水洗牽伸聯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和變頻器技術構成的單傳動多單元變頻同步系統。
隨著微機控制技術、電力電子和電氣傳動技術的發展，交流變頻調速技術正以其優異的控制性能日益為工業界所接受，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自動化領域迅速普及。在我國傳統產業中，存在著大量的以繼電器、接觸器和直流調速為主的電氣傳動系統，這些系統存在硬件線路復雜、可靠性低、能耗大、生產維修量大等許多缺點，因此如何將plc與交流變頻調速技術相結合，對傳統產業進行改造，是企業界正在著力解決的問題。正是在這種形勢下，我廠對原有的產品ms004水洗牽伸聯合機進行了電氣控制系統的再設計，將系統設計為plc控制的交流變頻調速系統。使之在市場經濟中，提高了檔次，增強了競爭力。
1產品工藝對控制系統的要求ms004水洗牽伸聯合機用于干法腈綸纖維生產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。聯合機流程如：聯合機由集束架、水洗牽伸機、疊絲機、卷曲機、冷卻輸送機五臺單機組成。由五臺調速電機驅動，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，絲束質量穩定，牽伸、牽引、卷曲電機要求嚴格同步運行，系統的同步精度<0.1%，輸送、上油電機跟隨同步。為了使絲速在牽伸后具有穩定的狀態和自然的手感，要求對牽伸浴槽溫度、卷曲預熱箱溫度、蒸汽壓力、介質脫鹽水的流量溫度進行檢測、控制、顯示，并實現實時監控。
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的穩定性和同步性，根據工藝要求：轉速精度<0.1%，同步精度<0.1%單機不穩定性<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、穩定性，而新一代變頻器精度及穩定性很高，尤其在采用閉環控制方式下，誤差在0.05%以下，至于動態同步，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的方法，控制各電機以不同的加速度升降速，保持穩定的速度比，達到嚴格同步，從而保證了絲束穩定的張力。從以上分析，只要我們選擇合適的plc、變頻器、電機，在正常生產中，一定能達到所要求的同步精度。
2.2關于停車、倒拖根據工藝要求：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倒拖，即電機在高于本身同步轉速的速度下運行，處于再生發電運行狀態。這部分能量如果不處理，就會使電動機運轉速度不穩定，不能正常生產，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，系統能迅速地把這部分機械能消耗掉，使聯合機速度迅速降為零。根據這兩方面要求，變頻調速系統有兩種解決方案：一是單傳動變頻調速系統，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，當電機出現倒拖時，能夠繼續穩定的工作，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速系統，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生的能量通過共直流母線反饋到主拖動電機和電網，制動時產生的能量或反饋回電網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的小型調速系統，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，大量的數據如變頻器的參數、故障記錄等數據得不到。plc也不能對變頻器的參數設定和修改。
另一方面，由于大規模集成電路的發展，現場總線這一技術的發展十分迅速，傳統的模擬、數字分散型控制系統已被可靠、方便的現場總線fb（fieldbus）代替，廣泛地應用于各行業中。
現場層網絡通信技術也是工業自動化技術的革命，采用現場總線技術可以迅速、簡單、低成本地實現自動化。現場總線是安裝在生產過程區域的設備與自動控制裝置之間的一種串行通信的數據總線，它可將設備的運行參數、狀態以及故障等送往控制裝置，控制裝置又可將各種控制、維護、組態命令送往設備。
根據以上分析，為了用好用足plc、觸摸屏、變頻器的內部功能，盡量減少外部配置，使整個系統具有高可靠性、安全性，操作維護簡便，控制方式先進，我們采用現場總線技術作為plc和變頻器的通信方式，通過觸摸屏監控變頻器的運行、同步狀況等。
2.4張力保持在聯合機停車時，由于絲束張力的慣性，卷曲電機就會出現倒轉，在卷曲之前絲束就會出現松弛現象。為使織物不松弛保持張力不變，避免在重新啟動時絲束質量不穩定，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系統實現系統框如所示。
（1）系統傳動采用abb公司生產的acs600系列變頻器，它采用直接轉矩控制（dtc）技術，直接控制的是電機關鍵的變量：磁通和轉矩，可以對電機進行精確的速度和轉矩控制。它還具有可選的現場總線適配器。其中，絲束的質量主要取決于牽伸、牽引、卷曲的嚴格同步，因此電機的驅動選用acs600系列，加裝脈沖編碼器以后，靜態速度控制誤差可達0.01%，動態度可達到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框圖統配置緊湊合理。
整個系統的控制采用日本omron公司生產的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、現場i/o及溫度、壓力流量進行控制。
系統的人機界面亦采用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，同時系統所有的控制參數也在屏上設定，并且所控參數的實際值、報警值、趨勢圖也在屏上一目了然地顯示。
―dp現場總線，profiles是一種不依賴廠家的開放式現場總線標準，由西門子，abb等十幾家公司和德國聯邦技術部共同推出，是目前國際上推廣速度最快、用戶最多、應用范圍最廣，最有發展前景的現場總線。采用profibus的標準后，不同廠商所生產的設備不需要對其接口進行特別調整就可通信。其中，profibus―dp用于設備一級的高速數據傳遞，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場設備（如1、驅動器）進行通信，同這些分散的設備進行數據交換參數是周期性的。
profibus―dp總線的應用完全可以保證傳動系統的動態同步精度。如所示，plc通過通信模塊和變頻器（通過通信板npba―12）構成了profibus―dp網，再加上觸摸屏就構成了整個控制系統。在觸摸屏上設定和顯示系統的高低速，通過profibus網plc輸出和接收變頻器的設定速度和實際速度。系統的啟動，由plc同時控制各單元機實現，根據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定的速度比；系統運行時，由plc根據設定的速度給各單元機穩定的值，靠abb變頻器的dtc閉環控制保證系統的運行精度；系統停車時，plc同樣輸出給各臺變頻器不同斜率的值，保證系統各單元機間也保持穩定的速比，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結語從改造后的腈綸后處理聯合機的生產使用情況和市場反饋信息資料來看，系統設計合理，運行穩定可靠，同步性能好，由于proebus―dp總線的應用，使得整機運行動態響應快，徹底解決了以往直流調速時的開車難、運行不穩定的情況。
：余翰林
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