任學(xué)標(biāo)

（儀化經(jīng)緯化纖有限公司，江蘇 儀征 211900）

設(shè)備改造

化纖高速紡絲機(jī)可移動(dòng)試驗(yàn)位的研制

任學(xué)標(biāo)

（儀化經(jīng)緯化纖有限公司，江蘇 儀征 211900）

由于前紡原有POY、FDY生產(chǎn)線1臺(tái)變頻器控制6個(gè)位卷繞頭不利于新品開(kāi)發(fā)，通過(guò)移動(dòng)試驗(yàn)位的研制，將卷繞頭6位一起的“集中”調(diào)速改為可對(duì)生產(chǎn)線任何位卷繞頭進(jìn)行單獨(dú)控制，控制柜可移動(dòng)，其中包含3臺(tái)變頻器實(shí)現(xiàn)對(duì)摩擦輥、槽輥、卡盤(pán)3臺(tái)電機(jī)的調(diào)速，1臺(tái)PLC實(shí)現(xiàn)邏輯控制功能?？刂乒窀脑旌?，不改變工藝，保留原來(lái)的操作習(xí)慣，從而為單品種、小批量新品開(kāi)發(fā)生產(chǎn)提供了可能。通過(guò)近3年的投入運(yùn)行，為公司開(kāi)發(fā)出了多個(gè)纖維產(chǎn)品，經(jīng)濟(jì)效益十分顯著。

移動(dòng)試驗(yàn)位；卷繞頭；變頻器；PLC

儀化經(jīng)緯化纖有限公司主要從事滌綸長(zhǎng)絲開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)、加工和銷(xiāo)售。前紡共有13條生產(chǎn)線，4條FDY生產(chǎn)線，9條POY生產(chǎn)線，公司憑借內(nèi)外資源優(yōu)勢(shì)，一直致力于研究開(kāi)發(fā)新品，目前已開(kāi)發(fā)生產(chǎn)出可染細(xì)旦丙綸、PBT纖維、HOY系列產(chǎn)品、滌綸直接染色松筒紗、高纖度DTY產(chǎn)品、吸濕排汗等纖維產(chǎn)品。前紡POY、FDY紡絲生產(chǎn)線為德國(guó)巴馬格（Barmag）公司產(chǎn)品，其電氣調(diào)速系統(tǒng)采用西門(mén)子SIMOVET－V變頻器集中控制，每條生產(chǎn)線的傳動(dòng)由4臺(tái)變頻器完成，另2臺(tái)變頻器驅(qū)動(dòng)計(jì)量泵電機(jī)及油劑泵電機(jī)。POY每條生產(chǎn)線共有12個(gè)位（為德國(guó)巴馬格（Barmag）公司SW46卷繞頭），每個(gè)位含1個(gè)摩擦輥電機(jī)（2.0 kW）、1個(gè)槽輥電機(jī)（0.9 kW）、1個(gè)卡盤(pán)電機(jī)（0.6 kW）。

1 存在問(wèn)題

目前采用的是6個(gè)位使用1臺(tái)變頻器驅(qū)動(dòng)，由1臺(tái)PLC可編程控制器和相關(guān)控制部件進(jìn)行聯(lián)鎖控制。每個(gè)卷繞頭單獨(dú)啟動(dòng)，由于摩擦輥及槽輥的機(jī)械慣性較大，各自需要1臺(tái)“啟動(dòng)”變頻器啟動(dòng)，當(dāng)“啟動(dòng)”變頻器的輸出頻率等于“運(yùn)行”變頻器的輸出頻率時(shí)，該卷繞頭的2臺(tái)電機(jī)即切換到由“運(yùn)行”變頻器驅(qū)動(dòng)同步后切換控制變頻器，不利于進(jìn)行產(chǎn)品開(kāi)發(fā)、研究。如果由“集中”調(diào)速改為“分散”控制，即每個(gè)位（卷繞頭）采用3臺(tái)變頻器分別驅(qū)動(dòng)摩擦輥、槽輥和卡盤(pán)電機(jī)，這樣每個(gè)位都可單獨(dú)控制，相互之間沒(méi)有電控方面的聯(lián)系，避免原來(lái)變頻器中任何一臺(tái)變頻器故障而造成全線停機(jī)，就可便于新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)研制及小批量多品種的生產(chǎn)。

2 研制方案

2.1 研制思路

制作1臺(tái)可移動(dòng)式試驗(yàn)位控制柜，每臺(tái)控制柜包含3臺(tái)變頻器，實(shí)現(xiàn)3臺(tái)電機(jī)的調(diào)速，1個(gè)PLC實(shí)現(xiàn)邏輯控制功能，控制柜改造后，不改變工藝操作步驟，保留原來(lái)的操作習(xí)慣，原來(lái)各個(gè)位之間的聯(lián)鎖取消，變?yōu)楠?dú)立操作，系統(tǒng)操作將更方便。

2.2 控制原理

如圖1所示，目前1個(gè)試驗(yàn)位的控制部分有以下5部分組成：氣動(dòng)柜、電源柜、電氣控制柜和卷繞頭端子盒及其操作面板。按功能可分成：電源配置、壓力檢測(cè)、信號(hào)（通訊）、頻率監(jiān)測(cè)、控制電壓聯(lián)鎖、卷繞頭的電源和控制、紗線行程控制和PLC控制共8個(gè)部分。研制改造的目標(biāo)是要保持氣動(dòng)柜、卷繞頭端子盒及其操作面板固定不變，把電源柜和電氣控制柜改造成可以移動(dòng)的，保持控制功能不變。

針對(duì)各功能的分布情況，所要做的就是把電源柜里的主電源、控制電源、壓力監(jiān)測(cè)、頻率監(jiān)測(cè)和電氣控制柜里的卷繞頭電源控制及紗線行程控制中的部分紗線監(jiān)測(cè)功能移出來(lái)組裝到一個(gè)可以移動(dòng)的控制柜里。卷繞頭的起停包含了摩擦輥、槽輥和卡盤(pán)的控制?，F(xiàn)場(chǎng)啟動(dòng)信號(hào)進(jìn)入PLC后，首先啟動(dòng)摩擦輥和槽輥，當(dāng)摩擦輥和槽輥頻率達(dá)到給定值后，啟動(dòng)卡盤(pán)；當(dāng)卡盤(pán)電機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到給定值后，卡盤(pán)變頻器下面接觸器斷開(kāi)，同時(shí)卷繞頭升降電磁閥得電，使卡盤(pán)靠上摩擦輥，摩擦輥帶動(dòng)卡盤(pán)運(yùn)行。原有電機(jī)內(nèi)埋熱電阻繼電器保留，信號(hào)進(jìn)入PLC作為保護(hù)信號(hào)。原斷絲檢測(cè)器信號(hào)和潤(rùn)滑閥檢測(cè)信號(hào)進(jìn)入PLC參與聯(lián)鎖。停卷繞頭時(shí)停摩擦輥和槽輥，卷繞頭升降電磁閥失電?？ūP(pán)的頻率到達(dá)值由PLC摩擦輥的給定值經(jīng)計(jì)算后送給卡盤(pán)變頻器。

圖1 移動(dòng)試驗(yàn)位改造方案

2.3 設(shè)備選型

2.3.1 變頻器

選用安川F7系列。其理由是：它屬于應(yīng)用廣泛的新式節(jié)能型電流矢量控制變頻器。它能夠適應(yīng)各種各樣的要求，濃縮616G5和616P5的優(yōu)良性能，適用各種負(fù)載（恒轉(zhuǎn)矩、變轉(zhuǎn)矩），3種控制方式：開(kāi)環(huán)V／F控制、閉環(huán)V／F控制、開(kāi)環(huán)矢量控制，同時(shí)還具有紡織系統(tǒng)所需要的擺頻控制功能。由于摩擦輥及槽輥的機(jī)械慣性較大，啟動(dòng)電流大，特別是卡盤(pán)電機(jī)的啟動(dòng)電流最大，所選變頻器的容量應(yīng)留有相應(yīng)的余量，具體如下：

摩擦輥?zhàn)冾l器，CIMR－F7B47P5（13 kVA，7.5 kW）；

槽輥?zhàn)冾l器（擺頻），CIMR－F7B43P7（5.8 kVA，3.7 kW）；

卡盤(pán)變頻器，CIMR－F7B45P5（9.5 kVA，5.5 kW）。

2.3.2 直流制動(dòng)單元的選配

制動(dòng)單元和制動(dòng)電阻，工程上可按下式計(jì)算附加制動(dòng)電阻的阻值：

式中，R—制動(dòng)電阻Ω；

Uc—直流回路電壓；

TB—制動(dòng)轉(zhuǎn)矩；

Te—電機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩；

n—開(kāi)始制動(dòng)時(shí)的速度。

從式中可以得出，當(dāng)制動(dòng)轉(zhuǎn)矩TB＜0.2 Te時(shí)，即制動(dòng)轉(zhuǎn)矩小于額定轉(zhuǎn)矩20%以下時(shí)，無(wú)需設(shè)置制動(dòng)電阻，也就是不需考慮制動(dòng)方案，由電機(jī)內(nèi)部的有功損耗作用下可以將中間直流回路電壓限制在過(guò)電壓保護(hù)動(dòng)作值以下。

式中的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩TB可按下式計(jì)算：

TB＝［（GD2M＋GD2L）（n1－n2）／375ts］TL

式中，GD2M—電機(jī)的GD2，由電機(jī)特性查得／N ·m；

GD2L—負(fù)載拆算到電機(jī)軸上的GD2／N；

TL—負(fù)載轉(zhuǎn)矩／N·m；

n1—減速開(kāi)始時(shí)的速度／r·min－1；

n2－減速完了時(shí)的速度／r·min－1；

ts－減速時(shí)間／s。

由于安川變頻器本身具有強(qiáng)有力的制動(dòng)功能：18.5 kW以下的全部機(jī)種都具有制動(dòng)功能，只需連接上制動(dòng)單元，就能夠?qū)崿F(xiàn)強(qiáng)有力的制動(dòng)功能。由于摩擦輥和槽輥電機(jī)在運(yùn)行中產(chǎn)生較大的回饋電流，所以要增加散熱的制動(dòng)電阻，可以選用安川制動(dòng)電阻LKEB－47P5和LKEB－47P7各1套。

2.3.3 PLC

選用西門(mén)子的S7－300系列，其選用理由是：易于操作、編程、維護(hù)和服務(wù)。

2.3.4 PLC控制程序

根據(jù)原理圖和地址分配表編制，筆者略去。

2.3.5 PLC輸入輸出點(diǎn)地址分配表

如表1所示。

表1 PLC輸入輸出點(diǎn)地址分配

2.4 擺頻功能的設(shè)定

槽輥電機(jī)在運(yùn)行中有一定的擾動(dòng)量，需要進(jìn)行設(shè)定和修改。安川變頻器可增加具有擾動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)模式的控制模塊，此功能專(zhuān)為化纖高速紡機(jī)設(shè)計(jì)，可將化纖紡絲的工藝參數(shù)直接在變頻器上以數(shù)字方式設(shè)定，擺頻控制量有擺頻、擺幅、上跳躍、下跳躍和半周期。擺頻的參數(shù)由人工直接在變頻器上設(shè)定。

2.4.1 擺頻參數(shù)

使用到擺頻參數(shù)的如表2所示。

表2 擺頻參數(shù)

2.4.2 擺頻－時(shí)間曲線圖

擺頻－時(shí)間曲線如圖2所示。

圖2 擺頻－時(shí)間曲線圖

3 結(jié) 論

a）方便實(shí)用。移動(dòng)試驗(yàn)位的研制成功，克服了原設(shè)備集中控制的弊端，當(dāng)生產(chǎn)需要在某一卷繞頭上做試驗(yàn)時(shí)，把改造的移動(dòng)試驗(yàn)控制柜推過(guò)來(lái)插上電源插座，把原卷繞頭上2個(gè)插頭拔掉，插上本移動(dòng)試驗(yàn)裝置上相應(yīng)的插頭，便可立即投入生產(chǎn)，極大地方便了試制新產(chǎn)品及小批量品種的生產(chǎn)。

b）可靠性高。原調(diào)速系統(tǒng)中任何1臺(tái)變頻器發(fā)生故障，整條生產(chǎn)線都將停止工作，而移動(dòng)試驗(yàn)裝置選用高可靠變頻器和PLC，故障率低，即使出現(xiàn)故障，也不會(huì)影響其它生產(chǎn)線工作。設(shè)備投運(yùn)以來(lái)，未發(fā)現(xiàn)任何故障，沒(méi)有燒毀一臺(tái)電動(dòng)機(jī)。

1 王兆義.可編程序控制器教程［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1997

2 徐銀泉.交流調(diào)速系統(tǒng)及其應(yīng)用［M］.北京：紡織工業(yè)出版社，1993

3 王占奎.交流變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用集［M］.北京：科學(xué)出版社，1995

Development of movable test position on high-speed spinning machine

Ren Xuebiao
（YCFC Jingwei Fibre Company Limited，Yizheng Jiangsu 211900，China）

On former POY＆FDY production lines one inverter controls six winders，which is not good for process adjustment and new product development.Instead of six winders being controlled together，with movable test positions，any single winder could be separately controlled.The control cabinet is movable，motor speed of friction roller，cam and chuck could be controlled by three inverters，one PLC realizing logical control function.In addition，the production process and former operating modes remain unchanged.In this way，trialing single and small quantity products becomes feasible.Since the movable test positions being put into use for nearly three years，many new polyester yarns with various specifications have been developed，achieving high economic benefits.

Movable Test Position；winder；inverter；PLC

TM46；TQ340.5

：B

：1006-334X（2010）04-0053-04

2010－09－28

任學(xué)標(biāo)（1966－），男，江蘇揚(yáng)州人，工程師，主要從事儀表計(jì)量和電氣管理工作。