11001000转化为十六进制就是16#c8，用的是hsc0，mode0，对应高速计数点是i0.0。机身上安装有计数装置，一圈发出一个脉冲，一秒钟内脉冲次数赋给vd5000，同时将hsc0复位一次，vd5000乘以60后把计数单位转换为rpm/min（见附表）。
程序清单：
main
network 10
ld sm0.5
eu
lps
movd hc0, vd5000
aeno
＊d +60, vd5000
lpp
hsc 0
subrutine
network 1
ld sm0.0 //允许计数器；
movb 16#c8, smb37
//更新当前值，不更新预置值，设定计数方向为增；
//设定启动和复位都为高电平有效；
//设定为1×模式；
hdef 0, 0
movd +0, smd38 //清除hsc0当前值；
hsc 0
//编程hsc0；
3.2 建立集中控制和实时工艺参数监测
操作台上有点动、自动、联动选择开关，程序中点动状态下可以单个电机开停；自动状态下开单机；联动状态则是集中启动和集中停止该系统，同时发出相关联锁起、停信号和联锁报警和急停信号，给前后道连接设备。集中启动按工艺要求，先启动风机，然后是各单机打手，最后才是各单机的喂给；集中停止时顺序恰恰相反。
通讯方案的设定：pc与plc s7-200之间遵循pc/ppi协议，人机界面与plc之间用mpi通讯。
图4 工艺参数画面
在tp170b界面上，有手动画面、自动画面、报警画面、密码管理画面和参数设置画面，特别是在自动画面中有一页画面是正常工作时的显示画面，如下图4所示，实时显示了：
（1） 各个辊子的工作状态（0或1）、旋转方向和转速（hz或rpm或m/min）；
（2） 光电开关控制料位，光电挡光变暗，露出变亮；
（3） 上箱和下箱的实时压力值，单位pa。
这样用户在正常开车过程中只看这一个画面就可实时监测设备运行情况，若有报警，界面会自动弹出报警画面和报警信息，以方便用户及时检修；同时警铃响起，铃声根据报警停车类和报警不停车类，程序里分别编成不同铃声，以方便现场操作人员辨识故障及解决问题。
4 结束语
s7-200 cn系列经济性小型高性能 plc结构紧凑，具有极高的性价比。通过强大的结构化编程语言，工程优越性强大。本系统运行稳定可靠。项目的其它工艺段例如开包机，粗、精开松机，大仓混棉机，储棉箱，喂棉箱和部分针刺机，成卷机等控制系统都在使用s7-200cn。在以后的应用中，计划还要更广泛、更深入的使用s7-200cn，以更好性价比的赢得用户。
