沈陽機電業務處 FAE 孫承志

摘要：本文主要介紹了臺達自動化產品在粗紗機控制系統上的良好整合應用，著重體現了臺達自動化產品在電氣控制系統中整合應用的高性價比，突出技術方案優勢。

關鍵字：PLC  HMI  變頻器閉環控制

近十多年來，我國紡織機械行業的自動化水平有了明顯的提高，在新型紡織機械上普遍采用了自動化技術。這項技術的內容包含了先進的信息處理和控制技術，即以計算機為核心，有PLC、工控機、單片機、人機界面、現場總線等組成的控制系統。先進的驅動技術，有變頻調速、交流伺服、步進電機等，檢測傳感技術和執行機構等。棉紡織設備較有代表性的機電一體化產品，例如新型的粗紗機，應用了自動化技術后機構簡化，性能改善，質量提高，操作方便，提升了設備的檔次和水平。采用觸摸屏人機界面，操作簡單方便。變頻調速降低了設備的噪音和功率，減少了機械損耗，并且隨著業內人士對紡織工藝的更深入了解，粗紗機的功能更加的完善，使國產粗紗機比進口粗紗機更加適合在國內應用。

近幾年來，重定量高效工藝的廣泛應用，使得紡紗新技術推向了更高的發展水平，本文闡述整合DVP系列 PLC和變頻器等臺達自動化產品的某型粗紗機控制系統，設備應用高效紡紗工藝技術，不僅提高了設備的生產效率，而且完善了控制系統技術配置方案，提高了粗紗機設備工作穩定性和高效性，同時改善了紗錠產品的質量，也體現了控制系統較高的性價比，值得同行推廣應用。

某型粗紗機運用了高效工藝以及配置技術參數合理選擇，進行了精細剖析并經過實驗優化出恰當的工藝技術參數，合理配置粗紗定量、粗紗后區牽伸倍數、羅拉隔距、上羅拉定位、粗紗捻系數、鉗口隔距等高效工藝參數是改善粗紗條和提高成紗質量的保證。

其技術特性如下：

適紡線密度（tex）            200—1250   　

適紡纖維長度（mm）          22—65   　

牽伸倍數（倍）               4.2—12   　

最高機械錠速 （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 

技術方案配置詳見表1所示：

上述表格僅列舉出控制系統主要元器件，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、行程開關等），此處均不予贅述。

控制系統上位機采用臺達10.4寸65536色真彩觸摸屏，人機界面通過COM1通訊口以RS232C方式和下位控制器PLC進行實時通訊，實現粗紗機設備運行參數信息顯示，運轉參數指令輸入，設備報警信息顯示等功能；下位控制器PLC執行用戶邏輯梯形圖程序，根據設備工藝技術條件，采集輸入點數字量信號，程序處理執行后，刷新輸出點狀態，執行相應輸出動作，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變頻器拖動主電機軸端的編碼器脈沖信號，采集高速脈沖信號PLC程序進行運算處理；7.5KW主電機軸端編碼器脈沖輸出信號同時驅動第二臺2.2KW卷繞變頻器，2.2KW卷繞變頻器集成速度閉環PG卡，自身構成閉環速度控制系統，PG反饋卡接收7.5KW主電機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PG卡，自身構成速度閉環控制系統，PG反饋卡接收2.2KW卷繞電機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動型（Line Driver），臺達DVP32EH00M型號PLC可以直接接收線驅動差分形式的高速脈沖信號，PG速度閉環反饋卡也選擇接收差分形式脈沖信號，采用線驅動差分形式的高速脈沖信號有效地克服了工業現場各類雜訊干擾導致高速脈沖信號丟失或者失真的現象。控制系統原理框圖如圖1所示：

該型高速懸錠式粗紗機采用了PLC作為主控器，三軸聯動的變頻傳動技術，三電機聯動傳動分別由兩條H型同步帶傳送，其獨特的傳動技術特性使該機經過變頻調速實現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的分速度合成的卷繞速度使其完成了成形和卷繞任務。    　

該型粗紗機取百家之長自主開拓了自由換向PLC控制程序，使升降變頻電機的轉向實現了紡紗過程的自由換向，百毫秒的換向時間達到了快速自由換向的技術要求。     　

該型粗紗機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，該區加裝了集合器這樣就使二、三羅拉之間成為主牽伸區，三、四羅拉之間成為后區副牽伸區，因此使牽伸和集束整理用途區分開來，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，集束整理區的設置和纖維浮游區的改動增強了纖維變速點的動搖性，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量。

由于粗紗機使用現場電源可能會出現意外停電，如果設備沒有后備電源，那么設備意外停機時，PLC、HMI和變頻器瞬間掉電會使設備驅動電機以自由停車方式運行，此時控制系統無法記憶當前運行位置信息和運轉參數信息，再次啟動系統會出現參數混亂情況，所以粗紗機系統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和變頻器在設備正常停車之前電源穩定供應。考慮到經濟成本，采用直流大電容作為儲能元件要比選用大功率UPS節省成本，而且UPS的響應時間要比電容器長，綜合考慮采用大容量直流電容器作為儲能元器件，實踐證明完全滿足技術要求，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能夠持續運行60S，變頻器也能夠持續運行50S，這些時間足夠有效處理意外停電后設備正常停機工藝動作。需要注意的是，對于臺達PLC直流供電，直流電源正極接到N端子，直流電源負極接到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在一起，統一連接在大容量儲能電容器組件上面。

（1）主電機7.5KW變頻器參數調整如表2所示：  

（2）卷繞電機2.2KW變頻器參數調整如表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1.5KW變頻器調整參數如表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比完美整合方案是中達電通的營銷策略，提供穩定可靠的系統集成解決方案是服務客戶的保證，此次粗紗機自動化控制系統整合應用臺達HMI、PLC、變頻器等自動化產品，為客戶開發了一套穩定可靠的系統，不但能夠滿足客戶紡機設備工藝要求，而且更提高了紡紗產品質量和設備的工作效率，受到了客戶和使用單位極大認可，客戶稱此次粗紗機技術改造成功后，經過工廠測試獲得成功，后續還會采用這個成熟的技術方案進行批量生產設備，再次證明中達電通是客戶值得信賴的合作伙伴。

 

[1] DVP－PLC應用技術手冊程序篇，臺達內部資料，2007

[2] 臺達DVP－PLC應用技術手冊特殊模塊篇，臺達內部資料，2007

[3] 臺達DOP系列人機界面應用技術手冊，臺達內部資料，2007

[4] 臺達VFD-VE系列交流變頻驅動器使用手冊，臺達內部資料，2007

[5] 變頻器在工業中的選擇與應用 劉繼黨等 科技信息    2009年第23期

 

作者簡介：

孫承志，男，中達電通資深技術工程師，工學學士，在機床、紡織等領域具有豐富的應用經驗，現從事臺達自動化產品技術整合應用與研究。