基于PLC與工程型變頻器的漿紗機(jī)張力控制

1 引言

漿紗機(jī)的張力大小直接影響產(chǎn)量。舊式漿紗機(jī)采用機(jī)械式傳動機(jī)構(gòu)，張力調(diào)節(jié)范圍較窄。隨著設(shè)備的老化機(jī)械零件的磨損，張力逐漸下降。更換機(jī)械零件不便及費(fèi)用的居高不下促使企業(yè)下決心對其進(jìn)行改造。

(1)改造對象：漿紗機(jī)——大雅興業(yè)股份有限公司生產(chǎn)。

(2)改造思路：改造漿紗機(jī)織軸張力控制系統(tǒng)由變頻器控制，使其張力大小易于調(diào)節(jié);改造控制系統(tǒng)，使其半自動化，更易控制、方便監(jiān)視、減少維修量。

2 改造方案

將漿紗機(jī)織軸張力控制系統(tǒng)由原來的機(jī)械張力控制改為由艾默生plc、變頻器td3300系統(tǒng)集成控制。拆除漿紗機(jī)織軸的機(jī)械傳動裝置，將原漿紗機(jī)動力電機(jī)(22kw)經(jīng)新增傳動減速裝置直接拖動漿紗機(jī)織軸，新增一普通電機(jī)(11kw)取代原動力電機(jī)拖動原系統(tǒng)的其他部分(精軸、錫林、壓輥等)。保留漿紗機(jī)上的一次傳感器。電控系統(tǒng)改造方案如圖1所示。主要新增設(shè)備如表1所示。

表1 新增設(shè)備表

3 方案實(shí)施

3.1 砂漿機(jī)工藝參數(shù)

大雅漿紗機(jī)設(shè)備及工藝參數(shù)：車速(線速度)2~60米/分。一般正常車速38米/分。張力2000~5000牛/米?？椵S空芯卷徑116mm、220mm兩種。織軸最大卷徑(滿軸)小于500mm。主電機(jī) y系列普通電機(jī) 4極 11kw?？椵S電機(jī) y系列普通電機(jī) 4極22kw。

圖1 變頻張力控制系統(tǒng)

3.2 傳動參數(shù)設(shè)計

(1)計算張力電機(jī)到織軸的減速比：減速比<=織軸空芯卷徑×3.14×電機(jī)額定轉(zhuǎn)速/最大車速(線速)=(0.116×3.14×1460)/60=8.87

(2)復(fù)核電機(jī)功率：電機(jī)功率>=(最大張力×電機(jī)額定轉(zhuǎn)速×最大織軸半徑)/(傳動比×9549)=(5000×1460×0.25)/(8.87×9549)=21.5kw

(3)確定參數(shù)：經(jīng)計算減速比應(yīng)確定為8.8左右。廠方在改造時受自身?xiàng)l件影響，決定將減速比提高到13.15。最大車速=織軸空芯卷徑×3.14×電機(jī)額定轉(zhuǎn)速/減速比=(0.116×3.14×1460)/13.15=40.46經(jīng)廠方確認(rèn)最大車速滿足工藝要求。隨確定減速比為13.15。速度編碼器選用600線旋轉(zhuǎn)編碼器，一并交廠方安裝。(建議旋轉(zhuǎn)編碼器選用600線以上產(chǎn)品，太低影響系統(tǒng)性能;安裝時要小心不要對其實(shí)施太大的沖擊，以免損毀。)

(4)主變頻器參數(shù)設(shè)定(如表2)：根據(jù)漿紗機(jī)實(shí)際情況張力控制系統(tǒng)的主機(jī)變頻器選擇無速度反饋開環(huán)矢量控制方式的td3000-t40110g變頻器。變頻器采用端子控制。

表2 主變頻器參數(shù)設(shè)定表：(未涉及的參數(shù)采用出廠設(shè)定)

(5)張力變頻器參數(shù)設(shè)定(如表3)：張力變頻器(td3300-4t0300g)采用開環(huán)張力轉(zhuǎn)矩模式(f3.06=3)，線速度采于主變頻器的運(yùn)行頻率輸出?？刂品绞酵瑯硬捎枚俗涌刂品绞?。

表3 張力變頻器參數(shù)表：(未涉及的參數(shù)采用出廠設(shè)定)

3.3 觸摸屏組態(tài)

觸摸屏選用hitech pws6600-s屏。為了提高系統(tǒng)的時效性能，plc與其交換數(shù)據(jù)的地址盡量選擇一組連續(xù)的plc地址。組態(tài)畫面圖如圖2所示。

圖2 組態(tài)畫面圖

4　plc編程設(shè)計

4.1 接口硬件

如圖1所示，plc是整個控制系統(tǒng)的中樞，由于漿紗機(jī)無現(xiàn)場模擬量輸入輸出故選用一臺主機(jī)即可。本案選ec20-3232bra。其主要任務(wù)為控制兩臺變頻器的動作并通過rs485通訊端口與變頻器交換數(shù)據(jù)(考慮到通訊的延遲及準(zhǔn)確性，開關(guān)量不采用通訊方式。數(shù)據(jù)交換采用周期讀取模式并控制在1秒內(nèi))。

開關(guān)量包括主變頻器運(yùn)行停止動作(按鈕控制);主變頻器升降速動作(按鈕控制);張力變頻運(yùn)行停止動作(保持型按鈕控制);張力變頻張力使能(為檢修特設(shè));張力變頻卷徑復(fù)位(按鈕控制);確定打印輸出。

通訊數(shù)據(jù)根據(jù)光電開關(guān)計算的車速(現(xiàn)速度);計算總長;計算匹長;計算匹數(shù);讀取張力變頻器張力值;讀取張力變頻器計算的卷徑值;改變張力變頻器張力設(shè)定;改變張力變頻器初始卷徑;長度、匹數(shù)清零;確定系統(tǒng)所處的狀態(tài)。

4.2 編程設(shè)計

大雅漿紗車車頭裝有一個測量行車長度的光電開關(guān)。經(jīng)檢測其輸出脈沖為10公分一個脈沖。對于測量匹長完全滿足工藝要求，但用于測量車速其刷新速度必然很慢。因此增加一個外部中斷檢測兩個脈沖的間隔時間，換算出行車速度。

變頻器td3300通訊，讀取張力、卷徑數(shù)值，如圖3所示。

圖3 變頻器td3300通訊，讀取張力、卷徑數(shù)值圖

5 張力變頻器調(diào)試

5.1 參數(shù)設(shè)置

為保證參數(shù)的準(zhǔn)確性，將艾默生td3300-4t0220g工程型矢量變頻器參數(shù)初始化，恢復(fù)出廠設(shè)置?？刂品绞竭x擇 f0.02=1(閉環(huán)矢量控制)檢查編碼器是否正常。fb.00=600;按運(yùn)行鍵，查看運(yùn)行是否正常。如果變頻器只在2hz左右工作或啟動過流，顯示電流很大。則可能是編碼器接線錯誤、每轉(zhuǎn)脈沖錯誤、編碼器的方向反等原因;如果是低速運(yùn)行正常，高速過流則可能是編碼器的聯(lián)軸器松動高速打滑的原因。設(shè)定機(jī)械傳動比：

f1.00=13.15(一定要準(zhǔn)確)。電機(jī)調(diào)諧：按照電機(jī)名牌設(shè)定電機(jī)參數(shù)。電機(jī)調(diào)諧時必須斷開電機(jī)與負(fù)載的連接。調(diào)諧過程是自動完成的，如果調(diào)諧時電機(jī)長時間不能轉(zhuǎn)動起來，說明電機(jī)參數(shù)嚴(yán)重不符或電機(jī)有故障。重新輸入電機(jī)參數(shù)或更換電機(jī)。電機(jī)方向確認(rèn)：一般定義為fwd控制時電機(jī)的運(yùn)行方向?yàn)閷?shí)際需要的方向。慣量調(diào)諧：將電機(jī)與負(fù)載(減速系統(tǒng))斷開(空載)調(diào)諧。

首先用默認(rèn)參數(shù)調(diào)諧。完畢后將加減速時間1設(shè)為20秒，慣量自學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)矩設(shè)定1設(shè)定為10%，慣量自學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)矩2設(shè)定為20%，再進(jìn)行調(diào)諧。完畢后，參數(shù)自動保存在fc.09——fc.12中。記錄fc.09——fc.12的參數(shù)值，然后將fc.09——fc.12參數(shù)清零，待初調(diào)系統(tǒng)穩(wěn)定后再輸入。

5.2 張力控制試車

不掛紗測試整車按鈕動作是否正常，并排除故障。通過觸摸屏輸入初始卷徑、設(shè)定張力;查看觸摸屏顯示數(shù)值是否與變頻器顯示的數(shù)據(jù)一致。上紗。設(shè)定張力值為1000;啟動主變頻低速運(yùn)行;上軸;手動將紗線繞軸一周并繃緊紗線;啟動張力變頻。查看張力是否合適。停車。修改設(shè)定張力。重復(fù)3至5步。直到滿足工藝要求(注意：修改張力一定要停車)。

5.3 輸入?yún)?shù)fc.11材料慣量補(bǔ)償系數(shù)

fc.11用來補(bǔ)償系統(tǒng)加減速過程中克服材料轉(zhuǎn)動慣量所需的額外轉(zhuǎn)矩，設(shè)定參數(shù)應(yīng)為材料密度與卷軸長度的乘積，材料密度的單位為千克/米，卷軸長度單位為米。實(shí)際操作時輸入計算值的1/3，并根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行情況調(diào)整。本系統(tǒng)輸入fc.11=200.

注意：此參數(shù)輸入后有可能導(dǎo)致卷軸反轉(zhuǎn)，手動調(diào)整此參數(shù)可避免反轉(zhuǎn)。

5.4 調(diào)試中出現(xiàn)的問題

(1)慣量調(diào)諧電機(jī)不轉(zhuǎn)：慣量自學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)矩設(shè)定1與慣量自學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)矩設(shè)定2數(shù)值偏小，適當(dāng)加大即可。

(2)系統(tǒng)低速時抖動：漿紗機(jī)開車過程中在操作工整理紗線、換軸時不準(zhǔn)停車，而是運(yùn)行在一個特定的爬行速度。此速度主變頻運(yùn)行在2hz以下。此時張力變頻器工作在開環(huán)張力轉(zhuǎn)矩模式不滿足張力變頻器工作條件。由于速度很低紗線行走長度有限，經(jīng)用戶確認(rèn)不影響整體工藝要求。

(3)換軸時加張力繃斷紗線：此故障為操作工操作不當(dāng)引起。換軸沒有按規(guī)定按下卷徑復(fù)位按鈕。

6 結(jié)束語

漿紗是棉紡織廠整理車間的重要工序。合理的漿紗張力對織布、印染等后續(xù)工序影響巨大。隨著企業(yè)的發(fā)展及市場的變化，石家莊常山紡織集團(tuán)第五分公司根據(jù)自身的工藝要求，提出了對舊式的大雅漿紗機(jī)改造的要求，項(xiàng)目實(shí)施取得預(yù)期效果。