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艾默生工業自動化（中國） 姜勇
背景情況介紹:
漿染是織布之前的一道工序,主要是對白色原紗根據生產品種進行染色、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候的質量。恒張力的中心卷曲以前大部分采用機械變矩器或者直流電機來實現,都存在一些問題。機械變矩器普遍存在平均無故障時間太短的問題;直流電機則需要經常性的維護保養。目前國內紡機廠都在積極尋找采用交流電機加變頻器來進行控制。國內無錫的工誠紡機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,但是由于系統的復雜性,一直沒有取得理想的控制效果。下圖是漿染聯合機組的示意圖。傳統的控制方法,對于漿染部分整體傳動的機組,一般的配置是采用30/37kw的主機作為主傳動,拖引和收卷部分,則采用變頻器加上直流驅動器的方式。其中的直流驅動器工作在轉矩模式下,對收卷紗線的張力進行控制。高性能矢量控制變頻器的出現,使得采用普通交流異步電機實現較高精度的轉矩控制成為可能。艾默生TD3000系列的優異轉矩控制功能加上TD3300專業化的卷曲軟件設計,為行業性的應用提供了客戶化的、具有優良性價比的解決方案。
控制思路和具體實現方案:
實現思路:經過與廠家的交流,確定了控制方案,考慮到系統的張力較大(一般在1000~3000N之間調節),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),對于這種低速大張力的工藝系統,采用利用線速度進行卷徑計算的開環張力控制是最合適的。由于有儲紗架,因此主邊軸電機的速度控制是完全獨立的,它所要保證的只是速度控制的穩定以及變頻器較好的低頻特性,能夠在起動的時候克服很大的靜態摩擦力矩。分絞之后的拖引變頻器,要求速度特性很硬,并且會長期工作在發電狀態下,因此需要使用制動單元。卷曲部分則是整個系統的核心。
系統構成:
TD2000-37KW 用于主機邊軸驅動
TD3000-11KW 分絞拖引電機變頻器
TD3300-15KW 織軸中心卷曲電機驅動變頻器
編碼器:E6B2-CWZ6C ,安裝與卷繞電機同軸的位置
從系統構成來看,由于采用了專業設計的TD3300張力控制變頻器,因此對于電氣系統的控制相當簡單,不需要專用控制板,PLC也不需要使用昂貴的模擬量模塊,所有的復雜數學運算都在變頻器內部由高速DSP實現,外部只需要處理一些啟、停,復位等的邏輯信號即可,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一下都內置制動單元,因此對于拖引變頻器來說,無需另外選配制動單元。綜上所述,用戶電控部分成本得到有效的控制。
上圖為收卷系統接線示意圖。圖中PLC負責外圍邏輯信號和時序的處理。在前車頭左中右均安裝有現場操作按鈕箱供擋車工使用,可以控制起停,加減速度,復位等。變頻器的模擬量輸出口除了輸出速度信號之外,還用于數顯表的張力和車速顯示。張力通過控制盤上的電位器進行調整。可以看出,這是一個很精簡的張力控制系統,大部分復雜功能的實現都集成在變頻器的內部,從而降低了成本,提高了可靠性。
調試過程:
漿染聯合機/并紗機/漿紗機的控制原理和調試方法都很相似。調試過程需要關注的主要有:各種速度系數的計算,張力的選取,卷徑復位方式選擇,編碼器的安裝,制動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應關系很重要,需要較為精確的設定。但是有時候用戶也給不出這些比例參數,這時候可以讓變頻器工作在5hz的頻率下,運行一分鐘對卷繞軸計數,看卷繞軸轉過的圈數,除以5hz時刻一分鐘四極電機應該轉過150轉,這樣基本可以把傳動系數測量出來。最小線速度的設定要合理,一般的經驗參數是最大線速度的一半。但是如果生產的品種改變,這時候速度上不去,那就要及時修改最小線速度的設定值。宜興中港紡織就發生過改生產粗紗之后張力通過電位器無法調節的現象,事后到現場發現粗紗的生產速度慢,到不了最小線速度,因此一直是零速張力在起作用,電位器當然改不了。但是最小線速度不能設得太小,否則起始時刻卷徑計算誤差較大,從而張力波動也變大。
紗線的卷繞,從調試的角度來說比布匹,紙張難度要大。因為紗線在剛剛上車張緊的時候并不能做到松緊程度一致。這種情況下,假設原先500N的張力,對均勻纏繞的紗線是適合的,但是如果松緊不一,緊的紗線可能對應500N的力量就大了,應力一集中就會發生斷頭,并進一步形成連鎖反應,是全部紗線斷裂,這個現象工人們稱之為“爆頭”。為了避免這個現象,我們設計增加了點動上車功能,讓卷繞變頻器首先工作于速度模式,用較低的速度點動將紗纏在卷繞軸上,并且工人將其盡量分布均勻。速度模式下,由轉矩限幅來進行張力的控制,此時的變頻系統相當于力矩電機,限幅的值一般設得很低。待轉過幾圈,軸上紗線松緊程度接近的時候,才切換到轉矩控制模式,同時,轉矩控制模式下,轉矩限幅不起作用,可以進行正常的張力控制。
對于卷繞的電機,采用變頻電機是最優的選擇。對于一個卷徑比變化比較大的系統,在滿卷的時候,變頻器可能會工作在3~5Hz。這時候對于系統,包括電機的散熱都是一個嚴峻的考驗。事實證明,TD3000、TD3300的低頻性能是相當出色的,3Hz運行平穩,張力控制效果沒有變化。但對于電機來說,此時的散熱條件相當苛刻,時間稍長,便會過熱保護。因此選用變頻電機是合適的。
結束語:
EMERSON TD3300變頻器自從在安徽安慶東至紡織廠成功應用于進口泰利漿染聯合機的改造之后,已經在很短的時間之內在華東地區的漿紗機、卷染機等有相似張力控制工藝工況的生產線或生產設備得到了迅速的推廣應用,或取代機械變矩器,或取代直流電機,或取代力矩電機,都取得了很好的控制效果,并且得到用戶的普遍認可,一些原來只有通用變頻器無法進入的配套廠也得以借此機會順勢進入。就性價比而言,TD3300是目前該領域具有優異性能價格比的優勢產品。
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