基于PLC與工程型變頻器的漿紗機張力控制

1 引言

　　漿紗機的張力大小直接影響產量。舊式漿紗機采用機械式傳動機構，張力調節范圍較窄。隨著設備的老化機械零件的磨損，張力逐漸下降。更換機械零件不便及費用的居高不下促使企業下決心對其進行改造。

　　(1)改造對象：漿紗機——大雅興業股份有限公司生產。

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

2 改造方案

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

表1 新增設備表

3 方案實施

　　3.1 砂漿機工藝參數

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

圖1 變頻張力控制系統

3.2 傳動參數設計

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

　　(2)復核電機功率：電機功率>=(最大張力×電機額定轉速×最大織軸半徑)/(傳動比×9549)=(5000×1460×0.25)/(8.87×9549)=21.5kw

　　(3)確定參數：經計算減速比應確定為8.8左右。廠方在改造時受自身條件影響，決定將減速比提高到13.15。最大車速=織軸空芯卷徑×3.14×電機額定轉速/減速比=(0.116×3.14×1460)/13.15=40.46經廠方確認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線旋轉編碼器，一并交廠方安裝。(建議旋轉編碼器選用600線以上產品，太低影響系統性能；安裝時要小心不要對其實施太大的沖擊，以免損毀。)

　　(4)主變頻器參數設定(如表2)：根據漿紗機實際情況張力控制系統的主機變頻器選擇無速度反饋開環矢量控制方式的td3000-t40110g變頻器。變頻器采用端子控制。

表2 主變頻器參數設定表：(未涉及的參數采用出廠設定)

　　(5)張力變頻器參數設定(如表3)：張力變頻器(td3300-4t0300g)采用開環張力轉矩模式(f3.06=3)，線速度采于主變頻器的運行頻率輸出。控制方式同樣采用端子控制方式。

表3 張力變頻器參數表：(未涉及的參數采用出廠設定)

　　3.3 觸摸屏組態

　　觸摸屏選用hitech pws6600-s屏。為了提高系統的時效性能，plc與其交換數據的地址盡量選擇一組連續的plc地址。組態畫面圖如圖2所示。

圖2 組態畫面圖

4　plc編程設計

　　4.1 接口硬件

　　如圖1所示，plc是整個控制系統的中樞，由于漿紗機無現場模擬量輸入輸出故選用一臺主機即可。本案選ec20-3232bra。其主要任務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據(考慮到通訊的延遲及準確性，開關量不采用通訊方式。數據交換采用周期讀取模式并控制在1秒內)。

　　開關量包括主變頻器運行停止動作(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)；張力變頻卷徑復位(按鈕控制)；確定打印輸出。

　　通訊數據根據光電開關計算的車速(現速度)；計算總長；計算匹長；計算匹數；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定；改變張力變頻器初始卷徑；長度、匹數清零；確定系統所處的狀態。

4.2 編程設計

　　大雅漿紗車車頭裝有一個測量行車長度的光電開關。經檢測其輸出脈沖為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、卷徑數值，如圖3所示。

圖3 變頻器td3300通訊，讀取張力、卷徑數值圖

5 張力變頻器調試

　　5.1 參數設置

　　為保證參數的準確性，將艾默生td3300-4t0220g工程型矢量變頻器參數初始化，恢復出廠設置。控制方式選擇 f0.02=1(閉環矢量控制)檢查編碼器是否正常。fb.00=600；按運行鍵，查看運行是否正常。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、每轉脈沖錯誤、編碼器的方向反等原因；如果是低速運行正常，高速過流則可能是編碼器的聯軸器松動高速打滑的原因。設定機械傳動比：
　　f1.00=13.15(一定要準確)。電機調諧：按照電機名牌設定電機參數。電機調諧時必須斷開電機與負載的連接。調諧過程是自動完成的，如果調諧時電機長時間不能轉動起來，說明電機參數嚴重不符或電機有故障。重新輸入電機參數或更換電機。電機方向確認：一般定義為fwd控制時電機的運行方向為實際需要的方向。慣量調諧：將電機與負載(減速系統)斷開(空載)調諧。

　　首先用默認參數調諧。完畢后將加減速時間1設為20秒，慣量自學習轉矩設定1設定為10%，慣量自學習轉矩2設定為20%，再進行調諧。完畢后，參數自動保存在fc.09——fc.12中。記錄fc.09——fc.12的參數值，然后將fc.09——fc.12參數清零，待初調系統穩定后再輸入。

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、設定張力；查看觸摸屏顯示數值是否與變頻器顯示的數據一致。上紗。設定張力值為1000；啟動主變頻低速運行；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。修改設定張力。重復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 輸入參數fc.11材料慣量補償系數

　　fc.11用來補償系統加減速過程中克服材料轉動慣量所需的額外轉矩，設定參數應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。實際操作時輸入計算值的1/3，并根據系統運行情況調整。本系統輸入fc.11=200.

　　注意：此參數輸入后有可能導致卷軸反轉，手動調整此參數可避免反轉。

　　5.4 調試中出現的問題

　　(1)慣量調諧電機不轉：慣量自學習轉矩設定1與慣量自學習轉矩設定2數值偏小，適當加大即可。

　　(2)系統低速時抖動：漿紗機開車過程中在操作工整理紗線、換軸時不準停車，而是運行在一個特定的爬行速度。此速度主變頻運行在2hz以下。此時張力變頻器工作在開環張力轉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，經用戶確認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引起。換軸沒有按規定按下卷徑復位按鈕。

6 結束語

　　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、印染等后續工序影響巨大。隨著企業的發展及市場的變化，石家莊常山紡織集團第五分公司根據自身的工藝要求，提出了對舊式的大雅漿紗機改造的要求，項目實施取得預期效果。