水洗牽伸聯(lián)合機電氣傳動控制改造設計趙春秀（鄭州紡織機械股份有限公司化纖工程部，河南鄭州450053）要應用于小型設備，采用profibus總線、plc和變頻器技術(shù)構(gòu)成的單傳動多單元變頻同步系統(tǒng)。
隨著微機控制技術(shù)、電力電子和電氣傳動技術(shù)的發(fā)展，交流變頻調(diào)速技術(shù)正以其優(yōu)異的控制性能日益為工業(yè)界所接受，而可編程邏輯控制器（plc）作為一種高可靠型的控制部件，也正以前所未有的速度在工業(yè)自動化領域迅速普及。在我國傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)中，存在著大量的以繼電器、接觸器和直流調(diào)速為主的電氣傳動系統(tǒng)，這些系統(tǒng)存在硬件線路復雜、可靠性低、能耗大、生產(chǎn)維修量大等許多缺點，因此如何將plc與交流變頻調(diào)速技術(shù)相結(jié)合，對傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)進行改造，是企業(yè)界正在著力解決的問題。正是在這種形勢下，我廠對原有的產(chǎn)品ms004水洗牽伸聯(lián)合機進行了電氣控制系統(tǒng)的再設計，將系統(tǒng)設計為plc控制的交流變頻調(diào)速系統(tǒng)。使之在市場經(jīng)濟中，提高了檔次，增強了競爭力。
1產(chǎn)品工藝對控制系統(tǒng)的要求ms004水洗牽伸聯(lián)合機用于干法腈綸纖維生產(chǎn)中將盛絲桶中紡絲機紡出的腈綸纖維進行集束、水洗、牽伸、上油、疊絲、卷曲、冷卻，最后由擺絲機擺放到盛絲桶中。聯(lián)合機流程如：聯(lián)合機由集束架、水洗牽伸機、疊絲機、卷曲機、冷卻輸送機五臺單機組成。由五臺調(diào)速電機驅(qū)動，它們分別是牽伸電機m1 45kw）、輸送電機m5（1.5kw）、上油電機m2（0.75kw）。為了保證牽伸均勻，絲束質(zhì)量穩(wěn)定，牽伸、牽引、卷曲電機要求嚴格同步運行，系統(tǒng)的同步精度<0.1%，輸送、上油電機跟隨同步。為了使絲速在牽伸后具有穩(wěn)定的狀態(tài)和自然的手感，要求對牽伸浴槽溫度、卷曲預熱箱溫度、蒸汽壓力、介質(zhì)脫鹽水的流量溫度進行檢測、控制、顯示，并實現(xiàn)實時監(jiān)控。
2方案選型在lhs004的方案選型上，最重要的考核指標是傳動系統(tǒng)的穩(wěn)定性和同步性，根據(jù)工藝要求：轉(zhuǎn)速精度<0.1%，同步精度<0.1%單機不穩(wěn)定性<0.1，制動時間<2s.因此，我們把這個問題作為設計重點，從三個方面來考慮分析：2.1同步問題同一臺單機都由一臺變頻電機單獨傳動，就必須保證每臺電機之間始終速比不變，才能保證絲束張力恒定。由于沒有系統(tǒng)同步反饋裝置，因此在正常運行時，速比實際上依賴于變頻器及電機的精度、穩(wěn)定性，而新一代變頻器精度及穩(wěn)定性很高，尤其在采用閉環(huán)控制方式下，誤差在0.05%以下，至于動態(tài)同步，即啟動、升速、降速、停止過程中的同步，通過plc設定各變頻器的升降速曲線參數(shù)的方法，控制各電機以不同的加速度升降速，保持穩(wěn)定的速度比，達到嚴格同步，從而保證了絲束穩(wěn)定的張力。從以上分析，只要我們選擇合適的plc、變頻器、電機，在正常生產(chǎn)中，一定能達到所要求的同步精度。
2.2關于停車、倒拖根據(jù)工藝要求：①在牽伸單元與卷曲單元之間絲束具有一定的張力，因此牽伸電機會出現(xiàn)倒拖，即電機在高于本身同步轉(zhuǎn)速的速度下運行，處于再生發(fā)電運行狀態(tài)。這部分能量如果不處理，就會使電動機運轉(zhuǎn)速度不穩(wěn)定，不能正常生產(chǎn)，而且有可能造成變頻器直流回路電壓過高而損壞變頻器。②lhs004有緊急停車裝置，停車時間為2s以下。這就要求，系統(tǒng)能迅速地把這部分機械能消耗掉，使聯(lián)合機速度迅速降為零。根據(jù)這兩方面要求，變頻調(diào)速系統(tǒng)有兩種解決方案：一是單傳動變頻調(diào)速系統(tǒng)，即每個變頻器附加制動斬波器和制動電阻，制動斬波器接在變頻器的直流端，當停車和倒拖時，直流端的電壓大于制動斬波器的閾值接通制動電阻，機械能消耗在制動電阻上，從而，當電機出現(xiàn)倒拖時，能夠繼續(xù)穩(wěn)定的工作，而制動時，迅速地使電機速度降為零。
二是采用多傳動變頻調(diào)速系統(tǒng)，即多個逆變器共用一套整流裝置，組成共直流母線，逆變器分開供各單元電動機，在正常工作時倒拖產(chǎn)生的能量通過共直流母線反饋到主拖動電機和電網(wǎng)，制動時產(chǎn)生的能量或反饋回電網(wǎng)或采用一套制動斬波器制動電阻，掛在共直流母線上。
比較兩種方案，第二方案雖在有些廠家設備改造時應用過，但我們認為其雖然節(jié)約能源，但成本高，對于較大型項目效果明顯，而對于lhs004電機最大僅為451w的小型調(diào)速系統(tǒng)，性能價格比較差。因此我們認為采用第一方案較為理想。
2.3傳動的控制傳動的控制系統(tǒng)是變頻器和plc之間的連接是一對一，所謂的1連接方式，plc傳遞0-10v或4一20ma模擬量信號和24vdc開關量信號給變頻器，控制變頻器的起、停升降速等。這樣組成的系統(tǒng)信息集成能力不強，可維護性不高。plc從變頻器獲取的信息也有限，大量的數(shù)據(jù)如變頻器的參數(shù)、故障記錄等數(shù)據(jù)得不到。plc也不能對變頻器的參數(shù)設定和修改。
另一方面，由于大規(guī)模集成電路的發(fā)展，現(xiàn)場總線這一技術(shù)的發(fā)展十分迅速，傳統(tǒng)的模擬、數(shù)字分散型控制系統(tǒng)已被可靠、方便的現(xiàn)場總線fb（fieldbus）代替，廣泛地應用于各行業(yè)中。
現(xiàn)場層網(wǎng)絡通信技術(shù)也是工業(yè)自動化技術(shù)的革命，采用現(xiàn)場總線技術(shù)可以迅速、簡單、低成本地實現(xiàn)自動化。現(xiàn)場總線是安裝在生產(chǎn)過程區(qū)域的設備與自動控制裝置之間的一種串行通信的數(shù)據(jù)總線，它可將設備的運行參數(shù)、狀態(tài)以及故障等送往控制裝置，控制裝置又可將各種控制、維護、組態(tài)命令送往設備。
根據(jù)以上分析，為了用好用足plc、觸摸屏、變頻器的內(nèi)部功能，盡量減少外部配置，使整個系統(tǒng)具有高可靠性、安全性，操作維護簡便，控制方式先進，我們采用現(xiàn)場總線技術(shù)作為plc和變頻器的通信方式，通過觸摸屏監(jiān)控變頻器的運行、同步狀況等。
2.4張力保持在聯(lián)合機停車時，由于絲束張力的慣性，卷曲電機就會出現(xiàn)倒轉(zhuǎn)，在卷曲之前絲束就會出現(xiàn)松弛現(xiàn)象。為使織物不松弛保持張力不變，避免在重新啟動時絲束質(zhì)量不穩(wěn)定，采用在牽伸、卷曲電機后加裝電磁抱閘一機械制動的方法。
3系統(tǒng)實現(xiàn)系統(tǒng)框如所示。
（1）系統(tǒng)傳動采用abb公司生產(chǎn)的acs600系列變頻器，它采用直接轉(zhuǎn)矩控制（dtc）技術(shù)，直接控制的是電機關鍵的變量：磁通和轉(zhuǎn)矩，可以對電機進行精確的速度和轉(zhuǎn)矩控制。它還具有可選的現(xiàn)場總線適配器。其中，絲束的質(zhì)量主要取決于牽伸、牽引、卷曲的嚴格同步，因此電機的驅(qū)動選用acs600系列，加裝脈沖編碼器以后，靜態(tài)速度控制誤差可達0.01%，動態(tài)度可達到0.1%sec完全能夠滿足同步精度的要求。而上油及輸送帶系統(tǒng)框圖統(tǒng)配置緊湊合理。
整個系統(tǒng)的控制采用日本omron公司生產(chǎn)的sysmaca系列可編程控制器（plc）。它具有大量豐富的溫控、模擬量、通信等模塊可供選擇，功能比較強，完全能滿足系統(tǒng)的需要，而且具有很強的通信功能。plc作為控制中心，對傳動、現(xiàn)場i/o及溫度、壓力流量進行控制。
系統(tǒng)的人機界面亦采用omron公司的觸摸屏nt631c電機―選用，acs，跟隨同步」避免浪栳源說系這匕觀觸配各種報警顯示、報警記錄，代替了原控制系統(tǒng)的兩個儀表柜十幾塊二次儀表及控制柜上的大量的按扭和指示燈，同時系統(tǒng)所有的控制參數(shù)也在屏上設定，并且所控參數(shù)的實際值、報警值、趨勢圖也在屏上一目了然地顯示。
―dp現(xiàn)場總線，profiles是一種不依賴廠家的開放式現(xiàn)場總線標準，由西門子，abb等十幾家公司和德國聯(lián)邦技術(shù)部共同推出，是目前國際上推廣速度最快、用戶最多、應用范圍最廣，最有發(fā)展前景的現(xiàn)場總線。采用profibus的標準后，不同廠商所生產(chǎn)的設備不需要對其接口進行特別調(diào)整就可通信。其中，profibus―dp用于設備一級的高速數(shù)據(jù)傳遞，dp的傳輸速率可達12mbits中央控制器（plc/pc）通過高速串行線同分散的現(xiàn)場設備（如1、驅(qū)動器）進行通信，同這些分散的設備進行數(shù)據(jù)交換參數(shù)是周期性的。
profibus―dp總線的應用完全可以保證傳動系統(tǒng)的動態(tài)同步精度。如所示，plc通過通信模塊和變頻器（通過通信板npba―12）構(gòu)成了profibus―dp網(wǎng)，再加上觸摸屏就構(gòu)成了整個控制系統(tǒng)。在觸摸屏上設定和顯示系統(tǒng)的高低速，通過profibus網(wǎng)plc輸出和接收變頻器的設定速度和實際速度。系統(tǒng)的啟動，由plc同時控制各單元機實現(xiàn)，根據(jù)設定的速度和啟動時間對五臺單元機輸出給變頻器不同斜率的值，控制各單元機以不同的加速度啟動，各單元機之間保持穩(wěn)定的速度比；系統(tǒng)運行時，由plc根據(jù)設定的速度給各單元機穩(wěn)定的值，靠abb變頻器的dtc閉環(huán)控制保證系統(tǒng)的運行精度；系統(tǒng)停車時，plc同樣輸出給各臺變頻器不同斜率的值，保證系統(tǒng)各單元機間也保持穩(wěn)定的速比，速度降為零時變頻器輸出一個零信號到plc由plc再輸出一個/信號控制電磁抱閘，電機機械制動，保持絲束張力。
4結(jié)語從改造后的腈綸后處理聯(lián)合機的生產(chǎn)使用情況和市場反饋信息資料來看，系統(tǒng)設計合理，運行穩(wěn)定可靠，同步性能好，由于proebus―dp總線的應用，使得整機運行動態(tài)響應快，徹底解決了以往直流調(diào)速時的開車難、運行不穩(wěn)定的情況。
：岳紹義
：15303736697
：新鄉(xiāng)宏達振動電機設備有限責任公司
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