沈陽機(jī)電業(yè)務(wù)處 FAE 孫承志

摘要：本文主要介紹了臺達(dá)自動化產(chǎn)品在粗紗機(jī)控制系統(tǒng)上的良好整合應(yīng)用，著重體現(xiàn)了臺達(dá)自動化產(chǎn)品在電氣控制系統(tǒng)中整合應(yīng)用的高性價(jià)比，突出技術(shù)方案優(yōu)勢。

關(guān)鍵字：PLC  HMI  變頻器閉環(huán)控制

近十多年來，我國紡織機(jī)械行業(yè)的自動化水平有了明顯的提高，在新型紡織機(jī)械上普遍采用了自動化技術(shù)。這項(xiàng)技術(shù)的內(nèi)容包含了先進(jìn)的信息處理和控制技術(shù)，即以計(jì)算機(jī)為核心，有PLC、工控機(jī)、單片機(jī)、人機(jī)界面、現(xiàn)場總線等組成的控制系統(tǒng)。先進(jìn)的驅(qū)動技術(shù)，有變頻調(diào)速、交流伺服、步進(jìn)電機(jī)等，檢測傳感技術(shù)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)等。棉紡織設(shè)備較有代表性的機(jī)電一體化產(chǎn)品，例如新型的粗紗機(jī)，應(yīng)用了自動化技術(shù)后機(jī)構(gòu)簡化，性能改善，質(zhì)量提高，操作方便，提升了設(shè)備的檔次和水平。采用觸摸屏人機(jī)界面，操作簡單方便。變頻調(diào)速降低了設(shè)備的噪音和功率，減少了機(jī)械損耗，并且隨著業(yè)內(nèi)人士對紡織工藝的更深入了解，粗紗機(jī)的功能更加的完善，使國產(chǎn)粗紗機(jī)比進(jìn)口粗紗機(jī)更加適合在國內(nèi)應(yīng)用。

近幾年來，重定量高效工藝的廣泛應(yīng)用，使得紡紗新技術(shù)推向了更高的發(fā)展水平，本文闡述整合DVP系列 PLC和變頻器等臺達(dá)自動化產(chǎn)品的某型粗紗機(jī)控制系統(tǒng)，設(shè)備應(yīng)用高效紡紗工藝技術(shù)，不僅提高了設(shè)備的生產(chǎn)效率，而且完善了控制系統(tǒng)技術(shù)配置方案，提高了粗紗機(jī)設(shè)備工作穩(wěn)定性和高效性，同時改善了紗錠產(chǎn)品的質(zhì)量，也體現(xiàn)了控制系統(tǒng)較高的性價(jià)比，值得同行推廣應(yīng)用。

某型粗紗機(jī)運(yùn)用了高效工藝以及配置技術(shù)參數(shù)合理選擇，進(jìn)行了精細(xì)剖析并經(jīng)過實(shí)驗(yàn)優(yōu)化出恰當(dāng)?shù)墓に嚰夹g(shù)參數(shù)，合理配置粗紗定量、粗紗后區(qū)牽伸倍數(shù)、羅拉隔距、上羅拉定位、粗紗捻系數(shù)、鉗口隔距等高效工藝參數(shù)是改善粗紗條和提高成紗質(zhì)量的保證。

其技術(shù)特性如下：

適紡線密度（tex）            200—1250   　

適紡纖維長度（mm）          22—65   　

牽伸倍數(shù)（倍）               4.2—12   　

最高機(jī)械錠速 （r.min-1）      1600   　

最高工藝錠速 （r.min-1）      1200   　

捻度范圍     （捻/m）        18—80   　

卷裝尺寸（mm）              ф150×400   　

錠距(mm)                     220   　

牽伸形式                     四羅拉雙短皮圈   　

加壓形式                    TexParts PK—1500或YJ4-190×4   　

下羅拉直徑（mm）           ф28.5   ф28.5   ф28.5   ф28.5   　

皮輥直徑（mm）             ф28    ф28    ф25    ф28 

技術(shù)方案配置詳見表1所示：

上述表格僅列舉出控制系統(tǒng)主要元器件，此外還包括低壓電器（低壓斷路器、電磁接觸器、電磁繼電器、儲能直流電容器、按鈕、指示燈等）、檢測傳感器（接近開關(guān)、行程開關(guān)等），此處均不予贅述。

控制系統(tǒng)上位機(jī)采用臺達(dá)10.4寸65536色真彩觸摸屏，人機(jī)界面通過COM1通訊口以RS232C方式和下位控制器PLC進(jìn)行實(shí)時通訊，實(shí)現(xiàn)粗紗機(jī)設(shè)備運(yùn)行參數(shù)信息顯示，運(yùn)轉(zhuǎn)參數(shù)指令輸入，設(shè)備報(bào)警信息顯示等功能；下位控制器PLC執(zhí)行用戶邏輯梯形圖程序，根據(jù)設(shè)備工藝技術(shù)條件，采集輸入點(diǎn)數(shù)字量信號，程序處理執(zhí)行后，刷新輸出點(diǎn)狀態(tài)，執(zhí)行相應(yīng)輸出動作，通過PLC自身集成的COM2通訊口以RS485方式向第一臺7.5KW的變頻器發(fā)送頻率命令，PLC高速脈沖輸入接口同時接收7.5KW變頻器拖動主電機(jī)軸端的編碼器脈沖信號，采集高速脈沖信號PLC程序進(jìn)行運(yùn)算處理；7.5KW主電機(jī)軸端編碼器脈沖輸出信號同時驅(qū)動第二臺2.2KW卷繞變頻器，2.2KW卷繞變頻器集成速度閉環(huán)PG卡，自身構(gòu)成閉環(huán)速度控制系統(tǒng)，PG反饋卡接收7.5KW主電機(jī)編碼器的脈沖輸入作為頻率指令來源，PG卡分頻輸出自身編碼器高速脈沖信號給第三臺1.5KW升降變頻器；1.5KW升降變頻器集成速度閉環(huán)PG卡，自身構(gòu)成速度閉環(huán)控制系統(tǒng)，PG反饋卡接收2.2KW卷繞電機(jī)編碼器的脈沖輸入最為頻率指令來源。

值得一提的是，編碼器信號輸出類型選擇為差分信號線驅(qū)動型（Line Driver），臺達(dá)DVP32EH00M型號PLC可以直接接收線驅(qū)動差分形式的高速脈沖信號，PG速度閉環(huán)反饋卡也選擇接收差分形式脈沖信號，采用線驅(qū)動差分形式的高速脈沖信號有效地克服了工業(yè)現(xiàn)場各類雜訊干擾導(dǎo)致高速脈沖信號丟失或者失真的現(xiàn)象。控制系統(tǒng)原理框圖如圖1所示：

該型高速懸錠式粗紗機(jī)采用了PLC作為主控器，三軸聯(lián)動的變頻傳動技術(shù)，三電機(jī)聯(lián)動傳動分別由兩條H型同步帶傳送，其獨(dú)特的傳動技術(shù)特性使該機(jī)經(jīng)過變頻調(diào)速實(shí)現(xiàn)不同的錠子速度和羅拉速度，完成牽伸和加捻工藝；控制龍筋升降速度以及主軸恒速與相關(guān)的分速度合成的卷繞速度使其完成了成形和卷繞任務(wù)。    　

該型粗紗機(jī)取百家之長自主開拓了自由換向PLC控制程序，使升降變頻電機(jī)的轉(zhuǎn)向?qū)崿F(xiàn)了紡紗過程的自由換向，百毫秒的換向時間達(dá)到了快速自由換向的技術(shù)要求。     　

該型粗紗機(jī)采用了四羅拉雙短皮圈的D型牽伸型式，在三羅拉雙短皮圈的牽伸型式的基礎(chǔ)上，在前方增加一對集束羅拉：即在前羅拉和二羅拉之間形成了一個整理集束區(qū)，該區(qū)加裝了集合器這樣就使二、三羅拉之間成為主牽伸區(qū)，三、四羅拉之間成為后區(qū)副牽伸區(qū)，因此使?fàn)可旌图�束整理用途區(qū)分開來，即：牽伸不集束，集束不牽伸，從而在一定程度上減少了牽伸羅拉面積上的壓力峰值，改善了羅拉牽伸的工作條件，集束整理區(qū)的設(shè)置和纖維浮游區(qū)的改動增強(qiáng)了纖維變速點(diǎn)的動搖性，與三羅拉雙短皮圈牽伸型式相比擬大幅度地改善了粗紗條的質(zhì)量。

由于粗紗機(jī)使用現(xiàn)場電源可能會出現(xiàn)意外停電，如果設(shè)備沒有后備電源，那么設(shè)備意外停機(jī)時，PLC、HMI和變頻器瞬間掉電會使設(shè)備驅(qū)動電機(jī)以自由停車方式運(yùn)行，此時控制系統(tǒng)無法記憶當(dāng)前運(yùn)行位置信息和運(yùn)轉(zhuǎn)參數(shù)信息，再次啟動系統(tǒng)會出現(xiàn)參數(shù)混亂情況，所以粗紗機(jī)系統(tǒng)勢必要加裝電源儲能裝置，以備在電源意外斷電情況下釋放電能，保證PLC、HMI和變頻器在設(shè)備正常停車之前電源穩(wěn)定供應(yīng)。考慮到經(jīng)濟(jì)成本，采用直流大電容作為儲能元件要比選用大功率UPS節(jié)省成本，而且UPS的響應(yīng)時間要比電容器長，綜合考慮采用大容量直流電容器作為儲能元器件，實(shí)踐證明完全滿足技術(shù)要求，電源停電后，通過大容量電容器釋放電能供給PLC和變頻器，PLC能夠持續(xù)運(yùn)行60S，變頻器也能夠持續(xù)運(yùn)行50S，這些時間足夠有效處理意外停電后設(shè)備正常停機(jī)工藝動作。需要注意的是，對于臺達(dá)PLC直流供電，直流電源正極接到N端子，直流電源負(fù)極接到L端子；而對于三臺變頻器則要求共直流母線DC-BUS，也就是三臺變頻器直流母線并聯(lián)在一起，統(tǒng)一連接在大容量儲能電容器組件上面。

（1）主電機(jī)7.5KW變頻器參數(shù)調(diào)整如表2所示：  

（2）卷繞電機(jī)2.2KW變頻器參數(shù)調(diào)整如表3所示：

00-10	Control Method		3
00-20	Source of Freq.		4
00-21	Source of Oper.		1
01-00	Max Output Freq.	Hz	50
01-01	Motor1 Fbase	Hz	50
01-02	Max Out-Volt 1	V	380
01-12	1st Accel Time	sec	0.01
01-13	1st Decel Time	sec	0.01
01-20	JOG Accel Time	sec	0.01
01-21	JOG Decel Time	sec	0.01
01-22	JOG Frequency	Hz	36
05-01	Motor1 Rated A	Amps	5
05-02	Motro1 Rated P	Kw	2.2
05-03	Motor1 Rated	RPM	1440
05-04	Motor1 Poles		4
05-05	Motor1 No-Load	Amps	2.42
05-06	Motor1 Rs	ohm	6.191
05-07	Motor1 Rr	ohm	4.076
05-08	Motor1 Lm	mH	510.2
05-09	Motor1 Lx	mH	61.7
10-00	Encoder pulses		1024
10-01	PG input setting		2
10-15	PG Ref Input		1
10-16	PG Scale Factor		4
10-17	PG Elect. Gear A		1000
10-18	PG Elect. Gear B		1284
11-00	System Control		1
11-01	System Jm	PU	658

（3）升降電機(jī)1.5KW變頻器調(diào)整參數(shù)如表4所示：

00-10	Control Method		3
00-20	Source of Freq.		5
00-21	Source of Oper.		1
01-00	Max Output Freq.	Hz	50
01-01	Motor1 Fbase	Hz	50
01-02	Max Out-Volt 1	V	380
01-12	1st Accel Time	sec	0.01
01-13	1st Decel Time	sec	0.01
01-20	JOG Accel Time	sec	0.01
01-21	JOG Decel Time	sec	0.01
01-22	JOG Frequency	Hz	30
02-03	Multi-Fun Input3		5
02-04	Multi-Fun Input4		24
02-05	Multi-Fun Input5		25
05-01	Motor1 Rated A	Amps	1.68
05-02	Motro1 Rated P	Kw	0.37
05-03	Motor1 Rated	RPM	1440
05-04	Motor1 Poles		4
05-05	Motor1 No-Load	Amps	0.87
05-06	Motor1 Rs	ohm	42.534
05-07	Motor1 Rr	ohm	25.501
05-08	Motor1 Lm	mH	1323.7
05-09	Motor1 Lx	mH	280.2
10-00	Encoder pulses		256
10-01	PG input setting		2
10-15	PG Ref Input		3
10-16	PG Scale Factor		2
10-17	PG Elect. Gear A		1000
10-18	PG Elect. Gear B		1517

為客戶提供具有良好性價(jià)比完美整合方案是中達(dá)電通的營銷策略，提供穩(wěn)定可靠的系統(tǒng)集成解決方案是服務(wù)客戶的保證，此次粗紗機(jī)自動化控制系統(tǒng)整合應(yīng)用臺達(dá)HMI、PLC、變頻器等自動化產(chǎn)品，為客戶開發(fā)了一套穩(wěn)定可靠的系統(tǒng)，不但能夠滿足客戶紡機(jī)設(shè)備工藝要求，而且更提高了紡紗產(chǎn)品質(zhì)量和設(shè)備的工作效率，受到了客戶和使用單位極大認(rèn)可，客戶稱此次粗紗機(jī)技術(shù)改造成功后，經(jīng)過工廠測試獲得成功，后續(xù)還會采用這個成熟的技術(shù)方案進(jìn)行批量生產(chǎn)設(shè)備，再次證明中達(dá)電通是客戶值得信賴的合作伙伴。

 

[1] DVP－PLC應(yīng)用技術(shù)手冊程序篇，臺達(dá)內(nèi)部資料，2007

[2] 臺達(dá)DVP－PLC應(yīng)用技術(shù)手冊特殊模塊篇，臺達(dá)內(nèi)部資料，2007

[3] 臺達(dá)DOP系列人機(jī)界面應(yīng)用技術(shù)手冊，臺達(dá)內(nèi)部資料，2007

[4] 臺達(dá)VFD-VE系列交流變頻驅(qū)動器使用手冊，臺達(dá)內(nèi)部資料，2007

[5] 變頻器在工業(yè)中的選擇與應(yīng)用 劉繼黨等 科技信息    2009年第23期

 

作者簡介：

孫承志，男，中達(dá)電通資深技術(shù)工程師，工學(xué)學(xué)士，在機(jī)床、紡織等領(lǐng)域具有豐富的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，現(xiàn)從事臺達(dá)自動化產(chǎn)品技術(shù)整合應(yīng)用與研究。