臺達變頻器在紡織織帶盤帶機上的應用

　　1 引言
　　中國作為世界紡織大國，棉紗、棉布、呢絨、絲織品、化纖、服裝等產量均居世界第一位,服裝出口也多年來始終保持著世界第一位。紡織產業在中國占有舉足輕重的地位。紡織織帶是指以各種紗線為原料制成狹幅狀織物或管狀織物，其品種繁多，廣泛用于服飾、工業、農業、軍需、交通運輸等各產業部門。歐美等發達國家的織帶行業起步較早，已完全進入成熟期，由于生產成本高等因素將織帶行業轉到發展中國家生產。目前中國是世界上最大的織帶生產企業，但是近年由于印度、越南等地擁有的勞動成本優勢正在成為中國紡織業的競爭對手，通過提高以自動化為核心的技術競爭力才能保持世界第一的產業優勢。
　　2 盤帶機自動化系統設計
　　2.1盤帶機工藝
　　（1）工藝原理：紡織織帶盤帶機設備工藝目的是把大卷的帶材卷成長度一定的小卷。系統結構以及收卷結構如圖1所示

圖1盤帶機系統工藝與收卷結構

圖2收卷速度分析

　　（2）工藝指標設計：帶材上的張力要恒定，從而保證卷曲材料的內外卷曲張力恒定。每一個工序從空芯安裝到機器上到滿卷停車成品下線，需要卷曲長度為15m的時間不大于12s，卷曲長度為30m的時間不大于15s，包括變頻器啟動停止時間以及機械動作時間（從上空卷到滿卷產品完成）。經過測量，機械動作時間會占用6s左右，所以當卷曲長度15m時變頻器從啟動到停止的時間不能大于6s，卷曲長度為30m時變頻器從啟動到停止的時間不能大于9s。由于用戶要求停止后定長切割，在牽引輪上安裝有編碼器用來測量長度，所以系統要精確停止。

　　2.2收卷系統分析

　　收卷采用泡沫卷心，并且是通過夾板與卷心之間的摩擦力來進行收卷，所以要求張力比較小。當張力較大時，容易讓泡沫卷心變形，甚至粉碎。按照以圖2加減速時間相等收卷速度設計，則有：L=1/2*T*V，（L為長度，T為時間，V為線速度）；經計算：當長度15m，變頻器工作時間為6s時，帶材最高速度300m/min；當長度30m，變頻器工作時間為9s時，帶材最快速度400m/min
　　π*D*n=V，其中D為直徑，n為轉速，V為線速度；如果按照最小工藝卷徑D=38mm計算，當線速度為300m/min時，變頻器運行的頻率為84hz（2515rpm）；當線速度為400m/min時，變頻器運行的頻率為112hz（3352rpm）。

圖3自動化工藝結構 圖4 變頻器接線圖

　　2.3自動化系統結構

　　（1）方案的確定：此系統要求張力小響應快。根據公式F=m*a，F為張力，m為質量，a為加速度，如果要求張力小，則要求F小；當F小時，要求a就小；如果要求響應快，則要求a大；當a大時，要求F就大。所以最終決定采用加張力擺桿，收卷工作在張力閉環狀態下。測量后擺桿的幅度為1VDC-8VDC。結構圖如圖3所示。變頻器接線如圖4所示。

圖3自動化工藝結構 圖4 變頻器接線圖

　　（2）速度曲線設計：為了滿足加減速時間，同時希望最高速度保持在一定范圍內，所以最終決定將速度運行曲線做適當修改，除了加速過程和減速過程，還增加一個穩速過程，速度圖形如圖5所示。

　　如果按照以上曲線運行，當長度30m，變頻器工作時間為9s時，將加速時間，穩速時間以及減速時間都設定為3s，則理論上帶材最快速度只需要300m/min，最高線速度有所降低。

　　2.3張力控制系統

　　（1）放卷：采用恒線速度運行方式，當前線速度由PLC通過通訊方式給定；放卷電機安裝有編碼器，卷徑通過厚度積分法來實現，需要設置材料的厚度；由于此系統配置HMI，材料厚度由客戶自行設定。電機運轉速度由當前線速度和當前卷徑來計算。

　　（2）收卷：擺桿信號接入到收卷變頻器。為了實現恒張力控制，就必須保證收卷跟隨上放卷的線速度，即保證在整個運轉過程中使擺桿穩定在某個位置。這就決定了需要收卷電機速度響應而且在控制上能夠實現擺桿的快速穩定，特別是在加速過程和減速過程。為了提高電機的速度響應，電機尾部增加編碼器，讓變頻器工作在閉環控制模式下；為了實現擺桿的快速穩定，使用了變頻器內部的卷徑計算模塊和擺桿PID模塊，卷徑計算通過厚度積分法來計算。

　　3 系統調試

　　3.1放卷變頻器

　　由于放卷電機安裝有編碼器，所以讓變頻器工作在閉環模式下。PLC實現卷徑計算，設置材料的實際厚度以及線速度來源以及機械齒輪比。線速度通過通訊由PLC給定。

　　3.2收卷變頻器

　　由于放卷電機安裝有編碼器，所以讓變頻器工作在閉環模式下。PLC實現卷徑計算模塊并設置材料的實際厚度線速度來源以及機械齒輪比。線速度通過通訊由PLC給定。

　　--以及擺桿PID模塊。設置目標值以及反饋來源，擺桿的反饋電壓范圍為1VDC-8VDC。根據運行情況設置適當的P，I，D值以及PID限制。根據調試情況，為了滿足快速響應性，P值需要適當設置大點，I值設置偏小；為了防止出現過沖現象，PID限制相對設置小。

　　限于篇幅，臺達變頻器具體參數設置略。

　　4 結束語

　　經過實際測試，卷繞出來的產品質量與運行速度上滿足盤帶機自動化要求。實際測試，當卷曲長度15m時整個過程時間在9.5s，變頻器從啟動到停止的時間為5.4s，卷曲長度為30m時整個過程時間在12.9s，變頻器從啟動到停止的時間不能大于8.8s，均小于工藝要求，客戶十分滿意。