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艾默生工業(yè)自動(dòng)化（中國） 姜勇
背景情況介紹:
漿染是織布之前的一道工序,主要是對(duì)白色原紗根據(jù)生產(chǎn)品種進(jìn)行染色、上漿,烘干,分絞,烘干之后的紗線需要恒張力的收在前車織軸上。紗線的中心卷曲是最后一道工序,張力控制的好壞將直接影響織布時(shí)候的質(zhì)量。恒張力的中心卷曲以前大部分采用機(jī)械變矩器或者直流電機(jī)來實(shí)現(xiàn),都存在一些問題。機(jī)械變矩器普遍存在平均無故障時(shí)間太短的問題;直流電機(jī)則需要經(jīng)常性的維護(hù)保養(yǎng)。目前國內(nèi)紡機(jī)廠都在積極尋找采用交流電機(jī)加變頻器來進(jìn)行控制。國內(nèi)無錫的工誠紡機(jī)等都做過一些采用速度同步或者直接加上張力傳感器的方案嘗試,但是由于系統(tǒng)的復(fù)雜性,一直沒有取得理想的控制效果。下圖是漿染聯(lián)合機(jī)組的示意圖。傳統(tǒng)的控制方法,對(duì)于漿染部分整體傳動(dòng)的機(jī)組,一般的配置是采用30/37kw的主機(jī)作為主傳動(dòng),拖引和收卷部分,則采用變頻器加上直流驅(qū)動(dòng)器的方式。其中的直流驅(qū)動(dòng)器工作在轉(zhuǎn)矩模式下,對(duì)收卷紗線的張力進(jìn)行控制。高性能矢量控制變頻器的出現(xiàn),使得采用普通交流異步電機(jī)實(shí)現(xiàn)較高精度的轉(zhuǎn)矩控制成為可能。艾默生TD3000系列的優(yōu)異轉(zhuǎn)矩控制功能加上TD3300專業(yè)化的卷曲軟件設(shè)計(jì),為行業(yè)性的應(yīng)用提供了客戶化的、具有優(yōu)良性價(jià)比的解決方案。
控制思路和具體實(shí)現(xiàn)方案:
實(shí)現(xiàn)思路:經(jīng)過與廠家的交流,確定了控制方案,考慮到系統(tǒng)的張力較大(一般在1000~3000N之間調(diào)節(jié)),工作速度較低(漿紗,漿染最大車速一般在35m / min,并紗一般小于80m / min),對(duì)于這種低速大張力的工藝系統(tǒng),采用利用線速度進(jìn)行卷徑計(jì)算的開環(huán)張力控制是最合適的。由于有儲(chǔ)紗架,因此主邊軸電機(jī)的速度控制是完全獨(dú)立的,它所要保證的只是速度控制的穩(wěn)定以及變頻器較好的低頻特性,能夠在起動(dòng)的時(shí)候克服很大的靜態(tài)摩擦力矩。分絞之后的拖引變頻器,要求速度特性很硬,并且會(huì)長期工作在發(fā)電狀態(tài)下,因此需要使用制動(dòng)單元。卷曲部分則是整個(gè)系統(tǒng)的核心。
系統(tǒng)構(gòu)成:
TD2000-37KW 用于主機(jī)邊軸驅(qū)動(dòng)
TD3000-11KW 分絞拖引電機(jī)變頻器
TD3300-15KW 織軸中心卷曲電機(jī)驅(qū)動(dòng)變頻器
編碼器:E6B2-CWZ6C ,安裝與卷繞電機(jī)同軸的位置
從系統(tǒng)構(gòu)成來看,由于采用了專業(yè)設(shè)計(jì)的TD3300張力控制變頻器,因此對(duì)于電氣系統(tǒng)的控制相當(dāng)簡單,不需要專用控制板,PLC也不需要使用昂貴的模擬量模塊,所有的復(fù)雜數(shù)學(xué)運(yùn)算都在變頻器內(nèi)部由高速DSP實(shí)現(xiàn),外部只需要處理一些啟、停,復(fù)位等的邏輯信號(hào)即可,也不需要昂貴并且難以安裝的張力檢測輥。另外TD3000系列變頻器22KW一下都內(nèi)置制動(dòng)單元,因此對(duì)于拖引變頻器來說,無需另外選配制動(dòng)單元。綜上所述,用戶電控部分成本得到有效的控制。
上圖為收卷系統(tǒng)接線示意圖。圖中PLC負(fù)責(zé)外圍邏輯信號(hào)和時(shí)序的處理。在前車頭左中右均安裝有現(xiàn)場操作按鈕箱供擋車工使用,可以控制起停,加減速度,復(fù)位等。變頻器的模擬量輸出口除了輸出速度信號(hào)之外,還用于數(shù)顯表的張力和車速顯示。張力通過控制盤上的電位器進(jìn)行調(diào)整。可以看出,這是一個(gè)很精簡的張力控制系統(tǒng),大部分復(fù)雜功能的實(shí)現(xiàn)都集成在變頻器的內(nèi)部,從而降低了成本,提高了可靠性。
調(diào)試過程:
漿染聯(lián)合機(jī)/并紗機(jī)/漿紗機(jī)的控制原理和調(diào)試方法都很相似。調(diào)試過程需要關(guān)注的主要有:各種速度系數(shù)的計(jì)算,張力的選取,卷徑復(fù)位方式選擇,編碼器的安裝,制動(dòng)電阻的安裝與散熱等。例如線速度與拖引變頻器、卷繞變頻器之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系很重要,需要較為精確的設(shè)定。但是有時(shí)候用戶也給不出這些比例參數(shù),這時(shí)候可以讓變頻器工作在5hz的頻率下,運(yùn)行一分鐘對(duì)卷繞軸計(jì)數(shù),看卷繞軸轉(zhuǎn)過的圈數(shù),除以5hz時(shí)刻一分鐘四極電機(jī)應(yīng)該轉(zhuǎn)過150轉(zhuǎn),這樣基本可以把傳動(dòng)系數(shù)測量出來。最小線速度的設(shè)定要合理,一般的經(jīng)驗(yàn)參數(shù)是最大線速度的一半。但是如果生產(chǎn)的品種改變,這時(shí)候速度上不去,那就要及時(shí)修改最小線速度的設(shè)定值。宜興中港紡織就發(fā)生過改生產(chǎn)粗紗之后張力通過電位器無法調(diào)節(jié)的現(xiàn)象,事后到現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)粗紗的生產(chǎn)速度慢,到不了最小線速度,因此一直是零速張力在起作用,電位器當(dāng)然改不了。但是最小線速度不能設(shè)得太小,否則起始時(shí)刻卷徑計(jì)算誤差較大,從而張力波動(dòng)也變大。
紗線的卷繞,從調(diào)試的角度來說比布匹,紙張難度要大。因?yàn)榧喚�在剛剛上車張緊的時(shí)候并不能做到松緊程度一致。這種情況下,假設(shè)原先500N的張力,對(duì)均勻纏繞的紗線是適合的,但是如果松緊不一,緊的紗線可能對(duì)應(yīng)500N的力量就大了,應(yīng)力一集中就會(huì)發(fā)生斷頭,并進(jìn)一步形成連鎖反應(yīng),是全部紗線斷裂,這個(gè)現(xiàn)象工人們稱之為“爆頭”。為了避免這個(gè)現(xiàn)象,我們?cè)O(shè)計(jì)增加了點(diǎn)動(dòng)上車功能,讓卷繞變頻器首先工作于速度模式,用較低的速度點(diǎn)動(dòng)將紗纏在卷繞軸上,并且工人將其盡量分布均勻。速度模式下,由轉(zhuǎn)矩限幅來進(jìn)行張力的控制,此時(shí)的變頻系統(tǒng)相當(dāng)于力矩電機(jī),限幅的值一般設(shè)得很低。待轉(zhuǎn)過幾圈,軸上紗線松緊程度接近的時(shí)候,才切換到轉(zhuǎn)矩控制模式,同時(shí),轉(zhuǎn)矩控制模式下,轉(zhuǎn)矩限幅不起作用,可以進(jìn)行正常的張力控制。
對(duì)于卷繞的電機(jī),采用變頻電機(jī)是最優(yōu)的選擇。對(duì)于一個(gè)卷徑比變化比較大的系統(tǒng),在滿卷的時(shí)候,變頻器可能會(huì)工作在3~5Hz。這時(shí)候?qū)τ谙到y(tǒng),包括電機(jī)的散熱都是一個(gè)嚴(yán)峻的考驗(yàn)。事實(shí)證明,TD3000、TD3300的低頻性能是相當(dāng)出色的,3Hz運(yùn)行平穩(wěn),張力控制效果沒有變化。但對(duì)于電機(jī)來說,此時(shí)的散熱條件相當(dāng)苛刻,時(shí)間稍長,便會(huì)過熱保護(hù)。因此選用變頻電機(jī)是合適的。
結(jié)束語:
EMERSON TD3300變頻器自從在安徽安慶東至紡織廠成功應(yīng)用于進(jìn)口泰利漿染聯(lián)合機(jī)的改造之后,已經(jīng)在很短的時(shí)間之內(nèi)在華東地區(qū)的漿紗機(jī)、卷染機(jī)等有相似張力控制工藝工況的生產(chǎn)線或生產(chǎn)設(shè)備得到了迅速的推廣應(yīng)用,或取代機(jī)械變矩器,或取代直流電機(jī),或取代力矩電機(jī),都取得了很好的控制效果,并且得到用戶的普遍認(rèn)可,一些原來只有通用變頻器無法進(jìn)入的配套廠也得以借此機(jī)會(huì)順勢(shì)進(jìn)入。就性價(jià)比而言,TD3300是目前該領(lǐng)域具有優(yōu)異性能價(jià)格比的優(yōu)勢(shì)產(chǎn)品。
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