變頻器在分條整經(jīng)機(jī)上的應(yīng)用

1   前言

分條整經(jīng)機(jī)主要用于精紡毛、化纖長(zhǎng)絲、真絲織物及特種產(chǎn)業(yè)用品、是劍桿、片校、噴氣、噴水等無(wú)梭織機(jī)的織前準(zhǔn)備設(shè)備。主要由筒子紗架、整經(jīng)滾筒和倒軸卷繞三大部分組成。整經(jīng)調(diào)速范圍10~1000m/min，倒軸調(diào)速范圍10~300 m/min，走車量（導(dǎo)條位移）0.001~9.999mm，倒軸張力誤差≤±2%，要求恒張力卷繞。

分條整經(jīng)機(jī)主要是將筒紗按工藝要求排列到筒子紗架上，經(jīng)張力器、分絞筘、定幅筘、壓紗輥?lái)樞蚓砝@到整經(jīng)滾筒上，再由倒軸機(jī)按一定的張力卷繞到經(jīng)軸上，整個(gè)加工過(guò)程基本是在恒張力下進(jìn)行的，屬于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載。

該機(jī)滾筒主傳動(dòng)為15kw的交流變頻電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)。織軸、整經(jīng)臺(tái)的橫移以及整徑臺(tái)的前后移動(dòng)分別由單獨(dú)的交流伺服電機(jī)或步進(jìn)傳動(dòng)，倒軸電動(dòng)機(jī)為10kW，變頻電動(dòng)機(jī)。

全機(jī)的控制采用Profibus-DP現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)，DP現(xiàn)場(chǎng)總線是一種開(kāi)放的、串行的、全數(shù)字化的、雙向多變量通信的數(shù)據(jù)總線。

2   控制系統(tǒng)

全機(jī)由PLC控制，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線Profibus-DP協(xié)議，將主控器（S7-300PLC）和分站控制器（S7-200PLC），觸摸屏操作站以及變頻器，伺服控制器連成一體組成分布式控制系統(tǒng)，如圖1所示

圖1   分條整經(jīng)機(jī)現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)原理框圖

圖中：PLC——可編程控制器，總線控制系統(tǒng)的主站

1PLC——可編程控制器，總線系統(tǒng)的從站

TP——觸摸屏（包括整經(jīng)操作站和倒軸操作站）

U1、U2——分別為織軸，倒軸變頻器

S1——張力傳感器

S2——計(jì)長(zhǎng)傳感器

SC1、SC2——整經(jīng)臺(tái)橫移和前后移伺服電機(jī)控制器

UR1，UR2——編碼器

本系統(tǒng)主控器選用S7—300型PLC（S7-315-2DP型）它內(nèi)置MPI口和DP通信口。MPI是集成在兩門(mén)子PLC上的通信口，用于建立小型通信網(wǎng)絡(luò)，采用多點(diǎn)接口MPI協(xié)議，是一種少數(shù)站點(diǎn)間的通信的總線型網(wǎng)絡(luò)，常用于連接上位機(jī)和少量PLC之間的近距離通信，zui多可接32個(gè)節(jié)點(diǎn)，數(shù)據(jù)長(zhǎng)度為64個(gè)字節(jié)，zui大傳輸距離為100m。

MPI允許主/主通信和主/從通信。S7-300/400CPU作為網(wǎng)絡(luò)的主站，S7-200CPU是從站S7-300/400可用XGET/XPUT指令來(lái)讀寫(xiě)S7-200的數(shù)據(jù)。

Profibus-DP是一種高速數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)，適用于加工制造業(yè)自動(dòng)化，其傳輸速率為9.6~12kb/s，傳輸距離為0.1~1.2km，傳輸介質(zhì)通常采用屏蔽雙絞線。本機(jī)采用的現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)是以PLC作為主站，完成總線通信管理，從站即變頻器數(shù)據(jù)（輸出頻率、電流、電壓等）的讀寫(xiě)以及參數(shù)化等工作。2臺(tái)變頻器和伺服控制器均為從站，其間采用半雙工雙向通信、從站只有在收到主站的讀寫(xiě)命令后才發(fā)送數(shù)據(jù)。

變頻器、PLC和觸摸屏構(gòu)成的控制系統(tǒng)在進(jìn)行通信之前必須對(duì)上述設(shè)備的通信參數(shù)如波特率，通信格式等進(jìn)行設(shè)置，也就是進(jìn)行通信初始化設(shè)置，使變頻器、PLC和觸摸屏的通信波特率、通信格式等相互對(duì)應(yīng)保持一致。

PLC的主要功能

（1）作為總線主站完成總線通信管理；

（2）控制兩臺(tái)變頻器的運(yùn)行即整經(jīng)滾筒和倒軸電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行速度及變化；

（3）控制兩臺(tái)伺服電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行即整經(jīng)臺(tái)的橫移和前后移導(dǎo)條的位移；

（4）運(yùn)算功能即對(duì)張力傳感器輸入的數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算處理后控制織軸電動(dòng)機(jī)的速度，完成張力的控制，對(duì)計(jì)長(zhǎng)傳感器輸入信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算處理實(shí)現(xiàn)計(jì)長(zhǎng)；

（5）與整經(jīng)和倒軸觸摸屏通信完成全機(jī)的起動(dòng)、停止等操作。

觸摸屏的主要功能

一臺(tái)觸摸屏作為整經(jīng)操作站，另一臺(tái)觸摸屏用作倒軸操作站，主要用于整經(jīng)或倒軸電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)、停止等操作；設(shè)定、修改工藝參數(shù)以及顯示全機(jī)運(yùn)行狀態(tài)等，該觸摸屏設(shè)置有主畫(huà)面，參數(shù)設(shè)置畫(huà)面，運(yùn)行控制畫(huà)面，生產(chǎn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)畫(huà)面和故障監(jiān)視畫(huà)面等，各畫(huà)面的主要功能為：

主畫(huà)面是讓用戶直接了解整經(jīng)或倒軸的運(yùn)行狀況和工藝參數(shù)、主畫(huà)面設(shè)有工藝參數(shù)和狀況監(jiān)控區(qū)以及換頁(yè)區(qū)、監(jiān)控的參數(shù)主要有整經(jīng)或倒軸的速度、經(jīng)長(zhǎng)、匹長(zhǎng)、導(dǎo)條位移、張力，等換頁(yè)區(qū)是用于各頁(yè)面的切換，用戶可根據(jù)需要直接切換到所需的頁(yè)面進(jìn)行監(jiān)控。

參數(shù)設(shè)置畫(huà)面是用于設(shè)置工藝參數(shù)，例如在整經(jīng)時(shí)設(shè)置的參數(shù)有經(jīng)長(zhǎng)、匹長(zhǎng)、條數(shù)、條寬、導(dǎo)條位移量，壓輥壓力等。在倒軸時(shí)設(shè)置的參數(shù)有倒軸速度、紗線張力，左右移及收緊等，數(shù)值，工藝參數(shù)直接影響到加工產(chǎn)品質(zhì)量，設(shè)定的參數(shù)不得隨意修改，因此，工藝參數(shù)設(shè)置時(shí)，必須先輸入密碼，只有當(dāng)密碼正確時(shí)方可進(jìn)入?yún)?shù)設(shè)置或修改，必要時(shí)密碼也可隨時(shí)變更。

運(yùn)行控制畫(huà)面是用于選擇工作狀態(tài)例如整經(jīng)或倒軸，并進(jìn)行起動(dòng)、停止操作和調(diào)節(jié)到設(shè)定的工藝速度運(yùn)行，還可顯示當(dāng)前的運(yùn)行速度，整經(jīng)臺(tái)的位移等參數(shù)，也就是對(duì)分條整經(jīng)機(jī)的運(yùn)行進(jìn)行操作和監(jiān)視。

生產(chǎn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)畫(huà)面可顯示并儲(chǔ)存各班次當(dāng)日或當(dāng)月的產(chǎn)量、輔料消耗、運(yùn)行生產(chǎn)效率和開(kāi)、停機(jī)時(shí)間等。

故障監(jiān)視畫(huà)面主要是當(dāng)遇有故障時(shí)，將自動(dòng)切換到故障監(jiān)視畫(huà)面并可按照停機(jī)時(shí)間或停機(jī)次數(shù)從大到小順序顯示各班次的故障統(tǒng)計(jì)。

3   導(dǎo)條位移控制

本機(jī)采用伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)上下絲杠螺母機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)導(dǎo)條位移。下絲杠傳動(dòng)使機(jī)身相對(duì)地軌作左右運(yùn)動(dòng)，上絲杠傳動(dòng)使整經(jīng)操作臺(tái)沿滾珠導(dǎo)軌作左右運(yùn)動(dòng)；在整經(jīng)時(shí)機(jī)身和整經(jīng)臺(tái)兩者的移動(dòng)保持同步并作同向運(yùn)動(dòng)，使整經(jīng)臺(tái)與筒子架中心保持在一條中心線上，如圖2所示。

圖2  導(dǎo)條位移控制示意圖

4   織軸張力控制

經(jīng)紗張力由張力傳感器檢測(cè)并通過(guò)控制器（本機(jī)為1PLC）與設(shè)定的織軸內(nèi)圈張力和外圈張力進(jìn)引比較，其差值信號(hào)經(jīng)運(yùn)算處理后控制織軸電機(jī)速度，由此，可獲得高精度的張力控制效果，如圖3所示。

圖3  經(jīng)紗張力控制原理框圖

5   結(jié)束語(yǔ)

分條整經(jīng)機(jī)采用現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)，提高了電控系統(tǒng)的抗*力，系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性得到保證，從而使整機(jī)的技術(shù)水平提高了一步，這有利于現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的采集和處理，為現(xiàn)實(shí)現(xiàn)代化的管理提高提供了條件。目前大多數(shù)分條整理機(jī)尚未采用現(xiàn)場(chǎng)總線控制技術(shù)，而是采用通用的PLC控制，變數(shù)調(diào)速（或伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)），觸摸屏操作和顯示的變頻調(diào)速控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)成本較低，更經(jīng)濟(jì)。至于現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)能否在分條整理機(jī)上推廣應(yīng)用，有待于總線系統(tǒng)硬件成本的降低。