四電機傳動粗紗機控制系統(tǒng)方案
系統(tǒng)概述
粗紗工序是紡制細紗前的準備工序，主要包括以下四個主要工序：
(1).牽伸（羅拉）:進行5~12倍的牽伸，分擔(dān)細紗機的牽伸比。
(2).加捻（錠翼）:給牽伸后的須條加上適當(dāng)捻度，使紗具有一定的強度。
(3).卷繞（筒管）:將加捻后的粗紗卷繞在筒管上，便于貯存、搬運。
(4).成形（龍筋）:卷繞成兩端成錐形的粗紗，便于細紗機的退繞喂入。
近年來，隨著電力電子與自動化技術(shù)在各行業(yè)的廣泛應(yīng)用與深入普及，為滿足進一步提高紡機競爭力的內(nèi)在要求，實現(xiàn)粗紗機高速、高效、高度機電一體化已是國內(nèi)外粗紗機發(fā)展的必然趨勢。代表當(dāng)今最高技術(shù)的新型粗紗機的傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見圖1所示，整機采用四臺變頻控制的電機分別來實現(xiàn)粗紗的牽伸、加捻、卷繞、成型工序。
圖1 四電機粗紗機傳動原理圖
方案原理圖
圖2 四電機粗紗機傳動方案原理圖
在四電機傳動粗紗機的控制系統(tǒng)中，采用Unity Premium PLC(TSX P57 0244M)作為控制器, 進行粗紗機工藝數(shù)學(xué)模型的計算和速度閉環(huán)和張力閉環(huán)控制。四臺施耐德電氣公司的高性能、高精度ATV71變頻器分別控制羅拉電機、錠翼電機、筒管電機及龍筋電機，以實現(xiàn)粗紗機的牽伸、加捻、卷繞成形等工藝要求。同時配Magelis XBT-G 10.4” 彩色STN觸摸屏(XBT G5230)進行操作和系統(tǒng)監(jiān)控。整個系統(tǒng)通過Unity Premium PLC和ATV71組成通訊速率高達1M的CANopen現(xiàn)場總線。
Premium+ATV71+XBTG方案硬件配置
| Premium PLC部分 | ||
| 型號 | 說明 | 數(shù)量 |
| TSXP570244M | Unity Premium 570x4 CPU，帶CAN Master通信擴展卡 | 1 |
| TSXPSY2600M | 電源，110/220 VAC 26W | 1 |
| TSXRKY8 Premium | 機架，8 槽 | 1 |
| TSXDEY16D2 | 開關(guān)量輸入，16 點，24 VDC，移動端子塊 | 2 |
| TSXDSY16R5 | 開關(guān)量輸出，16 點，3A 24 VDC, 24-240 VAC 繼電器，移動端子塊 | 2 |
| ATV71變頻器部分 | ||
| 型號 | 說明 | 數(shù)量 |
| ATV71HU15N4Z | 3P 380VAC, 1.5KW,簡易面板,內(nèi)置EMC濾波器 | 1 |
| ATV71HU30N4Z | 3P 380VAC, 3KW,簡易面板,內(nèi)置EMC濾波器 | 1 |
| ATV71HU55N4Z | 3P 380VAC, 5.5KW,簡易面板,內(nèi)置EMC濾波器 | 1 |
| ATV71HD11N4Z | 3P 380VAC, 11KW,簡易面板,內(nèi)置EMC濾波器 | 1 |
| VW3A3401 | 編碼器接口卡 5V RS 422 | 4 |
| VW3A110 | 遠程圖形顯示終端 | 1 |
| VW3CANTAP2 | CANopen 適配器 | 2 |
| XBTG人機界面部分 | ||
| 型號 | 說明 | 數(shù)量 |
| XBTG5230 | 10.4英寸, 64色,STN, 8M內(nèi)存, CPU主頻100M,以太網(wǎng)接口 | 1 |
| XBTZ968 | PLC連接電纜, Twido, Micro | 1 |
控制特點
控制器：Premium PLC完成數(shù)學(xué)模型計算、邏輯控制、張力閉環(huán)及CANopen通訊，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，編程簡單。
為保證粗紗質(zhì)量，四臺電機的調(diào)速和同步控制要求數(shù)據(jù)刷新速度至少為50ms，通過Unity Premium PLC和ATV71組成CANopen現(xiàn)場總線，應(yīng)用Unity Premium PLC的高效的數(shù)據(jù)處理能力和處理速度，以及CANopen總線高速傳輸和周期性、同步數(shù)據(jù)交換功能，可以很好地滿足四電機傳動粗紗機的實時調(diào)速及同步要求。
速度環(huán)：4臺ATV71（采用編碼器反饋的矢量控制模式），由ATV71自身完成。
ATV71系列變頻器是施耐德電氣公司推出的基于現(xiàn)代控制理論矢量控制技術(shù)的具有高性能和強大功能的全系列變頻器，功率范圍0.37～500KW，頻率范圍0～1000Hz(≤37KW)，0～500Hz (>37KW)；調(diào)速范圍1～100(開環(huán))，1～1000(閉環(huán))；調(diào)速精度為10%(開環(huán))， 0.01%(閉環(huán))；過力矩能力為170%60s或220%2s。具有開環(huán)/閉環(huán)切換、擺頻功能、給定值存儲、PID調(diào)節(jié)以及各種保護等先進功能；集成EMC A級濾波器；無傳感器電機控制；內(nèi)置可編程控制卡。在四電機傳動粗紗機控制系統(tǒng)中，ATV71采用電流矢量閉環(huán)控制模式，可以實現(xiàn)零速度下滿力矩，滿足了粗紗機對低頻傳動的特定要求。
張力環(huán)：通過CCD反饋，由Premium PLC完成。
通過CCD反饋檢測粗紗張力的變化，應(yīng)用Premium PLC的PID函數(shù)功能，對四臺變頻器之間的速度比進行實時修正，能有效克服由于溫度、濕度及紗線品質(zhì)不一致引起的張力波動，達到恒張力紡紗的目的。
高速通信：速率高達1M的CANopen總線。
CANopen總線是基于CAN BUS的高層協(xié)議，秉承了CAN總線的抗干擾性強、高速、實時的優(yōu)點，另外CANopen應(yīng)用PDO、SDO、NMT等通訊對象，方便了總線的管理和應(yīng)用。CANopen應(yīng)用于四電機的粗紗機，可確保四電機之間速度的同步。
緊密紡細紗機控制系統(tǒng)方案
系統(tǒng)概述
細紗工序是成紗的最后一道工序，是將粗紗進一步牽伸30～50倍并加捻，紡成具有一定特數(shù)、符合相關(guān)質(zhì)量標準的細紗，供捻線、機織或針織使用。傳統(tǒng)細紗機的牽伸原理與粗紗機基本相同，而卷繞和加捻則是由鋼領(lǐng)和鋼絲圈來完成的。環(huán)錠細紗機和傳統(tǒng)粗紗機一樣由一臺電機傳動，通過齒輪箱變換各機構(gòu)需要的速度。在環(huán)錠細紗機各組成部分中，牽伸系統(tǒng)是反映細紗機性能和影響紗線質(zhì)量的最關(guān)鍵因素，而新型的緊密紡紗技術(shù)通過對牽伸部分進行創(chuàng)造性改造，將牽伸區(qū)和集合區(qū)分離，在環(huán)錠紡羅拉牽伸與加捻之間疊加對纖維須條的氣動凝聚或集聚技術(shù)，增加了須條的緊密度，毛羽減少約20％，強力則提高約10％，同時，條干均勻度、機器效率等也有不同程度的提高，不僅可以降低加工成本，同時可以減少后加工工序。緊密紡的另一優(yōu)點是與原細紗機完全一致，只多出一對集聚羅拉，在原環(huán)錠細紗機上也可進行改裝，具有廣闊的市場前景。
緊密紡細紗機的控制系統(tǒng)較環(huán)錠細紗機復(fù)雜許多，首先是前后羅拉的嚴格同步，實現(xiàn)牽伸倍數(shù)和捻度的精密控制，保證高支數(shù)紗線的成紗質(zhì)量；其次是通過取消鋼領(lǐng)板的傳動齒輪，采用先進的伺服控制技術(shù)實現(xiàn)卷裝的電子成形技術(shù)，從而實現(xiàn)了機械機構(gòu)的簡化、生產(chǎn)速度的提高、以及紗線支數(shù)和管紗成形的自動調(diào)節(jié)。
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