利用變頻調速和P L C技術控制花式捻線機羅拉運動

梁靜宇

（經緯股份公司榆次分公司，山西 晉中 0 3 0 6 0 1）

花式紗線的種類很多，生產工藝較為復雜，而且在眾多的花式線品種中，只有部分品種的生產工藝要求羅拉以恒速運行，像波紋紗、圈圈紗、竹節紗、大肚紗等一類的花式紗線，則要求捻線機上的控制羅拉以分段變速的方式運行。試驗采用的捻線機是在原有的環錠細紗機基礎上改進而成的，仍然采用原來的集中驅動、分散傳動的機械結構，利用繼電器控制線路來控制羅拉的運動方式，這種方式不僅不能保存參數且調試非常麻煩，而且存在一些干擾等不穩定因素，會造成紗線質量的不穩定。很多用戶希望能改善這種現狀并且簡化操作，將不同的工藝參數能夠保存下來，根據不同的紗線選用已存儲的工藝參數來滿足復雜紗型的生產工藝需要。

文章將通過實驗介紹變頻調速的原理并闡述了如何“采用變頻調速與P L C技術”實現控制羅拉的運動方式（連續的勻速運行方式、分段的勻速運行方式和隨機化的分段運行方式）實現紡大肚紗花式線。

1 變頻調速原理

變頻調速，根據電機轉速與工作電源輸入頻率成正比的關系：

n=6 0 f（1-s）/p，（式中n、f、s、p分別表示轉速、輸入頻率、電機轉差率、電機磁極對數）；通過改變電動機工作電源頻率達到改變電機轉速的目的。這一原理適用于不要求平滑、連續和頻繁調速的鼠籠型異步電動機場合。

2 實驗過程（以大肚紗為例實驗）

2.1 根據計算、測試完成電氣控制工作原理圖

見圖1。

圖1 電氣控制工作原理圖

2.2 工作原理簡要說明

整個控制系統是通過其核心“可編程控制器（P L C）”進行統一控制、調度。觸摸顯示屏用于完成人機對話及參數輸入、系統狀態查詢、過程變量顯示等。利用變頻調速技術，來完成對各個電機的實時控制，通過變頻器分別驅動錠子（中空錠電機、環錠電機）以及控制前羅拉電機、后羅拉電機、芯線羅拉電機、輸出羅拉電機的運動方式。

2.3 電路控制系統主要硬件說明

（1）可編程控制器選用西門子S 7-2 0 0的1塊C P U-2 2 6進行輸入參數計算及輸出控制，搭配3塊兩路摸擬量（A I W0，A I W2）輸出的E M 2 3 2模塊，控制6個變頻器。

（2）由于C P U 2 2 6采用R S 4 8 5通訊編程接口，因此我們選用具有R S 4 8 5通訊接口的觸摸顯示屏完成系統參數輸入及系統各狀態顯示的功能。

（3）變頻控制的關鍵部件——變頻器，經該公司實驗采用3種適用不同功率的臺達V F D-A系列變頻器，分別驅動錠子和控制4根羅拉。

（4）其他電氣部件有繼電器、變壓器、斷路器、熔斷器等低壓電器，用來實現信號燈顯示、電路保護等功能。

2.4 電路控制系統功能菜單說明

通過P L C編程對系統進行控制，其界面通過觸摸顯示屏顯示。利用功能菜單，為用戶提供參數設定、運行狀態監控、故障報警等功能。

系統中共有6組菜單，分別實現“紡紗參數設定”、“系統啟停控制”、“運行狀態顯示”、“系統故障報警”、“系統密碼管理”、“系統使用幫助”等功能。

“紡紗參數設定”，子菜單“普通紗線工藝參數設置”、“大肚紗工藝參數設置”。用戶通過兩個子菜單分別對不同的紡紗工藝參數進行設置并保存。其參數內容說明如下：

普通紗線工藝參數：環錠系數、張力系數、退捻系數、中空錠子轉速、成紗捻度、超喂比、牽伸倍數、產量系數、各紗線公支數、檔位選擇（下拉選擇）。

紡大肚紗工藝參數，前羅拉、后羅拉、芯線羅拉參數設置，包括是否紡大肚時間、平線時間、疊加頻率等。

（1）“運行狀態顯示”：此窗口內容包括產量、線速度、每臺電機轉速、系統關鍵變量動態值、系統故障等實時系統運行狀態數據，便于操作人員對運行過程的監控。

（2）“系統故障報警”：實時顯示并提示系統運行中各變頻器的故障報警代碼。

（3）“系統啟停控制”：通過此菜單項同步開、停車的“上升時間”、“下降時間”和節升電機的“節升時間”，其參數可在顯示屏上以數字形式顯示出來。

（4）“系統密碼管理”：系統提供操作用戶修改進入系統的密碼，以提高參數設置的保密性。

（5）“系統使用幫助”：系統為每項操作提供文檔操作說明、關鍵設置的詳解及系統故障說明，便于操作人員的查閱。

2.5 系統控制程序說明

系統控制程序采用可以方便地在Wi n d o w s環境下對P L C編程、調試、監控的S T E P 7-M i c r o/WI N 3 2編程軟件作為開發工具，根據電路原理及要實現的控制功能，設計控制程序結構為主程序并調用各模塊子程序的結構形式，主程序用于數據初始化、邏輯控制、界面及菜單顯示，通過調用不同功能的子程序實現錠子、羅拉按不同參數驅動及運行的功能。

子程序功能說明：

計算參數子程序：根據用戶設定不同紗線工藝參數計算產量、輸出線速度、電機轉速等。

控制電機啟停子程序：根據開機、停機指令，使6臺電機按照啟動時間同時達到根據參數計算出的平線速度，或使6臺電機按照停機時間同時將速度降為零的功能。

錠子、羅拉運行方式控制子程序：根據在中空錠、環錠、前、后、芯線羅拉、輸出羅拉設置的紗線工藝參數，分別控制錠子、前、中、芯線羅拉、輸出羅拉的運行方式，然后根據不同的工藝參數在不同的時間段，通過D/A轉換把計算的數據以不同電壓值輸出到前、中、芯線羅拉、輸出羅拉變頻器，實現紡不同紗線的功能。

3 結束語

經過反復的實驗測試，在測試實驗的一臺花式捻線機上通過新設計的電氣控制部件，利用變頻調速和P L C控制技術實現了控制花式捻線機羅拉運動的功能，用戶參數設置靈活多變、存儲調用操作簡單、紡大肚紗質量穩定，達到了預期的效果。