化纖高速紡絲機可移動試驗位的研制

任學標

（儀化經(jīng)緯化纖有限公司，江蘇 儀征 211900）

設(shè)備改造

化纖高速紡絲機可移動試驗位的研制

任學標

（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臺變頻器控制6個位卷繞頭不利于新品開發(fā)，通過移動試驗位的研制，將卷繞頭6位一起的“集中”調(diào)速改為可對生產(chǎn)線任何位卷繞頭進行單獨控制，控制柜可移動，其中包含3臺變頻器實現(xiàn)對摩擦輥、槽輥、卡盤3臺電機的調(diào)速，1臺PLC實現(xiàn)邏輯控制功能。控制柜改造后，不改變工藝，保留原來的操作習慣，從而為單品種、小批量新品開發(fā)生產(chǎn)提供了可能。通過近3年的投入運行，為公司開發(fā)出了多個纖維產(chǎn)品，經(jīng)濟效益十分顯著。

移動試驗位；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絲開發(fā)、生產(chǎn)、加工和銷售。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，一直致力于研究開發(fā)新品，目前已開發(fā)生產(chǎn)出可染細旦丙綸、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)線為德國巴馬格（Barmag）公司產(chǎn)品，其電氣調(diào)速系統(tǒng)采用西門子SIMOVET－V變頻器集中控制，每條生產(chǎn)線的傳動由4臺變頻器完成，另2臺變頻器驅(qū)動計量泵電機及油劑泵電機。POY每條生產(chǎn)線共有12個位（為德國巴馬格（Barmag）公司SW46卷繞頭），每個位含1個摩擦輥電機（2.0 kW）、1個槽輥電機（0.9 kW）、1個卡盤電機（0.6 kW）。

1 存在問題

目前采用的是6個位使用1臺變頻器驅(qū)動，由1臺PLC可編程控制器和相關(guān)控制部件進行聯(lián)鎖控制。每個卷繞頭單獨啟動，由于摩擦輥及槽輥的機械慣性較大，各自需要1臺“啟動”變頻器啟動，當“啟動”變頻器的輸出頻率等于“運行”變頻器的輸出頻率時，該卷繞頭的2臺電機即切換到由“運行”變頻器驅(qū)動同步后切換控制變頻器，不利于進行產(chǎn)品開發(fā)、研究。如果由“集中”調(diào)速改為“分散”控制，即每個位（卷繞頭）采用3臺變頻器分別驅(qū)動摩擦輥、槽輥和卡盤電機，這樣每個位都可單獨控制，相互之間沒有電控方面的聯(lián)系，避免原來變頻器中任何一臺變頻器故障而造成全線停機，就可便于新產(chǎn)品的開發(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臺可移動式試驗位控制柜，每臺控制柜包含3臺變頻器，實現(xiàn)3臺電機的調(diào)速，1個PLC實現(xiàn)邏輯控制功能，控制柜改造后，不改變工藝操作步驟，保留原來的操作習慣，原來各個位之間的聯(lián)鎖取消，變?yōu)楠毩⒉僮鳎到y(tǒng)操作將更方便。

2.2 控制原理

如圖1所示，目前1個試驗位的控制部分有以下5部分組成：氣動柜、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、信號（通訊）、頻率監(jiān)測、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個部分。研制改造的目標是要保持氣動柜、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的，保持控制功能不變。

針對各功能的分布情況，所要做的就是把電源柜里的主電源、控制電源、壓力監(jiān)測、頻率監(jiān)測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)測功能移出來組裝到一個可以移動的控制柜里。卷繞頭的起停包含了摩擦輥、槽輥和卡盤的控制。現(xiàn)場啟動信號進入PLC后，首先啟動摩擦輥和槽輥，當摩擦輥和槽輥頻率達到給定值后，啟動卡盤；當卡盤電機轉(zhuǎn)速達到給定值后，卡盤變頻器下面接觸器斷開，同時卷繞頭升降電磁閥得電，使卡盤靠上摩擦輥，摩擦輥帶動卡盤運行。原有電機內(nèi)埋熱電阻繼電器保留，信號進入PLC作為保護信號。原斷絲檢測器信號和潤滑閥檢測信號進入PLC參與聯(lián)鎖。停卷繞頭時停摩擦輥和槽輥，卷繞頭升降電磁閥失電。卡盤的頻率到達值由PLC摩擦輥的給定值經(jīng)計算后送給卡盤變頻器。

圖1 移動試驗位改造方案

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，適用各種負載（恒轉(zhuǎn)矩、變轉(zhuǎn)矩），3種控制方式：開環(huán)V／F控制、閉環(huán)V／F控制、開環(huán)矢量控制，同時還具有紡織系統(tǒng)所需要的擺頻控制功能。由于摩擦輥及槽輥的機械慣性較大，啟動電流大，特別是卡盤電機的啟動電流最大，所選變頻器的容量應(yīng)留有相應(yīng)的余量，具體如下：

摩擦輥變頻器，CIMR－F7B47P5（13 kVA，7.5 kW）；

槽輥變頻器（擺頻），CIMR－F7B43P7（5.8 kVA，3.7 kW）；

卡盤變頻器，CIMR－F7B45P5（9.5 kVA，5.5 kW）。

2.3.2 直流制動單元的選配

制動單元和制動電阻，工程上可按下式計算附加制動電阻的阻值：

式中，R—制動電阻Ω；

Uc—直流回路電壓；

TB—制動轉(zhuǎn)矩；

Te—電機的額定轉(zhuǎn)矩；

n—開始制動時的速度。

從式中可以得出，當制動轉(zhuǎn)矩TB＜0.2 Te時，即制動轉(zhuǎn)矩小于額定轉(zhuǎn)矩20%以下時，無需設(shè)置制動電阻，也就是不需考慮制動方案，由電機內(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電壓保護動作值以下。

式中的制動轉(zhuǎn)矩TB可按下式計算：

TB＝［（GD2M＋GD2L）（n1－n2）／375ts］TL

式中，GD2M—電機的GD2，由電機特性查得／N ·m；

GD2L—負載拆算到電機軸上的GD2／N；

TL—負載轉(zhuǎn)矩／N·m；

n1—減速開始時的速度／r·min－1；

n2－減速完了時的速度／r·min－1；

ts－減速時間／s。

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

2.3.3 PLC

選用西門子的S7－300系列，其選用理由是：易于操作、編程、維護和服務(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輸入輸出點地址分配表

如表1所示。

表1 PLC輸入輸出點地址分配

2.4 擺頻功能的設(shè)定

槽輥電機在運行中有一定的擾動量，需要進行設(shè)定和修改。安川變頻器可增加具有擾動運轉(zhuǎn)模式的控制模塊，此功能專為化纖高速紡機設(shè)計，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－時間曲線圖

擺頻－時間曲線如圖2所示。

圖2 擺頻－時間曲線圖

3 結(jié) 論

a）方便實用。移動試驗位的研制成功，克服了原設(shè)備集中控制的弊端，當生產(chǎn)需要在某一卷繞頭上做試驗時，把改造的移動試驗控制柜推過來插上電源插座，把原卷繞頭上2個插頭拔掉，插上本移動試驗裝置上相應(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臺變頻器發(fā)生故障，整條生產(chǎn)線都將停止工作，而移動試驗裝置選用高可靠變頻器和PLC，故障率低，即使出現(xiàn)故障，也不會影響其它生產(chǎn)線工作。設(shè)備投運以來，未發(fā)現(xiàn)任何故障，沒有燒毀一臺電動機。

1 王兆義.可編程序控制器教程［M］.北京：機械工業(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

任學標（1966－），男，江蘇揚州人，工程師，主要從事儀表計量和電氣管理工作。