摘 要:在卷染機(jī)控制中采用變頻調(diào)速具有配置簡(jiǎn)練,、邏輯清晰,、成本下降的特點(diǎn),,同時(shí)本文還詳細(xì)介紹了匯川MD330變頻器在卷染機(jī)上的應(yīng)用,。
關(guān)鍵詞:卷染機(jī) 恒張力 恒線速 變頻控制 公共直流母線
一,、前言
卷染機(jī)適合目前市場(chǎng)對(duì)多品種小批量織物的染色需求,可間歇式生產(chǎn),,發(fā)展前景看好應(yīng)用越來(lái)越廣泛,。卷染機(jī)控制方面要求具備自動(dòng)記道、自動(dòng)計(jì)數(shù),、自動(dòng)換向,、自動(dòng)掉頭、自動(dòng)停車,、防墜液等功能,,在整個(gè)工藝過(guò)程中,要求保證布匹的張力和線速度恒定,,因此對(duì)系統(tǒng)的自控控制水平要求較高,。國(guó)內(nèi)較為傳統(tǒng)的卷染機(jī)大部分采用雙直流電機(jī)控制,只能達(dá)到近似的恒張力控制效果,,也有采用單變頻器的卷染機(jī),,放卷采用異步電機(jī)直流制動(dòng)的方式,收放卷用接觸器在變頻器和直流制動(dòng)之間進(jìn)行切換,,以上這些方案,,分析其原理,都是在較大誤差情況下的一種近似結(jié)果,,因此控制效果不盡如人意,。進(jìn)口的高檔卷染機(jī),有的采用伺服控制,,有的是用價(jià)格昂貴的工程型變頻器來(lái)實(shí)現(xiàn),,效果較為理想,但是對(duì)于國(guó)內(nèi)的用戶來(lái)說(shuō),,成本壓力很大,。本文以一個(gè)工程實(shí)例來(lái)說(shuō)明采用匯川張力控制專用變頻器精確并巧妙的完成卷染機(jī)的工藝要求。
CLM158巨型卷染機(jī)技術(shù)指標(biāo):
◆門幅:1800——3600mm,;
◆最大卷徑:1500mm
◆車速:20——150m/min;
◆最高溫度:98℃
◆張力調(diào)整范圍:300~1000N
圖三
圖四
圖四是卷染機(jī)工作的示意圖,,這是一個(gè)典型的中心卷曲控制系統(tǒng),。未染色的布匹首先通過(guò)上布電機(jī)卷曲到其中的一個(gè)輥筒上,在輥筒的傳動(dòng)軸上安裝有計(jì)數(shù)用的接近開(kāi)關(guān),,此時(shí)控制系統(tǒng)計(jì)下整卷布的道次,,上卷完畢,,采用人工的方式把布匹的一頭卷到另外一個(gè)輥筒上面,待包覆緊密即可正常開(kāi)始工作,。此時(shí)兩個(gè)輥筒朝著同一個(gè)方向運(yùn)轉(zhuǎn),,控制的要求是保持布匹上的張力恒定,保持布匹在染液經(jīng)過(guò)的時(shí)間一致,,也就是線速度恒定,。這是個(gè)沒(méi)有線速度反饋的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng),但線速度又實(shí)實(shí)在在的隨著輥筒的半徑的變化在變化,。因此,,控制系統(tǒng)需要適應(yīng)這種獨(dú)特的要求。
匯川MD330變頻器為卷染機(jī)的高性能控制提供了理想的驅(qū)動(dòng)平臺(tái),。在江蘇地區(qū)各個(gè)卷卷機(jī)廠家以及最終用戶處的實(shí)際使用情況表明,,采用MD330控制的卷染機(jī),兼顧了控制性能和成本之間的要求,,為該行業(yè)的產(chǎn)品升級(jí)換代提供了優(yōu)秀的解決方案,。下面結(jié)合用于平幅絲綢棉布尼龍人造及合成絲等織物的 CLM158 巨型恒張力卷染機(jī)的工程實(shí)例說(shuō)明匯川MD330高性能矢量控制變頻器在該行業(yè)的應(yīng)用。
二,、采用張力控制專用變頻器的卷染機(jī)電氣系統(tǒng)
卷染機(jī)的控制可以分為溫度控制和傳動(dòng)控制兩部分,,本文重點(diǎn)描述的是關(guān)系到張力以及線速度控制的驅(qū)動(dòng)部分控制。
圖五
該卷染機(jī)的控制系統(tǒng)以西門子作為控制器,,采用觸摸屏作為人機(jī)界面,,它們主要完成的是張力,線速度的設(shè)定,,布的厚度的測(cè)量以及相關(guān)邏輯動(dòng)作的控制,。變頻器和PLC之間采用485通訊。采用通訊方式的好處是可以隨時(shí)知道變頻器主要變量的信息,,減少接線,,使得整個(gè)系統(tǒng)看起來(lái)很精簡(jiǎn)。接線示意可見(jiàn)圖五,。由圖中可見(jiàn):兩臺(tái)完全一樣的變頻器,,它們均工作于閉環(huán)矢量控制模式,由于卷染機(jī)在接近滿卷時(shí)候會(huì)較長(zhǎng)時(shí)間工作在很低的頻率下(1~3Hz),采用較高線數(shù)的編碼器有助于提高在低轉(zhuǎn)速工況下的控制性能,,同時(shí)考慮散熱,,需要采用變頻專用電機(jī)。
上布時(shí)刻,,PLC記錄下該布卷在輥筒上面的總?cè)?shù),,然后由操作工測(cè)量該布卷的直徑,把這個(gè)值輸入到HMI,PLC根據(jù)直徑和總?cè)?shù),,可以精確計(jì)算出來(lái)單層布的厚度,。采用這種方法獲得布厚,誤差很小,。布厚通過(guò)485通訊傳送到MD330張力控制變頻器,,作為控制的最基本參數(shù)。同時(shí)針對(duì)每種織物,,染色所需要的張力以及染色速度,,也在HMI上面設(shè)定好,然 后通過(guò)PLC傳遞給變頻器,。
MD330的功能十分強(qiáng)大,,除了具有常規(guī)的慣量補(bǔ)償,卷徑計(jì)算,,摩擦力補(bǔ)償,,錐度計(jì)算等張力控制功能之外,還有一個(gè)為了線纜,、印包等行業(yè)收卷控制的自動(dòng)換盤設(shè)計(jì)的功能:預(yù)驅(qū)動(dòng),。該功能的作用是根據(jù)線速度和卷徑的關(guān)系,自動(dòng)計(jì)算出所匹配的角速度,。利用這個(gè)功能,,我們首先可以實(shí)現(xiàn)卷染機(jī)控制要求中的恒定線速度控制。其原理是:根據(jù)設(shè)定的線速度以及布匹的初始直徑,,布匹的厚度,,我們可以得到一個(gè)匹配的電機(jī)旋轉(zhuǎn)速度,當(dāng)直徑變化的時(shí)候,,輥筒每旋轉(zhuǎn)一圈,,變頻器會(huì)自動(dòng)減去一層布的厚度,從而得到一個(gè)新的直徑,,通過(guò)這個(gè)新的直徑,,變頻器又能夠計(jì)算出所需要匹配的線速度,如此周而復(fù)始,,可以確保布匹線速度的恒定,。
恒張力的控制,則是利用矢量控制變頻器的轉(zhuǎn)矩控制功能,,實(shí)時(shí)的根據(jù)張力的設(shè)定值,,錐度,補(bǔ)償量以及卷軸直徑計(jì)算出所需要的轉(zhuǎn)矩,,從而達(dá)到間接的控制帶材張力的目的,。這種控制方式適合較低速度下的大張力控制,,而卷染機(jī)正是較為典型的該類系統(tǒng)。在該系統(tǒng)中,,變頻器接收PLC通過(guò)485傳送過(guò)來(lái)的張力設(shè)定值,然后根據(jù)布厚的遞歸運(yùn)算得到直徑,,張力設(shè)定值乘上半徑除上機(jī)械系統(tǒng)的傳動(dòng)比就是電機(jī)所需要輸出的轉(zhuǎn)矩,。
在該系統(tǒng)中,假設(shè)我們把放卷的定為速度模式,,它始終工作在預(yù)驅(qū)動(dòng)模式下,,根據(jù)輥筒直徑的變化計(jì)算出需要的電機(jī)轉(zhuǎn)速來(lái)保證布匹的線速度恒定,收卷的則始終工作在轉(zhuǎn)矩控制模式下,。當(dāng)一個(gè)方向快要染到頭的時(shí)候,,只需要切換一下兩臺(tái)變頻器的收/放卷控制模式和預(yù)驅(qū)動(dòng)即可。而這正好是一組邏輯上相反的信號(hào),,采用一個(gè)繼電器即可獲得,。
由卷染機(jī)的工作原理可見(jiàn),放卷的電機(jī)始終處于發(fā)電模式,,通常的做法都是采用制動(dòng)單元,、制動(dòng)電阻,將制動(dòng)產(chǎn)生的能量以熱量的形式消耗掉,。對(duì)于卷染機(jī)這樣長(zhǎng)年累月工作在發(fā)電模式下的設(shè)備來(lái)說(shuō),,這種方式電能的浪費(fèi)是大量的。匯川變頻器可以方便支持公共直流母線,,我們?cè)趯?shí)踐中將兩臺(tái)變頻器的P N母線直接并聯(lián),,這樣正常工作制動(dòng)產(chǎn)生的能量通過(guò)并聯(lián)的母線又回到拖動(dòng)的電機(jī)。為了考慮在快速減速的時(shí)候,,有可能兩臺(tái)電機(jī)都處于發(fā)電狀態(tài),,在其中的一臺(tái)變頻器上面仍舊并聯(lián)了一個(gè)制動(dòng)電阻,這個(gè)電阻的工作是短時(shí)的,,能耗很小,。老是卷染機(jī)控制柜下方很大的一個(gè)電阻箱現(xiàn)在可以完全取消了,既節(jié)省了能耗,,又避免了很大的一個(gè)熱源,,從而系統(tǒng)的可靠性也得到了提高。
三,、結(jié)束語(yǔ)
本系統(tǒng)在優(yōu)化參數(shù)值之后,,設(shè)備試機(jī)時(shí)速度150米/min非常穩(wěn)定,完全解決了原來(lái)采用直流電機(jī)張力控制不夠連續(xù),、穩(wěn)定的問(wèn)題,。為了穩(wěn)妥器件,,第一套系統(tǒng)在染缸底部的過(guò)渡輥上面安裝了張力傳感器來(lái)監(jiān)測(cè)布匹的張力,從傳感器檢測(cè)回來(lái)的數(shù)據(jù)可以看到,,這個(gè)系統(tǒng)的張力控制的非常的穩(wěn)定,,穩(wěn)態(tài)的時(shí)候波動(dòng)可以做到小于5%,快速加減速度的動(dòng)態(tài)過(guò)程波動(dòng)小于15%,。從傳感器也可以看到錐度系數(shù)在控制中的作用,,而這些性能,功能都是原來(lái)直流電機(jī)沒(méi)有做到的,。采用公用母線方式,,設(shè)備效率為90-95%、節(jié)電率為40%左右,。而且本系統(tǒng)電氣器件配置簡(jiǎn)練,、邏輯清晰,兼顧了控制要求和成本之間的要求,,的確是個(gè)性價(jià)比優(yōu)良的方案,,采用該控制方案的卷染機(jī)現(xiàn)在已經(jīng)已經(jīng)在福建,淮北,,江陰等地批量應(yīng)用,。
參考文獻(xiàn)
1、《MD系列模塊化變頻器MD330用戶手冊(cè)》2004年深圳 深圳市匯川技術(shù)有限公司
2,、《電氣變頻調(diào)速設(shè)計(jì)技術(shù)》杜金城 2001年北京 中國(guó)電力出版社